重力勘探

重力勘探

重力勘探：观测地球表面的重力场的变化，借以查明地质体构造和矿产分布的物探方法。

重力异常：在重力勘探中，将由于地下岩石，矿物密度分布不均匀所引起的重力变化，或地质体与围岩密度差异引起的重力变化，成为重力异常。

引力位重力位关系：重力位等于引力位及离心力位之和，重力位处处连续而有限。 引起重力异常的原因

地壳厚度的变化；

结晶基岩内部成分、构造和基底顶面的起伏； 沉积岩的成分和构造；

金属矿及其它矿产的赋存；

剩余密度：地质体密度与围岩密度的差称为地质体的剩余密度，即?σ=σ?σ0，该地质体相对于围岩的剩余质量为?σ???

第三章 重力测量仪器

绝对重力测定

测量地球上某点的绝对重力值，绝对重力测量测的是重力的全值。原理：动力法，观测物体的运动状态（时间与路径），用以测量重力的全值。 相对重力测定

测定地球上两点间的重力差值（即各点相对于某一基准点的重力差）。原理：静力法，观测物体的平衡状态，用以确定两点间的重力差值。

零点位置：选取平衡体的某一平衡位置作为测量重力变化的起始位置。 影响重力仪精度因素：

温度、气压 、电磁力、安置状态不一致 零点漂移：

弹力重力仪中的弹性元件，在一个力（如重力）的长期作用下将会产生蠕变和弹性滞后（弹性疲劳）等现象，致使弹性元件随时间推移而产生极其微小的永久形变而导致仪器读数的零点值随时间而不断变化。。

怎样克服零漂：制造仪器时，应选择适当材料和经过时效处理，尽量使零点漂移小并努力做到使它成为时间的线性函数。

零点读数法含义及意义（优点）：p37

第四章 重力测量

重力测量分类（按空间位置）：地面重力测量、地下重力测量、海洋重力测量、航空重力测量、卫星重力测量

重力测量分类（按地质任务）：区域重力调查、能源重力勘探、矿产重力勘探、水文及工程重力测量、天然地震重力测量等。各自解决的地质问题见p53-p54. 比例尺的确定：

重力概查：1:100万，1:50万，用于区域构造和壳慢深部构造 重力普查：1:20万，1:10万，用于能源普查和成矿远景区

重力详查：1:5万，1:2.5万，盆地内或成矿区，基底构造，局部构造，岩体，小断裂等 重力细测：1:1万以上，浅部小构造，小局部地质体

测网的大小布设规律：

1、在小比例尺测量中，没有严格要求，可以沿一些交通路线布置，并使测点均匀分布全区，在图上每平方厘米能有0.5到3个测点。在详查或更大的比例尺中，则要建立比较规则的测网。

2、对于走向不明或折于等轴状的勘探对象，宜采用方形网，即点线距相等

3、对于在地表投影有明显走向的勘探对象，应用矩形网，测线方向与其走向垂直。

基点网：重力仪在测点上进行观测时，需要有一些精度更高，重力值已知的点来控制，这些点称为基点。重力基点在观测时都要联成封闭的网络，这些网络叫做基点网。

基点网的作用：

1、控制重力普通点的观测精度，避免误差的积累

2、检查重力仪在某一段工作时间内的零点漂移，确定零点漂移校正系数 3、推算全区重力测点上相对重力值或绝对重力值

闭合差：

平差：每个环路的闭合差按照一定的方法和条件分配到相应环路的每个边上，使分配后环路上各边重力增加量满足

这一条件。

重力仪的静态试验及目的：

将仪器置入安静，通风的楼房一层或平方室内，每隔20-30min观测一次，同时记录室内温度，连续进行24h以上的观测。

目的：了解仪器静态零点漂移是否呈线性变化，受气温变化的影响大小或在抽气前度数的变化和稳定性。

重力仪的动态试验及目的：

在接近野外施工条件下进行，选取具有一定重力差的两个点，采用与施工相同的运输方式，以多次重复观测的方法进行。两点间单程观测时间间隔约10-15min，同时记录气温。试验时间应超过开工前和收工后各一小时。并不少于12h。

