1、1/51,第一篇 重力勘探,地球科学与工程学院 E-mail:chunguan-,2/51,1、重力勘探的概念 2、重力勘探的分类 3、重力勘探简史 4、重力勘探在我国的发展 5、重力勘探的应用,重力勘探概述,3/51,1、重力勘探的概念,物理基础：牛顿万有引力定律 研究对象：矿产资源或地质构造等 前提条件：研究对象与围岩存在密度差异,4/51,重力勘探是以研究对象和围岩之间的密度差异为基础，利用物理学原理，通过观测与分析重力场的空间与时间分布规律，查明地质构造和寻找矿产的一种地球物理方法。,5/51,2、重力勘探的分类,根据测量所处的空间位置的不同，重力勘探可以分为：地面重力勘探；地下（包括
2、坑道及井中）重力勘探；海洋重力勘探；航空重力勘探；卫星重力勘探。,6/51,重力勘探工作的全过程大致可划分成三个阶段：首先是根据承担的地质任务进行现场踏勘和编写技术设计；第二步是进行野外测量，采集有关的各种数据；最后是对实测数据进行必须的处理和解释、编写成果图件及报告。,7/51,1） 地面重力勘探,一、重力勘探的地质任务, 区域重力调查 能源重力勘探 矿产重力勘探 水文及工程重力测量 天然地震重力测量,8/51,二、重力勘探的技术设计, 工作比例尺的确定 精度要求及误差分配 重力测量的方式 重力测量的有利条件,9/51,三、仪器的检查与标定, 重力仪的静态试验 重力仪的动态试验 重力仪的一致
3、性试验 重力仪格值的标定,10/51,四、基点网的布置与观测, 基点网的作用 基点网的布置 基点网上的观测方法 基点联测,11/51,五、普通点、检查点的布置与观测, 普通点的布置与观测 检查点的布置与观测 补充观测,12/51,六、测地工作, 按照技术设计要求布设重力测网，提供野外的重力测点位置。 确定重力测点的坐标，以便对重力测量结果进行正常正常场校正和展点绘图。 确定重力测点的绝对或相对高程，以便对重力测量结果进行高度校正和中间层校正。 当测区内地形起伏较大，地形影响不能忽略时，为了进行地形校正，需做相应比例尺的近区地形测量。,13/51,2） 地下重力勘探,地下重力勘探是指在钻井、竖井
4、中垂直地进行，以及在矿区的不同平巷中水平或垂直地进行的重力勘探。在钻井或竖井中的重力勘探是研究重力垂直分量随深度的变化，该变化是有地下密度不均匀体的垂向及横向位置的变化所引起的。,14/51,对于一口井而言，重力垂直分量的变化主要是由仪器与地下密度不均匀体之间垂向距离的变化，以及密度不均匀体与围岩之间的密度差所引起的，因此井中重力勘探可以提供垂向的密度变化。坑道中的重力勘探若只在一个坑道中进行，则其原理与地面重力勘探相类似，可提供坑道附近横向密度变化的资料。若在多层坑道中进行重力勘探，则可提供不同深度处密度变化的资料。,15/51,3） 海洋重力勘探,海洋重力勘探为研究地球形状和地球内部构造、
5、勘探海洋矿产资源、保护航天和远程武器发射等提供重力资料。,16/51,大洋上的重力测量工作，最先是有荷兰大地测量学家F.A.Vening Meinesz于1923年用海洋三摆仪在荷兰及英、美潜水艇中进行的。此后，在沿海浅水区域常使用海底重力仪，利用遥测装置在海面上进行观测。这种重力仪的结构和陆地重力仪类似，观测精度也较高。由于遥测等技术问题不易解决，观测时间较长，效率低，所以以后它逐渐被淘汰。第二次世界大战后，美国、前苏联、日本等国家研制的海洋重力仪安装在船上，能在航行中进行重力测量，工作效率高，目前广泛地用于海洋重力测量。,17/51,海洋重力测量分路线测量（断面测量）和面积测量两种方式。基
