1、地球物理勘探概论复习题 物探复习资料第一章，重力勘探重力的单位：在SI制中：g（重力加速度）的单位为1m/s2，规定1m/s2的百万分之一为国际通用重力单位（gravity unit)，简写为g.u.，即： 有时也用Gal（伽）作为重力单位，与其它单位关系如下： 重力等位面处处与重力（ g ）正交，故又将重力等位面称为“水准面”；当 c 取某一定值的水准面与平均海平面重合时，则这个水准面称为“大地水准面”。地球表面正常重力场的基本特征（1）正常重力值不是客观存在的，它是人们根据需要而提出来的；（2）正常重力值只与纬度有关，在赤道处最小（9780300g.u.），两极处最大（9832087g.u
2、.），相差约51787 g.u. ；（3）正常重力值随纬度变化的变化率，在纬度45处最大，而在赤道和两极处为零；（4）正常重力值随高度增加而减小，其变化率为-3.086 g.u. /m 。重力随时间的变化 1、长期变化 原因：地壳内部的物质运动，如岩浆活动、构造运动、板块运动有关。 特点：变化十分缓慢、幅度小，在短时间内变化很弱，故在重力勘探中不予考虑。2、短期变化（日变化） 原因：地球与太阳、月亮之间的相互位置变化引起（即与天体运动有关）。在重力勘探中，由地下岩（矿）石密度分布不均匀所引起的重力变化称为重力异常。 造成 g观 与g0 之间差别的原因: (1）重力观测是在地球的自然表面上而不是
3、在大地水准面上进行的（自然表面与大地水准面间的物质及测点与大地水准面间的高差会引起重力的变化）； （2）地壳内物质密度的不均匀分布； （3）重力日变化.。引起重力异常的条件： （1）探测对象与围岩要有一定的密度差； （2）岩层密度必须在横向上有变化，即岩层内有密度不同的地质体存在，或岩层有一定的构造形态； （3）剩余质量不能太小（即探测对象要有一定的规模）； （4）探测对象不能埋藏过深； （5）干扰场不能太强或具有明显的特征。岩（矿）石的密度的一般规律: 火成（岩浆）岩密度变质岩密度沉积岩密度根据长期研究的结果，认为决定岩、矿石密度的主要因素为： (1)组成岩石的各种矿物成分及其含量的多少；
4、(2)岩石中孔隙度大小及孔隙中的充填物成分； (3)岩石所承受的压力等。火成岩: （1）主要取决于矿物成分及其含量的百分比，由酸性基性超基性岩，随着密度大的铁镁暗色矿物含量增多密度逐渐加大。 （2）成岩过程中的冷凝、结晶分异作用也会造成同一岩体不同岩相带，由边缘相到中心相， 密度逐渐增大； （3）不同成岩环境(如侵入与喷发)也会造成同一岩类的密度有较大差异，同一成分的火成岩密度，喷出岩小于侵入岩。 （4）年代老的岩体的密度小于新岩体的密度。沉积岩： 1、沉积岩一般具有较大的孔隙度，如灰岩、页岩、砂岩等，这类岩石密度值主要取决于孔隙度大小，干燥的岩石随孔隙度减少密度呈线性增大； 2、孔隙中如有充
5、填物，充填物的成分(如水、油、气等)及充填孔隙的百分比也明显地影响着密度值； 3、随着成岩时代的久远及埋深加大，上覆岩层对下伏岩层的压力加大，这种压实作用也会使密度值变大。变质岩： 变质岩的密度一般大于原岩的密度；变质程度越深，密度越大；动力变质而使岩石破碎，则密度减小。 （1）变质岩的密度与矿物成分、含量和孔隙度均有关，这主要由变质的性质和变质程度来决定； （2）通常，由于重结晶等作用，区域变质作用将使变质岩比原岩密度值加大；经过变质的沉积岩，如大理岩、板岩和石英岩比原生石灰岩、页岩和砂岩更致密些。 （3）由于变质作用的复杂性，所以这类岩石的密度变化显得很不稳定，要具体情况具体分析矿石：金属
