地球物理探矿(1重力勘探).ppt

应用地球物理学概论应用地球物理学概论重力勘探重力勘探中国地质大学（武汉）中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院地球物理与空间信息学院第一节第一节 重力勘探理论基础重力勘探理论基础一、重力场一、重力场（（gravity field））（（一）重力一）重力 （（gravity））—地球质量对物体地球质量对物体m m的引力的引力, ,—惯性离心力，惯性离心力，—重力重力G—万有引力常数万有引力常数 G=6.67×10-11m3/(kg··s s2 2) ) 质量为质量为m的质点在自转的地球上所受的惯性离心力的质点在自转的地球上所受的惯性离心力C=m2r ，，方方向垂直自转轴向外若将地球的质量当成向垂直自转轴向外若将地球的质量当成M=5.976M=5.976××10102424kg,kg,半径半径R=6371kmR=6371km的正球体的正球体, ,可以估算其引力值可以估算其引力值9.8m/s9.8m/s2 2. .赤道上的惯性离赤道上的惯性离心力最大心力最大, ,约为约为C=0.0339m/sC=0.0339m/s2 2, ,约为地球引力约为地球引力9.8m/s9.8m/s2 2的的1/300.1/300.而而引力引力 F 服从万有引力定律，即：服从万有引力定律，即：rFF（二）重力场（二）重力场1、重力场强度、重力场强度根据牛顿第二定律，质量为根据牛顿第二定律，质量为m的物体在重力场中的物体在重力场中所受的力，称为重力场强度所受的力，称为重力场强度P P = m g g=P/m上式左边为重力场强度，右边为重力加速度上式左边为重力场强度，右边为重力加速度由上式可见：由上式可见：重力场强度重力场强度，无论在数值上，还是，无论在数值上，还是量纲上都等于量纲上都等于重力加速度重力加速度，而且两者的方向也一致。

而且两者的方向也一致在重力勘探中，凡是提到在重力勘探中，凡是提到重力重力都是指都是指重力加速度（或重力加速度（或重力场强度）重力场强度）2、重力的单位（、重力的单位（gravity unit) 有时也用有时也用Gal（伽）（伽）作为重力单位，与其它单位关系作为重力单位，与其它单位关系如下：如下：在在SI制中：制中：g（（重力加速度）的单位为重力加速度）的单位为1m/s2，，规定规定1m/s2的百万分之一为国际通用重力单位（的百万分之一为国际通用重力单位（gravity unit)，，简写为简写为g.u.，即：，即： 重力场的性质除了用重力场的性质除了用矢量矢量g来描述外，还来描述外，还可以用可以用重力位重力位这一标量函数来描述这一标量函数来描述对该标量函数沿不同方向求导数，恰好等对该标量函数沿不同方向求导数，恰好等于重力场强度（于重力场强度（ g ））在相应方向上的分量，在相应方向上的分量，这个标量函数就叫做重力位函数，简称重力这个标量函数就叫做重力位函数，简称重力位，即：位，即： 二、重力位二、重力位dW/dS=g.cos(g.s)=gs2、、 当当s方向与方向与g的方向平行时的方向平行时dW/dS=g.cos(g.s)=g由此可见，由此可见，重力重力g是是重力位重力位沿沿重力方向重力方向的的导数导数1、、当当s方向与方向与g的方向垂直时的方向垂直时 dW/dS=g.cos(g.s)=0则则 W(x,y,z)=c c—常数常数 上式表示一个空间的曲面，该曲面上重力位处处都等于常数上式表示一个空间的曲面，该曲面上重力位处处都等于常数 c，，故称此曲面为故称此曲面为“重力等位面重力等位面”，，重力等位面处处与重力（重力等位面处处与重力（ g ））正交，正交，故又将故又将重力等位面称为重力等位面称为“水准面水准面”；当；当 c 取某一定值取某一定值的水准面与平均海平面重合时，则这个水准面的水准面与平均海平面重合时，则这个水准面—称为称为“大地水大地水准面准面”v地球是一个旋转地球是一个旋转椭球体（又称为参椭球体（又称为参考椭球体）、表面考椭球体）、表面光滑；光滑；假定：假定：v内部密度是均匀内部密度是均匀的，或者是呈同心的，或者是呈同心层状分布，每层的层状分布，每层的密度是均匀的，并密度是均匀的，并且椭球面的形状与且椭球面的形状与大地水准面的偏差大地水准面的偏差最小最小三、地球的重力场三、地球的重力场（一）正常重力场（一）正常重力场在在重力勘探和大地测量学中，一般把大地水准面的形状作为地球重力勘探和大地测量学中，一般把大地水准面的形状作为地球的基本形状。

的基本形状 测量结果表明，大地水准面的形状不规则，它在南北两半球并测量结果表明，大地水准面的形状不规则，它在南北两半球并不对称，北极略为突出，南极略平，呈不对称，北极略为突出，南极略平，呈“梨梨”型，见下图型，见下图φ为计算点的纬度；为计算点的纬度； ge为赤道重力值；为赤道重力值； gp为两极重为两极重力值；力值；g0大地水准面上纬度为大地水准面上纬度为φ处的正常重力值；处的正常重力值；a为赤道半径；为赤道半径；c为极半径为极半径2、常用公式（、常用公式（ 1909年的赫尔默公式：年的赫尔默公式：)1、计算正常重力值的基本公式：、计算正常重力值的基本公式：式中式中3、、地球表面正常重力场的基本特征地球表面正常重力场的基本特征（（1）正常重力值不是客观存在的，它是人们根）正常重力值不是客观存在的，它是人们根据需要而提出来的；据需要而提出来的；（（2）正常重力值只与纬度有关，在赤道处最小）正常重力值只与纬度有关，在赤道处最小（（9780300g.u.），），两极处最大两极处最大（（9832087g.u.），），相差约相差约51787 g.u. ；；（（3））正常重力值随纬度变化的变化率，在纬度正常重力值随纬度变化的变化率，在纬度45°处最大，而在赤道和两极处为零；处最大，而在赤道和两极处为零；（（4）正常重力值随高度增加而减小，其变化率）正常重力值随高度增加而减小，其变化率为为-3.086 g.u. /m 。

（二）重力随时间的变化（二）重力随时间的变化 1、长期变化、长期变化原因：地壳内部的物质运动，如岩浆活动、构造运动、原因：地壳内部的物质运动，如岩浆活动、构造运动、板块运动有关板块运动有关特点：变化十分缓慢、幅度小，在短时间内变化很弱，特点：变化十分缓慢、幅度小，在短时间内变化很弱，故在重力勘探中不予考虑故在重力勘探中不予考虑2、短期变化（日变化）、短期变化（日变化）原因：地球与太阳、月亮之间的相互位置变化引起（即原因：地球与太阳、月亮之间的相互位置变化引起（即与天体运动有关）与天体运动有关）特点：周期短（特点：周期短（24小时）、变化幅度较大，可达小时）、变化幅度较大，可达2~3g.u.概念：固体潮概念：固体潮1976年7月9日—10日北京重力日变曲线 （三）重力异常（三）重力异常——测点的重力观测值测点的重力观测值——测点的正常重力值测点的正常重力值——重力异常重力异常1、定义：、定义： 在重力勘探中，由地下岩（矿）石在重力勘探中，由地下岩（矿）石密度分密度分布不均匀布不均匀所引起的所引起的重力变化重力变化称为称为重力异常重力异常 广义的讲：广义的讲： 2、造成、造成 g观观 与与 g0 之间差别的原因之间差别的原因（（1）重力观测是在地球的自然表面上而不是在大地）重力观测是在地球的自然表面上而不是在大地水准面上进行的（自然表面与大地水准面间的水准面上进行的（自然表面与大地水准面间的物质及测点与大地水准面间的高差会引起重力物质及测点与大地水准面间的高差会引起重力的变化）的变化）（（2）地壳内物质密度的不均匀分布；）地壳内物质密度的不均匀分布；（（3）重力日变化）重力日变化地表（观测面）大地水准面σh3 3、重力异常的物理意义、重力异常的物理意义AV大地水准面σgσ0 △σ =σ–σ0△m=Δσ×Vg0△F△△gΔg = g观观 – g0 ΔF×cosθ△F观4、引起重力异常的条件、引起重力异常的条件 σ1 σ2 σ3σ0 σ1>σ0 σ2<σ0 σ3=σ0△g0-+（（例如，例如，△△m=50万吨的球形矿体，当中心埋深为万吨的球形矿体，当中心埋深为100米米，，可产生可产生355μGal 的异常，当中心埋深为的异常，当中心埋深为1000米米；； 则只能产则只能产生生3.4μGal的的异常，该强度的异常仪器不能观测到。

异常，该强度的异常仪器不能观测到5））干扰场不能太强干扰场不能太强或具有或具有明显的特征明显的特征1））探测对象与围岩要有一定的探测对象与围岩要有一定的密度差2））岩层密度岩层密度必须在必须在横向上有变化，横向上有变化，即岩层内有即岩层内有密度不同的地密度不同的地质体存在质体存在，或，或岩层岩层有一定的有一定的构造形态构造形态3）剩余质量不能太小（即探测对象要有）剩余质量不能太小（即探测对象要有一定的规模一定的规模））（（4）探测对象不能）探测对象不能埋藏过深埋藏过深4、引起重力异常的条件、引起重力异常的条件第二节第二节 岩矿石密度、重力仪岩矿石密度、重力仪三大岩类物质循环三大岩类物质循环三大岩类物质循环三大岩类物质循环岩石密度测量原理岩石密度通常是在实验室岩石密度通常是在实验室用天平或密度计测定的用天平或密度计测定的重力测井资料或地震勘查重力测井资料或地震勘查的层速度资料也可以用于的层速度资料也可以用于估计岩石的密度值估计岩石的密度值 1.在空气中称出标本质量在空气中称出标本质量m1；；2.在水中称出标本质量在水中称出标本质量m2 ；；3.根据阿基米德定律计算标本的体积：根据阿基米德定律计算标本的体积： V=（（m1－－m2））/ρ4. 计算标本密度计算标本密度 σ=m1/V一、岩（矿）石的密度及地球密度分布一、岩（矿）石的密度及地球密度分布（一）岩（矿）石的密度的一般规律（一）岩（矿）石的密度的一般规律1、火成（岩浆）岩密度＞变质岩密度＞沉积岩密度、火成（岩浆）岩密度＞变质岩密度＞沉积岩密度根据长期研究的结果，认为决定岩、矿石密根据长期研究的结果，认为决定岩、矿石密度的主要因素为：度的主要因素为：※组成岩石的各种矿物成分及其含量的多少；组成岩石的各种矿物成分及其含量的多少；※岩石中孔隙度大小及孔隙中的充填物成分；岩石中孔隙度大小及孔隙中的充填物成分；※岩石所承受的压力等。

