地球物理勘探技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)課件與資料一、學(xué)科概述與復(fù)習(xí)定位地球物理勘探（簡(jiǎn)稱“物探”）通過(guò)觀測(cè)、分析地球物理場(chǎng)的變化，推斷地下地質(zhì)體的空間分布、物性特征及構(gòu)造形態(tài)，核心價(jià)值在于非侵入式獲取地下信息，廣泛服務(wù)于礦產(chǎn)資源勘探、油氣開發(fā)、工程勘察、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。復(fù)習(xí)需聚焦“場(chǎng)的特征—物性響應(yīng)—方法原理—數(shù)據(jù)處理—地質(zhì)解釋”的邏輯鏈條，建立從理論到實(shí)踐的知識(shí)體系。二、理論基礎(chǔ)：地球物理場(chǎng)與巖石物性（一）地球物理場(chǎng)的基本概念地球物理場(chǎng)是地球內(nèi)部及周邊空間物理性質(zhì)（重力、磁力、電場(chǎng)、彈性、放射性等）的分布狀態(tài)，不同場(chǎng)的成因與特征決定了勘探方法的適用性：重力場(chǎng)：由地球質(zhì)量分布及天體引力共同作用形成，局部重力異常與地下密度不均勻體（如礦體、構(gòu)造界面）相關(guān)。地磁場(chǎng)：包含基本磁場(chǎng)（地核運(yùn)動(dòng)主導(dǎo)）、變化磁場(chǎng)（太陽(yáng)活動(dòng)等外源場(chǎng)）和感應(yīng)磁場(chǎng)（地下導(dǎo)體受外源場(chǎng)激發(fā)產(chǎn)生），巖石磁性差異會(huì)引發(fā)磁異常。電場(chǎng)與電磁場(chǎng)：天然電場(chǎng)（如大地電流、電化學(xué)場(chǎng)）或人工激發(fā)電場(chǎng)（通過(guò)供電電極注入電流）的分布，反映地下介質(zhì)的電性（電阻率、極化率、介電常數(shù)等）。彈性波場(chǎng)：地震波（縱波、橫波、面波）在不同彈性介質(zhì)（密度、彈性模量）中的傳播規(guī)律，是地震勘探的核心依據(jù)。放射性場(chǎng)：天然放射性元素（鈾、釷、鉀）的衰變輻射（α、β、γ射線）強(qiáng)度分布，與巖石放射性礦物含量相關(guān)。（二）巖石物性的關(guān)鍵參數(shù)巖石的物理性質(zhì)是物探方法的“探測(cè)靶標(biāo)”，需重點(diǎn)掌握：密度：?jiǎn)挝惑w積巖石質(zhì)量（g/cm3），沉積巖密度隨埋深、壓實(shí)程度增加，火成巖密度與礦物成分（如鐵鎂礦物含量）正相關(guān)。磁性：用磁化率（反映巖石被磁化的難易程度）和剩余磁性（巖石磁化后保留的磁性）描述，超基性巖磁性最強(qiáng)，酸性巖較弱。電性：包括電阻率（Ω·m，反映介質(zhì)導(dǎo)電能力，與礦物成分、孔隙度、含水性密切相關(guān)）、極化率（%，描述介質(zhì)在電場(chǎng)中極化的程度，硫化物礦化巖石極化率較高）、介電常數(shù)（F/m，反映介質(zhì)儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的能力，水的介電常數(shù)遠(yuǎn)高于巖石）。彈性：用縱波速度（Vp）、橫波速度（Vs）及泊松比（σ）描述，致密巖石（如花崗巖）Vp較高，疏松沉積物Vp較低。