1、一、重力测量仪器一、重力测量仪器（一）、重力仪分类（一）、重力仪分类第二节第二节 重力仪及工作方法重力仪及工作方法u地球表面上任何一点的重力值都可以用重力仪地球表面上任何一点的重力值都可以用重力仪实际测量出来。实际测量出来。u如果测出来的是该测点的重力绝对数值，则称如果测出来的是该测点的重力绝对数值，则称其为其为绝对重力测量绝对重力测量；如果测定出来的是该点与；如果测定出来的是该点与另点间的重力差值，则称为另点间的重力差值，则称为相对重力测量相对重力测量。u在建立高级别的在建立高级别的基准观测站基准观测站或进行或进行地震监测地震监测等等工作时多采用工作时多采用绝对重力测量绝对重力测量。在。在找
2、矿勘探找矿勘探和和地地质研究工作质研究工作以及以及建筑工程项目建筑工程项目中多采用中多采用相对重相对重力测量力测量。l测定测定绝对重力值绝对重力值的方法称为的方法称为动力法动力法；测定；测定相对重相对重力值力值的方法称为的方法称为静力法静力法。l动力法：动力法：通过观测物体在重力作用下的运动状态通过观测物体在重力作用下的运动状态(路程和时间路程和时间)来测定重力值。如利用物体的自由来测定重力值。如利用物体的自由下落或上抛运动，或利用摆的自由摆动。仪器称下落或上抛运动，或利用摆的自由摆动。仪器称为为绝对重力仪绝对重力仪。l静力法：静力法：通过观测物体在重力作用下静力平衡位通过观测物体在重力作用下
3、静力平衡位置的变化来测定两点间的重力差值。如观测负荷置的变化来测定两点间的重力差值。如观测负荷弹簧的伸长量弹簧的伸长量(线位移系统线位移系统)或摆杆的偏移角度或摆杆的偏移角度(角角位移系统位移系统)。按静力法原理设计的仪器只能测定两。按静力法原理设计的仪器只能测定两点间的重力差值，称为点间的重力差值，称为相对重力仪相对重力仪。（二）、相关指标（二）、相关指标 重力勘探要求能测量出重力场的微弱变化，重力勘探要求能测量出重力场的微弱变化，(1(110)g.u10)g.u甚至更小，因此要求重力仪具有高灵敏度、甚至更小，因此要求重力仪具有高灵敏度、高精度、轻便化、数字化和自动化等性能。高精度、轻便化、
4、数字化和自动化等性能。1 1、重力仪的灵敏度、重力仪的灵敏度 灵敏度：灵敏度：指仪器能够感觉出的场强度的最小变化。指仪器能够感觉出的场强度的最小变化。显示灵敏度显示灵敏度(亦称读数分辨率亦称读数分辨率)：指在读数装置上估指在读数装置上估计出的最小可辨读数。对无数字显示的仪器，如计出的最小可辨读数。对无数字显示的仪器，如ZSMZSM型石英弹簧重力仪为型石英弹簧重力仪为0.10.1格；对数字显示的仪格；对数字显示的仪器来说，即最末一位数字代表的场值，如器来说，即最末一位数字代表的场值，如CG-3CG-3型型石英弹簧重力仪为石英弹簧重力仪为0.01g.u.0.01g.u.。两个概念的区别：两个概念的
5、区别：显示灵敏度包括有一定的显示灵敏度包括有一定的随机随机误差误差，而灵敏度是某种仪器对一定强度的重力场，而灵敏度是某种仪器对一定强度的重力场感知的感知的标定量标定量。2 2、重力仪的精度、重力仪的精度 精度精度：是衡量：是衡量野外观测质量野外观测质量的重要指标，也是决定的重要指标，也是决定技术技术措施措施、工作效率工作效率和和成本成本的重要指标；反映的重要指标；反映测量结果测量结果与与真真实值实值接近程度的量，与误差大小相对应；应根据接近程度的量，与误差大小相对应；应根据地质任地质任务务和和工作比例尺工作比例尺来确定。来确定。精度可分为：精度可分为：准确度：准确度：描述系统误差影响程度的量。
6、描述系统误差影响程度的量。精密度：精密度：描述偶然误差影响程度的量。描述偶然误差影响程度的量。精确度：精确度：描述系统误差和偶然误差综合影响程度的量。描述系统误差和偶然误差综合影响程度的量。在重力勘探中，后两者笼统地称为精度。在重力勘探中，后两者笼统地称为精度。注意：注意：仪器的灵敏度与精度不能混淆。一台仪器仪器的灵敏度与精度不能混淆。一台仪器的精度很高，则它的灵敏度自然很高，而一台仪的精度很高，则它的灵敏度自然很高，而一台仪器的灵敏度很高，精度不一定很高。器的灵敏度很高，精度不一定很高。3、其他要求：、其他要求：体积小、重量轻、操作方便体积小、重量轻、操作方便二、重力测量的基本原理二、重力测
