重力勘探*1*2第二章重力勘探重力勘探基本概念和理論基礎(chǔ)巖礦石密度、重力儀及重力勘探工作方法重力資料的整理與圖示重力異常的推斷解釋重力的應(yīng)用舉例*31.重力勘探基本概念和理論基礎(chǔ)重力勘探定義：重力勘探是以地殼中巖礦石等介質(zhì)密度差異為基礎(chǔ)，通過觀測(cè)與研究天然重力場(chǎng)的變化規(guī)律以查明地質(zhì)構(gòu)造、尋找礦產(chǎn)、解決工程環(huán)境問題的一種物探方法。主要用于探查油氣遠(yuǎn)景區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、研究深部構(gòu)造和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造；與其他物探方法配合可尋找金屬礦。近年來，也在城市工程環(huán)境方面得到應(yīng)用。由于密度差異會(huì)使地球的正常重力場(chǎng)發(fā)生局部變化（即產(chǎn)生重力異常），觀測(cè)和研究重力異常，就能達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的。*4*5重力勘探分類地面重力測(cè)量航空重力測(cè)量海洋重力測(cè)量井中重力測(cè)量衛(wèi)星重力*6重力勘探的應(yīng)用了解上地幔的密度變化研究地殼深部構(gòu)造及地殼活動(dòng)性劃分大地構(gòu)造單元（如地臺(tái)與地槽的界線）圈定具有油氣遠(yuǎn)景的沉積巖內(nèi)部構(gòu)造、鹽丘及煤田盆地尋找金屬礦、鉀鹽天然地震預(yù)報(bào)*7理論基礎(chǔ)重力地面上一切物體都要受兩種力的作用，其一是地球的全部質(zhì)量對(duì)物體的引力，其二是物體在自轉(zhuǎn)的地球上受到的慣性離心力，重力就是它們的矢量和。g=F+Cg—重力C—慣性離心力F—地球質(zhì)量對(duì)物體的引力*8重力重力場(chǎng)：地球周圍具有重力作用的空間重力場(chǎng)強(qiáng)度：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的物體在重力場(chǎng)中所受的力，稱為重力場(chǎng)強(qiáng)度，無論在數(shù)值上，還是量綱上都等于重力加速度，而且兩者的方向也一致。在重力勘探中，凡是提到重力都是指重力加速度（或重力場(chǎng)強(qiáng)度）。*9引力F服從萬有引力定律，即G---萬有引力常數(shù)質(zhì)點(diǎn)在自轉(zhuǎn)的地球上所受的慣性離心力C為：，方向垂直自轉(zhuǎn)軸向外。*10重力的單位：在SI制中：g（重力加速度）的單位為1m/s2，規(guī)定1m/s2的百萬分之一為國(guó)際通用重力單位，簡(jiǎn)稱g.u.，即在CGS制中，Gal（伽）作為重力單位，與其它單位關(guān)系如下：*11引力位由于F是保守場(chǎng)或無旋場(chǎng)，即考慮標(biāo)量函數(shù)梯度的旋度恒等于零，引入標(biāo)量V定義：將單位質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)從無窮遠(yuǎn)移至該點(diǎn)時(shí)引力場(chǎng)所做的功同理，定義離心力位離心力分量*12重力位重力位等于引力位與離心力位的和W=V+U重力分量形式依方向?qū)?shù)定義，重力在l方向上的分力為*13a.當(dāng)l方向與g的方向垂直時(shí)上式表示一個(gè)空間的曲面，該曲面上重力位處處都等于常數(shù)c，故稱此曲面為“重力等位面”，重力等位面處處與重力（g）正交，故又將重力等位面稱為“水準(zhǔn)面”；當(dāng)c取某一定值的水準(zhǔn)面與平均海平面重合時(shí)，則這個(gè)水準(zhǔn)面-稱為“大地水準(zhǔn)面”。大地水準(zhǔn)面在海洋上是平均海平面（或靜止海平面），而在陸地上是用這個(gè)平均海平面延伸到地球內(nèi)部所形成的的包圍曲面。b.當(dāng)l方向與g的方向平行時(shí)由此可見，重力g是重力位沿重力方向的導(dǎo)數(shù)*14重力位高階導(dǎo)數(shù)二階導(dǎo)數(shù)SI單位；重力勘探中采用SI的分?jǐn)?shù)單位，稱厄缶，記作E，，表示1m距離內(nèi)重力變化常用的三階導(dǎo)數(shù)*15地球的重力場(chǎng)

