05 重力勘探

重点
(三)高度校正 目的：消除海拔高程的影响（自然地表到大地水准面的距离） 特点：高程增大，正常重力值减小，反之增大 方法：基于重力随半径的变化率计算高程校正量 高程校正精确公式：
ϕ为测点纬度，h为测点海拔高程或相对于 ϕ h 总基点的高差，高于大地水准面(或总基点) 的值取正，反之取负。
当测区不大且地形高差也不大时， 可简化计算公式
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2、三重循环观测法
主要适用：石英弹簧重力仪（仪器非线性零漂） 观测方式：见图 计算相邻两个点间边段重力增量值公式
第3程
计算相邻两个点间边段 重力增量值公式
去程 返程
K为仪器格值；S1,t1,R1和S2,t2,R2分别为第1，2点上的第一次观测值、观 测时间、固体潮校正值； S1',t1',R1'和S2',t2',R2'表示第1，2点上第二次观 测值、观测时间和固体潮校正值。最后得该独立增量的计算式是
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2．非自由网的平差 特点：网内有少数几个高一级基点 基本平差原则：应保持已知高一级重力点的重力值不变 高级基点都处在全网最外围的自由边上时，可由相近的两个 高一级基点建立一条边，与其他几个基点组成的几个边构成 一个新环路，这样全网就多了若干环，可按照前述方法进行 平差，只是凡由两个高一级基点连成的边(称坚强边)不参与 改正值的分配； 当高级基点位于网内的交叉点上时，宜采用结点平差法。
大地水准面
方法：水平圆盘的积分法
h
σ
地形校正后 A
大地水准面
A
大地水准面
h A'
中间层 σ
A' 中间层校正后
高程校正后
水平圆盘的积分公式
了解 A R
h
σ
当R/h值较大时(约为5～10)，上式可简化为无限平板(R ∞)公式
中间层校正基本公式
重点
布格校正： 布格校正：高度校正与中间层校正的统称
（因两项校正都与h有关）
配到相应环路中的每一个边上，使每环经过改正后的各边段新的段 差之和为零。
自由网 基点网
不包含精度更高的已知重力基点(如 国家级基点)的网
非自由网 包含有精度更高的已知重力基点的网 条件平差：不等权观测，适合自由网，含外围基点的非自由网 平差 结点平差法：适合非自由网高级基点位于网内交叉点 方法 波波夫逐次渐进平差法：等权观测，适合基点少，网形简单
井中重力测量： 井中重力测量：主要用于地层密度的测定、采油的动态监控以及探区岩层
裂隙发育情况的探查
航空重力测量： 航空重力测量：苏、美最早开始仪器、工作方法研制，德、加后来加入研
制行列。全球定位系统(GPS)与信号数字滤波系统的开发是航重走向实用的 又一重要条件 。70～80年代，开始局部商业试验，前苏联作了部分面积的小 比例尺航重测量飞行。90年代中期，格陵兰、墨酉哥湾、亚马逊盆地、南极、 阿尔及利亚等采集了大量实用数据，瑞士已有覆盖全国范围的航重图件。我 国空白。
tG2
tG1
tG2
普通点的观测精度评价 方法：通过检查观测来衡量其质量。 要求：检查点均匀分布全工区 检查点数量一般为总测点数的3~5％ 同一点仅作一次检查观测时，精度衡量公式：
n为检查点数目 δi为前后两次观测值的偏差
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衡量普通点总的观测精度的公式
ε基代表平差后基点网的精度，通常要求
重力测量校正及异常求取与成图
中国重力勘探现状 起步晚：解放后重力勘查才发展起来的，
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20世纪50~60年代，第一轮石油普查中，重力勘探立 下过显赫战功。 20世纪70年代末，开始全国范围的区域重力调查—— 一项基础性地球物理调查，为国土资源与矿产资源综 合开发提供基础资料，有长期利用的价值。 21世纪90年代，东方地球物理航测队取消 目前：能在陆地、海洋和井中各领域内开展工作。 微重力测量的研究与应用有待开发与深化；— —水文、工程、环境各领域重力法应用欠佳 航空重力表面70％以上的海洋区实现观测，配合人造卫星资 海洋重力测量：
料的分析与研究，重力法在研究全球板块构造、地壳深部构造、区域地质构 造、圈定含油气远景区及煤盆地以及寻找部分固体矿产资源等多种领域起到 重要作用
