地球物理勘探概论重要资料汇总整编.doc

!- 地球物理勘探概论重点整理 第一章 岩（矿）石物性与各类矿床的地球物理特征 地球物理勘探以岩石、矿石（或地层）与围岩的物理性质差:密度、磁化性质、导电性、放射性等异为基础。 第1节 岩（矿）石的密度 1. 火成（岩浆）岩密度＞变质岩密度＞沉积岩密度 根据长期研究的结果，认为决定岩、矿石密度的主要因素为： 1、组成岩石的各种矿物成分及其含量的多少； 2、岩石中孔隙度大小及孔隙中的充填物成分； 3、岩石所承受的压力等。 一、火成岩的密度 （1）主要取决于矿物成分及其含量的百分比，由酸性→基性→超基性岩，随着密度大的铁镁暗色矿物含量增多密度逐渐加大。 （2）成岩过程中的冷凝、结晶分异作用也会造成同一岩体不同岩相带，由边缘相到中心相， 密度逐渐增大。 （3）不同成岩环境(如侵入与喷发)也会造成同一岩类的密度有较大差异，同一成分的火成岩密度，喷出岩小于侵入岩。 二、沉积岩的密度 沉积岩的密度主要取决于岩石的孔隙度及岩石所处的构造部位： （1）沉积岩一般具有较大的孔隙度，如灰岩、页岩、砂岩等，这类岩石密度值主要取决于孔隙度大小，干燥的岩 石随孔隙度减少密度呈线性增大； （2）孔隙中如有充填物，充填物的成分(如水、油、气等)及充填孔隙的百分比也明显地影响着密度值； （3）随着成岩时代的久远及埋深加大，上覆岩层对下伏岩层的压力加大，这种压实作用也会使密度值变大。 三、变质岩的密度 变质岩的密度一般大于原岩的密度；变质程度越深，密度越大；动力变质而使岩石破碎，则密度减小。 （1）变质岩的密度与矿物成分、含量和孔隙度均有关，这主要由变质的性质和变质度来决定； （2）通常，由于重结晶等作用，区域变质作用将使变质岩比原岩密度值加大； （3）经过变质的沉积岩，如大理岩、板岩和石英岩比原生石灰岩、页岩和砂岩更致些。 （4）由于变质作用的复杂性，所以这类岩石的密度变化显得很不稳定，要具体情况体分析 第二节 岩矿石的磁性 一、物质的磁性 1、抗磁性（逆磁性、反磁性）、2、顺磁性、3、铁磁性 铁磁性：铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性 磁畴：铁磁物质内，包含着很多个自发磁化区域。 影响岩石磁性的主要因素： 1.岩石磁性与铁磁性矿物含量有关 2.岩石磁性与磁性矿物颗粒大小、结构有关 （1）相对含量相同，磁化率与粒经成正比。 （2）衡量剩磁大小的矫顽力HC ，与铁磁性矿物颗粒成反比。喷出岩的剩磁常较同一成分的侵入岩的剩磁大。 当磁性矿物相对含量、颗粒大小都相同，颗粒相互胶结的比颗粒乘分散状者磁性强。 热剩余磁性： 在恒定的磁场作用下，岩石从居里点以上的温度，逐渐冷却到居里点以下，在通过居里温度受磁化所获得的剩磁，称热剩余磁性（简称热剩磁）。 原生剩磁：热剩余磁性、碎屑剩余磁性、化学剩余磁性 次生剩磁：黏滞剩余磁性、等温剩余磁性 第3节 岩矿石的电性 （一）按照导电机制可将固体矿物分为三种类型： 金属导体、 半导体、 固体电解质 （二）影响岩石、矿石导电性的因素： 1.岩石、矿石电阻率与其成分和结构有关。 2.岩石、矿石电阻率与所含水分有关。 3.电子导电矿物或矿石的电阻率随温度增高而上升；离子导电岩石的电阻率随温度增高而降低。 4.在压力极限内,压力大使孔隙中的水被挤出来,则电阻率变大；压力超过岩破坏极限，则岩石破裂，使电阻率降低。 （3） 岩石和矿石的自然极化特征 岩石极化： 一般情况下物质都是电中性的。但是，某些岩石和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作用下，岩石可以形成面电荷和体电荷。岩石的这一性质。 岩石极化分为两种类型：自然极化 激发极化 电子导体周围产生稳定电流场的条件必须是：导体与溶液的不均匀性，并有某种外界作用保持这种不均匀性，使之不因极化放电而减弱。 过滤电场：地下水流过多孔岩石时，在地表就可以观测到过滤电场。 扩散—吸附电场。当两种浓度不同的溶液相接触时，会产生扩散现象。溶质由浓度大的溶液移向浓度小的溶液里，以达到浓度平衡。正、负离子将随溶质移动，但因岩石颗粒的吸附作用，正、负离子的扩散速度不同，使两种不同离子浓度的岩石分界面上分别含有过量的正离子和负离子，形成电位差，这种电场称为扩散—吸附电场。 （4） 岩石和矿石的激发极化特征 1、时间特征 2、频率特征 第四节 岩石层的地震波速度 二、影响速度的主要因素: 1. 影响波速的基本因素是岩石的孔隙度。 2. 