-正常重力場(chǎng)假定：—地球是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體（又稱為參考橢球體）、表面與大地水準(zhǔn)面接近；—質(zhì)量與地球總質(zhì)量相等，物質(zhì)呈相似旋轉(zhuǎn)橢球?qū)訝罹鶆蚍植?；旋轉(zhuǎn)軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合；旋轉(zhuǎn)角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相等。該旋轉(zhuǎn)橢球體稱為參考橢球體或標(biāo)準(zhǔn)橢球體，在這個(gè)橢球體表面上的重力場(chǎng)稱為地球正常重力場(chǎng)。*16在重力勘探和大地測(cè)量學(xué)中，一般把大地水準(zhǔn)面的形狀作為地球的基本形狀。測(cè)量結(jié)果表明，大地水準(zhǔn)面的形狀不規(guī)則，它在南北兩半球并不對(duì)稱，北極略為突出，南極略平，呈“梨”型，*17a.計(jì)算正常重力值的基本公式：b.常用公式（1909年赫爾默特公式）*18c.地球表面正常重力場(chǎng)的基本特征：—正常重力值不是客觀存在的，它是人們根據(jù)需要提出來的；—正常重力值只與緯度有關(guān)，在赤道處最小（9780300g.u.），兩極處最大（9832087g.u.），相差約為51787g.u.；—正常重力值隨緯度變化的變化率，在緯度45°處最大，而在赤道和兩極處為零；—正常重力值隨高度增加而減小，其變化率為-3.086g.u./m。*19地球的重力場(chǎng)

—重力隨時(shí)間的變化a.長(zhǎng)期變化原因：地殼內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，如巖漿活動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān)。特點(diǎn)：變化十分緩慢、幅度小，在短時(shí)間內(nèi)變化很弱，故在重力勘探中不予考慮。b.短期變化（日變化）原因：地球與太陽、月亮之間的相互位置變化引起（即天體運(yùn)動(dòng)有關(guān)）。特點(diǎn)：周期短（24小時(shí)）、變化幅度較大，可以達(dá)2~3g.u.。*20地球的重力場(chǎng)

-重力異常a.定義：在重力勘探中，由地下巖（礦）石密度分布不均勻所引起的重力變化稱為重力異常。廣義的講：*21b.造成g觀與g0之間差別的原因—重力觀測(cè)是在地球的自然表面上而不是在大地水準(zhǔn)面上進(jìn)行的（自然表面與大地水準(zhǔn)面間的物質(zhì)及測(cè)點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面間的高差會(huì)引起重力的變化）；—地殼內(nèi)物質(zhì)密度的不均勻分布；—地球內(nèi)部物質(zhì)的變動(dòng)及重力日變*22c.重力異常的物理意義稱圖中的密度差為剩余密度，質(zhì)量差為剩余質(zhì)量；重力異常即附加引力位在鉛垂方向的偏導(dǎo)數(shù)值*23d.引起重力異常的條件*24具體條件探測(cè)對(duì)象與圍巖要有一定的密度差巖層密度必須在橫向上有變化，即巖層內(nèi)有密度不同的地質(zhì)體存在，或巖層有一定的構(gòu)造形態(tài)剩余質(zhì)量不能太?。刺綔y(cè)對(duì)象要有一定的規(guī)模）探測(cè)對(duì)象不能埋深過深（例如：△m=50萬噸的球形礦體，當(dāng)中心埋深為100米，可產(chǎn)生355μGal的異常；當(dāng)中心埋深為1000米，則只能產(chǎn)生3.4μGal的異常，該強(qiáng)度的異常儀器不能觀測(cè)到。）干擾場(chǎng)不能太強(qiáng)或具有明顯的特征*252.巖礦石密度、重力儀及重力

