【正文】 以用來(lái)測(cè)量重力值，把它們歸結(jié)起來(lái)可以分兩個(gè)方面，即重力絕對(duì)值的測(cè)定和重力相對(duì)值的測(cè)定。它表示重荷移動(dòng)單位長(zhǎng)度時(shí)相應(yīng)的重力值的變化，稱(chēng)之為重力儀的格值。 同時(shí)有兩個(gè)力作用在擺桿上，即重力和彈力，重荷在重力的作用下，帶動(dòng)擺桿以0點(diǎn)為軸心向上轉(zhuǎn)動(dòng)，用Mgl表示重力產(chǎn)生的力矩，其中l(wèi)為擺桿的長(zhǎng)度，g為重力值。0）]式中 K，K180。 為了測(cè)出兩點(diǎn)重力變化，可以轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺絲，改變彈簧2的張力，使擺桿恢復(fù)到原來(lái)的平衡位置，通常稱(chēng)之為零位。AS180。0）將上兩式相減，并整理得K180。AS180。B反映出來(lái)。 (1)普通觀測(cè) 1)閉合于同一基點(diǎn)的規(guī)則。當(dāng)重力儀的零點(diǎn)變化不夠規(guī)律或者要進(jìn)行高精度的重力測(cè)量時(shí)，可采用多點(diǎn)重復(fù)觀測(cè)。如圖6—7所示在厘米方格紙上，用讀數(shù)g為縱坐標(biāo)，以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，把所有的重復(fù)點(diǎn)按照一定比例點(diǎn)在圖上，然后把相同點(diǎn)用直線連起來(lái)，這樣就形成了一些大致平行的直線。然后用直線把相同的點(diǎn)連起來(lái)，再以第一點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，將其他各線依次平移，讓各線的起點(diǎn)落在它前一條線上。顯然，對(duì)基點(diǎn)網(wǎng)的觀測(cè)，其精度必須高于一般測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度，為此要采用一些提高精度的措施。當(dāng)測(cè)區(qū)同時(shí)建立幾個(gè)基點(diǎn)網(wǎng)環(huán)路時(shí)，每個(gè)環(huán)路中必須包括相鄰環(huán)路中兩個(gè)或兩個(gè)以上的基點(diǎn)作為公用，以便對(duì)基點(diǎn)網(wǎng)平差。如圖6—9所示，每天從任意基點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的一般點(diǎn)觀測(cè)，最后在另一Gi＋1基點(diǎn)閉合，結(jié)束一天的工作。對(duì)測(cè)點(diǎn)O來(lái)說(shuō)，還存在著高出大地水準(zhǔn)面以上這部分質(zhì)量的影響，然而為了要使測(cè)得的重力單純地反映地殼內(nèi)部密度變化，就必須把測(cè)點(diǎn)O移到相當(dāng)于同一大地水準(zhǔn)面上才好比較。下面說(shuō)明是怎樣校正的。面的一部分質(zhì)量使得測(cè)點(diǎn)O的重力減小，其增加力的方向如圖6—10中所示。 校正的辦法是應(yīng)用積分的原理，將質(zhì)量的多余部分和缺少部分分成以測(cè)點(diǎn)O為中心的許多扇形柱體，如圖6—11所示。（b）圖是其中的一個(gè)扇形柱體，這個(gè)扇形柱體對(duì)測(cè)點(diǎn)O可以用積分的方法計(jì)算出來(lái)。但是，如圖6—10所示，這時(shí)測(cè)點(diǎn)O與在大地水準(zhǔn)面上測(cè)點(diǎn)A比較，測(cè)點(diǎn)O的位置仍在原處，并且多一層(180。