波速还与岩石的生成时代和埋藏深度有关。 3. 地表附近岩石受风化作用而变得疏松，波在其中传播速度很低，一般为400m/s~1000m/s，这种地带称为低速带。 第2章 重力勘探 1、 重力场和重力位 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。 重力场：地球周围具有重力作用的空间。 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。 二、地球的重力场 地球的重力场可分为正常重力场、重力随时间的变化及重力异常三部分。 （一）重力场随时间的变化 包括长期变化和短期变化两类。 1、长期变化主要与地壳内部的物质变动，如岩浆活动、构造运动、板块运动等有关。 2、短期变化是指重力的日变，它与太阳、月亮和地球之间的相互位置有关。 （二）重力异常 将地面上某点的重力观测值与该点的正常重力值比较，我们发现两者之间是存在一些偏差，产生原因有以下几个方面： 1、重力观测是在地球表面而不是在水准面上进行的，自然表面与水准面间的物2、质观测点间的高度会引起重力的变化。 地壳内部物质不是呈同心层分布的，地壳内物质密度的不均匀分布，会造成实值3、与正常值得差异——重力异常 地球内部物质的变动及重力日变也会引起重力场的变化。 探测对象产生的重力异常，一般应具备以下条件： 1、必须要有密度不均匀体存在，即观测对象与围岩间要有一定的密度差。 2、密度不均匀体必须沿水平方向密度变化，即要有一定的构造形态，才能引重力异常。 3、剩余质量不能太小，即探测对象要有一定规模。 4、探测对象不能埋藏过深。 5、异常能否从干扰场中辨别出来，恶劣的地形、表层密度不均匀、地下岩体密度变化，都会严重干扰探测对象产生的有用异常。 三、影响重力仪精度的因素及消除影响的措施 精度是指实测值逼近真值的程度，与测量次数有关，更与测量中不可避免的各种干扰造成的误差有关。 1. 影响重力仪精度的因素： 温度影响 气压影响 电磁力影响 安置状态不一致的影响 零点漂移影响 震动的影响 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、详查和细测四个阶段。 （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，对实测重力异造成了严重的干扰，必须通过地形校正予以消除。 （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面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校正。 （三）高度校正 注意：地形校正、中间层校正、高度校正都是在将地球作为密度均匀体的条件下导出的。 （四）正常场校正 四、重力异常图 1.重力异常平面图 按一定比例尺把测点画在图上，在点旁注上重力异常，按线性插值的方法，用光滑曲线把异常相同的点连接起来。 2.重力异常剖面图 按一定比例尺，把测点点在横坐标线上，以重力异常值为纵坐标，用折线把各点连接起来。 3.重力异常平面剖面图 把各剖面按照平面的实际位置展在平面图上后分别绘出每条线的剖面图，组成一组剖面图。 3、 重力异常正演：在重力异常解释理论中，由地质体的赋存状态(形状、产状、空间位置)和物性参数(密度)计算该地质体引起的重力异常的过程。 导数异常阶数越高，异常随深度的增加衰减越快，因而它们有利于突出浅源异常，而压制了深源异常。 五、重力异常的地质解释及应用 （一）典型局部异常的可能解释 1. 等轴状重力高 基本特征：异常等值线圈闭或接近圆形，中心高，四周低有极大值。 反映的地质因素：囊状巢状、透镜状的致密金属矿体；中基性岩浆岩的侵入体，高密度岩层形成的穹窿短轴背斜；松散沉积物下面的基岩局部隆起；低密度岩形成的向斜或凹陷填充高密度的岩体。 2. 等轴状低 基本特征：异常等值线圈闭或接近圆形，中心低，四周高有极小值。 反映的地质因素：盐丘构造或盐地中盐层加厚的地段；酸性岩浆岩侵入体；高密度岩层形成的短轴状向斜；古老岩系地层中存在巨大的溶洞；新生界松散沉积物的局部加厚地段。 3. 条带状重力高 基本特征：异常等值线延伸很大或闭合成条带状，等值线的值中心高，两侧低，存在极大值线。 反映的地质因素：高密度岩性带或金属矿带；中基性岩侵入形成的岩墙或岩脉穿插在较低密度的岩石或地层中；高密度岩层形成的长轴背斜、古潜山带、地垒；地下古河道为高密度砾石充填。 4. 