勘探工作方法巖（礦）石的密度及地球密度分布Ⅰ、巖（礦）石密度的一般規(guī)律：根據(jù)長(zhǎng)期研究的結(jié)果，認(rèn)為決定巖、礦石密度的主要因素為：—組成巖石的各種礦物成分及其含量—巖石中孔隙度大小及孔隙中的充填物成分—巖石所承受的壓力等*26火成巖（2.5~3.6g/cm3）主要取決于礦物成分及其含量的百分比，由酸性→基性→超基性巖，隨著密度大的鐵鎂暗色礦物含量增多密度逐漸加大成巖過程中的冷凝、結(jié)晶分異作用也會(huì)造成同一巖體不同相帶，由邊緣相到中心相，密度逐漸增大不同成巖環(huán)境（如侵入與噴發(fā)）也會(huì)造成同一巖類的密度有較大差異，同一成分的火成巖密度，噴出巖小于侵入巖年代老的巖體的密度小于新巖體的密度*27沉積巖（1.6~2.7g/cm3）沉積巖的密度主要取決于巖石的孔隙度及巖石所處的構(gòu)造部位：沉積巖一般具有較大的孔隙度，如灰?guī)r、頁巖、砂巖等，這類巖石密度值主要取決于孔隙度大小，干燥的巖石隨孔隙度減小密度呈線性增大孔隙中如有充填物，充填物的成分（如水、油、氣等）及充填孔隙的百分比也明顯地影響著密度值隨著成巖時(shí)代的久遠(yuǎn)及埋深加大，上覆巖層對(duì)下伏巖層的壓力加大，這種壓實(shí)作用也會(huì)使密度值變大*28變質(zhì)巖（2.6~2.8g/cm3）變質(zhì)巖的密度一般大于原巖的密度；變質(zhì)程度越深，密度越大；動(dòng)力變質(zhì)而使巖石破碎，則密度減小。變質(zhì)巖的密度與礦物成分、含量和孔隙度均有關(guān)，這主要由變質(zhì)的性質(zhì)和變質(zhì)程度來決定通常，由于區(qū)域變質(zhì)作用將使變質(zhì)巖比原巖密度值加大經(jīng)過變質(zhì)的沉積巖，如大理巖、板巖和石英巖比原生石灰?guī)r、頁巖和砂巖更致密些由于變質(zhì)作用的復(fù)雜性，所以這類巖石的密度變化顯得很不穩(wěn)定，要具體情況具體分析*29礦石金屬礦：σ很大，一般大于巖石的平均密度（2.7g/cm3)非金屬礦：其σ小于巖石的平均密度（2.7g/cm3)*30由于地震學(xué)等的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了地球內(nèi)部一系列的物理界面。有了這個(gè)基礎(chǔ)才能了解固體地球的各種過程。1914年-地球內(nèi)部縱波和橫波速度分布；1940年-地震波走時(shí)表、地球分層模型、上地幔低速層；50年代-分層結(jié)構(gòu)模型Ⅱ、地球內(nèi)部的密度分布*31根據(jù)有關(guān)地球物理資料，推測(cè)地球內(nèi)部物質(zhì)密度變化如下圖示：*32重力儀機(jī)械式（彈簧、振弦）電子式（超導(dǎo)、激光）應(yīng)用：地面、海洋、衛(wèi)星、井下*33重力儀分類*34重力儀測(cè)量原理測(cè)定重力絕對(duì)值測(cè)定重力相對(duì)值*35相對(duì)重力測(cè)量?jī)x的工作原理示意圖*36*37重力勘探工作方法A.工作任務(wù)—重力預(yù)查：在重力測(cè)量的“空白區(qū)”中進(jìn)行的大范圍、小比例尺的重力測(cè)量目的：大地構(gòu)造的基本輪廓（如斷裂帶、巖體的分布等）的資料—重力普查：在有進(jìn)一步工作價(jià)值的地區(qū)開展的重力測(cè)量目的：劃分區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、圈定巖體及儲(chǔ)油構(gòu)造，比較確切地指示成礦遠(yuǎn)景區(qū)*38—重力詳查：在成礦遠(yuǎn)景區(qū)（或成礦有利地段）進(jìn)行重力測(cè)量目的：詳細(xì)地研究工區(qū)重力異常的規(guī)律和特點(diǎn)，尋找局部構(gòu)造或巖、礦體—重力細(xì)測(cè)：在已發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)油、氣構(gòu)造、煤盆地，以及成礦有利的巖、礦體上進(jìn)行的重力測(cè)量目的：構(gòu)造、巖體、礦體的形態(tài)及產(chǎn)狀*39B.