重力勘探要求和资料整理图示
地球物理勘探 3 重力勘探
重力勘探一重力勘探的理论基础重力勘探（gravity exploration\prospecting）是以地壳中不同岩（矿）石之间的密度差异为基础，通过观测和研究天然重力场的变化规律，以查明地质构造和寻找有用矿产的物探方法。
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,从而达到地质勘查的目的应用领域：可以研究区域和深部地质构造，也可以研究局部地质异常体。
在石油勘探中主要用于探查与油气生成、运移和聚集有关的各种地质构造，如沉积盆地的基底起伏，盖层内部的构造形态，盐丘、侵入体等局部地质现象，也可以直接研究油气藏。
重力勘探的发展：重力勘探的前身是研究地球形状的重力测量学。
人们对于重力现象的认识过程经历了两次飞跃。
1、古希腊的伟大学者亚里士多德（Aristotel,公元前384～公元前322年）曾提出：运动物体的下落时间与其重量成比例。
直到16世纪才被伽利略（G.Galileo,1564～1642年）所否定。
他从大量的实验中总结出：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。
这是人类第一次对重力现象有了科学的认识。
1687年牛顿（1643-1723）在《自然哲学的数学原理》一书中正确阐明了这一现象，从此用g来研究地球重力就正式开始了。
2、里歇（J.Richer,1630～1690年）在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观测时发现重力加速度在各地并非恒值，这一消息被牛顿（I.Newton,1642～1727年）和惠更斯（C.Huygens,1629～1695年）得知后，两人不谋而合地指出：这种现象与他们认为地球是旋转的扁球体的推论相符。
从而在理论上阐明了地球重力场变化的基本规律，使人类对重力现象的实质认识上升到一个新的高度，同时也为至今用重力测量来研究地球形状奠定了基础。
《重力勘探测量方法》PPT课件
路线测量—一般用于概查和普查阶段,测点沿交通方便的道路 布置,测点大致均匀分布,线距没有严格要求.
剖面测量---用于详查或专门性测量,剖面线方向垂直地质体走 向,尽可能通过地质体在地面投影的中心部位,测点不能偏离 剖面线,在正常值区,点距可适当增大.
面积测量---是重力测量的基本形式,可以提供工区内重力异常 的全貌.
⊙金属非金属矿产的重力测量,圈定成矿带; ⊙ 条件有利时,可以圈定成矿体,描述控矿构造; ⊙直接发现埋深浅,体积大的矿体,或对已有矿体进行追踪;
二. 重力测量方法
2. 重力测量的技术设计
●工作比例尺的确定
工作比例尺的大小反映了重力测量工作的详细程度,所谓的工 作比例尺即提交的重力异常图的比例尺.
在区域重力调查中,基本比例尺有: 1:100万,1:50万,1:20万和1:10万四类. 前两者主要用于调查重力空白区; 后两者主要用于能源普查或区调确定的成矿远景区; 对沉积盆地进行较深入的研究,如基底断裂分布研究,寻找古潜
⊙ 研究地球深部构造.地壳厚度变化,深大断裂的部 位及延伸,上地幔密度的不均匀性以及研究地壳的 均衡状态
⊙ 研究大地及区域构造,划分构造单元;研究结晶基 底的起伏及内部成分和构造,圈定沉积盆地范围, 以及研究沉积岩系各密度界面的起伏和内部构造.
二. 重力测量方法
⊙ 探测和圈定与围岩有明显密度差异的隐伏 岩体或岩层,追索两侧岩石密度有明显差异的 断裂,进行覆盖区的基岩地质和构造填图. ⊙ 根据区域地质,构造及矿产分布规律,为划分 成矿远景区提供重力场信息. ⊙ 地球形状的研究,为导弹/宇航器飞行提供极 为重要的基础数据.
