地球物理复习资料3.doc

地球物理复习资料第一章：地球物理是物理学与地质学结合的边缘科学。与传统地质学不同，地球物理根据物理学的原理来研究各种地质现象和勘探矿产资源，它在基础地质研究和资源勘探中发挥了重要作用。 地球物理勘探方法（或应用地球物理学，简称“物探”）是以岩矿石等介质的物理性质差异为物质基础，利用物理学原理，通过观测和研究地球物理场的空间与时间分布规律以实现基础地质研究、环境工程勘察和地质找矿等目的的一门应用科学。 岩矿石介质的物理性质或物性参数包括：密度、磁性、电性、放射性、导热性及弹性。相应的地球物理勘探方法有：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探和地热勘探。根据空间工作位置的不同，地球物理勘探可划分为地面、海洋、航空和钻井物探等；按照勘探对象的不同，可划分为金属与非金属、石油与天然气、煤、水文、工程与环境物探等。地壳内不同地质体之间存在的密度差异是进行重力勘探的地质地球物理前提条件，有关的密度资料是对重力观测资料进行校正和解释的极为重要的参数。决定岩石、矿石密度的主要因素为：组成岩石的各种矿物成分及其含量；岩石中孔隙大小及孔隙中的填充物成分；岩石所承受的压力。 1、火成岩的密度它主要取决于矿物成分及其含量的多少，由酸性中性基性超基性岩，随着密度大的铁镁暗色矿物含量的增多，密度逐渐增大（如图）。 此外，成岩过程中的冷凝、结晶分异作用也会造成不同岩相带岩石的密度差异；不同成岩环境也会造成同一岩类的密度有较大差异。2、沉积岩的密度 沉积岩一般具有较大的孔隙度，如灰岩、页岩、砂岩的孔隙度可高达30%-40%。它的密度值主要取决于孔隙度大小及孔隙中的填充物成分。此外，随着成岩时代的久远及埋深的加大，上覆岩石对下伏岩石的压力加大，压实作用也会使密度值变大。3、变质岩的密度这类岩石的密度与矿物成分、岩石含量和孔隙度均有关系。通常区域变质作用的结果是使变质岩比原岩密度值增大，如变质程度较深的片麻岩、麻粒岩要比变质程度较浅的千枚岩、片岩等密度要大；大理岩、板岩和石英岩比石灰岩、页岩和砂岩更致密。如果是动力变质作用，则会因原岩结构遭到破坏、矿物被压碎而密度值下降；但若同时使原岩硅化、碳酸盐化及重结晶等，又会使密度值增大。由于变质作用的复杂性，这类岩石的密度变化显得很不稳定，要具体情况具体分析。岩石的剩余磁性:原生剩磁：1.热剩余磁性（TRM）：在恒定磁场作用下，岩石从居里点以上的温度逐渐冷却到居里点以下，通过居里温度时所获得的剩磁。2.碎屑剩余磁性（DRM）:沉积岩中的磁性颗粒在水中沉积时受地磁场作用，会沿地磁场方向定向排列，固结成岩后保存下来的磁性。3.化学剩余磁性（CRM）：在一定磁场中，磁性物质在低于居里温度下，经过相变过程（重结晶）或化学过程（氧化还原）所获得的剩磁。TRMCRMDRM； 原生剩磁是磁法勘探也是古地磁研究的对象。4.粘次生剩磁：滞剩余磁性（VRM）：岩石形成后，长期处在地磁场作用下，随着时间的推移，原来定向排列的磁畴逐渐驰豫到作用磁场的方向所形成的剩磁。 5.等温剩余磁性（IRM）：在常温没有加热情况下，岩石受外部磁场作用（闪电等）获得的剩磁。各类岩石剩余磁性的成因：岩石天然剩磁的形成因素是复杂的，成岩至今，各种地质作用、物理和化学变化过程，都会影响剩余磁性。1. 火成岩剩磁的成因：热剩磁是火成岩原生剩磁的原因。熔岩由高温冷却，通常当温度降至1073K时开始凝固，铁磁性矿物的居里点通常在673K-853K，当温度下降到铁磁性组分的居里点以下，受地磁场作用，矿物磁畴排列到地磁场方向上，获得强的磁性。 2. 沉积岩剩磁的成因：通过沉积作用和成岩作用形成的，前者形成碎屑剩磁，后者经氧化和脱水过程，获得化学剩磁。3. 变质岩剩磁的成因：与原岩有关，由火成岩生成的正变质岩，可能有热剩磁，由沉积变质生成的副变质岩，可能有碎屑剩磁与化学剩磁。 岩（矿）石的电性： 电法勘探利用的电学性质有：导电性、电化学活动性、介电性和导磁性。