地球物理概论.docx

目前环境地球物理学的研究呈现出以下趋势：勘探技术的进步和数据处理方法的不断提高；非水相液体的研究是环境地球物理学研究的重要领域；地质灾害预报和环境污染监测、治理仍是环境地球物理学研究的主要内容；特殊环境下的地球物理技术有待发展；生态环境研究是环境地球物理学今后研究的新热点。地球物理勘探常利用的岩石物理性质有密度磁导率电导率弹性热导率放射性。与此相应的勘探方法有重力勘探磁法勘探电法勘探地震勘探地温法勘探核法勘探。从测量所在的空间位置和区域的不同又可以划分为地面地球物理勘探航空地球物理勘探海洋地球物理勘探钻孔地球物理勘探等。根据研究对象的不同还可划分为金属地球物理勘探石油地球物理勘探煤田地球物理勘探水文地质地球物理勘探工程地质地球物理勘探和深部地质地球物理勘探等。重力勘探地球物理勘探方法之一。是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。它是以牛顿万有引力定律为基础的。只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器（主要为重力仪和扭秤）找出重力异常。然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常以确定这些地质体存在的空间位置大小和形状从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。运用领域在区域地质调查矿产普查和勘探的各个阶段都可应用重力勘探要根据具体的地质任务设计相应的野外工作方法。 应用条件应用重力勘探的条件是被探测的地质体与围岩的密度存在一定的差别被探测的地质体有足够大的体积和有利的埋藏条件干扰水平低。 意义重力勘探解决以下任务 1、研究地壳深部构造研究区域地质构造划分成矿远景区 2、掩盖区的地质填图包括圈定断裂断块构造侵入体等 3、广泛用于普查与勘探可燃性矿床(石油天然气煤) 4、查明区域构造确定基底起伏发现盐丘背斜等局部构造 5、普查与勘探金属矿床(铁铬铜多金属及其他)主要用于查明与成矿有关的构造和岩体进行间接找矿 6、也常用于寻找大的近地表的高密度矿体并计算矿体的储量工程地质调查如探测岩溶追索断裂破碎带等。 磁法勘探是地球物理勘探方法之一。自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。它包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁测等。磁法勘探主要用来寻找和勘探有关矿产（如铁矿、铅锌矿、铜锦矿等）；进行地质填图；研究与油气有关的地质构造及大地构造等问题。我国建国以来大多数铁矿区、多金属矿区及油气田等都进行了大量的磁法勘探工作，取得了良好的地质效果。磁法勘探也是基本地球物理手段，国家已纳入在全国范围内进行系统测量的计划，并已基本覆盖了全国重要地区。 基本信息测量地磁异常以确定含磁性矿物的地质体及其他探测对象存在的空间位置和几何形状从而对工作地区的地质构造有用矿产分布及其他情况作出推断。 磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在地球磁场之上引起地磁场的畸变。这种畸变一般称为地磁异常。 在造岩矿物中只有磁铁矿钛磁铁矿磁黄铁矿和磁赤铁矿等少数矿物具有强磁性(见岩石物理性质)。因此岩石及矿石的磁性强弱主要决定于上述矿物的含量及分布情况。 根据测定沉积岩的磁化率比岩浆岩和变质岩的磁化率低几个数量级。在岩浆岩中基性及超基性岩的磁性最强酸性岩是弱磁性或无磁性的。变质岩的磁性决定于原岩的成分及变质过程中的化学变化。如果原岩是花岗岩及泥岩等则变质后的岩石一般无磁性如果原岩是基性喷出岩或侵入岩等则变质后的岩石一般具有中等磁性。应用范围在区域地质调查中的应用包括： 进行大地构造分区，研究深大断裂，确定接触带、断裂带、破碎带和基底构造； 划分沉积岩、侵入岩、喷出岩以及变质岩的分布范围，进行区域地质填图； 研究区域矿产的形成和分布规律。 在普查找矿工作中的应用包括： 直接寻找磁铁矿床，普查与磁铁矿共生的铅、锌、铜、锡等弱磁性矿床，普查与磁铁矿共生的金、锡、铂等砂矿床； 普查铝土矿、锰矿、褐铁矿和菱铁矿等弱磁性沉积矿床； 查明各种控矿构造并进行控矿因素填图，圈定基性、超基性岩，寻找铬、镍、钒、钴、铜、石棉等矿产； 圈定火山颈以寻找金刚石，圈出热液蚀变带以寻找夕卡岩型矿床和热液矿床（见气化热液矿床； 普查油气田和煤田构造，研究磁性基底控制的含油气构造，圈定沉积盖层中的局部构造，以及探测与油气藏（见圈闭）有关的磁异常，进行普查找油研究与火成岩有关的煤田构造及圈定火烧煤区的范围。 在矿产详查勘探中，对磁异常作定量解释可用来追索和圈定磁性矿体，确定钻探孔位并指导钻探工作的进行。 磁法勘探还可用于研究深部地质构造，估算居里点深度以研究地热和进行地震蕴震层分析及地震预报的研究。还可应用于考古、寻找地下金属管道等工作。