重力勘探

古希臘亞里士多德發現了運動物體的下落時間與其重量成比例

第一個研究和測定重力加速度的是17世紀義大利物理學家伽利略(G.Galileo)。16世紀，他在1590年從比薩斜塔實驗，發現物體墜落的路徑與它經歷的時間的平方成正比，而與物體自身的重量無關，他粗略地求出地球重力加速度的數值為9.8m/s^2。以後﹐比較準確地測定重力加速度的方法是利用擺儀。

荷蘭物理學家惠更斯提出了數學擺和物理擺的理論，並研製出第一架擺鐘。此後的200多年間，測定重力的唯一工具就是擺鐘。

法國天文學家裡歇1672年在利用擺鐘從巴黎到南美進行天文觀測時發現重力加速度在各地並非恆值。

牛頓(I.Newton，1642-1727)和惠更斯指出這種現象與他們認為地球是旋轉的扁球體的推論相符，在理論上闡明了地球重力場變化的基本規律。

1687年，牛頓根據開普勒行星運動定律推導出萬有引力定律，這一定律是重力學最重要的基本定律。

由於萬有引力和離心運動的發現，牛頓認為地球形狀是一個旋轉的橢球體，指出了地球呈兩極扁平的特徵和重力是由赤道向兩極增大的規律，從而解釋了里歇的觀測事實。

1735-45年，法國科學院在Lapland和Peru的考察，使布格(P.Bouguer)能夠建立了許多基本的引力關係，包括重力隨高度和緯度的變化規律，並計算出水平引力及地球的密度等。

19世紀末葉﹐匈牙利物理學家厄缶﹐L.von研製成適用於野外作業的扭秤﹐在匈牙利進行了持續的扭秤觀測，結果表明扭秤可以反映地下區域的密度變化。在應用地球物理方法勘探石油之初就是使用扭秤。使重力測量有可能用於地質勘探。

1934年拉科斯特研製出了高精度的金屬彈簧重力儀，沃登研製了石英彈簧重力儀，這類儀器的測量精度約達0.05-0.2mGal；一個測點的平均觀測時間己縮短到10-30分鐘，到1939年，這類重力儀完全取代了扭秤。

在20世紀30年代﹐由於重力儀的研製成功﹐重力勘探獲得了廣泛應用﹐並且發展了海洋﹑航空和井中重力測量(見海洋地球物理勘探﹑航空地球物理勘探﹑地球物理測井和地下地球物理勘探)。

野外獲得的重力數據要作進一步處理和解釋才能解決所提出的地質任務﹐主要分3個階段﹕野外觀測數據的處理﹐並繪製各種重力異常圖﹔重力異常的分解(應用平均法﹑場的變換﹑頻率濾波等方法)﹐即從疊加的異常中分出那些用來解決具體地質問題的異常﹔確定異常體的性質﹑形狀﹑產狀及其他特徵參數。

解釋分為定性的和定量的兩個內容﹐定性解釋是根據重力圖並與地質資料對比﹐初步查明重力異常性質和獲得有關異常源的信息。除某些構造外﹐對一般地質體重力異常的解釋可遵循以下的一些原則﹕極大的正異常說明與圍岩比較存在剩餘質量﹔反之﹐極小異常是由質量虧損引起的。靠近質量重心﹐在地表投影處將觀測到最大異常。最大的水平梯度異常相應於激發體的邊界。延伸異常相應於延伸的異常體﹐而等軸異常相應於等軸物體在地表的投影。對稱異常曲線說明質量相對於通過極值點的垂直平面是對稱分佈的﹔反之﹐非對稱曲線是由於質量非對稱分佈引起的。在平面上出現幾個極值的複雜異常輪廓﹐表明存在幾個非常接近的激發體。定量解釋是根據異常場求激發體的產狀要素建立重力模型。一種常用的反演方法是選擇法﹐即選擇重力模型使計算的重力異常與觀測重力異常間的偏差小於要求的誤差。

由於重力反演存在多解性﹐因此﹐必須依靠研究地區的地質﹑鑽井﹑岩石密度和其他物探資料來減少反演的多解性。

在區域地質調查﹑礦產普查和勘探的各個階段都可應用重力勘探﹐要根據具體的地質任務設計相應的野外工作方法。

應用重力勘探的條件是﹕被探測的地質體與圍岩的密度存在一定的差別﹔被探測的地質體有足夠大的體積和有利的埋藏條件﹔干擾水平低。

重力勘探解決以下任務﹕

1、研究地殼深部構造﹔研究區域地質構造﹐劃分成礦遠景區﹔

2、掩蓋區的地質填圖﹐包括圈定斷裂﹑斷塊構造﹑侵入體等﹔

3、廣泛用於普查與勘探可燃性礦床(石油﹑天然氣﹑煤)﹐

4、查明區域構造﹐確定基底起伏﹐發現鹽丘﹑背斜等局部構造﹔

5、普查與勘探金屬礦床(鐵﹑鉻﹑銅﹑多金屬及其他)﹐主要用於查明與成礦有關的構造和岩體﹐進行間接找礦﹔

6、也常用於尋找大的﹑近地表的高密度礦體﹐並計算礦體的儲量﹔工程地質調查﹐如探測岩溶﹐追索斷裂破碎帶等。（作者：王懋基）