工作比例尺、測(cè)網(wǎng)及測(cè)量精度—工作比例尺：①工作比例尺反映了重力測(cè)量工作的詳細(xì)程度；比例尺取決于相鄰測(cè)線間的距離。②比例尺愈大，單位面積內(nèi)的測(cè)點(diǎn)數(shù)愈多，對(duì)重力異常的研究也就愈詳細(xì)③比例尺應(yīng)與工作任務(wù)相適應(yīng)*40—測(cè)網(wǎng)：測(cè)網(wǎng)一般是由相互平行的等間距的測(cè)線和在測(cè)線上分布的等間距的測(cè)點(diǎn)所組成，如下圖所示：測(cè)線應(yīng)垂直地質(zhì)體（構(gòu)造線）的走向*41—測(cè)量精度：（1）測(cè)量精度是衡量野外觀測(cè)質(zhì)量的重要標(biāo)志，同時(shí)也是決定技術(shù)措施、工作效率和成本的重要指標(biāo)。（2）精度是指測(cè)量值與真值的接近程度。（3）精度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)任務(wù)和工作比例尺確定。（4）當(dāng)金屬礦普查時(shí)，可取最小探測(cè)對(duì)象產(chǎn)生的最大異常的1/3~1/4作為測(cè)量精度。（5）由于測(cè)量誤差主要是由偶然誤差產(chǎn)生的，通常以重復(fù)測(cè)量的均方差來度量。*42C.重力野外觀測(cè)—重力基點(diǎn)的建立基點(diǎn)：由于重力儀存在零點(diǎn)漂移問題，漂移大小需在基準(zhǔn)點(diǎn)上先后兩次讀數(shù)做比較才能確定，該基準(zhǔn)點(diǎn)稱為基點(diǎn)。重力基點(diǎn)的作用：工區(qū)內(nèi)重力異常的起算點(diǎn)；檢查儀器的零點(diǎn)漂移，確定零點(diǎn)漂移校正系數(shù)—野外觀測(cè)（1）三聯(lián)循環(huán)觀測(cè)法（2）重復(fù)觀測(cè)法*43普通測(cè)網(wǎng)的布置與觀測(cè)（1）測(cè)地工作：布置測(cè)網(wǎng)、確定測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置及高程；較大比例尺（如大于1:5萬），可使用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀或采用激光測(cè)距、測(cè)高；某些小比例尺（小于1:20萬），可用相應(yīng)地形圖甚至用航片確定點(diǎn)位高程；目前很多工作均使用GPS；（2）普通測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)：在利用已知測(cè)點(diǎn)網(wǎng)的前提下，從某一個(gè)基點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過一些測(cè)點(diǎn)后回到該基點(diǎn)或到另一基點(diǎn)的閉合觀測(cè)，普通點(diǎn)一般只需要單次觀測(cè)；*44普通測(cè)網(wǎng)的布置與觀測(cè)（3）檢查點(diǎn)觀測(cè)：為了評(píng)價(jià)測(cè)量精度，應(yīng)對(duì)已測(cè)量的點(diǎn)進(jìn)行一定量的檢查測(cè)量，按規(guī)范要求檢查點(diǎn)數(shù)占總數(shù)的5%~10%，而且檢查點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布于研究區(qū)，做到一同三不同（同點(diǎn)位，不同儀器、不同時(shí)間、不同操作員）或二同二不同（同點(diǎn)位，同儀器、不同時(shí)間、不同操作員）；（4）補(bǔ)充觀測(cè)：若異常變化大或原設(shè)計(jì)點(diǎn)位無法施工，可進(jìn)行補(bǔ)充觀測(cè)。