重磁勘探

重磁勘探是指在地球上進行的,並且一般以地球的重力場作為被探測物體的引力場,以地球的磁場作為被探測物體的磁化場,從而用重、磁力儀器觀測被探測物體受地球的吸引所產生的重力異常及其被地磁場磁化後所產生的磁異常,來達到探測目的的。

基本介紹

• 中文名：重磁勘探
• 外文名：gravitational prospecting
• 學科：勘探地質學
• 工具：重力儀
• 原理：重力相對值
• 套用：研究盆地、勘探油氣層

基本原理

從原則上說，凡是與重力有關的物理現象，如物體的自由降落、振擺的擺動、重荷使彈簧的伸長等，都可以用來測量重力值，把它們歸結起來可以分兩個方面，即重力絕對值的測定和重力相對值的測定。重力勘探所採用的是相對值的測定。

重力儀

1、原理

重力儀的基本原理可以用圖來說明。圖示出的是一根可以繞水平軸、並在垂直面上自由轉動的擺桿，擺桿的一端固定著一個質量為M的重荷，並用兩個不相同的彈簧將擺桿懸掛起來，構成一個彈簧秤。

2、野外觀測

由於重力儀的彈簧有永久形變，所以儀器不可避免地有零點變化。為了消除這一變化，重力儀在野外工作時，要進行重複觀測。

(1)普通觀測

1)閉合於同一基點的規則。

當儀器的零點變化和時間成比例或測區比較小的情況下．可采田閉合於同一基點的觀測，如右圖所示，即每天出工首先從基點G出發．最後回到原基點G結束全天工作，那么儀器零點變化的校正係數圖閉合於同一基點的觀測系統

2)多點重複觀測。

當重力儀的零點變化不夠規律或者要進行高精度的重力測量時，可採用多點重複觀測。

①雙程往返重複觀測法。該法觀測時是從某一點出發，觀測一定量的測點以後，再沿原路返回。在返回的過程中，對觀測過的點進行部分的或全部重複。

②三程雙次觀測法。

如圖所示，其中1，4，8，11四點為重複觀測點，其他均為單次觀測點，在厘米方格紙上用g為縱坐標，t為橫坐標，按照一定的比例把重複觀測點點在圖上。然後用直線把相同的點連起來，再以第一點為標準，將其他各線依次平移，讓各線的起點落在它前一條線上。最後將平移後的各線的端點用圓滑曲線連線起來，即為儀器零點位移曲線。

(2)重力基點網

由上所述，因為要進行重複點觀測，從而效率不高，並且為了減少累積誤差，重複時間應愈短愈好，可見效率就要更低。為此在區域重力觀測前，都必須先進行重力基點網的觀測。顯然，對基點網的觀測，其精度必須高於一般測點的觀測精度，為此要採用一些提高精度的措施。

1)利用一台或同時幾台一致性好、精度高的重力儀，用時間短的閉合方法進行兩次或兩次以上的重複觀測，以保證基點網的精度。

2)用平穩快速的運輸工具運送儀器，避免時間過長或強烈的震動破壞零點位移規律，降低觀測精度。

3)觀測線路應按閉合環路進行，環路中的首尾點必須聯結。當測區同時建立幾個基點網環路時，每個環路中必須包括相鄰環路中兩個或兩個以上的基點作為公用，以便對基點網平差。

4)在小比例尺大面積測量中，基點網應從國家絕對重力點展開。

其他還需考慮到：基點的分布要均勻，要建立在方便的交通線上，標誌要明顯等。

(3)有基點網時的一般點觀測

建立了基點網後，對一般點觀測時，如果儀器零點成線形變化就可以不重複觀測。如圖所示，每天從任意基點出發，經過一定數量的一般點觀測，最後在另一G_i+1基點閉合，結束一天的工作。

磁異常的處理

由於實測異常，經常是由不同空間位置、不同磁性體的磁異常疊加而成，按照地質任務的不同，其中有的是有用異常，而另一些為干擾異常。為了消除干擾異常，突出有用異常，對實測磁異常進行處理。當前採用的處理方法有數據格線化、光滑、解析延拓、濾波、高次導數法等。

