重力勘探的自然百科

[拼音]：zhongli kantan

[外文]：gravitational prospecting

利用在地表附近（包括空中、地下和海面）测得的重力加速度随地点不同的变化来寻找矿体和地质构造等，并确定它们的形态、大小、空间位置及其分布情况等的地球物理勘探方法。

测定重力加速度的工作称为重力测量。在重力勘探中，通常把重力加速度简称为重力，把两点间重力加速度之差的测定称为重力的相对测定，重力加速度的差值称为重力的相对值；把重力加速度值的测定称为重力的绝对测定，重力加速度的值称为绝对重力值。重力勘探仪器只能进行重力的相对测定。对绝对重力值已知的国家基点和测区内任一测点进行重力的相对测定，便可求得测区内全部测点上的绝对重力值。

发展简史

17世纪意大利天文学家G.伽利略第一个研究和测定了重力加速度。他根据他所发现的自由落体定律，测量了起初静止的物体在开始的一个单位时间内自由降落的路程。这个路程在数值上等于重力加速度的一半。因为当时的测定技术不高，又无精确测定时间的钟表,而他所采用的方法却要求测定很短的时间间隔,所以他的测定结果是很不精确的。以后，比较精确地测定重力加速度的方法，主要是利用可倒摆，但是其测量精度仍达不到重力勘探的需要，而且装置笨重，观测起来也很费时，不适宜在野外进行。

19世纪末叶，发明了轻便而又能精确测定重力加速度相对值的振摆仪和能够测定重力加速度沿水平方向变化率的扭秤，才使重力加速度的测定有可能用于重力勘探,并在20世纪初得到了实际的应用。20世纪30年代,根据静力平衡原理制造的能够进行重力相对测定的重力仪出现之后，重力勘探便得到了广泛的应用，并发展了海洋、地下和航空重力勘探。

过程

包括重力数据的采集、校正、处理和解释。

重力数据的采集

在大多数情况下，重力测量是在具有一定面积的区域上进行，称为面积测量。这一区域称为测区，测区内的重力观测点称为测点。沿一条路线进行的重力测量称为路线测量。路线测量的路线可以从几十公里到上千公里甚至几千公里。测区的大小和测点的疏密程度视重力勘探的目的和任务而定。测区可以大到几万平方公里,也可以小到不足1平方公里。测点可以疏到上百平方公里内仅有一个测点，也可以密到1～2平方米内便有一个测点。一般说来，大的测区内的测点较疏，小测区内的测点较密。当测区很大时，需事先在测区内建立重力控制网（也叫重力基点网），并与已知绝对重力值的国家基点相连，以减小重力测量的累积误差和便于对重力仪的零点变化进行校正。航空和海洋重力勘探与陆地重力勘探在工作方法上的差别是，前两者的仪器都在运动状态中沿测线自动地进行连续观测，而不是逐个在测点上观测。通过不同形式的重力测量，采集到所需的重力数据。

重力数据的校正

重力随地点的不同而变化，其原因是：

（1）地球是一个扁球体（或旋转椭球体），其表面起伏不平；

（2）地球绕一定的轴旋转；

（3）地球（特别是地壳）的密度分布不均匀，这种不均匀是复杂的地质作用造成的，与地质构造和矿产分布有密切的关系。要从测得的重力随地点不同的变化中求出单纯由密度分布不均匀引起的重力变化，须把测得的重力分布与地球密度均匀情况下的重力分布进行比较。但是，只有地球的形状是一个光滑扁球体时，其密度均匀情况下的重力分布才能计算出来。取一个密度均匀、其表面最接近地球的海平面、质量和自转的角速度都和地球的相等的扁球体来代替地球，并通过一个数学表达式计算这个扁球体在其表面产生的重力值。这个计算出来的重力值称为正常重力值，计算正常重力值的公式称为正常重力公式。由于所取的扁球体的表面接近于地球的海平面，可把用正常重力公式计算出来的重力值当成地球在其海平面上的正常重力值，即地球密度均匀时在海平面上产生的重力值。如果把在地球自然表面上测得的绝对重力值换算成海平面上的相应值，然后从其中减去海平面上的正常重力值，这一相减称为正常校正或纬度校正，其差值便是地球密度分布不均匀引起的，并称之为重力异常。