岩石所承受的压力等 2、火成岩（、火成岩（2.5～～3.6 g /cm³））（（1）主要取决于矿物成分及其含量的百分比，由）主要取决于矿物成分及其含量的百分比，由酸性酸性→基性基性→超基性岩超基性岩，随着密度大的铁镁，随着密度大的铁镁暗色矿物含量增多暗色矿物含量增多密度逐渐加大密度逐渐加大2）成岩过程中的冷凝、结晶分异作用也会造成）成岩过程中的冷凝、结晶分异作用也会造成同一岩体不同岩相带，同一岩体不同岩相带，由边缘相到中心相，由边缘相到中心相， 密度逐渐增大密度逐渐增大；；（（3）不同成岩环境）不同成岩环境(如侵入与喷发如侵入与喷发)也会造成同一也会造成同一岩类的密度有较大差异，岩类的密度有较大差异，同一成分的火成岩同一成分的火成岩密度，喷出岩小于侵入岩密度，喷出岩小于侵入岩4））年代老的岩体的密度小于新岩体的密度年代老的岩体的密度小于新岩体的密度喷出喷出岩岩 2.5～～2.6 g /cm³侵入岩侵入岩 2.7～～2.9 g /cm³基性、超基性岩基性、超基性岩 3.0～～火成岩成分和密度火成岩成分和密度的关系的关系3、沉积岩（、沉积岩（1.6~2.7 g /cm³））沉积作用与沉积岩沉积作用与沉积岩 3、沉积岩（、沉积岩（1.6~2.7 g /cm³））沉积岩的密度主要取决于岩石的孔隙度及岩石所处的构沉积岩的密度主要取决于岩石的孔隙度及岩石所处的构造部位：造部位：1 1、沉积岩一般具有较大的孔隙度，如灰岩、页岩、砂岩等，、沉积岩一般具有较大的孔隙度，如灰岩、页岩、砂岩等，这类岩石密度值主要取决于孔隙度大小，干燥的岩石随孔这类岩石密度值主要取决于孔隙度大小，干燥的岩石随孔隙度减少密度呈线性增大；隙度减少密度呈线性增大；2 2、孔隙中如有充填物，充填物的成分、孔隙中如有充填物，充填物的成分( (如水、油、气等如水、油、气等) )及充及充填孔隙的百分比也明显地影响着密度值；填孔隙的百分比也明显地影响着密度值；3 3、随着成岩时代的久远及埋深加大，上覆岩层对下伏岩层的、随着成岩时代的久远及埋深加大，上覆岩层对下伏岩层的压力加大，这种压实作用也会使密度值变大。

压力加大，这种压实作用也会使密度值变大4、变质岩（、变质岩（2.6~2.8 g /cm³））变质岩的密度变质岩的密度一般大于原岩的密度一般大于原岩的密度；变质程度越深，；变质程度越深，密度越大；动力变质而使岩石破碎，则密度减小密度越大；动力变质而使岩石破碎，则密度减小l变质岩的密度与矿物成分、含量和孔隙度均有关，这主变质岩的密度与矿物成分、含量和孔隙度均有关，这主要由变质的性质和变质程度来决定；要由变质的性质和变质程度来决定；l通常，由于重结晶等作用，区域变质作用将使变质岩比通常，由于重结晶等作用，区域变质作用将使变质岩比原岩密度值加大；原岩密度值加大；l经过变质的沉积岩，如大理岩、板岩和石英岩比原生石经过变质的沉积岩，如大理岩、板岩和石英岩比原生石灰岩、页岩和砂岩更致密些灰岩、页岩和砂岩更致密些l由于变质作用的复杂性，所以这类岩石的密度变化显得由于变质作用的复杂性，所以这类岩石的密度变化显得很不稳定，要具体情况具体分析很不稳定，要具体情况具体分析变质作用与变质岩变质作用与变质岩 5、矿石、矿石金属矿：金属矿：σ 很大，一般大于岩石的平均密度（很大，一般大于岩石的平均密度（2.7 g /cm³））非金属矿：其非金属矿：其σ 小于岩石的平均密度（小于岩石的平均密度（2.7 g /cm³））（二）地球内部的密度分布（二）地球内部的密度分布软流圈软流圈核幔边界核幔边界岩石圈岩石圈由于地震学等的发展，发现了地球内部一系列的物理界面。

由于地震学等的发展，发现了地球内部一系列的物理界面由于地震学等的发展，发现了地球内部一系列的物理界面由于地震学等的发展，发现了地球内部一系列的物理界面有了这个基础才能了解固体地球的各种过程有了这个基础才能了解固体地球的各种过程有了这个基础才能了解固体地球的各种过程有了这个基础才能了解固体地球的各种过程19141914年年年年- -地球内部地球内部地球内部地球内部纵波和横波速度分布；纵波和横波速度分布；纵波和横波速度分布；纵波和横波速度分布；19401940年年年年- -地震波走时表、地球分层模型、地震波走时表、地球分层模型、地震波走时表、地球分层模型、地震波走时表、地球分层模型、上地幔低速层；上地幔低速层；上地幔低速层；上地幔低速层；5050年代年代年代年代- -分层结构模型分层结构模型分层结构模型分层结构模型σ (g /cm³ )20006000500029004000300063711000（核幔分界面）（核幔分界面）（地心）（地心）Km8106144122地表地表地幔地幔9.912.465.5根据有关地球物理资料，推测地球内部物质密度变化如根据有关地球物理资料，推测地球内部物质密度变化如下图所示：下图所示：二、重力仪二、重力仪机械式（弹簧、振弦）机械式（弹簧、振弦）电子式（超导、激光）电子式（超导、激光）应用：地面、海洋、卫星、井下应用：地面、海洋、卫星、井下In gravity prospecting, we measurevery small variations in the force ofgravity from rocks within the earth.Different types of rocks havedifferent densities, and the denserocks have the greater gravitationalattraction.To the left is a “gravimeter”which measures the force ofgravity in the earth.（一）重力仪分类：（一）重力仪分类：按按结构分结构分机械式重力仪机械式重力仪电子式重力仪电子式重力仪石英弹簧重力仪石英弹簧重力仪振弦重力仪（海上）振弦重力仪（海上）超导重力仪超导重力仪金属弹簧重力仪金属弹簧重力仪激光重力仪激光重力仪按测量原理分按测量原理分相对重力测量仪相对重力测量仪绝对重力测量仪绝对重力测量仪（实验室）（实验室） 从原理上说，凡是从原理上说，凡是与重力磁力有关的物理现象与重力磁力有关的物理现象都可以用于设计制造重力仪与磁力仪，并用它们来都可以用于设计制造重力仪与磁力仪，并用它们来测定重力值和磁力值。

但是重力勘查要求能测量重测定重力值和磁力值但是重力勘查要求能测量重力场和磁场的微弱变化，在重力测量中要求能测量力场和磁场的微弱变化，在重力测量中要求能测量出重力全值出重力全值10-7～～10-9量级变化，在磁力测量中，要量级变化，在磁力测量中，要求能测量出求能测量出0.10.1～～1nT1nT的磁场变化，它相当于平均地的磁场变化，它相当于平均地磁场值的磁场值的1/501/50万～万～1/51/5万因此要求重力仪与磁力万因此要求重力仪与磁力仪要有高灵敏度、高精度等良好的性能仪要有高灵敏度、高精度等良好的性能 重磁勘查的仪器及野外工作方法重磁勘查的仪器及野外工作方法仪仪器器及及野野外外工工作作方方法法mgmhmlmmg测定重力绝对值测定重力绝对值测定重力相对值测定重力相对值（二）重力测量原理（二）重力测量原理绝绝对对重重力力测测量量仪仪器器 绝绝对对重重力力测测量量的的简简单单原原理理是是利利用用自自由由落落体体的的运运动动规规律律，，在在固固定定或或移移动动点点上上测测量量时时，，有有单单程程下下落落和和上上抛抛下下落落两两种种行行程程自自由由落落体体为为一一光光学学棱棱镜镜，，利利用用稳稳定定的的氦氦氖氖激激光光束束的的波波长长作作为为迈迈克克尔尔逊逊(Michelson)干干涉涉仪仪的的光光学学尺尺，，直直接接测测量量空空间间距距离离；；时时间间标标准准是是采采用用高高稳稳定定的的石石英英振振荡荡器器与与天天文文台台原原子子频频率率指指标标对对比比。

观观测测时时，，仍仍然然还还有有许许多多干干扰扰因因素素影影响响重重力力值值的的精精确确测测定定，，如如大大地地脉脉动动、、真真空空度度、、落落体体下下落落偏偏摆摆等等等，对此必须加以分析、控制和校正等，对此必须加以分析、控制和校正1、自由下落单程观测、自由下落单程观测 自自由由落落体体在在真真空空中中的的下下落落，，其其质质心心在在时时刻刻t１１、、t２２、、t３３相相应应经经过过的的位位置置分分别别为为h１１、、h2、、 h3 ，，时时间间间间隔隔为为T１１、、T2 ，，经经过过距距离离为为S１１、、S2，，则则由由自自由由落落体体运运动动方方程式最后可导出重力值的公式为程式最后可导出重力值的公式为 精精确确测测定定S１１、、S２２是是采采用用迈迈克克尔尔逊逊干干涉涉仪仪的的原原理理，，当当落落体体光光心心在在光光线线方方向向上上移移动动半半波波长长(λ/2)时时，，干干涉涉条条纹纹就就产产生生一一次次明明暗暗变变化化，，显显示示干干涉涉条条纹纹，，下下落落行行程程所所产产生生的的干干涉涉条条纹纹数数目目直直接接代代表表下下落落距距离离(即即S=Nλ/２２，，N为为干干涉涉条条纹纹数数)。

这这些些干干涉涉信信号号由由光光电电倍倍增增管管接接收收，，转转换换成成电电信信号号，，放放大大后后与与来来自自石石英英振振荡荡器器的的标标准准频频率率信信号号同同时时送送入入高高精精度度的的电电子子系系统统，，以以便便计计算算时时间间间间隔隔与与干涉条纹数目，从而精确得到干涉条纹数目，从而精确得到S１１、、S2、、S3、、 S4 绝绝对对重重力力测测量量仪仪器器2、上抛下落双程观测、上抛下落双程观测 上上抛抛下下落落对对称称观观测测可可避避免免残残存存空空气气阻阻力力、、时时间间测测定定、、电电磁磁等等影影响响带带来来的的误误差差，，物物体体被被铅铅垂垂上上抛抛后后，，其其质质量量中中心心所所走走的的路路程程先先铅铅垂垂向向上上而而后后下下，，其其时时间间与与距距离离的的关关系系如如图图所所示示图图中中C和和C′、、B和和B′、、A和和A′在在空间都是一点从运动学公式可以导出空间都是一点从运动学公式可以导出 式中式中T２２＝ｔ＝ｔ４４-ｔｔ１１，Ｔ，Ｔ１１＝ｔ＝ｔ３－３－ｔｔ２２，Ｓ＝ｈ，Ｓ＝ｈｃ－ｃ－ｈｈB 绝绝对对重重力力测测量量仪仪器器工作原理工作原理相相对对重重力力测测量量仪仪器器系数系数C称为格值，因此测得重物的位移量就可以换算出称为格值，因此测得重物的位移量就可以换算出重力差。

