1、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, ,CFPFC惯性离心力，惯性离心力，P重力重力G万有引力常数万有引力常数 G=6.6710-11m3/(kgs 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=m2r ，方向垂直自转轴向外。若将地球的质量当成方向垂直自转
2、轴向外。若将地球的质量当成M=5.976M=5.97610102424kg,kg,半半径径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. .赤道上的惯性赤道上的惯性离心力最大离心力最大, ,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1/300.1/300.221rmmGF 而引力而引力 F 服从万有引力定律，即：服从万有引力定律，即：1m2mrFF（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
3、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) ugsm.10/162有时也用有时也用Gal（伽）作为重力单
4、位，与其它单位关系（伽）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： 365211010110 . .110/GalmGalGalmGalg umGalm s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
5、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)=gs2、 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
6、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 取某一定值的取某一定值的水准面与平均海平面重合时，则这个水准面水准面与平均海平面重合时，则这个水准面称为称为“大地水准大地水准面面”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
7、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。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处的正常
8、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：)2sin0.000007-sin005302. 01 (9780300g220+=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：2201(1sinsin 2 )egg2111,84peeggacgc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，
9、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
10、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23g.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
11、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： 0ggg 观g0gg观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
12、变化地表（观测面）大地水准面h3 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g0 =0m=Vg0Fgg = g观观 g0 FcosF观0ggF观4、引起重力异常的条件、引起重力异常的条件 1 2 30 10 20 3=0g0-+（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355Gal 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3.4Gal的异常，该强度的异常仪器不能观测到。）的异常，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
13、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。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。
14、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=（m1m2）/4. 计算标本密度计算标本密度 =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
15、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（2.53.6 g /cm）（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
16、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)也会造成同一岩也会造成同一岩类的密度有较大差异，类的密度有较大差异，同一成分的火成岩密同一成分的火成岩密度，喷出岩小于侵入岩度，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。喷出岩喷出岩 2.52.6 g /cm侵入岩侵入岩 2.72.9 g /cm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
17、（、沉积岩（1.62.7 g /cm）沉积作用与沉积岩沉积作用与沉积岩 3、沉积岩（、沉积岩（1.62.7 g /cm）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) )
18、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（2.62.8 g /cm）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
19、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： 很大，一般大于岩石的平均密度（很大，一般
20、大于岩石的平均密度（2.7 g /cm）非金属矿：其非金属矿：其 小于岩石的平均密度（小于岩石的平均密度（2.7 g /cm）（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 (g /cm )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
21、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 th
22、e force ofgravity in the earth.（一）重力仪分类：（一）重力仪分类：按结构分按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
23、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10-710-9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0.10.11nT1nT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器及野外工作方法仪器及野外工作方法mgmh221
24、gth mlglT2)(0sskmgmmg0s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sCssmkggg)(1212绝对重力测量仪器绝对重力测量仪器 绝对重力测量的简单原理是利用自由落体的运绝对重力测量的简单原理是利用自由落体的运动规律，在固定或移动点上测量时，有单程下落和动规律，在固定或移动点上测量时，有单程下落和上抛下落两种行程。自由落体为一光学棱镜，利用上抛下落两种行程。自由落体为一光学棱镜，利用稳定的氦氖激光束的波长作为迈克尔逊稳定的氦氖激光束的波长作为迈克尔逊(Michelson)干涉仪的光学尺，直接测量空间距离；时间标准是干涉仪的
