地球物理勘查教案

1第一章 绪言（地球物理探测简介）第一节 物探在资源勘查中的作用和地位一、物探用于研究板块、大地构造框架、地球的深部1、海底对称分布的条带性磁异常及解释结果2、中国的深大断裂（青藏隆起、郯庐断裂）大多由物探方法确定3、利用地震、重力划分出地球的圈层结构二、物探用于小比例尺大面积快速扫描性普查1、1959-1999 年，完成磁测 1144 万平方公里，放射性 300 万平方公里及少量的航空电法工作。2、全国 1：500 万和 1：400 万航磁图全部完成，部分省区已完成 1：100 万和 1：50 万航磁图。三、物探用于中比例尺（1：20 万、1：5 万）的区域地质调查工作圈定岩体、追索矿化带及矿体、追索隐伏断裂及指出成矿远景区。四、物探大量用于大比例尺（1：1 万、1：1 千）的详查和勘探、工程地质、地震预报等确定矿体的产状和埋深及几何形状规模等。五、物探用于黑色金属、有色金属、贵金属、稀有稀土金属矿床及非金属、石油、天然气、煤炭、地下热水等 40 余种矿产，效果良好六、物探测井技术解决地下矿体走向、延伸、连续性等问题第二节 物探的探测方法及发展历史与现状一、物探方法简介1、重力测量重力仪地面测量、航空测量2、磁力测量磁力仪地面测量、航空测量3、电法电阻率法、激发极化法、充电法、电磁波法等4、放射性测量 测量、中子测量、氡气测量等5、地震测量人工地震、天然地震6、测井技术电、磁、核物理、电磁波7、遥感技术被动式 航空摄影可见光波段红外微波主动式 雷达探地雷达、卫星雷达二、我国物探方法的发展历程1、解放前的情况1936 年李善帮等在湖南水口山铅锌矿进行重力、磁测工作。19361942 年丁毅、顾功叙等在安徽当涂铁矿、云南易门铜矿进行了电阻率法和自然电场法工作。1939 年翁文波在四川石油沟进行测井工作，以电阻率法和自然电场法成功划分地层2、50 年代，重力、磁法、地震测量主要使用苏联、瑞典、匈牙利的仪器。激发极化法开始研究。3、6070 年代，北京地质仪器厂、重庆地质仪器厂建立，能生产各种仪器。4、80 年代，地质工作走入低谷。5、90 年代以后，仪器精度高、数字化、智能化、自动化。三、现状与展望1、与发达国家相比，仪器精度、解释自动化水平较低。2、勘探深度较低。3、工作程度较低。2第二章 地球物理探测的物质基础（前提）第一节 地质先验知识和物探方法的选择一、地质先验知识1、根据地表观测的结果，结合一些规律和经验，对地下地质情况作出一定程度的推测。但必须依靠山地工程和钻探的验证。2、选用物探方法必须遵守物理学原理地球物理前提。必须遵守地质先验知识地质前提，减少地球物理反问题解的非唯一性。二、物探方法的选择1、一般经验：应考虑岩矿石的成分、结构、物理化学特征、围岩特征、地质构造特点、地形地貌条件、浮土厚度、水文条件等。2、具体经验放射性测量：寻找放射性矿床和与放射性有关的矿床。配合其他方法进行地质填图、圈定某些岩体等。磁法测量：寻找磁铁矿、铜、铅、锌、铬、镍、铝土、金刚石、石棉、硼等矿床。圈定基性、超基性岩体、大地构造、地质填图、成矿区划分、水文地质等。重力测量：寻找富铁矿、含铜铁矿、配合磁法寻找铬铁矿、磁铁矿。圈的火成岩体、普查与石油天然气有关的构造。寻找密度小的矿产（如盐岩） 。研究地壳深部构造、划分大地构造单元、研究基底的内部成分和构造变化、起伏规律、确定断层的分布、规模。地形起伏影响大。地震测量：主要用于解决地层和地质构造。石油、煤田、工程地质（地下裂隙） 、水文地质（古河道）等。地形起伏影响大。电法测量：岩矿石有明显的电阻率、极化率差异、接地条件较好。应用范围较广，方法较多，常用十几种。第二节 岩矿石的物理性质一、岩矿石的磁性1、岩矿石中含磁性矿物的种类和数量决定其磁性。