物探报告

勘查地球物理概论

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，

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=6.67×10-11m3/（kg•ｓ2）(米３／千克•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ω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(gravity 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μGal(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φ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σ的地质体，围岩密度为σ0，两者的密度差Δσ=σ-σ0称为剩余密度，地质体与同体积围岩间的质量差Δm=Δσ•V称为剩余质量。当Δσ<0时，Δm<0；Δσ>0时，Δm>0。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力(场强度)ΔE，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Δg就是剩余质量Δm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1/3～1/4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3～5条测线，每条测线有5～10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1～2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