二. 重力测量方法 1. 重力测量的地质任务
●区域重力调查 ●能源重力勘探 ●矿产重力勘探 ●水文工程重力勘探 ●天然地震重力勘探
地球物理勘探之重力勘探ppt文档
g 9 .78 (1 0 0 .0 30s 52 i 3 n 0 0 .02 0s 02 i0 2 n )
结论： ①地球的正常重力是人们根据研究的需要而确定的，不同
重力P基本上是由地球的引力 确定的，其方向大致指向地心。
地球周围具有重力作用的空 间称为重力场。
地球正常重力——重力的数学表达式
引力场的数学 表达式
dm
f
G
M
2
(x)2(y)2(z)2
离心力场的数 学表达式重力场的数学 表达式源自c 2rr x2 y2
gf cGd 2m 2r M
2、重力场强度
w g(z) z
理论可以证明： 重力位沿任一方向 s 的偏导数，等于重力g在该方向上的投影
（分量）。
式中
为g与s之间的夹角的方向余弦。
W (x,y,z)
Gdm1w2(x2y2) 2
※ 当 s 与 g 的方向垂直时，
w 0 故 W(xy,z, )C (常数)。
s
该式为一个曲面方程，这个曲面是由重力位等于c的一切点所构成的 面，其上任一点的重力方向皆与过该点的曲面的法线方向重合。
二、地球的重力场
正常重力场 重力场随时间的变化
重力异常
（一）正常重力场
要想求取地球的正常重力值，引入一个与大地水准面形状十 分接近的正常椭球体来代替实际地球体（梨形），我们把它称为 参考椭球体。 其赤道半径约6378.160km，两极半径约 6356.755km。
假定正常椭球体的表面是光滑的，内部的密度分布是均匀的， 或者呈层分布，而各层的密度是均匀的．且各层界面都是共焦点 的旋转椭球面。
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∙V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。
第一章重力勘探：3重力资料的整理与图示
达1,000g.u.
地形校正、中间层 校正和高度校正
达50,000g.u. 正常场校正
固体潮
影响较小
可忽略
岩矿石密度变化 10~1,000g.u.
重力异常
一、重力资料的整理
• 为了获得单纯由地下密度不均匀体引起的重力异 常，则必须消除各种干扰因素的影响，通常要进 行如下校正：
（1）地形校正 （2）中间层校正 消除自然地形起伏干扰 （3）高度校正 （4）正常场校正 —— 消除地球正常重力场影响
测点高于大地水准面或基准面时，△h取正，反之取负。 中间层密度通常取为2.67g/cm3。
3、高度改正（δg高）
校正原因：若把地球当作密度均匀同心层分布的旋转椭球
体时，地面每升高1m重力减小约3.086g.u.。经地形、中
重 间层校正后，测点与大地水准面或基准面间还存在一个高
力 度差△h，要消除这一高度差对实测的影响，就要进行高 资 度校正
包含了总基点与测点间的正常重力场的差值，这一差值需
重 要消除。
力
资 校正办法：
料 （1）在大面积测量时，按1909赫尔默特公式计算正常重 的 力值，再从观测值中减掉它；
整 （2）在小面积重力测量中按下式计算：
理
g 正 8 .1s 4 2 in D (g .u .)
φ为总基点纬度或测区的平均纬度；D为测点到总基点的
的
重
力
异
常
2、布格重力异常
重 力 测 量 所 观 测 的 布格异常包含了壳内各种偏离正常密度分布的矿 重 体、构造等的影响，同时还包括了地壳下界面起 力 伏在横向上相对上地幔质量的巨大亏损(或盈余) 异 的影响，正因为如此，布格异常除有局部的起伏 常 变化，在山区是大面积大幅度的负异常背景，而
重力野外工作技术与资料初步整理
� 异常精度应根据地质任务、比例尺、异常强度、干扰水 平、仪器精度来合理选择
重力异常精度通常取测区内最小有意义的勘探对象引起 的异常极值的1/2～1/3，即：
ε 总 ≈ (1 / 2 ~ 1 / 3) ⋅ ∆g max
G型
直接测程 70000g.u. 10uGal/ 最小分划 格 <1mGal/ 零漂速率 月 读数重复性 10uGal 20 零漂日平均值 ～50uGal 5测量精度 ～10uGal ～11格/mGal 9亮线灵敏度 （1周） 12V 6.5A 电池 50 恒温温度 ℃
D型
2000g.u. 1uGal/格 1mGal/月 5uGal 3～5uGal 9～11格/mGal （10周） 12V 6.5A 53℃
五、 重力观测资料的初步整理
1、普通点观测资料的初步整理
� 野外重力测量过程中，重力仪读数的变化既包含了测点间的 重力 变化，又包含了仪器本身 零点漂移的影响和 固体潮的影响 � 初步整理的目的：求得消除仪器零点漂移 和固体潮影响后，各测 点相对于基点的相对重力值 。
初步整理的步骤见面框图:
读数 转换 固体潮 校正 零点漂 移校正 计算相对 重力值
4、检查点的布置与观测
为了检查测点上的观测质量，需要抽取一定数量的点作检查观测。检查点 的布设与观测应做到：
★采用 “一同三不同 ”原则，即检查与原始观测的 点位相同；检查与原始观 测的时间不同、仪器不同、仪器操作员不同； ★检测点的分布 在时间和空间上大致均匀分布； ★检测点数应占总点数的 （5～10％），且不少于 30个。
重力勘探测量方法PPT课件
复杂地形地貌的影响
