重力勘探实习报告.docx

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重力勘探实习报告

重力勘探实习报告

学号：

班级：

组号：

姓名：

指导老师：

第一章序言

1.1实习日期及野外教学内容安排

1.2测区地质及地球物理概况

1.3实习任务完成情况

第二章重力勘探野外施工技术设计

2.1实习的地质任务

2.2工区比例尺及测网的确定

2.3各项精度要求的确定

第三章重力勘探数据采集质量检查及评价

3.1施工前仪器的准备

3.2测地工作

3.3重力观测与质量检查

第四章重力观测数据整理

4.1重力观测数据整理

4.2布格重力异常的计算

4.3布格重力异常精度评定

第五章布格重力异常解释

5.1布格重力异常特征与区域重力背景

5.2重力异常划分和剩余重力异常及其定性解释

5.3布格异常解释的几点结论

第六章结束语

第一章序言

中国地质大学北戴河实习基地位于秦皇岛市山东堡，坐落于燕山大学附近，滨临美丽的渤海。

风景秀丽，气候宜人，交通便利，公路、铁路、航空和水运发达，海上运输业尤其发达。

秦皇岛市是我国首批14个沿海开放城市之一，北方重要的对外贸易港口，国务院批准的全国甲级旅游城市。

1.1实习日期及野外教学内容安排

以下重力勘探教学实习为期六天，从8月2日至8月7日。

实习安排为：

第一天：

实习队介绍测区地质地球物理条件与实习总体安排，并分组操作仪器及在室内进行中区地改；

第二天：

现场踏勘及布置测线和基点，继续在实习站进行重力仪操作、近区地改、水准测量的学习和培训；

第三天：

野外数据采集；

第四天：

继续野外数据采集；

第五天：

在室内进行资料整理、异常计算、观测资料验收、汇总、绘制布格重力异常图件；

第六天：

布格重力异常处理、解释，重力勘探实习小结。

1.2工区自然条件及地质地球物理概况

本次重力勘探教学实习在刘家河—侯庄一带，该工区位于北纬43度03分，东经119度36分。

工区公路铁路交通便利，工区下方有一条长约3公里，宽250米的近似东西走向的辉绿岩脉，岩脉北部有宽200米左右的NEE方向的长断裂带，其北部为寒武—奥陶的灰岩，南部主要为花岗岩，该断裂带南北部密度差异为重力勘探提供了良好的地球物理前提。

1.3实习任务及完成情况

野外实习的任务主要是为了弄清异常的原因和辉绿岩脉的产状，宽度及延伸情况，对异常进行追踪，采用同一剖面重力测量手段对断裂带的宽度，产状及延伸情况进行探测。

野外实习所测重力剖面位于秦皇岛市抚宁县石门寨乡中南部，地质构造位置在柳江盆地东南侧。

剖面垂直于区域地质构造走向，沿乡村道路敷设，经过刘家河、卞庄和侯庄三个自然村，总体方向约NW340°。

测线中共有5处转折，路线总长度2930m，直线长度2760m。

并在所安排的时间内圆满完成实习任务。

并获得了刘家河—侯庄布格重力异常剖面图。

第二章重力勘探野外施工技术设计

2.1实习的地质任务

根据前一组工作资料表明，辉绿岩脉北侧出现负异常且异常不完整，怀疑可能由断裂带引起，为了弄清异常的原因和辉绿岩脉的产状，宽度及延伸情况，对异常进行追踪，所以本次实习采用同一剖面重力测量手段对断裂带的宽度，产状及延伸情况进行探测。

2.2工区比例尺及测网的确定

由于实习采用剖面重力测量，所以测网确定主要是测线位置，点距的设计，根据地质地球物理资料，设计：

1.主要剖面一条，长约1500米；

2.剖面垂直断裂带走向，点距50米；；

3.重力测量在工区选一个基点，在刘家河地区；

4.成果图件比例尺1：

10000。

2.3各项精度要求的确定

根据相关地质地球物理资料，以及断裂带两侧的地表出漏情况，表明灰岩与花岗岩密度差异约0.15g/cc，通过理论模型初步估算及比例尺要求，布格重力异常不小于1毫伽，故确定布格重力异常总精度为0.05毫伽。

