2第一篇重力

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重力勘探是以研究对象（矿产资源或地质构造）
与围岩存在着密度上的差异为前提条件的。从
观测重力值中去掉与研究对象无关的各种因素
的影响，可以获得单纯由矿产或构造等密度不
均匀体产生的重力异常，通过对异常的解释就
有可能达到找矿勘探的目的。
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绪

第一个研究和测定重力加速度的是17世纪意大利物理学家伽利略 (G.Galileo)。以后﹐比较准确地测定重力加速度的方法是利用摆仪。 19世纪末叶﹐匈牙利物理学家厄缶(L.von)发明了扭秤﹐使重力测 量有可能用于地质勘探。在20世纪30年代﹐由于重力仪的研制成 功﹐重力勘探获得了广泛应用﹐并且发展了海洋﹑航空和井中重 力测量。 重力勘探技术在我国是应用最早的物探技术: 1938年方俊先生在上海同济大学开设《重力测量学》 1940 年翁文波先生在重庆中央大学开设《地球物理勘探》课 1945翁先生领导的第一支物探队就是重力队 我国80年代初开始由地质矿产部组织全国区域重力调查,并进行 1:100万图编制,现今我国重力资料已覆盖全国。 重力更多用来研究地球本体。
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(2) 正常重力的垂直梯度
设地球为球体，其重力表达式为
Me g 0 G 2 ，则地面上正常重力的垂直 R g 0 2 g0 梯度为g 0 r ，用地球平均 r R 半径R代入，得 g 0 r 0.3086( mgal / m) 3.086( g.u / m).
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第一节
地 壳
地球的相关知识
二、内部结构： 地球是由不同物质 和不同状态的圈 层组成的近似球 体，地球内部分 为地壳、地幔和 地核3个圈层。 3个圈层又可各自分 为上下两层
地 幔
地 核
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两个重要的密度分界面：
康德拉分界面，简称康氏面
莫霍洛维奇分界面，简称莫氏面
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万有引力是牛顿总结前人 伽里略研究行星运动规律提 出来的，认为任何物体相互 之间都有吸引力，吸引力的 大小与两物体的质量乘积成 正比，与两物体之间的距离 平方成反比，其相互之间量 的关系为
基础回顾

地球在不断地自转，地球 表面上任何物体都具有一 个离心力C，其大小由下 体的质量； R——两物体相互间的距离； G——引力常数，其值在 CGS制中为6．67×10-8cm3 ／g·2。 s


r——m到自转轴的垂向 距离； ω ——地球自转的角速 度。
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第三节

重力勘探的解释的相关知识



一、正问题和反问题 通过假设各种简单形体的地质体，分析其重力异常特点，找出 重力异常和地质体的性质、产状、位置、大小之间的联系，从 而达到地质解释的目的。根据已知形体，计算其异常，称之为 正演问题；反之根据异常特点，说明地质特征，称之为反演问 题。 二、定性解释和定量解释： 异常的解释： 物理数学解释：异常体的形状、大小、埋深等产状要素，包含 属性参数（密度，电性、磁性、弹性的相关参数） 地质解释：异常体的性质：如侵入体？沉积盆地？金属矿藏？ 基底起伏？ 三、二度体、三度体 四、解释的多解性
P


m= σ2*V2

σ1
V1
Δg= G(σ2-σ1)*V2/R2
R：剩余质量重心距
测点的距离
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三、重力的数学表达式

z A(x、y、z) dm(ξ、η、ζ) o y
为了描述重力的空间 分布，通常采取直角 坐标系，以数学解析 式表示
设地心为坐标原点，z 轴与地球的自转轴重 合，x，y轴在赤道面 上。
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探测对象产生的重力异常一般应具备的条件

4、探测对象不能埋藏过深。
例如，中心埋深为100米、剩余质量为50万吨的 球形矿体，在球心上方可以产生0.335×105m/s2的异常。但是，当该球体中心埋深变为 1000米时，却只能引起0.0034×10-5m/s2的微 弱异常，这是仪器不能察觉的。
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由于F》C，地表一点的重


牛顿第二定律： F=mg g=F/m
如果将地球近似看成一个球体，对地面 的m物体来说，其引力的方向指向地心。 指向地心 离心力 C 方向垂直自转轴指向外。大 小随纬度的不同而变化，随着 r 向两极 地表一单位质量所受力的大 减小而减小，从赤道的最大值减小到两 小用来表示该点重力 极为零。
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第二节
重力的相关概念

一、重力 重力的实质是牛顿万有 引力和离心力的合力。
地球是有质量的，对地球表面上任一物 体来说，都有地球的吸引力。设地球的 质量为M，地面上任一物体的质量为m， 则它们之间相互的吸引力F，地球在不 对于地表一单位质量m： 断地自转，地球表面上任何物体都具有 一个离心力C，设r 为m到自转轴的垂向 g=F+C 距离ω为地球自转的角速度
二、物探方法的过程

