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重力勘探一重力勘探的理论基础重力勘探（gravity exploration\prospecting）是以地壳中不同岩（矿）石之间的密度差异为基础，通过观测和研究天然重力场的变化规律，以查明地质构造和寻找有用矿产的物探方法。
地球的重力场是一种天然力场。
组成地壳的各种岩(矿)石之间具有密度差异,这种差异会使地球的重力场发生局部变化, 从而引起地球重力异常。
当我们在某一地区进行观测并发现重力异常时,对异常进行分析计算,就能推断引起该重力异常的地下物质分布情况,从而达到地质勘查的目的应用领域：可以研究区域和深部地质构造，也可以研究局部地质异常体。
在石油勘探中主要用于探查与油气生成、运移和聚集有关的各种地质构造，如沉积盆地的基底起伏，盖层内部的构造形态，盐丘、侵入体等局部地质现象，也可以直接研究油气藏。
重力勘探的发展：重力勘探的前身是研究地球形状的重力测量学。
人们对于重力现象的认识过程经历了两次飞跃。
1、古希腊的伟大学者亚里士多德（Aristotel,公元前384～公元前322年）曾提出：运动物体的下落时间与其重量成比例。
直到16世纪才被伽利略（G.Galileo,1564～1642年）所否定。
他从大量的实验中总结出：物体坠落的路径与它经历的时间的平方成正比，而与物体自身的重量无关。
这是人类第一次对重力现象有了科学的认识。
1687年牛顿（1643-1723）在《自然哲学的数学原理》一书中正确阐明了这一现象，从此用g来研究地球重力就正式开始了。
2、里歇（J.Richer,1630～1690年）在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观测时发现重力加速度在各地并非恒值，这一消息被牛顿（I.Newton,1642～1727年）和惠更斯（C.Huygens,1629～1695年）得知后，两人不谋而合地指出：这种现象与他们认为地球是旋转的扁球体的推论相符。
从而在理论上阐明了地球重力场变化的基本规律，使人类对重力现象的实质认识上升到一个新的高度，同时也为至今用重力测量来研究地球形状奠定了基础。
现代地质学研究中的重力勘探方法地质学作为一门研究地球构造和内部现象的学科，采用了多种研究方法来揭示地球的奥秘。
其中，重力勘探方法在现代地质学研究中发挥着重要的作用。
本文将从理论基础、应用领域和技术发展等方面进行探讨。
重力勘探方法基于“重力场”的理论基础。
地球上的重力场是指地表或地壳内物体由于引力作用所产生的一种物理现象。
根据牛顿的万有引力定律，地球上任何两个物体之间都存在引力。
而物质的分布情况会影响重力场的强弱和方向。
重力勘探方法就是通过测量和分析重力场的变化，来推断地下的物质分布情况和地形特征。
重力勘探方法的应用领域十分广泛。
它不仅可用于地质勘查、矿产资源开发等领域，还可以应用于环境地质调查、地下水资源勘探等实际问题中。
例如，在矿产资源开发中，重力勘探方法可以帮助矿产勘探人员确定矿体的形态和分布，有助于合理规划矿产开发工作。
在环境地质调查中，重力勘探方法可以用来探测地层的厚度和构造特征，有助于评估地下水资源的储量和分布情况。
重力勘探方法在技术发展方面也取得了显著的进展。
过去，人们主要依靠精密重力仪进行测量，但这种仪器较为笨重且操作复杂。
近年来，随着技术的不断进步，采用无人机搭载重力传感器进行测量成为了一种新的方法。
这种方法具有灵活性强、测量效率高的特点，使得重力勘探更加便捷和高效。
然而，重力勘探方法仍然存在一些局限性。
首先，由于地壳中的岩石密度和物质分布的复杂性，解释重力场数据需要考虑多种因素的综合作用，如地壳的厚度、岩石的密度等。
因此，需要建立精确可靠的地质模型来进一步分析和解释测量数据。
此外，运用重力勘探方法需要专业的设备和人员，成本较高。
因此，在实际应用中需要权衡成本与效益。
总的来说，重力勘探方法在现代地质学研究中具有重要地位和作用。
它通过测量和分析重力场的变化，为地质学研究提供了一种有效的手段。
基于重力勘探方法的研究成果，可以为人们提供有关地球内部结构和地质现象的重要信息，有助于提升地质资源开发的效率和质量。
第三章重力勘探工作方法重力勘探得全部工作过程包括:1）根据地质任务与收集有关得地质、物探资料,现场勘察进行工作设计;2）按照设计要求进行野外测量,即采集原始重力数据资料并进行计算整理与绘制各种图件;3）处理解释,编制报告,得出地质结论。
明确施工地区得地质任务之后,有必要收集本区及相邻地区得地质与地球物理资料,熟悉当地得自然地理条件,对重力勘探得可行性进行研究,弄清楚进行重力工作得有利因素与不利条件。