等轴状重力低 基本特征：异常等值线延伸很大或闭合成条带状，等值线的值中心低，两侧高，存在极小值线 反映的地质因素：低密度的岩性带或非金属带。酸性侵入体形成的岩墙或岩脉穿插在高密度的岩体或地层中；高密度岩层形成的长轴向斜、地堑；充填新生界松散沉积物的地下河床。 第3章 磁法勘探 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. 磁法勘探与重力勘探的原理不同； 2. 就相对幅值而言，磁异常比重力异常大的多； 3. 磁异常的变化较重力异常的变化明显； 4. 磁场的方向受纬度影响大; 5. 密度体只有一个质量中心，磁性体有两个磁性中心。 存在于地球周围的具有磁力作用的空间称地磁场。它由基本磁场、变化磁 场、磁异常三部分组成。 1、 主磁场（占地磁场的99%以上） 主磁场：主要是由地核内电流的对流形成， 是一种由偶极子场和非偶极子场组成的内源磁场。 I、D、X、Y、Z、H和T各量都是表示 地磁场大小和方向的物理量，称为地磁七要素。 地磁绝对测量通常测定I、D、H三要素 的绝对值，磁法勘探则是测定T的相对值。 二、变化磁场 主磁场随时间的缓慢变化，称为地磁场的长期变化。磁偏角、磁倾角和地磁场强度都有长期变化。 起源于地球外部并叠加在主磁场上的各种变化磁场称为短期地磁变化。 变化磁场可以分为两类： 平静变化：是连续出现的，比较有规律且有一定周期的变化。 扰动变化：是偶然发生的、短暂而复杂的变化。 （1）平静变化 平静变化按照变化周期不同包括太阳静日变化和太阴日变化。 （2）扰动变化 扰动变化包括磁扰和地磁脉动 地磁场常常发生不规则的突然变化，叫做磁扰。强大的磁扰称为磁暴。 三、磁异常 消除了各种短期磁场变化后，实测地磁场与正常磁场之间仍然存在的差异称为磁异常。 磁异常是地下岩、矿体或地质构造受到地磁场磁化以后，在其周围空间形成、并叠加在地磁场上的次生磁场。磁异常中由分布范围较大的深部磁性岩层或区域地质构造等引起的部分，称为区域异常；由分布范围较小的浅部磁性岩、矿体或地质构造等引起的部分，称为局部异常。 第三节 磁力仪 一、磁力仪的类别 1.按照磁力仪的发展历史及应用的物理原理，可分为： 第一代磁力仪 根据永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置制作，如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。 第二代磁力仪 根据核磁共振特征，利用高磁导率软磁合金，以及复杂的电子线路制作，如质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等。 第三代磁力仪 根据低温量子效应原理制作，如超导磁力仪。 2. 磁力仪按其内部结构及工作原理可分为： ①机械式磁力仪；②电子式磁力仪。 3. 磁力仪按其测量的地磁场参数及其量值可分为：①相对测量仪器；②绝对测量仪器。 4. 从磁力仪按照使用领域可分为：地面磁力仪、航空磁力仪、海洋磁力仪以及井中磁力仪。 第4节 磁测野外工作方法 第5节 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， 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6nT~15nT 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。 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。 第五节 磁异常的正演 磁异常的正演：在磁力异常解释理论中，由地质体的赋存状态(形状、产状、空间位置)和物性参数(密度)计算该地质体引起的磁力异常的过程。 一、有效磁化强度矢量 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； i s为Ms的倾角即Ms与OX轴间夹角， 称为有效磁化倾角。 磁性体被磁化不仅与当地地磁场的大小和方向有关、与其自身磁化率有关，还与磁性体的走向或剖面方向有关。 3、 球体的磁场 第5节 磁异常的转换处理 1、 解析延拓 向上延拓是一种常用的处理方法，它的主要用途是削弱局部干扰异常，反映深部异常。 向下延拓突出叠加在区域背景上的局部异常， “放大”某些在低缓异常中不够明显的异常特征，有利于进一步解释推断。