7、量的基本原理 重力勘探采用的是相对值的测定。重力勘探采用的是相对值的测定。基本原理是：基本原理是：通过测定某种静力平衡体系在重通过测定某种静力平衡体系在重力作用改变时产生的位移来确定重力的相对变力作用改变时产生的位移来确定重力的相对变化。即总基准点与测点之间的重力差值。化。即总基准点与测点之间的重力差值。世界公认的总基准点位于德国波茨坦，称为世界公认的总基准点位于德国波茨坦，称为波波茨坦重力基点，（茨坦重力基点，（19061906年）年）。其重力值为其重力值为 g=9812742.0+30g.u.g=9812742.0+30g.u.基本原理：基本原理：A A点：点：B B点：点：两式相减得到：
8、两式相减得到：C：是仪器常数，与弹簧性能、重荷质量有关。C的物理意义：表示重荷移动单位长度时相应的重力值的变化，称为重力仪的格值。测定格值的方法：用已知的重力变化g来观测重来观测重荷移动后弹簧长度的相应变化荷移动后弹簧长度的相应变化l，即：，即：已知格值，通过测量已知格值，通过测量l可以确定任意测点间的重可以确定任意测点间的重力力g。三、野外工作方法三、野外工作方法（一）工作任务（一）工作任务 1 1、重力预查、重力预查 在重力工作的在重力工作的空白区空白区进行进行大范围大范围、小比例小比例尺尺的重力测量。的重力测量。目的目的：大地构造的基本轮廓资料。：大地构造的基本轮廓资料。2 2、重力普查
9、、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开展的重力测量。量。目的目的：划分区域地质构造、圈定岩体及储：划分区域地质构造、圈定岩体及储油构造、比较确切的指示成矿远景区油构造、比较确切的指示成矿远景区 3、重力详查、重力详查 在在成矿远景区成矿远景区或或成矿有利地段成矿有利地段进行重力测进行重力测量。量。目的目的：详细研究工作区重力异常的规律和：详细研究工作区重力异常的规律和特点，寻找局部构造和岩、矿体。特点，寻找局部构造和岩、矿体。4 4、重力细测、重力细测 在在已发现的储油已发现的储油、气构造气构造、煤盆地煤盆地及及成矿成矿有利的岩、矿体上有利的岩、矿体上进行的
10、重力测量。进行的重力测量。目的目的：构造、岩体、矿体的形态和产状。：构造、岩体、矿体的形态和产状。（二）工作比例尺（二）工作比例尺n比例尺反应了重力测量工作的详细程度，取决比例尺反应了重力测量工作的详细程度，取决于两相邻测线间的距离。于两相邻测线间的距离。n比例尺愈大，单位面积内的测点数越多，对重比例尺愈大，单位面积内的测点数越多，对重力异常的研究愈详细。力异常的研究愈详细。n比例尺应该与工作任务相适应。比例尺应该与工作任务相适应。重力野外测定第一步：建立重力基点重力基点的作用：1、工区内重力异常的起算点；2、检查仪器的零点漂移，确定零点漂移校正系数。（三）观测方法（三）观测方法 第二步：建立
11、测网。第二步：建立测网。测网是由相互测网是由相互平行的等间距的测线和在测线上分布的平行的等间距的测线和在测线上分布的等间距的测点组成。等间距的测点组成。1 1、普通观测、普通观测 （1 1）、闭合于同一基点的观测）、闭合于同一基点的观测 当仪器的零点变化和时间成比例或测当仪器的零点变化和时间成比例或测区比较小的情况下采用。区比较小的情况下采用。观测方法观测时间分别为在基点后先两次观测值分别为在基点后先两次式中：GGGGGGGGttggttggK,对任一测点，其观测时间为ti，则该点的校正值为：iiGgK tt 由于弹性形变一般是随着时间而伸长，因而上式取负号 闭合于同一基点的观测系统（2 2）
12、、多点重复观测）、多点重复观测 当重力仪的零点变化不够规律或要进行高精当重力仪的零点变化不够规律或要进行高精度重力测量时，可采用多点重复观测。度重力测量时，可采用多点重复观测。、双程往返重复观测法：、双程往返重复观测法：从某一点出发，观测一从某一点出发，观测一定量的测点以后，再沿原路返回。在返回过程中，定量的测点以后，再沿原路返回。在返回过程中，对观测过的点进行部分或全部重复。对观测过的点进行部分或全部重复。三程双次观测法三程双次观测法 1 1，4 4，8 8，1111四点为重复观测点，其他均四点为重复观测点，其他均为单次观测点，在厘米方格纸上用为单次观测点，在厘米方格纸上用g g为纵坐标，为