一般研究目标与周围介质的电性差异越大，在其周围空间产生的电磁场的变化越明显，当人们利用专门的电测仪器观测地壳周围电磁场的变化并研究电磁场分布规律时，便可以推断引起电磁场变化的地下目标体的电性和赋存状态。影响岩矿石导电性的因素：1. 岩矿石电阻率与其成分和结构的关系；2. 岩矿石电阻率与所含水分的关系；不仅与孔隙大小有关，还决定于孔隙结构。当孔隙连通性较好时，水分对岩石电性影响较大；节理或裂隙式孔隙具有明显方向性，故岩石电阻率具有各向异性。3. 岩矿石电阻率与温度的关系；4. 岩矿石电阻率与压力的关系。岩石和矿石的自然极化和激发极化特性：一般情况下物质都是电中性的，但是岩矿石在特定的自然条件下，在岩石中产生的各种物理化学过程下，岩石可形成面电荷和体电荷，岩石极化分为两种类型：1.自然极化是由不同地质体接触处的电荷自然产生的（表面极化）或由岩石的固相骨架与充满空隙空间的液相接触处的电荷自然产生的。2.激发极化是在人工电场作用下产生的极化。面电荷和体电荷形成自然电场或激发极化电场，表征物理量为。岩石和矿石的导磁性：磁导率是电磁感应法中利用的重要特性参数，它表征物质在磁化作用下集中磁力线的性质。大多数岩矿石的相对磁导率接近于1，当岩石或矿石中含有大量铁磁性矿物时，相对磁导率才明显大于1，且铁磁性岩矿石的剩余磁性在观测交变电磁场时无影响。 发展趋势：岩矿石地球物理性质的研究主要在两个方面： 一是岩矿石物理性质的测定更趋精细化，如建立岩石物理性质实验室，模拟研究地下不同温度压力下岩石波速、电性、磁性的变化规律；仪器设备也更完善与精确。 二是通过获得的岩石物性参数建立地质地球物理模型，并把这一模型用于资料处理解释阶段 。各类矿床的地球物理特征：一、外生矿床成矿模式与地球物理特征：外生矿床的地质地球物理特性取决于风化壳的特征。风化壳的厚度一般在几m至30m，破碎带内可达150m。风化矿床的地质断面按物理性质可分为密度、磁化率和电阻率不同的三个基本层位。断面底层一般由高电阻率、磁性分异良好的致密火成岩和变质岩组成，这些岩层上面常覆盖着低电阻和无磁性的海相沉积层。原生砂矿床或含砂底层由于地质营力作用破坏，外力搬运、分选、沉积，在一定条件下富集成有经济价值的砂矿床。所有砂矿床的地质地球物理模型由两个基本层位组成：含砂层与下面的基岩，由于含砂层与基层在物质成分、结构构造、岩性、含水性、地质年代和经历都不相同，在电阻率、极化率、地震波速、磁性与密度等物理性质方面存在明显差异。二、内生矿床成矿模式与地球物理特征：内生固体矿床可产出在造山前期地槽，褶皱活化区、古老地台与地台活化区。内生矿床一般与岩浆岩体及其热液活动有关，可分为：分异侵入型矿床， 未分异侵入型矿床，伟晶岩-云英岩型矿床 ,矽卡岩型矿床,碳酸岩矿床,裂隙交代细脉、网脉型矿床。三、变质矿床成矿模型与地球物理特征：通过变质岩产生的矿床包括世界上的大型铁矿床、大型猛矿床、钛矿床；非金属矿床有石墨、蓝晶石、矽线石、金云母、大理岩、石英岩等许多矿床。第二章：1.重力勘探是观测地球表面重力场的变化，借以查明地质构造和矿产分布的物探方法。地球的重力场是一种天然力场。组成地球的各类岩石之间具有密度差异，这种差异会使地球的重力场发生局部变化，从而引起重力异常。我们在某一地区观测并发现重力异常时，对异常进行分析计算，就能推断引起该异常的地下物质分布状况，从而达到地质勘探的目的。 2.地球周围具有重力作用的空间称为重力场。由牛顿第二定律： P=m0g g=P/m0 g表示单位质量所受的重力即重力场强度。空间某点的重力场强度，等于该点的重力加速度，且两者的方向一致。 SI制中单位为ms-2，它的百万分之一称为一个重力单位，简写为g.u. : 1g.u.=10-6ms-2 在CGS制（cmgs）中，单位为Gal(伽)，它的千分之一为mGal，百万分之一为Gal： 1Gal= 103mGal= 106Gal=1cms-2 从做功的观点出发，重力场中某点的重力位等于单位质量的质点由无穷远处移至该点时场力所做的功。 3.重力勘探工作方法，根据地质任务的不同，重力勘探可分为预查、普查、祥查和细测四个阶段。4.