6、本上采用走航式的连续观测方法。与陆地重力测量相比，有它特殊要求：需要在港口、码头建立重力基点，重力测量采用单次观测法，起始、闭合于这些基点；需要准确准确的船只运动参数（航向、航速及位置）；要求船只沿航线测线尽量保持匀速、直线航行。,18/51,4） 航空重力勘探,把重力仪安装在飞机或直升机上进行的重力勘探。,19/51,优势： 不受测区条件的限制。 不受地形起伏的影响。 不受假频的影响。能够连续地对数据取样和处理。 在设计飞行时，可以在三维空间测量，这就可以根据在不同高度的重力值评价所研究的构造。,20/51,缺点：在飞行状态下进行的航空重力测量，重力仪必然受到飞机运动所产生的加速度的垂向分量
7、的影响。为了得到真正的重力加速度，需要进行校正消除干扰的影响。,21/51,5） 卫星重力测量,卫星重力学是将卫星当作地球重力场的探测器或传感器，通过对卫星轨道的摄动及其参数变化观测，以此研究和了解地球重力场的变化。因此研究地球重力场就不只局限于应用天文、大地和地面重力测量资料，利用卫星观测资料建立全球重力场模型和确定大地水准面的理论和技术得到了迅速发展。,22/51,目前卫星重力探测技术主要有以下4种模式： 地面跟踪观测卫星轨道摄动。 卫星测高。 卫星跟踪卫星。 卫星重力梯度测量。,23/51,3、重力勘探简史,重力勘探的前身是研究地球形状的重力测量学。,24/51,1672年，法国天文学家
8、里歇利用摆钟从巴黎到南美进行天文观测时发现重力加速度在世界各地并非恒值。这一消息被牛顿和惠更斯得知后，两人不谋而合地指出：这种现象与他们认为地球是旋转的扁球体的推论相符。这在理论上阐明了地球重力场变化的基本规律，使人类对重力现象实质的认识上升到一个新的高度，同时也为至今用重力测量研究地球形状奠定了基础。,25/51,开普勒(JKepler)提出了行星运动定律，他的研究为牛顿能够发现万有引力定律打下了基础。牛顿在16851687年提出了万有引力定律，这一定律是重力测量及重力勘探最重要的基本定律。,26/51,17351745年，法国科学院在Lapland和Peru的考察，使布格(PBouguer
9、)能够建立了许多基本的引力关系，包括重力随高度和纬度的变化规律，并计算出水平引力及地球的密度等。,1817年，卡特(CHKater)在重力测量中引进了可以交换振动和悬挂中心的复摆，这个装置作为重力调查的主要工具延续使用了一个世纪。,27/51,重力勘探大约起始于20世纪初。匈牙利物理学家厄缶(Baron Roland von Eotvos，18481919年)在1890年制造出了第一台测量重力变化率的扭秤。1901年，他使用扭秤在Balaton湖进行了第一次重力测量，后来用它在捷克、德国、埃及和美国的石油勘探中寻找盐丘等储油构造获得了成功。1922年厄缶扭秤由Shell和Amerada公司进口
10、到美国。1922年12月，横过Spindletop油田的试验性测量，清楚地表明这个构造能够被扭秤发现，从而开创了石油地球物理勘探的历史。1924年末，在美国得克萨斯(Texas)州Brazori县，用Nash盐丘的一口试验井，验证了重力解释，根据这一结果在世界上首次用地球物理方法发现了石油。,28/51,1923年，韦宁曼涅兹(FAVening Meinesz)在荷兰的潜水艇上用摆仪测量重力，发现了重力在不同海洋地区的变化，特别是发现了在印度尼西亚海沟附近的巨大重力效应。20世纪上半叶的重力测量及重力勘探中，扭秤得到了广泛的应用。1929年，出现了轻便的摆仪。,29/51,由于重力异常的量值仅