各精度分配：

1.观测精度：

根据重力仪器的性能及工区地形条件和操作员练习发现，重力观测精度第一大组为16微伽，第二大组为25微伽，设计测点观测精度为25微伽；

2.地形校正精度：

地形校正分近、中、远区改正，近地改在20米以内，由于工区地形平坦改正值接近0，所以精度设计为5微伽，中区在室内进行，范围20—700米，不同人员对同一测点重复地改误差不超过15微伽，所以精度设计15微伽，由于地形图覆盖范围不够，无法进行远区地改，根据地形初步估计远区影响不会很大，设计精度20微伽，因此地改精度设计30微伽；

3.维度改正精度：

由于测点间距较小，测线较短，受纬度影响不会太大，设计精度10微伽；

4.布格校正精度：

布格校正精度主要由水准精度决定，水准测量闭合差要求在5厘米内，所以布格校正精度设计在25微伽。

第三章重力勘探野外施工方法技术

3.1施工前仪器的准备

本次实习所采用的重力仪为LCR陆地重力仪分的G型（大地型）和D型（勘探型），属于相对重力仪，它们的各项技术指标如下：

主要性能指标

LCR-G型重力仪

LCR-D型重力仪

计数器范围

0——7000格

0——2000格

格值变化范围

0.9~1.1毫伽/格

0.09~0.12毫伽/格

格值分段

100格

100格

直接测量范围

约7000毫伽

约200毫伽

最小读数分划

约10微伽

约1微伽

零位变化

约3毫伽/月

约3毫/月

光学灵敏度

10格/毫伽（1圈）

10格/毫伽（10圈）

典型测量精度

10~20微伽

10微伽左右

读数线位置

G-929在3.0处

D-159在2.6处

读数记录位

整数4位，小数3位

整数4位，小数2位

读数方式

G-929光学读数

D-159光学、电子读数

重力仪的施工准备

1．仪器检查及调节

重力仪在使用前，需要提前把它加热到恒温温度，并稳定72小时以上。

将重力仪的测量范围调整到适合当地工区的观测范围。

测定水准曲线，并调整水准器位置，水泡偏离正确位置不超过1/4格。

测定并调节仪器的灵敏度至9~11格/mGal。

2．重力仪静态试验

目的是了解仪器的静态零点漂移和环境温度对仪器的影响，每隔25~30分钟观测一次，正式施工前要连续观测24小时以上。

观测资料经理论固体潮校正后，绘制重力仪的静态零位移曲线。

3．重力仪动态试验

目的是了解重力仪在野外施工环境及使用条件下的零位变化，采用两点或多点重复观测方法，正式施工前要求连续观测时间覆盖仪器的实际使用的区间（一般连续观测10~12小时）。

观测资料经理论固体潮校正和段差修正后，绘制重力仪的动态零位移曲线，以此作为确定重力仪漂移线性变化的最大时间间隔（基点闭合时间长度）的依据，以及野外的最佳工作时间段。

4．仪器的一致性检验

在工区用两台以上的仪器工作是，一般要进行一致性检验。

在重力差较大（基本覆盖测区重力变化范围）的地区，选择10个点左右（点距与实际点距相当）进行重力测量。

通过不同仪器对相同重力变化影响的一致性程度，了解仪器的性能状况，并确定各台仪器的当前状况是否满足测量要求。

5．格值标定

重力仪在正式施工开工前、施工后，或者经过大、中修后都必须在国家级格值标定场上检验和标定格值，以确保重力值换算的准确性。

3.2测地工作

主要任务是确定测点的平面坐标及其高程，以便对重力测量结果作各项校正、确定重力异常和进行图示测点的平面坐标采用北京1954坐标系，测点标高采用1956黄海高程；通常用经纬仪、水准仪、激光测距仪、全站仪或GPS等仪器；实习工区小、地面高程变化不大，故使用罗盘定向，用测绳定点，利用水准仪测量高程的方法来开展测地工作。

