物探报告.docx

1、物探报告实训成绩批阅教师日 期勘查地球物理概论报 告专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 重力勘探重力勘探是利用地壳内部各种岩（矿）石间因密度差异而引起的重力场变化来查明地质构造和寻找有用矿产的一种地球物理勘探方法。 重力场 地球上任何物体都要受到重力作用，物体的重量和自由落体运动都是重力作用的表现。地面上一切物体都要受到两种力的作用，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地球上受到的惯性离心力C，重力P就是它们的矢量和(图2-1-1)。地球对物体的引力遵从万有引力定律。按照这个定律，质量分别为m1和m2的两个质点间的引力F，与它们质量的乘积成正比，与它们之间的距离r的平方成反比

2、，其模量为： （2-1-1）式中G为万有引力常数，在SI制(国际单位制)中，G=6.6710-11m3/（kg2）(米千克秒2)。F的方向沿着两质点的连线，单位为N(牛顿)。 地球对某一质点的引力，就是地球内所有质点对该质点引力的合成。如果知道地球的形状、大小和密度分布，原则上可以通过积分算出这个合力，它的方向近似地指向地心。 (图2-1-1) 重力作用 质量为m的质点在自转的地球上要受到惯性离心力C的作用，C的大小与地球自转角速度的平方和该质点到自转轴的距离R成正比，其模量为： （2-1-2）C的方向垂直于地球自转轴，并沿着R指向球外。显然，惯性离心力是由赤道向两极逐渐减小的。 事实上，惯性

3、离心力是相当小的，其最大值也仅为平均重力值的三百分之一，因此重力基本上是由地球的引力确定，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。根据牛顿第二定律，作用于质量为m0的质点上的重力P的模值可表示为 P=m0g 式中g为重力加速度。显然 （2-1-3）上式左端表示单位质量所受的重力，即重力场强度。由此可见，空间某点的重力场强度，无论在数值或量纲上都等于该点的重力加速度，且二者的方向也一致。为叙述方便，今后如无特殊说明，我们提到的重力即是指重力加速度或重力场强度。 【重力位】从场力做功的观点出发，重力场的特征还可以用重力位来表示，重力场中某点的重力位W等于单位质量的质点由无穷远移

4、至该点时场力所做的功。等重力位面称水准面，不同的重力位值可得到一簇水准面。当重力位为某一定值的水准面与平均海平面重合，这个面称大地水准面。人们把与平均海洋面顺势延伸到大陆所形成的封闭曲面（即大地水准面）的形状作为地球的基本形状。其形状相当于一个梨形体面，与椭球面相比，在北极要高出十来米，南极凹进去二十多米，南北两极半球不对称。重力场中某点的重力位W等于单位质量的质点由无穷远移至该点时场力所做的功。垂直于重力g的方向上的重力位没有变化，此时重力位W可以表示为一个曲面方程W（x，y，z）=C（常数）。【单位制】SI制中重力的单位为m/s2，常用10-5m/s2表示。它的百万分之一称为重力单位(gr

5、avity unit)，简写为g.u.，即： 在CGS制(厘米克秒制)中，重力的单位为Gal(伽)，它的千分之一的为mGal(毫伽)，百万分之一称为Gal(微伽)，即： 两种单位的换算关系为： 地球的重力场 地球的重力场可分为正常重力场、重力随时间的变化及重力异常三部分。【正常重力场】 大地测量和人造卫星轨道测量的成果都表明，地球的形状实际上并不规则，其北极略为突出，南极略平，呈梨状。为便于计算正常重力值，我们选择一个内部物质呈均匀同心层分布，且与大地水准面偏差最小的旋转椭球体作为地球的形状，这个椭球体称为参考椭球体。其赤道半径约6378.160km，两极半径约6356.755km。 我国采用

6、计算正常重力值的公式为1909年的赫尔默特公式： （2-1-4）式中为地理纬度。上式表明，地球的正常重力是由赤道向两极逐渐增加的。赤道处为9780300g.u.，两极处为9832087g.u.，相差51787g.u.。【重力场随时间的变化】 图2-1-3 1976年7月9日10日北京重力日变曲线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:主要与地壳内部的物质变动，如岩浆活动、构造运动、板块运动等有关。重力的长期变化是地球物理研究的重要内容。 短期变化:指重力的日变，它与太阳、月亮和地球之间的相互位置有关。由于地球的自转，地表各点与日、月的相对位置不断发生变化，使得日、月对这些点的