磁性的大小以磁化强度表示：M=Mi+Mr Mi 为感应磁化强度，Mr 为剩余磁化强度。其中 Mr=KT K 为岩矿石的磁化率，T 为地磁总场。2、岩矿石的磁化率反磁性物质：（K 0）,惰性气体、金、银、煤油、蒸馏水、石墨、石膏、石英、大理石、岩盐等。一般 K=-10 SI。5顺磁性物质：（K 0）,稀土金属、铁族岩类、辉石、石榴子石、黑云母、电气石等。一般 K=10 -10 SI。75铁磁性物质：（K 值很大） ，磁铁矿、钛磁铁矿、磁黄铁矿、铁的氧化物、铁的硫化物、陨石等。一般 K=40-10 SI。6反磁性物质、顺磁性物质可认为无磁性，磁法测量主要针对铁磁性物质。3、影响岩矿石磁性的因素3与磁性矿物的类型、含量、颗粒大小、结构有关。与形成的环境、温度、压力、变质作用、氧化等有关。二、岩矿石的密度差异性1、火成岩：主要由矿物成分和含量决定。酸性基性，密度增大。2、沉积岩：主要与孔隙度、埋深、干燥度有关。3、变质岩：主要与变质性质、变质程度有关。4、矿石：金属矿一般为 3.55，硫化物 2.01.5。5、影响岩矿石密度的主要因素：矿物成分和含量、孔隙度和含水量、埋藏深度。三、岩矿石的电学性质差异（电阻率、极化率）1、岩石的电阻率：一般岩浆岩较高，变质岩次之，沉积岩最低。2、矿物的电阻率：与矿物的导电类型和结构构造有关。金属导电性矿物：天然金属、石墨等。电阻率在 1.240 10 .M8半导体性导电矿物：大部分硫化物、金属氧化物。黄铜矿、黄铁矿、辉铜矿、方铅矿、磁铁矿等低于 1 .M，辉锑矿、闪锌矿、锡石、软锰矿、铬铁矿、赤铁矿等在 1010 .M6离子性导电矿物：大多数造岩矿物。长石、石英、云母、角闪石、辉石、岩盐、石膏等。一般都大于 10 .M83、影响电阻率的因素：良导电矿物的含量及结构构造。致密块状、侵染状、星点状，依次增大。岩矿石的孔隙度、含水量、及矿化度。4、极化率：与供电时间、供电频率、金属矿物含量和结构构造等有关。四、放射性差异1、岩浆岩中不同种类岩石含铀、钍、钾含量区别很大，伴随酸性增加而增大。2、变质岩中铀、钍、钾含量与变质前原岩和变质程度有关。3、沉积岩中铀、钍、钾含量区别很大，常与其中的粘土含量有关。4、不同时代的同一种岩石，时代越新放射性越大。5、影响因素：岩石的放射性强度主要取决于铀系、钍系、和不成系列的天然放射性元素钾的含量。五、弹性差异与影响地震波的因素1、质点间联系越紧密，介质越坚硬，地震波传播速度越快。在介质内传播的波称为体波，与体应变对应的称为纵波。与切应变对应的称为横波。在介质分界面传播的称为面波，有瑞利面波、勒夫面波两种。2、影响地震波速的因素：岩石的弹性特征与密度。密度大波速也大。岩石孔隙度和充填物。孔隙度大波速小。充填物不同波速也不同。上覆岩层的压力。压力越大波速越大。温度影响岩石组分的晶化或熔化，岩石状态的变化影响波速。岩石的埋深与年代。越深越老波速越大。第三节 岩矿体的天然状态与地球物理场的关系一、天然地质体附近周围存在地球物理场与矿体的形状、产状、空间位置有密切的关系。二、天然地质体有规则（可求出精确解）和不规则两种（只能得出近似解）4三、正演和反演由实测数据、曲线推测地质体的参数正演。由假想地质体参数计算引起的异常值曲线反演。第四节 地球物理地质模型的建立一、地球物理地质模型：勘查目标和周围地质体的地质、构造、地球物理特征综合到一起的图式或图像。具有一定的几何参数和物性特征参数的抽象化的物探异常体，相似于地下实际地质体。二、模型的基本要求1、具有一定的几何参数：产状、形态、规模、埋深等，具有相应的物性参数。2、与地质任务或地质测量相一致，推断方法合理，与地质构造成矿理论相适应。三、模型的特点1、典型性、代表性。2、简化性。3、不唯一性。四、地球物理地质模型的建立1、确定研究对象。