放射性：用放射性強(qiáng)度（如γ射線計(jì)數(shù)率）或比活度（Bq/kg）衡量，鈾礦化巖石、鉀長(zhǎng)石富集帶放射性較強(qiáng)。三、主要勘探方法：原理、儀器與應(yīng)用（一）重力勘探1.核心原理基于萬(wàn)有引力定律，地下密度不均勻體（如高密度礦體、低密度構(gòu)造破碎帶）會(huì)使測(cè)點(diǎn)重力值偏離正常場(chǎng)，通過(guò)測(cè)量重力異常（Δg=實(shí)測(cè)重力-正常重力）推斷地質(zhì)體分布。需掌握布格改正（消除地形、中間層密度影響）、緯度改正（消除地球自轉(zhuǎn)離心力的緯度效應(yīng)）等校正方法。2.儀器與觀測(cè)儀器：相對(duì)重力儀（如LaCoste-Romberg型），通過(guò)彈簧平衡系統(tǒng)測(cè)量重力變化，精度可達(dá)10??m/s2量級(jí)。觀測(cè)方式：建立基點(diǎn)網(wǎng)（控制區(qū)域重力基準(zhǔn)），野外測(cè)量需同步記錄測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)、高程、地形等參數(shù)。3.資料處理與解釋處理流程：野外觀測(cè)數(shù)據(jù)→各項(xiàng)校正（地形、中間層、緯度、高度）→重力異常計(jì)算→數(shù)據(jù)平滑、濾波（壓制干擾）。解釋思路：定性分析（異常形態(tài)、走向與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)聯(lián)）；定量解釋（通過(guò)二度/三度體反演計(jì)算地質(zhì)體的埋深、密度、形態(tài)，如用布格板狀體公式反演礦體厚度）。應(yīng)用場(chǎng)景：尋找高密度金屬礦（如鐵、銅）、圈定鹽丘/油氣構(gòu)造、研究地殼密度結(jié)構(gòu)。（二）磁法勘探1.核心原理地磁場(chǎng)中，磁性巖石（或礦體）會(huì)產(chǎn)生磁異常（ΔT=實(shí)測(cè)總磁場(chǎng)強(qiáng)度-正常地磁場(chǎng)強(qiáng)度）。需掌握地磁要素（磁偏角D、磁傾角I、水平分量H、垂直分量Z、總強(qiáng)度T）的定義及相互關(guān)系，以及有效磁化強(qiáng)度（巖石磁化強(qiáng)度與地磁場(chǎng)的合成）對(duì)異常形態(tài)的影響。2.儀器與觀測(cè)儀器：質(zhì)子磁力儀（精度高，適用于詳查）、光泵磁力儀（可快速測(cè)量，適用于大面積普查）。觀測(cè)方式：面積性測(cè)量（按測(cè)網(wǎng)布置測(cè)點(diǎn)）或剖面測(cè)量（沿剖面連續(xù)觀測(cè)），需進(jìn)行日變改正（消除地磁場(chǎng)短期變化）、高度改正（消除測(cè)點(diǎn)高程差異的影響）。3.資料處理與解釋處理流程：原始數(shù)據(jù)→日變改正→高度改正→磁異常提取→化極（將傾斜磁化異常轉(zhuǎn)換為垂直磁化，便于解釋）、延拓（分離深淺部異常）。解釋思路：利用磁異常平面等值線圖（分析走向、范圍）和剖面異常曲線（分析形態(tài)、埋深），結(jié)合巖石磁性參數(shù)，推斷磁性體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀。常用反演方法包括特征點(diǎn)法（如用ΔT曲線的極大值、拐點(diǎn)計(jì)算埋深）、二維板狀體反演。