在总基点位置确定之后，通过测量工作获得所有测点与总基点的相对平面坐标及相对高程数据。

1．测地工作设计

测线布置、测点坐标及其高程的测量精度按重力勘探的目的和要求进行；测地工作设计是重力勘探技术设计的重要组成部分。

2．测线、测点布置

根据重力勘探技术设计，把设计的测线绘制在地形图上，确定起点、长度，量取其方位角。

到野外用地形图、罗盘和测绳逐次确定各个测点点位，并作好标记。

采用相对坐标测量方法，坐标原点为总基点。

用罗盘和测绳测量并计算得到各个测点与总基点的相对坐标值，用X表示南北方向坐标，向北增大；用Y表示东西方向坐标，向东增大。

3．测点水准高程测量

利用水准仪的水平视线及其观测标志，读取其前后标尺刻度，可确定两点间高程差。

由多站连接测量，取得各测点与总基点的相对高程。

要求对标尺的正反两面进行读数，差值不大于2mm，记录格式规范：

为控制测量精度，水准测量要求完成路线闭合；本次实习规定闭合差不大于设计的水准测量允许误差的2倍。

经过平差处理和计算取得全部测点的相对高程值。

4．检查测量

对测点坐标和高程同样需要作一定检查测量，以确定其实际达到的测量精度。

本实习测点坐标进行部分抽查，水准测量100%检查。

将测点坐标及其高程的测量成果汇总，列出测地工作成果表。

3.3测点重力观测与质量检查

1．基点观测方法及要求

（1）为控制重力仪的零点漂移以及其它因素的影响，并将观测结果换算到统一水平，需要在重力测量过程中建立基点或基点网；

（2）基点应选择在地基稳固、联测方便、干扰小的地方。

基点网采用重复观测法按照闭合环路进行联测；当需要建立多个环路时，每个环路所包含相邻环路中的基点数不得少于2个，以便统一作平差处理；

（3）本次实习的测区范围较小，只设1个总基点；必要时可在总基点旁边增设1个基点，采用三重小循环进行联测；

（4）总基点是相对重力值和重力异常的起算点，也是重力测量的质量控制点；在重力测量开始和结束时均应在基点上进行观测，以便进行零点漂移校正和检查仪器的性能状况。

2．普通点观测

普通点观测开始于基点，并终止于基点。

首尾两次基点间观测时间间隔不超过重力仪零位变化的最大线性时间范围。

观测方式概括如下：

（1）每个工作单元的早基点，要作辅助点观测。

要求在基点和辅助基点上分别都读取三个合格观测值，最大差值小于读数末位的10个单位；

（2）两次基点平均读数差值不大于末位的15个单位（约15微伽）；

（3）普通点采用单次观测，在每一个测点上读取3个读数，最大差值小于读数末位的10个单位，计算平均读数，同时记录观测时间；

（4）只能在基点上换操作员（一般应避免）；

（5）注意测定和记录每个测点的仪器高，以便校正。

3．检查观测

为评价普通点重力观测质量，需要进行检查观测。

用检查观测获得的重力值与测量结果进行比较，统计确定观测精度。

检查观测原则是：

（1）“一同三不同”原则；即在同一点位，于不同时间、用不同仪器、由不同操作员进行检查观测；

（2）检查点的分布在时间和空间上大致均匀；

（3）检查点数应占总点数的3～5％，并不少于30个；

由于实习工作量小，观测水平有限，考虑增加检查点比例。

地形校正是重力勘探的重要内容，尤其在山区开展工作时，地形校正的质量往往对重力异常精度的高低起着决定性的作用。

实习工区范围小且较为平坦，设计如下参考方案：

1．近区地改0～20米。

分为0～10米和10～20米两环，用简易地改仪在实地进行测量获得改正值；每环分为8个扇形锥；

2．中区地改20～700米，分为20～50米、50～100米、100～200米、200～300米、300～500米、500～700米六环，用地改量板从1/10000地形图读取高差后，从地改表中查出改正值。

其中，前三环分为8个扇形柱，后三环分为16个扇形柱；

3．远区地改值变化平缓，将其作为区域重力场背景看待，在异常划分时予以消除，不会对局部重力异常明显影响。

第四章重力观测数据整理

4.1重力观测数据整理

4.1.1重力基点网观测资料处理

基点之间采用三重小循环进行联测，每条边（两个基点之间）要求完成2~4个独立增量的测量。

观测数据在经过格值换算、固体潮校正、线性零位移校正之后，求取独立增量值，该条边上的平均独立增量表示联测结果，并统一采用顺时针方向作为重力值的增大方向，采用逐次渐近平差法（即波波夫平差法）进行平差处理，并计算平差精度，重力基点观测资料处理完成后，编制重力基点联测成果表、基点网平差图。