7、引力也不断改变，从而造成了重力的变化。地球并非刚体，引力的变化除形成海潮外，还引起地球固体部分周期性的变形，这种变形称为“固体潮”。固体潮可引起大地水准面的位移，从而造成重力的变化。日变即是这两种重力变化的总效应。图2-1-3是北京地区的一条日变曲线。重力日变的幅度约为2至3g.u.，这在高精度重力测量中是不可忽略的。【重力异常】 如图2-1-4所示，设地下有一个体积为V、密度为的地质体，围岩密度为0，两者的密度差=-0称为剩余密度，地质体与同体积围岩间的质量差m=V称为剩余质量。当0时，m0时，m0。图2-1-3属于后一种情况，由于质量盈余，就在地面某点P产生了一个指向地质体质量中心的附加引

8、力(场强度)E，根据(2-1-3)式，该引力的模值为： （2-1-5）式中m0是置于P点处的质点的质量。该附加引力在正常重力方向(铅垂方向)上的投影，即为重力异常。重力异常g就是剩余质量m产生的附加引力位W在该点沿铅垂方向的偏导数值，即： （2-1-6） 图2-1-4 重力异常的实质重力勘探工作方法 根据地质任务的不同，重力勘探可分为预查、普查、详查和细测四个阶段。【预查】在重力勘探空白区进行的大面积小比例尺测量，以便在短期内获得有关大地构造轮廓的资料。 【普查】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。 【详查】在成矿远景区进行的重力测量，通过

9、对异常规律和特点的详细研究，寻找局部构造或岩、矿体。 【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，目的在于确定地层或岩、矿体的产状特征。 不同阶段的地质目标不同，相应的测量技术及精度要求也不同。测量精度以能反映探测对象引起的最小异常为准则，一般以探测对象引起的最大异常的1/31/4为宜。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。测线应垂直(或大致垂直)于探测对象的走向。表2-3-1列出了重力勘探常用的比例尺及测网布置要求。比例尺反映的是相邻测线间的距离，至于测点间距离的大小，可在规定的范围内变化。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35

10、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；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12个测点。 表2-3-1 重力勘探工作比例尺、测点间距及测网密度在小面积重力测量中，须设立一个作为测区异常起算点的总基点，还要在测区内设立一些基点，以了解读数零点的位移情况，作为仪器零点位移校正的依据。一、重力资料的整理 野外观测结束以后，应将各测点相对于总基点(或正常重力)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，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四种因素决定，它们是：该点所在纬度、周

11、围地形、固体潮及岩(矿)石的密度变化。其中固体潮的影响很小，只有在高精度重力测量时才不能忽略。纬度变化的影响较大，可达500,000g.u.，约为重力平均值g(9,800,000g.u.)的0.5%，地形高差影响次之，可达 。相对于这两种干扰而言，重力异常是十分微弱的。例如，储油构造的重力异常不超过100g.u.，仅为g的0.001%，金属矿的重力异常更小，不超过10g.u.。可见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。 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。【地形校正】 地形起伏往

12、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予以消除。其办法是：除去测点所在水准面(图2-4-1中 MN)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。 由图2-4-1可见，测点O所在水准面以上的正地形部分，多余物质产生的引力的垂分量是向上的，引起仪器读数减小。负地形部分相对该水准面缺少一部分物质，空缺物质产生的引力可以认为是负值，其垂直分量也是向上的，使仪器读数减小。可见地形影响恒为负，故其校正值恒为正。图2-4-1 地形校正原理实际工作中，地形校正按以下步骤进行：首先，在详细的地形图上，用量板将测点周围的地形划分成许多扇形小块。然

13、后分别计算这些小块在该点产生的重力值并相加，就获得了该点的重力校正值。 现在已经在计算机上实现了按测网进行的地形校正，从而使校正精度大为提高。【中间层校正】 经地形校正以后，测点周围的地形变成水准面，但测点所在水准面与大地水准面或基准面(总基点所在的水准面)间还存在着一个水平物质层(图2-4-2)，消除这一物质层的影响就是中间层校正。图2-4-2 中间层校正原理 中间层可当作一个厚度为h(单位为m)，密度为的无限大水平均匀物质面。由于地壳内物质每增厚1m，重力增加约0.419g.u.,故中间层校正值g中为 （241） 当测点高于大地水准面或基准面时，h取正，反之取负。 我国和世界大多数国家都取

