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第四章重力异常的数据处理布格重力异常反映了地壳内部物质密度的不均匀性，即从地表到地下几十公里的地壳深部，只要物质密度横向发生变化，在地下不同的空间和范田内形成剩余质量，就可以引起地表的重力异常。
定性解释侧重于判断引起异常的地质原因，并粗略估计产生异常的地质体的形状、产状及埋深等。
定量解释则是通过理论计算．对地质体的规模、形状、产状及埋深等作出具体解答。
重力异常的推断解释的步骤：①阐明引起异常的地质因素具体地说，就是确定异常是浅部因素还是深部因素引起，是矿体还是构造或其它密度不均匀体(岩性变化、侵入体等)的反映。
——定性解释②划分和处理实测异常重力异常图往往是地表到地球深处所有密度不均匀体产生的异常的叠加图象。
为了获取探测对象产生的异常，需要将它们进行划分。
不同的研究目的提取的异常信息不同，例如，矿产调查要提取队是矿体或没部构造产生的局部异常；而深部重力研究的目标正好相反，需要划分出的是反映地壳深部及上地幔的区域异常。
③确定地质体或地质构造的赋存形态一是根据已知地质体或地质构造的形状、产状及埋深等．研究它们引起的异常的特征，包括异常的形状、幅度、梯度及变化规律等。
二是根据异常的形态及变化规律等，确定地质体或地质构造的形状、产状、埋深及规模等。
前者足由源求场，称为止(演)问题；后者是由场求源，称为反(演)问题。
正问题是反问题的基础，而求解反问题则是定量解择的最终目的。
§4.1 重力异常的主要地质原因一．地壳深部因素莫霍洛维奇面：地壳与上地馒之间存在着一个界西地壳厚度各地不同，大陆平原地区大约20～30km，高山区为40～60km，西藏高原达60km以上，海洋区为10～20km，最薄处仅数公里。
这一界面上下物质密度差达0.3g／cm3以上，界面以上的硅镁层密度为 2.8～3.0g／cm3，硅侣层为2.5～2.7g／cm3，界面以下物质密度为3.3～3.4g／cm3。
该界面的起伏引起地表重力变化的特点是导常分布植围广，幅度变化大。
重力勘探法重力勘探地球物理勘探方法之一。
是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。
它是以牛顿万有引力定律为基础的。
只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器（主要为重力仪和扭秤）找出重力异常。
然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。
重力勘探(gravity prospecting)的历史。
第一个研究和测定重力加速度的是17世纪意大利物理学家伽利略(G.Galileo)。
以后,比较准确地测定重力加速度的方法是利用摆仪。
19世纪末叶,匈牙利物理学家厄缶,L.von发明了扭秤,使重力测量有可能用于地质勘探。
在20世纪30年代﹐由于重力仪的研制成功,重力勘探获得了广泛应用,并且发展了海洋﹑航空和井中重力测量(见海洋地球物理勘探﹑航空地球物理勘探﹑地球物理测井和地下地球物理勘探)。
（1）重力数据的处理和解释野外获得的重力数据要作进一步处理和解释才能解决所提出的地质任务,主要分3个阶段:野外观测数据的处理,并绘制各种重力异常图:重力异常的分解(应用平均法﹑场的变换﹑频率滤波等方法),即从叠加的异常中分出那些用来解决具体地质问题的异常:确定异常体的性质﹑形状﹑产状及其他特徵参数。
解释分为定性的和定量的两个内容,定性解释是根据重力图并与地质资料对比,初步查明重力异常性质和获得有关异常源的信息。
除某些构造外,对一般地质体重力异常的解释可遵循以下的一些原则:极大的正异常说明与围岩比较存在剩馀质量;反之,极小异常是由质量亏损引起的。
靠近质量重心,在地表投影处将观测到最大异常。
最大的水平梯度异常相应于激发体的边界。
延伸异常相应于延伸的异常体,而等轴异常相应于等轴物体在地表的投影。
对称异常曲线说明质量相对于通过极值点的垂直平面是对称分布的;反之,非对称曲线是由于质量非对称分布引起的。
重力勘探在地质构造研究中的应用地质构造研究是地球科学领域的重要研究方向之一，而重力勘探作为一种非常有效的地球物理勘探手段，被广泛运用于地质构造研究中。
本文将介绍重力勘探在地质构造研究中的应用，并重点讨论其原理和方法。
