采矿地球物理理论与技术 第十四章 开采引起的重力场

基于重力场的地球物理反演技术研究地球物理反演是指通过观测地球物理场，利用数理方法和计算模型，推导出地下地质体的物理参数分布和结构特征的过程。

重力场是地球物理学中一种重要的测量物理场，具有广泛的应用价值和研究意义。

利用重力场进行地球物理反演技术研究，可以揭示地球内部的结构和演化过程，为资源勘探、地质灾害预测和环境监测等领域提供重要支持和依据。

一、重力场的基本原理重力场是由地球质量引起的引力场，每个地球质点都会在其周围产生引力。

重力场的强度与质点的质量成正比，与离质点的距离成反比。

通过测量重力加速度，可以间接测量地下质量变化和地质体的物理特征。

二、地球物理反演技术研究方法地球物理反演技术主要包括正问题和逆问题。

正问题是指根据给定的地下模型，计算预测地球物理场的数学模型。

逆问题则是根据实测地球物理场数据，推导出地下模型的过程。

1. 正问题模拟法正问题模拟法是通过数值计算模拟生成地球物理场数据，基于已知地下模型和遥测测点的位置。

根据物理原理，利用有限差分法、有限元法等数值方法，模拟生成重力场数据，对比模拟结果与实测数据，验证数值计算模型的可靠性和准确性。

2. 反问题求解法反问题求解法是利用实测重力场数据，推导出地下模型的物理参数和结构特征。

经过滤波处理和修正，根据反问题的求解方法，如反演算法、统计分布、概率分析等，从实测数据中提取有用的信息，得到地下物质的空间分布和差异性。

三、重力场反演技术在资源勘探中的应用1. 矿产资源勘探重力场反演技术在矿产资源勘探中具有重要的应用价值。

通过测量地球重力场数据，分析地下含矿物质的密度差异，推导出矿床的空间分布和规模。

结合地震、电磁等多种地球物理方法，在矿产勘探中实现多参数联合反演，提高勘探效率和准确性。

2. 油气资源勘探重力场反演技术在油气资源勘探中也有广泛的应用。

通过测量地下岩层的密度变化，推导油气藏的空间分布和容积，为油气勘探提供重要的地质信息。

利用重力数据配合地震数据等其他地球物理数据，实现多参数反演，提高油气勘探的成功率和效益。

重力勘探在石油勘探中的应用重力勘探是一种重要的地球物理勘探方法，它在石油勘探中发挥着重要的作用。

通过测量地球重力场的变化，可以揭示地下构造、岩性、储层性质等信息，为石油勘探和开发提供重要的参考。

本文将探讨重力勘探在石油勘探中的应用。

一、重力勘探原理重力勘探利用地球重力场的变化来推断地下的构造和岩石性质。

地球重力场是指地球表面上任意一点的重力加速度大小和方向。

地表下的不同密度分布会引起地球重力场的变化，从而反映出地下的构造。

重力勘探的关键是通过测量地球重力场的变化来推断地下构造。

在重力勘探中，测量的基本单位是重力加速度的变化量，通常以重力异常值表示。

地下不同密度的岩石会引起重力异常，密度越大的岩石引起的重力异常越大。

二、重力勘探在石油勘探中的应用1. 揭示油气圈闭重力勘探可以揭示油气圈闭的存在和分布情况。

油气圈闭是指地下成藏岩石中形成的油气聚集空间，是石油勘探的关键目标。