重力资料的整理及图示：地面上任何一点的重力值由四种因素决定：纬度、周围地形、固体潮及岩（矿）石的密度变化。纬度变化较大，可达500000g.u.，地形高差影响次之，可达1000 g.u.，相对于这两种干扰而言，重力异常是十分微弱的。如储油构造的重力异常不超过100 g.u.；金属矿的重力异常更小，不超过10 g.u.。为了从实测重力值中的到其由某些地质因素变化引起的重力异常，就必须设法消除与之无关的各种干扰，此项工作称为各种校正。 消除自然地形引起的重力变化需要进行地形、中间层和高度校正。消除正常重力对测量结果的影响需进行正常场校正。（一）地形校正:地形起伏往往使得测点周围的物质不能处于同一水准面内，对实测重力异常造成了严重的干扰，必须通过地形校正予以消除。其办法是：除去测点所在水准面以上的多余物质，并将水准面以下空缺的部分用物质填补起来。地形影响恒为负，故其校正值恒为正。实际工作中首先在详细的地形图上，用量板将测点周围的地形划分为许多扇形小块，然后分别计算这些小块在该点产生的重力值并相加就获得该点的重力校正值。（二）中间层校正： 地形校正后，测点周围的地形变成水准面，但测点所在平面与大地水准面或者基点水准面之间还存在着一个水平物质层，消除着一层物质的影响就是中间层校正。中间层可当作一个厚度为h，密度为的无限大水平均匀物质面，中间层校正值为： g中=-0.419g cm-3hm，当测点高于大地水准面或基准面时， h取正，反之取负。（三）高度校正:经过上述校正后，测点与大地水准面或基准面间还存在一高度差，为消除这高度差对实测值的影响，必须进行高度校正。5重力异常的地质解释及应用:一、重力异常的识别:在平面等值线上，异常特征主要是指区域性异常的走向及其变化，从东到西（从南到北）异常变化的幅度有多大；区域性重力梯级带的方向、延伸长度、平均水平梯度和最大水平梯度值等等。对局部异常来说，主要是指异常的弯曲和圈闭情况，对圈闭状异常应描述其基本特征，如等轴状、长轴状或狭长带状；是重力高还是重力低；重力高、低的分布特点；异常的走向及变化；异常的幅值大小及其变化等。在综合分析区域异常与局部异常基本特征后，有可能根据异常特征的不同将工区划分成若干小区，以供下一步作深入的分析研究。二、地球深部构造及地壳结构研究；三、石油天然气勘探；四、盐矿勘探；五、金属矿勘探；六、工程勘探。第三章：磁法勘探是利用地壳内各种岩（矿）石间的磁性差异所引起的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。磁法勘探也是应用最早的地球物理方法。1640年，瑞典人首先尝试用罗盘寻找磁铁矿，但直到1870年，瑞典人Thalen和Tiberg制造了万能磁力仪后，磁法勘探才作为一种地球物理方法建立和发展起来。磁法勘探可分为地面磁测、航空磁测、海洋磁测和井中磁测。磁法勘探和重力勘探的差别主要有：1、磁异常比重力异常大得多；2、重力异常反映地质因素多，磁异常反映的地质因素单一；3、密度体只有一个质量中心，磁性体有两个磁性中心；4、磁异常特征受纬度影响大。 磁测野外工作方法: 磁测工作一般分为几个阶段：设计阶段、野外施工数据采集阶段、资料整理阶段、成果图示和报告编写阶段。每个阶段的具体内容和技术要求在部颁规范中都有叙述。一、磁测精度的确定 磁测工作中采用磁力仪的类型不同，达到的磁测精度也各不相同，我国通常将磁测精度分为如下三级： 高精度：均方误差5nT 中精度：均方误差6nT15nT 低精度：均方误差 15nT 其中均方误差2nT的定为特高精度磁测。 采用何种磁测精度由探测对象的最小有意义磁异常强度Bmax低决定，根据误差理论大于三倍均方误差的异常是可信。 三、野外施工1、基点、基点网的建立 为提高观测精度，控制观测过程中仪器零点漂移的影响，并将观测结果换算到统一的水平，在磁测工作中要建立基点。野外施工中，当天出工前要在基点上观测取数，称为“对早基”，收工前必须在同一基点观测取数“对晚基”。2、日变观测 为提高磁测质量，必须设立日变观测站消除地磁场周围变化和短周期扰动的影响。 