重力差现代重力仪的测读都是采用补偿法进行的，也现代重力仪的测读都是采用补偿法进行的，也称称零点读数法零点读数法一一个个恒恒定定的的质质量量 m 在在重重力力场场内内的的重重量量随随 g 的的变变化化而而变变化化，，如如果果用用另另外外一一种种力力（（弹弹力力、、电电磁磁力力等等））来来平平衡衡这这种种重重量量或或重重力力矩矩的的变变化化，，则则通通过过对对该该物物体体平平衡衡状状态态的的观观测测，，就就有有可可能能测测量量出两点间的重力差值出两点间的重力差值工作原理oo'oo'¹¹摆杆ααmg摆杆的水平（零点）位置主弹簧测量弹簧测程弹簧重荷扭丝“零点读数法零点读数法”LCR重力仪弹性系统结构原理图1. 平衡体2. 减震弹簧3. 主弹簧4、6. 水平杠杆7、9. 垂直杠杆5. 测微器8. 气压补偿器10. 重荷11. 电容板12. 指示丝13. 外壳 减震弹簧连接示意图 电容放大装置 1、、温度影响温度影响——采用电热恒温采用电热恒温2、、气压影响气压影响——真空封闭和气压补偿真空封闭和气压补偿3、、电磁力影响电磁力影响——消磁和定向测量消磁和定向测量4、、安置状态不一致的影响安置状态不一致的影响——调平调平5、、零点漂移影响零点漂移影响——零漂校正零漂校正6、、震动的影响震动的影响——减震材料，轻拿轻放减震材料，轻拿轻放影影响响重重力力仪仪精精度度的的因因素素※※ 地面重力仪地面重力仪石英弹簧石英弹簧金属弹簧金属弹簧超导重力仪超导重力仪※※ 井中重力仪井中重力仪※※ 海洋重力仪海洋重力仪※※ 航空重力仪航空重力仪※※ 卫星重力仪卫星重力仪 重重力力仪仪金属弹簧重力仪金属弹簧重力仪 海底重力仪海底重力仪 绝对测量重力仪绝对测量重力仪• 新一代绝对重力仪新一代绝对重力仪采用了几项重要的采用了几项重要的新技术：新技术：一是将自一是将自由下落法改为上抛由下落法改为上抛下落的对称法，下落的对称法，除除增加行程这个优点增加行程这个优点外，对称法还能降外，对称法还能降低仪器对真空度的低仪器对真空度的要求；要求；二是采用数二是采用数字采样技术，字采样技术，使仪使仪器向数字化方向前器向数字化方向前进了一大步；进了一大步；三是三是采用反馈长周期地采用反馈长周期地震摆消除地面振动震摆消除地面振动干扰。

干扰 相对测量重力仪继继CG-3CG-3型重力型重力型重力型重力仪仪之后的改之后的改之后的改之后的改进进型自型自型自型自动动电电子子子子读读数重力数重力数重力数重力仪仪，，，，1 1微伽分辨率，微伽分辨率，微伽分辨率，微伽分辨率，5 5微微微微伽精度，是当前基伽精度，是当前基伽精度，是当前基伽精度，是当前基于溶凝石英于溶凝石英于溶凝石英于溶凝石英弹弹性系性系性系性系统统的最佳重力的最佳重力的最佳重力的最佳重力仪仪继继CG-3CG-3型重力型重力型重力型重力仪仪之后的改之后的改之后的改之后的改进进型自型自型自型自动动电电子子子子读读数重力数重力数重力数重力仪仪，，，，1 1微伽分辨率，微伽分辨率，微伽分辨率，微伽分辨率，5 5微微微微伽精度，是当前基伽精度，是当前基伽精度，是当前基伽精度，是当前基于溶凝石英于溶凝石英于溶凝石英于溶凝石英弹弹性系性系性系性系统统的最佳重力的最佳重力的最佳重力的最佳重力仪仪CG-5CG-5型重力仪型重力仪<仪器型号器型号指指标Worlden(美国美国Texsas公司公司)CG-2(加拿大加拿大Scintrex公司公司)ZSM-V(国国产)主型主型勘探型勘探型测量范量范围（（g.u.））*30000300005000050000精度（精度（g.u.））0.10.10.3格格值变化化1/10001/10001/1000<1/1000恒温装置恒温装置有有无无有有重量（重量（kg））2.72.356几种石英弹簧重力仪的主要技术指标几种石英弹簧重力仪的主要技术指标 类型型D型型G型型测量范量范围2000g.u.7000g.u.测量精度量精度*0.1g.u.0.4g.u.读数重复性数重复性0.05g.u.0.1g.u.零点漂移零点漂移约5g.u./月（使用一年以上）月（使用一年以上）约10g.u./月（使用一年以下）月（使用一年以下）体体 积20cm×18cm×25cm电 源源DC12V净 重重3.2kgLCR重力仪的主要技术指标重力仪的主要技术指标（美国（美国Lacoste&Romberg Gravity Meters Inc.生产生产 ））第三节第三节 重力勘探工作方法重力勘探工作方法三、重力勘探工作方法三、重力勘探工作方法1、重力预查、重力预查在重力测量的在重力测量的“空白区空白区”中进行的中进行的大范围、小比大范围、小比例尺例尺的重力测量的重力测量目的：大地构造的基本轮廓（如断裂带、岩体的目的：大地构造的基本轮廓（如断裂带、岩体的分布等）的资料分布等）的资料2、重力普查、重力普查在在有进一步工作价值的地区有进一步工作价值的地区开展的重力测量开展的重力测量目的：划分区域地质构造、圈定岩体及储油构造，目的：划分区域地质构造、圈定岩体及储油构造，比较确切地指示成矿远景区比较确切地指示成矿远景区（一）工作任务（一）工作任务 3、重力详查、重力详查在在成矿远景区（或成矿有利地段）成矿远景区（或成矿有利地段）进行重力测量进行重力测量目的：详细地研究工区重力异常的规律和特点，目的：详细地研究工区重力异常的规律和特点，寻找局部构造或岩、矿体寻找局部构造或岩、矿体4、重力细测、重力细测在已发现的在已发现的储油、气构造、煤盆地，储油、气构造、煤盆地，以及以及成矿有成矿有利的岩、矿体利的岩、矿体上进行的重力测量上进行的重力测量目的：构造、岩体、矿体的形态及产状目的：构造、岩体、矿体的形态及产状（一）工作任务（一）工作任务 （二）工作比例尺、测网及测量精度（二）工作比例尺、测网及测量精度 三、重力勘探工作方法三、重力勘探工作方法1、工作比例尺、工作比例尺※工作比例尺反映了重力测量工作的详细程度；工作比例尺反映了重力测量工作的详细程度；比例尺取决于相邻测线间的距离。

比例尺取决于相邻测线间的距离※比例尺愈大，单位面积内的测点数就愈多，对比例尺愈大，单位面积内的测点数就愈多，对重力异常的研究也就愈详细重力异常的研究也就愈详细※比例尺应与工作任务相适应比例尺应与工作任务相适应航空重力测量示意图航空重力测量示意图重力勘探工作比例尺、测点间距及测网密度重力勘探工作比例尺、测点间距及测网密度 工作工作阶阶段段比例尺比例尺测测点点间间距（距（m m））测测网密度（点网密度（点/km/km2 2））预查预查1:1,000,0001:1,000,0001:500,0001:500,0007,0007,000－－10,00010,0003,0003,000－－5,0005,0000.010.01～～0.020.020.040.04～～0.10.1普普查查1:200,0001:200,0001:100,0001:100,0001,5001,500－－2,0002,000500500－－1,0001,0000.250.25～～0.50.51 1～～4 4详查详查1:50,0001:50,0001:25,0001:25,000200200－－500500100100－－2002004 4～～25252525～～100100细测细测1:10,0001:10,0001:5,0001:5,0001:2,0001:2,0005050－－1001002525－－50501010－－2020100100～～400400400400～～1,6001,6002,5002,500～～10,00010,0002、测网、测网测网一般是由相互平行的等间距的测线和在测线测网一般是由相互平行的等间距的测线和在测线上分布的等间距的测点所组成，如下图所示：上分布的等间距的测点所组成，如下图所示：测线测点线距点距地质体（构造线）★★ 测线应垂直地质体（构造线）的走向测线应垂直地质体（构造线）的走向※测量精度是衡量测量精度是衡量野外观测质量野外观测质量的重要标志，同时的重要标志，同时也是决定也是决定技术措施、工作效率和成本技术措施、工作效率和成本的重要指标。

的重要指标※精度是指精度是指测量值测量值与与真值真值的接近成度的接近成度※精度应根据地质任务和工作比例尺来确定精度应根据地质任务和工作比例尺来确定※例如：金属矿普查，取探测对象产生的例如：金属矿普查，取探测对象产生的最小有意最小有意义异常的义异常的1/3~1/4作为测量精度作为测量精度3、测量精度、测量精度（三）重力野外观测（三）重力野外观测重力基点的作用：重力基点的作用：（（1）工区内重力异常的）工区内重力异常的起算点起算点（（2）检查仪器的）检查仪器的零点漂移零点漂移，确定零点漂移校正，确定零点漂移校正系数系数2、野外观测、野外观测1、重力基点建立、重力基点建立3、资料整理、资料整理三、重力勘探工作方法三、重力勘探工作方法第四节第四节 重力资料的整理与图示重力资料的整理与图示一、重力资料的整理一、重力资料的整理•野外观测结束后，应将各测点相对于基点的重力野外观测结束后，应将各测点相对于基点的重力差值确定出来，即差值确定出来，即•但这些差值还不能称为重力异常差值中包含了但这些差值还不能称为重力异常差值中包含了许多干扰因素的影响（如地形不水平、日变化、许多干扰因素的影响（如地形不水平、日变化、测点空间位置不同等因素的影响）测点空间位置不同等因素的影响）地面上任一点的重力值都由四种因素决定：地面上任一点的重力值都由四种因素决定：影响因素影响因素大小大小解决办法解决办法地形起伏地形起伏达达1,000g.u.地形校正、中间层地形校正、中间层校正和高度校正校正和高度校正测点纬度测点纬度达达51,787g.u.正常场校正正常场校正固体潮固体潮可达可达2-3g.u.计算得到计算得到岩矿石密度变化岩矿石密度变化 10~1,000g.u.重力异常重力异常一、重力资料的整理一、重力资料的整理•为了获得单纯由地下密度不均匀体引起的重力异为了获得单纯由地下密度不均匀体引起的重力异常，则必须常，则必须消除各种干扰因素的影响消除各种干扰因素的影响，通常要进，通常要进行如下校正：行如下校正：（（1）地形校正）地形校正（（2）中间层校正）中间层校正消除自然地形起伏干扰消除自然地形起伏干扰（（3）高度校正）高度校正（（4）正常场校正）正常场校正 —— 消除地球正常重力场影响消除地球正常重力场影响1、地形校正（、地形校正（δg地地））重重力力资资料料的的整整理理校正原因：地形起伏往往使得测点周围的物质不能处于同校正原因：地形起伏往往使得测点周围的物质不能处于同一水准面内，对实测重力异常造成干扰，必须通过地形校一水准面内，对实测重力异常造成干扰，必须通过地形校正予以消除，又称为地改。