如探测对象得剩余质量能否在地表产生足够被仪器感觉到得异常等,如果无可靠资料,则应进行试验工作。
对一些干扰因素,如恶劣得地表条件等,也应采取措施消除影响。
§3、1 野外工作技术一、工作比例尺与测网得选择工作比例尺一般就是根据地质任务、探测对象得大小及异常得特点来确定得。
工作越详细,要求比例尺越大,单位面积内得测点就越多,对重力异常得研究详细程度就越高。
通常在煤田得普查勘探中,采用比例尺较小,目得就是圈定煤田边界、含煤盆地内较大断裂构造与煤系地层基底得起伏等。
在详查与精查勘探中比例尺较大,可从1:10000～1:500,目得就是详细研究工作地区得重力场分布规律与特点,进而确定局部地质构造,或岩矿体得位置、产状与其范围大小等问题。
重力测量得方式常采用剖面测量与面积测量。
面积测量就是基本工作方式,即在工作地区得地面上按照一定得距离布置若干测线,每条测线上又按一定距离布置若干测点,这些测线与测点得纵横连线构成重力测网。
测网得每个结点都就是重力测点;测网结点得密度称为测网密度。
测网得形状与密度就是根据地质任务与工作比例尺确定得。
测线方向尽可能垂直勘探对象得走向方向,如无明显走向,应采取正方形测网。
测网得密度应保证在相应比例尺得图上每平方厘米有1～3个测点,在异常地段可根据需要加密测点。
二、重力测量得精度重力测量得观测精度就是检验观测质量得重要标志,又就是决定技术措施、经济计划得重要指标。
对精度得要求应保证地质任务得需要,即能够反映出探测对象引起得最小异常。
通常,就是以观测误差来表示精度得。
观测误差越小,精度越高。
观测精度得计算方法就是要对测点进行检查观测,检查工作量就是总工作量得10％左右,也就就是对均匀分布于施工地区得10％左右测点进行重复观测,最后计算出均方根误差作为重力测量得精度。
均方根误差得计算公式为式中——第i个检查点得原始观测值与检查观测值两者得平均值与原始观测值(或检查观测值)之差;n——检查点数;m——为所有检查点总得观测次数;一般要求ε小于探测对象引起得最大异常得1／3～1／4。
要查明异常得细节时,还应有更高得精度要求。
三、基点与基点网总基点与基点,它们就是经过高精度重力观测得点。
总基点就是用来作为相对重力测量得起算点。
进行面积测量时,还设立若干基点,这些基点均匀分布于测区内与总基点一起构成基点网。
基点网得作用就是:检查重力仪在工作过程中得零位移情况,确定零位移校正系数;控制普通观测点得精度,减少积累误差;随时检查仪器得工作状态。
如果工作区面积不大,可不设基点网,只要有一个基点作为重力测量得起算点即可,并采取适当得工作方法,利用基点检查仪器工作状态与确定零位移校正系数。
总基点(或不设基点网得基点)应选择在交通方便、标志明显得非异常地域上,作为相对重力测量得正常重力场。
要求:①精度比普通测点高出1倍以上。
②平差为零四、野外观测方法进行重力测量时,要从基点开始,然后逐个进行普通点观测,最后在某一基点结束观测。
零位移线性得标准就是两基点间零位移得直线连线与该树点之间实际零位移曲线得最大差值应小于观测均方根误差ε。
1）读数:普通点读2～3个数,取平均。
2）在规定时间内起止于基点3）小测区可只有一个基点4）记录:24小时制,分钟为单位五、仪器试验工作1）静态试验2）动态试验3）一致性试验4）格值得标定六、测地工作①测点位置坐标②高程(精度要求高)§3、2 重力资料得初步整理一、目得求得消除仪器零点漂移之后各测点相对于基点得相对重力值。
二、零位移校正方法例如,设从基点A开始进行观测,经过一段时间后于基点B结束观测(图6、1-2),在A、B两点获得重力差值,观测时刻分别为t A、t B,但两基点得重力差就是已知得,并且就是高精度得。
如果在这段时间内零位移就是线性得,则该时间内得零位移系数为如果没有设立基点网,只有一个基点,则只能利用一个基点来计算零位移系数。
从基点开始观测,经过一段时间再返回该基点观测,基点两次观测值之差为,经过了时间,则零位移系数为第i点得零位移校正值为式中——i点观测时刻与开始在基点观测时刻之差。
§3、3 重力资料得校正地面上任一点得重力值都由该点所在纬度、周围地形、固体潮及岩(矿)石得密度变化等因素决定。
其中固体潮得影响很小,一般可忽略不计;纬度变化得影响较大,可达500000 g、u、,约为重力平均值(9800000g、u、)得0、5％;地形高差影响次之,可达1000 g、u、。
相对于这两种干扰而言,重力异常就是十分微弱得。
例如,储油构造得重力异常不超过100g、u、,仅为重力平均值得0、001％,金属矿得重力异常更小,不超过10 g、u、,可见要从强干扰中提取如此微弱得异常,高精度地进行各项校正具有何等重大得意义。
