防災(zāi)科技學(xué)院 地球物理勘探概論期末復(fù)習(xí)提綱

2013.12 地球物理勘探 期末復(fù)習(xí)提綱  地球物理勘探方法：是以巖礦石等介質(zhì)的物理性質(zhì)差異為基礎(chǔ)，利用物理學(xué)原理，通過觀則和研究地球物理場空間與時間分布規(guī)律以實現(xiàn)基礎(chǔ)地質(zhì)研究、環(huán)境工程勘察和地質(zhì)找礦等目的一門應(yīng)用學(xué)科。 地球物理勘探方法分類及其利用的物性基礎(chǔ) （1）重力勘探：巖礦石等介質(zhì)的密度差異； （2）磁法勘探：巖礦石等介質(zhì)的磁性差異； （3）電法勘探：導(dǎo)電性、電化學(xué)活動性、介電性、導(dǎo)磁性； （4）地震勘探：巖礦石等介質(zhì)的彈性差異。 第一章 巖礦石物性與各類礦床的地球物理特征 1、巖礦石密度的影響因素：組成巖石的各種礦物成分及其含量； 巖石中孔隙大小以及孔隙中的充填物質(zhì)成分； 巖石所承受的壓力。 2、物質(zhì)的磁性包括：抗磁性、順磁性、鐵磁性。 3、礦物的磁性概述 （1）抗磁性礦物：磁化率小于0，常數(shù)，勘探中認(rèn)為是無磁性物質(zhì)； （2）順磁性礦物：磁化率大于0，為常數(shù)，勘探中認(rèn)為是無磁性物質(zhì)； （3）鐵磁性礦物：磁化率大于0，不為常數(shù)，隨磁場和溫度變化而變化，勘探中認(rèn)為是磁性物質(zhì)。 4、三大巖類的磁性概述 （1）沉積巖的磁性：取決于副礦物，磁性較弱，剩磁?。? （2）火成巖的磁性：磁性大，剩磁大，（強）基性---中性---酸性（弱）； （3）變質(zhì)巖的磁性：與原來的基質(zhì)有關(guān)，磁性和剩磁變化大。 5、巖石的剩余磁性 包括：熱剩余磁性、碎屑剩余磁性、化學(xué)剩余磁性、黏滯剩余磁性、等溫剩余磁性 （1）熱剩余磁性：在恒定磁場下，巖石從居里點以上的溫度，逐漸冷卻到居里點以下，在通過居里溫度時受磁化所獲得的剩磁。 （2）碎屑剩余磁性：巖石碎屑攜帶原已具有剩余磁性的礦物顆粒，在成巖過程中，由于地磁場的作用，使礦物顆粒的剩余磁性按著當(dāng)時的地磁場方向取向并被固定下來的剩磁叫做沉積剩磁。 （3）化學(xué)剩余磁性：某些礦物在地磁場壞境中發(fā)生了化學(xué)變化或重新結(jié)晶，也可能獲得相當(dāng)高的磁化強 度。礦物通過這種方式獲得的剩磁就叫做化學(xué)剩磁。 6、三大類巖石剩余磁性來源 （1）火成巖剩磁成因：主要為熱剩磁，由巖漿冷卻固結(jié)而得。 （2）沉積巖剩磁成因：沉積作用（碎屑剩磁）、成巖作用（化學(xué)剩磁）。 （3）變質(zhì)巖剩磁成因：與原巖有關(guān)，正變質(zhì)巖（熱剩磁）、副變質(zhì)巖（碎屑剩磁、化學(xué)剩磁）； 7、影響巖礦石導(dǎo)電性的因素：巖礦石的成分和結(jié)構(gòu)、所含水分、溫度、壓力 8、激發(fā)極化效應(yīng)：在充電和放電過程中，由于電化學(xué)作用所引起的隨時間緩慢變化的附加電場的現(xiàn)象稱之為激發(fā)極化效應(yīng)。 第二章 重力勘探 1、重力場：存在于地球周圍具有重力作用的空間。地球的重力場包括引力場和離心力場。 2、重力的單位：（SI制）g.u. 1g.u.=10m/s2；（CGS制）Gal 1g.u.=0.1mGal 3、要獲得探測對象的重力異常，一般應(yīng)具備的條件： （1）探測對象與圍巖存在密度差異（有密度不均勻體的存在）； （2）密度不均勻體沿水平方向有密度變化； （3）剩余質(zhì)量不能太?。? （4）探測對象不能埋藏太深； （5）干擾場不能太強或具有明顯的特征。 4、為了消除零漂效應(yīng)，任何一次野外觀測必須起始于基點，終止于基點。 