正予以消除，又称为地改地形平坦地形平坦无需地改无需地改地形起伏地形起伏需要地改需要地改基点基点测点测点基点基点测点测点1、地形校正（、地形校正（δg地地））重重力力资资料料的的整整理理校正办法：除去测点所在水准面以上的多余物质，并将校正办法：除去测点所在水准面以上的多余物质，并将水准面以下空缺的部分用物质填补起来水准面以下空缺的部分用物质填补起来按测网划分扇形小块分别计算校正值并相加，就获得该按测网划分扇形小块分别计算校正值并相加，就获得该点的重力校正值根据距测点的距离，分为近区地改，点的重力校正值根据距测点的距离，分为近区地改，中区地改和远区地改，中区地改和远区地改，基点基点测点测点基点基点测点测点1、地形校正（、地形校正（δg地地））重重力力资资料料的的整整理理dm-dm注意：地形改正值恒为正注意：地形改正值恒为正基点基点测点测点2、中间层改正（、中间层改正（δg中中））重重力力资资料料的的整整理理校正原因校正原因：经地形校正后，测点周围的地形变成水准面，：经地形校正后，测点周围的地形变成水准面，但测点所在水准面但测点所在水准面与大地水准面或基准面与大地水准面或基准面（总基点所在水（总基点所在水准面）间还存在着一个水平物质层，消除这一物质层的影准面）间还存在着一个水平物质层，消除这一物质层的影响就是中间层校正。

响就是中间层校正 ΔhΔh大地水准面大地水准面或基准面或基准面总基点总基点测点测点2、中间层改正（、中间层改正（δg中中））重重力力资资料料的的整整理理Δh校正办法校正办法：中间层可当作一个厚度为：中间层可当作一个厚度为Δh h，，密度为密度为σσ的无的无限大水平均匀物质面，其校正公式为：限大水平均匀物质面，其校正公式为：测点高于大地水准面或基准面时，测点高于大地水准面或基准面时，△△h h取正，反之取负取正，反之取负中间层密度通常取为中间层密度通常取为2.67g/cm2.67g/cm3 3σ大地水准面或基准面大地水准面或基准面总基点总基点测点测点3、高度改正（、高度改正（δg高高））重重力力资资料料的的整整理理校正原因校正原因：若把地球当作密度均匀同心层分布的旋转椭球：若把地球当作密度均匀同心层分布的旋转椭球体时，体时，地球正常重力场地面每升高地球正常重力场地面每升高1m1m减小约减小约3.086g.u.3.086g.u.经地形、中间层校正后，测点与大地水准面或基准面间还经地形、中间层校正后，测点与大地水准面或基准面间还存在一个高度差存在一个高度差△△h h，，要消除这一高度差对实测的影响，要消除这一高度差对实测的影响，就要进行高度校正就要进行高度校正Δh校正办法校正办法：：测点高于大地水准面或基准面时，测点高于大地水准面或基准面时，△△h h取正，反之取负取正，反之取负重重力力资资料料的的整整理理布格校正：布格校正：高度校正和中间层校正都与测点高程高度校正和中间层校正都与测点高程ΔΔh h有关，有关，将这两项合并起来，统称为布格校正（将这两项合并起来，统称为布格校正（δgδg布布））注意注意：地表实测重力值是地下密度均匀体和密度不均匀地：地表实测重力值是地下密度均匀体和密度不均匀地质体（如地质构造、岩矿体等）的综合影响。

质体（如地质构造、岩矿体等）的综合影响上述校正消除了起伏地形上各测点与大地水准面或上述校正消除了起伏地形上各测点与大地水准面或基准面密度均匀体对实测重力值的影响，并没有消除密度基准面密度均匀体对实测重力值的影响，并没有消除密度不均匀体的影响不均匀体的影响因此，对于校正后仅由密度不均匀体引起的异常而因此，对于校正后仅由密度不均匀体引起的异常而言，言，上述各项校正后，各测点仍在起伏的自然表面上上述各项校正后，各测点仍在起伏的自然表面上4、正常场校正（、正常场校正（δg地地））重重力力资资料料的的整整理理校正原因校正原因：当：当测点与总基点不在同一纬度测点与总基点不在同一纬度时，测点重力值时，测点重力值包含了总基点与测点间的正常重力场的差值，这一差值需包含了总基点与测点间的正常重力场的差值，这一差值需要消除校正办法校正办法：：（（1 1）在大面积测量时，按）在大面积测量时，按19091909赫尔默特公式计算正常重赫尔默特公式计算正常重力值，再从观测值中减掉它；力值，再从观测值中减掉它；（（2 2）在小面积重力测量中按下式计算：）在小面积重力测量中按下式计算：φφ为总基点纬度或测区的平均纬度；为总基点纬度或测区的平均纬度；D D为测点到总基点的为测点到总基点的纬向（南北向）距离，在北半球，当测点位于总基点以北纬向（南北向）距离，在北半球，当测点位于总基点以北时时D D取正号，反之取负号，单位取正号，反之取负号，单位kmkm。

三、重力异常的图示三、重力异常的图示1 1、重力异常剖面图、重力异常剖面图2 2、重力异常平面剖面图、重力异常平面剖面图3 3、重力异常平面等值线图、重力异常平面等值线图重力异常等值线平面图 图按测线实际位置和方向展布在同一平面上自由空间重力异常自由空间重力异常布格重力异常布格重力异常海底地形海底地形构造区划分布图构造区划分布图第五节第五节 重力异常的重力异常的地质－地球物理含义地质－地球物理含义1、自由空间重力异常、自由空间重力异常2、布格重力异常、布格重力异常3、均衡重力异常、均衡重力异常1、自由空间重力异常、自由空间重力异常重重力力测测量量所所观观测测的的重重力力异异常常左图为正常重力值对应的参考椭球体；右图为实际的地左图为正常重力值对应的参考椭球体；右图为实际的地球，球，A为地表的一个测点，设为地表的一个测点，设gA代表该点的重力观测值，代表该点的重力观测值，g００是是A点在大地水准面上投影点处的正常重力值点在大地水准面上投影点处的正常重力值1、自由空间重力异常、自由空间重力异常重重力力测测量量所所观观测测的的重重力力异异常常自由空间重力异常就是对观测值仅作正常场校正自由空间重力异常就是对观测值仅作正常场校正和高度校正和高度校正，，反映的是实际地球的形状和质量分反映的是实际地球的形状和质量分布与参考椭球体的偏差：布与参考椭球体的偏差：1、自由空间重力异常、自由空间重力异常重重力力测测量量所所观观测测的的重重力力异异常常ΔΔg g自自中还包含有地形影响的因素在内若加上局中还包含有地形影响的因素在内若加上局部地形校正，即得到第二种自由空间重力异常，部地形校正，即得到第二种自由空间重力异常，常称为法耶异常：常称为法耶异常：2、布格重力异常、布格重力异常重重力力测测量量所所观观测测的的重重力力异异常常在法耶异常基础上再加上中间层校正，即经过正在法耶异常基础上再加上中间层校正，即经过正常场校正、地形校正、布格改正（高度校正和中常场校正、地形校正、布格改正（高度校正和中间层校正）的重力异常，称为布格重力异常。

间层校正）的重力异常，称为布格重力异常2、布格重力异常、布格重力异常重重力力测测量量所所观观测测的的重重力力异异常常布格异常包含了壳内各种偏离正常密度分布的矿布格异常包含了壳内各种偏离正常密度分布的矿体、构造等的影响，同时还包括了地壳下界面起体、构造等的影响，同时还包括了地壳下界面起伏在横向上相对上地幔质量的巨大亏损伏在横向上相对上地幔质量的巨大亏损( (或盈余或盈余) )的影响，正因为如此，布格异常除有局部的起伏的影响，正因为如此，布格异常除有局部的起伏变化，在山区是大面积大幅度的负异常背景，而变化，在山区是大面积大幅度的负异常背景，而在海洋区则为正异常在海洋区则为正异常中国大陆地区布格重力异常中国大陆地区布格重力异常中国大陆地区自由空间重力异常中国大陆地区自由空间重力异常中国区域地质图中国区域地质图3、均衡重力异常、均衡重力异常重重力力测测量量所所观观测测的的重重力力异异常常对布格重力异常再作均衡校正，即得均衡异常对布格重力异常再作均衡校正，即得均衡异常表示了一种完全均衡状态下其异常所代表的意义表示了一种完全均衡状态下其异常所代表的意义均衡理论 普拉特地壳均衡模型普拉特地壳均衡模型 艾里地壳均衡模型艾里地壳均衡模型 本世纪以来，地壳均衡的概念对地学的研究起了很大的影响，但因对均衡机制的本世纪以来，地壳均衡的概念对地学的研究起了很大的影响，但因对均衡机制的认识、各种假说存在的不尽合理之处，以及地球介质在极长时期的载荷作用下，认识、各种假说存在的不尽合理之处，以及地球介质在极长时期的载荷作用下，也和真正的流体仍存在区别等等，因而均衡学说还不可能对地壳内万分复杂的地也和真正的流体仍存在区别等等，因而均衡学说还不可能对地壳内万分复杂的地质现象作出合理的解释。

此外，地壳本身是有一定弹性强度的，较小面积内的载质现象作出合理的解释此外，地壳本身是有一定弹性强度的，较小面积内的载荷可以被支撑住，因而局部的不均匀是完全可能的尽管如此，就全球大范围而荷可以被支撑住，因而局部的不均匀是完全可能的尽管如此，就全球大范围而言，大约百分之九十的地区基本处于均衡状态言，大约百分之九十的地区基本处于均衡状态 •我国的一条东西向，由青岛通我国的一条东西向，由青岛通过济南、西宁、拉萨直到边境过济南、西宁、拉萨直到边境的地形起伏及地壳厚度变化的的地形起伏及地壳厚度变化的剖面•地壳厚度变化数据取自根据地地壳厚度变化数据取自根据地震测深资料绘制的我国震测深资料绘制的我国“莫霍莫霍界面深度图界面深度图”（朱介寿等，（朱介寿等，1996），地形剖面的数据取），地形剖面的数据取自自“中国地形中国地形”（中国地图出（中国地图出版社，版社，1990）•地形起伏与地壳厚度变化成反地形起伏与地壳厚度变化成反相关关系，遵循了艾里的均衡相关关系，遵循了艾里的均衡假说；同时假说；同时“莫霍界面深度图莫霍界面深度图”和和“中国地形中国地形”图中高程变图中高程变化的非常好的反相关关系表明化的非常好的反相关关系表明我国在总体上达到了地壳均衡。

