第四章 重力异常的推断解释

W xy
gx
xy
W

2
y
2
W zz
2
x
2
W
W xz
gy
W
2

gz
z

xz

2
z
2
gz
W yz
yz


x

x

y
gy
gz
gz

y

z

z
gx
gx
gy
理论模型示例
用高阶导数区分叠加异常
高阶导数的计算方法
• 根据布格异常图计算高阶导数的方法
的重力异常
• 特征是异常幅值较大，异常范围也较宽，
但异常梯度较小，具有“低频”的特征
局部异常
• 较小的研究对象（如构造、矿体或岩体）
引起的范围和幅度较小的异常
• 特征是异常梯度相对较大，具有较高的
“频率”
1. 区域异常和局部异常

区域异常
• 分布范围较广、相对较深的地质因素引起
的重力异常
• 特征是异常幅值较大，异常范围也较宽，
第四章 重力异常的推断解释
一 • 概述
•
决定重力异常的主要地质因素
二
•
重力异常的识别和划分
三
四 • 地质解释的基本原则
五 • 重力异常的推断
• 布格重力异常是勘探部门应用最广泛的一种重
力异常
• 观测值进行地形校正、布格校正（高度校正及
中间层校正）和正常场校正
布 = 测 + + 地 + 高 + 中
• 区域异常和局部异常是相对的，没有绝对的划分标准
• 视研究对象而定
浅部的岩体或矿体
中部的背斜构造
深部的密度界面
2. 重力异常的划分
划分方法

区域校正法
• 用绘图或异常取平均的办法去掉局部异常
得到区域异常
• 异常平滑曲线法、圆周平均法及网格法等
异常变换法
• 将重力经过数学变换，换算成另外的异常
形式，压制局部异常、突出区域异常或压
深度观测面上的异常
• 削弱区域异常，相对突出局部异常
叠加异常
向上延拓的异常
向
上
延
拓
“局部”异常
向下延拓的异常
叠加异常
向
下
延
拓
向下延拓突出了浅部球体引起的局部异常
来自百度文库9º量板向上延拓二度体的重力异常
计算P点的重
力异常值
计算公式： g P
9
180
n
g
i 1
n
i
0.05 g i
• 艾勒金斯公式
2 ∆
1
=
44∆ 0 + 16∆ − 12∆
2
2

62
2 − 48∆
5
2 + 8∆
5
• 巴森巴赫公式
2 ∆
1
=
96∆ 0 + 72∆ − 32∆
2
2

24
∆ 0 为计算点的重力异常值， ∆ 、∆
2 和∆
表示半径 、 2和 5各圆周上的平均重力异常值
结晶基岩内部成分、构造和
基底顶面的起伏
沉积岩的成分和构造
金属矿及其它矿产的赋存
1. 地壳厚度的变化
• 硅铝层的平均密度为2.6~2.7克/厘米3；硅镁层为
2.8~3.0克/厘米3；上地幔为3.3~3.4克/厘米3
• 莫霍面是一个明显的密度分界面，其起伏对重力
异常的基本轮廓产生了决定性的影响
• 当地壳增厚时，相当于莫霍面下高密度的上地幔
综合资料解释
正演检验
1. 有效性原则
分析与检查用于解释的基础资料—重力异常：
• 是否是所研究地质因素引起的异常
• 是否满足精度要求及必须的详细程度
能否取得地质
效果的前提条
件
2. 可分离性原则
不同的研究对象引起的重力异常之间，以及研究对
象与非研究对象（或干扰因素）所引起的重力异常
之间，是否具有反映其特征的差异
埋深增大，故显示重力低；反之，地壳减薄时，
相当于上地幔埋深减小，故显示重力高
地壳厚度的变化
拉萨—上海平均布格重力异常与莫霍面对比图
注意事项
除地壳厚度变化之外，地壳深部及上地幔物质密
度的不均匀性，也会导致重力异常的变化
2. 结晶基岩内部成分、构造
和基底顶面的起伏
• 结晶基底通常由经过强烈变质的各种不同类型的结
异常等值线图，各测点上的区域异常便能用内插法求得
网格法使用的网格
1-端点；2-平均值点
便于在计算机
上实现
2. 重力异常的划分
划分方法

