重力勘探测量方法.ppt
二.重力测量方法重力测量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工程重力勘探天然地震重力勘探重力测量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,1.重力测量的地质任务区域重力调查区域重力调查是国土资源区域地质基础工作的一个组成部分,一般主要解决以下几个方面的问题:研究地球深部构造.地壳厚度变化,深大断裂的部位及延伸,上地幔密度的不均匀性以及研究地壳的均衡状态 研究大地及区域构造,划分构造单元;研究结晶基底的起伏及内部成分和构造,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.,二.重力测量方法,探测和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和构造填图.根据区域地质,构造及矿产分布规律,为划分成矿远景区提供重力场信息.地球形状的研究,为导弹/宇航器飞行提供极为重要的基础数据.,二.重力测量方法,能源重力勘探在沉积覆盖区快速,经济地圈出对寻找石油,天然气或煤有远景的盆地;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;条件有利时可以寻找非构造油气藏(岩性变化,地层的推覆,古潜山及生物礁块储油构造)矿山重力勘探金属非金属矿产的重力测量,圈定成矿带;条件有利时,可以圈定成矿体,描述控矿构造;直接发现埋深浅,体积大的矿体,或对已有矿体进行追踪;,二.重力测量方法,水文工程重力测量研究浮土下的基岩面的起伏,有无隐伏断裂,空洞,以确保工程的安全;寻找水源,如有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;发现热岩体,监测地下水的升降,水蒸气的补给情况,以使地热资源合理利用;天然地震重力测量金属非金属矿产的重力测量,圈定成矿带;条件有利时,可以圈定成矿体,描述控矿构造;直接发现埋深浅,体积大的矿体,或对已有矿体进行追踪;,二.重力测量方法,重力测量的技术设计工作比例尺的确定工作比例尺的大小反映了重力测量工作的详细程度,所谓的工作比例尺即提交的重力异常图的比例尺.在区域重力调查中,基本比例尺有:1:100万,1:50万,1:20万和1:10万四类.前两者主要用于调查重力空白区;后两者主要用于能源普查或区调确定的成矿远景区;对沉积盆地进行较深入的研究,如基底断裂分布研究,寻找古潜山等局部构造可采用:1:5万或1:2.5万.,二.重力测量方法,重力测量的技术设计工作比例尺的确定上述几种比例尺基本对应于概查/普查/详查,二.重力测量方法,重力测量的技术设计精度要求及误差分配重力勘探的精度,一般用异常的均方误差来衡量,包括重力观测值的均方误差,对重力观测值进行校正时各项校正值的均方误差.重力测量的方式路线测量一般用于概查和普查阶段,测点沿交通方便的道路布置,测点大致均匀分布,线距没有严格要求.剖面测量-用于详查或专门性测量,剖面线方向垂直地质体走向,尽可能通过地质体在地面投影的中心部位,测点不能偏离剖面线,在正常值区,点距可适当增大.面积测量-是重力测量的基本形式,可以提供工区内重力异常的全貌.,二.重力测量方法,重力测量的有利条件a)研究目标与围岩有明显的密度差,而且围岩内部没有明显的密度变化.b)与上覆及下伏地层的密度分界面深度有显著变化,且深度不是太大.c)非研究目标引起的重力变化小,或通过校正容易消除.d)地表平坦或较平坦,3.重力测量的仪器检查与标定,重力仪的静态试验目的:了解仪器静态零点漂移是否呈线性变化,受气温变化的影响大小,在抽气前后读数的变化及稳定性.方法:放置于安静,通风的楼房一层或平房内,每隔20-30分钟观测一次,同时记录室内温度,连续测量24小时以上.,3.重力测量的仪器检查与标定,重力仪的动态试验目的:了解仪器动态混合零点漂移的速率,动态观测下达到的可能精度,最佳工作时间范围,最大线性零漂时间间隔.方法:在接近于野外施工条件下进行,选取具有一定重力差的2个或多个点,采用与施工相同的运输方式,以多次重复观测的方式进行.两点间的单程观测时间间隔约10-15分钟,记录温度.