應(yīng)用場(chǎng)景：尋找磁性礦體（如磁鐵礦、磁黃鐵礦）、圈定火山巖分布、研究斷裂構(gòu)造（磁性基底錯(cuò)動(dòng)引發(fā)的異常）。（三）電法勘探電法勘探按場(chǎng)源性質(zhì)分為直流電法、交流電法和電磁法，核心是利用介質(zhì)電性差異（電阻率、極化率、介電常數(shù)等）探測(cè)地下結(jié)構(gòu)。1.直流電法（以電阻率法為例）原理：通過(guò)供電電極（A、B）向地下注入穩(wěn)定電流，測(cè)量測(cè)量電極（M、N）間的電位差ΔU，由視電阻率公式（ρs=K·ΔU/I，K為裝置系數(shù)，與電極距、排列方式相關(guān)）計(jì)算視電阻率，反映地下介質(zhì)的綜合導(dǎo)電能力。儀器：直流電阻率儀（如高密度電法儀，可實(shí)現(xiàn)多電極自動(dòng)切換，快速采集數(shù)據(jù)）。裝置類型：對(duì)稱四極裝置（AMNB）、溫納裝置（Wenner，用于工程勘察）、偶極裝置（用于探測(cè)高阻屏蔽層下的低阻體）。應(yīng)用：劃分地層（如第四系與基巖的界面）、尋找地下水（低阻異常對(duì)應(yīng)含水層）、圈定硫化物礦體（低阻、高極化率異常）。2.交流電法（以激發(fā)極化法為例）原理：向地下注入脈沖電流，斷電后測(cè)量介質(zhì)的二次場(chǎng)（由極化效應(yīng)產(chǎn)生），用極化率（η=ΔU?/ΔU?×100%，ΔU?為二次場(chǎng)電位差，ΔU?為一次場(chǎng)電位差）反映介質(zhì)的極化特性。儀器：激電儀（可同時(shí)測(cè)量視電阻率和極化率）。應(yīng)用：區(qū)分電子導(dǎo)體（如金屬礦）與離子導(dǎo)體（如含水層），因?yàn)榻饘俚V極化率遠(yuǎn)高于含水巖石。3.電磁法（以瞬變電磁法TEM為例）原理：利用電磁感應(yīng)，發(fā)射線圈向地下發(fā)射脈沖磁場(chǎng)，斷電后測(cè)量地下介質(zhì)感應(yīng)產(chǎn)生的渦流場(chǎng)隨時(shí)間的衰減（早期信號(hào)反映淺部，晚期信號(hào)反映深部）。儀器：瞬變電磁儀（包含發(fā)射、接收線圈，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間域多道采樣）。應(yīng)用：快速探測(cè)隱伏礦體（如深部銅礦）、勘查地下水（低阻異常）、監(jiān)測(cè)采空區(qū)（高阻異常）。（四）地震勘探1.核心原理基于彈性波傳播理論，人工激發(fā)地震波（如炸藥震源、可控震源），利用檢波器接收地下界面的反射波或折射波，通過(guò)分析波的旅行時(shí)、振幅、相位等信息，推斷地層結(jié)構(gòu)與巖性。2.方法類型反射波法：利用波阻抗界面（ρV突變面，如油氣層頂界面）的反射，通過(guò)動(dòng)校正（消除炮檢距對(duì)旅行時(shí)的影響）、疊加（增強(qiáng)有效信號(hào)）、偏移（歸位反射點(diǎn)）處理，繪制地震剖面（如時(shí)間剖面、深度剖面）。折射波法：利用高速層（如基巖）的折射，通過(guò)截距時(shí)間法計(jì)算高速層的埋深與速度，適用于淺部地層劃分（如工程勘察）。3.儀器與觀測(cè)儀器：數(shù)字地震儀（采集地震波的時(shí)間序列）、檢波器（將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，常用三分量檢波器記錄縱波、橫波）、震源（炸藥、空氣槍、可控震源等）。