1．數據格線化

實踐中，由於某些客觀原因，在一些測點上不能實際測量，從而造成實測點分布不均勻。但是異常的處理要求數據均勻分布，因此必須由分布不規則的實測數據換算出規則格線節點上的數據，此過程即為數據格線化。

數據格線化的實質是對不規則數據點進行插值。插值方法很多，但通常採用拉格朗日插值的方式。

2．磁異常圓滑

由於測量誤差、各項改正的誤差及近地表的隨機干擾等，常常使磁異常曲線呈現無規律的鋸齒狀，如圖所示。因此，在解釋這樣的磁異常之前，必須進行圓滑處理。圓滑方法較多，有徒手圓滑、多次線性內插圓滑、最小二乘圓滑法等。各種圓滑方法與重力勘探中的圓滑方法相同。

3.磁異常相關分析

當磁異常分布沒有規律時，如弱異常受到強幹擾時，使得相鄰剖面不能對比，這時可採用相關分析法來發現弱異常。

4．磁異常的解析延拓

由水平面(水平線)上的觀測異常計算出場源外部空間中的異常，稱為磁異常的解析延拓。那么由地面實測的磁異常計算出地面以上任一平面的磁場稱為向上延拓，反之計算出地面以下任一平面的磁場稱為向下延拓。

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。

5．磁異常的導數法

為了消除區域場，突出局部異常，在生產中常用導數法。導數法主要是通常採用的二次導數。通過求得的異常導數，可以消除或消弱背景場，確定異常體的邊界。

6．地形起伏的化直法

由於實際地形經常是起伏不平的，而對磁異常的解釋都是按磁場在一水平面上來討論的，因而當實測磁異常是在地形有起伏的情況下觀測的，就應當將它換算成在一水平面上觀測到的，這種換算稱之為化直法。

套用

重磁勘探方法作為一種主要的非地震勘探技術，就經典的勘探地球物理而言，其理論上相當成熟。每一種處理和解釋都有其嚴格的數學基礎和物理概念。它們以位場理論為基礎，以地質體的密度和磁性差異為依據，通過處理、分析解釋所獲取的重磁異常達到解決地質問題的目的。回顧油氣勘探的歷史可知，儘管重磁法的垂向分辨較低，但因其水平方向上所具有的高分辨受到重視。特別是在盆地勘探研究的早期階段，因其具有快速、經濟、面廣的特點，在新區勘探中起著重要作用野外觀測的重力、磁力實測數據，必須要排除地形及其他因素引起的重力、磁力干擾，才能正確反映來自地下的密度不均勻或磁性不均勻體的變化。主要的重磁分析圖件有重力垂向二次導數、不同深度的上、下延拓，磁力的化極處理等。向上延拓可以消除或壓低地表及淺部干擾物性體源的影響，使重磁異常平滑，其運算方法是解 Dirichle邊值問題。向下延拓則相反，其結果是顯示淺埋物性體源的影響，以此分析淺埋物性體源的形態和產狀。

航空磁法在盆地中的研究，傳統上主要用於沉積盆地磁性基底的填圖及圈定沉積剖面內的侵入岩體。隨著近地表航線高精度航磁勘探的出現，航空磁法擴展了其領域。利用航磁了解基底內侵入體特徵及洋殼的可能年代，P.J.Gunn(1997)介紹了他們在 Bass和 Canning盆地的例子。Machel等(1991)則在探索航磁和烴類化合物的關係上進行過許多有益的嘗試。高分辨航磁法作為沉積盆地分析研究中一種有力的工具，能夠揭示隨沉積層及其結構變化引起的航磁異常。

重磁法在盆地中的研究除了傳統上利用布格重力異常求解 Moho的界面起伏，利用磁異常得到居裡面埋深、反演沉積盆地的磁性基底及劃分盆地所在區域的構造單元外;近年來，像其他的地球物理方法一樣，伴隨儀器裝備、正反演技術、解釋手段不斷提高，在提供地殼深部結構信息，從而研究沉積盆地的形成演化;利用位場成像與岩性填圖、重 -震聯合解釋，精確界定沉積層位和圈定局部構造及高精度重磁直接預測油氣性等方面也得到較大發展。特別是在拉伸沉積盆地分析的模擬、恢復及其演化歷史研究中取得了明顯的效果。