日变观测站必须设在正常场内温差小、无外界磁干扰和地基稳固的地方，观测时早于出工的第一台仪器，晚于收工的最后一台仪器。3、测点观测 记录工作日期、点线号、观测值、观测时间，随时注意读数变化，变化大的异常要立即自行加密测点观测，追踪异常极大值、极小值。切忌操作员和仪器探头携带者携带磁性物品，注意地质、地形和干扰物的记录，以便分析异常使用。4、质量检查 为对全区观测质量作出精确的估价，应阶段性对测点布置一定量的第二次独立观测。平稳场检查点数要大于总测点数的3%，异常场检查点数为总检查点数的5%30%，每次检查点数不得少于30个。 一同三不同：同一测点、不同时间、不同人、不同仪器 磁异常的正演：一、有效磁化强度矢量：假设磁性体均匀磁化且不考虑退磁和剩磁，磁化强度矢量M的空间分布如图，Ms为M在XOZ面（即观测剖面）的投影（分量），称为有效磁化强度矢量；MH为M在XOY面的投影称水平磁化强度矢量；I表示M的倾角即磁化倾角；is为Ms的倾角即Ms与OX轴间夹角，称为有效磁化倾角；A为Mx与MH间的夹角，A为磁性体走向与磁北的夹角。 电发勘探：电法勘探是以岩(矿)石之间的电性差异为基础，通过观测和研究天然及人工电场或电,磁场的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造或寻找矿产资源的一类地球物理勘探方法。在电法勘探中利用的有岩矿石的导电性、电化学活动性、介电性及导磁性等。电法勘探不仅利用地下天然存在的电场或电磁场，还能通过人工方法在地下建立电场或电磁场。就场本身的性质，可将电法勘探分为两大类：传导类电法勘探和感应类电法勘探。根据观测的空间，可将电法勘探分为航空电法、地面电法和井中电法三类。真电阻率和视电阻率：(1)当电场控制范围内仅有一种岩石并且它的导电性是均匀时候测得的电阻率就是岩石的真电阻率;(2) 在实际情况下，测量电场控制范围内各种岩石综合影响结果而得到的电阻率称为视电阻率。影响视电阻率的因素有：（1）电场作用范围内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本身的电阻率分布，如断面中各地层或地质体的电阻率、形状、规模、厚度、埋深等；（2）电极装置的类型、电极距的大小、测点位置、电场有效作用范围等。 多层断面：由四个电性层组成的地电断面，按相邻各层电阻率之间的组合关系，其测深曲线可以有八种类型。每种类型的电测深曲线用两个字母表示。 地震勘探：勘探地震学是利用岩石的弹性性质研究地下矿床和解决工程地质、环境地质问题的一门学科。勘探地震学是为寻找石油、天然气而发展起来的，世界上绝大多数油气田都是先由地震工作找到构造，再由钻井发现的。地震勘探工作方法：地震勘探可分为路线普查、面积普查、面积详查和构造细测四个阶段。各阶段的地质任务不同，测网密度或测线上炮点的距离也不同。主测线应尽可能垂直于预测构造的走向，测线间距以不漏掉次级构造为原则。1、反射波法 观测系统：炮点和检波点之间的相互位置关系。 炮点 炮检距 炮间距 排列长度;反射波法常用的是多次覆盖观测系统。2、折射波法 :常用的是相遇时距曲线观测系统。地震资料的处理:对野外取得的地震资料必须进行加工处理，以便消除或压制地震记录中的噪音，改善或加强地质信息，提高有效波的分辨率，为解释提供可靠的基础数据。一、预处理:地震记录在数字计算机中的表示和存储;数据重排;不正常道、炮处理;抽道集;增益恢复;初至拾取。二、动校正:介质均匀时，水平界面的反射波时距曲线为双曲线。将各道记录的反射波旅行时逐点校正为各检波点至炮点O的中点处的回声时间，时距曲线就变成了一条水平直线，这种校正方法称动校正。三、静校正：由于地形起伏、地下介质不均匀、地表低速带以及炮点深度的影响，会使反射波时距曲线产生畸变。即使动校正准确，时距曲线也存在畸变。消除由于上述原因造成的反射时差t，这种校正称为静校正。计算静校正值时要任意选定一个基准面，并将所有炮点和检波点都校正到这个基准面上。静校正包括三项内容：地形校正：炮点深度校正：低速带校正。四、叠加处理：将多次覆盖获得的来自同一反射点的地震记录道抽出，可以绘成共反射点时