6、矿： 很大，一般大于岩石的平均密度（2.7 g /cm） 非金属矿：其 小于岩石的平均密度（2.7 g /cm）重力勘探工作任务： 1、重力预查，目的：大地构造的基本轮廓（如断裂带、岩体的分布等）的资料； 2、重力普查，目的：划分区域地质构造、圈定岩体及储油构造，比较确切地指示成矿远景区； 3、重力详查，目的：详细地研究工区重力异常的规律和特点，寻找局部构造或岩、矿体； 4、重力细测，目的：构造、岩体、矿体的形态及产状。 为了获得单纯由地下密度不均匀体引起的重力异常，则必须消除各种干扰因素的影响，通常要进行如下校正： （1）地形校正 （2）中间层校正消除自然地形起伏干扰 （3）高度校正 （4）
7、正常场校正 消除地球正常重力场影响 布格校正：高度校正和中间层校正都与测点高程h有关，将这两项合并起来，统称为布格校正（g布） 自由空间重力异常就是对观测值仅作正常场校正和高度校正，反映的是实际地球的形状和质量分布与参考椭球体的偏差： 即经过正常场校正、地形校正、布格改（高度校正和中间层校正）的重力异常，称为布格重力异常。 均衡异常即为对布格重力异常再作均衡校正，表示了一种完全均衡状态下其异常所代表的意义。 球体： 水平圆柱体： 垂直台阶平面异常特征： 等值线为一系列平行台阶走向的直线，在断面附近等值线最密，称为“重力梯级带”，且异常向台阶延伸方向单调增大。 不同埋深的台阶剖面（a）和铅垂台阶
8、的Vxz、Vzz、Vzzz 断层的重力异常理论曲线： 直立脉（板）状体： 当脉（板）倾斜时，g曲线不对称，脉倾斜方向一側曲线平缓，另一側，曲线变陡。 第二章：磁法勘探 磁法勘探：它是以地壳中各种岩、矿石间的磁性差异为物质基础的，由于岩、矿石间的磁性差异将引起正常地磁场的变化（即磁异常），通过观测和研究磁异常来寻找有用矿产或查明地下地质构造的一种地球物理方法。磁法勘探与重力勘探间的几点差别： 1，就异常的幅值而言，磁法异常比重力异常大得多； 2，重力异常反映的地质因素较多，而磁异常反映的地质因素较单一； 3，地质体的磁异常特征比相应的重力异常复杂。磁法勘探的应用： 1、直接寻找具有磁性的金属矿体
9、，如磁铁矿、磁黄铁矿等； 2、间接寻找无磁性的金属矿与非金属矿体，如铅锌矿、铜矿、石棉矿等； 3、地质填图，如圈定磁性的岩体、断裂等； 4、研究大地构造、了解结晶基底的起伏等； 5、在古地质学方面的应用等； 6、其它方面的应用。磁感应强度B： SI制单位特斯拉（T），1T1Wb/m2，通常用较小的单位nT（纳特），1nT10-9T 在CGSM单位制中：用（伽傌）为磁场强度的单位；两种单位制之间的关系为：1 =1nT。 磁化的本质：在外磁场作用下，物体中原子磁矩（m）趋外磁场方向定向排列的结果。 存在地球周围的具有磁力作用的空间，称为地磁场。地球磁场的基本特征： 1，地球有两个磁极，磁北极（S极
10、性，地理北极附近）和磁南极（N极性，地理南极附近），磁轴与地理轴不重合，交角为11.5。 2，一个均匀磁化的球体（或位于地球中心的一个磁偶极子）的磁场类似。 3，地磁场是一个弱磁场（平均强度为50000 nT，比普通马蹄形磁铁要弱得多），但基本稳定。 4，成分复杂，由各种不同起源、不同变化规律的磁场成分叠加而成。 5，随时间变化，可分为缓慢变化或基本不变稳定磁场和随时间变化较快的变化磁场。地磁场的构成： （一）偶极子磁场BSN 1，人们发现，地磁场的空间形态与一个位于地心的磁偶极子（称为地心磁偶极子）的磁场相似； 2，这个地心磁偶极子的磁场强度约占整个地磁场强度的80%一90%； 3，地心磁偶
11、极子轴和地轴斜交成11.50 的角度； 4，地磁极：地心磁偶极子轴线与地面交于南北两对称点，我们把这两点叫做地磁极。（二）非偶极子磁场Bm 1，更详细研究地磁场的空间分布时发现，在相当大的地域内，地磁场的分布与偶极子磁场不完全符合； 2，实际地磁场和理想的地心偶极子磁场之间还存在着比较显著的差异，若把这差异 (即从正常磁场使中减去按偶极子算出的磁场值)叫做非偶极子磁场，它约占地球总磁场的10%一30%； 3，因此用地心磁偶极只能作为描述地磁场的一级近似。（三）变化的磁场B1、长期变化的磁场 基本磁场随时间的缓慢变化，称为地磁场的长期变化。 特点： （1）周期长（周期为年、几十年或更长），变化缓