一、地形校正地形起伏往往使得测点周围得物质不能处于同一水准面内,对实测重力异常造成了严重得干扰,因此必须通过地形校正予以消除。
其办法就是:除去测点所在水准面(图6、3-1中MN)以上得多余物质,并将水准面以下空缺得部分用物质填补起来。
由图6、3-1可见,测点O所在水准面以上得正地形部分,多余物质产生得引力得垂直分量就是向上得,引起仪器读数减小。
负地形部分相对该水准面缺少一部分物质,空缺物质产生得引力可以认为就是负值,其垂直分量也就是向上得,亦使仪器读数减少。
可见,测点周围地形不论就是而于测点还就是低于测点,都造成重力测量结果比地形平坦时小。
由此,地形校正值总就是正值。
实际工作中,地形校正按以下步骤进行:首先,在详细得地形图上,用量板将测点周围得地形划分成许多扇形小块。
然后分别计算这些小块在该点产生得重力值并相加,就获得了该点得重力校正值。
现已经在计算机上实现了按照测网进行得地形校正,从而使校正精度大为提高。
二、中间层校正地形校正之后,测点所在平面与重力测量起算点所在基准面之间存在有水平中间层质量,要消除这部分质量对测点得影响,需要进行中间层校正,校正后就相当于测点与基准面之间无质运存在。
中间层可当作一个厚度为(单位为m),密度为得无限大水平均匀物质面。
由于地壳内物质每增厚1m,重力增加约0、419、g、u、,故中间层校正值为(3-1) 当测点高于大地水准面或基准面时,取正,反之取负。
我国与世界大多数国家都取中间层密度值为2、678g／cm3。
图3-2 中间层校正原理用3-3 高度校正原理三、自由空间(高度)校正经过上述两项校正后,测点与大地水准面或基准面间还存在一高程差(图3-3),为消除这个高程差对实测值得影响,必须进行高度校正。
将地球当作密度呈均匀同心层分布得旋转椭球体时,地面每升高1m重力减少3、086g、u、,所以高度校正值为(g.u.) (3-2)测点高于大地水准面或基准面时,取正,反之取负。
高度校正与中间层校正都与测点高程有关,因此常把这两项合并起来,统称为布格校正,以表示,则(g.u.) (3-3)应当指出,上述三项校正都就是在将地球作为密度均匀体得条件下导出得。
实际上,地表实测重力值总就是密度均匀体与造成局部范围密度不均匀得地质体(简称密度不均匀体,如构造,岩、矿“体等)得综合影响。
上述校正仅消除了起伏地形上各测点与大地水准面或基准面间密度均匀体对实测重力值得影响,并没有消除密度不均匀体得影响。
因此,对校正后仅由密度不均匀体引起得异常而言,各测点仍在起伏得自然表面上。
(四) 正常场校正在大面积测量中,各测点得正常场校正值可直接由正常重力公式(6、1-7)计算。
小面积重力测量不用上述绝对校正方法,而只作正常场得相对校正(纬度校正)。
当测点与总基点不在同一纬度时,测点重力值包括了总基点与测点间得正常重力差值,这时正常场校正值按下式计算(g.u.) (3-4)式中为测区得平均纬度,D为测点与总基点得纬向(南北向)距离,单位为km。
在北半球,当测点位于总基点以北时,D为正,反之为负。
布格异常:经过地形校正、布格校正与正常场校正后得重力异常。
分为两种:①小面积测景(如局部地质调查或矿产评价)获得得相对布格异常,其计算公式为(3-5) 式中为测点得重力观测值,为总基点得重力值。
②大面积测量(如地壳及上地幔探测、区域地质调查或大范围油气普查)中获得得绝对布格异常。
绝对布格异常仅由地壳密度分布不均匀引起,其表达式为(3-6) 式中为测点所在纬度得正常重力值。
§3、4 重力异常图得到各测点得重力异常之后,为了形象地显示重力异常得全貌,便于解释推断引起异常得地质原因,总就是把重力异常用各种图件表示出来,这些图件称为重力异常图。
通常主要绘制得异常图有以下三种:1.重力异常平面等值线图重力异常平面图得绘制方法与地形等高线得绘制方法类似,就是按照设计要求得比例尺,把测点得坐标位置全部标在图上,然后注明每一点得重力异常值,再按一定得异常值线距用线性内插得方法把异常使相同得点连起来。
等值线一般都取整数,等值间距—般不小于异常均方误差得2～3倍。
等值线得勾制方法与地形等高线得勾制方法相似。
重力异常平面图表示了全区重力异常得平面分布特征及变化规律。
图件反映了测区内重力异常得位置、特征、走向及分布范围。
2.重力异常剖面图此图就是进行异常定性与定量解释得基本图件。
其作法就是:以测量剖面为横轴,按工作比例尺将测点分布在横轴上,并按适当比例尺在纵轴上标记重力值,然后将各测点得重力值用点标在图上.并用折线将它们连接起来。
3.重力异常剖面平面图其作法就是:将测区内各测线按工作比例尺与实际位置绘在图上,并按一定比例尺绘出各测线得重力异常剖面曲线。
这类图件常用于大比例尺重力测量中,可对比各剖面异常得平面分布特征,了解测区内重力异常得全貌,较清楚地展示异常得走向与细节变化。