*453.重力資料的整理與圖示野外觀測(cè)結(jié)束后，應(yīng)將各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的重力差確定出來，即但這些差值不能稱為重力異常。差值中包含了許多干擾因素的影響（如地形不水平、日變化、測(cè)點(diǎn)空間位置不同等因素的影響）*46地面上任一點(diǎn)的重力值都由四種因素決定：*47影響因素大小解決辦法測(cè)點(diǎn)緯度50000g.u.正常場(chǎng)改正地形起伏1000g.u.地形改正、中間層改正和高度改正巖（礦）石的密度變化10~1000g.u.重力異常固體潮影響很小可忽略a.地形改正-δg地改正原因：地形起伏往往使得測(cè)點(diǎn)周圍的物質(zhì)不能處于同一水平面上，對(duì)實(shí)測(cè)重力異常造成干擾，必須通過地形改正予以消除，又稱為地改。*48*49改正辦法：除去測(cè)點(diǎn)所在水平面以上的多余物質(zhì)，并將水平面以下空缺的部分用物質(zhì)填補(bǔ)起來按測(cè)網(wǎng)劃分扇形小塊分別計(jì)算校正值。根據(jù)距測(cè)點(diǎn)的距離，分為近區(qū)地改、中區(qū)地改和遠(yuǎn)區(qū)地改*50b.中間層改正—δg中改正原因：經(jīng)過地形改正后，測(cè)點(diǎn)周圍已變成平面了，但測(cè)點(diǎn)所在平面與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面（總基點(diǎn)所在水平面）間還存在著一個(gè)水平物質(zhì)層，消除這一物質(zhì)層的影響就是中間層改正。*51改正辦法：中間層可當(dāng)作一個(gè)厚度為△h，密度為σ的無限大水平均勻物質(zhì)面，其改正公式為：測(cè)點(diǎn)高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時(shí)，△h取正，反之取負(fù)，中間層密度通常取為2.67g/cm3。*52c.高度改正—δg高改正原因：若把地球當(dāng)作密度呈均勻同心層分布的旋轉(zhuǎn)橢球體時(shí)，地面每升高1m重力值減小約3.086g.u.。經(jīng)地形、中間層改正后，測(cè)點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面間還存在一個(gè)高度差△h，要消除這一高度差對(duì)實(shí)測(cè)的影響，就要進(jìn)行高度改正。改正辦法：測(cè)點(diǎn)高于大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面時(shí)，△h取正，反之取負(fù)*53d.布格改正高度改正和中間層改正都與測(cè)點(diǎn)高程△h有關(guān)，將這兩項(xiàng)合并起來，統(tǒng)稱為布格改正（δg布）注意：地表實(shí)測(cè)重力值是地下密度均勻體和密度不均勻地質(zhì)體（如地質(zhì)構(gòu)造、巖礦體等）的綜合影響。上述改正消除了起伏地形上各測(cè)點(diǎn)與大地水準(zhǔn)面或基準(zhǔn)面密度均勻體對(duì)實(shí)測(cè)重力值的影響，并沒有消除密度不均勻體的影響。因此，對(duì)于校正后僅由密度不均勻體引起的異常而言，上述各項(xiàng)校正后，各測(cè)點(diǎn)仍在起伏的自然表面上*54e.正常場(chǎng)（緯度）改正—δg正改正原因：當(dāng)測(cè)點(diǎn)與總基點(diǎn)不在同一緯度時(shí)，測(cè)點(diǎn)重力值包含了總基點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)間的正常重力場(chǎng)的差值，這一差值需要消除。