我国在总体上达到了地壳均衡 中国部分地区地形起伏与相应地壳中国部分地区地形起伏与相应地壳厚度变化对比剖面厚度变化对比剖面 第六节第六节 重力异常正演重力异常正演一、重力正、反问题的解法一、重力正、反问题的解法任意形体重力异常计算公式：任意形体重力异常计算公式：式中：式中：G为万有引力常数，为万有引力常数，(x, y, z)为观测点为观测点P的坐的坐标，标，V为地质体体积，为地质体体积，Δσ为剩余密度，为剩余密度， (ξ,η,ζ)为剩余质量元为剩余质量元 的坐标的坐标什么是正问题与反问题？什么是正问题与反问题？观测数据观测数据d地质模型地质模型m反反问题：问题：m=G-1d正问题：正问题：d=Gm（一）规则形体的正、反演问题（一）规则形体的正、反演问题为了简化，假设地质形体孤立存在，密度均匀，地为了简化，假设地质形体孤立存在，密度均匀，地面水平，所取剖面为中心剖面面水平，所取剖面为中心剖面规则形体：球体、水平圆柱体、垂直台阶、脉状体规则形体：球体、水平圆柱体、垂直台阶、脉状体……1、球体、球体规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题近似于等轴状地质体，如盐丘、矿巢、溶洞等近似于等轴状地质体，如盐丘、矿巢、溶洞等球体参数：半径球体参数：半径30m，，中心埋深中心埋深50m，密度，密度2.0g/cm3，，重力异常单位重力异常单位g.u.1、球体、球体规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题ΔEΔgDΔσ讨论：讨论： P(x,0)R规规则则形形体体的的正正演演均匀球体的理论异常均匀球体的理论异常 请分析：球体质量不变，重力异常随深请分析：球体质量不变，重力异常随深度变化的特征？度变化的特征？2、水平圆柱体、水平圆柱体2、水平圆柱体（线质量）小柱体元在小柱体元在P P(x,0,0)(x,0,0)点产生的重力异常为点产生的重力异常为剩余线密度剩余线密度λ，整个水平圆柱体在，整个水平圆柱体在P(x,0,0)点点产生的重产生的重力异常为无穷多个柱体在该点产生的重力异常之和，力异常为无穷多个柱体在该点产生的重力异常之和，即：即：2、水平圆柱体、水平圆柱体规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题2、水平圆柱体、水平圆柱体规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题讨论：讨论：D无限长均匀水平圆柱体的理论异常无限长均匀水平圆柱体的理论异常 规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题断层或不同岩层的接触带都可作为台阶处理断层或不同岩层的接触带都可作为台阶处理o1x由由公式可见：公式可见：当当 时，时， 当当 时，时，当当x=0 时时，23、垂直台阶、垂直台阶规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题平面异常特征平面异常特征：等值线为一系列平行台阶走向的直线，在断面附近等等值线为一系列平行台阶走向的直线，在断面附近等值线最密，称为值线最密，称为“重力梯级带重力梯级带”，且异常向台阶延伸，且异常向台阶延伸方向单调增大。

方向单调增大3、垂直台阶、垂直台阶规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题不同埋深的台阶剖面（不同埋深的台阶剖面（a）和铅垂台阶的）和铅垂台阶的Vxz、、Vzz、Vzzz3、垂直台阶、垂直台阶规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题ox当台阶倾斜时：由图由图可见：无论台阶产状如何，可见：无论台阶产状如何，异常的形态相似，仅原点处的异异常的形态相似，仅原点处的异常值不同常值不同当台阶直立时：当台阶直立时：Δg(0) = πGΔσΔh当台阶面向台阶外侧倾斜时：当台阶面向台阶外侧倾斜时：Δg(0) > πGΔσΔh当台阶面向台阶内侧倾斜时：当台阶面向台阶内侧倾斜时：Δg(0) < πGΔσΔh3、断层的重力异常理论曲线、断层的重力异常理论曲线规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题正断层正断层逆断层逆断层3、断层的重力异常理论曲线、断层的重力异常理论曲线规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题正断层正断层逆断层逆断层线性重力高与重力低之间的过渡带线性重力高与重力低之间的过渡带 异常轴线明显错动的部位异常轴线明显错动的部位 4、半无限水平物质面、半无限水平物质面h1h2h0当当Δh << h2时可将时可将台阶看成位于台阶台阶看成位于台阶中心，埋深为中心，埋深为h0 ，，剩余剩余面密度面密度为为 的的水平物质面。

水平物质面o则由则由台阶公式可得：台阶公式可得：台阶的中心埋深台阶的中心埋深h0 由下式由下式估算估算式中式中x1/4为四分之一极大值点的横坐标为四分之一极大值点的横坐标5、直立脉（板）状体、直立脉（板）状体规规则则形形体体的的正正、、反反演演问问题题　当脉（板）倾斜时，　当脉（板）倾斜时，△△g曲线不对称，脉倾斜方向曲线不对称，脉倾斜方向一側曲线平缓，另一側，曲线变陡一側曲线平缓，另一側，曲线变陡正正问题问题量板量板法（手算）法（手算）近似计算（计算机）近似计算（计算机）反问题：反问题： 选择法、最优化选择法、最优化（二）（二）任意形体的正、反问题任意形体的正、反问题１、横截面为任意形状的二度体的正问题１、横截面为任意形状的二度体的正问题采用近似计算法来实现，如下图：采用近似计算法来实现，如下图： 多边形逼近法示意图多边形逼近法示意图 对于横截面为任意形状的二度体，对于横截面为任意形状的二度体，可用多边形来逼近其截面的形状，只可用多边形来逼近其截面的形状，只要给出多边形各角点的坐标，就可以要给出多边形各角点的坐标，就可以用解析式计算出它的重力异常来用解析式计算出它的重力异常来。

若多边形共有若多边形共有n n个边，则计算重力异常个边，则计算重力异常的表达式是的表达式是 当当 ΔσΔσ 一定时，可计算多个二度体同时产生的异常一定时，可计算多个二度体同时产生的异常（如断裂构造）具体做法是将相邻的二度体沿同一方（如断裂构造）具体做法是将相邻的二度体沿同一方向（如顺时针方向）将各角点用直线连接，形成封闭的向（如顺时针方向）将各角点用直线连接，形成封闭的单个二度体即可单个二度体即可 用多边形逼近法计算断裂与复杂形体二度体异常示意图用多边形逼近法计算断裂与复杂形体二度体异常示意图 2、任意形状三度体的正演、任意形状三度体的正演（（1 1）长方体元法）长方体元法 将任意形状的三度体用三组平行于将任意形状的三度体用三组平行于直角坐标面的平面进行分割，使物体分直角坐标面的平面进行分割，使物体分成一系列的长方体元，依据成一系列的长方体元，依据8 8个角点坐标个角点坐标引用基本公式引用基本公式 ，可得到其中某个长方体，可得到其中某个长方体元在坐标原点引起的重力异常为元在坐标原点引起的重力异常为长方体元法示意图长方体元法示意图 2 2、任意形状三度体的正演、任意形状三度体的正演（（2 2）面元法）面元法 用一组相互平行的铅垂面用一组相互平行的铅垂面（或水平面）切割物体，使其（或水平面）切割物体，使其分成若干个直立（或水平）薄分成若干个直立（或水平）薄片，每个薄片又用多边形来逼片，每个薄片又用多边形来逼近。

用解析法计算多边形对计近用解析法计算多边形对计算点的算点的“作用值作用值”，最后对所，最后对所有薄片有薄片“作用值作用值”进行数值积进行数值积分求和直立面元法示意图直立面元法示意图 2 2、任意形状三度体的正演、任意形状三度体的正演（（3 3）线元法）线元法 用一组平行于用一组平行于X X轴的铅垂面与轴的铅垂面与一组平行于一组平行于Y Y轴的铅垂面来切割轴的铅垂面来切割三度体，将其分成一个一个的直三度体，将其分成一个一个的直立矩形柱体当柱体横截面两个立矩形柱体当柱体横截面两个边长远小于其柱体长度时，计算边长远小于其柱体长度时，计算它的重力异常就可以把它当成质它的重力异常就可以把它当成质量被均匀的压缩在其铅垂的中轴量被均匀的压缩在其铅垂的中轴线上的物质线段来看线上的物质线段来看 直立线元法示意图直立线元法示意图 第七节第七节 重力异常反演重力异常反演• 从地质角度，解反演问题的目标主要是寻找、研从地质角度，解反演问题的目标主要是寻找、研究或推断金属或非金属矿体和研究地质构造，包究或推断金属或非金属矿体和研究地质构造，包括控矿构造，如含石油、天然气、煤的构造以及括控矿构造，如含石油、天然气、煤的构造以及区域性的深部构造等。

前者称为矿体类问题，后区域性的深部构造等前者称为矿体类问题，后者称为构造类问题者称为构造类问题• 从地球物理角度，解重力反演问题的目标包括：从地球物理角度，解重力反演问题的目标包括：确定地质体（用几何模型表示）的几何和物性参确定地质体（用几何模型表示）的几何和物性参数，属于矿体类问题；确定物性分界面的深度及数，属于矿体类问题；确定物性分界面的深度及起伏，属于构造类问题起伏，属于构造类问题•几种重力异常反演方法几种重力异常反演方法•（（1）计算地质体几何参数和物性参数的直接法）计算地质体几何参数和物性参数的直接法 •（（2）计算地质体几何参数和物性参数的特征点法）计算地质体几何参数和物性参数的特征点法•（（3）选择法）选择法•（（4）密度界面反演法）密度界面反演法•（（5）多解性问题）多解性问题（一）计算地质体几何参数和物性参数的直接法（一）计算地质体几何参数和物性参数的直接法 直接法是直接利用由反演目标引起的局部异常，通过某种积分运算直接法是直接利用由反演目标引起的局部异常，通过某种积分运算和函数关系，求得与异常分布有关地质体的某些参量该方法较少受解和函数关系，求得与异常分布有关地质体的某些参量。