所有物探方法均通过三个步骤完成
利用计算机及 专用软件、选 择合理的数学 物理方法 综合地质、测 井、钻井等信 息，利用计算 机及专用软件
利用专门仪 器采用合适 的方法
采集
处理
地质解释
获得地球物理 场数据或图像
分离提取目标场 ，增强解释能力
得出目标区地下地 质情况的正确全面信息
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三、物探方法的应用条件及基础
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得到重力异常的具体过程
计算
实测
已知
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探测对象产生的重力异常一般应具备的条件

5、能否取得探测对象产生的异常，还取决于该异常 能否从干扰场中辨别出来。
通常，恶劣的地形、表层密度不均匀、地下岩体的密度 变化等，都会严重干扰探测对象产生的有用异常，使 我们无法辨认。因此，只有地形不太复杂，围岩密度 比较均匀，探测对象与围岩的密度差较大，且其它地 质体的干扰场能从实测异常中消除时，重力勘探才能 取得较好的地质效果。
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探测对象产生的重力异常一般应具备的条件
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异常图示
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探测对象产生的重力异常一般应具备的条件

3、不仅探测对象与围岩要有一定的密度差，而且剩 余质量不能太小。也就是说，探测对象要有一定的规 模。例如，在沉积岩地区寻找石油时，尽管沉积岩层 间的密度差很小，一般不超过0.5g/cm3，但由于沉积 岩构造规模大，也能产生足够大的重力异常。反之， 在寻找金属矿时，虽然金属矿与围岩密度差比较大 （可达1-3g/cm3），但如果矿体体积太小，异常微弱， 仪器也无法测出。
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第一章 重力勘探的基础知识
第一节
第二节 第三节 第四节
地球的相关知识
重力的相关概念 重力勘探的解释的相关知识 重力勘探的任务、过程及解决的地 质问题
第五节
第六节
影响重力勘探结果的因素分析
岩矿石密度
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第一节
地球的相关知识
自转轴
极半径 赤道 半径
一、地球的形状
大地水准面是以平静海洋 面的趋势延伸到各大陆之 下所形成的封闭曲面
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重力勘探应用的条件：
1.探测对象与围岩之间要有密度差； 2.密度非均匀体的密度沿水平方向有
变化；
3剩余质量足够大；.
4.探测对象的埋深不能过深；
5.其异常能从干扰场中分辨提取出来。
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七、重力的单位




采用单位质量所受的重力来衡量重力场强度，它在数 值上和重力加速度相等，因此常用重力加速度代表重 力场强度，单位同加速度，为cm/s2，在重力勘探中 称之为1伽，用Gal表示。实测时单位太大，常用1伽 的千分之一为单位，称之为毫伽，用mGal表示。随 着重力测量仪器精度的不断提高，取毫伽的千分之一 做单位，称为微伽(Gal)。 即 lcm／s2二1Gal 1Gal／1000＝lmGal 又称1米盖(mGal) lmGal／1000＝lGal 我国实测工作常用m／s2 ，因此我们常在资料上看到： n×10-5m/s2(毫伽)
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五、正常重力场
卡西尼公式：
地球参数一定、地表一点的正 常场值完全由地球纬度决定
式中
g0
——大地水准面上的正常值
赤道与两极相差5个多伽。

——地球的纬度。
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(1) 水平梯度
设g 0 g e (1 sin ), R为地球平均半径，
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x指向北，y指向东，则地面上的正常重力 的水平导数为 g 0 g 0 g0x 0.814sin 2 ( mgal / km) x R 8.14sin 2 ( g.u / km); g0y ? 易知，在赤道与两极最小：g0x 0，最大值 在 =45处。
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x

地球的全部质量对A点所产生的引力分量为:

积分号下的V表示对整个地球进行积分。

离心力的三个分量分别为 :
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这样重力g在x，y，z三个坐标方向的分量分别为
地面一点重力g： 大小：g=(gx2+gy2+gz2)1/2 方向： 过该点切平面内法线方向，一般来说铅 垂向下
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四、重力位
引力位V
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力的方向由F决定，近似
P质量点受到的影响：整个地球

均匀球体


地表不平
不均匀部分
P
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地壳内不均匀可引起重力 二、剩余质量和剩余密度 场变化 由剩余密度引起的重力变 M= σ1*V1 化可正可负 从测得的重力场中减去由 σ2 V 2 均匀密度引起的场值便可 如果想办法去除大球体质 得到纯粹由剩余密度引起 量对P点的g，那么P点 的场值 所受的重力(异常)为：

均匀球体g0 地表不平g地形 P

不均匀部分gf
地表一点实际测重力:g实= g0 + g地形+gf