物理勘探的基本原理与方法综述讲解

地球物理勘探方法综述

一、重力勘探

重力勘探是地球物理勘探方法之一，它主要研究地球表面及其周围空间重力变化现象。地表及其周围空间重力变化原因之一是由于地球内部各种岩石密度的不同而引起的，而岩石密度不均往往与地下地质构造、矿产分布等地质因素有关。由于某种地质原因或矿产赋存而引起的重力变化称重力异常。通过研究重力异常的变化特征，从而得到地下地质构造、岩石分布和矿产赋存的地球物理信息，这就是重力勘探的实质和任务。

1重力勘探的理论基础

1.1重力场

重力是经典物理学中的基本概念。当地球表面及其周围空间存在有质量的物体时，就要受到地球质量对它的引力作用，以及地球自转而使它产生的离心力的作用，两者的合力就是这一物体所受的重力。

如图，F表示地球引力，C表示离心力，P表示

重力，则P=F+C。显然，重力场是引力场和离心力

场的叠加。物体所受重力的大小不仅和物体在重力

场的位置有关，而且和其质量m小有关。按照场强

定义，重力场强度（P/m）即单位质量所受的重力大

小。重力场强度和重力加速度概念不同，但其数值

和量纲完全相同，方向也一致。地球物理勘探中所

谓的重力测量，也就是重力加速度或者重力场强度的测量。

一般的，将地球的大地水准面作为一个理想的椭球面，根据地球的大小，质量、扁度、自转角速度计算出大地水准面上不同位置的重力值，把这种重力值的分布称为正常重力场。1979年国际地球物理及大地测量学会确定推荐的国际正常重力公式：

g0=978032.7（1+0.0053024sin2φ-0.0000075sin22φ）（×10-5m/s2）

1.2 重力异常

地表重力值是随着地点和时间不同而变化的。根据地表重力变化来进行地质构造和矿产勘查是重力勘探的基本内容。影响地表重力变化的因素主要包括：纬度、海拔、地形、地球的潮汐以及地球内部密度不均。其中地球密度的非均一和各种地质构造、矿产分布有密切联

系。重力的变化我们称之为重力异常，分为绝对重力异常和相对重力异常。绝对重力测量是指测量重力的全值，相对重力测量是指测量点与某一基准点之间的重力差值。

从地面某点的实际观测重力值中减去改点的正常重力值和地形起伏不平的影响值后所得到的差值，即重力异常，一般用△g来表示。通常用两种图来表示：一种是重力异常平面图或重力异常等值线图；另一种是重力异常剖面图。

重力勘探的正问题和反问题。根据重力异常和重力场的其他异常来推断引起异常的地质体的埋深、大小和形状等产状要素的解释问题，叫重力勘探的反问题，即反演问题；给定地下某一深度，某种形状和大小的地质体，求其在地面上所引起的重力异常，称为重力勘探的正问题。

1.3 岩石和矿石密度

各种岩（矿）石的密度差异是引起重力异常的必要条件，因此岩（矿）石的密度参数是重力勘探中非常重要的物性参数。它是部署重力勘探工作的前提，也是重力异常进行地质解释的基本依据。大量测定结果和研究表明，岩（矿）石密度大小有以下规律：沉积岩密度主要取决于岩石的孔隙度，孔隙度增加，密度会减小。从岩性看，白云岩、石灰岩密度最大，其次是页岩、砂岩、粘土。同一岩石年代越老，埋藏越深，孔隙度越小，密度就越大。

岩浆岩密度主要取决于其物质成分，由酸性岩到基性岩，超基性岩随着铁镁含量增加，岩石密度越来越大，火山岩尤其是熔岩，密度较低，而侵入岩密度较高。

变质岩的密度往往和原岩有关，由于变质作用岩石以更改的形式再结晶，因此密度往往随着变质程度增加而增加，一般比原生岩石的密度要高。

石油、煤、盐等非金属矿物的密度一般低于围岩密度而金属的密度则比较高。

2 重力资料校正

2.1 地形校正

地形校正的目的就是将测点所在的水准面以上多余物质的影响除掉，把该水准面以下物质缺失部分补平。经过地形改正之后的重力值，就相当于测点周围完全平坦情况下的重力值。测点周围地形起伏不管高低，都造成重力值减小，因此地形校正值总是正值。地形对重力测点观测值影响最大是在测点附近，随着距离增大而影响越来越小。

2.2 中间层校正

进行地形校正之后，测点所在平面与基准面之间存在有中间层质量，要消除这部分质量对测点的影响，需要进行中间层校正。校正公式为

δgh=0.0419ρh

式中ρ为中间层密度（一般取2.67g/cm3），h为高程，当测点高程低于起算点时，改为正。

2.3 高程校正

把测点换算到基准面(或大地水准面）消除高程引起的重力效应，称为高程校正。

近似计算：即

δgh=0.3086h(×10-5m/s2)

中间层校正和高程校正与测量一点高程有关，在进行改正时往往合并起来进行，称为“布格校正”，其数学式为

δgh=（0.3086-0.0419ρ）h(×10-5m/s2)

2.4 纬度校正

当基点与测点处于不同纬度时，实测重力值也包括了正常重力值随纬度变化的影响。所以必须进行纬度改正。其公式为

△gφ=-0.814sin2φD (×10-5m/s2)

式中φ为测区平均纬度，D为测点与基点纬向距离，单位为Km。一般直接用正常重力公式计算。

2.5 布格重力异常

经过各项校正后得到的重力异常，把经过地形校正、中间层校正和高度校正后，所得的结果称为布格重力异常

△gβ=g-g0+δgb+δgT

式中g为实测重力值，g0为正常重力值，δgb为布格校正值，δgT为地形校正值。重力勘探研究的是布格重力异常。

2.6 自由空间重力异常

经过高度校正后的重力异常称为自由空间重力异常△g F即：

△g F=g-g0+δgh

3 重力异常的地质解释及其应用

3.1 重力异常解释的基本概念

经过各项校正的重力观测值在进行必要的数据处理后，便得到了局部重力异常（剩余重力异常）和区域重力异常。通过对重力异常场特征的分析，研究引起异常的地质原因，这