该方法较少受解释人员主观因素的影响，但只是一种地质体参量的粗略估计，解决问题释人员主观因素的影响，但只是一种地质体参量的粗略估计，解决问题的范围还很有限的范围还很有限 1 1、三度体剩余质量的估计、三度体剩余质量的估计2 2、三度体重心水平坐标的计算、三度体重心水平坐标的计算3 3、二度体横截面积的求法、二度体横截面积的求法（一）计算地质体几何参数和物性参数的直接法（一）计算地质体几何参数和物性参数的直接法在在 已知时，有已知时，有 就可以求出二度体的横截面积就可以求出二度体的横截面积S S 4 4、二度体横截面中心水平坐标的求法、二度体横截面中心水平坐标的求法利用利用 可得经校正后的表达式为可得经校正后的表达式为（二）计算地质体几何参数和物性参数的特征点法（二）计算地质体几何参数和物性参数的特征点法 特特征征点点法法（（或或任任意意点点法法））是是根根据据异异常常曲曲线线上上的的一一些些点点或或特特征征点点（（如如极极大大值值点点、、零零值值点点、、拐拐点点））的的异异常常以以及及相相应应的的坐坐标标求求取取场场源源体体的的几几何何或或物物性参数，仅适用于剩余密度为常数的几何形体。

性参数，仅适用于剩余密度为常数的几何形体 1 1、水平圆柱体、水平圆柱体根据根据 异常求圆柱体中心埋藏深度异常求圆柱体中心埋藏深度D D，线密度，，线密度，半径半径R R及顶部埋藏深度及顶部埋藏深度h h的公式分别为的公式分别为H=D-R2 2、铅垂台阶、铅垂台阶3 3、水平物质半平面、水平物质半平面（二）计算地质体几何参数和物性参数的特征点法（二）计算地质体几何参数和物性参数的特征点法根据根据 异常求铅垂台阶厚度异常求铅垂台阶厚度H H- -h h 的公式为的公式为根据根据 异常求半平面深度异常求半平面深度D D，面密度，面密度 ，相应的铅垂台阶顶部及底部深度，相应的铅垂台阶顶部及底部深度h h、、H H的公式分别为的公式分别为 选择法的原理是根据实测重力异常在剖面或平面的特选择法的原理是根据实测重力异常在剖面或平面的特征，给出初始模型，然后进行正演计算；将计算的理论异征，给出初始模型，然后进行正演计算；将计算的理论异常与实测异常进行对比，当两者偏差较大时，根据掌握的常与实测异常进行对比，当两者偏差较大时，根据掌握的场源体资料，对模型进行修改，重算其理论异常；再次进场源体资料，对模型进行修改，重算其理论异常；再次进行对比，如此反复进行，以两种异常的偏差达到要求的误行对比，如此反复进行，以两种异常的偏差达到要求的误差范围时的理论模型表示实际的地质体。

差范围时的理论模型表示实际的地质体 （三）选择法（三）选择法 目前应用的最优化方法有阻尼最小二乘法、广义逆矩目前应用的最优化方法有阻尼最小二乘法、广义逆矩阵法和共轭梯度法等阵法和共轭梯度法等二度板状体最优化反演二度板状体最优化反演 选择法的原理是根据实测重力异常在剖面或平面的特征，给出初始模型，然后进选择法的原理是根据实测重力异常在剖面或平面的特征，给出初始模型，然后进行正演计算；将计算的理论异常与实测异常进行对比，当两者偏差较大时，根据掌握行正演计算；将计算的理论异常与实测异常进行对比，当两者偏差较大时，根据掌握的场源体资料，对模型进行修改，重算其理论异常；再次进行对比，如此反复进行，的场源体资料，对模型进行修改，重算其理论异常；再次进行对比，如此反复进行，以两种异常的偏差达到要求的误差范围时的理论模型表示实际的地质体以两种异常的偏差达到要求的误差范围时的理论模型表示实际的地质体目前应用的最优化方法目前应用的最优化方法有阻尼最小二乘法、广有阻尼最小二乘法、广义逆矩阵法和共轭梯度义逆矩阵法和共轭梯度法等1 1、线性回归法、线性回归法 认为重力变化与界面的起伏近似呈线性关系：认为重力变化与界面的起伏近似呈线性关系： 根据最小二乘原理，为确定系数根据最小二乘原理，为确定系数a a、、b b，，应使各点的深度和由上式计算出的深度的应使各点的深度和由上式计算出的深度的偏差的平方和为最小，即偏差的平方和为最小，即 解得解得 系数系数a a、、b b求出后，则可计算出各测点下方界面的深度求出后，则可计算出各测点下方界面的深度 。

（四）密度界面反演法（四）密度界面反演法2 2、频率域反演法、频率域反演法 由于采用了快速傅里叶变换，计算速度快利用一个由于采用了快速傅里叶变换，计算速度快利用一个低通滤波器保证了迭代的收敛性低通滤波器保证了迭代的收敛性 （四）密度界面反演法（四）密度界面反演法用下式进行迭代计算：用下式进行迭代计算：（（1 1）给定界面起伏）给定界面起伏h h（（x x）的初值，例如）的初值，例如h h（（x x））=0=02 2）将）将h h（（x x）的初值代入（）的初值代入（2-7-382-7-38）式的右端项，计算右端项的傅氏变换式的右端项，计算右端项的傅氏变换3 3）对右端项进行傅氏反变换，即得到一次迭代后的界面起伏）对右端项进行傅氏反变换，即得到一次迭代后的界面起伏h h（（x x）4 4）判断计算结果是否满足某个收敛标准，或是达到给定的最大迭代次数判断计算结果是否满足某个收敛标准，或是达到给定的最大迭代次数如果是，即停止计算；否则转到第如果是，即停止计算；否则转到第2 2步，以本次迭代结果作为初值，继续迭步，以本次迭代结果作为初值，继续迭代计算。

代计算密度、磁性界面帕克法快速反演满足所给重力异常剖面的基底满足所给重力异常剖面的基底起伏的各种解释起伏的各种解释 地球物理反演的多解性地球物理反演的多解性引起相同异常的可能源的锥形区引起相同异常的可能源的锥形区（引自内特尔顿，（引自内特尔顿，1987）） 第八节第八节 重力异常的转换处理重力异常的转换处理一、引起重力异常的主要地质因素引起重力异常的主要地质因素 •地壳深部的因素•结晶基岩内部的密度变化•结晶基底顶面的起伏•沉积岩的构造和成分变化•其他密度不均匀因素 地壳深部的因素地壳深部的因素地壳结构模式简图地壳结构模式简图 拉萨拉萨-上海平均布格重力异常与莫霍面对比图上海平均布格重力异常与莫霍面对比图 地壳厚度的变化（即莫霍面的起伏）、壳内各层物质密度和上地幔物质地壳厚度的变化（即莫霍面的起伏）、壳内各层物质密度和上地幔物质密度的横向变化，是引起地表重力分布的深部因素从目前一些研究情密度的横向变化，是引起地表重力分布的深部因素从目前一些研究情况看，上地幔密度横向不均匀的影响是十分缓慢的和大范围的，平均布况看，上地幔密度横向不均匀的影响是十分缓慢的和大范围的，平均布格异常特征主要是对应着莫霍面起伏（即地壳厚度变化）格异常特征主要是对应着莫霍面起伏（即地壳厚度变化） 结晶基岩内部的密度变化结晶基岩内部的密度变化 由于经历长期地壳运动及岩浆作用，沉积岩层的结晶基底内部的物质成分和内部构造变得十分复杂，因而其密度在横向上和纵向上的变化都很大。

重力异常与结晶基底密度变化（肖敬涌，重力异常与结晶基底密度变化（肖敬涌，1961））1-太古宙花岗片麻岩太古宙花岗片麻岩 2-混合岩混合岩 3-花岗岩花岗岩 4-石英岩和砂岩；石英岩和砂岩；5-页岩、白云岩、辉绿岩；页岩、白云岩、辉绿岩；6-千枚岩千枚岩 7-岩石密度曲线；岩石密度曲线；8-重力异常曲线重力异常曲线 一、引起重力异常的主要地质因素引起重力异常的主要地质因素 •地壳深部的因素•结晶基岩内部的密度变化•结晶基底顶面的起伏•沉积岩的构造和成分变化•其他密度不均匀因素 二、区域异常与局部异常二、区域异常与局部异常 球体异常与单斜异常的叠加球体异常与单斜异常的叠加 二、区域异常与局部异常二、区域异常与局部异常•区域异常与局部异常的相对性区域异常与局部异常的相对性•区域异常区域异常是叠加异常中的一部分，主要是由是叠加异常中的一部分，主要是由分布较广分布较广的的中、深部地质因素中、深部地质因素所引所引起的重力异常这种异常特征是起的重力异常这种异常特征是异常幅值较大异常幅值较大，，异常范围也较大异常范围也较大，但，但异常水平异常水平梯度小梯度小•局部异常局部异常也是叠加异常中的一部分，主要是指相对区域因素而言范围有限的研也是叠加异常中的一部分，主要是指相对区域因素而言范围有限的研究对象引起的究对象引起的范围和幅度较小范围和幅度较小的异常，但的异常，但异常水平梯度相对较大异常水平梯度相对较大。

由于局部异由于局部异常是从布格异常中去掉区域异常后的剩余部分，故局部异常常是从布格异常中去掉区域异常后的剩余部分，故局部异常也称为剩余异常也称为剩余异常 •区域异常和局部异常是相对而言的区域异常和局部异常是相对而言的 区域异常区域异常场源：大而深的岩体或地质构造场源：大而深的岩体或地质构造异常特征：幅值大、异常范围大、变化平缓异常特征：幅值大、异常范围大、变化平缓局部异常局部异常场源：小而浅的岩体、矿体或地质构造场源：小而浅的岩体、矿体或地质构造异常特征：幅值小、异常范围小、变化大异常特征：幅值小、异常范围小、变化大二、区域异常与局部异常二、区域异常与局部异常三、重力异常的转换处理重力异常的转换处理 •平均场法平均场法•趋势分析法趋势分析法•空间解析延拓法空间解析延拓法•高次导数法高次导数法•归一化总梯度法归一化总梯度法（（1 1）平均场法）平均场法 圆周滑动平均法圆周滑动平均法 方域滑动平均法方域滑动平均法 重力异常的转换处理重力异常的转换处理1、区分区域异常和局部异常、区分区域异常和局部异常（（2）趋势分析法）趋势分析法以一个一定阶次的数学曲面来代表测区内异常变化的以一个一定阶次的数学曲面来代表测区内异常变化的趋势，并以此趋势作为区域场来看待，从布格重力异常中趋势，并以此趋势作为区域场来看待，从布格重力异常中减去这一区域异常，即获得测区内的局部异常。

