重力勘探及其应用涂承林区域重力调查方法技术中心目录序言：第一章重力勘探的基础理论一、地球的重力场二、正常重力场与重力异常三、岩（矿）石密度第二章重力仪一、概述二、石英弹簧重力仪三、金属弹簧重力仪第三章重力勘探的工作方法一、工作设计主要内容和技术要求二、重力资料的整理三、重力异常图第四章重力异常的数据处理一、引起异常的主要原因二、数据处理三、区域异常和局部异常的划分方法四、重力异常的解释延拓五、重力异常的二阶导数第五章重力异常的正反演问题一、基本概念二、规则形体异常的正反演问题三、任意形体异常的正反演问题四、选择法解反演问题五、密度界面的正反演问题第六章重力勘探的应用一、基础地球物理调查—区域重力调查（一）概况（二）成果（三）应用二、重力勘探在油气勘查中的应用三、重力勘探在煤田中的应用四、重力勘探在其他地质勘探方面的应用五、我国重力勘探工作概况序言 (1)第一章重力勘探的基础理论 (1)一、地球的重力场 (1)二、正常重力场和重力异常 (3)三、岩石和矿石的密度 (5)第二章重力仪 (6)一、概述 (6)二、石英弹簧重力仪 (7)三、金属弹簧重力仪 (7)第三章重力勘探的工作方法 (8)一、工作设计的主要内容和技术要求 (8)二、重力资料的整理 (10)三、重力异常图 (12)第四章重力异常的数据处理 (13)一、引起异常的主要原因 (13)二、数据处理 (15)三、区域异常和局部异常的划分方法 (16)四、重力异常的解析延拓 (18)五、重力异常的导数 (19)第五章重力异常的地质解释及应用 (19)一、重力异常解释的基本概念 (20)二、重力异常解释基本方法和步骤 (20)三、重力勘探的应用 (21)四、重力勘探在其他地质勘探方面的应用 (22)五、我国重力勘探工作概况 (23)序言重力勘探是地球物理勘探方法之一。

是研究地球表面及其周围空间重力变化的物理现象。

地表及其周围空间重力变化原因之一是由于地球内部各种岩石密度的不同而引起的，而岩石密度不均匀往往与地下地质构造、矿产分布等地质原因有关。

由于某种地质原因或矿产赋存而引起的重力变化称重力异常，这种情况下的重力场称为重力异常场。

研究重力异常的变化特征，从而得到地下地质构造、岩石分布和矿产赋存的地球物理信息，就是重力勘探的实质和任务。

重力勘探在研究深部构造、进行地质构造分区，圈定盆地，岩浆岩体（隐伏），勘查石油、天然气，圈定煤系地层分布范围、寻找含水地层等工作中发挥了它应有作用。

第一章重力勘探的基础理论一、地球的重力场1、重力的概念重力是最常见的地球物理现象之一。

当地球表面及其周围空间存在有质量的物体时，就要受到地球质量对他的引力作用，同时还受到地球自转而产生的惯性离心力的作用，这两种力的合力就是物体所受的重力。

如下图所示。

图中F表示地球的引力，C表示离心力，P表示重力，则有 P=F+C地球空间到处存在着重力作用，因此这个空间就存在重力场。

显然，它是引力场和离心力场的叠加。

物体所受的重力作用，不仅与物体在重力场中的位置有关，而且与物体的质量大小有关。

当物体受重力作用而自由降落时，将产生重力加速度g，根据牛顿第二定律，它与作用在质量m的物体上的重力p有如下关系：p=mg用m除上式两边，得p/m=g按照场强定义，单位质量所受的重力就是重力场强度（ p/m ）。