区域校正法
• 用绘图或异常取平均的办法去掉局部异常
得到区域异常
• 异常平滑曲线法、圆周平均法及网格法等
异常变换法
• 将重力经过数学变换，换算成另外的异常
形式，压制局部异常、突出区域异常或压
构造单元内不同部位的情况也有不同。因而不同单元内
重力异常分布的基本特征是不同的，甚至有很大差别
对异常进行分区或分类分析
研究各区（类）异常特征与区域地质环境可能的内在联
系，在此基础上才有可能对各区内的局部异常形成的地
质因素做出合理的解释，这就是从面到点的认识过程
4. 从巳知到未知的原则
相近的地质条件引起的异常具有相似的特征，
圆周平均法采用的几种量板
某铁矿区应用圆周平均法的实例（六边形量板）
布格异常图（左）；局部异常图（右）
<c> 网格法
• 将布格异常平面图以一定的长度分成正方形网格状，网格
大小一般为重力测网点距的数倍至十几倍
• 以每个网格中各结点重力异常平均值作为网格中心点的区
域异常值，依据各网格中心点的区域异常值可以勾绘区域
• 布格重力异常是从地表到上地幔各种地质因素
产生异常的总和
• 各类异常的叠加对需要研究的异常起到了掩盖
或干扰的作用
• 重力资料解释的一个重要环节是对布格异常进
行识别和划分
理论模型示例：两个相邻球体异常的叠加
重力异常的高阶
导数显示出两个
球体的存在
1. 区域异常和局部异常
实测重力
异常

区域异常
• 分布范围较广、相对较深的地质因素引起
i 1
注意事项
• 向上延拓的高度h一般要通过实验确定，以保证
异常曲线清晰为准
• 向下延拓的深度不能超过异常的地质体顶面的
深度，否则就不符合延拓方法的理论前提
<b> 重力异常的高阶导数
• 不同形状地质体的重力异常导数具有不同的特征，这有助
于对异常的解释和分类
• 突出浅而小的地质体的异常特征而压制区域性深部地质因
8-重力异常Δg 曲线
3. 沉积岩的成分和构造
• 在沉积岩内部，不同岩性和不同时代的岩石往往存在
着密度差异。在沉积岩系内可能存在不只一个密度分
界面，且往往与地质界面相吻合
• 例如我国华北平原奥陶系灰岩的侵蚀面与上覆石炭、
二叠系煤系地层就是一个明显的密度分界面
• 地质界面与密度界面一致，是通过重力勘探直接寻找
制区域异常、突出局部异常
• 异常向上延拓法和重力位高阶导数法等
2. 重力异常的划分
划分方法

区域校正法
• 用绘图或异常取平均的办法去掉局部异常
得到区域异常
• 异常平滑曲线法、圆周平均法及网格法等
异常变换法
• 将重力经过数学变换，换算成另外的异常
形式，压制局部异常、突出区域异常或压
制区域异常、突出局部异常
第一篇 重力勘探
海洋地球科学学院
地球探测信息与技术系
谭
军
重力勘探
• 引言
第一章
• 重力勘探基础
第二章
• 野外重力测量及异常计算
第三章
• 重力资料的正、反问题
第四章
• 重力异常的推断解释
第五章
• 重力解释应用
第四章 重力异常的推断解释
一 • 概述
•
决定重力异常的主要地质因素
二
•
重力异常的识别和划分
4. 金属矿及其它矿产的赋存
• 大多数金属矿，特别是致密状矿体，一般都与围
岩有1~3克/厘米3的密度差
• 因矿体较小，故引起的异常较微弱，多数仅十分
之几毫伽，个别达几毫伽，分布范围也很小
• 某含黄铜矿的剩余重力异常图
• 该矿体呈陡峭的板状，剩余密度达2.0克/厘米3，矿体厚
10~20米，埋深20~30米，重力异常极大值0.4毫伽
选用相应的方法
通过试验确定有关的参数（如延拓高度、
滤波窗口大小等），从中选取效果最佳的
解释方案
6. 综合资料解释
制区域异常、突出局部异常
• 异常向上延拓法和重力位高阶导数法等
<a> 重力异常的解析延拓
利用一定的数学方法，将地面观测的重力异常换算到密度
不均匀体上部空间的任意位置

