地球物理勘探5重力、磁法勘探

5重力、磁法勘探部分

5.1重力勘探重力勘探的理论基础重力异常值的测定与测量结果整理重力勘探资料的解释和应用5.1.1重力勘探的基本理论重力勘探重力勘探是利用组成地壳的各种岩体、矿体的密度差异引起的重力变化来研究地质构造与矿产分布的学科。以牛顿万有引力规律为基础来研究由于地质原因产生的重力局部变化化，利用精密的重力仪测出重力异常，经过分析计算，使可推断地下不同密度的地质体的埋藏情况，进而确定隐伏矿体的位置和了解地质构造情况。重力的应用划分大地构造单元和研究地壳深部构造；圈定含油气远景区及含煤盆地，寻找金属矿产；航空领域主要用于推算火箭、导弹、卫星、飞船的运行轨道。重力勘探的基本理论重力的实质地球的引力和地球自转产生离心力的合力。由于离心力相对地球引力较小，重力方向仍近似指向地心。重力场强度（重力加速度）称单位质量物体所受的重力大小为该点的重力场强度。它在数值上和重力加速度相等。1gl=1cm/s21mgl=1gl/1000g.u=1gl/10000(为国际通用重力单位)重力勘探的基本理论正常重力场

地球形状为绕短轴以一定角速度旋转的椭球体。（赤道半径a=6378.2km,两极半径b=6356.8km）。

某点的正常重力值,

赤道正常重力值，跟地球几何形状及自转角度有关的常数，表示纬度重力异常：任一点重力观测值与该点的正常重力值之差称为重力异常。<<区域重力调查技术规定>>、<<石油物探局重力技术标准>>、<<海洋重力测量暂行规定>>提出采用统一的正常重力公式.当前所用为赫尔默特1909年公式:可计算出赤道处正常重力值为9.78030m/s2,两极处为9.832155m/s2重力勘探的基本理论剩余密度、剩余质量矿体密度与围岩的密度之差称之为剩余密度。剩余质量M=V*(-)

决定矿体重力异常大小的不是矿体本身的密度，而是与矿体与围岩的密度差，剩余密度越大，重力异常越大。重力勘探的基本理论存在剩余密度是重力勘探基本条件，还不是充分条件。5.1.2重力异常值的测定与测量结果整理重力的测定可分为绝对测定和相对测定。在某一点测定重力的全值，称之为绝对重力测定，该点往往作为重力基准点。相对于重力基准点的重力变化称为相对重力测定。重力测定设备——重力仪类型：弹簧重力仪、振弦重力仪、超导重力仪、激光重力仪等

GS型的重力仪的示意图（一）几种常见的重力仪

GS型重力仪的示意图（二）DZW型重力仪的结构

主要技术指标:

分辨率：1微伽

直接量程：2毫伽

精

度:±1.9--±3.2微伽

传感度精度：优于0.0001微米

恒温精度：小于0.0001°C

国外的几款重力仪WordenGravityMeterFG5AbsoluteGravityMeter

G型

陆地用

重力仪Accuracy测量准确度:0.04mGal0.01mGal(withoptionalMVRSystem)Precision的读数精度0.001mGal0.0001mGal(withoptionalMVRSystem)Repeatability重复测量准确度0.01mGal0.005mGal(withoptionalMVRSystem)

GMeterw/CPI

ZeroLength™MetalSpring

Reliable-LowMaintenanceWorldwideRange-NoResetting

LowDrift-<1mGalperMonth

NoDataLogging

ManualReading

CPISystem-improvesrepeatability

0.005mGalDataResolution

0.01to0.02mGalRepeatability

GMeterw/Aliod100xZeroLength™MetalSpring

Reliable-LowMaintenance

WorldwideRange-NoResetting

LowDrift-<1mGalperMonth

InternalDataLogging

AutomaticReading&Leveling

AutomaticTide&TiltCorrection

0.001mGalDataResolution

0.003to0.02mGalRepeatability重力观测结果的整理目的：消除与地质无关的干扰因素.采用4种改正处理:纬度改正:即正常场改正.目的是消除测点重力值随纬度变化的影响.地形改正：当测点附近起伏时，高出测点水平面的质量多余部分和低于测点水平面的质量空缺部分都对重力测点的引力产生影响，因此必须进行削平与充填。高度改正：测点高程不同则重力值不同，因此要将所有的测点校正到同一大地水准面上。公式：中间层改正：去掉大地水准面以上的物质的引力影响。公式：布伽改正、布伽异常：重力勘探中，把高度改正和中间层改正合起来进行，称之为布伽改正。校正后的重力异常称为布伽异常。5.1.3重力勘探资料的解释和应用定性解释任务：确定地下地质大致构造形态和范围的大小定量解释任务：确定地下构造具体位置、展布规律。应用条件和范围条件：密度差、明显的产状和足够大的面积、埋藏深度最大不超过3000米。应用范围：研究结晶基底表面的起伏和内部结构的变化；沉积岩的内部构造和岩相变化；地壳厚度的变化5.2磁法勘探5.2.1磁法勘探基本理论磁法勘探的概念磁法勘探是利用地壳内各种岩（矿）石间的磁性差异所引起的磁异常来寻找有用矿产或查明地下地质构造的一种地球物理勘探方法。磁法勘探的实质和地质任务由于地壳中岩、矿石的磁性差异的存在，在地表就形成有一定特点的局部磁场，叠加在地球磁场之上，形成磁异常，通过测定和分析这些磁异常来研究它和地质因素的关系。从而作出关于地下地质构造与矿产分布的有关结论，这就是磁法勘探的实质和主要任务。按工作环境不同，磁法勘探可分为地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁测四类。5.2.1磁法勘探基本理论磁法勘探的理论基础磁场和磁场强度磁极间的引力或斥力称为磁力；磁力作用的空间称为磁场； 磁场中单位“正磁荷”所受的力，称之为磁场强度。