可见重力场强度和重力加速度，虽然它的物理概念不同，但其数值和量纲完全相同，而且方向一致。

因此，在重利勘探中常用“重力”二字代表重力加速度或重力场强度。

在以后的讨论中，对两者不再区别。

所谓重力测量，就是测量重力加速度或者重力场强度。

在国际单位制中，重力加速度的单位为米/秒2，以它的十万分之一为通用重力单位即10-5m/s 2（毫伽）1Gal=100mgl=10000μgl=10-2m/s 22、重力场地球的重力场包括引力场和离心力场1）引力场宇宙中任何物体之间都存在万有引力作用，引力大小是根据牛顿万有引力定律计算的。

由于引力场是一个矢量场，所以采用直角坐标系，这样任何矢量的大小和方向都可用它的三个坐标轴上的投影来表示。

坐标系原点位于地球中心，Z 轴与地球自转轴重合，X ，Y 在赤道平面内（下图）设dm 为地球内部的某一质量单元，其坐标为（ξ，η，ζ ）A 为地球外部的某一点，其坐标为（x,y,z ）。

A 点到dm 的距离222)()()(ζηξ-+-+-=z y x r则质量单元dm 对A 点处单位质量的引力为2r dm G F = 式中G 为万有引力常数，等于6.67×10-11m 3/(kg.s 2)。

F 方向是由A 点指向质量元dm 。

2）离心力场地球为一个自旋的天体，设自旋速度矢量为ω，设地表任一点A （x,y,z ）到地球自转轴的距离为L ，则A 点单位质量所受到的离心力为C=ω2L实际离心力的计算公式为C=ω2Rcos φ地球自转角速度ω=2π/86164s ，φ为地球的纬度，地球半径R=6376公里，将上值代入公式，可得C=3.39×10-3cos φ(×10-5m/s 2)从公式可知离心力是规则变化，赤道最大，两极为零（约为地球引力的1/288）。

二、正常重力场和重力异常1、正常重力场和正常重力公式由于地球表面形状和内部密度分布十分复杂，不可能精确地计算出地球表面的重力值，而只能用其他方法获得近似值。

由于地球总是处于流体平衡状态，它的大地水准面与某一旋转椭球面十分接近，所以可用一个理想椭球面作为大地水准面的形状，并且假定地球内部的密度分布是均匀的或者成层均匀分布，并且各层界面都是共焦点的旋转椭球面，这样就可以根据地球的大小、质量、扁度、自转角速度计算出大地水准面上不同位置的重力值。

这种从理论上计算出来的重力值称正常重力值。

表示重力场数学解析式称为正常重力公式。

目前常用的正常重力公式有（1）1901—1909年赫尔默特正常重力公式)/10)(2sin 0000075.0sin 005302.01(97803025220s m g -⨯-+=ϕϕ（2）卡西尼公式（1930年）)/10)(2sin 0000059.0sin 0052884.01(97804925220s m g -⨯-+=ϕϕ（3）1979年国际地球物理及大地测量学会确定推荐的国际正常重力公式)/10)(2sin 0000075.0sin 0053024.01(7.97803225220s m g -⨯-+=ϕϕ由此可见，正常重力场是一个规则的力场，正常重力值与纬度有关。

2、重力异常1）引起地表重力变化的因素地表的重力值是随着地点和时间不同而变化的。

根据地表重力变化来进行地质构造和进行矿产勘查是重力勘探的基本内容。

但是地表重力变化原因取决于好多因素，主要是：（1）地球自转，产生的离心力随纬度变化；（2）观测点高度不同引起的重力变化；（3）观测点周围地形的起伏引起重力的变化；（4）地球的潮汐，引起重力随时间的变化；（5）地球内部物质密度分布不均匀，引起的重力变化。