5、測線布置的要求： （1）測線應(yīng)垂直于探測對象的走向； （2）測網(wǎng)一般是由相互平行的等間距測線和測線上分布的等間距測點所組成。 6、重力資料的整理中，各種校正的作用 （1）地形校正作用：消除測點附近由于地形起伏對重力觀測數(shù)據(jù)的影響； （2）中間層校正：消除測點基準(zhǔn)面與基點基準(zhǔn)面水平中間層的重力影響； （3）高度校正：消除測點相對于基點的高程差而造成的重力數(shù)值變化； （4）正常場校正（緯度校正）：消除測點與基點間緯度差異而造成的重力變化。 7、自由空間重力異常進(jìn)行了高度校正和正常場校正。 8、布格重力異常：經(jīng)過地形校正、布格校正和正常場校正的重力異常。 布格重力異常進(jìn)行了地形校正、布格校正（高度校正與中間層校正）和正常場校正。 9、重力異常正演 （1）球體 （2）水平圓柱體（無限長均勻水平圓柱體） 剖面圖：與球體相似； 平面圖：一組不等間距的平行直線，中間異常值最大，兩邊異常小。 （3）鉛垂臺階 剖面圖： 平面圖：一簇平行臺階走向的直線，等值線一邊高一邊低，臺階面附近最為密集。 10、什么是地球物理正演和地球物理反演？ （1）地球物理正演是已知地質(zhì)體或地質(zhì)構(gòu)造的形狀、產(chǎn)狀以及埋深等，研究它們引起的異常特征，包括異常的形狀、幅度、梯度以及變化規(guī)律等； （2）地球物理反演是根據(jù)異常的形態(tài)和變化規(guī)律等，確定地質(zhì)體和地質(zhì)構(gòu)造的形狀、產(chǎn)狀及埋深等。 11、引起重力異常的主要地質(zhì)因素：（由深到淺） 地球深部因素、地殼深部因素、結(jié)晶基巖內(nèi)部的密度變化、結(jié)晶基底頂面的起伏、沉積巖的構(gòu)造和成分變化 12、區(qū)域異常和局部異常 （1）區(qū)域異常：是疊加異常的一部分，主要是由大而深的巖體或地質(zhì)構(gòu)造引起的重力異常。 特征：幅值大、異常范圍大、變化平緩。 （2）局部異常：是疊加異常的一部分的一部分，主要是小而淺的巖體或地質(zhì)構(gòu)造引起的重力異常。 特征：幅值小、異常范圍小、變化大。 13、向上延拓與向下延拓 （1）向上延拓：將觀測平面上的實測異常值，換算到觀測平面上某一高度的異常。 目的：削弱局部異常，突出深部異常。 （2）向下延拓：將觀測平面上的實測異常值，換算到觀測平面以下場源以外的某個深度上。 目的：壓制深部的區(qū)域異常，突出淺部物質(zhì)產(chǎn)生的局部異常。 14、識別重力異常圖的步驟 （1）分析局部異常、區(qū)域異常在哪？形態(tài)如何？ （2）重力高還是重力低？ （3）能夠解釋什么問題？ 15、斷裂構(gòu)造在平面等值線圖的識別 （1）線性重力高與重力低之間的過渡帶； （2）異常軸線明顯錯動的部位； （3）串珠狀異常的兩側(cè)或軸部所在位置； （4）兩側(cè)異常特征明顯不同的分界線； （5）封閉異常等值線突然變寬、變窄的部位； （6）等值線同形扭曲部位。 第二章 磁法勘探 1、地磁場：存在于地球周圍的具有磁力作用的空間，稱地磁場。 地磁場的組成部分：基本磁場、變化磁場、磁異常。 （1）基本磁場（主磁場）：占地球磁場的99%以上，是地球內(nèi)電流的對流形成，是一種偶極子場和非偶極子場組成的內(nèi)源場； （2）變化磁場：起源于地球外部并疊加在主磁場的各種短期地磁變化。分為平靜變化、擾動變化。 （3）磁異常：在消除了各種短期磁場變化后，實測地磁場與作為正常磁場的主磁場之間的差異稱為磁異 常。屬于內(nèi)源磁場。 2、地磁要素及其組成部分 地磁要素：表示地磁場大小和方向的物理量。 3、有效磁化強度：總磁化強度在觀測剖面上的投影稱為有效磁化強度； 有效磁化傾角：有效磁化強度矢量在空間坐標(biāo)系中與OX軸的夾角。 