描述磁场强度的单位如果单位“正磁荷”在磁场中某点所受的磁力是一个达因。则该点的磁场强度为1C.G.S.M单位，专门的名称为奥斯特，用Oe表示。在磁法勘探中所测量的磁场强度的变化是很弱的，这个单位过大，所以采用十万分之一奥斯特为单位，称为伽马，用γ表示。磁力线常用磁力线来描绘磁体的感场特征。磁场强度不仅可用磁力线表示方向，也能用磁力线的疏密的程度来表示其大小。下图为磁铁棒磁场的磁力线图，磁力线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。（一）地球的磁场-地磁场分三种类型：基本磁场、变化磁场和磁异常1基本磁场占地磁场的99%以上，由磁偶极子场、大陆磁场和磁场的长期变化三部分组成。主要是由地核内电流的对流形成，是一种内源磁场。相对稳定，但存在站直极为缓慢的变化。（1）地磁三要素：地磁场水平分量H，地磁场与水平面的夹角即地磁倾角I，磁偏角D。地磁要素在地球表面分布的规律为：T值在两极处最大，可达60000~70000nT；向赤道方向逐渐减小，在赤道处最小，只有30000~40000nT。Z值在赤道处为零，向两极逐渐变大到60000~70000nT。H值在赤道处最大，达30000~40000nT，向两极逐渐减小到零。磁倾角在赤道处为零，在两极附近达到±90度。

（2）磁偶极子场地磁场与地球中心放一个强磁偶极子产生的磁场（即均匀磁化球体磁场）很接近。磁偶极子轴和地理轴之间存在约11.5度的倾角.按惯例,把地理北极附近的磁极称为地球的北磁极,把地理南极附近的磁极称为地球的南磁极.(3)大陆磁场:地球的基本磁场中除去最佳磁偶极子场部分为非偶极子场.大陆磁场是非偶极子场的主要部分,是由地球内部的深源引起的,绕八个中心分布,具有不同的极性.(4)长期变化:地球的基本磁场有一个随时间缓慢向西飘移的变化,称为地磁场的长期变化.各点的长期变化是不同的,具有区域性.2、变化磁场变化磁场是起源于地球外部并叠加在基本磁场上的各种短周期变化磁场。只占地磁场的很小一部分（不到1%），可分为二类：平静变化和扰动变化。连续出现有周期性的变化规律，称为平静变化。包括周期为11年，与太阳黑子活动周期一致的磁变化；以一天为周期的太阳静日变化和太阴日变化。2、变化磁场另一类是偶然发生的时间短暂的复杂变化，称为扰动变化，主要有磁暴（磁扰）和地磁脉动。磁扰是偶然发生的地磁场的无规律变化。磁暴是强度大的磁扰，一般是全球同时发生的，强度可达数百甚至上千纳特，延续时间可达几天。当强磁暴发生时，磁测工作应停止进行。地磁脉动是一种短周期的地磁扰动。3、磁异常地磁学中，常把地球当作一个理想的均匀磁化球体，它产生的磁场叫正常磁场。在消除了各种短期磁场变化后，实测地磁场与基本磁场（正常磁场）间存在的差异，称为磁异常。可分为：大陆性异常、区域性异常和局部异常。磁异常是地下岩、矿体或地质构造受地磁场磁化后，在其周围空间形成并叠加在地磁场上的次生磁场。实际工作中，磁异常与正常场（即局部异常与区域异常）的概念具有相对的意义，要根据解决的地质问题和勘探对象来确定。磁异常的测定与数据整理磁异常的测定-磁力仪从所测的磁场强度分量上：水平磁力仪、垂直磁力仪、总强度磁力仪从磁力仪原理和结构上：磁通门磁力仪、核子旋进磁力仪、光泵磁力仪等磁异常数据的整理要对采集原始数据进行一些改正，包括：日变改正、正常场改正、温度改正、零点改正。日变改正：消除地磁场日变对读数的影响。日变资料可自己观测或向附近的地磁台索取。正常场改正：消除地磁场强度随纬度和经度的正常变化。通常参考本国和世界的区域等值线图来进行。温度改正：消除温度变化引起磁力仪性能的变化而对读数的影响。零点改正：消除因仪器内部结构受外界影响而产生的读数随时间的变化。成果：磁异常平面等值线图磁异常剖面曲线图磁法勘探的解释和应用定性和定量解释（1）、磁异常的定性解释判断引起磁异常的地质原因；判断地质体的形状与走向；推测地质体的位置与范围；估