目的：了解仪器动态混合零点漂移的速率，动态观测下达到的可能精度，最佳工作时间范围和确定最大线性零点漂移时间间隔。

重力仪的一致性试验及目的：p57

重力仪格值标定：p57

海洋重力勘测的干扰效应：

1、 厄缶效应：因运载体相对于地球运动改变了作用在重力仪上的离心力而对重力产生的影响。又

称科里奥利加速度。

2、 水平加速度影响：因波浪或机器震动等因素引起运载体在水平方向上的周期性加速度对重力的

影响。

3、 垂直加速度影响：因波浪或机器震动等因素引起的周期性垂直加速度对重力的影响

4、 交叉—耦合效应：又称C—C效应。当旋转型海洋重力仪安装在陀螺稳定平台上进行测量时，周

期相同、相位相差π/2的垂直加速度和水平加速度共同作用在摆杆上的一种效应。

单位换算：

第五章 重力资料整理、重力异常的获得及均衡重力异常

三种异常和对应的校正：P83

自由空气重力异常：对观测重力值仅做高度校正和正常场校正

布格重力异常：对观测值进行地形校正，布格校正（高度校正和中间层校正）和正常校正后获得的

均衡校正：这项校正即使计算“移去”或“填补”的物质在测点处引起的引力铅直分量，即均衡校正值，然后加到布格异常中去，得到均衡重力异常。 （有公式查书）

自由空气重力异常地球物理意义：

自由空气重力异常反映了实际的地球形状和物质分布与大地椭球体的偏差。大范围内负的自由空气异常，说明该区域下方物质的相对亏损，而正的自由空气异常则表明有物质的相对盈余。

布格重力异常地球物理意义：

经地形校正和布格校正后，相当于把大地水准面上多余的物质消去了，作了正常场校正后，大地水准面一下按正常密度分布的物质也消失了。因而布格异常包含了壳内各种偏离正常密度分布的矿体与构造的影响，也包括地壳下界面起伏而在横向上相对上地幔质量的巨大亏损或盈余的影响。所以，布格重力异常除有局部的起伏变化外，从大范围来说，在陆地，特别山区，是大面积的负值区，山越高，异常负得越大，在海洋区，则属大面积正值区。

第六章 岩石的密度

决定岩石密度的主要因素：

1、岩石中各种矿物成分及其含量的多少

2、岩石中的孔隙大小和空隙中的充填物的多少 3、岩石所受压力的大小

火成岩的密度特征：

其密度值随岩石中铁镁暗色矿物的百分量逐渐增加而变大 沉积岩密度特征：

1、沉积岩的密度随孔隙度的减小而呈线性增大。

2、时代较老的沉积岩要比时代新的同类岩石的密度要大些。 3、盆地边缘的密度增大，而向盆地中心密度逐渐较小。 变质岩的密度特征：

1、区域变质的结果，将使变质岩的密度比原岩要大

2、动力变质的结果使岩石的密度比原岩要低，但若发生硅化，碳酸盐化或重结晶，则变质后密度比原岩要大些

3、在不同构造单元中，同一时代的变质岩密度相差不大，但时代越老密度往往越大 4、金属矿的密度要比非金属矿的密度大。 常用密度： 水 海水

岩石标本密度测定原理： P105

第七章 重力异常正问题

正演：给定地下某种地质体的形状、产状、和剩余密度等，通过理论计算求取它在地面上或空间范围内引起的异常大小、特征、和变化规律等。即“由源求场”

反演：依据已获得的重力异常特征、大小、分布等，并结合地质、钻探、及其他地球物理资料，求解重力场源体的空间位置、大小、产状和场源密度等。即“由场求源”

规则几何模型重力异常相关计算： P115，会用已知推未知 复杂模型的计算方法、思想 线密度： 面密度：

如何构造密度体：p138

第八章 重力异常反问题

规则几何体的反演

选择法和人机交互反演法的原理，优缺点：见应用地球物理重点。 多解性的原因：

1、不同密度体重力异常的等效性

2、观测重力异常信息的不完整性，即没有观测到一个地质体引起的完整异常。 3、观测重力异常数据的噪声 限制多解性的方法：

1、 在计算过程中尽可能利用已知的地质，地球物理及钻探资料对所求的场源体参数施加约束。 2、 综合其他地球物理勘探方法求解。 3、 提高仪器的测量精度，以及改正各项校正的计算方法，以获得更精确的数据。 4、 加限制条件，较少未知量个数。

第九、十章 重力异常解释及应用

异常对应的地质解释：P236 重力梯级带

（1）基本特征：重力异常等值线分布密集，沿走向延伸较长，异常值向垂 直于走向的某个方向单调上升或下降。

（2）相对应的规则几何形体：垂直或倾斜台阶。

（3）可能反映的地质因素：垂直或倾斜断层、断裂带、破碎带；具有不同 密度的岩体的陡直接触带；地层的拗曲。

断裂构造识别标志： P238

中国的重力梯级带：

在布格重力异常图上，分布着一些重要的梯级带，主要为NE向和近EW向，其次为NW向和SN向。 (1)东部梯阶带主要走向为北东或北北东，仅个别地段为东西或北北西向。 (2)西部地区重力梯阶带走向以东西走向为主，个别地段为北西或近南北。 (3)巨大重力梯阶带大多与我国主要褶皱山系平行或重合，在莫霍面深度图上 表现为陡坡带。