13、纵坐标，t t为横坐标，按照一定的比例把重复观测点点为横坐标，按照一定的比例把重复观测点点在图上。然后用直线把相同的点连起来，再以在图上。然后用直线把相同的点连起来，再以第一点为标准，将其他各线依次平移，让各线第一点为标准，将其他各线依次平移，让各线的起点落在它前一条线上。最后将平移后的各的起点落在它前一条线上。最后将平移后的各线的端点用圆滑曲线连接起来，即为仪器零点线的端点用圆滑曲线连接起来，即为仪器零点位移曲线。位移曲线。2 2、重力基点网观测、重力基点网观测 由上所述，因为要进行重复点观测，从而效率不高，由上所述，因为要进行重复点观测，从而效率不高，并且为了减少累积误差，重复时间应愈短愈
14、好，可见并且为了减少累积误差，重复时间应愈短愈好，可见效率就要更低。为此在区域重力观测前，都必须先进效率就要更低。为此在区域重力观测前，都必须先进行行重力基点网的观测重力基点网的观测。显然，对基点网的观测，其精。显然，对基点网的观测，其精度必须高于一般测点的观测精度。度必须高于一般测点的观测精度。建立了基点网后，对一般点观测时，如果仪器零点成建立了基点网后，对一般点观测时，如果仪器零点成线形变化就可以不重复观测。每天从任意基点出发，线形变化就可以不重复观测。每天从任意基点出发，经过一定数量的一般点观测，最后在另一经过一定数量的一般点观测，最后在另一G Gi+1i+1基点闭合，基点闭合，结束一天
15、的工作。结束一天的工作。四、观测结果整理四、观测结果整理（一）重力异常的计算（一）重力异常的计算 野外观测结束后，将各测点相对于基点的野外观测结束后，将各测点相对于基点的重力差值计算出来重力差值计算出来 ，得到重力异常，得到重力异常，即：即：gi=gi-g基基 但此时的但此时的gi包含了许多干扰因素的影响。包含了许多干扰因素的影响。为得到单纯由地下密度不均匀体引起的重为得到单纯由地下密度不均匀体引起的重力异常，必须力异常，必须消除各种干扰因素的影响消除各种干扰因素的影响，须进行如下校正：须进行如下校正：1、地形校正2、中间层校正3、高度校正4、正常场校正消除自然地形起伏干扰消除地球正常重力场影
16、响1 1、地形校正（、地形校正（g g地地）原因原因：地形起伏使测点周围的物质不能处：地形起伏使测点周围的物质不能处于同一水准面内，对实测值造成干扰，须于同一水准面内，对实测值造成干扰，须消除。消除。目的：目的：是把位于地形起伏不平地区的测点所是把位于地形起伏不平地区的测点所观测的重力值校正到平面时所测的重力值。观测的重力值校正到平面时所测的重力值。校正办法：校正办法：将平面以上质量的多余部分除去、将平面以上质量的多余部分除去、平面以下缺少部分填补。平面以下缺少部分填补。地形改正较复杂、工作量大，均用计算机。地形改正较复杂、工作量大，均用计算机。校正原因：校正原因：经地形校正后，测点周围地形经
17、地形校正后，测点周围地形成为水平面，但测点所在水准面与大地水准成为水平面，但测点所在水准面与大地水准面之间还存在一个水平物质层，消除这一面之间还存在一个水平物质层，消除这一物物质层质层的影响，叫中间层校正。的影响，叫中间层校正。2 2、中间层校正（、中间层校正（g g中中）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 h,密度为密度为的无限大水平均匀物质面，其公式为的无限大水平均匀物质面，其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 为正，反为正，反之取负。之取负。一般采用一般采用2.67gcm3。校正原因：校正原因：经地形和中间层校正后，测点与经
