专业课导论重力.ppt

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1、1 1 前言前言2 2 重力勘探的理论基础重力勘探的理论基础3 3 重力仪重力仪4 4 重力勘探工作方法重力勘探工作方法5 5 重力资料的整理与图示重力资料的整理与图示6 6 重力异常的正演与反演重力异常的正演与反演7 7 重力异常的转换与处理重力异常的转换与处理8 8 重力异常的地质解释及应用重力异常的地质解释及应用1 前言前言 重力勘探是观测地球表面重力场的变化，借以查明地质构重力勘探是观测地球表面重力场的变化，借以查明地质构造和矿产分布的物探方法。地球的重力场是一种天然力场。组造和矿产分布的物探方法。地球的重力场是一种天然力场。组成地壳的各种岩（矿）石之间具有密度差异，这种差异会使地成地

2、壳的各种岩（矿）石之间具有密度差异，这种差异会使地球的重力场发生局部变化球的重力场发生局部变化,从而引起地球重力异常。当我们在从而引起地球重力异常。当我们在某一地区进行观测并发现重力异常时，对异常进行分析计算，某一地区进行观测并发现重力异常时，对异常进行分析计算，就能推断引起该重力异常的地下物质分布情况，从而达到地质就能推断引起该重力异常的地下物质分布情况，从而达到地质勘查的目的。勘查的目的。 重力勘探的前身重力勘探的前身重力测量学重力测量学 重力现象认识过程经历的两次飞跃重力现象认识过程经历的两次飞跃 ：1、运动物体的下落时间与其重量成比例、运动物体的下落时间与其重量成比例古希腊古希腊 亚里

3、亚里 士多德士多德 2、物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正比，而与、物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正比，而与 物体自身的重量无关物体自身的重量无关 意大利意大利 伽利略伽利略 （人类第一次对重力现象有了科学的认识）（人类第一次对重力现象有了科学的认识） 重力勘探大约起始于重力勘探大约起始于20世纪初世纪初 ，厄缶发明了测量重力，厄缶发明了测量重力变化率的扭秤，用它在油田勘探中寻盐丘等储油构造获得变化率的扭秤，用它在油田勘探中寻盐丘等储油构造获得了成功。但由于重力的变化值仅占重力全值中的极小比例，了成功。但由于重力的变化值仅占重力全值中的极小比例，因而实用的重力仪到因而实用的重力仪到2

4、0世纪世纪40年代才出现年代才出现 。 重力勘探的特点：重力勘探的特点： 1、费用低、费用低 2、勘探深度大、勘探深度大 3、仪器轻便、采集数据快、仪器轻便、采集数据快 重力勘探的分类：重力勘探的分类： 1、地面重力勘探、地面重力勘探 2、海洋重力勘探、海洋重力勘探 3、井中重力勘探、井中重力勘探 4、航空重力勘探、航空重力勘探 5、卫星重力勘探、卫星重力勘探 2 重力勘探的理论基础重力勘探的理论基础 一、重力一、重力 地球上任何物体都要受到重力作用，重力是两种力的合力，地球上任何物体都要受到重力作用，重力是两种力的合力，其一是地球的全部质量对物体的引力，其二是物体在自转的其一是地球的全部质量

5、对物体的引力，其二是物体在自转的地球上受到的惯性离心力，重力就是它们的矢量和。地球上受到的惯性离心力，重力就是它们的矢量和。 重力场与重力场强度重力场与重力场强度 地球周围具有重力作用的空间称为重力场，其强度为地球周围具有重力作用的空间称为重力场，其强度为单位质点所受的重力。单位质点所受的重力。 重力加速度重力加速度 当物体只受重力作用时，会做自由落体运动，此时的当物体只受重力作用时，会做自由落体运动，此时的加速度为重力加速度。加速度为重力加速度。 重力勘探中实际测量的是重力勘探中实际测量的是重力场强度或重力加速度重力场强度或重力加速度。重力勘探的单位：重力勘探的单位：SI单位制：单位制：g.

