第二章 重力4

0H 2.67 H t 4.45H 0 3.27 2.67
海洋区：（ 0 1.03)h ( 0 )t , （ 0 1.03)h t 2.73h 0
• 两种模式引出同一个概念：地下某一深度起， 相同界面所承载的质量趋于相等，即地壳均衡。 • 那么，地面上大面积的地形起伏，必然在地下 有所补偿。
普拉特模式
艾里模式
普拉特模式平衡原理
根据大陆区平衡条件有： ( D H ) 0 D D DH 海洋区平衡条件有：1.03h+ 1 ( D h) 0 D 0 1
0 D 1.03h
D-H
艾里模式平衡原理
山区： 0 H ( 0 )t ,
第二章
重力勘探
（Gravitational Prospecting）
第四节 重力异常的地质解释
一、在地质解释中应该遵循的程序
• • 对实测资料进行预分析； 研究分析一个工区内，不同研究对象及各种干 扰因素之间的异常差异，有目的的选用相应的 数据处理方法，将不同的研究对象产生的异常 区分开来，同时消除或压制干扰体产生的异常， 获得较为单一的因素引起的异常，以利于进行 数学物理解释和作出正确的地质判断。 读图；
• 自由空间异常相当于均衡面深度为零的均衡异 常。是均衡异常的极值。
如果地壳到处均衡，则均衡异常应该为零； 如果均衡异常曲线有一定的起伏，表明在基本 均衡的背景上，有局部的不均衡； 地壳均衡异常资料可以作为研究地壳稳定性、 预测地震的可能发震区及选择巨大工程建筑基 地的参考。 典型实例： 1、喜马拉雅山区，正均衡异常； 2、印度尼西亚海沟，负均衡异常。
条带状重力低
剩余密度为负的水平圆柱 体、棱柱体和脉状体等
重力梯级带
垂直或倾斜台阶
3、在异 常平面 等值线 图上断 裂构造 特征；
重力异常中断裂构造的若干标志
第五节 重力勘探的应用
一、重力异常在研究地壳深部构造中的 应用
（一）、研究地壳的均衡状态 1、均衡理论与均衡异常
（1）均衡问题的产生
• 经过各项校正之后所得布格异常应该很小， 但事实是布格异常显示出系统的与地形的 相关性； • 山区为负值，而且山越高，值越负，每上 升1000m降低1-2mm/s2 ； • 海洋为正值，而且海越深，值越大，每加 深1000m升高2-4mm/s2 ； • 该异常的存在，只能说明高山下岩石密度 小于平均密度，而海盆地下相反；
条带状重力高
异常等值线延伸很大或 闭合成条带状，等值线 值中心高，两侧低，存 在极大值线 异常等值线延伸很大或 闭合成条带状，等值线 值中心低，两侧高，存 在极小值线 异常等值线分布密集， 异常值向某个方向单调 上升或下降，水平梯度 大达2mgal/km或更大
剩余密度为正的水平圆柱 体、棱柱体和脉状体等
（三）、油气田勘探
断层封闭构造产生的断块凸起或下陷， 在具有良好的生、储油条件下，可形成 储油构造。
四、在工程勘察中的应用实例

南北构造带地区地壳厚度
ห้องสมุดไป่ตู้
50
46
42
根据均衡重力研究现代地壳运动
－
－
0
-40
+
0
－
+
（二）、确定莫霍面深度，研究天然地震分 布规律 1、我国布格异常特征及其与深部构造关系
中国布格重力异常图
中国布格重力异常图
中国莫霍面深度图
中国莫霍面深度图
特征：
（1）从东部沿海向西到青藏高原，布格重力异常 总趋势逐渐降低； （2）存在几组规模巨大的重力梯级带； （3）在各组梯级带之间，分布着一系列不同规模 的区域重力高带和区域重力低带；
2、我国布格异常特征与天然地震的分布规律
（1）纵横全国的区域性重力梯级带，反映了地壳深 部构造的深大断裂带，上地幔物质的埋藏深度在此 带发生剧烈的变化； （2）区域性重力梯级带相互交会的地区，是深部地 壳构造最复杂，受破坏最厉害，而且地壳活动性也 最为强烈的地区； （3）在次一级的重力正负异常之间的梯级带上，上 地幔的深度变化也比较剧烈，也是地震活动地带。
（3）均衡异常的产生
• 均衡异常反映壳内质量偏离正常（平衡） 状态的程度。 • △g均约=0，区域均衡补偿接近平衡状态； • △g均>0，区域均衡补偿过剩（地壳中有 剩余质量存在）； • △g均<0，区域均衡补偿不足（地壳中质 量亏损）。
（4）均衡异常的校正
• 均衡校正分两步：