由于油气圈闭的密度通常较低，所以在地球重力场中会引起重力异常。

通过重力勘探可以识别出油气圈闭的位置和形态，为油气勘探提供重要线索。

2. 确定构造形态重力勘探可以帮助准确揭示地下的构造形态，包括断层、隆起、坳陷等。

地下构造形态与油气的分布关系密切，通过重力勘探可以分析不同构造形态下的油气聚集规律。

例如，在坳陷区域往往会形成有利的油气聚集条件，重力勘探可以帮助确定坳陷的边界和内部构造。

3. 识别储层性质重力勘探可以帮助识别地下储层的性质，包括厚度、密度和孔隙度等。

储层是油气聚集的重要储存空间，了解储层的性质对勘探和开发具有重要意义。

通过重力勘探可以推断出储层的厚度、密度和孔隙度，为储层评价和开发提供重要依据。

4. 辅助勘探决策重力勘探可以为勘探决策提供重要的辅助信息。

通过分析重力异常的分布规律，可以评价勘探的前景和风险，判断勘探区域的可行性。

重力勘探还可以为选择钻井点位和确定钻探方案提供参考，提高勘探效率和成功率。

三、重力勘探的局限性及发展趋势尽管重力勘探在石油勘探中具有重要的应用价值，但也存在一定的局限性。

重力场与重力勘探1.重力勘探的必要条件是勘探目标与围岩之间必须具有能够引起可观测异常的密度差。

有利条件是这个密度差要比较大, 围岩本身的密度没有明显的变化; 勘探目标的埋藏深度要比较浅; 重力测区内非研究对象引起的重力变化小; 地表地形比较平坦等。

由于重力法依据的是物质之间的密度差异2.重力勘探的必要条件是勘探目标与围岩之间必须具有能够引起可观测异常的密度差。

有利条件是这个密度差要比较大, 围岩本身的密度没有明显的变化; 勘探目标的埋藏深度要比较浅; 重力测区内非研究对象引起的重力变化小; 地表地形比较平坦等。

由于重力法依据的是物质之间的密度差异3.在重力勘探中, 将由于地下岩石、矿物密度分布不均匀所引起的重力变化, 或地质体与围岩密度的差异引起的重力变化, 称为重力异常4.若在大地水准面上的A点进行观测, 令地下岩石的密度均匀分布且都为σ0 时, 其正常重力为gφ。

当A点附近的地下有一个密度为σ的地质体存在, 且其体积为V 时, 这个地质体相对于四周围岩便有一个剩余密度Δσ5.引起重力异常的原因是由地质体的剩余质量所产生的引力在重力方向或者铅垂方向的分量6.重力仪的特点：由两部分构成，静力平衡系统和测读机构组成。

7.零点读数法的优点：扩大了直接测量范围, 减小了仪器的体积, 以相同的灵敏度在各点施测, 读数换算较易于实现线性化等。

8.影响重力仪精度的因素：温度影响、气压影响、电磁力影响、安置状态不一致的影响、零点漂移。

9.重力仪读数随时间而改变的现象称为零点飘移10.重力勘探分类: 区域重力调查; 能源重力勘探; 矿产重力勘探; 水文及工程重力测量; 天然地震重力测量.11.重力异常的精度, 一般用异常的均方误差来衡量, 它包括重力观测值的均方误差和对重力观测值进行校正时各项校正值的均方误差。

12.基点网的作用在于: 控制重力普通点的观测精度, 避免误差的积累; 检查重力仪在某一段工作时间内的零点漂移, 确定零点漂移校正系数; 推算全区重力测点上的相对重力值或绝对重力值。