向上延拓
• 将地面实测的异常换算为地面以上某
一高度观测面上的异常
• 削弱局部异常，相对突出区域异常
解析延拓
向下延拓
• 根据地面实测的异常换求取地下某一
• 异常向上延拓法和重力位高阶导数法等
<a> 异常曲线平滑法
根据重力的变化趋势，用一些等间距的平行直线或圆
滑曲线徒手勾画出区域异常，然后予以减去
区域异常的分离
<b> 圆周平均法
采用圆周形式的量板，将量板的中心放在重力异常
图的测点上，求出圆周上等距分布的各个点的重力
平均值作为区域异常值，再予以减去
沉积岩构造的主要依据，其异常一般在10毫伽以下，
甚至仅十分之几毫伽，分布范围数平方公里到数百平
方公里
单位g.u.
寻找含油构造时获得的沉积岩区布格重力异常图
重力异常达14g.u.，较好地反映了构造的形态
注意事项
第四系砾石层的局部堆积、地层沿水平方向的岩
相变化等因素，也可能引起明显的重力变化，与
地质构造引起的重力异常相混淆
的反应
是矿体引起、还是构造或其它密度不均匀体引起——定性
解释
•对重力异常进行划分
重力异常图往往是从地表到地球深部所有密度不均匀体引
起的异常的叠加，要提取出探测对象所引起的重力异常
•计算地质体的产状参数
根据重力资料大致估计产生异常的地质体的形状、产状和
空间位置
3. 重力异常解释的关键问题
• 重力异常的推断解释必须紧密结合地质资料
但异常梯度较小，具有“低频”的特征
从布格异常中去掉区域异常后的剩余部分，称为剩余
实测重力
局部异常
异常，习惯上看作局部异常
异常
• 较小的研究对象（如构造、矿体或岩体）
引起的范围和幅度较小的异常
• 特征是异常梯度相对较大，具有较高的
“频率”
通过消除区域异常的影响，获得了利于勘察铁矿的局部异常
江苏某铁矿区的Δg和gzz平面示意图
在对局部异常的解释中，可从已知推得未知
• 利用一口钻井资料（一个点）或一条地震剖
面资料（一条线）的解释作为控制，将获得
的成果推广到周围条件相似地区的异常解释
中去
• 根据露头区的异常特征推断相邻的覆盖区的
异常成因
5. 选取合适的处理解释方案
重力异常本身较为复杂
各种数据处理及解释方法又都有自身的局
限性，应针对解释的具体地质任务和条件
• 加强各类物探、化探资料的综合分析
• 遵循由简到繁、由浅入深、由已知到未知的认识
原则
• 加强对异常的验证
• 反复多次解释
第四章 重力异常的推断解释
一 • 概述
•
决定重力异常的主要地质因素
二
•
重力异常的识别和划分
三
四 • 地质解释的基本原则
五 • 重力异常的推断
地壳厚度的变化
决定重力异常的主
要地质因素
晶片岩组成，且存在各种类型的酸性、基性和超基
性侵入体，使得结晶基底的成分在很大范围内变化
• 在结晶基底埋藏较浅的局部地区（有些地区的面积
可能相当大），重力异常往往与基底内部成分和构
造有关
重力异常与结晶基底密度变化
1-太古宙花岗片麻岩；2-混合岩； 3-花岗岩； 4-石英岩和砂岩；
5-页岩、白云岩、辉绿岩； 6-千枚岩； 7-岩石密度曲线；
5 分别
江苏某铁矿的示例
二阶导数的
等值线图清
楚地圈定了
铁矿的范围
江苏某铁矿Δg和gzz平面示意图
第四章 重力异常的推断解释
一 • 概述
•
决定重力异常的主要地质因素
二
•
重力异常的识别和划分
三
四 • 地质解释的基本原则
五 • 重力异常的推断
有效性
可分离性
从面到点
地质解释的基本
原则
从巳知到未知
选取合适的处理解释方案
若具有差异
• 选用适当的数据处理方法将不同研究对象引起
的重力异常进行分离
• 消除或压制干扰体引起的异常，以获得由较为
单一地质因素引起的有效(目标)异常
3.从面到点的原则
对异常的解释一般是从“读图”或异常识别开始
？
从区域地质环境人手，先把握全局，再深入到
局部
不同地质构造单元内的地质条件可以有很大差别，同一
三
四 • 地质解释的基本原则
五 • 重力异常的推断
1. 重力资料的解释
定性解释
解释的分
类
定量解释
（为主）着重给出一般的地
质结论
如：重力低——向斜、盐丘
梯阶带——断裂破碎带
（为辅）给出地质体的形状、
产状等
2. 重力异常的解释步骤
•阐明引起重力异常的地质因素
确定异常时地壳深部地质因素的反应，还是浅部地质因素
素的重力效应，在一定程度上可以分离不同深度和大小异
常源引起的叠加异常，且导数的次数越高，这种分辨能力
就越强
• 可将几个互相靠近、埋藏深度相差不大的相邻地质体引起
的叠加异常分离开来
重力的导数公式
W

2
W xx
x

2
W
W yy
y

2
W

z
2
W

3
W zzz
z
3

很多，最常用的办法是在透明纸上作
出边长为R的网格，并且以其中一个
交点为圆心，分别以R、 2及 5为
半径画三个圆周。在前两个圆周上取
四个点，后一个圆周上取8个点
• 使网格的中心点与计算点重合，然后
分别取各圆周上的网格焦点处重力异
常的平均值，代入公式计算
计算重力二阶导数的网格
垂向二阶导数的计算公式