4、磁異常正演 （1）球體 南北剖面：Za為兩側(cè)有負(fù)值的不對稱曲線，磁化方向指的一側(cè)曲線梯度增大，有負(fù)值明顯，max偏離原點，向磁化方向的反方向位移； 東西剖面：Za為兩側(cè)有負(fù)值的對稱曲線，max在原點處； 平面等值線圖：非完全中心對稱，負(fù)異常包圍正異常。 （2）水平圓柱體 （3）有限延伸板狀體 A順層磁化 無論是順層磁化還是斜交磁化，曲線兩側(cè)出現(xiàn)負(fù)值，其中幅值較大的負(fù)值出現(xiàn)在正磁荷所在側(cè)面（或地面）的方面 B斜交磁化 4）限延伸板狀體 A順層磁化 B斜交磁化 5、磁異常的轉(zhuǎn)換處理中每一步的作用 （1）延拓 A向上延拓：消除淺部干擾，突出深部異常； B向下延拓：區(qū)分疊加異常，判斷異常性質(zhì)；評價低緩異常。 （2）導(dǎo)數(shù)換算 A水平導(dǎo)數(shù)：突出梯級帶； B垂向?qū)?shù)：導(dǎo)數(shù)異常寬度變窄有益于區(qū)分疊加異常；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線反應(yīng)地質(zhì)體的邊界。 （3）化到地磁極 將實測磁異常值換算到簡單的垂向磁化強度，便于對比分析。 7、斷裂構(gòu)造在磁異常的顯示 （1）線性異常帶； （2）串珠狀異常帶； （3）異常軸線水平錯動； （4）異常強度與寬度的變化； （5）雁形排列磁異常； （6）不同特征磁異常的分界。 第四章 電法勘探 1、不同點電源的V值 （1）一個點電源的電場 設(shè)在地面A點向地下供電，電流強度為I，地下半空間的電阻率為ρ。地下距A為的點M處的電流密度為： 電場強度為： 電位為： （2）兩個異性點電源的電場 在任意點M處的，可按場的疊加原理知： 2、裝置系數(shù) （均勻大地電阻率公式） 3、視電阻率：在電場有效范圍內(nèi)各種地質(zhì)體電阻率的綜合影響值。 （1）視電阻率的微分形式： （2）地下為均勻、各項同性的單一巖石，其電阻率是ρ1，這時測得的視電阻率ρs就等于巖石的真電阻率 運用視電阻率公式分析視電阻率形態(tài)： 在電阻率等于ρ1的圍巖中賦存一良導(dǎo)電礦體，其電阻率ρ2<ρ1。良導(dǎo)礦體的存在改變了均勻巖石中電場分布的狀況，電流匯聚于導(dǎo)體的結(jié)果，使地表測量電極MN附近巖石中的電流密度jMN比均勻巖石情況下那里的正常電流密度j0減小，于是jMN/j0<1。由于 ρMN=ρ1，由視電阻率公式知，此時的視電阻率ρs小于均勻圍巖的真電阻率ρ1. 在電阻率等于ρ1的圍巖中，賦存一局部隆起的高阻基巖，其電阻率ρ3>ρ1。高阻基巖向地表排擠電流，使測量電極M、N附近巖石中的電流密度比均勻均勻條件下增大，jMN/j0>1，ρMN=ρ1，由視電阻率公式知，此時的視電阻率ρs大于均勻圍巖的真電阻率ρ1. （3）影響視電阻率的因素 ① 電極裝置類型及電極距的大小（電極裝置：供電電極（A、B）及測量電極（M、N）的排列形式和移動方式） ② 測點相對于地質(zhì)體的位置； ③ 電場有效作用范圍內(nèi)各種地質(zhì)體的真電阻率； ④ 各地質(zhì)體的分布狀態(tài)（即形狀、大小、埋深及相對位置） 4、電剖面法 采用不變的供電極距，并使整個或部分裝置沿觀測剖面移動，逐點測量視電阻率的值。 （1）聯(lián)合剖面法 對于尋找低阻、陡傾的巖脈有較好的效果。 正交點：在直立良導(dǎo)礦脈上，聯(lián)剖兩條曲線對稱，并在礦脈上方相交，得到一個明顯的“正交點”及兩側(cè)橫8字的歧離帶。正交點的特點是：交點左面，右面（繪圖時規(guī)定A極在左，B極在右） 在傾斜礦脈上，聯(lián)剖曲線仍出現(xiàn)正交點，但交點位置稍移向傾斜一側(cè)，并且曲線不對稱。