觀測(cè)方式：二維測(cè)線（沿剖面布置炮點(diǎn)與檢波器）或三維觀測(cè)（面積性布置，獲取立體數(shù)據(jù)）。4.資料處理與解釋處理流程：野外采集（原始記錄）→預(yù)處理（去噪、增益恢復(fù)）→靜校正（消除地表高程、低速層的影響）→動(dòng)校正與疊加→偏移成像→屬性提?。ㄈ缯穹㈩l率、速度）。解釋思路：通過(guò)地震層位標(biāo)定（結(jié)合鉆井資料確定反射層對(duì)應(yīng)的地質(zhì)層位），分析地震相（反射結(jié)構(gòu)、連續(xù)性、振幅等）推斷巖性（如連續(xù)強(qiáng)反射對(duì)應(yīng)泥巖，雜亂反射對(duì)應(yīng)砂礫巖），利用速度分析（如疊加速度譜）計(jì)算地層速度，結(jié)合AVO分析（振幅隨炮檢距變化）預(yù)測(cè)油氣藏。應(yīng)用場(chǎng)景：油氣資源勘探（圈定構(gòu)造圈閉、巖性圈閉）、工程勘察（劃分基巖面、探測(cè)斷層）、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查（探測(cè)滑坡體內(nèi)部結(jié)構(gòu)）。（五）放射性勘探1.核心原理天然放射性元素（鈾、釷、鉀）通過(guò)α、β、γ衰變釋放射線，γ射線穿透力強(qiáng)，可被地面或井中探測(cè)器（如NaI晶體）測(cè)量。通過(guò)分析γ射線的能譜（不同能量的計(jì)數(shù)率），可區(qū)分鈾、釷、鉀的貢獻(xiàn)（鈾系γ射線能量~1.76MeV，釷系~2.62MeV，鉀~1.46MeV）。2.儀器與觀測(cè)儀器：γ輻射儀（測(cè)量總計(jì)數(shù)率，用于普查）、能譜儀（測(cè)量能譜，區(qū)分放射性元素，用于詳查）。觀測(cè)方式：地面測(cè)量（沿測(cè)線或測(cè)網(wǎng)采集）、航空測(cè)量（快速覆蓋大面積區(qū)域）、井中測(cè)量（研究鉆孔周圍放射性分布）。3.資料處理與解釋處理流程：原始計(jì)數(shù)率→本底校正（扣除宇宙射線、儀器本底）→能譜解析（分離鈾、釷、鉀的貢獻(xiàn)）→繪制放射性異常圖。解釋思路：結(jié)合地質(zhì)背景（如花崗巖體、碳硅泥巖系），分析放射性異常的強(qiáng)度、范圍，推斷鈾礦化、鉀化蝕變帶的分布。應(yīng)用場(chǎng)景：鈾礦勘探（尋找鈾礦化體）、地質(zhì)填圖（區(qū)分巖性，如鉀長(zhǎng)花崗巖與斜長(zhǎng)花崗巖）、環(huán)境監(jiān)測(cè)（核污染調(diào)查）。四、數(shù)據(jù)處理與綜合解釋（一）數(shù)據(jù)處理的共性流程1.預(yù)處理：消除野外觀測(cè)的系統(tǒng)誤差（如儀器漂移、地形影響），對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校正（重力的布格校正、磁法的日變校正、電法的電極極化校正、地震的靜校正等）。2.增強(qiáng)有效信號(hào)：通過(guò)濾波（如重力的低通濾波、地震的帶通濾波）、疊加（地震的共中心點(diǎn)疊加）、反褶積（地震的子波壓縮）等方法，壓制噪聲，突出異常。3.反演與成像：利用正演模型（如重力的球體/板狀體正演、地震的射線追蹤正演）與反演算法（如最小二乘法、遺傳算法），將物理場(chǎng)異常轉(zhuǎn)換為地質(zhì)體的物性參數(shù)（密度、磁性、電阻率、速度等）與空間形態(tài)，最終形成地質(zhì)-地球物理模型。