2、观测资料消除一切干扰和改正。保证数据的精度。3、正、反演方法配合使用。4、物探、化探、地质、工程等资料综合分析解释。5、物理模型与地质模型相互参照，达到自洽一致。五、建立模型常用的方法1、类比法。2、数学地质相关分析法。3、反馈法，正反演法。第三章 磁法勘探第一节 有关磁学的基本知识一、衡量磁场强弱的物理量1、磁感应强度 B 的定义： dLIF.dF:通电导线的作用力，单位为 N,I.dL：电流元（矩） ，单位为 A.M,B：磁感应强度，单位为 N/A.M 或 Wb/M 。22、磁场强度： H二、磁法勘探中，地磁场强度的单位：奥斯特（Oe）和 SI 制单位特斯拉（T） 。由于地磁场异常非常弱，一般用奥斯特的 10 分之一和特斯拉的 10 分之一（纳诺）作单位。591 =10 Oe, 1 =1 纳特（nT） 。5第二节 地球磁场一、地磁要素1、地磁场形状和极性：地球表面任一点的磁场是矢量，有大小有方向。磁感线形状5ZN 磁北极方向TH垂向水平（地理北极）方向D与地心处磁偶极子（条形磁铁或球体）的磁场基本相似，地球的地理南极点附近地下深处为 N 极（习惯上称磁南极） ，地球的地理北极点附近地下深处为 S 极（习惯上称磁北极） 。地表处磁感线大致与地表一致。2、地磁要素：地球表面任一点的磁场为矢量，其大小称为地磁总场（T） ，方向用 T与该点指向磁北极水平线的夹角（磁倾角 I）和 T 与该点指向磁北极的夹角（磁偏角D）来表示。地磁总场（T） 、磁倾角I、磁偏角 D 称为地磁要素。为研究方便，又将磁总场（T）的垂向分量称为垂直分量（Z） 、磁总场（T）的水平方向分量称为水平分量（H） 。 二、地球磁场的组成1、稳定部分磁场：起源于地球内部。2、变化部分：起源于地球内部和外部的感应磁场，有长期变化和短期变化部分，有些变化部分与太阳的位置有直接的关系（日变） 。3、地表和内部岩矿石的磁场。深部岩矿石的温度超过居里温度时将失去磁性。三、正常磁场和磁异常1、正常场：地球磁场的稳定部分和变化部分。2、磁异常：岩矿石引起的磁场。分为岩石引起的异常（局部背景）和矿体引起的矿致异常。3、磁测方法中一般采用相对测量法。第三节 磁力仪器一、现在主要用电子式磁力仪1、垂直分量测量：主要用饱和式磁通门类仪器。2、磁倾角和磁偏角测量：主要用饱和式磁通门类仪器。 3、水平分量测量：用刃口式水平磁力仪进行。4、总场测量：主要用质子旋进式磁力仪或光泵磁力仪进行。二、具体使用方法及注意事项、精度等技术指标可参考其使用指南。第四节 地面磁测方法一、布置测网与比例尺：比例尺 线距（M） 点距（M） 应用范围 测量方式 测网布设1：100 万 1 万 连续 普查 航空1：50 万 5 千 连续 普查 航空或海洋1：20 万 2 千 连续 区调 航空或海洋1：10 万 1 千 连续 区调 航空或海洋1：5 万 500 50250 区调 地面 半仪器法1：2.5 万 250 25100 区调 地面 半仪器法1：1 万 100 1050 详查 地面 仪器法1：5 千 50 520 详查 地面 仪器法61：2 千 20 410 详查 地面 仪器法1：1 千 10 25 勘探 地面 仪器法 1：5 百 5 12 勘探 地面 仪器法二、确定磁测精度磁测精度一般分三级：小于 1 为高精度， 2 为中精度，5 为低精度磁测总精度是测点观测误差（含操作及点位误差、仪器噪声均方误差、仪器一致性误差以及日变改正误差） 、总基点、正常场与高度等各项改正误差的总和。在设计时可根据实际技术条件，在保证总精度的前提下，提高某项精度和降低另一项精度，可参与下表进行误差分配。