中間層校正可按式(6—9)計(jì)算，令積分限Rm=0，積分后得中校式中的h是測(cè)點(diǎn)O和水準(zhǔn)面的高差，可正可負(fù)，測(cè)點(diǎn)在水準(zhǔn)面以上為正，反之為負(fù)。地質(zhì)體的大小、形狀、位置、密度均是未知的，無(wú)法進(jìn)行估計(jì)，但是對(duì)于正常重力場(chǎng)隨高度變化，可用下面方法加以計(jì)算。 通常將高度校正和中間層校正合并，稱(chēng)為布格校正。 圖6—12 三、重力異常的定量分析 討論了重力異常的基本概念后，下面研究重力異常和地質(zhì)因素之間的聯(lián)系，即重力異常反應(yīng)什么樣的地質(zhì)特征和規(guī)律。根據(jù)式(6—3)，可得到P點(diǎn)的重力異常垂直分量為式中 dm——質(zhì)量單元； r——dm到P點(diǎn)之間的距離； P——引力與垂直方向的夾角。 設(shè)一球體，其剩余質(zhì)量為M，半徑為R，球心埋藏深度為D，采用直角坐標(biāo)系，如圖6—14所示，則由球體引起的在xoy平面上任意一點(diǎn)P(x，y，O)的引力，按公式計(jì)算得圖6—14 球體坐標(biāo)系式中 r——球心到點(diǎn)P的距離。這種根據(jù)已知產(chǎn)狀的地質(zhì)體，利用公式計(jì)算得到的異常曲線稱(chēng)之為理論曲線。 D越大，gmax越小，異常范圍越廣，g曲線變化越平緩；D越小，gmax越大，異常范圍越窄，g曲線變化越陡。再將上述結(jié)果代人gmax＝fM／D2，可得剩余質(zhì)量M值 如果知道球體對(duì)圍巖的剩余密度，還可以利用下式求出球體的半徑R值。 設(shè)水平圓柱體的密度是均勻的，則可以認(rèn)為它的全部質(zhì)量集中在軸線上，通常稱(chēng)之為物質(zhì)線。令g減小至gmax的1／10以下時(shí)，即從而 解得 可見(jiàn)當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)離O點(diǎn)，其距離相當(dāng)于三倍埋藏深度時(shí)，可以認(rèn)為重力異常無(wú)顯示了。設(shè)水平層的剩余密度為，厚度為h，深度為D，又設(shè)水平層中的任一質(zhì)量單元為dm，其坐標(biāo)為()，則dm在地面上產(chǎn) 圖6—18 半無(wú)限水平板坐標(biāo)系生的沿x軸任一點(diǎn)P(x，0，0)上的引力為r為dm到P點(diǎn)的距離，則整個(gè)半無(wú)限水平層產(chǎn)生在P點(diǎn)的引力為經(jīng)積分后得 (6—16) 由式(6—16)可看出，半無(wú)限水平層所產(chǎn)生的重力異常與y軸無(wú)關(guān)，它表明重力異常沿y軸方向其值不變；沿x軸方向，經(jīng)計(jì)算其異常的變化如圖6—19(a)、(b)所示。圖6—19 半無(wú)限水平板重力異常曲線和等值線當(dāng)為已知時(shí)，可以計(jì)算出斷層的厚度，即 (6—17)這里的gmax為異常的最大值，gmin心為異常的最小值。顯然，當(dāng)所選的密度符合真實(shí)密度時(shí)，校正后的重力剖面曲線應(yīng)為水平直線；如果所選密度比實(shí)際值小，則布格校正偏大，使布格重力異常剖面曲線與地形起伏成正比，即地形高處，重力異常值大；地形低處，異常值小。從圖中看出，／cm3比較合適。布格影響系統(tǒng)b值為 b＝—+ (6—21)這樣由式(6—20)確定b后，即可用式 (6—21)求出中間層密度。為此可利用若干條重力剖面，將其值經(jīng)緯度校正，然后按下法作圖，如圖6—21所示，橫坐標(biāo)代表高程，縱坐標(biāo)代表緯度改正后的重力值。進(jìn)行井中逐段或連續(xù)測(cè)量，可得到整個(gè)井的密度曲線。玄武巖類(lèi)與橄欖巖類(lèi)之間存在界面，稱(chēng)為莫霍洛維奇面(簡(jiǎn)稱(chēng)莫氏面)。