试验时间应超出施工前和收工后1小时,不少于12小时.,3.重力测量的仪器检查与标定,重力仪的一致性试验适用多台仪器测量时,必须进行一致性试验,对不满足精度要求的仪器,需要检修或不参加施工测量.重力仪格值的标定准确标定重力仪的格值是消除系统误差的重要保障.仪器出厂时标定的格值会发生变化.重力测量工作开工前和手工后,必须进行仪器格值的校对,施工中仪器受到强烈震动后也应进行校对.,3.重力测量的仪器检查与标定,格值标定的方法:已知点法:在由国家建立的高精度重力格值标定场的具有已知重力差的一些点上,用仪器在这些点上进行多次重复测量,得到的独立增量数不少于6个,格值为,3.重力测量的仪器检查与标定,倾斜法这是利用重力仪的灵敏系统在水平时与倾斜一个角时所感受的重力作用不同进行重力仪的格值测定.灵敏系统在不同角度时的重力差值为:因此,仪器的格值为:倾斜法是在室内进行的,与格值标定场标定相比,可以缩短标定时间,减少往返开资等.,3.重力测量的仪器检查与标定,基点网的作用 由于重力仪本身存在着无法消除的零点漂移,随着观测时间的延长,零点漂移的积累增大,而且往往与时间不成线性关系.重力仪在测点上进行观测时,需要有一些精度更高,重力值已知的点来控制,这些点称为基点.重力基点在观测时,都要联成封闭的网络,这些网叫做基点网.任一普通测量段的重力普通测点均应从基点开始并中止于基点.,4.基点网的布置与观测,基点网的作用:控制重力普通点的观测精度,避免误差的积累;检查重力仪在某一段工作时间内的零点漂移,确定零点漂移校正系数;推算全区重力测点上的相对重力值或绝对重力值;一般要求基点的精度比普通点的精度高出1倍以上,当 测区面积较大时,可建立二级或三级基点网.控制基点:辅助基点:普通点的精度要求1:1.5:3,4.基点网的布置与观测,基点网的布置需要考虑的问题:仪器的最大线性时间间隔和交通运输条件,观测时间长短来确定基点网的密度,使之均匀分布全区.为保证基点网测量精度,应用一台或多台精度高的仪器;采用快速交通工具运输;观测线路必须成闭合回路,环路首尾点联测;需要建立多个环路时,每个环路中必须包含相邻环路两个以上基点作为公共基点,以便最后对基点网进行平差;基点应布置在交通干线上,地物地貌标志明显,周围无震源,地点稳固,并按规定统一编号或建立永久或半永久性标记.,4.基点网的布置与观测,基点网的观测方法在基点网上观测方式的选择,是以能对观测数据进行可靠的零点漂移校正,能满足设计提出的精度要求为原则.当所用的重力仪其零漂很小有近于线性时,可以单向循环重复或往返循环重复进行;否则,应采用多台仪器多次重复观测方法.目前最常用的是三重小循环观测.单向循环重复:1-2-3-1-2-3-.往返循环重复:1-2-3.3-2-1三重小循环观测:1-2-1-2-3-2-3-4-3-4-5-4-.每台仪器的合格观测数据,于相邻两点间的值可得到一个独立增量,按规定,基点网的每一段边上应有3个以上的独立增量.,5.普通点与检查点的布置与观测普通点的布置与观测普通点是测区内为获得探测对象引起的重力异常而布置的观测点.按设计提出的测网形状,点线距等均匀布设在全区.一般不得偏离设计点线距的20%,最大不超过40%.检查点的布置与观测 检查点应在时间和空间上均匀布置,占普通总点数的5%-10%,在大面积区域调查中不少于总点数的3%补充观测 在施工中发现了重力异常,在垂直异常的方向上补充一些观测点.高精度重磁联测,6.测地工作按照技术设计要求布设重力测网,提供在野外的重力测点位置;确定重力测点的位置,以便对重力测量结果进行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;为进行地形校正,需要作相应比例尺的近区地形测量;测地工作采用的方法:地形图定点和读高程;航空照片定点和读高程;利用经纬仪定点;水准仪和气压测高计定高程;卫星定位技术等测高.,7.海洋重力测量技术概述海洋重力测量:是在海上或海底进行连续或定点观测的种重力测量方法，为探矿目的而进行的海洋重力测量又称海洋重力勘探。海洋重力测量的方式有：用海底重力仪定点观测；用海洋重力仪在船上连续重力测量；用海洋振摆仪在船上或潜艇内定点观测。目前主要采用前两种方法。海洋重力测量是测量海区重力加速度的工作。