地球物理勘探技术在煤炭勘探中的应用地球物理勘探技术是一种通过利用地球物理现象和相应的测量方法，对地下物质的性质和分布进行研究的技术手段。

在煤炭勘探中，地球物理勘探技术发挥着重要的作用。

本文将从地震勘探、电磁勘探和重力勘探三个方面，介绍地球物理勘探技术在煤炭勘探中的应用。

一、地震勘探地震勘探是利用地震波在地下的传播特性对地下结构进行勘探的技术手段。

在煤炭勘探中，地震勘探可以用于寻找煤层和判断煤层的分布情况。

通过发送地震波，观测地震波传播的速度和路径，可以得到地下煤层的厚度、构造特征等信息。

例如，在煤炭勘探中，可以利用爆破或震源车辆产生人工地震波，通过地表上的地震仪观测地震波的到达时间和振幅，进而推断地下煤层的存在和分布。

此外，地震勘探还可以通过分析地震波的反射和折射特征，获取煤层的物理参数，如速度、密度等，从而进一步了解煤炭资源的质量和储量。

二、电磁勘探电磁勘探是利用地下物质对电磁场的作用，测量地表电磁场的变化，从而推断地下物质的分布和性质的技术手段。

在煤炭勘探中，电磁勘探可以用于寻找煤层和判断煤层的储量和质量。

例如，通过利用人工电磁场源或自然地磁场的变化，观测接收地表电磁场的变化，可以获得地下煤层的导电性信息。

根据地下煤层的导电性与煤层的含煤量和含水量之间的关系，可以推断煤层的厚度、深度和分布情况。

此外，电磁勘探技术还可以用于检测煤层下的瓦斯赋存情况。

由于瓦斯对电磁场的响应是具有特殊特征的，通过观测地下煤层向上的瓦斯流动对电磁场的干扰，可以推断煤层下的瓦斯赋存情况，为煤炭开采提供重要的依据和指导。

三、重力勘探重力勘探是利用地球重力场的变化来推断地下物质的分布和性质的技术手段。

在煤炭勘探中，重力勘探可以用于寻找煤层和判断煤层的分布情况。

例如，在煤炭勘探中，可以通过在地表上测量地球重力场的变化，推断地下煤层的厚度和分布情况。

由于地下煤层比岩石密度小，所以在地球重力场中会产生一定的异常。

通过测量这种重力异常，可以判断煤层的存在和分布状况。

地球物理相关文献地球物理研究中的重力勘探方法引言：地球物理学是研究地球内部结构、地球物质的物理特性和地球各层之间的相互关系的学科。

而地球物理勘探作为地球物理学的一个分支，是通过测量和分析地球的物理场，来了解地球内部结构和地下资源分布的方法。

本文将重点介绍地球物理勘探中的重力勘探方法。

重力勘探原理：重力勘探是通过测量地球表面的重力场，来推断地下物质的分布和性质。

重力勘探的基本原理是根据万有引力定律来测量地球表面上的重力加速度。

根据牛顿定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

因此，在地球表面上，由于地下不同物质的分布和密度不同，引起的重力场也会有所变化。

重力勘探利用这种重力场的变化来推断地下物质的分布和性质。

重力勘探应用：重力勘探在地球科学研究和资源勘探中有着广泛的应用。

在地质勘探中，重力勘探可以用来识别地下构造的边界和异常，如断裂带、褶皱带等。

在石油勘探中，重力勘探可以用来确定油气藏的边界和储量。

在矿产勘探中，重力勘探可以用来寻找金属矿床、煤炭矿床和地下水资源等。

此外，重力勘探还可以用于地震预测、地质灾害监测和环境地球物理研究等领域。

重力勘探仪器：重力勘探主要使用的仪器是重力仪。

重力仪是一种测量重力加速度的仪器，通常采用弹簧测力计或震荡体测重仪原理。

重力仪测量的是地球表面上的重力加速度，需要进行一系列的校正，如地形校正、大气校正和仪器漂移校正等。

校正后得到的重力数据可以通过数字处理和解释，得到地下物质的分布和性质。

重力勘探数据处理与解释：重力勘探数据处理与解释是重力勘探中的关键步骤。

数据处理包括数据滤波、数据平差和数据反演等过程，旨在去除噪声和提取地下信息。

数据解释则是根据重力异常的形态、大小和分布等特征，来推断地下物质的性质和分布。

在数据解释中，常用的方法有重力异常剖面解释、重力异常异常解释和重力异常反演等。

结论：重力勘探作为地球物理勘探的重要方法之一，具有广泛的应用前景。

一、名词1.正演（问题）：根据地下地质构造的特征、地质体的赋存状态（形状、产状、空间位置）和物性参数来研究相应地球物理场的变化特征。

2.反演（问题）：根据地球物理场的变化特征来推断地下地质构造特征、地质体的赋存状态（形状、产状、空间位置）和物性参数3.重力勘探：通过观测与研究天然重力场的变化规律以查明地质构造和寻找矿产的一种物探方法。