據(jù)地殼均衡學(xué)說(shuō)，山越高，山根就越深，即硅鎂層(玄武巖類(lèi))越深，亦即莫氏面越深。 當(dāng)基底埋藏深度較淺時(shí)，如圖6—24所示(實(shí)線為重力異常線) 重力異常和基底起伏沒(méi)有直接聯(lián)系，所反映的是基底巖性的變化。 斷裂在重力資料中的表現(xiàn)形式是多樣的，其主要形式有： ①重力等異常線的密集帶。 3)結(jié)晶基底表面起伏的重力異常反映。 ④地殼深部結(jié)構(gòu)變化不大。(3)沉積蓋層的解釋 1)重力異常對(duì)沉積蓋層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的間接聯(lián)系。重合不僅是指構(gòu)造隆起反映重力高，凹陷反映重力低，而且它們可以表現(xiàn)為相反的情況。 ②在沉積蓋層中，存在著明顯的密度界面。 如圖6—29所示，該地區(qū)上部地層屬于第三紀(jì)和第四紀(jì)沉積巖，密度大。 因此，在應(yīng)用重力資料研究局部構(gòu)造時(shí)，應(yīng)該對(duì)異常進(jìn)行處理、加工，如區(qū)域校正、場(chǎng)的劃分、二次導(dǎo)數(shù)等，以消除對(duì)局部異常的干擾。磁極所含磁荷的多少，用磁量m表示。N/A或Wb。不管是條形磁鐵或是磁針，都具有正負(fù)磁荷的兩個(gè)磁極，宦們是磁量相等而符號(hào)相反的兩個(gè)點(diǎn)磁極，總是成對(duì)共同出現(xiàn)，將其作為一個(gè)整體，通常稱(chēng)之為磁偶極子。即實(shí)驗(yàn)表明，同一物質(zhì)磁化強(qiáng)度與磁化磁場(chǎng)成正比，以T表示磁化磁場(chǎng)則有 (6—30)式中 ——比例系數(shù)，稱(chēng)做物質(zhì)的磁化率。 抗磁性：它的磁化率很小，為(—1～—2)CGSM。在自然界中；只有鐵、鎳、鉆和它們的化合物、合金以及鉻、錳合金屬于鐵磁性的。 (1)磁滯現(xiàn)象 如果用磁化曲線來(lái)表示磁性物質(zhì)的磁化強(qiáng)度與磁化場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系，則順磁性和抗磁性物質(zhì)的曲線均為直線，見(jiàn)圖6—32(a)所示，其磁化過(guò)程是可逆的。再繼續(xù)往下，相反的磁場(chǎng)抵消了剩余磁性，在點(diǎn)，時(shí)，等于零。其中稱(chēng)為飽和磁化強(qiáng)度，稱(chēng)為剩余磁化強(qiáng)度，稱(chēng)為矯頑磁力。4．巖石的感應(yīng)磁性和剩余磁性 實(shí)踐表明：巖石所以有磁性，除巖石中需要含有磁性礦物外還需外加磁場(chǎng)。 許多實(shí)際資料表明，巖石除具有感應(yīng)磁性以外，巖石中只要含有鐵磁性礦物，就有剩余磁性，用表示，其值可以比感應(yīng)磁性還大，的方向可以與的方向不同，甚至相反。如圖6—34所示，采用直角坐標(biāo)系，原點(diǎn)O為地面上任一點(diǎn)，x軸指向地理正北，y軸指向地理正東，z軸垂直向下，xOy所在的平面為水平面。在地磁學(xué)中常測(cè)定的是H，D和I，用它們來(lái)研究地磁場(chǎng)的分布。因?yàn)? 所以 (6—34)其中M＝2lm，為磁偶極子的磁距。+，代入式(6—34)即得地面上任一點(diǎn)的磁位 (6—35)式中 r——地球半徑。在赤道上 ＝0, I=0, Z=0, H=T= 顯然，兩級(jí)磁場(chǎng)強(qiáng)度等于赤道磁場(chǎng)強(qiáng)度的2倍，以上計(jì)算所得結(jié)果與地磁圖所示大致符合。這種差異(地面各測(cè)點(diǎn)的地磁數(shù)據(jù)與地心存在磁偶極子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)值之差)，稱(chēng)為大陸磁場(chǎng)。