减去这一区域异常，即获得测区内的局部异常 该方法是选用一个ｍ阶（沿测区ｘ、ｙ方向是一样的）该方法是选用一个ｍ阶（沿测区ｘ、ｙ方向是一样的）多项式来描述全测区的区域异常，ｍ阶多项式的一般形式多项式来描述全测区的区域异常，ｍ阶多项式的一般形式为为重力异常的转换处理重力异常的转换处理1、区分区域异常和局部异常、区分区域异常和局部异常重力异常的转换处理重力异常的转换处理2、空间域解析延拓：、空间域解析延拓： 利用一定的数学原理，将观测平面重力异常值转换为高利用一定的数学原理，将观测平面重力异常值转换为高于（或低于）它的平面上异常值的过程称为向上（或向下）于（或低于）它的平面上异常值的过程称为向上（或向下）延拓 向上向上延拓延拓：将观测平面上的实测异常值，换算到观测平面：将观测平面上的实测异常值，换算到观测平面以上某一高度上的异常以上某一高度上的异常——称为向上延拓目的：消弱局称为向上延拓目的：消弱局部异常，突出深部异常部异常，突出深部异常向下延拓向下延拓：将观测平面上的实测异常值，换算到观测平面：将观测平面上的实测异常值，换算到观测平面以下场源以外的某个深度上以下场源以外的某个深度上——称为向下延拓。

目的：压称为向下延拓目的：压制深部的区域异常，突出浅部物质产生的局部异常制深部的区域异常，突出浅部物质产生的局部异常向上延拓向上延拓向下延拓向下延拓分分析析Ø向上延拓向上延拓：压制浅而小的地质体的局部异：压制浅而小的地质体的局部异常，突出了深部地质体的区域异常；常，突出了深部地质体的区域异常；Ø向下延拓向下延拓：压制深部地质体的区域异常，：压制深部地质体的区域异常，相对突出了浅部地质体的局部异常；相对突出了浅部地质体的局部异常；Ø解析延拓的作用：分离水平方向上多个地解析延拓的作用：分离水平方向上多个地质体的迭加异常质体的迭加异常重力异常的转换处理重力异常的转换处理 3、高次导数法、高次导数法 ：：压制压制深部地质体的区域异常区域异常，，突出了小而浅的地质体的局部异常局部异常；；划分多个相邻地质体的迭加异常迭加异常江苏某铁矿区的江苏某铁矿区的Δg和和Δgzz平面示平面示意图意图 高次导数的优点：高次导数的优点：1）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）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释和分类2）重力异常的导数可以突出浅而小的地质体的异常特征而压制区域性深部）重力异常的导数可以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地质因素的重力效应，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起的叠加异常且导数的次数越高，这种分辨能力就越强3）重力高阶导数可以将几个互相靠近、埋藏深度相差不大的相邻地质体引）重力高阶导数可以将几个互相靠近、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起的叠加异常分离开来第九节第九节 重力异常的地质解释及应用重力异常的地质解释及应用一、重力异常特征的描述一、重力异常特征的描述 •异常的走向及其变化异常的走向及其变化•异常变化的幅度异常变化的幅度•区域性重力梯级带的方向、延伸区域性重力梯级带的方向、延伸长度、平均水平梯度和最大水平长度、平均水平梯度和最大水平梯度值梯度值•局部异常的弯曲和圈闭情况，基局部异常的弯曲和圈闭情况，基本形状，如等轴状、长轴状或狭本形状，如等轴状、长轴状或狭长带状长带状•重力高、低的分布特点重力高、低的分布特点•异常的走向（指长轴方向）及其异常的走向（指长轴方向）及其变化变化•异常的幅值大小及其变化等异常的幅值大小及其变化等•异常曲线上升或下降的规律，异异常曲线上升或下降的规律，异常曲线幅值的大小常曲线幅值的大小•区域异常的大致形态与平均变化区域异常的大致形态与平均变化率率•局部异常极大值或极小值的幅度、局部异常极大值或极小值的幅度、所在位置等。

所在位置等 二、典型局部重力异常的可能解释二、典型局部重力异常的可能解释 1 1）等轴状重力高）等轴状重力高基本特征：基本特征：重力异常等值线圈闭成圆形或接近圆形，重力异常等值线圈闭成圆形或接近圆形，异常值中心部分高，四周低，有极大值点异常值中心部分高，四周低，有极大值点相对应的规则几何形体：相对应的规则几何形体：剩余密度为正值的均匀球体，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铅直圆柱体，水平截面接近正多边形的铅直棱柱体等可能反映的地质因素：可能反映的地质因素：囊状、巢状、透镜体状的致密囊状、巢状、透镜体状的致密金属矿体，如铬铁矿、铁矿、铜矿等；中基性岩浆（密度较金属矿体，如铬铁矿、铁矿、铜矿等；中基性岩浆（密度较高）的侵入体，形成岩株状，穿插在较低密度的岩体或地层高）的侵入体，形成岩株状，穿插在较低密度的岩体或地层中；高密度岩层形成的穹窿、短轴背斜等；松散沉积物下面中；高密度岩层形成的穹窿、短轴背斜等；松散沉积物下面的基岩（密度较高）局部隆起；低密度岩层形成的向斜或凹的基岩（密度较高）局部隆起；低密度岩层形成的向斜或凹陷内充填了高密度的岩体，如砾石等。

陷内充填了高密度的岩体，如砾石等二、典型局部重力异常的可能解释二、典型局部重力异常的可能解释 2 2）等轴状重力低）等轴状重力低基本特征：基本特征：重力异常等值线圈闭成圆形或近于圆形，重力异常等值线圈闭成圆形或近于圆形，异常值中心低，四周高，有极小值点异常值中心低，四周高，有极小值点相对应的规则几何形体：相对应的规则几何形体：剩余密度为负的均匀球体，剩余密度为负的均匀球体，铅直圆柱体，水平截面接近正多边形的铅直棱柱体等铅直圆柱体，水平截面接近正多边形的铅直棱柱体等可能反映的地质因素：可能反映的地质因素：岩丘构造或盆地中岩层加厚的岩丘构造或盆地中岩层加厚的地段；酸性岩浆（密度较低）侵入体，侵入在密度较高的地地段；酸性岩浆（密度较低）侵入体，侵入在密度较高的地层中；高密度岩层形成的短轴向斜；古老岩系地层中存在巨层中；高密度岩层形成的短轴向斜；古老岩系地层中存在巨大的溶洞；新生界松散沉积物的局部加厚地段大的溶洞；新生界松散沉积物的局部加厚地段 二、典型局部重力异常的可能解释二、典型局部重力异常的可能解释 3 3）条带状重力高（重力高带））条带状重力高（重力高带） 基本特征：基本特征：重力异常等值线延伸很大或闭合成条带状，重力异常等值线延伸很大或闭合成条带状，等值线的中心高，两侧低，存在极大值线。

等值线的中心高，两侧低，存在极大值线相对应的规则几何形体：相对应的规则几何形体：剩余密度为正的水平圆柱体、剩余密度为正的水平圆柱体、棱柱体和脉状体等棱柱体和脉状体等可能反映的地质因素：可能反映的地质因素：高密度岩性带或金属矿带；中高密度岩性带或金属矿带；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；高密度岩层形成的长轴背斜、长垣、地下的古潜山带、中；高密度岩层形成的长轴背斜、长垣、地下的古潜山带、地垒等；地下的古河道为高密度的砾石所充填地垒等；地下的古河道为高密度的砾石所充填 二、典型局部重力异常的可能解释二、典型局部重力异常的可能解释 4 4）条带状重力低（重力低带））条带状重力低（重力低带） 基本特征：基本特征：重力异常等值线延伸很大，或闭合成条带重力异常等值线延伸很大，或闭合成条带状，等值线的值中心低，两侧高，存在极小值线状，等值线的值中心低，两侧高，存在极小值线相对应的规则几何形体：相对应的规则几何形体：剩余密度为负的水平圆柱体，剩余密度为负的水平圆柱体，棱柱体和脉状体等棱柱体和脉状体等 可能反映的地质因素：可能反映的地质因素：低密度的岩性带，或非金属矿低密度的岩性带，或非金属矿带；酸性侵入体形成的岩墙或岩脉穿插在较高密度的岩石或带；酸性侵入体形成的岩墙或岩脉穿插在较高密度的岩石或地层中；高密度岩层形成的长轴向斜、地堑等；充填新生界地层中；高密度岩层形成的长轴向斜、地堑等；充填新生界松散沉积物的地下河床。

松散沉积物的地下河床 二、典型局部重力异常的可能解释二、典型局部重力异常的可能解释 5 5）重力梯级带）重力梯级带 基本特征：基本特征：重力异常等值线分布密集，异常值重力异常等值线分布密集，异常值向某个方向单调上升或下降向某个方向单调上升或下降相对应的规则几何形体：相对应的规则几何形体：垂直或倾斜台阶垂直或倾斜台阶 可能反映的地质因素：可能反映的地质因素：垂直或倾斜断层、断裂垂直或倾斜断层、断裂带、破碎带；具有不同密度的岩体的陡直接触带；带、破碎带；具有不同密度的岩体的陡直接触带；地层的拗曲地层的拗曲三、断裂构造在平面等值线图上的识别三、断裂构造在平面等值线图上的识别 线性重力高与重力低之间的过渡带线性重力高与重力低之间的过渡带 异常轴线明显错动的部位异常轴线明显错动的部位 三、断裂构造在平面等值线图上的识别三、断裂构造在平面等值线图上的识别 串珠状异常的两侧或轴部所在位置串珠状异常的两侧或轴部所在位置 两侧异常特征明显不同的分界线两侧异常特征明显不同的分界线 三、断裂构造在平面等值线图上的识别三、断裂构造在平面等值线图上的识别 封闭异常等值线突然变宽、变窄的部位封闭异常等值线突然变宽、变窄的部位 等值线同形扭曲部位等值线同形扭曲部位 重力勘探的应用重力勘探的应用v了解上地幔的密度变化了解上地幔的密度变化v研究地壳深部构造及地壳地活动性研究地壳深部构造及地壳地活动性 v划分大地构造单元（如地台与地槽的界线）划分大地构造单元（如地台与地槽的界线）v圈定具有油气远景的沉积岩内部构造、盐丘及煤圈定具有油气远景的沉积岩内部构造、盐丘及煤田盆地田盆地v寻找金属矿、钾盐寻找金属矿、钾盐v天然地震预报天然地震预报v……p解决地壳的演化和大陆与海洋的形成等地学解决地壳的演化和大陆与海洋的形成等地学基础理论问题基础理论问题p大地构造轮廓的划分大地构造轮廓的划分p天然地震活动性的分析和预报天然地震活动性的分析和预报p火山作用和各种矿产成矿规律等的研究火山作用和各种矿产成矿规律等的研究一、在地壳深部构造研究中的应用一、在地壳深部构造研究中的应用 名称名称 性质性质硅铝层硅铝层硅镁层硅镁层密度（密度（g/cmg/cm2 2) )2.6-2.72.6-2.72.9-3.02.9-3.0P P波速度波速度(km/s)(km/s)5.6-6.05.6-6.06.86.8层厚层厚(km)(km)101015-2015-20别别 称称花岗质层花岗质层玄武岩质层玄武岩质层大陆地壳硅铝层和硅镁层的区别大陆地壳硅铝层和硅镁层的区别主要是确定地壳深部各种物质层之间的密度分主要是确定地壳深部各种物质层之间的密度分界面的起伏。