12、慢； （2）地球磁场的西向漂移（如大陆磁场中心、磁倾角等的西向漂移）； （3）地球磁矩的衰减变化。 由于长期变化的周期长，幅值小，故在磁法勘探中可不考虑长期变化的磁场。2、短期变化的磁场 主要起源于固体地球外部各种电流体系产生的磁场。 按其变化特征可分为两类：（1）平静变化（日变化） 连续出现的，比较有规律且有一定周期的变化。 特点：以24小时为周期的变化，白天变化大，夜间变化小；夏季变化大，冬季变化小；同一地点、不同日期，则日变化变化不相同；同一磁纬度的不同地点，日变化变化形态及幅度相同。（2）扰动变化 偶然发生的、短暂而复杂的变化。 强度大的磁扰动变化，称为“磁暴”。 特点：变化剧烈（强度
13、可达几百上千 nT ）、无规律，持续时间为几小时几天。（四)、磁异常 实践证明，在消除了各种短期磁场变化以后，实测地磁场与作为正常磁场的主磁场之间仍然存在着差异，这个差异就称为磁异常。 磁异常是地下岩体、矿体或地质构造受到地磁场磁化以后，在其周围空间形成并叠加在地磁场上的次生磁场，因此它属于内源磁场(仅是其中很小的一部分)。磁异常中由分布范围较大的深部磁性岩层或区域地质构造等引起的部分，称为区域异常；由分布范围较小的浅部磁性岩、矿体或地质构造等引起的部分，称为局部异常。 总磁场强度（B）等值线图特征：等值线与纬度线近似平行，在磁赤道约3000040000nT，向两极增大，在两极约为600007
14、0000nT。垂直强度（Z）等值线图特征：与纬度线大致平行，在磁赤道Z=0，向两极绝对值增大，约为磁赤道水平强度的两倍，磁赤道以北Z0，以南Z 细脉状（2）岩矿石的孔隙度、湿度 孔隙度，含水量，电阻率；风化带、破碎带，含水量，电阻率（3）水溶液矿化度 矿化度，电阻率（4）温度 温度T ，溶解度，离子活性，电阻率；结冰时，电阻率（5）压力 压力，孔隙度，电阻率；超过压力极限，岩石破碎，电阻率（6）构造层的影响 这种层状构造岩石的电阻率，则具有非各向同性，即沿层理方向的电阻率小于垂直沿层理方向的电阻率。设大地是水平的，与不导电的空气接触，介质充满整个地下半空间，且电阻率在介质中处处相等，称这样的介
15、质模型为均匀各向同性半空间。地电断面：根据地下地质体电阻率的差异而划分界线的断面。高阻体具有向周围排斥电流的作用。低阻体具有向其内部吸引电流的作用。 视电阻率：在电场有效作用范围内各种地质体电阻率的综合影响值。影响视电阻率的因素： 电极装置供电电极（A、B）及测量电极（M、N）的排列形式和移动方式 电极装置类型及电极距的大小 测点相对于地质体的位置； 电场有效作用范围内各种地质体的真电阻率； 地质体的分布状态（形状、大小、埋深及相对位置）。 电阻率与电流密度的关系式，即 s 剖面曲线的变化能清楚地反映出地下导电性不均匀体的位置及电阻率的相对高低。电剖面法： （一）联合剖面法 在实际工作中，常采
16、用不同极距的联合剖面曲线交点的位移来判断脉状体的倾向。联合剖面法主要用于探测产状陡倾的良导薄脉（矿脉、断层、含水破碎带）及良导球状矿体。（二）中间梯度法 特点： （1）利用均匀场；（2）工作效率高（一线供电，多线测量） 中间梯度法主要用来寻找陡倾的高阻薄脉（如石英脉、伟晶岩脉等） 原因：在均匀场中，高阻体的屏蔽作用比较明显，排斥电流使其汇聚于地表附近，使 jMN 急剧增加，致使s曲线上升，形成突出的高峰。而低阻薄脉易于让电流垂直通过，只使 jMN 发生很小的变化，故 s 异常不明显。（三）对称剖面法从场的特点看： 对称剖面法与中间梯度法都属于两个异性点电源的场，测量电极都为于剖面的中部，属均匀