6、u. 1g.u.=10-6m/s2,CGSM制制: Gal, mGal, Gal 1Gal=103mGal=106 Gal= 10-2m/s2,两种单位的换算关系为：两种单位的换算关系为： 1Gal=104g.u. 二、地球的重力场二、地球的重力场 地球的重力场可分为正常重力场、重力随时间的变化地球的重力场可分为正常重力场、重力随时间的变化及重力异常三部分及重力异常三部分。 （1）正常重力场）正常重力场 大地测量和人造卫星轨道测量的成果都表明，地球的大地测量和人造卫星轨道测量的成果都表明，地球的形状实际上并不规则，其赤道膨胀，两级略扁且内部物质形状实际上并不规则，其赤道膨胀，两级略扁且内部物质

7、分布不均匀。为便于计算正常重力值，选择一个内部物质分布不均匀。为便于计算正常重力值，选择一个内部物质呈均匀同心层分布的旋转椭球体作为地球的形状，此时计呈均匀同心层分布的旋转椭球体作为地球的形状，此时计算出的重力值称为正常重力场值。算出的重力值称为正常重力场值。 我国采用计算正常重力值的公式为我国采用计算正常重力值的公式为1909年的赫尔默特公年的赫尔默特公式式 ： （2）重力场随时间的变化）重力场随时间的变化 重力场随时间的变化包括长期变化和短期变化两类。重力场随时间的变化包括长期变化和短期变化两类。 长期变化长期变化:主要与地壳内部的物质变动，如岩浆活动、构造主要与地壳内部的物质变动，如岩浆

8、活动、构造运动、板块运动等有关。运动、板块运动等有关。短期变化短期变化:指重力的日变，重力日变的幅度约为指重力的日变，重力日变的幅度约为2至至3g.u.，（3）重力异常）重力异常 如左图所示，设地下有一个体积为如左图所示，设地下有一个体积为V、密度为密度为的地质体，围岩密度为的地质体，围岩密度为0，两者的密度差两者的密度差=-0称为剩余密度，称为剩余密度，则地质体与同体积围岩间的质量差则地质体与同体积围岩间的质量差m=V称为剩余质量。由于剩余称为剩余质量。由于剩余质量，就在地面质量，就在地面P点产生了一个指向点产生了一个指向地质体质量中心的附加引力地质体质量中心的附加引力E，该，该附加引力在正

9、常重力方向附加引力在正常重力方向(铅垂方向铅垂方向)上的投影，即为重力异常。上的投影，即为重力异常。 特别注意：特别注意：引起重力异常的必要条件是岩层密度必须在横引起重力异常的必要条件是岩层密度必须在横向上有变化，对于一组横向上密度均匀分布的岩层，则无向上有变化，对于一组横向上密度均匀分布的岩层，则无论它们在纵向上密度变化有多大，也不能引起重力异常。论它们在纵向上密度变化有多大，也不能引起重力异常。要获得探测对象产生的重力异常，一般应具备如下条件：要获得探测对象产生的重力异常，一般应具备如下条件：（1）必须有密度不均匀体存在，即探测对象与围岩间要有）必须有密度不均匀体存在，即探测对象与围岩间要

10、有一定的密度差。一定的密度差。 第二，仅有密度不均匀体的分布，并不一定能产生重力异第二，仅有密度不均匀体的分布，并不一定能产生重力异常。密度不均匀体还必须沿水平方向有密度变化，才能引常。密度不均匀体还必须沿水平方向有密度变化，才能引起重力异常。起重力异常。 三三 、重力仪、重力仪 按测量重力的方式重力仪可分为绝对重力仪和相对重力仪。按测量重力的方式重力仪可分为绝对重力仪和相对重力仪。但用于重力勘探工作中的重力仪，都是相对重力测量仪器，但用于重力勘探工作中的重力仪，都是相对重力测量仪器，即只能测出某两点之间的重力差即只能测出某两点之间的重力差 值。值。（一）基本原理：弹簧秤原理（一）基本原理：弹

11、簧秤原理 设弹簧的原始长度为设弹簧的原始长度为s0，弹力系数为，弹力系数为k，挂上质量为，挂上质量为m的物体后其重量为的物体后其重量为mg，当由弹簧的形变产生的弹力与重量，当由弹簧的形变产生的弹力与重量大小相等（方向相反）时，重物静止在某一平衡位置上，大小相等（方向相反）时，重物静止在某一平衡位置上，此时有：此时有： 式中：式中：s为平衡时弹簧的长度。为平衡时弹簧的长度。 若将该系统分别置于重力值为若将该系统分别置于重力值为g1和和g2的两点上，弹簧形的两点上，弹簧形变后的长度为变后的长度为s1和和s2，可类似得到上述两个方程，将它们相，可类似得到上述两个方程，将它们相减便有减便有 ：0mgk

