重力勘探Microsoft PowerPoint 演示文稿.ppt

1、重力勘探方法原理 实质：以地壳中不同岩、矿石之间密度差异为基 础，通过观测和研究重力场的变化（重力异常），探查地质构造和矿产资源。 主要用途：探查油气远景区的地质构造、盐丘，圈定煤田盆地，研究深部构造和区域地质构造。还可与其它方法（磁法、 电法）配合寻找金属矿产。,1. 重力、重力位及位的微商 (1) 重力： 牛顿万有引力定律： 式中：F是作用在m上的力，r是M指向m之间的距离，G是万有引力常数，式中负号表示吸引力。 引力常数:,重力：Z 物体所受重力是地球质量对物体产生的引力及该物体随地球自转引起的离心力的合力 重力场强度：g 单位质量的物体在重力场中所受的重力 引力场强度：9.8 m/s2

2、，赤道惯性离心力最大约：0.0339 m/s2，差300倍，故忽略。,重力加速度：地球表面及附近空间的一切物体都受重力作用。在重力作用下，自由下落物体的加速度与重力之间的关系： 重力勘探中重力即指重力场强度或重力加速度。 单位制： CGS单位（厘米克秒制）： Gal，mGal，uGal 国际单位（SI）（米千克秒制）：m/s2 1Gal (伽) =10-2m/s2 1mGal (毫伽) =10-5m/s2,(2) 重力位： 保守力场：在一个封闭系统中动能和位能的总和守恒。重力场是保守力场，在重力场中移动质量所作的功与路径无关，只与端点有关。 保守力场做功：将单位质量m从无穷远处沿任何路径移到距

3、M的重心距离为R的一点所做功： 该式表述了一个点质量的引力位。,三度体的引力位： （a）质量元： （b）若密度在积分区域中是常数：,引力是引力位的梯度： 沿z轴方向（铅垂方向）加速度：,位场方程式： 高斯定理（散度定理）：矢量场散度在空间区域 的积分，等于该场在该 区域包面外法线分量的 面积分：,a）区域内无引力物质时： -拉普拉斯方程 （b）区域内有引力物质时： -泊松方程,3）位的微商：重力研究的简便方法： 重力位-微商-重力效应 根据场论中梯度定义，由 沿z轴方向（铅垂方向）加速度：,重力沿任意方向的分量与重力位沿该方向的方向导数（位的一次微商）：,重力梯度与重力位二次微商：,重力位二阶

4、导数单位：1/s2 。此单位过大 实际单位：10-91/s2，相当于1m 距离内重力变化10-9m/s2。,2. 地球的重力、密度分布及重力换算 （1）重力等位面与地球形状： 沿垂直于重力方向移动时，重力位不变： 重力等位面：重力位是坐标x、y、z的单值函数，所以上式是一个曲面方程。此方程确定的曲面上，重力位都等于常数C，所以称此曲面为重力等位面。,大地水准面：静止的水面上任一点的重力与该水准 面垂直，因此水准面也就是重力等位 面。以不同的C代入前式，可以得到 一系列水准面（重力等位面），通常 将与平均海平面重合的水准面称为大 地水准面。,地球的基本形状： 一级近似：大地水准面，平均半径637

5、6km的正球 面。 二级近似：二轴椭球面，赤道半径： 6378.160km， 极半径：6356.755km，扁率：1/298。 三级近似：梨形体面，北极突出十余米，南极凹进 20余米。,正常重力位：引入一个与大地水准面形状接近的正 常椭球体代替实际地球，假定正常 椭球体表面光滑，内部密度均匀分 布，各层界面都是共焦点的旋转椭 球面，则其表面各点重力位可被计 算，并被称为正常重力位。,正常重力公式：由正常重力位推算的正常椭球面上 的重力公式，基本形式： 式中：g为计算点地理纬度处的正常重力值，ge为赤道重力值，gp为两极重力值，为地球的力学扁率，为地球扁率。,式中ge、 1是计算中常重力公式的关

6、键，也是多年来数学家、物理学家、地球物理学家关注的焦点。不同的科学家才有不同的参数值，可得到不同的计算正常重力公式： 1901-1909年赫尔默特公式： 1930年卡西尼公式： 1979年IUGG公式：,（2）密度分布： 密度：单位体积物质的质量。单位：g/cm3或kg/m3。 密度变化，是开展重力勘探的地球物理前提条 件， 也是对重力测量结果进行地形校正和中间层 校正必不可少的重要参数。,决定岩、矿石密度的主要因素：矿物成分、孔隙度及充填 物、压力等。 沉积岩密度：孔隙度是影响沉积岩密度变化的主要因素。 地表浅层压力小，孔隙度大，沉积岩密度 较小。沉积层深部，压力大，孔隙度减 小， 密度增大