目前普遍認為拉伸盆地的形成是由於岩石圈擴張、導致了地殼斷裂和洋殼增生的結果。這方面研究較早的有 Falvey(1974)、Salveson(1976)。前者側重拉伸盆地的演化環境及過程，後者提出了一個有關地殼和殼下岩石圈被動機械伸展的定性模型。使用較廣泛的拉伸盆地模型為 Mckenzie(1978)的定量模型。其模型考慮了岩石圈的塑性拉伸和地殼的減薄，即假設地殼和地幔岩石圈的伸展量相同，構造沉降主要取決於伸展量(β)以及初期地殼與岩石圈的厚度之間的比率。這個模 型能 夠解釋 大部 分拉伸 盆地 裂谷期 和裂 谷後 的沉 降 作用。

Kusnir等(1992)對 Mckenzie模型進行了修改，它包括考慮上部地殼的脆性拉伸、簡單剪下和韌性下部地殼和地幔的純剪下作用。與上述模型明顯不同的是Wernicke(1981)模型，認為岩石圈的伸展是由一個主要貫穿於整個岩石圈的低傾角剪下帶實現。剪下帶必然會導致斷層控制的伸展帶與軟流圈的上涌帶發生分離。P.J.Gunn(1997)通過拉伸盆地區域重磁異常研究的結果，趨向於支持Mckenzie-Kusnir的岩石圈伸展模型。

綜合 Falvey(1974)、Salveson(1978)等及其他學者的研究工作，廣義拉伸盆地的形成一般可分為早期拉伸或前裂谷階段(pre-riftstage)、裂谷期(syn-rift)、裂谷盆地擴張階段、地殼的斷裂和洋殼的增生階段、成熟陸緣階段即海底擴張和大陸邊緣發展階段，最後是裂谷死亡階段。P.J.Gunn等研究表明在伸展裂谷盆地的不同發展階段具有不同的重磁異常特徵。圖 9-6顯示了前裂谷階段和裂谷期盆地剖面上的重磁異常結果，表明在前裂谷階段，存在寬達數百千米的區域重力異常，磁異常卻不明顯。該區域重力異常很可能是由於岩石圈溫度升高降低了岩石密度所致。在裂谷期階段，加熱的低密度岩石圈和低密度的裂谷沉積均會導致廣泛的重力低，而地殼減薄和地幔物質上隆卻會產生明顯的重力高;因而在剖面上可看到重力低的外側有兩個重力高。此階段的磁異常雖然不像重力異常那樣明顯，但在裂谷軸部平面圖上會出現環狀磁異常，通常是由在裂谷軸部的侵入岩產生。

在大陸地殼斷裂和洋殼插入階段，由於地殼減薄造成區域性重力高，在此之上疊置了低密度填充物所產生的重力低;磁異常特徵則表現為沿裂谷軸部存在一系列的孤立磁異常。在海底擴張和大陸邊緣發展階段，於被動大陸邊緣普遍存在帶狀延伸的重力異常;大陸斜坡帶的高磁異常，通常認為是磁性洋殼抬升所致。裂谷死亡階段的重磁異常有別於前裂谷階段。此時的重力異常主要取決於遺留下來的減薄岩石圈及其裂谷期和裂谷後低密度沉積物的分布。磁異常則相對比較平緩。區域重力高低，依賴於高、低重力源的貢獻，是低密度沉積填充物的綜合反映。磁異常則取決於鎂鐵質體的侵入程度，而鎂鐵質體與岩石圈伸展運動緊密相關，因而拉伸裂谷盆地的各個發展階段會表現為不同的重磁異常特徵。了解重磁場異常與地殼拉伸和盆地形成的關係，有助於更好地理解盆地的結構、構造、沉積、磁性事件與盆地演化之間的聯繫。