第二章 重力4

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。
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。
普拉特模式
艾里模式
普拉特模式平衡原理Leabharlann Baidu
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 ,
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；
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。

南北构造带地区地壳厚度
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；
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。
（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：
•
• 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；
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
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。
（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
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。
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。
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。
（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。
• 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。
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；