一、重力勘探原理重力勘探是利用地球引力场的变化来推断地下构造和密度分布的一种方法。
根据牛顿引力定律，两个物体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。
地球的密度是不均匀分布的，不同密度的岩石和矿石会对重力场产生微小的扰动。
通过测量地球引力场的变化，可以推断地下构造和岩石密度的分布情况。
二、重力勘探方法重力勘探主要通过测量地表上某一固定点的重力值来研究地下结构。
常见的重力测量仪器是重力仪，它可以测量地表上某一点的重力值，并将其转化为数字信号进行记录。
重力异常是指真实重力场与基准重力场之间的差异，通过分析重力异常的空间分布特征，可以推断地下构造的变化。
三、1. 地壳运动研究地壳运动是指地壳的变形与演化过程，在地质构造研究中具有重要意义。
重力测量可以提供地壳变形的定量信息，通过长期连续的重力观测，可以监测地壳垂直变形的趋势。
通过分析重力场的变化，可以揭示地震活动、火山活动等地质构造运动的特征和规律。
2. 岩石构造研究不同岩石的密度各异，而重力测量可以提供岩石密度的信息。
通过测量岩石的重力异常，可以推断不同岩石体之间的界面位置和形态，进而揭示出地下岩石的空间分布和变形。
这对地质学家探索岩石成因、岩浆作用等问题具有重要帮助。
3. 地质构造探测地质构造是地球上各类地质现象的总称，包括褶皱、断层、断裂等。
重力勘探可以通过测量重力场的异常变化，探测地下的褶皱、断层等构造的存在和分布。
通过与其他地球物理测量数据相结合，可以更全面地研究地质构造现象及其对应的地质事件。
四、重力勘探的局限性和挑战虽然重力勘探在地质构造研究中具有广泛的应用前景，但也存在一些局限性和挑战。
首先，重力测量所得的数据具有一定的噪声和误差，需要进行数据处理和校正，以提高数据的准确性。
重力勘探中的数据处理与解释一、引言地球物理勘探技术是石油勘探开发领域中不可或缺的一部分。
其中，重力勘探技术是最为基础的一项技术，其对于石油勘探具有非常重要的意义。
因此，重力勘探中的数据处理与解释技术显得尤为重要。
二、重力勘探的基本原理重力勘探是通过测量地球上任意一点的重力值、重力异常等参数，推断出地下物质的密度分布及其空间结构及形态特征。
在重力勘探中，最基础的是测量地球重力场的各种参数，例如重力值和重力异常等，进而利用理论方法将测量值转化为密度结构。
重力勘探仪器广泛使用的是重力仪，它利用重力加速度的变化来测量地球的重力值。
三、数据处理1. 数据采集与处理重力勘探的数据采集常用重力仪完成。
在完成数据采集后，首先需要对数据进行处理。
（1）数据质量控制在数据采集过程中，为了保证数据的准确和可靠，需要严格把握每个采样点的质量。
数据采集后，需要进行质量控制，主要包括数据滤波、异常值处理、坏点检测和采样点校正等。
在数据的初步处理之后，为了方便数据的后续分析，需要对处理后的数据进行分类存储。
（2）数据校正重力勘探数据在采集过程中可能由于许多因素引起测量误差，包括仪器的灵敏度、环境因素和采样点高度等。
因此，进行数据处理时需要进行数据校正。
（3）数据分析重力勘探数据处理的最终目的是通过分析数据推断出地下物质的密度结构特征。
对于处理过的数据，需要进行统计分析、测试分析、图像处理等方法对数据进行分析。
2. 数据解释（1）地下构造解释地下构造解释是指将重力勘探数据与其他信息相结合，根据地球物理理论模型推断地下构造情况。
常用的方法包括正演模拟、反演模拟等。
（2）岩性解释岩性解释是指通过对重力勘探数据的解释，归纳出样地所含有的岩性类型和岩性组合，通过这种方法可以预测出石油、煤炭、地下水等目标物质的分布情况。
（3）含油气解释含油气解释是指通过分析重力勘探数据，判断目标地区是否有含油气的可能性和分布范围。
通过重力勘探数据分析，可以对含油气区域的地质构造及沉积等特征提供定量化的模型，从而为油气开发提供技术支持。
9. 重力异常的地质解释及应用重力异常的地质解释，根据重力资料、岩（矿）石物性资料以及地质、地球物理资料，运用重力勘探理论和地质理论，解释推断引起重力异常的地质原因及相应地质体的空间位置和形状。
这是重力勘探的最终目的。
重力勘探的前提条件: (1)勘探目标体与围岩具有明显的密度差异，且密度差异在横向上有变化；（2）密度差异产生的重力异常能够被重力仪测出来；（3）目标体重力异常能从非目标体异常或干扰因素异常中分离出来。