改正辦法：在大面積測(cè)量時(shí)，按1909赫爾默特公式計(jì)算正常重力值，再從觀測(cè)值中減掉它；在小面積重力測(cè)量中，緯度改正值按下式計(jì)算：φ為總基點(diǎn)緯度或測(cè)區(qū)的平均緯度；D為測(cè)點(diǎn)到總基點(diǎn)的緯向（南北向）距離，在北半球，當(dāng)測(cè)點(diǎn)位于總基點(diǎn)以北時(shí)D取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)，單位km。*55重力異常的地質(zhì)-地球物理意義自由空間重力異常布格重力異常均衡重力異常*56自由空間重力異常左圖為正常重力值對(duì)應(yīng)的參考橢球體；右圖為實(shí)際的地球，A為地表的一個(gè)測(cè)點(diǎn)，設(shè)gA代表該點(diǎn)的重力觀測(cè)值*57自由空間重力異常就是對(duì)觀測(cè)值僅作正常場(chǎng)改正和高度改正，反映的是實(shí)際地球的形狀和質(zhì)量分布與參考橢球體的偏差（g0是A點(diǎn)在大地水準(zhǔn)面上投影點(diǎn)處的正常重力值）：*58△g自中還包含有地形影響的因素在內(nèi)，若經(jīng)過地形改正，即得到第二種自由空間重力異常，常稱為法耶異常：*59中國(guó)大陸自由空間重力異常*60布格重力異常在法耶異?；A(chǔ)上再加上中間層改正，即經(jīng)過正常場(chǎng)改正、地形改正、布格改正（高度校正和中間層改正）的重力異常，稱為布格重力異常。*61布格異常包含了殼內(nèi)各種偏離正常密度分布的礦體、構(gòu)造等的影響，同時(shí)還包括了地殼下界面起伏在橫向上相對(duì)上地幔質(zhì)量的巨大虧損（或盈余）的影響，正因?yàn)槿绱耍几癞惓３芯植康钠鸱兓?，在山區(qū)是面積大幅度的負(fù)異常背景，而在海洋區(qū)則為正異常。*62從使用方面，布格重力異常又分為絕對(duì)異常和相對(duì)異常；以大地水準(zhǔn)面作為比較各測(cè)點(diǎn)異常大小的基準(zhǔn)面，則觀測(cè)值為絕對(duì)重力值；取總基點(diǎn)所在水準(zhǔn)面為比較各測(cè)點(diǎn)異常值大小的基準(zhǔn)面，則異常為相對(duì)布格重力異常；布格改正用的高度為海拔高程，密度為當(dāng)?shù)氐乇韺?shí)測(cè)的平均密度值。*63中國(guó)大陸區(qū)布格重力異常*64均衡重力異常對(duì)布格重力異常再作均衡改正，即得均衡異常。表示了一種完全均衡狀態(tài)下其異常所代表的意義*65重力異常的圖示重力異常剖面圖重力異常等值線平面圖重力異常等值線圖*66*67*68*69*704.重力資料的處理與解釋數(shù)據(jù)處理：利用計(jì)算機(jī)對(duì)重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行有關(guān)的數(shù)學(xué)計(jì)算和圖像處理，以得到用于進(jìn)一步深化重力解釋的異常資料具體目的：（1）消除因重力測(cè)量和對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行各項(xiàng)改正所引起的偶然誤差或與勘探目標(biāo)無關(guān)的某些近地表小型密度不均勻體的干擾；（2）從疊加異常中分離出由勘探目標(biāo)引起的異常；（3）把實(shí)測(cè)異常轉(zhuǎn)換為其他位場(chǎng)要素，以滿足重力解釋。數(shù)學(xué)物理解釋與地質(zhì)解釋異常解釋問題包括：引起異常分布的場(chǎng)源具有什么樣的特征，異常質(zhì)量是什么地質(zhì)體，地質(zhì)體的產(chǎn)狀要素等。根據(jù)異常的分布特征和工區(qū)的地球物理?xiàng)l件來估計(jì)或確定異常質(zhì)量在地面上的投影位置、形狀。大小和埋藏深度，以及在有條件時(shí)進(jìn)一步確定異常質(zhì)量的產(chǎn)狀要素、剩余質(zhì)量等，稱為地球物理解釋；根據(jù)工區(qū)的地質(zhì)、鉆探資料，對(duì)這些異常質(zhì)量做出地質(zhì)上的判斷，稱為地質(zhì)解釋。*71定性解釋：地質(zhì)解釋不涉及數(shù)量方面的內(nèi)容。