18、地形和中间层校正后，测点与大地水准面之间还存在一个高度差大地水准面之间还存在一个高度差 h，要，要消除这一消除这一高度差高度差的影响，要进行高度校正。的影响，要进行高度校正。3 3、高度校正（、高度校正（g g高高）校正办法：校正办法：因在正常重力场条件下，高度每因在正常重力场条件下，高度每升高升高1m1m，重力约减小，重力约减小3.086g.u.3.086g.u.。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 为正，反之取负。为正，反之取负。中间层校正和高度校正都与测点高程中间层校正和高度校正都与测点高程 h有关，有关，重力勘探中，重力勘探中，将这两项合并，统称布将这两
19、项合并，统称布格校正。格校正。布格校正（布格校正（g g布布）校正原因：校正原因：当测点和总基点不在同一纬度当测点和总基点不在同一纬度时，所测重力值中包含了总基点和测点间正时，所测重力值中包含了总基点和测点间正常重力场的差值，这一差值要消除。常重力场的差值，这一差值要消除。4 4、正常场校正或纬度校正（、正常场校正或纬度校正（g g正正）：测区的平均纬度测区的平均纬度 D D：基点到测点的纬向距离（：基点到测点的纬向距离（kmkm），对北半球来说，），对北半球来说，测点在基点以北，测点在基点以北，D D为正，反之为负为正，反之为负 校正办法：校正办法：（1 1）在大面积测量时，用测量值减去）在
20、大面积测量时，用测量值减去按按19091909赫尔默公式计算的正常重力值。赫尔默公式计算的正常重力值。（2 2）小面积重力测量中，用）小面积重力测量中，用（二）几种重力异常（二）几种重力异常1 1、自由空间重力异常、自由空间重力异常2 2、布格重力异常、布格重力异常3 3、均衡异常、均衡异常1 1、自由空间重力异常、自由空间重力异常 对观测值只做对观测值只做高度校正高度校正和和正常场校正。正常场校正。法耶（依）异常：法耶（依）异常：在上述校正的基础上再加上在上述校正的基础上再加上地形校正，就得到第二种自由空间重力异常，地形校正，就得到第二种自由空间重力异常，称为法耶（依）异常。称为法耶（依）异
21、常。自由空气异常的实质：自由空气异常的实质：反映的是实际地球的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。形状和质量分布与参考椭球体的偏差。2 2、布格重力异常、布格重力异常 经过经过正常场校正正常场校正、地形校正地形校正、布格校正布格校正的的重力异常。重力异常。实质：实质：反映了地壳、上地幔内剩余质量体的分布状况反映了地壳、上地幔内剩余质量体的分布状况布格异常包含：（1）壳内各种偏离正常密度分布的矿体、构造等的影响；（2）地壳下界面起伏在横向上相对上地幔质量的巨大亏损（或盈余）的影响。所以布格异常常有局部起伏变化，在山区是大面积大幅度的负异常，而海洋区则是正异常。3 3、均衡异常、均
22、衡异常 将布格异常再进行将布格异常再进行地壳均衡校正地壳均衡校正后得到的重力后得到的重力异常。异常。表示完全均衡状态下异常的意义。表示完全均衡状态下异常的意义。均衡异常反映壳内质量偏离正常（平衡）状态均衡异常反映壳内质量偏离正常（平衡）状态的程度。的程度。（三）重力异常的图示（三）重力异常的图示为使异常的分布和变化规律一目了然及便于进为使异常的分布和变化规律一目了然及便于进行地质推断解释，通常把经过各种改正后的重行地质推断解释，通常把经过各种改正后的重力值绘制成剖面图和平面图，总称为布伽重力力值绘制成剖面图和平面图，总称为布伽重力异常图。异常图。平面图是重力勘探的基本图件，主要为定性解平面图是
23、重力勘探的基本图件，主要为定性解释之用；释之用；剖面图是进行重力异常定性、定量解释的重要剖面图是进行重力异常定性、定量解释的重要图件。图件。另外根据需要还可绘制布伽重力异常平面剖面另外根据需要还可绘制布伽重力异常平面剖面图和立体鱼网图。图和立体鱼网图。1 1、异常剖面图、异常剖面图 反映某一剖面线上异常变化情况。反映某一剖面线上异常变化情况。2 2、异常平面剖面图、异常平面剖面图 将多条异常剖面图按测线的实际位置和方向，将多条异常剖面图按测线的实际位置和方向，展布在同一平面上。展布在同一平面上。平面剖面图3 3、异常平面等值线图、异常平面等值线图 用等值线表示异常的形态和变化。用等值线表示异常的形态和变化。布布格格重重力力异异常常图图立体图立体图作业 有哪些重力校正？分别有什么目的？为什么？