在礦脈傾斜的一側(cè)，和值均下降，隨著傾角變小，曲線變緩，分異性變差。 反交點：在高阻巖脈上，聯(lián)剖曲線出現(xiàn)“反交點”，且交點處呈現(xiàn)高阻，但反交點并不明顯，歧離帶也不明顯；反交點兩側(cè)附近，曲線呈兩翼緊閉的形狀；直立高阻巖脈上的聯(lián)剖曲線反交點兩側(cè)對稱。 （2）中間梯度法（一線布極，多線測量） 尋找陡傾的高阻巖脈效果較好。 5、電測深法 探測電性不同的巖層垂向分布情況的電阻率方法。 電測深法按照電極排列方式的不同：對稱四級電測深、三極電測深、偶極電測深、環(huán)形電測深等。 （1）電測深理論曲線 （2）電測曲線基本性質(zhì) 為了進(jìn)一步了解電測深曲線的特征，我們把電測深曲線統(tǒng)一劃分為三段： 的部分稱為首支； 的部分稱為尾支； 其余部分為中段。 電測深曲線的首支：由于AB距離很小，電場作用范圍僅限于第一層介質(zhì)中，第二層及以下巖對視電阻率的影響較小。 電測深曲線的尾支：（a）第n層電阻率ρn有限：AB/2足夠大，測深曲線尾支出現(xiàn)以ρn為漸近線水平直線。 （b）第n層電阻率ρn趨近于無窮大： AB/2足夠大，測深曲線尾支出現(xiàn)與橫坐標(biāo)為45°夾角的漸近線。 （c）第n層電阻率ρn趨近于零： AB/2足夠大，測深曲線尾支以0為漸近線水平直線。 （3）電測深曲線的等值現(xiàn)象 一組層參數(shù)對應(yīng)唯一的一條電測深曲線，層參數(shù)不同的地電斷面對應(yīng)不同的電測深曲線。 6、充電法 是對地面上、坑道內(nèi)或者鉆孔中已經(jīng)揭露的良導(dǎo)體直接充電，通過觀測其充電場的空間分布來了解礦體規(guī)模大小和賦存狀態(tài)的電法勘探方法。 （1）充電法應(yīng)用的條件 1、探測對象的電阻率ρ1 應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圍巖電阻率ρ2； 2、圍巖巖性比較單一，地表介質(zhì)電性均勻穩(wěn)定，地形起伏不大； 3、埋于地下的充電體必須有露頭，或是天然露頭或是人工露頭（淺井、泉眼、鉆孔、坑道等）。 （2）充電法的野外工作方法 電位法、電位梯度法、追索等位線法 （3）充電法的應(yīng)用 1.確定已揭露（或出露）礦體隱伏部分的形狀、產(chǎn)狀、規(guī)模、平面分布位置及深度； 2.確定已知相鄰礦體之間的連通關(guān)系； 3.在已知礦附近找盲礦體； 4.利用單井測定地下水的流速、流向； 5.研究滑坡及追蹤地下金屬管線。 7、自然電場法 （1）自然電場成因：電子導(dǎo)體與圍巖溶液間的電化學(xué)作用、巖石中地下水運移的電動效應(yīng)、離子擴(kuò)散。 （2）自然電場法工作方法： A觀測方法：“電位觀測法”和“電位梯度觀測法”； B基點和基點網(wǎng)的聯(lián)測：選擇距離研究對象較遠(yuǎn)、周圍電場穩(wěn)定、非研究因素因素引起電場小于觀測誤差的地段設(shè)置總基點。總基點是全區(qū)自然電位的假設(shè)零點。 C觀測結(jié)果的整理：電位值=讀數(shù)+基點差-（極差+極差分配） （3）自然電場法的電極是不極化電極，目的是減小兩極間的電極差。 （4）自然電場法的應(yīng)用： ① 硫化物金屬礦、石墨礦的普查 ② 水文地質(zhì)中的應(yīng)用 ③ 對石墨化黃鐵礦化地層、構(gòu)造進(jìn)行地質(zhì)填圖 8、激發(fā)極化法 分類：直流（時間域）激發(fā)極化法、交流（頻率域）激發(fā)極化法 （1）極化率η與頻散率P 極化率η：在直流（時間域）激發(fā)極化法中，用極化率來表示巖礦石的激發(fā)極化特性： ΔU（T）為供電T時刻后測量電極MN間的總場電位差；ΔU2（T）為斷電t時刻后MN間的二次電位差。 