海洋重力数据在大地测量学、地球科学、海洋科学、航天技术的研究和军事上的重要意义。,7.海洋重力测量技术概述海洋重力测量的特殊要求: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;需要准确的船只运动参数;要求船只沿航线测线尽量保持匀速,直线航行;海洋重力测量受到的干扰厄缶效应,水平加速度,垂直加速度影响,交叉耦合效应海洋重力观测值的校正纬度校正,高度校正,布格校正,地形校正,8.航空重力测量技术航空重力测量的优越性及应用美国航空重力测量在航空重力测量方面,美国已有40多年的历史.现有两种系统:固定翼飞机测量系统,直升飞机测量系统固定翼飞机测量系统的研制经过两个阶段:1960-1965年-第一阶段;1984-1992年-第二阶段;直升飞机测量系统:1963-1970年-一般试验;1970-1982年-商业试验;1982-1996年-工业评价;1996-高灵敏度试验;,航空重力测量是以飞机为载体，综合应用重力传感器(加速度计)，GPS(全球定位系统)、INS(惯性导航系统)、激光(或雷达)、无线电和计算机等技术测定近地空中重力异常的一种重力测量方法。航空重力测量始于20世纪50年代末。1958年，美国空军使用LaCoste-Romberg公司生产的S-6型重力仪进行了第一次航空重力测量试验。仪器系统是由海上重力仪、摄影测量照相机和定位多卜勒雷达，以及一些仅用于测定高度变化的沸点测高器组成的。这主要受制于测定载体速度和加速度精度的限制。其测量精度未取得突破性进展。,航空重力测量的历史和现状,航空重力测量的校正问题飞机发动机的震动垂向加速度扰动水平加速度扰动交叉耦合效应厄缶效应地形影响,我国的航空重力测量我国的航空重力测量刚刚起步,2000年从美国引进一台航空重力仪,西安测绘研究所以此仪器为核心建立了航空重力测量系统(2002年11月通过鉴定).该系统包括:硬件系统和数据处理系统硬件系统:重力传感器系统,高度传感器系统,姿态传感器系统,数据采集系统;软件系统:5个模块组成,可以实现观测数据采集,滤波,改正;测量误差检验,补偿和平差;将空中重力异常延拓到地面或大地水准面;到目前还没看到解决实际问题的结果.,9.地下重力测量技术概述地下重力测量是指在钻井,竖井中垂直地进行,以及在矿区的不同平巷中水平或垂直地进行重力测量.研究重力垂直分量随深度的变化,以得到地下密度不均匀体的垂向和横向位置的变化信息,主要提供密度垂向变化的信息.井中重力测量方法井中重力测量borehole gravimetry：使用特制的重力仪在钻井中进行定点观测，称为井中重力测量。井中重力测量的数据对划分石油钻井的不同密度界面有重要作用。详见“重力测井”。需要注意的问题:深度误差;噪声干扰,测量间隔的选择,数据校正井中重力测量的应用确定孔隙度,精度可达0.05%;沉积盆地的密度的变化,确定天然气饱和度,发现含油气层位及远井处的孔隙带;地下核试验井周围岩石的安定性,监测放射性气体的逸散;,10.重力梯度测量英国公司正在和切萨皮克能源公司合作，利用其全张量重力梯度仪（）确定美国中陆地区的远景构造。全张量重力梯度测量技术正在切萨皮克能源公司掀起油气勘探的一场革命。最近完成的实验表明，全张量重力梯度测量技术的预测结果与该公司的干井和生产井的符合率达到。公司和切萨皮克能源公司认为，全张量重力梯度测量技术有望成为油气勘探的一项革命性技术。全张量重力梯度测量技术通过采集评定区上方的航空重力梯度、磁力梯度和激光测高资料来测量重力场的变化率。公司的重力梯度研究已取得了突破性的进展。公司的最终目标是生产经营世界上首台超导重力梯度仪。,第三讲 重力资料、重力异常的获得及均衡重力异常,1.观测资料的整理和质量评价2.重力基点网平差3.重力异常计算和图示4.均衡及均衡重力异常,重力仪器观测数据的初步整理的内容是通过改正（消除）重力场以外的一些因素引起的重力仪观测数据的变换，这种变化是由仪器本身的特性和工作方法引起的。例如 零点变化及海洋、航空重力测量工作中航速，航向的影响和垂直加速度干扰等异常。,一.观测资料的整理和质量评价,一.