重力异常分析 地壳均衡及均衡校正.ppt

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1、重力勘探,重力异常的地质地球物理解释4 地壳均衡及均衡校正,重力均衡改正的目的是依据某种均衡模式调整地壳它不像布格改正那样，把地形质量完全去掉，而是将这些质量移到大地水准面的内部去，以弥补山下的质量亏损。,2.1 均衡改正,D=100公里,2。52,2。67,均衡面,布格改正去掉大地水准面以上的物质，在海洋填充岩石,重力的均衡,一、普拉特-海福德均衡改正,在普拉特海福德均衡模型中，地形质量被填补在海水面与补偿面之间，使地壳的密度从原来的值h，增加到标准值0(0=267克厘米3),2.76,D=100公里,2.67,均衡面,重力的均衡,在艾里海斯坎宁模型中，地形质量用来补填大陆的根，把它的密度从

2、0267提到13.27克厘米3,二、艾里海斯坎宁的均衡模型,3。27,2.67,T=30,重力的均衡,在艾里海斯坎宁模型中，地形质量用来补填大陆的根，把它的密度从0267提到13.27克厘米3,二、艾里海斯坎宁的均衡模型,重力的均衡,莫霍面,M,换句话说，就是地形部分移去时，补偿也同时去掉最后的结果是有一个想象的密度为0的均匀地壳它的厚度为D(普拉特海福德，D100公里)或T(艾里海斯坎宁，T30公里),布格重力异常就是空间重力异常减去高出大地水准面外的物质所产生的重力后的异常简单来说，就是把大地水准面外的物质搬走后的重力异常，在海洋地区就是“填平”大地水准面后的重力异常这里“填平”的意义是把

3、物质混入海水，但又不增加体积，使其密度和地壳密度相同布格异常只考虑把高山物质“搬掉”，把海洋凹地“填平”后的情况,没有研究“搬掉”的物质是地球内部什么地方变稀产生出来的，更没有考虑把这些物质塞回变稀的地方后，重力异常场将会是什么样的同样在海洋地区，布格重力异常没有考虑“填平”所用的物质是它下面什么地方变密产生的，也没有考虑把那些变密的部分抽出来，作为“填平”海洋地区的物质后，重力异常场又将如何变化。,一、布格重力异常的特点,重力的均衡,2.2 重力均衡异常分析,地球是由一层层物质构成的，如果每层物质是均匀分布，则地球是一个分层旋转椭球体 但是，由于地球内部物质的量和相的变化，实际的地球并不是一

4、个完整的分层旋转椭球体，有些地方凸出来形成高原和高山，有些地方凹下去形成湖泊和海洋一般来说，高山的形成是它下面的物质变稀，海洋凹地的形成是它底下的物质变稠的结果所以高出大地水准面的高山物质应该是它下面地球内部物质变稀的总和，海洋地区海水相对地壳密度减少的质量部分，应该是海洋地区下面物质变稠的总和，从而使地球内部某一深度面上的以一平方单位作底面的柱体内物质相等 如果某些地方压力不一致，地球这部分地区就处于不均衡状态,重力的均衡,布格重力异常就是空间重力异常减去高出大地水准面外的物质所产生的重力后的异常简单来说，就是把大地水准面外的物质搬走后的重力异常，在海洋地区就是“填平”大地水准面后的重力异常

5、这里“填平”的意义是把物质混入海水，但又不增加体积，使其密度和地壳密度相同布格异常只考虑把高山物质“搬掉”，把海洋凹地“填平”后的情况,没有研究“搬掉”的物质是地球内部什么地方变稀产生出来的，更没有考虑把这些物质塞回变稀的地方后，重力异常场将会是什么样的同样在海洋地区，布格重力异常没有考虑“填平”所用的物质是它下面什么地方变密产生的，也没有考虑把那些变密的部分抽出来，作为“填平”海洋地区的物质后，重力异常场又将如何变化。,一、布格重力异常的特点,重力的均衡,均衡改正就是根据一定的原理，把布格改正中所搬走的物质，注入地球内部变稀的地方，或从海洋地区下面变密的地方抽出物质“填平”海洋内部，使地球成