為簡單起見，我們將長時間供電(T→ ∞，即充電達(dá)飽和)和斷電瞬間(t→0)測得的飽和極化率η（∞，０）定義為極化率 ，記為η。 影響巖礦石極化率的主要因素：電子導(dǎo)電礦物的含量和巖、礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 頻散率P：在直流、、交流（頻率域）激發(fā)極化法中，用頻散率來表示巖礦石的激發(fā)極化特性： P=ΔＵt1-ΔＵt2ΔＵt2×100% ΔＵt1、ΔＵt2分別表示超低頻段上的兩個頻率（低頻f1和高頻f2）所對應(yīng)的總場電位差振幅。 9、電磁法物性基礎(chǔ)：地殼中巖礦石的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、介電性差異、 第五章 地震勘探 1、影響巖石彈性參數(shù)的因素：巖石的密度、巖石的孔隙度、壓力和溫度、埋藏深度和地質(zhì)年代、其它因素。 2、振動圖：某一觀測點上質(zhì)點的位移隨時間的變化曲線。 3、波剖面圖：反應(yīng)某一時刻，距離震源一定范圍內(nèi)個質(zhì)點的振動情況的圖。 4、時間場：波前到達(dá)任意點的時間與這點的位置有關(guān)，因此，可以得到波到達(dá)的時間與空間坐標(biāo)的函數(shù)，這種時空所確定的時間ｔ的空間分布稱為時間場。 5、等時面：在時間場中，如果將時間值相同的點連接起來，在空間構(gòu)成一個面，面上的任意點地震波到達(dá)的時間相等，稱之為等時面。 等時面特征：在均勻各項同性介質(zhì)中：等時面為一系列以震源為球心的球面； 在非各項同性介質(zhì)中：等時面為不規(guī)則的閉合曲面。 6、地震波的分類 （1）體波：縱波（P波）、橫波（S波）； （2）面波：勒夫波（love波）、瑞利波（rayleigh波）。 7、地震波傳播原理 （1）惠更斯原理：在彈性介質(zhì)中，已知某時刻t1波前面上各點，則可把這些點看成是新的振動源，從t1時刻開始產(chǎn)生子波向外傳播，經(jīng)過△t時間后這些子波的波前面所構(gòu)成的包絡(luò)面就是t1+ △t時刻的新的波前面。 （2）費馬定理：地震波總是沿地震射線傳播，以保證波到達(dá)某點時所用的旅行時間最少，地震波的這一 傳播特性稱之為費馬定理（又稱射線原理或最小時間原理）。 8、形成折射波的條件 1）下面介質(zhì)的波速要大于所有上面介質(zhì)的波速； 2）入射角是以臨界角I 入射。 9、折射波的特點 (1)射線是以臨界角i出射的一束平行直線且垂直于波前面； (2)波前面是一平面，與界面的夾角為 i ； (3)AM是折射波的第一條射線，稱臨界射線，M點是折射波的始點，它也是反射波射線; (4)折射波存在盲區(qū)，盲區(qū)范圍Xm=2htan i，所以折射波必須在盲區(qū)以外才可觀測到，h增大→Xm增大； 10、觀測系統(tǒng)：炮點和檢波點之間的相互位置關(guān)系。 11、反射波法使用多次覆蓋觀測系統(tǒng)；折射波常用的是相遇時距曲線觀測系統(tǒng)。 12、同相軸：在地震記錄上波動的相同相位的連線。 13、斷層的地震勘探解釋： a. 反射波同相軸錯位 b. 反射波同相軸突然增減或消失，波組間隔突然變化 c. 反射波同相軸產(chǎn)狀突變，反射零亂或出現(xiàn)空白帶 d. 標(biāo)準(zhǔn)反射波同相軸發(fā)生分叉、合并、扭曲、強相位轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象 e. 異常波的出現(xiàn)是識別斷層的重要標(biāo)志 14、時距曲線：地震波的旅行時與炮檢距之間的關(guān)系曲線。 各時距曲線計算，見課本