9.1 重力异常解释的一般原则、基本步骤一般原则（1）以地质为依据充分占有地质资料，掌握已有地质规律，建立测区可能有的几种地质模型，指导重力异常的识别和正反演。
（2）以岩石物性为基础岩石物性是地球物理勘探的基础，是联系地质与地球物理场的桥梁，是减小异常反演多解性的重要途径。
把地质规律与岩石物性结合起来就可以建立合理的地质-地球物理模型，作为重力异常解释的初始模型。
需要总结研究区内的岩矿石物性特征和规律。
（3）从面到点、从已知到未知的认识过程从面到点就是从区域地质环境入手，先把握全局，再深入到局部。
即先对异常进行分区和分类，分析研究各区各类异常特征与区域地质环境可能的内在联系，在此基础上，对各区内局部异常的地质因素给出合理解释。
相近的地质条件引起的异常具有相似的特征，应先从已知地质情况着手，找出异常与地质体的对应规律，以此指导类似条件的未知区的异常解释。
利用一口钻井资料（一个点）或一条地震剖面资料（一条线）的解释做控制，或者根据露头区的异常特征推断相邻覆盖区的异常成因。
（4）定性与定量、正演与反演、平面与剖面解释相结合定性与定量解释的结合可以使两者互为补充，逐渐深化；正演和反演相结合，可以不断修改补充原有解释模型，减少反演解释的多解性；平面解释与剖面解释相结合，一方面利用典型剖面的精细解释、控制修正平面解释，另一方面也可以利用平面解释的总体规律指导剖面模型建立。
（5）综合解释为了克服重力异常反演的多解性以及重力勘探应用的局限性，有条件时应尽可能进行综合地质、地球物理解释，以正确确定重力异常的地质原因。
5-1 第五章 重力资料的解释 经过各种校正的重力观测数据在进行必要的数据处理之后、便是局部重力异常(剩余重力异常)，它单一地反映了研究对象产生的重力异常场，通过对重力异常场特征的分析，研究引起异常的地质原因，就是重力异常的解释问题。
定性解释主要是推断引起异常的地质原因，确定异常源的
形态、范围、大致埋藏深度。 定量解释是在定性解释的基础上，对异常源的深度、大小、产状等进行定量计算。
§5.1 重力异常解释的基本概念 重力观测资料 校正、处理→局部异常：单一反映研究对象产生的异常。
一、数学物理解释与地质解释 1、数学物理解释 根据异常分布特征和工区的地球物理条件来确定异常质量的形状、大小、埋深和在地面上的投影位置。有条件时进一步确定异常质量的产状要素、剩余质量等。
2、地质解释 结合工区的地质条件和特点，对质量异常作出地质上的判断。→→说明引起异常的地质原因和对异常作出地质结论。
二、正问题与反问题 为了正确地进行解释推断，就必须了解重力异常与各种地质因素(异常场源)之间的相互关系，包括数量关系。 5-2
1、正问题 根据已知异常源(地质体)的形状、大小、深度、产状和物性，用数学物理方法研究它引起重力异常的分布规律、幅度大小和形态特征等，称为重力异常的正演问题，简称正问题。 解正演问题，一般都把自然界中某些地质休简化为简单几何形体(例如把等轴状的地质体近似地抽象成球休，垂直断层近似为垂直台阶等)，这是为了研究问题方便。当地质体的形状和密度分布比较复杂时，技照场的叠加原理，可把它划分成若干简单形态的地质体，然后计算每一部分的重力异常并把它们累加起来，这样简单几何形体的正演问题也就成了复杂形体正演问题的基础。此外，还往往把密度大致均匀的介质宏观上作为均匀介质来研究。由上述可见，当用某种简单形体的物理模型来代替真实的地质体时，总会产生一定的误差，只不过这种误差不致于影响对重力勘探的要求。
2、反问题 根据重力异常的形态、幅度大小和分布规律等特征，来确定异常源的形状、大小，位置和产状等参数，称为重力异常的反演问题，简称反问题。 目前使用的方法较多，如特征点法，切线法、选择法等。
三、重力反问题的多解性 1、场的等效性：如果不改变包含在引力等位面内物质的总质量，而重新分布其密度，只要使原来的等位面保持形状大小不变，则密度的重新分布与这一等位面和等位面外引力场的分布无关。（不同的物质密度和质量分布可能引起相同的异常场。） 5-3
例如，一个球形矿体，在地表引起的异常决定于它的剩余质量和观测点到球体中心的距离，进行反演计算，不能单独确定它的深度和密度值，从数学上讲，如果保持其剩余质量不变，中心深度也不变．则球体的剩余密度和半径大小可有无穷多个值，但它们产生的异常都是相同的。 2、观测数据总是离散的、有限的：重力测量只能观测到地表的异常值，而不是全部空间的场值；根据片面的场的分布，往往也不能唯一地确定场源的分布情况。 3、实测异常总是包含一定误差。小误差→模型参数大变化。
