为了使重力异常分布和变化情况一目了然,便于对异常分析和解释,总是把异常用各种图件来表示,这些图称为重力异常图。
1、布格重力异常平面图
这种图是用布格重力异常等值线来表示它的变化。重力异常等值线间距,一般为重力异常均方误差2~3倍。取整数。作图时应按设计及地形图的要求进行编绘。它是重力勘探的基本图件。(见图一)。
2、重力异常剖面图
这种图主要反映一条剖面上的重力变化情况。以剖面线为横坐标,重力异常值为纵坐标,按照一定比例尺把测点标在横轴上,把对应的重力值按比例尺点在纵坐标上,最后用直线将相邻点连接起来即可。(见图二)。
3、重力异常剖面平面图
这种图件把多个重力剖面按照测线的实际位置和方向展布在同一个平面上。(见图三)。
第四章 重力异常的数据处理
一、引起异常的主要原因
1、重力异常的主要地质原因 1)地壳底界面的起伏
13
地壳与上地幔之间存在一个界面称为莫霍洛维奇面(简称莫氏面),其深度是地壳界面深度,也就是地壳原度。地壳原度各地不同,我国大陆平原,一般在20~30Km,高山区为40~60Km,青藏高原达70Km以上,海洋区为10~20Km,这一界面密度差达0.3g/cm3以上,界面以上硅镁层为2.8~3.0 g/cm3,硅铝层为2.6~2.7 g/cm3,界面以下物质密度值为3.3~3.4g/cm3。莫霍面起伏引起地表重力变化特点是异常范围大,幅度变化大。海拔越高,地壳越厚,重力异常就越底,而海洋显示为重力高。大量资料表明,布格重力异常与地壳厚度变化存在近似线性关系。由此可见,布格重力异常与地形成镜象关系。
从全国1:500万布格重力图上可以看出,在我国东部海沟、布格重力异常值高达100×10-5m/s2,而青藏高原重力异常值为-580×10-5m/s2。
地壳厚度与布格重力异常之间有较好的相关性,可用一线性公式近似表示,即
H?H0?a?g?
式中H—地壳厚度
H0—?g?为零时的地壳厚度 a—相关系数
?g?—布格异常平均值,平均范围通常取100Km。 2)结晶基岩引起的重力异常
结晶基岩和上覆沉积岩系之间通常有一个明显的密度界面,密度差为0.1~0.3g/cm3之间。结晶基岩平均密度比沉积岩系大。在沉积岩不厚,结晶基底较浅的地区,重力异常的变化能较好地反映基岩顶面的起伏,它的隆起和凹陷是划分地质构造的主要依据,对找油气和煤盆地有着主要意义。
如果结晶基底埋藏较深,则其引起的重力异常变化将明显减弱,我国多数沉积盆地情况就是这样。为了研究结晶基底成分的变化和内部构造,重力勘探最好和磁法勘探配合进行。
3)沉积岩的构造和成分的变化
14
沉积岩系不同时代和不同岩性的地层往往存在着密度差异。明显的密度界面除前面讲过的下古代基底的顶界面之外,还有好几个界面上下存在着密度差别,并且这些界面往往与地质界面相吻合,这是利用重力研究沉积岩层区域和局部构造的依据,这些界面,地震勘探、电法勘探亦有效果。
4)金属矿体和其他地质原因
大多数金属矿床(如铁矿、铜矿、铬铁矿等),特别是致密状的,其密度比围岩大得多,两者相差达0.5~3g/cm3,某些非金属矿,如岩盐、煤等,则其密度比围岩小得多。
金属矿体一般较小,如埋藏较深时,引起的重力异常比较微弱,因此在找金属矿、开展重力勘探时应采用高精度重力仪。
2、区域异常和局部异常的概念
布格重力异常包含了多种因素产生的异常,通常把异常分为局部异常,区域异常和干扰异常。
局部异常和区域异常是一个相对概念。例如,研究浅部地质构造问题,研究的对象引起的异常称为局部异常,把深部地质原因引起的异常称为区域异常。进行异常解释时,必须把两种异常分离。
除此而外,把非研究对象更浅或地表原因及各项改正引起的异常,统称为干扰异常。在解释前,必须对它们进行消除。
二、数据处理
实际工作中所得到的重力异常,往往是各种地质因素叠加所引起,其中还包含有由于各项改正误差所引起的干扰等。使得实际曲线不光滑等。为此,数据处理的目的:
(1)消除各项改正所引起的误差或与探测对象无关的某些近地表密度不均匀体的干扰;
(2)从多种地质因素所引起的叠加重力异常,划分出与重力探测目的有关的重力异常。
目前,重力异常数据处理方法很多,问题也不少,这里只择简单和常用的方法进行介绍。
1、徒手平滑法
这是一种消除因各项改正产生误差的简捷方法。它是有经验的技术人员,根据异常曲线变化规律,在实际重力异常误差范围内进行手工平滑(亦可由计算机按平均要求来完成)。
2、数字解析法
15
这种方法是利用最小乘法原理对异常曲线圆滑处理。这个方法的实质是:用不同的曲线分段逼近剖面上的实测异常曲线,用不同的曲面分片逼近实测异常值(布格重力异常值)。
1)线性圆滑处理
在一定范围内,异常按线性变化,这里有3点、5点、7点圆滑处理,对每点进行圆滑时,只需把该点作为中心点,两边对称取点(3、5、7?点)计算即可。从结果来看,取点越多,曲线越光滑,异常峰值也降低。这样就基本消除了干扰异常。
2)二次曲线圆滑处理
若重力异常曲线在一定范围内可视为二次曲线时,则在这个范围内,可用二次曲线进行平滑,一般采用相邻五个以上点的异常值作平滑计算。
3、多次线性内插圆滑
这种方法即把原始曲线上两相邻点的中点联接成一条新的曲线,叫做一次内插,在新的曲线上再把相邻点的中点联接起来,即二次内插,以此类推,直到曲线圆滑为止。
三、区域异常和局部异常的划分方法
1、平行直线法
当区域异常范围较大,沿水平方向呈线性变化时,可用一组平行等值线来表示区域场的变化趋势,在剖面上则是具有一定斜率的直线。局部异常叠加在区域场的背景上,使局部异常变得很不明显,此时只需根据布格重力异常图判断出区域异常的水平梯度,并据此绘出异常等值线,在从每个测点的布格重力异常值中,减去相应的区域异常值,便可得到局部异常值(又称剩余重力异常)。
2、平滑曲线法
当区域重力异常等值线呈曲线均匀规律的变化,则可以按照异常走向和趋势,用平滑曲线法画出区域异常等值线。
这一方法是在先在异常平面图上绘制网格,网格距一般为点距的4~5倍(尽可能使网格大于局部异常范围),用内插方法求出网格结点上的重力值,再在结点之间进行内插。然后对这些值进行圆滑,根据圆滑后的异常值,绘制的等值线图即是区域异常图。然后用布格异常减去区域异常就可得到剩余异常即局部异常。
3、圆周平均法
圆周平均法就是以圆周上的布格异常平均值作为圆心上的区域异常值来划分局部异常和区域异常的方法。所取圆的半径r以略大于区内局部异常范围的最大限度之半为宜。如果知道局部异常源的
16
深度,那么最佳半径为深度的4~6倍。如果不知道局部异常源的深度,要用试验方法得到最佳半径。
4、多项式拟合法(趋势分析法)
多项式拟合法是用一多项式所表示的平面或曲面,去逼近或拟合整个测区内布格异常分布的总趋势来划分局部异常和区域异常的方法。这一方法大多用计算机完成。
区域异常平面图
17