但随着延拓深度的加大，一些浅的局部干扰或误差也迅速增大，使曲线发生剧烈跳动，甚至出现振荡而无法利用。 向下延拓还可以评价低缓异常，低缓异常是指强度和梯度都比较小的异常，显然这是磁性体埋藏较深的标志。 2、 导数换算 导数可以突出浅而小的地质体异常特征而压制区域性深部地质因素的影响，在一定程度上可以划分不同深度和大小异常源产生的叠加异常，且导数的次数越高，这种分辨能力就越强 。 第6节 磁异常的地质解释及应用 1、 磁异常的定性与定量解释 1、磁异常的定性解释 初步解释引起磁异常的地质原因；根据实测磁异常的特点，结合地质特征运用磁性体与磁场的对应规律，大体判定磁性体的形状、产状及其分布。 （1）将磁异常进行分类 （2）由“已知”到“未知” （3）对异常进行详细分析 2、磁异常的定量解释 根据磁性地质体的几何参量和磁性参量结合地质规律，进一步判断场源的性质；推断地下的地质构造；提供磁性地质体在平面上的投影位置、埋深及倾向等，提高矿产勘探的经济效果。 第4章 电法勘探 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。 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。 一、电阻率法 电阻率法是传导类电法勘探方法之一。 它建立在地壳中各种岩(矿)石之间具有导电性差异的基础上，通过观测和研究与这些差异有关的天然电场或人工电场的分布规律，达到查明地下地质构造或寻找矿产资源之目的。 装置系数：表征电极间距离的物理量。 2. 真电阻率和视电阻率 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。 视电阻率：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。 地电断面：根据地下地质体电阻率的差异而划分界限的断面。 影响视电阻率的因素： （1）电极装置的类型及电极距 （2）测点和装置相对于不均匀地电体的位置 （3）电场有效作用范围内各地质体的电阻率 （4）各地质体的分布状况，包括它们的形状、大小、厚度、埋深和相互位置。 二、电剖面法 人工建立地下稳定直流或脉动电场，采用不变的供电极距，使整个或部分装置沿观测剖面移动，逐点测量视电阻率ρ的值。电剖面法所了解的是沿剖面方向地下某一深度范围内不同电性物质的分布情况。 由于供电电极及测量电极排列方式不同，可分为联合剖面法、中间梯度法和对称剖面法。 1、 联合剖面法 主要用于寻找产状陡倾的层状或脉状低阻体或断裂破碎带。 2、 中间梯度法 主要用于寻找产状陡倾的高阻薄脉，通过低阻薄脉时，异常不明显。 三、电测深法 电测深法：是探测电性不同的岩层沿垂向分布情况的电阻率方法。该方法采用在同一测点上多次加大供电极距的方式，逐次测量视电阻率ρs的变化。 三层断面 H型 对应于ρ1>ρ2<ρ3的地电断面 A型 对应于ρ1<ρ2<ρ3的三层断面 K型 对应于ρ1<ρ2>ρ3的三层断面 Q型 对应于ρ1>ρ2>ρ3的三层断面 4、 高密度电阻率法 1、 三电位观测系统 当相隔距离为a的四个电极，只需改变导线的连接方式，在同一测点上便可获得三种装置的视电阻率值，所以称为三电位观测系统。 2、 双边三极观测系统 一、充电法 1. 基本原理 与电源正极的供电电极A同良导体露头接触，接触点称为充电点。与电源负极供电电极B布置在充电点远处，整个良导体就相当于一个大供电电极。 导体内部及表面各点的电位都相等，等位线在导体边缘附近最密集。 2、 自然电场法 自然电场的成因 (1)电子导体与围岩溶液间的电化学作用。 (2) 岩石中地下水运移的电动效应。 (3)离子扩散。岩石中不同浓度溶液的浓度不尽相同，当不同浓度的两种水溶液接触时，会产生离子扩散现象。 3、 激发极化法 激发极化法：是以地下岩、矿石在人工电场作用下发生的物理和电化学效应(激发极化效应)的差异为基础的一种电法勘探方法。 直流(时间域)激发极化法和交流(频率域)激发极化法两种 激发极化法优点：发现致密状金属矿体，寻找其它电法难以发现的浸染状矿体；根据异常的明显程度，区分异常是电子导体还是离子导体引起；受地形的影响较其它方法小。 激发极化法存在问题：不易区分有工业意义的矿异常与无工业价值的黄铁矿化、磁铁矿化、以及炭质岩层、石墨化岩层等引起的非矿异常；交流激发极化法还不可避免地受到电磁耦合的干扰。 二、岩、矿石激发极化的时间和频率特性 一次电场E1 激发极化场或二次场E2 总场E E=E1+E2