7、。 沉积时代不同，孔隙度不同，密度也有差 异。时代较老的沉积岩比时代新的同类岩 石密度大。 一般，沉积岩密度随孔隙度减小而增大。,沉积岩的密度与孔隙度的关系,几种主要沉积岩的参考密度值： 黄土：1.64g/cm3 沙：2.0g/cm3 粘土：2.21g/cm3 砂岩：2.35g/cm3 石灰岩：2.55g/cm3,火成岩密度：矿物成分及含量是影响火成岩密度变化的主 要因素。 由酸性岩到基性岩，密度随铁镁暗色矿物 的百分含量的增加而增大。 同类侵入岩，侵入时代不同，矿物含量不 同，密度也有所不同。 同源岩浆，侵入和喷出时可形成不同的矿 物岩石，因此，侵入岩和喷出岩密度有差 异。,火成岩密度与矿物

8、成分及含量的关系,几种主要火成岩的参考密度值： 花岗岩：2.64g/cm3 斜长岩：2.78/cm3 闪长岩：2.85g/cm3 玄武岩：2.99g/cm3 辉长岩：3.03g/cm3 橄榄岩：3.15g/cm3。,变质岩密度：矿物成分、孔隙度及充填物、压力都影响变 质岩密度。这些因素取决于变质的性质和 变质程度。 区域变质作用将使变质岩的密度比原岩 密度增大。变质程度越深，变质岩的密度 越大。 动力变质作用破坏原岩结构，疏松和压 碎导致密度降低。 重结晶又会增大岩石 密度。 统计表明，同一时代变质岩密度相差不大，不同时代的变质岩密度有差异，一般时代越老，密度越大。,几种主要变质岩的参考密度值

9、： 石英岩：2.60g/cm3 大理岩：2.75g/cm3 片麻岩：2.80g/cm3 角闪岩：2.96g/cm3。,矿物的密度：取决于成分和含量，一般金属矿密度 比非金属矿密度大。 几种主要矿物的密度值： 石墨：2.15g/cm3 滑石：2.71g/cm3 金刚石：3.52g/cm3重晶石：4.47g/cm3 闪锌矿：3.75g/cm3 黄铜矿：4.2g/cm3 磁铁矿：5.12g/cm3 方铅矿：7.5g/cm3,密度测定方法： 岩、矿石标本密度测定 天平测定法：若岩、矿石标本质量为m，体积为V，其密 度为： 密度仪测定法：设标本在空气中重量为P1，水中重量为P2 由力矩平衡法，得其密度为

10、：,地层平均密度的测定 重力试验法、最小二乘法、井中重力测量法等,（3）重力换算： 重力观测资料经零点校正后，是各测点相对于总基点的相对重力值。这种重力资料包含有地下密度不均匀地质体产生的异常、各测点周围地形变化产生的异常、不同纬度产生的异常等，必须将各测点相对重力值按统一标准换算（改正），才可得出各点单纯重力异常。,地形校正： 测点周围起伏的地形对测点观测值的影响：高于测点的地形质量对测点的引力的铅垂分力会使测点重力值减小；低于测点的地形质量缺失也会使测点重力值减小。不论地形高低，都将使测点重力值减小。所以地形校正总是正值。,地形校正方法：采用近似积分，将以测点为中心的四周分为许多小区域，计

11、算每一小块地形质量对测点的校正值，然后累加求和。常采用扇形域、方形域按近、中、远分区进行地形改正。,中间层校正： 测点与基准面之间中间物质层对测点观测值的影响：地形校正后，相当于将测点周围的地形夷为平地，但在测点和基点（大地水准面）之间，多了一层密度，厚度h的中间物质层的引力作用，需要对测点与基准面（参考高程）之间的物质层引力进行校正，去掉其影响。,中间层校正方法：若中间层密度，厚度h，其内一点P(r，z)的体积元dv及其质量dm分别为：,则由计算重力异常的式（2-1-9）： 可求得圆柱坐标系下的中间层影响值：,因此，密度，厚度h的中间层重力校正值为： 式中，密度单位g/cm3，中间层厚度单位

12、m，校正值单位10-5m/s2。 计算时，当测点高于基准面时h取正号；低于基准面时h取负号。,自由空间（高度）校正： 测点与基准面之间高差对测点观测值的影响：重力值随测点高程增加而减小，与地下密度分布无关。测点与基准面的高差，相当于测点较之于基准面点与地心距离有所差异，会产生测点正常重力值的变化，必须把各测点正常重力值换算到同一基准面上。经地形校正和中间层校正后，测点和基准面之间只剩下高度h的影响，不用考虑二者之间的物质引力，所以称为自由空间（空气）或高程改正。,自由空间（高度）校正方法： 式中，h为测点与基准面之间的高差，单位m，校正值单位10-5m/s2。 通常，将中间层校正与高度校正合并进行，称为“布格校正”，其重力异常称为“布格异常”： 式中，h为测点与基准面之间的高差，单位m；为中间层密度，单位g/cm3，厚度单位m。校正值单位10-5m/s2。,正常场（纬度）校正： 正常重力场对测点观测值的影响：理论计算得到的地球正常重力场公式： 地形校正、中间层校正和高度校正后，测点上正常重力值已换算到基点所在的大地水准面上。但如果测点与基点不在同一纬度，会产生因纬度不同的正常重力差，必须去掉