4.零长弹簧：5.零点漂移：在实际观测中，由于重力仪本身的弹性疲劳、温度补偿不完全以及日变等因素的影响，会使读数的零点值随时间而变化，这个变化称为零点位移。

6.重力场强度：在地球上某一位置上单位质量的质点所受到的重力。

7.大地水准面：人们将平均海平面顺势延伸到陆地下所购沉的封闭曲面视为地球的基本面，并称其为大地水准面。

8.重力异常:指地下物体密度分布不均匀引起的重力随空间位置的变化。

在重力勘探中，将由于地下岩石矿物密度分布不均匀所引起的重力变化或地质体与围岩密度的差异引起的重力变化称为重力异常。

9.自由空间重力异常：对所测得的重力异常只做高度和正常场校正。

10.布格重力异常：对所测得的重力异常做高度校正、中间层校正和正常场校正。

11.均衡重力异常：对自由空间异常进行中间层校正、局部地形校正和均衡校正所得。

12.三度体:要求各个方向均为有限量的地质体13.二度体：对于某一方向而言是无限延伸的，要求在这个方向上的埋深、截面形状、大小和物性特点均稳定不变的物体。

14.特征点法：利用实测重力异常曲线的半极值点或具有其他特征的点进行矿体形态和产状的计算成为特征点法。

15.磁法勘探：利用地壳内各种岩（矿）石间磁性差异多引起的磁场变化（称为磁异常）来寻找有用矿产和查明地下地质构造的一种物探方法。

16.磁异常：地壳内各种岩（矿）石间磁性差异引起的磁场变化。

17.磁场强度：单位电荷在磁场中所受到的力。

18.磁感应强度：磁化磁场T与附加磁场T’的合成量称为磁感应强度。

19.磁化率：物体被磁化的难易程度。

采矿地球物理学概论考点采07-4班内部资料往年版本仅供参考1．名称解释（1）P1 地球科学:以整体的地球作为研究对象，包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围，如固体地圈、大气圈、水圈和生物圈等。

（2）P1 采矿地球物理学：采矿科学中的一个新的分支，是利用岩体中自然的或人工激发的物理场来监测岩体的动态变化和揭露已有的地质构造的一门学科。

（3）P57 矿山震动：由于采矿作业引起的岩体内聚集的能量突然动力释放的现象。

（4）P90 岩石的声发射：是岩石的变形与破断，颗粒之间的相位错动，岩石颗粒间摩擦滑动等产生的弹性波。

（5）P103岩石的电磁辐射：是指岩石受载破裂过程中向外辐射电磁能量的过程或现象。

（6）P90 采矿声发射法：就是以脉冲的形式记录弱的、低能量的岩体声发射的弹性波，来监测岩体的动态破坏特征。

（7）P95 激发地音法：是局部较小应力的变化（例如少量炸药的爆炸），将引起受压岩体微裂隙的产生，从而根据地音可确定应力的高低和冲击的危险。

（8）P125重力法：是根据地层中岩石介质质量分布的不均匀性来测量重力异常变化的方法。

（9）P81 声波法：是根据声波在岩体中的传播特性来解决采矿技术问题和地质问题、测定煤岩物理力学参数。

（10）P132采矿电法：是利用岩石中电特性的变化来解决地质、采矿技术、预测预报等方面的问题。

（11）P21 纵波：是在胀缩力的作用下，周围介质只产生体积变化而无旋转运动，质点交替发生膨胀和压缩，质点的振动方向与波的传播方向一致。

（12）P21 横波：是在旋转力的作用下，周围介质只产生转动而体积不发生任何变化，质点间依次发生横向位移，质点的振动方向与波的传播方向垂直（13）P18 地震：是地下某处在极短时间内释放大量能量的结果。