25、光学尺，直接测量空间距离；时间标准是采用高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标对采用高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标对比。观测时，仍然还有许多干扰因素影响重力值的比。观测时，仍然还有许多干扰因素影响重力值的精确测定，如大地脉动、真空度、落体下落偏摆等精确测定，如大地脉动、真空度、落体下落偏摆等等，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 自由落体在真空中的下落，其质心在时刻自由落体在真空中的下落，其质心在时刻t、t、t相应经过的位置分别为相应经过的位置分别为h、h2、 h3 ，时间间隔为，时间间隔为T、T2 ，经过距离为，经过
26、距离为S、S2，则由自由落体运动方，则由自由落体运动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 2121212()/()SSgTTTT精确测定精确测定S、S是采用迈克尔逊干涉仪的原理，当落是采用迈克尔逊干涉仪的原理，当落体光心在光线方向上移动半波长体光心在光线方向上移动半波长(/2)时，干涉条纹就时，干涉条纹就产生一次明暗变化，显示干涉条纹，下落行程所产生产生一次明暗变化，显示干涉条纹，下落行程所产生的干涉条纹数目直接代表下落距离的干涉条纹数目直接代表下落距离(即即S=N/，N为为干涉条纹数干涉条纹数)。这些干涉信号由光电倍增管接收，转换。这些干涉信号由光电倍增管接收，转换成电
27、信号，放大后与来自石英振荡器的标准频率信号成电信号，放大后与来自石英振荡器的标准频率信号同时送入高精度的电子系统，以便计算时间间隔与干同时送入高精度的电子系统，以便计算时间间隔与干涉条纹数目，从而精确得到涉条纹数目，从而精确得到S、S2、S3、 S4 。 绝对重力测量仪器绝对重力测量仪器2、上抛下落双程观测、上抛下落双程观测 上抛下落对称观测可避免残存空气阻力、时间测上抛下落对称观测可避免残存空气阻力、时间测定、电磁等影响带来的误差，物体被铅垂上抛后，定、电磁等影响带来的误差，物体被铅垂上抛后，其质量中心所走的路程先铅垂向上而后下，其时间其质量中心所走的路程先铅垂向上而后下，其时间与距离的关系
28、如图所示。图中与距离的关系如图所示。图中C和和C、B和和B、A和和A在空间都是一点。从运动学公式可以导出在空间都是一点。从运动学公式可以导出 21228TTSg式中式中T-，B 绝对重力测量仪器绝对重力测量仪器工作原理工作原理相对重力测量仪器相对重力测量仪器)(0SSkmgSCSSmkggg)(1212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个恒定的质量一个恒定的质量 m 在重力场内在重力场内的重量随的重量随 g 的变化
29、而变化，如的变化而变化，如果用另外一种力（弹力、电磁果用另外一种力（弹力、电磁力等）来平衡这种重量或重力力等）来平衡这种重量或重力矩的变化，则通过对该物体平矩的变化，则通过对该物体平衡状态的观测，就有可能测量衡状态的观测，就有可能测量出两点间的重力差值。出两点间的重力差值。工作原理oooo摆杆mg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
30、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，轻拿轻放影响重力仪精度的因素影响重力仪精度的因素 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 重力仪重力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
31、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。 CG-5CG-5型重力型重力仪仪 仪器型号仪器型号指标指标Worlden(美国美国Texsas公司公司)CG-2(加拿大加拿大Scintr
32、ex公司公司)ZSM-V(国产国产)主型主型勘探型勘探型测量范围（测量范围（g.u.）*30000300005000050000精度（精度（g.u.）0.10.10.3格值变化格值变化1/10001/10001/1000 Gh当台阶面向台阶内侧倾斜时：当台阶面向台阶内侧倾斜时：g(0) GhhG2hGh3、断层的重力异常理论曲线、断层的重力异常理论曲线规则形体的正、反演问题规则形体的正、反演问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则形体的正、反演问题规则形体的正、反演问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
33、 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h 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) )等等深部因素对重力场背景起着决定性的影响。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/cm31982年中科院应用亚洲大陆地区平均布格重力异年中科院应用亚洲大陆地区平均布格重力异常的数据
34、，选择均质单层地壳模型，假定莫霍面常的数据，选择均质单层地壳模型，假定莫霍面以上地壳平均密度为以上地壳平均密度为2.84g/cm3，以下的上地幔密，以下的上地幔密度为度为3.27g/cm3，反演得到了亚洲大陆地壳厚度分，反演得到了亚洲大陆地壳厚度分布图（莫霍面深度图）。布图（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，平均误差都小于获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廓，这一结
35、果与我国大地构造学家划分的中国构造单元也基本吻合。造单元也基本吻合。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北平原北部莫霍面深度图华北平原北部莫霍面深度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。壳有关。 莫霍面起伏与矿产生
36、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
37、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
38、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
39、清楚，密度差达与围岩界线清楚，密度差达1.5g/cm1.5g/cm3 3。 17 17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252560m60m，视厚度，视厚度282840m40m1、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
40、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矿重力发现的含铜硫铁矿范围及钻井位置）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（0.420.52)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
41、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
42、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
43、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
44、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：油气资源评价；油气资源评价；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；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；解决火山解决火山岩地区的问题；岩地区的问题；估计地震波速度；估计地震波速度；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