石油天然气勘探中重力法的应用：

1、区域地质构造的研究及油气远景区的预测 2、寻找古潜山和封闭构造 3、探测油气藏 重力勘探的应用

1. 研究地球深部构造和动力学。如，地壳厚度变化/莫霍面起伏，深大断裂部位 和延深情况、地幔密度不均匀性，地壳均衡等。

2. 研究大地及区域地质构造，划分构造单元，圈定盆地。 3. 探测、圈定隐伏岩体或岩层，追踪断裂，基岩、构造填图。

4. 能源勘探。圈定含油气、煤等盆地；盆地形状和深度，盆地内沉积层厚度、 内部构造，含油气构造，直接探测油气。

5. 矿产勘探。圈定金属及非金属矿产成矿（远景）带，圈定成矿岩体，追踪矿 体。

6. 工程地质勘察。如浮土下基岩面起伏、断裂、空洞。

7. 水文地质勘察。如利于储水的地下溶洞、破碎带、地下河道等，地热田勘查。 8. 考古(微重力测量)。

布格校正的均方误差为（P87式5-29）：

?b??(3.086?0.419{?}g?cm)2{?h}2?(0.419?h?m????g?cm)2 ?3m?3根据上式根号下第一项可知，由于中间层校正密度一定，高程误差的出现往往是随机的，会使布格异常图产生随机分布的扰动；由根号下第二项可知，密度误差将可能引起与地形起伏有关的虚假异常。

4）不做布格校正时，地形平整处重异常不变，地形隆起各点重异常值为

250g.u.?(3.086?0.419{?}g?cm?3){h}m?250g.u.?449.6g.u.??199.6g.u.；

不做高度校正时，地形平整处重异常不变，地形隆起各点重异常值为

250g.u.?3.086{h}m?250g.u.?617.6g.u.??267.2g.u.；

不做中间层校正时，地形平整处重异常不变，地形隆起各点重异常值为

250g.u.?0.419{?}g?cm?3{h}m?250g.u.?167.6g.u.?417.6g.u.。

8、在有起伏的自然地表面进行重力测量，经各项校正后所获得的重力异常是大地水准面（或

总基点所在水准面）上的异常还是原测点处的重力异常，为什么？ 答：经过各项校正后所获得的重力异常任然是在原测点处的重力异常。因为各项校正只是消除了地形起伏及正常地球在测点产生的重力值，对剩余密度体产生的重力异常没有影响。 10、试证明：圆锥体在其顶点处引起的重力异常为⊿gmax=2?Gσh(1-cos?)。式中h为锥

体高度，?为锥体的半顶角；并由此式再证明锥体顶点处的地形校正值为δcos?。 证明：

圆柱坐标系下重力异常公式为：?g?G???2?1gT =2?Gσh

??r1r2z2rz(r2?z)322z1d?drdz

以圆锥体顶点为原点，z轴竖直向下，对于圆锥体表面任一点有r?ztan?积分限为：

?1?0,?2?2?;z1?0,z2?h;r1?0,r2?htan?，则圆锥体在顶点处的重异常可表示为：

?g?G??2??2?1??r1h0r2z2rz322?G??d??0h?(r2?z)ztan?rzz1d?drdzdrdzdr0?2?G??zdz?0(r2?z)ztan?r(r2?z)3220322?2?G??h0h?22?1?zdz??(r?z)2???0ztan?

??1?2?G???1??dz20tan??1???2?G?(1?cos?)?dz0h?2?G?h(1?cos?)所以圆锥体顶点处的地改值为

?gT?2?G?h?2?G?h(1?cos?)

?2?G?hcos?

第六章

1. 决定各类岩（矿）石密度的主要因素是哪些？

答：根据大量测定和研究结果认为，决定岩石密度的主要因素是： 1)岩石中各种矿物成分及其含量的多少；

2)岩石中的孔隙度大小及孔隙中的充填物的多少； 3)岩石所受压力的大小。

2. 在计算重力异常过程中，有哪几项校正需要密度参数？并分析如果密度参数确定的不准会

对异常有何影响？

答：中间层校正，地形校正，布格校正（中间层校正和高度校正合称布格校正）。地形校正不准会产生与地形相关的虚假异常，由于地形校正一般为正，所以当校正密度小于实际密度时，校正的值小，会使校正后的值偏小，反之则偏大；中间层校正为负，所以如果校正密度小于实际密度，则会使校正后的值偏大，反之则偏小。密度参数测定不准时，布格校正的变化规律与中间层校正的规律相同（因为布格校正包括中间层校正和高度校正，而高度校正与密度参数无关），另外，根据P87布格校正均方误差公式，根号下第二项中密度误差和高程是乘积关系，因而微小的密度误差会因跟高程相乘而被放大，产生与地形起伏有关的虚假异常。 3. 测定或确定岩（矿）石的密度有几种常用的方法？简单说明各种方法的测定过程。 答：