17、场，s 异常曲线的特点与中间梯度法类似。但s曲线比中间梯度的s曲线复杂、生产效率低些。因此，一般能用中间梯度法解决的问题，就不用对称四极剖面法。由图可见：显然低阻薄脉上的对称剖面法s异常不如联合剖面法的异常反映明显。因此，一般不用对称四极剖面法寻找低阻的薄脉状地质体。对称四极剖面法的实际应用： 用“对称剖面法”研究覆盖层下的基岩起伏（向斜或背斜）和对水文、工程地质提供有关疏松层中电性不均匀体的分布以及疏松层下的地质构造、划分接触带、寻找厚岩层（矿体）等。电测深法： 简称电测深，又名电阻率垂向测深。是利用岩矿石的导电性差异为基础，分析电性不同的岩层沿垂向分布情况的一种电阻率方法。特点：采用在同一
18、测点上逐次扩大供电极距，使探测深度逐渐加大，从而得到观测点处视电阻率s沿垂直方向上的变化情况。电测深法主要用于探测水平（或倾角不超过20）产状的不同电性层的分布（如断裂带、含水破碎带等）。视电阻率s随着供电极距（AB/2）变化的曲线，称为电测深曲线。电测深曲线的特点：（1）每个电测深点均可以得到一条电测深曲线（2）该曲线通常以AB/2为横坐标，以s为纵坐标，绘制在模数为6.25cm的双对数坐标纸上。 电测深资料的解释：1、定性解释 目的：通过定性解释可以了解工作的区的地电断面的类型及变化情况。（1）单独一条电测深曲线的解释： 电性层的数目；各层电阻率的相对大小；估计第一层和底层的电阻率值。（2
19、）面积性电测深资料的定性解释需要绘制各种图件，以此来反映测区内不同电性层的分布及变化情况，从而了解工区的地质构造或电性层的形态。电测深法图件分类： （1）视电阻率断面图（剖面和平面等值线图） （2）电测深曲线类型图（分为剖面上和平面上） 注意曲线类型的变化，一般反映了电性层的变化，如构造接触带、地层尖灭、基底起伏等。 （3）等AB/2视电阻率剖面图 （4）等AB/2视电阻率平面等值线图 （5）不同极距s剖面图（相当于复合对称四级电阻率法）电测深法的应用条件： 地层应基本水平（地层倾角小于20）； 各层间有较明显的电阻率差异； 地形起伏不大。高密度电阻率法 高密度电阻率法是一种在方法技术上有较大
20、进步的电阻率法。其原理与常规电阻率法完全相同。但由于它采用了多电极高密度一次布极并实现了跑极和数据采集的自动化，因此相对常规电阻率法来说，具有许多优点：(1)由于电极的布设是一次完成的，测量过程中无须跑极，因此可防止因电极移动而引起的故障和干扰；(2)一条观测剖面上，通过电极变换和数据转换可获得多种装置的断面等值线图；(3)可进行资料的现场实时处理与成图解释； (4)成本低，效率高。充电法： 充电法：对地面上、坑道内或者钻孔中已经揭露的良导体直接充电，以解决某些地质问题的一种电法勘探方法。充电法的基本原理：对钻井、坑道等人工揭露或天然露头的良导体上接一供电电极（A），另一供电电极（B）置于离充
21、电体很远的地方（称为无穷远极），对充电体进行充电。进而查明充电体的空间分布形态、产状及延伸。1、理想条件下（即0 =0或0 )，将不产生电位降，电位在导体内及表面处处相等，故导体为一个“等位体”，其表面为“等电位面”。 2、脉状体倾斜时，电位曲线及电位梯度曲线均不对称3、自然界中，导体都不是等位体（即0 0），对其充电后，充电体上各点的电位并非都相等。 （1）当充电点位于不等位体边缘时，电位及电位梯度曲线都不对称； （2）当充电点位于不等位体的中心时，电位及电位梯度曲线均成对称分布（很难与等位体区分开来） 因此，在解释中，必须充分考虑到： 充电导体自身的电阻率（是否满足理想导体的条件） 充电体与围岩电阻率差异（是否满足0 围 ）； 充电点的位置。 自然电场法 自然条件下，无需向地下供电，通过一定的装置形式，地面两点间通常也能观测到一定大小的电位差，这表明地下存在“天然电流场”简称“自然电场”。 自然电场法通过研究自然电场在地面的分布规律来解决地质问题的一种电法勘探方法。 自然电场的成因： 1、电子导体与围岩溶液间的电化学作用 2、岩石中地下水运移的电动效应（过滤电场） 3、岩石中不同浓度溶液离子的扩散作用自然电场法的应用： 1、寻找金属硫化物矿床（铜矿、黄铁矿）、石墨和无烟煤； 2