因此，地面上任一點(diǎn)的磁場(chǎng)T，可表示為正常磁場(chǎng)To和因地質(zhì)原因所引起的磁異常Ta之和，即T ＝To +Ta (6—37) 在實(shí)際工作中，正常磁場(chǎng)T0一般是指地磁圖上所表示的磁場(chǎng)，而磁異常Ta又可分為區(qū)域異常和局部異常。 從圖6—37上可看出，磁異常是矢量，各點(diǎn)處的磁異常不僅大小不等，而且方向亦不一致。二、野外磁力測(cè)量 1．磁力儀 磁力測(cè)量和重力測(cè)量一樣，也分絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量。 圖6—37 磁異常示意圖 對(duì)于地面磁力測(cè)量，當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)中采用的地面磁力測(cè)量?jī)x器主要是質(zhì)子磁力儀，其替代了機(jī)械式的磁力儀。航空磁力儀種類(lèi)較多，有質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀、光泵磁力儀等。 (1)巖石磁性測(cè)定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì) 1)直接法。平均值 (6—38)常見(jiàn)值：在一批數(shù)據(jù)中出現(xiàn)次數(shù)最多的那個(gè)數(shù)據(jù)x0稱(chēng)為該批數(shù)據(jù)的常見(jiàn)值。均方差越大，數(shù)據(jù)越離散；均方差越小，數(shù)據(jù)越集中于平均值附近。直方圖較直觀地反映出這批觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況。它所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)范圍就是常見(jiàn)值變化范圍。 1)玫瑰圖：極坐標(biāo)的射線表示角度，等間距的同心圓表示頻率?！?90176。由于和是相互聯(lián)系的，單獨(dú)統(tǒng)計(jì)和工作量較大，因此目前常用球面分布圖統(tǒng)計(jì)和。圖6—40中點(diǎn)密集部分即為和的常見(jiàn)值。校正方法是應(yīng)用最近時(shí)期的地磁圖，確定出工區(qū)正常場(chǎng)的水平梯度值，那么正常場(chǎng)水平梯度值乘以測(cè)點(diǎn)至基點(diǎn)之間距離，就是相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的校正值。表示上傾；+表示下傾；⊕表示現(xiàn)代地磁場(chǎng)方向； 日變校正就是消除地磁場(chǎng)隨時(shí)間的變 ○表示平均Jt方向。Z為正，校正值為負(fù)；反之校正值為正。校正辦法是對(duì)基點(diǎn)重復(fù)讀數(shù)，將兩次讀數(shù)的差值，按時(shí)間分配到每一個(gè)測(cè)點(diǎn)上。為了使磁異常特征一目了然，往往把磁異常值用圖件形式直觀表示出來(lái)。若將各測(cè)線的磁異常剖面圖依據(jù)線距大小拼繪在一起，就得到磁異常剖面平面圖，如圖6—44所示。當(dāng)前采用的處理方法有數(shù)據(jù)網(wǎng)格化、光滑、解析延拓、濾波、高次導(dǎo)數(shù)法等。插值方法很多，但通常采用拉格朗日插值的方式。各種圓滑方法與重力勘探中的圓滑方法相同。 向下延拓的主要作用是增大淺部異常的比例，而且向下延拓較向上延拓的誤差大。 6．地形起伏的化直法 由于實(shí)際地形經(jīng)常是起伏不平的，而對(duì)磁異常的解釋都是按磁場(chǎng)在一水平面上來(lái)討論的，因而當(dāng)實(shí)測(cè)磁異常是在地形有起伏的情況下觀測(cè)的，就應(yīng)當(dāng)將它換算成在一水平面上觀測(cè)到的，這種換算稱(chēng)之為化直法。