1.将大地水准面以上多余的按正常地壳密度分布 的物质全部移去，即遍布全球的地形校正； 2.将全部移去的质量填补到大地水准面以下至均 衡补偿面之间（山根或反山根）的范围，计算 填入的物质在测点所产生的引力的铅垂分量， 然后加到布格异常中即得到均衡异常：
（二）、划分断裂带
布格重力异常在地质构造上的反映
三、寻找金属矿和非金属矿中的应 用
大多数金属矿的密度都比围岩密度大， 而非金属矿则恰恰相反。当矿体具有一定 规模时，会引起重力异常。
（一）、金属矿
（二）、非金属矿
为了研究盐矿的边界，突 出岩盐异常，作了二阶导 数计算，发现异常等值线 与矿体边界基本一致。
等轴状重力高
异常等值线圈闭成圆形 或等接近圆形，异常值 中心部分高，四周低， 有极大值点
剩余密度为正值的均匀球 体，铅直圆柱体，水平截 面接近正多边形的铅直棱 柱体等。
等轴状重力低
异常等值线圈闭成圆形 或等接近圆形，异常值 中心部分低，四周高， 有极小值点
剩余密度为负值的均匀球 体，铅直圆柱体，水平截 面接近正多边形的铅直棱 柱体等。
艾里模式
普拉特模式
普拉特模式和艾里模式的异同点：
• 相同点：都以山下质量不足为依据； • 不同点：普拉特模式认为，地壳深部存 在一个等压面，从海平面到该面的物质 分成很多横截面相同、质量相等的柱体， 柱体越高，密度越小。 • 艾里模式认为，地壳是由厚度不同但密 度相同的岩石柱块组成，类似浮力原理。
不同之处在于：
• 普拉特模式将地形增减的质量均匀补偿于海平 面和均衡面之间。即地壳底面深度一致，密度 随地面高度增加而减少。 • 艾里模式将地形增减的质量补偿于山根和反山 根，即地壳密度一致，底面深度随高度增加而 下降，所以均衡面是个有一定起伏的曲面。
至此，较大的布格异常得到解释，而且肯定艾 里模式是地壳均衡的基本模式。
•
• 对异常的解释必须遵循从已知到未知的 原则； • 收集工区内多种资料，尽量多掌握已知 条件和约束条件，进行反演求解，得出 较合理的场源性质、产状等地质结论； • 有条件时，对已解释的异常开展钻探验 证，提高解释水平。
二、重力异常与地质规律的关系
1、异常特征的描述； 平面图： 剖面图：
2、若干典型重力局部异常的可能解释；
二、区域构造研究中的应用
（一）、划分地槽区和地台区
地槽区：重力异常呈条带状重力低平行排列，延伸 达数百到数千公里，布格重力异常与地形起伏有 镜像关系，即地形越高，重力异常越低。 低台区：异常变化平缓、稳定、相对幅度变化较小， 方向性不明显，且因为地壳厚度较薄，平均异常 值较地槽高。 过渡带：呈现巨大的重力梯级带，深大断裂的反映。
穿越青藏高原南北剖面布格异常 与地形、地壳厚度对比图
• 16世纪，达芬奇就提出了质量补偿观念； • 1746年布格得出同样的结论； • 1854年，英国人普拉特通过对喜马拉雅山 附近的垂线偏差认真分析后才提出了质量 补偿的明确概念，并解释了地球如何支撑 如此巨大的地质体；
（2）两种均衡模式及均衡条件 • 为了解释这种现象，提出了两种均衡模 式：普拉特模式和艾里模式。
几种典型的局部重力异常分布可能反映的地质因素
异常名称 异常基本特征 相对应的规则几何形体 可能反应的地质因素 ①囊状、巢状、透镜体状的致密金属矿体，如铬铁矿、铁矿、铜矿等； ②中基性岩浆的侵入体，形成的岩株状，穿插在较低密度的岩体或地层中； ③高密度岩层形成的穹窿、短轴背斜等； ④松散沉积物下面的基岩局部隆起； ⑤低密度岩层形成的向斜或凹陷内充填了高密度的岩层，如砾石层。 ①盐丘构造或盐盆地中盐层加厚的地段； ②酸性岩浆侵入体，侵入在密度较高的地层中； ③高密度岩层形成的短轴向斜； ④古老岩系地层中存在的巨大的溶洞； ⑤新生界松散沉积物的局部加厚地段。 ①高密度岩性带或金属矿带； ②中基性侵入岩形成的岩墙或岩脉穿插在较低密度的岩石或地层中； ③高密度岩层形成的长轴背斜、长垣、地下的古潜山带。地垒等； ④地下的古河道为高密度的砾石层所充填等。 ①低密度岩性带或菲金属矿带； ②酸性侵入岩形成的岩墙或岩脉穿插在较高密度的岩石或地层中； ③高密度岩层形成的长轴向斜、地堑等； ④充填新生界松散沉积物的地下河床。 ①垂直或倾斜断层、断裂带、破碎带； ②具有不同密度的岩体的陡直接触带； ③地层的拗曲。