6、为分层均匀旋转椭球体的一种方法注入和抽出物质的原理不同，就构成不同的均衡模式 普拉特模型认为在一定的深度上存在一个压力相等的均衡面，应该把高出水准面的高山物质注入均衡面和大地水准面之间 艾里均衡漠型是根据液体的浮动原理，认为山有山根，高出水准面的物质应该均匀地注入岩浆面下面的山根内，使这部分密度和地壳密度一致 在这两个模型中抽出海底下物质去“填平”海洋的原理是类似的把高出大地水准面的物质注入地球内部以后，地球内部的密度就增加；把海洋地区下面的物质抽出“填平”海洋地区以后，地球内部的密度就减少这样得到的密度改变量称为均衡改正中的补偿密度，它是地球内部点的函数。,重力的均衡,在所考虑的地区之内，如

7、果均衡异常的数值在正负20毫伽的范围之内，我们可以认 为这一地区基本上处于均衡状态 在这个范围以外，对于大的正异常，可以认为经过均衡补偿地球内部之后，内部物质过剩，为了达到均衡状态，这部分物质就要发生运动，结果使这部分物质减少或是由内部物质相的变化，使其地表下沉，或两者同时发生。如果是负的大异常值，说明地球内部物质亏损，为了达到均衡，内部应该得到物质补充，或是由内部物质相的变化，使地表上升，或两者同时进行.均衡异常向扩大的方向或是缩小的方向发展，取决于地质的发展情况如南海在扩张阶段底下过剩物质向两边扩张，所以其均衡异常应减小；而南海一些边缘在拉张的时候，岩石圈变薄，水深变深，那里原来是均衡的，

8、此时就会向负异常方向发展,二、均衡重力异常与地壳运动,重力的均衡,均衡异常和地壳运动,喜马拉雅山脉中部地区是现代地质构造运动较活跃的区域，地震活动相当频繁，图所示是由重力异常反演得出的莫霍界面等深图。从图中看出，世界最高峄珠穆拉玛峰的地壳（地形最高）并不是最厚，它处于莫霍界面向北加深的斜坡上，其厚度仅48km。深部重力异常也不是极小值，仅一3000gu，其极小值在雅鲁藏布江以南。用爱利均衡模式计算得到的均衡异常在珠穆拉玛峰一带最大，其值为1200 gu，表明喜马拉雅山主峰处地壳并未达到均衡补偿，还缺乏山根。,均衡异常和地壳运动,根据对植物的演化和相关气候的研究，说明喜马拉雅山自更新世以来一直处

9、于上升趋势，而主脉上升幅度最大。这说明喜马拉雅山地区有一种比均衡调整力更强的力存在，这种为被解释为板块构造动力（即印度板块向北与亚洲板块互相挤压、碰撞的力。）这种力不仅支持喜马拉雅山山地地壳过剩余的负载，并且使其继续上升，同时，还产生了一系列逆掩断层。,图例,重力异常分析,自由空间异常,高度校正：相当于把T至H之间物质压缩成薄片到HH面上；正常场校正：相当于去掉大地推球体（分层）的质量（1）H与D之间密度为2.67的物质；（2）D与M密度为3.27的物质，山根原为2.673.27=0.60,压缩成薄片,重力异常分析,3.27,2.67,正常重力模型做正常重力校正对应减去各层密度,重力异常分析,