磁性的不均勻分布與巖石、地層、礦產(chǎn)(藏)、地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，即磁異常與地質(zhì)因素存在著聯(lián)系。 1．簡(jiǎn)單形體磁異常的正反演問(wèn)題 為了使討論的問(wèn)題能揭示地質(zhì)體產(chǎn)狀和磁異常特征之間的聯(lián)系，在討論各問(wèn)題之前，事先假設(shè)地質(zhì)體的磁化是均勻的，可以用一個(gè)磁化率系數(shù)表示，磁化磁場(chǎng)為均勻磁場(chǎng)，并設(shè)地質(zhì)體只有感應(yīng)磁化，其感應(yīng)磁化強(qiáng)度Ji正比于地磁場(chǎng)總強(qiáng)度T，而Ji的方向和地磁場(chǎng)T的方向一致。 設(shè)Z軸和T的夾角為，并用直角坐標(biāo)表示，則T的垂直分量Za為 (6—40)當(dāng)x＝0，y＝0時(shí)，Za為極大，Zamax＝，Za向周?chē)饾u減小，其等值線為同心圓，如圖6—47所示。 圖6—47 細(xì)長(zhǎng)柱體磁異常等值線 圖6—48 細(xì)長(zhǎng)柱體剖面異常圖由式(6—40)，令 y＝0，為了由異常曲線求埋藏深度h，令Za曲線的半值點(diǎn)坐標(biāo)為。為了求它所引起磁場(chǎng)，只要將沿水平方向的多個(gè)點(diǎn)磁極排列起來(lái)，求其所引起的磁場(chǎng)總和。 圖6—50(b)是圖6—50(a)中的一條曲線，它是一條對(duì)稱(chēng)曲線，當(dāng)x＝0時(shí)，有極大值。當(dāng)?shù)貙觾A斜，并且為順層磁化，其頂端寬度大于埋藏深度h時(shí)，J0的傾角為，在這種情況下，只有頂面出現(xiàn)磁荷。 由式(6—43)可看出，Za曲線對(duì)稱(chēng)于原點(diǎn)，在原點(diǎn)最大，Za也達(dá)到最大。 2．復(fù)雜條什下的不規(guī)則地質(zhì)體磁異常的計(jì)算方法 當(dāng)二度體的橫截面為任意形狀時(shí)，難以用公式計(jì)算磁異常的理論曲線，為此可采用計(jì)算二度體重力異常一樣的辦法——扇形量板法來(lái)討論磁異常的正反演問(wèn)題，在此不再重述。 (3)磁異常地質(zhì)解釋 磁異常地質(zhì)解釋就是由磁異常的分布特征，并結(jié)合巖石的物性參數(shù)和地質(zhì)條件，說(shuō)明引起磁異常的地質(zhì)原因，找出磁異常與地質(zhì)因素之間的聯(lián)系。成果圖包括地質(zhì)剖面圖、地質(zhì)略圖、構(gòu)造要素圖、礦產(chǎn)預(yù)測(cè)圖等。 (2)磁法勘探在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用 1)利用磁異常劃分構(gòu)造單元。磁異常在地臺(tái)區(qū)的特征是：異常表現(xiàn)為寬闊，變化平緩，沒(méi)有一定的方向性，異常數(shù)目少，梯度值小，通常表現(xiàn)為較低的正負(fù)磁異常。這種磁場(chǎng)反映出前喀爾巴阡拉拗陷和裙皺的喀爾巴阡區(qū)，其沉積雜巖的厚度大，侵入體的埋藏深。利用磁法勘探確定斷裂，常常是有效的。 ④異常強(qiáng)度和寬度發(fā)生變化。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，可以認(rèn)為是由于斷層的存在，兩邊巖石的埋藏深度不同，從而表現(xiàn)出兩邊礅異常的性質(zhì)不同。在地臺(tái)區(qū)研究結(jié)晶基底起伏，可推斷沉積巖系的分布范圍和厚度的變化情況，對(duì)劃分構(gòu)造單元、指出油氣遠(yuǎn)景區(qū)均有重要