电法勘探是根据岩石和矿石电学性质（如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性，即所谓“电性差异”）来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。电法勘探分为两大类。研究直流电场的，统称为直流电法，包括有电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等；研究交变电磁场的，统称为交流电法，包括有交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。按工作场所的差别，电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。 根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质（ 如导电性、导磁性、介电性）和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，寻找不同类型有用矿床和查明地质构造及解决地质问题的地球物理勘探方法。主要用于寻找金属、非金属矿床、勘查地下水资源和能源、解决某些工程地质及深部地质问题。 地壳是由不同的岩石、矿体和各种地质构造所组成，它们具有不同的导电性、导磁性、介电性和电化学性质。根据这些性质及其空间分布规律和时间特性，人们可以推断矿体或地质构造的赋存状态（形状、大小、位置、产状和埋藏深度）和物性参数等，从而达到勘探的目的。电法勘探具有利用物性参数多，场源、装置形式多，观测内容或测量要素多及应用范围广等特点。电法勘探利用岩石、矿石的物理参数，主要有电阻率（）、导磁率（）、极化特性（人工体极化率和面极化系数、自然极化的电位跃变）和介电常数（）。方法电法勘探的方法，按场源性质可分为人工场法（主动源法）、天然场法（被动源法）；按观测空间可分为航空电法、地面电法、地下电法；按电磁场的时间特性可分为直流电法（时间域电法）、交流电法（频率域电法）、过渡过程法（脉冲瞬变场法） ； 按产生异常电磁场的原因可分为传导类电法、感应类电法 ； 按观测内容可分为纯异常场法、总合场法等。中国常用的电法勘探方法有电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁测深法和电磁感应法等。 视电阻率apparent resistivity 是电阻率法用来反映岩石和矿石导电性变化的参数。用符号s表示。在地下存在多种岩石的情况下用电阻率法测得的电阻率，不是某一种岩石的真电阻率。它除受各种岩石电阻率的综合影响外，还与岩、矿石的分布状态(包括些构造因素)、电极排列等具体情况有关，所以称它为视电阻率。高密度电阻率法（multi-electrode resistivity method）是把很多电极同时排列在测线上，通过对电极自动转换器的控制，实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合，从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下多种视电阻率参数的方法。对取得的多种参数经相应程序的处理和自动反演成像，可快速、准确地给出所测地电断面的地质解释图件，从而提高了电阻率方法的效果和工作效率。在条件适当时，此方法对工程物探以及探测煤矿的老硐，探测古墓墓穴等有较好的效果。高密度电阻率法使用的仪器称为高密度电阻率仪或高密度电法测量系统。 高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法。其原理与普通电阻率法相同所不同的是在观测中设置了高密度的观测点。是一种阵列勘探方法。在条件适当时，此方法对工程物探以及探测煤矿的老硐，探测古墓墓穴等有较好的效果。高密度电阻率法使用的仪器称为高密度电阻率仪或高密度电法测量系统。 高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法。其原理与普通电阻率法相同所不同的是在观测中设置了高密度的观测点。是一种阵列勘探方法。高密度电法指的是直流高密度电阻率法，但由于从中发展出直流激发极化法，所以统称高密度电法。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。显然，高密度电阻率勘探技术的运用与发展，使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。电阻率法（resistivity method）是根据岩石和矿石导电性的差别，研究地下岩、矿石电阻率变化，进行找矿勘探的一组方法。它是用直流电源通过导线经供电电极（A、B）向地下供电建立电场，经测量电极（M、N）将该电场引起的电位差引入仪器进行测量。电测深法（electrical sounding）包括电阻率测深和激发极化测深。resistivity sounding简称电测深法。它是在地面的一个测深点上(即MN极的中点)，通过逐次加大供电电极,AB极距的大小，测量同点的、不同AB极距的视电阻率S值，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。