（二）綜合解釋的核心邏輯單一物探方法的解釋存在多解性（如低阻異常可能是水層或礦體），需通過(guò)多方法聯(lián)合（如重力+磁法圈定“重磁異常疊加區(qū)”，電法+地震確定含水性與巖性）、地質(zhì)約束（結(jié)合區(qū)域地質(zhì)圖、鉆井資料）、物性分析（建立巖石物性數(shù)據(jù)庫(kù)）降低多解性，實(shí)現(xiàn)從“異常描述”到“地質(zhì)結(jié)論”的跨越。五、典型應(yīng)用案例與復(fù)習(xí)拓展（一）礦產(chǎn)勘探案例以斑巖銅礦勘探為例：重力：斑巖銅礦常與中酸性巖體共生，巖體密度低于圍巖，表現(xiàn)為重力低異常。磁法：巖體磁性較弱，而接觸帶的磁鐵礦化可能產(chǎn)生磁異常梯度帶。電法：銅礦化帶（含硫化物）表現(xiàn)為低阻、高極化率異常。地震：巖體與圍巖的波阻抗差異可能產(chǎn)生反射波組，幫助圈定巖體范圍。綜合解釋：通過(guò)重磁圈定巖體范圍，電法圈定礦化帶，地震約束巖體埋深，結(jié)合鉆井驗(yàn)證，建立成礦模型。（二）油氣勘探案例以砂巖油氣藏為例：地震：通過(guò)反射層追蹤確定構(gòu)造圈閉（如背斜），利用AVO分析（含氣砂巖的振幅隨炮檢距增大而增強(qiáng)）預(yù)測(cè)含氣性。重力：油氣藏上方常因密度降低出現(xiàn)重力低異常，但需與鹽丘、泥火山等構(gòu)造區(qū)分。電法：含氣砂巖的電阻率遠(yuǎn)高于含水砂巖，表現(xiàn)為高阻異常，可通過(guò)井中電測(cè)（如感應(yīng)測(cè)井）驗(yàn)證。（三）工程勘察案例以城市活斷層探測(cè)為例：地震：通過(guò)淺層地震反射法探測(cè)第四系與基巖的界面，識(shí)別斷層引起的反射波錯(cuò)斷。電法：斷層破碎帶含水性強(qiáng)，表現(xiàn)為低阻異常帶，可通過(guò)高密度電法圈定其平面范圍。磁法：斷層兩側(cè)巖石磁性差異可能產(chǎn)生磁異常梯度帶，輔助判斷斷層走向。六、復(fù)習(xí)要點(diǎn)與備考建議（一）重點(diǎn)知識(shí)模塊1.基礎(chǔ)理論：地球物理場(chǎng)的定義與特征、巖石物性參數(shù)的物理意義、各方法的核心方程（如重力異常公式、視電阻率公式、地震波旅行時(shí)公式）。2.方法原理：重力的校正流程、磁法的化極與延拓、電法的裝置類型與應(yīng)用場(chǎng)景、地震的反射/折射原理、放射性的能譜分析。3.數(shù)據(jù)處理：各方法的校正項(xiàng)（如重力的布格改正、磁法的日變改正、地震的靜校正）、反演的基本思路（正演→反演的迭代過(guò)程）。4.地質(zhì)解釋：異常的定性分析（形態(tài)、走向與地質(zhì)體的關(guān)聯(lián)）、定量解釋的關(guān)鍵參數(shù)（如重力異常的埋深計(jì)算、磁異常的磁化強(qiáng)度反演）、多方法聯(lián)合的邏輯。（二）記憶與理解技巧對(duì)比記憶：如重力與磁法的異常來(lái)源（密度vs磁性）、電法與電磁法的場(chǎng)源（人工直流vs人工交流/感應(yīng)）、地震反射與折射的應(yīng)用場(chǎng)景（深部構(gòu)造vs淺部地層）。案例驅(qū)動(dòng)：結(jié)合典型勘探案例（如油氣、金屬礦、工程），理解“方法選擇→數(shù)據(jù)采集→處理解釋→地質(zhì)結(jié)論