重力勘探地球物理教程.ppt

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1、1勘探地球物理教程——重力勘探授课人：孟令顺2主要内容前言1重力勘探的理论基础2重力测量与资料整理3地质体参数的计算4重力异常的划分56重力勘探的应用重力勘探是地球物理勘探中的一个主要分支。它是通过测量地面上各点的重力场值以及岩矿石的密度差异来研究和寻找地质构造、金属矿体以及与之有关的各类问题。4前言自从牛顿发现了万有引力定律之后，一切物体之间的相互吸引作用已被认为是普遍的现象。这个现象还说明一个众所周知的事实，即在地球附近空间落向地球的物体将以逐渐增加的速度降落，下降速度的递增率就是重力加速度，简称重力，用g来表示。伽里略首先证明了地球上的某一固定点，所有物体的重力加速度都

2、是一样的。假定地球是一个均匀的并具有同心层状结构的理想球体，则地球对位于地球表面上的物体的吸引力应当到处相同，且重力应当有唯一的恒定值。事实上，地球是非球形的并且是旋转的，内部构造与物质成分是不均匀的，其表面也是起伏不平的。所有这些实际情况都使地球表面上的重力值发生变化。但是，这种变化是很微小的，只有借助于非常灵敏的仪器，才能对它作出精确的测定。5第一节重力勘探基本理论一、地球重力地球是一个具有一定质量、两极半径略小于赤道半径且按照一定角速度旋转的椭球体。如果忽略日、月等天体对地面物质的微弱吸引作用，则在地球表面及其附近空间的一切物体都要同时受到两种力的作用：一是地球所有质量

3、对它产生的吸引力F；二是地球自转而引起的惯性离心力C，此两种力同时作用在某一物体上的矢量和称为地球的重力P。见图1-1。图中NS为地球自转轴，为地球纬度。图1-1地球外部任一点单位质量所受的重力（1.1）6一、地球重力地球全部质量ME对质量为m的物体的引力可根据牛顿万有引力定律来计算（1.2）式中R为地心至m处的矢径；G为万有引力常数。G的数值当牛顿在世时并未确定，而是1798年由卡文迪什在实验室里首先测出的。G的公认值在国际（SI）单位制中是6.67×10－11m3/kgs2；在常用（CGS）单位制中是6.67×10－8cm3/gs2。在SI单位制中力的单位是牛顿（N），1

4、N=105dyn（达因）。由于地球平均赤道半径（6378.140km）大于平均极半径(6356.755km)，所以地球引力是从赤道向两极逐渐增大的。若地球自转角速度为ω，由A点到地球自转轴的垂直距离为r，根据力学知识，A点质量m所受到的惯性离心力为（1.3）C的方向垂直于地球自转轴并沿着r指向球外。由于在赤道处r最大，两极r等于零，所以惯性离心力是从赤道向两极逐渐减小的。7二、地球重力场地球周围存在重力作用的空间称为地球重力场。从力学观点出发，可以用重力场强度来描述重力场的性质，重力场中某点的重力场强度等于单位质量的质点在该点所受的重力。从牛顿第二定律可知，重力P是质量m和重

5、力加速度g的乘积，即P=mg。当被吸引质量m为单位质量时，则重力的数值就等于重力加速度。所以在重力测量中，往往把重力加速度叫做重力。所谓重力测量实际上是测定重力加速度的数值。由此，重力（即重力加速度）的单位在CGS制中为cm/s2，称为“伽”（gal）（为纪念伽里略而定名）。1伽=103毫伽（mgal）=106微伽（µgal）8二、地球重力场在SI单位制中，重力g的单位是米/秒2（m/s2），规定1m/s2的10－6为国际重力单位（gravityunit），简写成g.u.，1m/s2=106g.u.，SI单位与CGS单位的换算关系为1gal=104g.u.。在地球表面上，全球

6、重力平均值为9.8m/s2。赤道重力平均值为9.780m/s2，两极平均值为9.832m/s2，从赤道到两极重力变化大约为0.05m/s2，这个量级接近地球平均重力值的0.5%。而地球自转产生的惯性离心力在赤道最大，平均也有0.0339m/s2。日、月等天体对地面物质的最大作用为0.24×10－5m/s2。9地球重力场的组成二个长期变化分量一个时间变化分量引力场强度:占地球重力场的99.9%，起决定性作用离心力场强度，最大只有0.0339m/s2,只占重力场的1/300重力固体潮：日、月等天体对地面物质最大吸引力平均只有0.24×10－5m/s210三、重力位由物理学可知，在

7、保守力场中，还可用位函数来研究场的特征。重力位的物理意义可以理解为场力所做的功。假设在质点的质量为m的引力场中，引力位的定义为，移动单位质量从无穷远到该点场力所做的功。可以证明，质点引力位。如果一个质量为M的物体所产生的引力位应为各质点在A点引力位的总和，即式中R为质量元dm到计算点的距离。在地球表面上，任意点上的重力位是由地球全部质量所形成的引力位与地球自转产生的惯性离心力位之和。地球质量ME所产生的引力位是（1.4）式中坐标原点设在地球的重心上，R是点质量元dm到计算点的距离。11三、重力位地球自转