在山区、高原、沼泽等复杂地形地貌地区进行重力勘探测量时，需要克
服地形障碍，保证测量工作的顺利进行。
03
仪器设备的限制
目前重力勘探测量所使用的仪器设备比较昂贵，且操作复杂，需要进一
步提高设备的稳定性和可靠性，降低测量成本。
重力勘探测量的应用挑战
1 2
资源开发与环境保护的平衡
在资源开发过程中，需要平衡资源利用与环境保 护的关系，避免对环境造成破坏和污染。
精度。
数据插值
对缺失的数据进行插值处理， 填补数据空缺，提高数据完整
性。
异常分离与提取
异常识别
根据重力测量原理和地质特征 ，识别出异常数据。
异常分离
将异常数据从原始数据中分离 出来，便于后续处理和分析。
异常提取
对分离出的异常数据进行提取 ，得到更精确的异常信息。
异常分类
根据异常的特征和性质，对异 常进行分类和标注。
地质解释与推断
地质资料整合
收集和研究相关地质资料，包括地质图、钻 孔资料等。
地质推断
根据解释的异常和地质资料，进行地质推断 和预测。
异常解释
根据地质资料和理论知识，对分离和提取的 异常进行解释。
可视化展示
将处理和分析的结果进行可视化展示，便于 理解和交流。
05 重力勘探测量实例分析
实例一：某地区矿产资源勘探
定义
相对重力测量是使用高精度的测量设 备，在地球上选定具有代表性的点， 测量两点间的重力加速度差值。
目的
方法
常用的相对重力测量方法包括拉科斯 特摆仪法和石英弹簧重力仪法等。
获取地球的重力场变化信息，为地质 勘探、地震监测等领域提供数据支持。
地球物理勘探_第1章_重力勘探
地幔：地壳向下到约2900km，密度大 于3.3g/cm3，并且随深度的加深而增 大。认为上地幔平均为3.5g/cm3，下 地幔平均为5.1 g/cm3。 地核：2900km深到地心，密度可能大 于10.0g/cm3。
（华东）
大地水准面
大地测量学中规定：以平静海平面的趋势延伸到各大 陆之下所构成的封闭曲面，即大地水准面的形状作 为地球的基本形状。大地水准面的形状可以有不同 精度的近似。 • 一级近似：正球体
– 平均半径：Rav=6376km
• 二级近似：旋转椭球体
– 赤道半径：Re=6378.160km – 极半径： Rp=6356.155km
（华东）
重力的变化（续）
• 重力在时间上的变化可以分为短周期变化和长周期 变化两种。 • 短周期变化主要指重力日变。由于地球的自转，地 表各点与日月天体的相对位臵不断改变，日月引力 的变化引起重力的变化，这种变化的周期为一天， 幅度一般在2-3 g.u左右，在高精度重力测量中是不 可忽视的，必须做相应的日变校正。 • 长周期变化与地壳内部物质变动及构造运动有关， 也可以认为是非周期性的。这种变化在短时期内十 分微弱，重力勘探中可以不考虑。
（华东）
地球物理勘探
重力勘探
• 内容提要
– §1.1 重力勘探的理论基础 – §1.2 野外重力测量及异常的计算 – §1.3 重力异常的数据处理简介 – §1.4 重力资料的地质解释及应用
（华东）
§1.1 重力勘探的理论基础
• 内容提要
– – – – §1.1.1 关于地球的基本知识 §1.1.2 重力和重力异常 §1.1.3 岩（矿）石的密度 §1.1.4 重力勘探的正、反问题
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重力仪分类：
石英弹簧重力仪
机械式重力仪 金属弹簧重力仪
按结构分
振弦重力仪（海上）
复 习
电子式重力仪
超导重力仪 （实验室）
激光重力仪
绝对重力测量仪 按测量原理分
相对重力测量仪
影响重力仪精度的因素及消除影响的措施
温度影响：选用受温度影响较小的材料作为仪器的
弹性元件；附加自动温度补偿装置；采用电热恒温
复 减少误差的积累和提高重力测量精度，在测量之 习 前，要在工区内确定一定数量的控制点，称重力
基点。
重力基点网（gravity base points net） 指工 区内一系列基点所构成的控制网。各基点相对于 总基点的重力差值是用一台或几台重力仪通过特 定的基点连测准确测定的，其精度比一般测点高 2~3倍。
三、 野外观测基本要求
➢ 任何一次野外观测，都必须起始于基点而终止于基 点；
复 ➢ 要求两次基点观测之间的时间间隔内仪器零漂基本
习
为线性；
野外观测方法
➢ 单次观测
➢ 往返观测
➢ 三重小循环观测
第四节 重力资料的整理及图示
1. 观测数据整理步骤
➢ 根据仪器格值，将所有观测的仪器读数转换为有重力单 位的观测值；
S2
Drift-1
从两个闭合段分别计算， S1
Sj Si
即
Si(1)
S2 t2
S1 t1
(ti1
t1)
t1
S i( 2 )
S3 t3
S2 t2
(ti 2
t2 )
Si
Si(1)
Si(2)
2
Si Si S1(G) Si
ti1
t2
ti2
t3 t
S2
Total drift
S1
ti - drift
由于单次观测起始及终止于基点， 所以零漂值为
t1
ti
t t2
Si
相对基点的重力差值为
S2 t2
S1 t1
(ti
t1 )
Si Si S1(G) Si
S
(2) 各种观测方式的零漂校正
➢ 往返观测
S3 Drift-2
对于同一测点，其零漂
测点高于基点时 h hA hG 为正，反之为负。
当测区不是很大时，可以认为 0.814 sin 2 x(mGal ) 8.14 sin 2 x(g.u.)