除了对重力仪观测数据进行仪器的零点变化校正和纬度校正外，把地球自然表面上的绝对重力值换算成海平面上的相应值也是通过各种校正来实现。这些校正包括：

（1）为消除测点偏离海平面所产生的影响而进行的自由空间校正；

（2）为消除地面起伏不平所产生的影响而进行的地形校正（又称高度校正）；

（3）为消除测点和海平面之间的物质层产生的影响而进行的中间层引力校正。这三种校正合称为布格校正。经过布格校正得到的重力异常称为布格重力异常，它是重力勘探利用的主要异常。有时仅进行自由空间校正，在这种情况下求得的重力异常叫做自由空间重力异常。在利用重力勘探研究地壳运动及其均衡状态时，还需在布格校正的基础上再进行均衡校正来求得均衡重力异常。在平原地区常用自由空间异常代替均衡异常。

为了便于研究，通常用平面图和剖面图表示重力异常的分布。平面图是把重力异常相等的点连接起来所形成的重力异常分布图，其形式类似于地形图。平面图也叫做重力异常等值线图(图1)。

在平面图中由高于其周围异常值的等值线圈闭的部分称为重力高,并在其中心处记以“+”号；相反的情形称为重力低,记以“-”号。等值线上的数字是重力异常值。重力异常剖面图（图2）是沿测线（或其他方向）以距离为横坐标、以重力异常为纵坐标，绘出的重力异常变化曲线。根据布格重力异常绘制的图件称为布格重力异常图。根据自由空间重力异常绘制的图件称为自由空间重力异常图。

重力数据的处理和解释

数据处理包括：

（1）对野外测得的数据进行整理，并绘制各种重力异常图；

（2）分解重力异常。由于测得的重力异常几乎总是由地下多种因素各自产生的重力异常的叠加。为了便于研究，需将各个或各类因素产生的异常划分开，或者排除不需要的因素产生的异常。常用的处理方法有区域重力异常和局部重力异常的划分、重力异常的向上或向下延拓、重力异常的转换以及重力异常的趋势分析等。

重力异常的解释分为物理解释和地质解释，两者又各自分为定性解释和定量解释。只说明引起重力异常的异常源在水平面上投影的形态及其密度大于或小于其周围岩石（或岩层）等情况，而不涉及具体数量上的内容，称为定性的物理解释。如果还说明异常源的具体形状、大小以及埋藏深度等，则为定量的物理解释。对物理解释给以地质意义的说明，如指明异常源是什么类型和性质的地质体，而不涉及具体数量方面的内容，为定性的地质解释。对定性的地质解释给以具体数量方面的说明或判断。即为定量的地质解释。物理解释是地质解释的基础，求得地质解释的结论是对重力异常进行解释的目的。

应用

重力勘探的应用范围, 取决于能够造成地下（特别是地壳）密度分布不均匀的地质因素。这些因素可能存在于从地表直到地壳的深部，甚至地壳以下，其中主要的是地壳深部因素、结晶基岩内部的成分和构造、结晶基岩顶面的起伏、沉积岩的成分和构造，以及有用矿产的分布等。由此，重力勘探可以用来研究和解决以下的地质问题：

（1）地壳运动及其均衡状态的研究；

（2）区域地质的研究，如划分地台和地槽并确定其边界，在地台内部圈定盆地和隆起以及追踪断裂带等；

（3）地质填图；

（4）普查和勘探与石油、天然气、煤以及其他有用矿产及其构造；

（5）解决工程地质问题。

参考书目萧敬涌著：《重力勘探》（修订本），中国工业出版社，北京，1965。L.L.内特尔顿著，苏盛甫、高明远译：《石油勘探中的重力法和磁法》,石油工业出版社，北京，1987。(L.L.Nettleton,Gravity and Magnetics in Oil Prosp-ecting,McGraw-Hill,Inc.,1976.)