（14）P91 Kaiser记忆效应：对于循环加载，声发射对前一循环的载荷有记忆效果，称为Kaiser效应。

（15）P44 冲击矿压：是压力超过煤岩体的强度极限，聚积在巷道周围煤岩体中的能量突然释放，造成煤岩体振动和破坏，巷道垮落，支架与设备损坏，人员伤亡等的现象。

地球物理学在矿产资源勘探中的应用地球物理学是研究地球内部物理现象及其与地球表面地质关系的一门学科。

在矿产资源勘探中，地球物理学起着至关重要的作用。

通过地球物理勘探技术，可以非常有效地帮助人们找到地下的矿产资源，为资源的开发提供基础数据，本文将介绍地球物理学在矿产资源勘探中的应用。

一、地震勘探地震勘探是地球物理学常见的一种方法，通过地震波在地下的传播以及反射、折射、透射等现象，来研究地下构造和矿产地质情况。

地震勘探的基本原理是利用草图等方式记录地震波在地下的传播路径和能量变化规律，进而推断地下结构和矿产资源的分布。

二、重力勘探重力勘探是利用地球重力场在地表产生的变化来研究地下构造和资源分布的一种方法。

根据地下岩石的密度差异，测量地表重力场的变化，并通过数学模型将数据分析成地质剖面图。

重力勘探可以帮助确定矿产资源的赋存方式、储量分布以及储集条件。

三、电磁法勘探电磁法勘探是利用地下岩石对电磁场的响应来研究地下构造和矿产资源的一种方法。

通过在地表放置电磁探测仪器，测量地下岩石对电磁场的响应情况，可以推断出地下岩石的电导率分布和储集情况，从而帮助确定矿产资源的位置和性质。

四、地热勘探地热勘探是利用地球内部的热流分布来研究地下构造和资源情况的一种方法。

通过在地表安装温度计等仪器，测量地下的热流分布情况，可以推断出地下岩石的热导率和热储存情况，为矿产资源的勘探和开发提供重要的地质信息。

五、磁法勘探磁法勘探是利用地下岩石的磁性差异来研究地下构造和矿产资源的一种方法。

通过在地表放置磁力计等仪器，测量地下岩石对地磁场的响应情况，可以推断出地下岩石的磁性特征和储藏情况，从而帮助确定矿产资源的分布和类型。

综上所述，地球物理学在矿产资源勘探中发挥着重要的作用。

通过地震勘探、重力勘探、电磁法勘探、地热勘探和磁法勘探等多种方法的应用，可以获得地下构造和矿产资源的有关信息，为矿产资源的勘探和开发提供科学依据。

在未来的矿产资源勘探中，地球物理学将继续发挥重要的作用，为人们揭示地下资源的奥秘，推动资源的合理利用和保护。

1．采矿地球物理学中哪些方法属于主动性的，哪些属于被动性的，举例说明。

只被动地接收数据，属于被动方法；主动探测，然后接收数据，属于主动方法。

采矿地球物理学中常用的主动方法有：声波法，雷达法，坑透法，激发声发射法等；被动方法有：采矿微震法，采矿声发射法，电磁辐射法，重力场法，电阻法，红外遥感法等。

2. 简述地球的物理场。

地震场：地球内部能量在瞬间释放时引起的地球快速颤动为地震，地震分布的空间称作地震场。

地磁场：固体地球是一个磁性球体，有自身的磁场。

地磁力线分布的空间称作地磁场。

重力场：地球上某处的重力是该处所受的地心引力与地球自转离心力的合力。

重力分布的空间称作重力场。

温度场：地球内部温度分布的空间称作地球温度场。

3. 简述地球的内部构造。

在地下几十公里的深处，存在着一个地震波速度的间断面，称为莫霍面。

莫霍面以上的介质称为地壳。

从莫霍面到地下2900km深处这一层称之为地幔，分为上地幔和下地幔。

从地幔向下直至地球的中心称为地核，分为外核和内核。

外核和地幔的分界面是另一个速度间断面——古登堡面。

4. 简述采矿地球物理学的基本任务。

采矿地球物理学的基本任务是解决采矿作业的安全性和保证矿井生产的连续性。

主要解决关于开采引起的地质动力现象和瓦斯动力现象（震动、冲击矿压、突出）以及对煤层及周围岩层物理力学参数认识的矿山压力问题，关于煤层连续性的地质问题，如冲刷、侵蚀、尖灭、断层等。