10、做各项校正后的自由空间异常,重力异常分析,自由空间重力异常解释,1、自由空间异常反映了实际地球形状、物质与大地椭球体的偏差；2、在大范围内：负异常：该区域下方的物质相对亏损正异常：该区域下方的物质相对盈余注：薄片物质与山根对应。可以想象薄片物质与山根的-0.60能否补齐？不能补齐质量亏损；薄片物质太多物质盈余。3、在H与D之间密度异于2.67的地质体，也产生异常，但反映较布格异常要小，由于上面薄片物质干扰；4、法耶异常：在自由空间异常基础上加上地形校正，即为“法耶异常”，做地形校正后，局部地形改变地球物质分布。,法依（法耶）异常,T高于N或低于N的物质改变相当于大地水准面分布物质发生变化。,布

11、格重力异常,地形校正：去掉高于或补上低于N的物质，N上下物质分布变化；中间层校正：去掉N与D之间物质；高度校正：去掉N与H之间高度影响；正常场校正：同上,布格重力异常解释,1、布格异常包含：（1）地壳内各种偏离正常密度分布的矿体、构造的影响布格异常局部变化；（2）反映地壳下界面起伏A、巨大物质亏损莫霍面下沉（陆地的山区，山根剩余密度-0.60）布格异常大范围的负异常；B、巨大物质盈余莫霍面拱起（海洋区,莫霍面拱起，剩余密度+0.60）布格异常大范围的正异常；,均衡重力异常,1、去掉布格校正项内的物质；2、消除正常重力影响；3、做均衡校正，将布格校正去掉的物质补回：（1）高于大地水准面的物质填充

12、到山根使经过正常场校正后的密度-0.60A、均衡：密度由-0.600（均衡异常大于200g.u.）B、不均衡：密度不为零（均衡异常在200g.u.之内）（2）反山根的密度3.27的物质-2.67多余部分填充到海水，使之具有平均密度2.67,均衡重力异常解释,1、均衡重力异常可反映地壳密度不均匀体所产生的异常由于均衡异常是计算大面积的平均效应因此局部影响很小；2、均衡分析（1）均衡：gF=0，一般认为在200g.u.之内大地水准面以上多出的物质正好补充了山根处的物质不足；（2）补偿不足：gF 0(或大于200g.u.)A、补偿到山根的物质太多物质过剩山根物质密度3.27B、构造力使山脉隆起后，均

13、衡力未使地下界面达到足以补偿山脉隆起的深度山根不够深因而地球未达到均衡C、有些文献认为：如要达到均衡，这部分物质或发生相变，或是山根下沉，或两者同时发生。,均衡重力异常解释,（3）补偿过剩：gF 0(或小于200g.u.)A、补偿到山根的物质不足以弥补山根物质的亏损物质亏损山根物质密度3.27B、地下界面超过正常地壳厚度山根太深因而地球未达到均衡C、有些文献认为：如要达到均衡，这部分物质或发生相变，或是山根上升，或两者同时发生。,1、均衡状态：gc=gB+gc=0（200g.u.）即 gB=gc 可以理解为：（1）山的物质与山根的亏损完全抵消。（2）反山根密度3.27-0.60的部分完全补充到

14、海水中使之成为密度2.67,2、补偿不足：gc=gB+gc 0或+200g.u.（1）山的物质超过山根亏损物质，山根不够深，若要达到均衡，应物质相变化或山根向下沉（向下运动）（2）反山根密度3.27-0.60的部分完全补充到海水中使密度2.67,3、补偿过剩：gc=gB+gc 0或-200g.u.（1）山的物质不足补偿山根亏损物质，山根太深，若要达到均衡，应物质相变化或山根向上（向上运动）（2）反山根密度3.27-0.60的部分完全补充到海水中使密度2.67,均衡重力异常与自由空间重力异常的关系,由于均衡校正比较繁杂在地形起伏且其范围比补偿深度大的地区可用自由空间异常。对均衡状态进行粗略的估计