如已判明的斷層性質(zhì)、構(gòu)造單元性質(zhì)等定量解釋：地質(zhì)解釋時(shí)包括數(shù)量方面的內(nèi)容。如對(duì)異常源的大小、產(chǎn)狀、埋藏深度給出具體解答要強(qiáng)調(diào)的是：地質(zhì)解釋是對(duì)資料進(jìn)行解釋的最終目的；數(shù)學(xué)物理解釋是為了更符合實(shí)際地得出地質(zhì)結(jié)論；只作定性解釋得不到確切的地質(zhì)結(jié)論，而只作定量解釋，若不計(jì)地質(zhì)情況，無助于地質(zhì)任務(wù)的解決。為了認(rèn)識(shí)和掌握?qǐng)雠c場(chǎng)源的關(guān)系、開展數(shù)據(jù)處理解釋算法的研究，必須先研究正演問題。*72正演問題：給定地下某種地質(zhì)體的形狀、產(chǎn)狀和物性等參數(shù)，通過理論計(jì)算求取他在地面上或空間范圍內(nèi)引起的異常大小、特征和變化規(guī)律等，即“由源求場(chǎng)”；反演問題：依據(jù)已獲得的重力異常特征、大小、分布等，并結(jié)合地質(zhì)、鉆探及其他地球物理資料，求解重力場(chǎng)源體的空間位置、形狀、大小、產(chǎn)狀和場(chǎng)源物性等參數(shù)，即“由場(chǎng)求源”。*734.1重力正、反演問題的解法*74什么是正問題與反問題正問題：d=Gm須指出的是：—正演問題的解是唯一的，而反演問題的解，則具有“多解性”規(guī)則形體的正、反演問題為了簡(jiǎn)化，假設(shè)地質(zhì)形體孤立存在，密度均勻，地面水平，所取剖面為中心剖面規(guī)則形體：球體、水平圓柱體、垂直臺(tái)階、脈狀體……*75任意形體重力異常計(jì)算公式：*76a.球體近似于等軸狀地質(zhì)體，如鹽丘、礦巢、溶洞等，都可以近似當(dāng)作球體來計(jì)算異常。重力異常單位mGal。*77*78b.水平圓柱體*79對(duì)于某些橫截面近于圓形、沿水平方向延伸較長(zhǎng)的地質(zhì)體，可以當(dāng)作水平圓柱體看待*80c.垂直臺(tái)階斷層或不同巖層的接觸帶都可作為臺(tái)階處理*81其中，紅色實(shí)線和藍(lán)色虛線分別表示臺(tái)階1和2的異常曲線平面異常特征：等值線為一系列平行臺(tái)階走向的直線，在斷面附近等值線最密，稱為“重力梯級(jí)帶”，且異常向臺(tái)階延伸方向單調(diào)增大。*82*83d.半無限水平物質(zhì)面當(dāng)△h<<h2時(shí)可將臺(tái)階看成位于臺(tái)階中心，埋深為h0，剩余面密度為μ的水平物質(zhì)面。則由臺(tái)階公式可得：臺(tái)階的中心埋深h0由下式：式中x1/4為四分之一極大值點(diǎn)的橫坐標(biāo)。*84e.脈（板）狀體*85當(dāng)脈（板）狀體傾斜時(shí)，△g曲線不對(duì)稱，脈（板）狀體傾斜方向一側(cè)曲線平緩，另一側(cè)，曲線變陡。*86任意形體的正問題采用近似計(jì)算法來實(shí)現(xiàn)，如下圖：*87類似層析成像的方法*883D密度成像的正演公式*89重力異常反演1.直接法：直接利用由反演目標(biāo)引起的局部異常，通過某種積分運(yùn)算和函數(shù)關(guān)系，求得與異常分布有關(guān)地質(zhì)體的幾何、物性等參數(shù)；2.特征點(diǎn)法：根據(jù)異常曲線上的一些點(diǎn)或特征點(diǎn)（如極大值點(diǎn)、零值點(diǎn)、拐點(diǎn)）的異常以及相應(yīng)坐標(biāo)求取場(chǎng)源體的幾何或物性參數(shù)，僅適用于剩余密度為常數(shù)的幾何形體；*903.選擇法：根據(jù)實(shí)測(cè)重力異常在剖面或平面的分布和變化的基本特征，結(jié)合工區(qū)的地質(zhì)、其他地球物理和物性等資料，給出引起異常的初始地質(zhì)體模型，然后進(jìn)行正演計(jì)算；將計(jì)算的理論異常與實(shí)測(cè)異常進(jìn)行對(duì)比，兩者偏差較大時(shí)，根據(jù)掌握的場(chǎng)源體資料對(duì)模型進(jìn)行修改，重算其理論異常；再次進(jìn)行對(duì)比，如此反復(fù)進(jìn)行，以兩種異常的偏差達(dá)到要求的誤差范圍時(shí)的理論模型表示實(shí)際的地質(zhì)體。