因此，有必要研究工作地区的地质资料、岩石的密度资料，以及掌握地质规律，从而减少多解性带来的困难。通过对各种资料的综合分析，解反演问题时就可以附加—些条件，以便对反问题的解有某些限制。例如球体的例子，如果密度值确定了，则其半径大小就可以得到唯一解。在有条件的地方，选择有代表性的异常， 5-4
可进行钻探工作加以验证，以提高全区解释的质量。 四、解正演问题的基本公式 地下各种密度异常体在其质量分布区之外引起的重力异常（包括导数异常），都是根据相应的积分公式计算的。在计算中，一般取地面直角坐标系，把地面当成水平面，x轴和y轴位于该平面内，z轴垂直向下，于是地球内部任一密度异常体（如图）
在其外部空间一点A（x,y,z）的引力位为 dVrGrdmGVVV
（1）
式中 dm—密度异常体内部的剩余质量元，dVdm，其坐标为,,； dV—质量元的体积，ddddV；
—剩余密度，把它视为常数；
r—观测点zyxA,,到dm的距离， 5-5
21222zyxr
式（1）在积分号下对被积函数沿z方向求偏导数，即得到该密度异常体在P点产生的重力异常为
Vzyx
dddzGzVg23222
（2）
g跟不同坐标方向求偏导数，还可以得到重力位的高阶导数异常的基本公式。
将式（2）对积分，积分区间由到，便可得到沿y轴方向无限延伸的二度体异常的正演公式，即
ddzxZGg222
（3）
该积分在二度体的整个横截面S上进行。
§5.2 简单规则形体的正、反问题 粗略估计或准确计算地质体的产状要素时，一些规则形体总是起着重要的作用，因为不仅自然界许多地质体可近似作为规则形体看待，而且任何复杂形体部可以分解为许多不同大小的规则形体。 为了简化讨论，我们假设形体孤立存在、密度均匀、地形平坦、所取剖面皆为中心，对于三维体，是指通过其几何中心的剖面，对于二维体，是指垂直于面。所谓中心剖面走向的横剖面。
一、球体（点质量） 自然界中一些等轴状地质体，例如盐丘、矿巢等，都可以近似当作球体来研究。 5-6
ox
zDP(x,0)h
若球的密度大于围岩密度0，则剩余质量M将引起正异常 033
4RM
密度均匀分布的球体可作为剩余质量集中于球心的质点看待，球体在地面某点P产生的附加引力为
2222DyxMGrMGE
(1)
式中r为P点到球心的距离，E的方向由P指向球心。 如将P点选在x轴上，则y＝0，代人(1)式．有
22
DxMGE
(2)
设E与z轴的夹角为，则有
2/322)(cosDxMDGEg
(3)
分析： 1）当x=0时，g求得最大值 ..1067.6222maxugDMDMGg M（吨） D（米）
2）当x→∝时，0g 5-7
球体重力异常剖面曲线是一条以纵轴为对称的曲线。 重力异常等值线平面图，该等值线图由一系列以球心在地面的投影为中心、疏密不等的同心圆组成。在球心附近分布较稀，向外变密，然后又变稀。
3）半幅值点横坐标 Dx766.02/1 (4)
4）当M不变时，埋深D增加，g异常迅速衰减，曲线变缓。
5）导数 5-8
2/522)(3DxxDGMVxz
2/52222)(2DxxDGMVzz
2/72222)(323DxxDGMDVzzz
5-9 二、水平圆柱体 自然界中横截面接近圆形的扁豆状矿体、长轴状背斜、向斜等，都可以当作水平圆柱体看待。沿走向无限延伸的水平圆柱体可视为剩余质显全部集中于其轴线的均匀物质线，无限长水平物质线可视为无穷多个质点(即球体，图中单个圆柱体元相当于一个球体)沿其走向排列而其重力异常应为所有质点的重力异常之和。
ox
zDP(x,0)h
剩余线密度SRDxDGg2222 5-10
222)(4DxxDGVxz
22222)(2DxxDGVzz
32222)(34DxxDDGVzzz
1）当x=0时 5-11
..103.1322maxugDDGg （吨/米） h（米）
2）当x→∝时，0g
重力异常剖面曲线是一条以纵轴为对称的曲线。但在平面图上，g异常等位线是一系列与圆柱体轴向平行而且疏密不一的直线。 3）半幅值点横坐标 Dx2/1 (4)
4）当不变时，埋深D增加，g异常曲线变缓。
三、垂直台阶 断层或不同岩层的接触带都可以作为台阶处理。台阶相当于定向无限延伸的一个无限物质层。
HhxddGg220)(2
hxhHxHhxHxxhHG1-12222tg2tg2ln)(