观测资料的整理和质量评价,普通点观测资料的整理和质量评价 消除仪器的零点漂移,求取各测点相对与基点的相对重力值;仪器的零点漂移:(a)纯零点漂移(弹性元器件疲劳等造成的读数变化)(b)重力日变(重力固体潮的变化)和温度影响未消除部分等叠加在一起的混合零点漂移;对中小比例尺测量,这一整理称为混合零点校正;对大比例尺测量,要先进行固体潮校正,对余下的纯零点校正和温度影响做零点校正;,一.观测资料的整理和质量评价,2)基点网观测资料的整理和质量评价在消除仪器零点变化后,求得各相邻两基点的重力差值(一个边段的段差).常用三重小循环法,由于测量时间差小,可以较好地监测重力仪的零点漂移,且视为线性变化.,二.重力基点网平差,基点网观测对基点：在基点上观测读数，可以在同一基点，也可以在不同基点。基点数约为普通观测点数的1/50或1/3002.基点网观测的数据整理 1）基点网的闭合差实际测量中，因观测误差和校正中的各种误差，上述关系往往不满足，经常存在某一大于0或小于0的数，这个数称为基点网的闭合差。,2）基点网的闭合差的计算第一，环路统计第二，环路各边重力增量计算第三，各环路闭合差的计算,二.重力基点网平差,2）基点网的平差基点网的平差即将基点网的闭合差按一定的方法分配到各个边上，使基点网环路闭合，即,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,二.重力基点网平差,3）求各基点相对于总基点的重力差,设总基点为A则各基点相对于总基点的重力差为,二.重力基点网平差,作业2,导出下落法绝对重力测量的计算关系？试分析提高仪器精度的方法？画出弹簧相对重力仪的灵敏度系统结构？导出平衡方程和灵敏度方程？分析提高灵敏度的方法？画出海洋弦线重力仪的灵敏系统结构？导出响应方程？,三.重力异常计算和图示,1.重力观测结果的内部校正 由重力测量经过零点改正后所得到的结果是测点相对于某点的重力差值，通过基点的重力值可以推算出所有的测点绝对重力值，也称为重力观测值。基点的重力值可以通过将基点网中任一基点与国家基点联测得到。各测点的重力观测值中包含着地质因素以外额外部条件变化的影响。因此，因此，由重力观测值得到反映地质因素的重力异常，需要经过一系列的校正。下边介绍各项校正的方法和由此得到的各种异常的地球物理意义。,1)内部校正概述,野外测量通常采用多台仪器,其测量值包含实际的重力值,及前边提到的各种影响因素.其中由仪器的结构不完善造成的干扰称为仪器的内部影响,对内部影响的校正称为内部校正.内部校正包括:温度校正,零点校正,气压校正,地磁校正,目前主要作前两项校正校正后值=观测值+校正值校正值=-影响值,1.重力观测结果的内部校正,(1)温度校正,1.重力观测结果的内部校正,(2)零点校正用于勘探的重力仪都有零点变化的现象，在一定精度要求下，一定时间间隔内重力仪的零点变化可以看成是与时间成线性关系，可以相应的通过改正来消除零点变化的影响。进行零点改正的方法是：重力测量工作前，在全测区均匀布置一些基点，这些基点间的重力差值采用高一级精度重力仪器或者较为复杂的工作方法首先测出。在进行测点重力测量时，首先在基点上观测，然后对测点进行观测，在规定的重力仪器线性零位变化的时间间隔内再到基点上观测，当然也可以回到工作开始的那个基点观测。,1.重力观测结果的内部校正,2)零点校正单次观测的零点校正方法(1)同一个基点上的两次观测的时间为(2)校对两个不同基点A和B,而且两个基点的重力差已知为由校对基点读数算出的结果是,1.重力观测结果的内部校正,2)零点校正,1.重力观测结果的内部校正,2)零点校正,1.重力观测结果的内部校正,1.重力观测结果的内部校正,重力的组成和影响因素,2.重力观测的外部校正,纬度和高程影响,中间层和地形影响,1)中间层校正,2.重力观测的外部校正,图中B为总基点,A为A的投影,与B处于同一大地水准面上,A与B的高差为h(A的海拔高程).A与B相比,多了一个密度为 的,厚度为h的物质层,称为中间层的引力作用.由于各测点的高度不同,中间层引力的垂直分量的影响也不同,因此,必须进行中间层校正.,1)中间层校正,2.重力观测的外部校正,1)中间层校正,2.重力观测的外部校正,1)中间层校正,2.重力观测的外部校正,2)地形较正,2.重力观测的外部校正,测点A周围的地形起伏对A点观测值的影响可用右图说明.与地面平坦相比,高于A点的 质量对A点的引力使A点的重力值减小;低于A点的地形,由于缺少物质,也使A点重力减小.