界面的起伏硅铝层（硅铝层（2g/cm3～～2.7g/cm3)硅镁层（硅镁层（2.8g/cm3～～3g/cm3)上地幔上地幔(>3.3g/cm3)Moho面面康拉德面康拉德面莫霍面和康腊德面的起伏及各层物质密度的莫霍面和康腊德面的起伏及各层物质密度的横向变化横向变化( (包括上地幔内岩性和岩相的变化包括上地幔内岩性和岩相的变化) )等深部因素对重力场背景起着决定性的影响等深部因素对重力场背景起着决定性的影响地壳与地地壳与地幔的密度幔的密度差差>0.3g/cm3硅铝层和硅硅铝层和硅镁层的密度镁层的密度差达差达0.2g/cm31982年中科院应用亚洲大陆地区平均布格重力异常年中科院应用亚洲大陆地区平均布格重力异常的数据，选择均质单层地壳模型，假定莫霍面以上的数据，选择均质单层地壳模型，假定莫霍面以上地壳平均密度为地壳平均密度为2.84g/cm3，，以下的上地幔密度为以下的上地幔密度为3.27g/cm3，，反演得到了亚洲大陆地壳厚度分布图反演得到了亚洲大陆地壳厚度分布图（莫霍面深度图）莫霍面深度图）所得结果与已知的地壳测深剖面和天然地震资料获所得结果与已知的地壳测深剖面和天然地震资料获得的地壳厚度进行了对比，平均误差都小于得的地壳厚度进行了对比，平均误差都小于2km。

根据地壳厚度变化，划分了亚洲大陆地壳构造轮廓，根据地壳厚度变化，划分了亚洲大陆地壳构造轮廓，这一结果与我国大地构造学家划分的中国构造单元这一结果与我国大地构造学家划分的中国构造单元也基本吻合也基本吻合中国大陆地区布格重力异常中国大陆地区布格重力异常华华北北平平原原北北部部莫莫霍霍面面深深度度图图右图是前苏联东部莫右图是前苏联东部莫霍面与构造成矿带的霍面与构造成矿带的对比莫霍面有巨大对比莫霍面有巨大落差的地带恰好与重落差的地带恰好与重要的金属成矿带在位要的金属成矿带在位置上吻合该区位于置上吻合该区位于大洋地壳和大陆地壳大洋地壳和大陆地壳转换带转换带的一个中生代的一个中生代褶皱带中，金矿和铜褶皱带中，金矿和铜矿与较深的地壳有关，矿与较深的地壳有关，而锡矿则与较厚的地而锡矿则与较厚的地壳有关 莫霍面起伏与矿产生成的关系莫霍面起伏与矿产生成的关系 地槽区：地壳上活动性最强，构造复杂的单元，地槽区：地壳上活动性最强，构造复杂的单元，以强烈的褶皱，变质作用和火成岩活动以强烈的褶皱，变质作用和火成岩活动为主要特征为主要特征地台区：比较稳定、刚性较强的均一构造单元，地台区：比较稳定、刚性较强的均一构造单元，沉积相稳定，一般较薄，褶皱作用和火沉积相稳定，一般较薄，褶皱作用和火成岩活动也较弱。

成岩活动也较弱二、在区域地质构造研究中的应用二、在区域地质构造研究中的应用地槽区：地槽区：重力异常呈条带状重力低平行排列，延伸可达数百重力异常呈条带状重力低平行排列，延伸可达数百至数千公里，布格重力异常与地形起伏有镜像关系，即地形至数千公里，布格重力异常与地形起伏有镜像关系，即地形越高，重力异常越低越高，重力异常越低地台区：地台区：布格重力异常变化平缓、稳定、相对幅度变化较小布格重力异常变化平缓、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方向性不明显且因为地壳厚度较薄，平均异常值较地槽高根据重力资料划分地槽区和地台区根据重力资料划分地槽区和地台区 过渡带：过渡带：地槽区和地台区的过渡带，呈现出巨大的重力梯级地槽区和地台区的过渡带，呈现出巨大的重力梯级带，深大断裂的反映带，深大断裂的反映 三、在寻找金属矿与非金属矿中的应用三、在寻找金属矿与非金属矿中的应用 自然界中自然界中大多数金属矿大多数金属矿的密度都比围岩密度大的密度都比围岩密度大某某些非金属矿些非金属矿，如岩盐、煤等，情况恰好相反，它们，如岩盐、煤等，情况恰好相反，它们的密度一般都比围岩密度小得多。

因此，当这些矿的密度一般都比围岩密度小得多因此，当这些矿床具有一定的规模，且埋藏较浅时，能在地面上产床具有一定的规模，且埋藏较浅时，能在地面上产生明显的重力异常生明显的重力异常西藏东巧超基性岩体位于藏北地块南缘，侵入于泥盆系结晶灰西藏东巧超基性岩体位于藏北地块南缘，侵入于泥盆系结晶灰岩和板岩中，上覆侏罗系砂岩、砾岩铬铁矿产于东巧岩体内，岩和板岩中，上覆侏罗系砂岩、砾岩铬铁矿产于东巧岩体内，与围岩界线清楚，密度差达与围岩界线清楚，密度差达1.5g/cm1.5g/cm3 3  1717号矿体西段已出露地表，重力异常最大值为号矿体西段已出露地表，重力异常最大值为6g.u.6g.u.，向东形，向东形态变宽展，推断东段埋藏较深钻探结果在态变宽展，推断东段埋藏较深钻探结果在ZK106ZK106，，108108，，110110，，111111等等4 4孔连续见矿，矿体埋深孔连续见矿，矿体埋深25—60m25—60m，视厚度，视厚度28—40m28—40m1、在寻找金属矿中的应用、在寻找金属矿中的应用1、在寻找金属矿中的应用、在寻找金属矿中的应用吉林省某矿区布格重力异常图（等值线距吉林省某矿区布格重力异常图（等值线距10g.u.；；1-重力异常等值线图；重力异常等值线图；2-重力发现的含铜硫铁重力发现的含铜硫铁矿范围及钻井位置）矿范围及钻井位置）这个实例说明，应用重力资料或重力－这个实例说明，应用重力资料或重力－磁法资料的综合解释，对于寻找在磁铁磁法资料的综合解释，对于寻找在磁铁矿附近无磁性的高密度矿体，效果较好矿附近无磁性的高密度矿体，效果较好 2、在寻找非金属矿中的应用、在寻找非金属矿中的应用某地区岩盐产于白垩，其密度比下伏侏罗、白垩系地层密度某地区岩盐产于白垩，其密度比下伏侏罗、白垩系地层密度低（低（0.42—0.52)g/cm3布格异常为一幅度达布格异常为一幅度达-70g.u.，，近于等轴近于等轴状的重力低。

北侧重力梯度大，推测北侧含盐盆地陡，异常状的重力低北侧重力梯度大，推测北侧含盐盆地陡，异常外围向西南和东南方向突出，反映矿体由中心向四周变薄外围向西南和东南方向突出，反映矿体由中心向四周变薄四、在工程勘察中的应用实例四、在工程勘察中的应用实例国外某发电厂的配电站附近发现了一个直径为国外某发电厂的配电站附近发现了一个直径为2m的洞穴，它延伸到距地面仅的洞穴，它延伸到距地面仅0.6m的范围内由于的范围内由于洞穴会直接影响到配电站的稳定，请查找是否还洞穴会直接影响到配电站的稳定，请查找是否还有类似的洞穴有类似的洞穴五、石油天然气勘探五、石油天然气勘探重力勘探在石油及天然气的普查和勘探阶段具有重要的作用针重力勘探在石油及天然气的普查和勘探阶段具有重要的作用针对油气普查、勘探和开发的不同阶段，重力勘探有如下应用：对油气普查、勘探和开发的不同阶段，重力勘探有如下应用：首先利用小比例尺（首先利用小比例尺（1：：100万万~1：：50万）重力异常图研究区域万）重力异常图研究区域地质构造，划分构造单元，圈定沉积盆地的范围，预测含油、气远景区；地质构造，划分构造单元，圈定沉积盆地的范围，预测含油、气远景区；其次根据中等比例尺（其次根据中等比例尺（1：：20万万~1：：10万）的重力异常图划分沉万）的重力异常图划分沉积盆地内的次一级构造，进一步圈定出有利于油、气藏形成的地段，寻积盆地内的次一级构造，进一步圈定出有利于油、气藏形成的地段，寻找局部构造，如地层构造、古潜山、盐丘、地层尖灭、断层封闭等有利找局部构造，如地层构造、古潜山、盐丘、地层尖灭、断层封闭等有利于油、气藏储藏的地段；于油、气藏储藏的地段；特别是由于重力仪测量精度的提高与数据处理和解释方法的发展，特别是由于重力仪测量精度的提高与数据处理和解释方法的发展，还可利用大比例尺高精度重力测量查明于油、气藏有关的局部构造的细还可利用大比例尺高精度重力测量查明于油、气藏有关的局部构造的细节，直接寻找与油、气藏有关的低密度体，为钻井布置提供依据；在油节，直接寻找与油、气藏有关的低密度体，为钻井布置提供依据；在油气开发过程中，根据重力异常随时间变化，可以监测油气藏的开发过程。

气开发过程中，根据重力异常随时间变化，可以监测油气藏的开发过程 古潜山储油构造古潜山储油构造 断层切割、封闭储油构造断层切割、封闭储油构造 重力勘探在石油勘探及开发中得到了不少新的应用，发挥了越来越大的作用除油重力勘探在石油勘探及开发中得到了不少新的应用，发挥了越来越大的作用除油气田预测及探测外，重力勘探已经用于：气田预测及探测外，重力勘探已经用于：①①油气资源评价；油气资源评价；②②解决不同勘探阶段的解决不同勘探阶段的地质问题；地质问题；③③与地震资料进行联合反演，解决地震解释中的一些难题；与地震资料进行联合反演，解决地震解释中的一些难题；④④解决火山解决火山岩地区的问题；岩地区的问题；⑤⑤估计地震波速度；估计地震波速度；⑥⑥推断油气水平运移方向等推断油气水平运移方向等 石油天然气勘探石油天然气勘探在国外某核动力厂的冷却塔附近进行精密重力测量在国外某核动力厂的冷却塔附近进行精密重力测量。