11、占重力全值的大约11071108，测量起来十分困难，因而轻便而实用的直接测量重力值的重力仪，到20世纪40年代才制造出来。 1934年，拉科斯特(LaCoste)提出了零长弹簧的原理，在1939年制造出第一台可以工作的LaCoste重力仪。至今，LaCosteRomberg重力仪已经成为世界上使用得最广泛的重力仪。,30/51,4、重力勘探在我国的发展,1949年前，我国的重力测量几近空白。1938年，方俊在上海同济大学首次讲授了重力测量学课程。1940年，翁文波在重庆中央大学首次讲授了地球物理勘探课程。1945年由翁文波领导的第一个物理探矿队就是一支重力队；这个重力队在玉门油田进行了试验性测
12、量。,31/51,地球物理三剑客?,32/51,石油勘探：翁文波 金属矿勘探：顾功叙 地震波理论先驱：傅承义,33/51,1949年新中国成立后，随着国民经济的迅速发展，重力勘探与其他物探工作一起，几乎是从无到有地得到极大的发展。重力勘探在我国国民经济中的应用经历了一个从局部(地区、部门)发展到全局(全国、各个领域)的过程，经历了一个从局部地区的找矿发展到大区域的矿产勘探，研究地球构造，以及解决某些工程地质问题的过程。,34/51,除了石油勘探外，在20世纪60年代的铬铁矿普查，以及20世纪70年代的富铁矿普查中，重力勘探都是一种主要的方法。20世纪80年代以来，重力勘探还配合了地壳地震测深的
13、地学大断面工作；重力法还在工程、地震预报等方面得到了应用。 重力勘探从应用领域来看，除地面重力测量外，还有海洋重力、航空重力、地下重力(井中及坑道)和卫星重力测量。目前，我国已经能够开展这几个领域的重力测量。,35/51,5、重力勘探的应用,重力勘探所观测、研究的是天然的地球重力场，引起重力场变化的因素包括从地表附近直至地球深处的物质密度分布的不均匀；又因为野外测量中使用的重力仪轻便，观测简单，采集数据方便，所以重力勘探相对来说具有经济、勘探深度大以及快速获得面积上信息的几个优点，因而获得了比较广泛的应用。,36/51,1) 研究地球深部构造。 例如，地壳厚度的变化(莫霍面的起伏)，深大断裂的
14、可能部位及延伸情况，上地幔密度的不均匀性以及研究地壳的均衡状态等。,37/51,38/51,39/51,40/51,2) 研究大地及区域地质构造，划分构造单元；研究结晶基底的起伏及其内部成分和构造，圈定沉积盆地范围，以及研究沉积岩系各密度界面的起伏和内部构造。,41/51,我国主要有哪些盆地?,42/51,准葛尔盆地,塔里木盆地,柴达木盆地,羌塘盆地,鄂尔多斯盆地,四川盆地,二连盆地,松辽盆地,渤海湾盆地,南黄海盆地,东海盆地,珠江口盆地,太平礼乐盆地 曾母暗沙盆地,43/51,3) 探测、圈定与围岩有明显密度差异的隐伏岩体或岩层，追索两侧岩石密度有明显差异的断裂，进行覆盖区的基岩地质、构造填
15、图。,44/51,4) 寻找石油、天然气或煤等有远景的盆地；在圈定的盆地内研究沉积层的厚度及内部构造，寻找有利于储存油气或煤的各种局部构造，条件有利时可以研究非构造油气藏(如岩性变化、地层的推覆及生物礁块储油等)，并直接探测与储油气层有关的低密度体。,45/51,46/51,5) 与其他物探方法配合，圈定金属及非金属矿产成矿带；在条件有利时，可以探测并描述控矿构造，或圈定成矿岩体；或者直接发现埋藏较浅、体积较大的矿体或对已知矿体进行追踪等。,47/51,48/51,49/51,6) 在水文及工程地质方面，可以研究浮土下基岩面的起伏和有无隐伏断裂、空洞，以确保厂房或大坝等工程的安全；寻找水源，如寻找利于储水的地下溶洞、破碎带、地下河道等；危岩、滑坡体的监测；地面沉降研究；在地热田的勘测开发过程中，发现热源岩体，监测地下水的升降以及水蒸气的补给情况，以便合理、持久地开发地热田等。,50/51,51/51,7) 在天然地震方面，通过观测重力随时间的变化，为地震预测研究提供依据。,