所以,地形影响的校正总是正值.但在大范围测量和海洋测量中,地形校正有正有负.,A,2)地形较正（Terrain Corrections）,2.重力观测的外部校正,a)扇形分区地形校正计算方法,2)地形较正（Terrain Corrections）,2.重力观测的外部校正,2)地形较正（Terrain Corrections）,2.重力观测的外部校正,2)地形较正（Terrain Corrections）,2.重力观测的外部校正,2)地形较正（Terrain Corrections）,2.重力观测的外部校正,2)地形较正（Terrain Corrections）,2.重力观测的外部校正,2)地形较正（Terrain Corrections）,2.重力观测的外部校正,3)自由空间校正(高程校正,法衣校正),2.重力观测的外部校正,3)自由空间校正(高程校正,法衣校正),2.重力观测的外部校正,4)纬度校正,2.重力观测的外部校正,4)纬度校正,2.重力观测的外部校正,5)区域校正,2.重力观测的外部校正,2.重力观测的外部校正,中间层校正和自由空间校正合起来,称为布格校正由地形校正,纬度校正,中间层校正和自由空间校正得到的重力异常称为布格重力异常.前边的四项校正中,自由空间校正的值最大,中间层校正的值次之,约为自由空间校正值的1/3.,6)几种重力异常的物理意义,2.重力观测的外部校正,6)几种重力异常的物理意义,2.重力观测的外部校正,6)几种重力异常的物理意义,2.重力观测的外部校正,2.重力观测的外部校正,6).几种重力异常的物理意义,1、绝对布格重力异常：主要反映地壳内部各种密度不均匀体所引起的重力异常2、相对布格重力异常：主要反映地壳内部各种密度不均匀体所引起的重力异常两者的区别：两者相差一个常数。,2.重力观测的外部校正,3、自由空间异常：自由空间异常只是将重力观测结果归算到同一大地水 准面上，所以它的校正项只有高度改正和正常场校正,偏离正常地球密度分布产生的重力异常 负异常：质量亏 正异常：质量盈,4、均衡异常：仅仅反映地壳内部各种密度不均匀体所引起的重力异常,均衡异常存在的地区，反映当今地壳未达均衡德地区,2.重力观测的外部校正,3.重力异常图的表示,布格重力异常等值图重力异常剖面图重力异常剖面平面图1)等值图,2)重力异常剖面图,3)重力异常平面剖面图,3.重力异常图的表示,为了使重力异常的解择推断更方便，必须用各种图件将 重力异常的分布和变化形象地表示出来，这种图仲称为 重力异常图。传统的异常图件有三种：,4)重力异常平面图,3.重力异常图的表示,5)用颜色和等值线表示重力异常平面特征,3.重力异常图的表示,6)用三维可视化技术表示重力异常平面特征,3.重力异常图的表示,四.均衡及均衡重力异常,P点的铅直线方向为G1安第斯山的引力为g1G1和g1的合力为G2实际观测到的重力为g3这样就发现在山下存在质量亏损,即存在均衡现象.Airy设想莫霍面在山下加深,形成一个质量亏损.1854年,英国学者Pratt也在喜马拉雅山脉附近发现了类似现象.1889年,Dutton用”均衡”来解释这一现象.,四.均衡及均衡重力异常,均衡异常发现示意图,四.均衡及均衡重力异常,1)均衡异常的发现,四.均衡及均衡重力异常,1)均衡异常的发现,四.均衡及均衡重力异常,2)均衡原理,均衡原理在地下某个深度的下面,地球内部的压力是流体静压力或静水压力,在补偿深度处单位截面的上覆柱体的重量必须完全相等.若地球表面存在过剩负载,例如,山脉,洋脊或冰帽,那么在这个表面之下,补偿深度之上,一定存在一个等效的补偿质量亏损;对于海洋会存在相反的情况;均衡是阿基米德原理在地球最上部地层的应用.,重力均衡补偿模式,四.均衡及均衡重力异常,四.均衡及均衡重力异常,3)重力均衡假设a)Pratt假设:假设在补偿深度之上,地壳的密度是横向变化的,这个变化依赖于上覆地形起伏的高程.均衡条件为:,四.均衡及均衡重力异常,Airy假设:地球最上部存在一个低密度的壳,且该壳上覆于高密度的底层之上,这个壳和底层具有均匀密度,由低密度壳的厚度实现上覆层的均衡补偿.,山根和反山根.,四.均衡及均衡重力异常,4)重力均衡与地壳的分布陆壳和洋壳的差异用均衡原理解释地壳的密度变化和上地幔的密度变化.,欢迎提出问题！,