4.1.2普通点观测数据的整理

根据普通点及观测时间段的首尾基点的重力观测值，以及数据，在经过格值换算后，进行固体潮校正、线性零位移校正和仪器高校正，求得各普通点相对于总基点的重力差值。

在检查点上获得检查观测的重力值，按单次等精度检查观测精度计算公式，计算普通点观测精度值。

4.2布格重力异常的计算

根据初步整理获得的测点重力值，按照相关公式进行地形校正、正常场校正、布格校正，获取布格重力异常值。

注意地形校正和布格校正密度的选取；

根据点位和高程的测量精度，计算正常场校正和布格校正精度；

根据各个分区地形校正的检查结果计算地形校正精度；

结合已经获得的重力检查观测精度，用方和根公式计算得到布格重力异常精度；

4.3布格重力异常精度评定

实习重力勘探剖面位于秦皇岛市抚宁县石门寨乡中南部，地质构造位置在柳江盆地东南侧。

剖面垂直于区域地质构造走向，沿乡村道路敷设，经过刘家河、卞庄和侯庄三个自然村，总体方向约NW340°。

测线中共有5处转折，路线总长度2930m，直线长度2760m。

点号自南向北由22号点编号至140号点，其中22—80号点的点距为25m，80—138号点为50m，138—140号点的点距为30m。

共完成重力测点89个，另外，完成检查点12个；分别由第三轮和第四轮重力组的同学用5个台班工作日完成。

经统计各观测环节的精度如下：

1、全部检查观测点的数据统计结果表明，重力观测精度约±15µGal；

2、水准测量误差（闭合差）＜±5cm，折算布格改正精度约为±10µGal；

3、测点点位南北向坐标误差约为±20m，折算正常场改正精度约±16µGal；

4、野外实地完成0—20m近区地形改正，使用1/10000地形图完成20—700m中区改正；若不考虑700m以远地区地形变化对异常形态的影响，地改精度约为±20µGal；

5、按误差合成公式计算得到布格异常总精度（标准差）约为±30µGal；

6、布格重力异常曲线基本光滑，点间波动幅度表明异常质量达到了上述精度水平。

第五章布格重力异常解释

5.1布格重力异常特征与区域重力背景

刘家河—侯庄布格重力异常

按路线坐标点绘的重力异常剖面显示，异常幅值近2.5mGal，主要特征表现为：

1布格重力异常由SE向NW方向总体呈现逐渐下降趋势（总体下降幅度约2.3mGal），并大致以78号点为界，分为南北两段；

2南段在下行趋势上表现为一个较大规模的正异常，范围约200m，位于32—78号点之间，幅度约1.3mGal，异常的北翼下降很快，曲线较平直，其中有两处扭曲；

3在78号点已北，布格异常基本沿趋势线一路下降，异常变化范围1.3mGal，局部波动0.2-0.3mGal。

该段异常的北端（122号点以北）下降速率有增大趋势；

4北段异常中，92-106号点之间呈现较明显局部重力低，幅度0.2mGal以上。

由全国1：

250万布格重力异常图可见，秦皇岛—山海关一线位于山海关—绥中—锦西重力梯级带的西南段；该梯级带走向约为NE70°，长度由抚宁县至锦州市绵延近200km，南北两端分别向西和向北弯曲，中段较平直，整体形态向东南渤海方向凸出；该重力梯级带的宽度范围大致由渤海西岸向NW方向横跨近30km，异常变化幅度约30mGal，平均水平重力梯度约为1mGal/km，由SE向NW方向减小。

该巨大的重力梯级带形成的主要原因是海陆地壳转型，以及北部的燕山褶皱带的重力效应，为大区域地质构造差异成因，对本次实习测区而言可以看做区域重力异常背景。

由秦皇岛市柳江盆地基岩地质图（秦皇岛水文地质大队，1986年）所示，实习工区（剖面）南部以新太古界山海关变质花岗岩为主，其间在接近上平山-南林子-南刁部落逆断层（南北分界线）处，存在一个NEE走向的燕山期辉绿岩体，其平面展布呈二度体形态。