14、中间层密度值为2.67g/cm。但实践中发现在某些地区这个值偏大，因此工作中除按全国统一的中间层密度值作异常图外，还可作一些适合本地区实际中间层密度值的异常图，以便使地质解释更趋合理。 经过上述两项校正后，测点与大地水准面或基准面间还存在一高度差h(图2-4-3) ，为消除这个高度差对实测值的影响，必须进行高度校正。【高度校正】将地球当作密度呈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.，所以高度校正值g高为 （2-4-2）测点高于大地水准面或基准面时，h取正，反之取负。高度校正和中间层校正都与测点高程h有关，因此常把这两项合并起来，统称为布格校正，以g布表示，则

15、（2-4-3）图2-4-3 高度校正原理 应当指出，上述三项校正都是在将地球作为密度均匀体的条件下导出的。实际上，地表实测重力值总是密度均匀体和造成局部范围密度不均匀的地质体(简称密度不均匀体，如构造，岩、矿体等)的综合影响。上述校正仅消除了起伏地形上各测点与大地水准面或基准面间密度均匀体对实测重力值的影响，并没有消除密度不均匀体的影响。因此，对校正后仅由密度不均匀体引起的异常而言，各测点仍在起伏的自然表面上。【正常场校正】 在大面积测量中，各测点的正常场校正值可直接由正常重力公式计算。 小面积重力测量不用上述绝对校正方法，而只作正常场的相对校正(纬度校正)。当测点与总基点不在同一纬度时，测点

16、重力值包括了总基点和测点间的正常重力差值，这时正常场校正值g正按下式计算 （2-4-4）式中为测区的平均纬度，D为测点与总基点的纬向(南北向)距离，单位为km。在北半球，当测点位于总基点以北时，D为正，反之为负。二、重力异常图【剖面图】 重力异常剖面图是将重力测量结果沿着剖面线按照一定比例尺等要求绘制在平面上的结果,是航空物探测量结果的主要表现形式之一。（a）重力异常剖面图 （b）平面等值线图【等值线图】 重力异常等值线平面图与地形等高线的绘制方法类似。图件反映了测区内重力异常的位置、特征、走向及分布范围。若等值线圈闭中心处在重力异常值比周围的大(图（b）中标有“+”的红色圈闭)，则这种异常分

17、布称为重力高；反之，若等值线圈闭中处重力异常值比周围的小(图（b）中标有“-”号的蓝色圈闭)，则这种异常分布称为重力低。由一组彼此大致平行，且沿一定方向延伸的密集等值线所表示的异常分布，称为重力梯级带(图（b）中A、B之间的等值线)。 为了使异常更直观，有时也用线框图、表面图来显示重力异常。在断裂分析中，则更多的采用灰度图。这些图件可以用Golden Software公司开发的Surfer8.0和Grapher3.0做。其中Grapher3.0主要用来做剖面图 （图(a)）；Surfer8.0则可对离散数据进行网格化，根据网格化文件作出等值线图、表面图 、线框图和灰度图等（图(b)、(c)、(

18、d)、(e)）。 (c)灰度图(d)线框图(e)表面图我国重力勘探的发展 以地质构造为主要研究对象的重力勘探方法在中国已经历了一个长期和成功的历史。从50年代初期，重力勘探开始应用于我国的地质找矿试验工作，此后随着地质工作的不断深入开展以及现代数学物理理论与计算机科学的迅速发展，促使重力勘探在仪器、方法技术、解释理论以及实际应用等各方面得到了全面系统的发展。重力勘探已成为研究地质构造的重要手段，在解决以下地质问题中取得了肯定的效果:(1)大地构造单元划分;(2)基底起伏和内部结构;(3)追索大的构造破碎带和断层;(4)圈定沉积盆地范围和内部构造;(5)侵入岩的空间分布和深部形态;(6)岩石圈均

19、衡状态和上地慢密度横向不均匀性，详细重力测量在地质填图和矿产勘查中也发挥了重要作用。当前，重力勘探已在区域地质调查、能源和固体矿产普查、工程地质调查，以及深部构造研究中得到广泛应用，这与方法技术上的进步是密切相关的。重力勘探方法如何进一步发展以适应科学研究和经济发展的需要是当前面临的关键问题。重力勘探技术的改进和发展1、高精度重力勘探技术的应用高精度重力勘探技术是建立在位场理论、电子技术和计算机技术高度发展的基础上。它的野外工作方法是在小面积范围内采用大比例、密测网和小点距工作。该技术的发展及其特征如下:1 较早的外国重力仪有诺加、握尔登重力仪，后来发展到精度较高的索丁和拉科斯特(:Lacos