1) 可用岩（矿）石密度值表 2) 标本密度可用天平测定法 3) 标本密度可用密度仪测定法 4) 重力剖面测量法

5) 重力测井法

6) （个人认为：题目问的是实验室条件下测定岩矿石密度的方法，所以前三种为正确答案，

而后面的重力剖面测量法等是测定岩层或地层密度的方法。） 天平测定法：标本在空气中的重量为p1 水中重量为p2

排水体积V，?0为水密度

P1?P2?V?0g所以

V?P1?P2?0g

??Pmmmg1???0??0P?PVPP121?P21?P2?0g

对于多孔标本，为防止水分浸入空隙而影响测定结果，可在标本表面涂一层石蜡。

密度仪的使用规划：

1)安装仪器，调平后刻度盘应垂直。

2)秤臂B端挂上挂钩，同时调节A端秤臂上左端配重螺丝，使转动系统处于随遇平衡状态。

3)B端挂上标本，A端放置砝码，调节砝码的重量，使指针指到刻度n。 4)将标本浸在水中，待平衡稳定后，指针所示的刻度值就是该标本密度值。

3g/cm利用密度仪测定的精度可达0．0l～0．02，其效率比天平高3～4倍。

第七章

1. 什么是解重力异常的正演问题？

答：所谓正演问题就是给地下某种物质体的形状、产状和剩余密度等。通过理论计算求取它在地面上或空间范围内引起的异常大小、特征和变化规律，即“由源求场”。 2. 解正演问题的基本方法有哪些？

答：一、简单规则几何模型体重力异常的计算：直接利用重异常公式求解； 二、横截面不规则二度体的计算：量板法、多边形截面法；

三、不规则形状三度体重异常的计算：直立面元法、水平面元法、直立线元法； 四、单一密度分界面重力异常的计算：扇形域量板法、方域计算法。 3. 指出下列叙述中的错误所在：

① 一个背斜构造，它一定会产生一个正的重力异常；而一个向斜构造上则一定引起一个负异

常。

② 一个地质体引起的重力异常越大，它所对应的重力水平梯度也一定大。 ③ 两个同样形状和大小的地质体一定产生完全一样的重力异常。

④同一个地质体，当埋藏深度不变仅剩余密度加大一倍（如设σ=1 g/cm3和σ=2 g/cm3两种情形），则在过中心剖面上两种情况下的异常曲线数值也相差一倍，所以两条异常曲线互相平行。 答：

① 不一定，正的重力异常或负的重力异常影响因素不只与高度有关。重力异常与剩余密

度有关，不知剩余密度所以不确定。一般说来，下覆岩层密度大，背斜一般呈现正异常；向斜呈现负异常。

② 重力水平梯度，指重力大小在水平方向变化的快慢程度，重力异常大但水平梯度不一

定大。

③ 形状、大小一致的地质体，其重异常受埋藏深度和剩余密度的共同影响，埋藏深度和

剩余密度不同，则剩余质量可能不同，因而其产生的重异常也可能不同。 ④ 不对，在题设条件下，当剩余密度增大1倍时，剩余质量增大1倍，则引力增大1倍，

所以重异常数值在最大值处相差一倍，但是，两条异常曲线并不平行，在无限远处两条异常曲线值均趋于0。

6. 当球体、水平圆柱体及铅垂台阶的中心埋藏深度都是D，剩余密度都是σ，且台阶的厚度

正好是球体与水平圆柱体的半径R两倍（R≤D时），请计算

?gsphmax：

?gcylmax：

cyl?gstepmax=?:?:?

max,max,max分别是球体、水平圆柱体、铅垂台阶引起的重力异常极大值。 式中

答：我们根据已知公式可得；

4G?R3?GMsph球体：?gmax ?2?32DD?gsph?g?gstep水平圆柱体：

?gcylmax2G?2??R2G??DD（其中?为单位长度圆柱体的剩余质量（称为剩余线密

?r2——P117） 度）????step台阶：?gmax?2?G?(H?h)?2?G??2R?4?G?R

4G?R3?2??R2G3::4?G?R所以 D2D2R2R?::223DD

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