上述五种因素中，最后一个因素所引起的重力变化才是有意义的。

因为物质密度分布不均匀往往和各种地质构造、矿产分布有密切关系。

我们通常把引起重力变化称为重力异常，它又分为绝对重力异常和相对重力异常。

2）绝对重力异常重力测量分为绝对重力测量和相对重力测量。

绝对重力测量是指测量重力的全值，称为绝对重力值。

相对重力测量是指测量各点与某一基准点（重力起算点）之间的重力差值，称为相对重力值。

正常重力公式计算的是海拔高度为零的海平面（大地水准面）上的重力值，而实际重力测量工作是在地表上进行的，两者数值并不一致。

其原因在上面已经讲过了，为了更直观地说明二者区别，我们以图示来说明如图：上图表述了将重力测点h为高度，a为测点，ρ为密度，a′为海平面上点，a换算到海平面a′上的各项改正，即地形改正、高度改正、中间层改正。

绝对重力异常为大地水准面上的重力值与正常重力值之差，它已消除了上述三种因素的影响。

3）相对重力异常在解决某些地质问题时，例如圈定油气、煤盆地或寻找地质构造等，往往不需要进行绝对重力测量而是选择一个重力基准点作为测区的重力起算点。

基准点所在的平面称为基准面，把该点重力观测的根据作为正常重力场数据。

各个测点的重力观测数据进行地形，中间层和高度改正后，减去基准点的重力值，得到的结果就是相对于基准点的重力异常，称为相对重力异常。

3、重力随时间的变化由于地面上的物体要受到其它天体（主要是太阳和月球）的引力作用，加之地球的公转与自转，地面各点与日、月相对位置随时间变化而发生变化，这就引起了引力的周期性变化，这种引力变化还可引起海洋潮汐和固体潮（所谓固体潮就是固体地球发生周期性的起伏变化，即弹性形变），使大地水准面发生位移，这种位移造成了重力周期性变化。

这两种变化的总和称为重力日变。

其变化最大值仅0.2-0.3×10-5m/s2。

通常在重力仪混合改正中基本被消除了。

三、岩石和矿石的密度各种岩（矿）石的密度差异是引起重力异常的必要条件，因此岩（矿）石的密度参数是重力勘探中非常重要的物性参数。

它是部署重力勘探工作的前提，也是对重力异常进行地质解释的基本依据。

大量测定结果和研究表明，岩（矿）石密度大小有以下规律：1）沉积岩沉积岩密度一般比岩浆岩、变质岩低。

沉积岩本身密度变化范围大，其密度值主要取决于岩石的孔隙度。

随着孔隙度的增加，岩石密度减少。

从岩性看，白云岩、石灰岩密度最大，其次是页岩、砂岩、粘土（见表）。

同一种岩石也与其地质年代和埋深有密切关系，一般说年代越老，埋藏越深，孔隙度越小，密度就越大。

2）岩浆岩其密度主要取决于物质成分。

由酸性岩到基性岩，超基性岩随着铁镁矿石含量的增加，岩石密度也越来越大。

火山岩，尤其是熔岩，密度较低，而侵入岩密度较高。

3）变质岩其密度主要取决于岩石的物质成分，岩石密度与原岩有关。

由于变质作用，使岩石以更改密的形式再结晶，因此密度往往随变质程度增加增加而增加，一般比原生岩石的密度要高。

4）石油、煤、盐等非金属矿物石油、煤、盐等非金属矿物的密度一般低于围岩密度，而金属矿物的密度则比较高。

表：岩（矿）石密度值表第二章重力仪一、概述用于测量某点绝对重力值的仪器称为绝对重力仪。

用来测量两点间重力差值的仪器称为相对重力仪。

绝对重力测量通常是利用振摆的自由摆动或自由落体的降落运动来计算重力加速度。

绝对重力仪制造复杂，精度要求高，故而设备笨重，一般500kg左右，观测时间一般1—2天，仪器安装及观测条件要求较高，所以只能在少量点上进行。

我国于1979年试制成功绝对重力仪，精度为1～2×10-8m/s2,接近世界先进水平。

大量的重力测量工作是相对重力测量，这种测量的仪器要求重量轻，体积小，精度高，便于野外工作。