15、。1、条件：（1）范围大于补偿深度（2）较为宽缓的地形起伏（3）完全补偿(未完全补偿也可近似)2、分析（1）完全补偿：在中部自由空间异常接近于0，宽缓的山根产生的负异常与地表物质产生的正异常大致相等0.6t（t=4.45H）=2.67H即宽山根引起的重力异常近似地等于中间层校正。（2）两个边部出现自由空间异常在边部的“边缘效应”。,均衡重力异常与自由空间重力异常的关系,（3）注意：A、自由空间异常在接近地形起伏的边缘处、起伏大的地区不适用；B、只有在地形起伏的宽度10倍的补偿深度以上，可以代替均衡异常。在海洋上一般可使用自由空间异常代替均衡异常。,三种重力异常的比较,一、校正结束后的比较（一）

16、地形校正 布格异常、法依异常、均衡异常（可以不讨论均衡异常）改变测点上下质量。地球整体质量略有变化；（二）中间层校正 布格和均衡都去掉中间层影响改变地球质量分布，自由空间没有改变；（三）高度校正 布格、自由空间均衡异常都做，自由空间将此部分物质压成薄片（注意此部分质量）；（四）正常场校正 3种异常相同。其中自由空间异常、布格异常，山根处存在-0.60的剩余密度质量亏损（均衡时）。山根下方无质量（即密度为3.27的质量去掉）；（五）均衡校正 将布格校正去掉的物质补到山根，均衡异常的山根处质量=0,三种重力异常的比较,一、异常的比较（一）存在的质量差异1、布格异常在山根存在-0.60密度的质量，在

17、反山根存在+0.60质量。还有大地水准面以下存在密度不均匀体的剩余质量。2、自由空间异常在大地水准面以上的质量压成薄片，山根存在-0.60密度的质量。还有大地水准面以下存在密度不均匀体的剩余质量；3、均衡异常除了大地水准面以下的密度不均匀体的质量完全没有任何质量存在（均衡时）；,三种重力异常的比较,（二）异常比较1、布格异常反映密度不均匀体产生的局部异常，大比例尺的资料用来研究构造，尤其是找矿；山根处存在-0.60剩余密度、反山根存在+0.60剩余密度的质量反映深部地壳构造，即莫霍面起伏；2、自由空间异常反映在山根处存在-0.60剩余密度的质量，反映与实际地球形状和其物质分布与大地椭球体的差异

18、；虽然在水准面一下也存在密度不均匀体的剩余密度，但大地水准面以上存在质量形成干扰，其能力不如布格异常；由于大地水准面以上质量没变化，与山根的-0.60亏损可以补偿，近似的可当作均衡异常使用。3、均衡异常 如果均衡时，只剩下密度不均匀体的质量，但均衡异常是大区域的，所以不能用来勘探，可用于讨论均衡状态；,我国地壳均衡状态,下图是我国的一条东西向，由青岛通过济南、西宁、拉萨直到边境的地形起伏及地壳厚度变化的剖面。表明地形起伏与地壳厚度呈反相关关系，遵循艾里的均衡假说。同时莫霍面厚度和中国地形高程变化非常好的反相关关系表明我国在总体上达到地壳均衡。问题：如果达到均衡，均衡异常曲线怎样？布格异常曲线怎样？,均衡与地壳构造,重力观测表明：（1）全球大约90%以上地区基本处于均衡状态；（2）利用重力资料不能唯一地选择补偿模式；（3）地震的反射和折射联合勘查，及层析成像能给出地壳构造和厚度，也不能给出均衡信息。联合上述方法，能够推断补偿质量的形式，给出比单一方法更多的信息。因此可根据地震地壳研究，对均衡假说进行新的评价。,均衡与地壳构造,一般，接近于地表的均衡补偿可以采取下列三种基本方式的一种或几种：1、一地壳平均密度的横向变化进行补偿；（普拉特假说的修改形式）2、以低密度地壳的厚度变化进行补偿；3、以上地幔内部密度的横向变化进行补偿。（普拉特假说的修改形式）,