微重力测量（高精度重力测量）：广泛地应用于水文、工程、环境各领
域，为探测地下洞穴、陵址、破碎带、地热田的勘查与动态监测、滑坡与地 下坑道岩爆的监控与预报等等
gi， gi' 和gj，gj'各分别为i，j点往返经重力固体潮校正后的重力值； ti， ti' 和tj，tj'分别为第i点和第j点往、返程观测的时间
重力基点网联测
观测，每一边段至少获得三个独立增量，最后求平均段差
掌握概念、 方法
基点网建立要求：每边至少有三台(次)性能较好的重力仪同步进行 观测方式（重复观测） ：双程往返观测法，三重循环观测法 测量范围：按事前设计好的基点网布局对基点进行联测 目的：获得相邻基点(一个边段)上高精度的增量值 建立重力基点网的重要性： 第一，利用每一测段的首尾基点己知值(即平差后的值) 来控制普通点测量，以便进行各普通点上的零漂校正 第二，可以由总基点出发依各基点上的相对重力值推算 出全区所有普通点的相对重力值。如果总基点与国家已知 绝对重力值的基本点实施过联测，则各基点与各测点上的 绝对重力值也可以换算出来了。
各点的校正值是根据测点对于总基点的相对位置来确定的。 ϕ为侧区内总基点的纬度或测区的平均纬度，D为测点到总基点(或平 均纬度处)的南北向距离，{ }km代表D以km为单位，北半球，测点在 总基点以北D取正，反之取负
重点
(二)地形校正 目的：消除测点周围地形起伏对测点观测值的影响 特点：起伏地形的影响总是使测点观测值减小，故地形校正值总
∆g=gi-g首
重力固体潮校正 目的：消除太阳、月亮对地表各测点产生的重力变化； 校正方法：有专用程序，输入--测点经纬度（坐标） 观测时刻(24小时制)
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对大比例尺小工区：仅用测区平均经纬度值和各点观测时刻即可；
零漂校正 目的：消除重力仪零点漂移问题，必须在基点控制下校正。 重力增量值计算公式：假定仪器零漂为线性变化
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1、双程往返观测法—以单台仪器作业为例 主要适用：高性能LCR 重力仪 观测方式：见图 重力固体潮校正： 目的：消除太阳、月亮对地表各测点产生的重力变化 零漂校正： 目的：消除因重力仪零点漂移产生的重力变化
去程
GI 反程
GII
注意： 注意：重力固体潮校正和零漂校正的先后次序不能颠倒 和 的先后次序不能颠倒
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测点与首基点间重力差:
有两种型号：G型(Geodetic) D型(Microgal) 以LCR-G929为例 若某测点读数为2794.635。 换算重力值： 换算重力值：
mGal
格值
gi=2739.68+94.635×1.01412 =2835.651(mGal)
测点相对于首基点的重力差 重力差: 重力差
基点网精度评价 对不等权观测基点网，均以网内最弱点重力值的均方 差εG来评定 平差后各基点相对重力值的中误差计算
1/PG各基点的权倒数 µ单位权中误差
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最弱点：εG=Max（ εG1， εG2，… ） 对于等权观测的基点网，平差后精度
N为基点网的边数， n为基点数减1， r、Vj代表闭合环数与 各边改正数
3、联测精度评价 衡量联测精度的公式为：
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同一段多次重复测量平 均重力增量的均方误差
基点网所有边段重力联 测的总均方误差；
nj第j边段重复测量次数； N为基点网总边段数， δij为第j边段上各独立增量与该边段平均增量之差
掌握概念
基 点 网 平 差
基点网联测和资料初步整理：获得各边段上的重力差 理论上，若测量无误差，则各边段组成的每一个闭合 环路的段差之和应等于零； 实际上，测量总是存在误差，每一个闭合环路的段差 之和不为零。这个不为零的值称为该环路的闭合差 闭合差： 闭合差：基点网每个闭合环路的各边段重力差之和 基点网平差： 基点网平差：将每个环路中的闭合差按照一定的方法和条件分
普通点观测
观测方式：基点网控制下的单程(次)观测
GI i GII
了解
重力固体潮校正：对大比例尺小工区，仅用测区平均经纬度