工区北部（80号点以北）则全部是下古生界寒武系——奥陶系沉积地层，岩性以灰岩为主，平均密度经测定，约为2.72g/cm³。

由地表露头采集的变质花岗岩多为风化程度较高的标本，岩性为二长花岗岩（王家生2004），颜色呈肉红至黄褐色不等，经测定平均密度2.62g/cm³；在其中穿插较多的伟晶岩脉的密度与之相当。

实习中，于工区以北4km的砂锅店村见到当地居民打水井时取出的花岗岩岩芯，全部是新鲜花岗岩（井深数十米），可惜未能测定其密度；但根据岩石成分和矿物标准密度（王家生2004、曾华霖2005）估标，该新鲜花岗岩（黑云母花岗岩）密度应在2.70g/cm³左右（见表1）。

秦皇岛地区二长花岗岩的矿物组成及其密度估计表

表1

矿物名称

岩石中含量（%）

计算含量（%）

平均密度（g/cm³）

微斜长石

石英

斜长石

黑云母等

34～35

27～31

25～32

9～14

34

28

28

10

2.60

2.60

2.70

3.30

二长花岗岩（按各种矿物含量加权计算平均值）

2.70

由于新鲜花岗岩的密度与上覆下古生界寒武系——奥陶系石灰岩（碳酸盐岩）平均密度值十分接近，故可大致认为，测区基岩的密度差异主要存在于浅部风化的花岗岩与石灰岩之间（密度差约0.1g/cm³），但风化层应该不厚。

局部地段的燕山期辉绿岩（测定平均密度3.1g/cm³）是局部重力高的主要形成因素。

实习工区岩石密度见表2。

实习工区岩石密度表

表2

岩石年代及名称

平均密度（g/cm³）

简要描述

新元古界二长花岗岩

2.70

风化标本密度2.62g/cm³

燕山期辉绿岩

3.10

风化标本密度2.85g/cm³

寒武——奥陶系灰岩

2.72

卞庄、侯庄一带纯灰岩2.75g/cm³

青白口系砂页岩

2.62～2.72

见于76号点附近

5.2布格重力异常划分和剩余重力异常及其定性解释

刘家河-侯庄布格重力异常及高程

为对工区布格重力异常包含的地质含义进行解释，须对重力区域背景进行校正。

由于剖面长度有限，加之对地下地质情况掌握不足，故采用1/250万布格重力异常图作为背景场。

山海关—绥中—锦西重力梯级带在测区附近的水平重力异常梯度略低于该梯级带的平均值，约为0.9mGmal/um（NW340°方向），以剖面直线长度2.76km，以及路线长度2.93km计标，整个剖面布格重力异常的背景水平梯度（区域重力异常）约为0.828mGal/km，变化幅度约2.5mGal，由南向北降低。

经区域校正，获得剩余重力异常，其形态可描述为：

32号点以南基本平直，并接近于零值；32—78号点之间为一幅值约1mGal的重力高，其北翼较陡，极值点位于61号点处；78—140号点间剩余重力异常在0.1—0.4mGal之间波动，其中在82、90、116号点处出现三个局部高点呈现逐渐抬高走势，而在116、122、134号点处出现三个局部高点则呈现逐渐降低形态。

另外，在92-106号点之间存在一个较为明显的局部重力低，幅值0.2mGal以上。

根据实习中重力勘探剖面的位置，从柳江盆地1/2.5万基岩地质图上切绘出地质剖面图。

经与测得的剩余重力异常进行对比，发现存在以下疑问：

（1）南段重力高与图中给出的辉绿岩体的规模和位置不符；

（2）作为南北地质界线的上平山-南林子-南刁部落逆断层（F3）所处位置的地质剖面与重力异常存在明显矛盾；

（3）北段剩余重力异常的幅值仅0.4mGal，却于两处出现0.2mGal以上的局部波动，且异常范围较大，从已掌握资料难以得到可信解释。

对实习取得的剩余重力异常的解释将围绕以上三点进行。

1南段重力高解释

由1/2.5万基岩地质图可知，该重力高所在区域为新太古界变质花岗岩，地下高密度的地质体只能用中生界燕山期侵入的辉绿岩脉加以解释。

但是，该地质图所给出的岩体位置及规模明显与异常不符（地质剖面按文献1、2绘制）。

参照上平山-南林子-南刁部落逆断层的产状（160°∠74°，文献1）、49号点附近断层性质（文献2），以及电法实习在山脊以南有明显辉绿岩异常等信息；结合重力高的主体部分北陡南缓的特征，辉绿岩多陡立并伴随断裂活动侵入等一般特点。