常用的最優(yōu)化方法：阻尼最小二乘法，共軛梯度法*914.2重力異常的處理和推斷引起重力異常的主要因素1.地殼深部的因素；2.結(jié)晶基巖內(nèi)部的密度變化；3.結(jié)晶基底頂面的起伏；4.沉積巖的構(gòu)造和成分變化；5.其它密度不均勻因素。*92重力異常的識(shí)別區(qū)域異常與局部異常的概念—區(qū)域異常（場(chǎng)源：大而深的巖體或地質(zhì)構(gòu)造；異常特征：幅值大、異常范圍大、變化平緩）—局部異常（場(chǎng)源：小而淺的巖體、礦體或地質(zhì)構(gòu)造；異常特征：幅值小、異常范圍小、變化大*93局部重力異常的識(shí)別—局部重力高-異常等值線在局部范圍內(nèi)向區(qū)域背景場(chǎng)降低的方向凸出。*94重力異常的劃分所謂異常的劃分，就是從疊加場(chǎng)中將區(qū)域場(chǎng)與局部異常分離開來。圖解法（異常曲線平滑法）

*95*96*97圓周平均法（多邊形法）*98位場(chǎng)轉(zhuǎn)換什么是位場(chǎng)轉(zhuǎn)換？根據(jù)觀測(cè)平面上的實(shí)測(cè)異常值，利用數(shù)學(xué)的方法求場(chǎng)的導(dǎo)數(shù)或任意高度場(chǎng)的分布。通常有解析延拓（上延和下延）、求高次導(dǎo)數(shù)等*99重力場(chǎng)的解析延拓向上延拓—將觀測(cè)平面上的實(shí)測(cè)異常值，換算到觀測(cè)平面以上某一高度上的異常-稱為向上延拓—目的：消除局部異常，突出深部異常向下延拓—將觀測(cè)平面上的實(shí)測(cè)異常值，換算到觀測(cè)平面以下場(chǎng)源以外的某個(gè)深度上-稱為向下延拓—目的：壓制深部的區(qū)域異常，突出淺部物質(zhì)產(chǎn)生的局部異常*100*101延拓效果分析向上延拓：壓制淺而小的地質(zhì)體的局部異常，突出了深部地質(zhì)體的區(qū)域異常向下延拓：壓制深部地質(zhì)體的區(qū)域異常，相對(duì)突出了淺部地質(zhì)體的局部異常解析延拓的作用：分離水平方向上多個(gè)地質(zhì)體的疊加異常*102重力異常的導(dǎo)數(shù)換算壓制深部地質(zhì)體的區(qū)域異常，突出了小而淺的地質(zhì)體的局部異常劃分多個(gè)相鄰地質(zhì)體的疊加異常*103*1045.重力的應(yīng)用舉例重力勘探的應(yīng)用了解上地幔的密度變化研究地殼深部構(gòu)造及地殼的活動(dòng)性劃分大地構(gòu)造單元（如地臺(tái)與地槽的界線）圈定具有油氣遠(yuǎn)景的沉積巖內(nèi)部構(gòu)造、鹽丘及煤田盆地尋找金屬礦、鉀鹽天然地震預(yù)報(bào)……*1055.1在地殼深部構(gòu)造研究中的應(yīng)用解決地殼的演化和大陸與海洋的形成等地學(xué)基礎(chǔ)理論問題大地構(gòu)造輪廓的劃分天然地震活動(dòng)性的分析和預(yù)報(bào)火山作用和各種礦產(chǎn)成礦規(guī)律等的研究*106地殼深部各種物質(zhì)層之間的密度分界莫霍面和康拉德面的起伏及各層物質(zhì)密度的橫向變化（包括地幔內(nèi)巖性和巖相的變化）等深部因素對(duì)重力場(chǎng)背景起著決定性的影響。*1071982年中科院應(yīng)用亞洲地區(qū)平均布格重力異常的數(shù)據(jù)，選擇均質(zhì)單層地殼模型，假定莫霍面以上地殼平均密度為2.84g/cm3，以下的上地幔密度為3.27g/cm3，反演得到了亞洲大陸地殼厚度分布圖（莫霍面深度圖）。所得結(jié)果與已知的地殼測(cè)深剖面和天然地震資料獲得的地殼厚度進(jìn)行了對(duì)比，平均誤差都小于2km。根據(jù)地殼厚度變化，劃分了亞洲大陸地殼構(gòu)造輪廓，這一結(jié)果與我國(guó)大地構(gòu)造