20、te)重力仪。1991年我国引进了使用亚菲尼特(Affinity)仪的美国艾菲系统;1993年西北地质研究所从俄罗斯引进了使用THY一B型重力仪的GONG技术。拉科斯特D型、G型重力仪由美国70年代研制成功，是目前国内外使用最广的一类重力仪。它以零点漂移小，精度高、重量轻和操作方便而著称。高精度重力勘测目前可用航空照片和红外激光测距仪来敷设测网及求取测点高程。此外，对固体潮、中间层变密度、地形等改正可以改到任意半径，还可作均衡改正，且均可达到比较高的精度。解决地质问题的能力不断提高高精度重力数字处理利用了位场理论的发展和计算机的最新成果，重力异常正反演技术有了长足进步，可以完成相当复杂的计算模

21、型。诸如归一化总梯度法、重力一地震联合反演法等。重力场提供的信息增多，不但能确定背斜或非背斜构造，还能预测油气藏。2、重力勘探法在侵入岩体导矿构造上的分析应用 在江西省赣东北的德兴婺源成矿带，存在着华南极重要的铜金银等大型矿产集聚地最重要的大型多金属矿床集中地，该地区位处扬子准地台的江南台隆与钱塘台坳的衔接部位，主要出露地层以中元古界蓟县系地层和部分古中生代地层，在局部地点有少量的基性超基性岩，主要侵入岩体为燕山晚期的花岗闪长斑岩和花岗斑岩上饶德兴婺源地区是一个最重要的多金属成矿地区，著名的德兴铜矿和金山金矿就位于该地区，德兴铜矿是我国目前公认的、比较典型的斑岩铜矿，其金属储量占全国第一位，因

22、而其含矿斑岩、围岩蚀变成矿物质来源一直以来是众学者关心的问题目前许多地球物理学者已经开始致力于通过地球物理方法研究场源边界本文从重力场特征出发，结合地质资料，以多种处理方法应用于 万重力场数据，突出异常源，综合解释侵入体来源地质概况研究区域出露地层本区出露地层从老至新主要有蓟县纪溪口岩群，蓟县纪张村岩群，青白口纪河上岩群，震旦系，寒武系，奥陶系，以及石炭二叠系，白垩系等地层下面主要论述重点出露地层如下：）蓟县纪溪口岩群（郑家坞岩组）：紫灰、灰绿色变余凝灰质杂砂岩、凝灰质千枚岩、粉砂质千枚岩夹变沉凝灰岩；）蓟县纪张村岩群（韩源岩组）：二云千枚岩、凝灰质板岩、炭绢云板岩夹变余岩屑杂砂岩、变细碧岩、

23、变基性熔岩；）蓟县纪张村岩群（榔树底岩组）：变余石英杂砾岩、变余岩屑杂砂岩、含岩屑二云千枚岩夹绿泥板岩、变沉凝灰岩；出露岩浆岩：研究区主要出露的岩浆岩有燕山期花岗闪长斑岩（），花岗斑岩（），岩浆岩是研究区内的主要成矿岩浆来源区域布伽重力异常 图研究区所在区域重力布伽异常位置图 由区域重力场图（）可以看出，研究区域位于波阳重力高值与怀玉重力低值区的交接部位，其间为一条北东走向的重力梯级带通过上述特征基本反映了九岭鄣公山隆起带和上饶坳陷带的构造格架 地球物理特征经过使用江西地勘局物化探大队年实测的 万重力资料，对纸质重力布伽等值线图进行数字化，提出布伽重力异常图，并使用网格化，经过多阶趋势分析试验

24、，最终选用四阶剩余重力异常作为解释德兴铜矿附近等地的侵入岩体和构造分析的解释依据下图（）为该地区的剩余重力异常图，该地区中部以北东向剩余重力高为江南台隆的中元古界蓟县系张村岩群地层和构造基底反映，中部的重力低显示为以燕山晚期（侏罗纪）的侵入岩体，其反映的剩余重力低达该带集中了德兴铜矿，金山金矿等矿床从物性条件分析中元古界蓟县系地层物性密度一般为，而侵入岩体花岗闪长斑岩密度一般为，重力基本场所用（地改和中间层改正）密度值为，而含矿的（侵染型）矿体密度在 左右，因此重力所反映的界面的物性差异是很明显的从图（）德兴婺源地区剩余重力异常可以看出，中部的北东向负异常条带集中反映了侵入岩体的主要分布范围为