5. 矿山震动现象的特征是什么。

矿山震动是由于采矿作业引起的岩体内聚集的能量突然动力释放的现象，具有如下特征：（1）地震波的震动频率随岩层断裂裂缝尺寸的增加而下降。

（2）地震波的阻尼当震动频率增加时会增大。

（3）随着震动能量的增加，震动数量按对数下降。

矿山震动将引发岩体卸压或冲击矿压。

衡量矿山震动程度的大小是采用单位时间内矿山震动的数量和震动的能量。

是由井巷周围的变形体系确定的。

6. 采矿微震有哪些特点。

采矿微震与大地地震相比，震中浅，强度小，震动频率高，影响范围小。

地球物理学在矿产资源勘探中的应用随着全球人口的不断增长以及人们对生活水平的要求不断提高，矿产资源的需求也在不断增加。

然而，寻找和开发新的矿产资源并不是一件容易的事情，需要借助许多先进的技术手段。

其中，地球物理学是一种被广泛应用于矿产资源勘探的技术。

它通过对地表和地下物理场的扫描和分析，能够获得许多关于地质和矿产资源的信息。

本文将详细介绍地球物理学在矿产资源勘探中的应用。

一、地球物理学的基本原理我们知道，在地球表面或地下存在着各种物理场，比如地磁场、重力场、电磁场、地震波等。

这些物理场在人类的观测范围内都是可测量的，地球物理学利用这些可测量的物理场来研究地球内部的结构和性质，获得地球的相关信息。

地球物理学基于不同的物理场进行研究，主要有以下几种：重力学、磁学、电学、热学和地震学。

这些物理场的测量与研究方法不同，各有优缺点。

一般地，地球物理学是将多种物理场相结合应用于研究地质问题的学科。

二、矿产资源勘探是地球物理学的一个重要应用领域，它的主要目标是寻找可开采的矿产资源（如金、银、铜、铀等），并确定矿藏的容量、品位、形态和空间分布等。

1. 重力法重力法是地球物理学中最常用的勘探方法之一。

它基于地球表面上物体间的万有引力原理以及物体所受引力与其质量和距离的关系。

在矿产资源勘探中，如果矿藏具有一定的密度差异，就会导致局部重力场的变化。

通过测量地面上的重力场变化，可以获得有关矿藏下方的地下结构和密度分布的信息，从而推断矿藏的空间位置和形态。

重力法在勘探中的应用非常广泛，尤其适用于探测深部、大容量矿藏。

目前，重力法已经成为勘探中的重要手段之一。

例如，在中国西南地区的金矿勘探中，重力法被广泛应用，取得了较好的勘探效果。

2. 电法电法是指利用地下电性分布的变化来勘探矿藏的方法。

在电法勘探中，一般采用交流电源，使电流在地下流动，然后在地面上测量地下电位差。

由于地下不同物质导电性的差异，从而导致了不同的电场响应，可以推断出地下的结构。

地球物理勘探方法综述一、重力勘探重力勘探是地球物理勘探方法之一，它主要研究地球表面及其周围空间重力变化现象。

地表及其周围空间重力变化原因之一是由于地球内部各种岩石密度的不同而引起的，而岩石密度不均往往与地下地质构造、矿产分布等地质因素有关。

由于某种地质原因或矿产赋存而引起的重力变化称重力异常。

通过研究重力异常的变化特征，从而得到地下地质构造、岩石分布和矿产赋存的地球物理信息，这就是重力勘探的实质和任务。

1重力勘探的理论基础1.1重力场重力是经典物理学中的基本概念。

当地球表面及其周围空间存在有质量的物体时，就要受到地球质量对它的引力作用，以及地球自转而使它产生的离心力的作用，两者的合力就是这一物体所受的重力。

如图，F表示地球引力，C表示离心力，P表示重力，则P=F+C。

显然，重力场是引力场和离心力场的叠加。

物体所受重力的大小不仅和物体在重力场的位置有关，而且和其质量m小有关。

按照场强定义，重力场强度（P/m）即单位质量所受的重力大小。

重力场强度和重力加速度概念不同，但其数值和量纲完全相同，方向也一致。

地球物理勘探中所谓的重力测量，也就是重力加速度或者重力场强度的测量。

一般的，将地球的大地水准面作为一个理想的椭球面，根据地球的大小，质量、扁度、自转角速度计算出大地水准面上不同位置的重力值，把这种重力值的分布称为正常重力场。

1979年国际地球物理及大地测量学会确定推荐的国际正常重力公式：g0=978032.7（1+0.0053024sin2φ-0.0000075sin22φ）（×10-5m/s2）1.2 重力异常地表重力值是随着地点和时间不同而变化的。

根据地表重力变化来进行地质构造和矿产勘查是重力勘探的基本内容。

影响地表重力变化的因素主要包括：纬度、海拔、地形、地球的潮汐以及地球内部密度不均。

其中地球密度的非均一和各种地质构造、矿产分布有密切联系。

重力的变化我们称之为重力异常，分为绝对重力异常和相对重力异常。