式中 为总基点所在的纬度， x为测点与总基点的纬向
距离（单位为km）。
2. 地形校正
地形校正需要根据实际地形起伏，求出测点基准面以上质 量盈余及以下的质量亏损对测点的影响：
1.工作比例尺
复 ※ 工作比例尺反映了重力测量工作的详细程度；
习
比例尺取决于相邻测线间的距离。
※ 比例尺愈大，单位面积内的测点数就愈多，对 重力异常的研究也就愈详细
※ 比例尺应与工作任务相适应
2. 重力基点网
重力基点（gravity base station）：为了检 查重力仪的零点位移、确定合适的零点改正系数、
(2) 各种观测方式的零漂校正 ➢ 三重小循环观测
S
S22 S21 S12 S11
S1
S2
S1
S 21
S11
S12 t12
S11 t11
(t21
t11)
t11 t21
t12 t22
t
S2
S21
S 22 t22
S21 t21
(t12
t21) S12
➢ 按照观测的日期、时刻、以及测点的经纬度，计算固体 潮理论值，并对观测数据进行校正；
➢ 利用固体潮校正后的观测值，按观测方式的不同选择方 法，进行仪器零点漂移校正；
➢ 将零漂校正后的观测值归算到基点，得到测点重力值， 或归算到测区起算点，得到相对重力值；
S
(2) 各种观测方式的零漂校正 ➢ 单次观测
1. 正常场（纬度）校正
正常重力是纬度 的函数，当测点与基点纬度不同时正常场 的值是不同的。为消除正常重力因纬度不同而引起的重力 变化，实现纬度一致性而进行的校正称为正常场（纬度） 校正。
由于测点与基点的纬度均是已知的，可以计算出正常重力
值的变化量为： g g0 (A ) g0 (B )
复 习
气压影响：将弹性系统置于高真空的封闭容器；在
于平衡体相反方向加一个等体积矩的气压补偿器
电磁力影响：将整个弹性系统做消磁处理；
安置状态不一致影响：重力仪安装有调平系统
零点漂移影响：测量过程中进行零点校正
震动影响：仪器中设有锁制装置；改善仪器运输环
境
二、工作比例尺、测网及测量精度
3. 重力测网
重力测网（gravimetric network） 又称重力
普通网，是重力勘探野外观测中一系列测点所
复
构成的普通网。
习 重力测网的大小和形状由勘探任务及勘探对象
的大小和形状来决定。当勘探对象有一定走向
时，多采用矩形网，反之，多采用方格网。
网格的大小，在普查时以不漏掉有意义的地质 体为原则；在详查时以查明地质体产生的重力 异常的变化细节为原则。
S12
S1
S2 2
相对重力值≠重力异常
1.正常场（纬度）校正： 消除测点与基点间纬度差异而造成的重力变化； 2.地形校正： 消除测点附近地形起伏对重力观测结果数据的影响； 3.中间层校正： 消除测点基准面与基点基准面之间水平中间层的重力
影响； 4.高度校正： 消除测点相对于基点的高程差而造成的重力数值变化。
消除中间层影响的校正叫做中间层校正。
中间层校正（续）
中间层的存在使测点重力观测值增大，影响量为：
g中 2fh
因而中间层校正值为：
g中 2fh
取 h 单位为 m，密度单位为 g/cm3，则中间层校正值
为：
g中 0.0419h(mGal) 0.419h(g.u)
g f
( Z )d dd
3
然后从观测重力V 差(值中x)减2 去(，测y)点2 附(近的z地)2 形2起伏使重力
值比水平地形要小，因而校正值为正。
3. 中间层校正
经过地形校正后，各测点附近的地形起伏的影响消除了， 但各测点与基点的重力差值中仍然包含着通过测点的水准 面和通过总基点的水准面之间存在的一个水平物质层厚度 变化的影响，这一水平物质层通常称为中间层。