25、北东走向，说明德兴地区受深断裂控制，深部侵入岩体大面积侵位于中元古界蓟县系张村岩群地层中，从深部带来的壳源物质带来大量的铜、金、银等金属矿物组分通过对剩余重力异常进行垂向导数的求取，则能反映剩余重力异常沿垂向上，重力异常对于垂向空间的变化率平面分布状况，通过使用重磁电数据处理软件中（空间域）垂向二阶导数的求取，对于网格距为的重力剩余异常场，求得的垂向二阶导数异常，在中空间分析中生成等值线平面图，由于垂向二导的数值很低，在作图前数值先乘以了常数德兴婺源地区的重力剩余异常垂向 图德兴婺源地区四阶剩余重力异常图二导等值线图如图（），从图中看出，在官帽山海口一带分布着一条北东向的弧形的重力垂向二阶导数

26、异常群，从异常曲线分析，在官帽山铜厂一带有几处垂向二导的等值线密集异常区，其中在铜厂北东面的深色负异常区可能代表了深部的岩浆岩来源重要通道。 图德兴婺源地区 万四阶剩余重力垂向二阶导数异常图德兴铜矿矿床地质特征地层出露地层为新元古界张村群，其岩性为绢云母千枚岩、粉砂质千枚岩、凝灰质千枚岩、变沉凝灰岩，间夹变质安山玢岩和石英角斑岩、细碧岩，岩石同位素等时线年龄值为构造特征矿田处于近东西向的泗洲庙复式向斜南翼，并与后期北东北北东向西源岭倾伏背斜和官帽山向斜构造叠加，共同组成北西西向的反“”型构造区内断裂构造可分为组：近东西向、北东向和北北东向断裂如图（）近东西向断裂由挤压断裂带、片理化糜棱岩化带构

27、成，彼此呈疏密相间呈等距（约）分布。 图德兴铜矿田地质略图矿床成矿模式矿田内呈北西西向排布的富家坞、铜厂、朱砂红个含铜花岗闪长斑岩小岩株，对应个含铜花岗闪长斑岩小岩株依次分布有富家坞、铜厂、朱砂红个超大型大型斑岩铜矿床含铜花岗闪长斑岩为燕山早期第二阶段产物，与其伴随的还有石英闪长玢岩、闪长玢岩等，组成一侵入杂岩体从早到晚岩浆侵位的顺序为：成矿前闪长玢岩、石英闪长玢岩（）成矿期花岗闪长斑岩（ ）石英闪长玢岩成矿后闪长玢岩（），往深部花岗闪长斑岩向似斑状花岗闪长岩、石英二长闪长玢岩过度晚期脉岩还有钾长花岗细晶岩、辉绿岩、煌斑岩等成矿模式如图（）因此通过重力研究侵入岩体的构造来源通道，在剩余重力异常

28、平面图上通过切取剩余重力异常剖面数据，使用重力归一化梯度法相位来区分岩体界面，以及归一化延拓确定低密度体的深度来源位置，是我们的主要目的 图德兴斑岩铜矿床综合成矿模式图重力归一化梯度反演重力归一化梯度和相位法原理及公式重力场是无旋场，根据无旋场的性质可知：重力位及其导数在场源外空间都是解析函数在场源体内重力位及其导数的表达式失去解析性，失去解析性的点称为奇点，确定场源的问题可以通过对异常体向下延拓确定函数的奇点问题，归一化梯度法已经在实践中得到广泛的应用本文采用别列兹重力归一化方法为解释反演地下低密度导矿岩体提供丰富的定性和半定量信息别列兹金重力归一化梯度和相位法公式为（，） 槡（，）（，）

29、（，） （， 槡 ），（）（，）（，）（，） （）式中， 为采样间隔；，； 为剖面采样点数； 为向下延拓的深度；（，）为 深度归一化梯度值；（，），（，）为重力 对，的偏导数，该公式的值可以通过求重力异常值的二次导数获得应用通过在德兴铜矿所做剖面控制矿体程度较高，对德兴铜矿剖面在剩余重力异常网格化文件上截取剩余重力异常数据文件，并对重力数据采用四阶趋势场异常采用别列兹金重力归一化总体度方法和重力归一化相位法对该区域进行综合研究，反演地下密度分界面，结合德兴市德兴铜矿床（田）预测要素地质剖面图（）验证该方法在该区域的有效性，并推断低密度区域下导矿构造存在的可能性及其基本形态特征图测线地质剖面图根据归一化梯度背斜区域内包含低密度体，低密度体两侧的会出现归一化梯度极大值且两极大值中间包含圈闭极小值，极小值对应低密度体质心位置构想当低密度岩体花岗闪长斑岩侵入围岩，应会造成围岩顶部向上隆起，且里面包含花岗岩闪长斑岩低密度体，这与油田上储油构造因包含油而出现的两高一低是类似的，结合重力四阶趋势异常资料和重力归一化反演及地质剖面资料得到以下结论：）