12、 ss系数系数C称为格值，因此测得重物的位移量就可以换算出重称为格值，因此测得重物的位移量就可以换算出重力差。力差。（二）地面重力仪（二）地面重力仪 石英弹簧重力仪石英弹簧重力仪 2121kgggssCsm金属弹簧重力仪金属弹簧重力仪 4 重力勘探的工作方法重力勘探的工作方法 根据地质任务的不同，重力勘探可分为预查、普查、详根据地质任务的不同，重力勘探可分为预查、普查、详查和细测四个阶段。查和细测四个阶段。 预查：预查：在重力勘探空白区进行的大面积小比例尺测量，以便在重力勘探空白区进行的大面积小比例尺测量，以便 在短期内获得有关大地构造轮廓的资料。在短期内获得有关大地构造轮廓的资料。 普查：普

13、查：在有进一步工作价值的地区开展的调查，用以了解区在有进一步工作价值的地区开展的调查，用以了解区 域构造特征、圈定岩体范围和指示成矿远景区等。域构造特征、圈定岩体范围和指示成矿远景区等。 详查：详查：在成矿远景区进行的重力测量，通过对异常规律和特在成矿远景区进行的重力测量，通过对异常规律和特 点的详细研究，寻找局部构造或岩、矿体。点的详细研究，寻找局部构造或岩、矿体。 细测：细测：在已发现的构造或成矿有利的岩体上进行的精细测量，在已发现的构造或成矿有利的岩体上进行的精细测量， 目的在于确定地层或岩、矿体的产状特征。目的在于确定地层或岩、矿体的产状特征。 比例尺及测网应根据工作任务、探测对象的规

14、模及异常特比例尺及测网应根据工作任务、探测对象的规模及异常特征而定。测线应尽量垂直于探测对象的走向，探测对象大致征而定。测线应尽量垂直于探测对象的走向，探测对象大致位于测区的中心。普查时应至少有两条测线，每条测线至少位于测区的中心。普查时应至少有两条测线，每条测线至少有两个测点通过异常；详查时应有有两个测点通过异常；详查时应有35条测线，每条测线有条测线，每条测线有510个测点通过异常；细测的点、线距应能反映异常的细节个测点通过异常；细测的点、线距应能反映异常的细节；预查是沿交通线做的路线测量，要求平面图上每平方厘米；预查是沿交通线做的路线测量，要求平面图上每平方厘米有有12个测点。个测点。

15、思考：上图测网合理否思考：上图测网合理否 ？5 重力资料的整理及图示重力资料的整理及图示 一、重力资料的整理一、重力资料的整理 野外观测结束以后，就能将各测点相对于总基点的重力差值确定出来。野外观测结束以后，就能将各测点相对于总基点的重力差值确定出来。但这些差值还不能算作重力异常，因为其中包括了干扰因素的影响。为此，但这些差值还不能算作重力异常，因为其中包括了干扰因素的影响。为此，必须对实测数据进行整理，消除干扰，提取有用信息。地面上任一点的重必须对实测数据进行整理，消除干扰，提取有用信息。地面上任一点的重力值都由该点所在纬度、周围地形、岩力值都由该点所在纬度、周围地形、岩(矿矿)石的密度变化

16、所决定。其中纬度石的密度变化所决定。其中纬度变化的影响较大，地形高差影响次之。相对于这两种干扰而言，重力异常是变化的影响较大，地形高差影响次之。相对于这两种干扰而言，重力异常是十分微弱的。要从强干扰中提取如此微弱的异常，高精度地进行各项校正具十分微弱的。要从强干扰中提取如此微弱的异常，高精度地进行各项校正具有十分重要的意义。有十分重要的意义。 消除自然地形引起的重力变化需要进行三项校正，即地形、中间层和高消除自然地形引起的重力变化需要进行三项校正，即地形、中间层和高度校正。消除正常重力对测量结果的影响还须进行正常场校正。度校正。消除正常重力对测量结果的影响还须进行正常场校正。地形校正地形校正 地形起伏往往使得测点周围的物质不能处于同一水准面内，地形起伏往往使得测点周围的物质不能处于同一水准面内，对实测重力异常造成了严重的干扰，因此必须通过地形校正对实测重力异常造成了严重的干扰，因此必须通过地形校正予以消除。其办法是：除去测点所在水准面以上的多余物质，予以消除。其办法是：除去测点所在水准面以上的多余物质，并将水准面以下空缺的部分用物质填补起来。并将水准面以下空缺的部分用物质填补起来。 由