值和各点观测时刻即可；
零漂校正 混合零点漂移一次性校正：当测量精度要求不高(如小于1:10
万的比例尺测量)时，将两种影响合并校正的过程。 零点漂移(或混合零漂)校正公式:
t测点 普通点观测基点间的重力差 基点网平差后重力差
重力异常的组成：读数时变，纬度、高程、地形、不均匀体剩余质量
重点
(一)正常场校正（纬度校正） 目的：消除正常重力值随纬度的变化 方法：基于正常重力公式进行校正
测点
在小比例尺大面积测量中（精度低），测点采用绝对重力值，将 测点纬度代入正常重力公式计算出正常重力值，然后，从观测值中减去 该值即可 基点 注意：测点值基于自然地表，正常值基于测点在大地水准面上投影点 测点 在大比例尺小面积测量中（精度高），只求相对重力异常，故采用 纬度校正公式(正常重力值随纬度的变化率)
）——微重力测量学出现
井中重力仪： 井中重力仪：陆地微伽级重力仪改装（缩小体积，耐高温、高压） 航空重力仪： 航空重力仪：实现难 ，高效。研究始于50，用于70~80，90中泛用
观测方式及应用领域
扭秤测量： 扭秤测量：寻找盐丘等储油构造 地面重力测量： 地面重力测量：重力勘探的主要领域，大面积普查、区域调查，
是正的(仅指局部地形校正而言。若考虑地球表面的弯曲，且改正范围 大或全球的广义地形校正时，其值将有正有负)。
方法：很多，但原理相同
地形剖分成简单块 积分运算确定每一简单 形体的校正值 所有地形块校正值求和 目前常用的两种方法：
平坦地形 -dm
扇形域计算法 方形域计算法
扇形域计算法——柱坐标系
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dζ
重点
重力仪读数换算 1、常数格值的重力仪读数换算——十分简单 、常数格值的重力仪读数换算 格值：为重力仪计数器每一格相当于多大重力值的变化) 。 2、非常数格值重力仪读数换算 、非常数格值重力仪读数换算——换算复杂
如，石英弹簧重力仪 测点重力值：gi=C·Si(读数) ；首基点重力值： g首=C·S首(读数) 如，美国的拉科斯特重力仪(LCR) （LACOSTE&ROMERG)
重点
(四)中间层校正 目的：消除经地形、高程校正后
过测点的水准面与大地水准面(或过 总基点所在的水准面)之间厚度为h的 物质层（即中间层）的影响 特点：测点高于大地水准面(或 总基点) h为正，中间层在测点下方， 将使观测值加大。校正值为负；反之 为正，它与高程校正正好相反。
h
大地水准面
σ
原始状态 A
重力勘探方法流程 第一步：确定工区位置，野外踏勘，室内设计 第二步：野外测量及数据整理 1、重力基点网联测 目的：获得相邻基点(一个边段)上高精度的增量值 2、普通点测量 第三步：重力测量校正及异常求取与成图—预处理 第四步：重力异常资料处理（分离、去噪等） 第五步：重力异常反演与地质解释
正演——建立规律性认识 反演——地质推断
重力勘探 Gravity Prospecting
河南理工大学资源与环境学院
重力勘探（勘查）
观测对象：天然重力场 特点：成本低 探测深度大（从表到深都有） 获取资料轻便快速 技术瓶颈：不同深度重力异常的分离——位场法共同难关 主要影响因素：地形影响严重
扭秤（20世纪初多用） 扭秤
了解
观 测 仪 器
石英弹簧重力仪 拉科斯特地面重力仪 （30年代中期以后，精密、快速、轻便 ） 海洋重力仪（增加了常平架万向仪，60年代 ） 高精度陆地重力仪（精度达uGal级，70年代初
n等分圆周
单一 扇柱
h柱体平均高程与测点高程之差 σ为地表的平均密度
方形域计算法——直角坐标系
优点：便于计算机实施计算 特点：每个网格节点代表其
中一个方形柱体
计算公式：
了解
了解
说明： 密度值σ均采用实测地表的平均密度，全国统一拼图 例外（采用地壳平均密度2.67g/cm3 保证精度又要提高效率，地形校正的计算总是分近、 中，远三区分别计算的。近区因影响大，分割细；中、 远区应逐步加大分割的面(体)积； 地形校正的最大半径一般是根据重力勘探的应用范 围来确定 。微重力测量常取2km左右；寻找油气田的 勘探等，最大校正半径为20~30km。
布格校正公式： 布格校正公式：
相应的简化公式
布格重力异常： 布格重力异常：经纬度、地形、高度以及中间层校正后 的重力异常
了解 A 海 B
C 山
经各种校正后，若地下无密度不均匀 体，则A、B、C三点布格异常应当 趋于一致。