磁测误差分配表野外观测均方误差，nT 基点、高程及正常场改正误差，nT磁测总误差nT总计 操作及点位误差仪器一致性误差仪器噪声误差日变改正误差总计 正常场改正误差高程改正误差总基点改正误差5 4.36 2.65 2.0 2.0 2.0 2.45 1.0 1.0 2.02 1.56 1.1 0.7 0.5 0.7 1.212 0.7 0.7 0.71 0.87 0.7 0.3 0.3 0.3 0.497 0.28 0.28 0.3注：操作及点位误差中，含点位不重合、探头高度不准、探杆倾斜等误差三、扫面工作1、选择基点。基点根据工作需要分总基点、分基点。并进行联测，联测精度计算公式与一致性公式相同。 2、检查仪器一致性：在现场无异常区选择 2540 个点进行一致性检查测量，一致性精度计算公式为 ,m 为总观测次数，n 为点数。mxMnii12)(3、逐点逐线测量和记录。4、质量检查：一般为总工作量的 5，应尽量选择低缓异常区进行，应尽量均匀分布。工作原则为“一同三不同” 。精度计算公式为 。接头点可按质nxMni2)(1检点进行精度计算。5、各项改正：零点掉格，温度改正，基点改正，日变改正，纬度改正，高度改正。高度改正：应按地形图上所定点位确定每个测点的高程。一般高程误差不大于高度改正允许误差，如表：表 2 高程误差分配表磁测总误差，nT 高度改正误差，nT 允许高程误差，m5 1.0 41.62 0.7 29.21 0.28 11.66、计算总精度： 22222 MM其 他高 度一 致 性接 头质 检基 7四、剖面测量：与扫面工作中的路线测量相同，但比例尺一般较大，点距较小。五、磁性参数测定和统计工作1、岩矿石磁性参数测定普通标本：a. 同类岩矿石标本不能少于 10-20 块，大小一般为 668cm。b.采用高斯第一位置（或第二位置）测量。常用第一位置。C.仪器始终开放，周围物体不得移动。标本中心到仪器中心的距离测量准确到 0.5cm，体积测量准确到 1 立方厘米。未放标本前读数 0nd.要求在 x 轴（北）上正、反两次读数 , 、y 轴（东）上正、反两n2次读数 , 、z（下）上正、反两次读数 , 。计三个方向上 6 次3n4 56读数。e.且满足 ， ，021043n0652nf.计算公式： CGSMnVnrk 606504302103 1)()()(5 nJr 6265243213. 磁偏角： 432ntgD磁倾角： 2432165)()(ntI2、磁参数测定质量检查用相对误差表示：质检工作量为 10-20。计算公式： , 。012z3、磁参数的统计工作：同类标本或同一地区的标本一般服从正态分布或对数正态分布。当标本不足 30 块时，一般只计算算术平均值。当大于 30 块时，应分组统计，一般用直方图表示。标本块数与分组数的经验曲线：81020304045683 1000800600500400300200100806050403020 5000六、磁测主要成果图1、磁异常剖面图2、磁异常平面剖面图3、磁异常平面等值线图从磁异常值的最高值点开始，以等差或等比等值线圈定异常。4、交通位置图5、实际材料图：包括工区地理位置、经纬度、大地坐标，工区的面积、各施工方法的面积及区域，验证工程的预计位置，物性标本的采集点，面积性工作的线号、点号，基点的位置，生活基地的位置等。点号Z某地磁异常平面剖面图1：10000 1cm=500某地磁异常平面等值线图 1：10000 010020030040050050096、成果推断图7、日变曲线及标本磁性统计图8、图的整饰（1）图框：图框起着压边和衬托图面内容的作用，其宽度应与图面大小相适应。图框一般由几个线条组成。 （2）图名：图名由工作地区名称、测区名称或编号、物探方法及参数名称，图的类别四部分顺序排列组成。除测区编号和物探参数用代号外，其余均用汉字。 （3）比例尺：自由分幅的图件可只写数字比例尺（