重力法在海洋勘探中的应用

重力法在海洋勘探中的应用

资工11204 方世祥地球的表面的3/4被海洋覆盖，海底是世界上最大的资源宝库，大量的石油、天然气及各种矿产蕴含其中，海底资源探测对人类的生存和发展及其重要；另外，海洋空间的利用也越来越迫切，涉及到海底工程勘察，海底管线探测，浅海水深探测、浅海底电导率填图、咸水-淡水分界面探测，探测化学污染区，承压含水层盐渍或污染探测等领域，海洋地壳上覆盖着深浅不同的海水，所以地球物理方法是探测研究海底的必不可少的手段之一。除了地震方法之外，海洋重力法是一种主要的海洋地球物理方法，它适用于地震方法不易分辨而重力勘探拥有优势的区域。

要准确研究地球形状与地球内部构造，勘探海洋丰富的矿产资源，保障航天和远程武器发射等，就必须了解海洋重力场精细结构，高精度的海洋重力测量正是解决这些问题的重要手段之一。近年来，卫星技术取得了较大的进展。未来海洋重力场的精细结构，可以利用卫星测高、卫星重力梯度测量和海洋测量相结合的方法来研究。

1、什么是重力勘探?

重力勘探地球物理勘探方法之一。重力勘探是测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常﹐以确定这些地质体存在的空间位置﹑大小和形状﹐从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。

它是以牛顿万有引力定律为基础的。只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器（主要为重力仪和扭秤）找出重力异常。然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。

2、运用领域

在区域地质调查﹑矿产普查和勘探的各个阶段都可应用重力勘探﹐要根据具体的地质任务设计相应的野外工作方法。

3、应用条件

应用重力勘探的条件是﹕被探测的地质体与围岩的密度存在一定的差别﹔被探测的地质体有足够大的体积和有利的埋藏条件﹔干扰水平低。

4、重力仪

marine gravimeter 是船舰上或潜水艇内使用的重力仪。在海洋中匀速直线航行条件下，连续地进行重力测量，由于仪器安放在运动的船体上，受到垂直加速度和水平加速度以及基座倾斜的影响很大。一般情况下，干扰加速度的幅度比有意义的重力异常强几万一几十万倍。因此，重力仪弹性系统必须有足够大的阻尼，还需要把仪器安放在或陀螺稳定平台上。因为海区开阔，航线长，不能经常闭合基点，所以，要求海洋重力仪零点位移应尽可能地小，测程范围又要足够大。海洋重力仪种类很多，结构原理与陆地重力仪大体相同。整套仪器包括重力仪主体(弹性系统，恒温装置、阻尼装置、指示系统等)；模拟的或数字的记录器；控制器；常平架或陀螺稳定平台；电源几大部分。

5、重力数据的处理和解释

野外获得的重力数据要作进一步处理和解释才能解决所提出的地质任务,主要分3个阶段:野外观测数据的处理,并绘制各种重力异常图:重力异常的分解(应用平均法﹑场的变换﹑频率滤波等方法),即从叠加的异常中分出那些用来解决具体地质问题的异常:确定异常体的性质﹑形状﹑产状及其他特徵参数。

解释分为定性的和定量的两个内容,定性解释是根据重力图并与地质资料对比,初步查明重力异常性质和获得有关异常源的信息。除某些构造外,对一般地质体重力异常的解释可

遵循以下的一些原则:极大的正异常说明与围岩比较存在剩馀质量;反之,极小异常是由质量亏损引起的。靠近质量重心,在地表投影处将观测到最大异常。最大的水平梯度异常相应于激发体的边界。延伸异常相应于延伸的异常体,而等轴异常相应于等轴物体在地表的投影。对称异常曲线说明质量相对于通过极值点的垂直平面是对称分布的;反之,非对称曲线是由于质量非对称分布引起的。

在平面上出现几个极值的复杂异常轮廓,表明存在几个非常接近的激发体。定量解释是根据异常场求激发体的产状要素建立重力模型。一种常用的反演方法是选择法,即选择重力模型使计算的重力异常与观测重力异常间的偏差小于要求的误差。由于重力反演存在多解性﹐因此﹐必须依靠研究地区的地质﹑钻井﹑岩石密度和其他物探资料来减少反演的多解性。

6、重力异常和重力改正

观测重力值除反映地下密度分布外,还与地球形状﹑测点高度和地形不规则有关。因此,在作地质解释之前必须对观测重力值作相应的改正,才能反映出地下密度分布引起的重力异常。重力改正包括自由空间改正,中间层改正,地形改正和均衡改正。观测重力值减去正常重力值再经过相应的改正,便得到自由空间异常﹑布格异常和均衡异常(见地壳均衡)。在重力勘探中主要应用布格异常。为研究地壳均衡,地壳运动和地壳结构也需要应用均衡异常和自由空间异常。在平坦的地形条件下,常用自由空间异常代替均衡异常。

意义

7、重力勘探解决以下任务﹕

1、研究地壳深部构造﹔研究区域地质构造﹐划分成矿远景区﹔

2、掩盖区的地质填图﹐包括圈定断裂﹑断块构造﹑侵入体等﹔

3、广泛用于普查与勘探可燃性矿床(石油﹑天然气﹑煤)﹐

4、查明区域构造﹐确定基底起伏﹐发现盐丘﹑背斜等局部构造﹔

5、普查与勘探金属矿床(铁﹑铬﹑铜﹑多金属及其他)﹐主要用于查明与成矿有关的构造和岩体﹐进行间接找矿﹔

6、也常用于寻找大的﹑近地表的高密度矿体﹐并计算矿体的储量﹔工程地质调查﹐如探测岩溶﹐追索断裂破碎带等。

8、发展历史

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﹐使海洋重力勘探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﹐海洋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(见海洋地球物理勘探﹑航空地球物理勘探﹑地球物理测井和地下地球物理勘探)。

9、海洋石油发展

近年来，在全球获得的重大油气发现中，有一半来自海上，特别是深水区域。据悉，当水深在500米~1500米时，世界油气田的平均储量规模随水深而大幅增加，深水油气田的平均产量规模明显高于浅水油气田。

深水区域以其丰富的资源潜力，吸引了众多石油公司的“眼球”，然而由于经济、技术等方面因素的制约，多数小公司对深水油气勘探是心有余而力不足，而具有雄厚资金、技术实力以及管理经验的大型跨国石油公司，就成为深水勘探开发的主力军。目前，BP、埃克森美孚、壳牌等全球十大石油公司拥有2003~2007年世界深水油气开发产量的73%。BP预计，到2012年，BP将有一半的油田发展项目来自深水领域，其作业深度将达到2500米~3000米，甚至更深。

自20世纪80年代在墨西哥湾深水区进行勘探开发活动以来，已形成一批大型、高质量