电测深法多采用对称四极排列，称为对称四极测深法。在AB极距离短时，电流分布浅，S曲线主要反映浅层情况；AB极距大时，电流分布深，S曲线主要反映深部地层的影响。S曲线是绘在以AB/2和S为座标的双对数座标纸上。当地下岩层界面平缓不超过200时，应用电测深量板进行定量解释，推断各层的厚度、深度较为可靠。电测深法在水文地质、工程地质和煤田地质工作中应用较多。除对称四极测深法外，还可以应用三极测深、偶极测深和环形测深等方法。充电法： 是良导体直接连通电源，观测其电场分布特征和规律进行找矿勘探的种方法。通常把供电电源正极接在良导体上，负极放在无穷远处。带电后的良导电体是个近似等电位的带电体。可在地表、钻孔或坑道中观测电位或电位梯度的变化。根据实测曲线可分析推断矿体形状，产状、埋深、几个矿体是否相连及确定地下水流速、流向等问题。矿体导电性越好，地形平坦、围岩均匀，充电法的地质效果越好。自然电场法 地下的一些岩石或矿石，可以由氧化还原作用、地下水渗透作用、扩散作用和岩石颗粒的吸附作用等自然形成的电场，称为自然电场。利用自然电场进行找矿勘探的方法叫自然电场法。金属矿体的自然电场，主要与一定水文地质条件下的氧化还原作用有关。石墨化片岩和碳质页岩容易产生类似的自然电位异常渗水带也会由于岩石颗粒吸附负离子而形成自然电位异常。自然电场法在寻找金属矿、煤以及在水文地质、地下热源工作中都有一定的应用。它的优点是不需要供电电源，工作速度快，成本低。缺点是非矿异常 (如山地电场、碳质页岩电场)和干扰(如工业游散电流等)较多。激发极化法是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法。它又分为直流激发极化法(时间域法)和交流激发极化法(频率域法)。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。也可以用使矿体直接或间接允电的办法来圈定矿体的延展范围和增大勘探深度。 应用范围激发极化法的应用范围已日益广泛，除寻找铜矿床外，在找铁(山西式铁矿、沉积型锰铁矿，镜铁矽)、找煤(小而浅的煤矿，煤矿外围的隐伏、半隐伏煤田)、找铅锌矿，在超基性岩区找镍铬矿和找金矿等都取得了定的地质效果。在国外，在五十年代初期，激发极化法在矿产普查勘探中发挥了重要作用，找到了一些大型低品位的硫化矿体(其他物探方法是难以奏效的)。从趋势石，除研制新仪器外，加大电源功率是另个途径。如果有足够功率，可以探测埋深达1.63.2公里的大型低品位的：工业矿体(只需要加大电极距和提高电源功率)。当前，已广泛采用频率域激发极化法(变频法)。其优点是输出功率(只要几百瓦)相对时间域激发极化法(几千瓦)要低得多，同时操作技术亦为简便。在国外，激发极化法的应用还扩大到寻找油气田方面。仪器巳向轻便、自动，记忆、多参数测量方向发展。地震勘探是近代发展变化最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。在地面某处激发的地震波向地下传播时，遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波或折射波返回地面，用专门的仪器可记录这些波，分析所得记录的特点，如波的传播时间、振动形状等，通过专门的计算或仪器处理，能较准确地测定这些界面的深度和形态，判断地层的岩性，是勘探含油气构造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、盐岩矿床、个别的层状金属矿床以及解决水文地质工程地质等问题。近年来，应用天然震源的各种地震勘探方法也不断得到发展。利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法叫作地震勘探。地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。 在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。地震勘探在分层的详细程度和勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般从数十米到数十千米。 爆炸震源是地震勘探中广泛采用的非人工震源。目前已发展了一系列地面震源，如重锤、连续震动源、气动震源等，但陆地地震勘探经常采用的重要震源仍为炸药。海上地震勘探除采用炸药震源之外，还广泛采用空气枪、蒸汽枪及电火花引爆气体等方法。 地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段。在煤田和工程地质勘察、区域地质研究和地壳研究等方面，地震勘探也得到广泛应用。20世纪80年代以来，对某些类型的金属矿的勘查也有选择地采用了地震勘探方法。地震波英文seismic wave.由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登