在63号点处绘出一南倾断层，与49号点处逆断层并列，并在两条断层的南侧分别绘出辉绿岩体物理模型，基本可以对该局部重力高给出满意解释（见重力勘探实习成果图）。

必须说明，勘探成果图中给出的F1和F2两处辉绿岩体，不能完美解释异常形态及其变化，这可以用本区普通发育的节理加以进一步解释（文献1）。

于此同时，也就找到了实习所测得重力异常与地质剖面中辉绿岩岩体位置及规模明显与异常明显不符的理由，即岩石节理的普遍发育使得辉绿岩岩浆侵入时呈一定发散状，主体并未露出而沿节理发育的支脉却在66号点以北出露。

49号点以南可能与第四系之下埋藏或接近出露。

更详细的解释应由剩余重力异常剖面的定量拟合给出。

2北段剩余重力异常解释

该段剩余重力异常值的波动范围在0.1—0.4mGal之间，其中南半部分（80—116号点）有3个明显的局部高点，分别位于82，90，116号点处，由南向北呈现逐渐升高特征，而北半部分（116号点以北）的三个局部高点（116、122、134号点处）则呈现逐渐降低形态。

对这段剩余重力异常从以下两条思路进行解释。

（1）从总体情况分析，北段剩余重力异常的内部起伏，可以看作由第四系盖层厚度变化（即基岩面深度变化）所引起，排除这项因素之后北段剩余重力异常可以视为由78号点逐渐上升至0.4mGal，即一个较为典型的陡立密度分界面所形成的重力异常。

南北两边约0.4mGmal的异常差异，可以用北段碳酸岩密度略高于南部变质花岗岩加以解释。

根据无限平板公式：

△g=2πG△σH

进行估计。

其中△g=0.4mGal，H为地层厚度。

根据文献1给出的各地层参考厚度，异常极大值处（116号点）的中下寒武系及青白口系长龙山组地层总厚度约800m。

则：

△σ=△g/2πGH=0.012g/cm³

即寒武系和青白口系平均密度高于南段的变质花岗岩0.012g/cm³。

（2）若认为下古生界—元古界碳酸岩与新太古界变质花岗岩密度相同，重力异常由花岗岩表层风化而造成，则风化层平均厚度可做如下估算：

△H=△g/2πG△σ

式中：

△g=0.4mGal，△σ=0.1g/cm³；则风化层厚度△H=95m。

（3）北段局部重力低解释

剖面北段92-104号点之间0.2mGal以上的局部重力低（最大值约0.25mGal），可以用该段测线位于沙河旧河道，第四系冲积物较厚来进行解释。

河道沉积物以河沙、淤泥为主，通常密度约2.0～2.2g/cm³，与下伏石灰岩间的密度差约为0.72～0.52g/cm³，用平板公式估算基岩面最大深度约为8～12m。

至于116号点以北剩余异常的单边下降可以认为测线逐渐接近柳江盆地核部，上古生界地层以砂页岩为主，密度低于下古生界碳酸岩组合；故三个局部高点（116、122、134点）呈现逐渐降低的形态组合。

我认为这样解释有较强合理性。

另外，94—106点和124点以北出现的局部重力低，与下伏奥陶系亮甲山组、冶里组地层的空间位置对应较好。

由于从岩性上分析奥陶系和寒武系地层不应有明显密度差异，而实习中也没有对下古生界各组地层分别进行密度标本采集，故不做更多的解释。

3工区南北地质界线位置解释

剖面80-86号点间约0.2mGal剩余异常无法直接用地质剖面解释。

实习中于76号点附近观察到灰白色、紫红色石英砂岩，当属青白口系长龙山组下段地层（1/2.5万基岩地质图中没有标示）。

由于该地区断裂构造具有叠瓦式逆冲特点，那么在80-86号点区间的下部应该存在长龙山组，甚至存在下寒武系的部分地层（成果图中反映了