重力资料的地质解释及应用-《地球物理通论》

2.7.1 解释原则和定性分析

1）解释原则

重力异常的地质解释是利用实测或经过适当数据处理的重力资料，结合工区地质资料对引起这些异常的原因作出地质上的推断或结论。这是重力探测工作取得成果的最终环节，要获得满意的效果，应注意以下几个方面的问题。

（1）分析与检查用于解释的重力异常，是否由要研究的地质因素引起，能否满足精度要求和必需的详细程度，这是能否取得地质效果的前提条件。

（2）在一个工区内，不同的研究对象所产生的重力异常，以及研究对象与非研究对象（或干扰因素）所引起的重力异常变化，特征是否有所差异。

（3）对异常的解释一般是从“读图”或异常识别开始。即使是研究局部构造或矿体的赋存情况，都必须从区域地质环境入手，先把握全局，然后深入到局部。

（4）因为相近的地质条件引起的异常具有相似的特征，所以对异常的解释必须遵循从已知到未知的原则。

（5）针对解释的具体地质任务和条件选用相应的方法，比较不同参数（如延拓高度、滤波窗口大小等）处理结果，从中分析和选择。

（6）收集工区内相应的地质、钻探、物性和其他物（化）探资料，增加已知条件或约束条件，限制反问题的多解性。只有综合其他物探方法的解释成果，才能从不同侧面对引起异常的场源性质、产状等作出符合实际的判断，为重力异常的解释提供印证、补充或修改。

（7）有条件时，应对已解释的异常开展一定的验证工作。既评价解释的可靠性，又可积累经验、加深解释，提高重力资料地质解释的可靠度。

2）异常特征的描述

对于一幅重力异常图，首先要注意观察异常的特征。在平面等值线图上，异常特征主要是指区域性异常的走向及其变化，从东到西（从南到北）异常变化的幅度有多大；区域性重力梯级带的方向、延伸长度、平均水平梯度和最大水平梯度值等。对局部异常来说，主要指的是异常的弯曲和圈闭情况，对圈闭状异常应描述其基本形状（如等轴状、长轴状或狭长带状）是重力高还是重力低，重力高、低的分布特点，异常的走向（指长轴方向）及其变化，异常的幅值大小及其变化等。在综合分析了区域异常与局部异常基本特征后，有可能根据异常特征的不同将工区划分成若干小区，以供下一步做较深入的分析研究。

在重力异常剖面图上，应注意异常曲线上升或下降的规律、异常曲线幅值的大小、区域异常的大致形态与平均变化率、局部异常极大值或极小值的幅度、所在位置等。

重力异常在地槽区和地台区具有不同的特征。

（1）地槽区重力异常特征。由于地槽区（褶皱带）是地壳上构造运动最强烈、构造最复杂的地区，区内以强烈的褶皱运动、变质作用和成矿作用发育为主要特点。地壳的强烈震荡和褶皱运动使地槽区形成巨厚的沉积建造，并在造山运动中回返褶皱成山系，所以地形上往往表现为巨大的褶皱山系，同时地壳厚度相应增大。

鉴于上述原因，地槽区的区域性重力异常的等值线多呈条带状重力低平行排列，延伸可达数百乃至数千千米；区域异常变化的幅度可达数百至数千个重力单位（g．u．）。一般来讲该区布格重力屏常与地形起伏有镜像关系，就是说地形越高，重力异常越低。也反映了地壳下界面（莫霍面）相应加深的特点。

（2）地台区重力异常特征。地台区是地壳构造运动相对稳定、沉积建造相对较薄、褶皱作用和火山运动相对较弱的地区。在地形上看，地台区多为平原或丘陵。

因此，地台区的区域布格重力异常变化平缓、稳定、相对幅度变化小，方向性不明显。因为地壳厚度较薄，平均异常值较地槽区高。

图2．12是重庆—西藏马尼根果的地形与布格重力异常剖面对比。在东段地形平坦区，重力异常变化平缓，反映了地台区的主要特征；康定—雅安一段是过渡带，地形逐渐升高，重力值逐渐降低；西段地形处于高山区，重力异常值很低并且变化也较大，显示了地槽区的异常特征。

图2.12 重庆一西藏马尼根果地形与布格重力异常剖面对比

1—布格重力异常剖面；2—地形剖面

图2．13是新疆南部由巴楚以西至大盐池的南北剖面。在剖面北段巴楚至叶城，处于塔里木地台区，重力异常变化较平稳；而从叶城至大盐池，进入地槽性质的昆仑山系褶皱带后，重力异常随着地形起伏而出现了大体呈镜像关系的剧烈跳动。

图2.13 新疆巴楚至大盐池地形与布格重力异常剖面对比

1—布格重力异常剖面；2—地形剖面

3）典型局部异常的分析

由于不同的地质因素往往会在重力异常平面等值线图上或剖面图上引起相似的异常特征，仅仅根据某一局部异常来判定它由什么地质因素引起，常常是不容易的。为此，有必要结合地质资料或其他物探解释成果进行综合解释。下面仅叙述常见的几种局部异常与可能反映的地质因素的对应关系，供地质解释时参考。

（1）等轴状重力高。

基本特征：重力异常等值线圈闭成圆形或接近圆形，异常值中心部分高、四周低、有极大值点。

相对应的规则几何形体：剩余密度为正值的均匀球体、铅直圆柱体、水平截面接近正多边形的铅直棱柱体等。

可能反映的地质因素：囊状、巢状、透镜体状的致密金属矿体（如铬铁矿、铁矿、铜矿等）；中基性岩浆（密度较高）的侵入体，形成岩株状，穿插在较低密度的岩体或地层中；高密度岩层形成的穹窿、短轴背斜等；松散沉积物下面的基岩（密度较高）局部隆起；低密度岩层形成的向斜或凹陷内充填了高密度的岩体（如砾石等）。(www.xing528.com)

（2）等轴状重力低。

基本特征：异常等值线圈闭成圆形或近于圆形，异常值中心低、四周高、有极小值点。

相对应的规则几何形体：剩余密度为负的均匀球体、铅直圆柱体、水平截面接近正多边形的铅直棱柱体等。

可能反映的地质因素：岩丘构造或盆地中岩层加厚的地段；酸性岩浆（密度较低）侵入体，侵入在密度较高的地层中；高密度岩层形成的短轴向斜；古老岩系地层中存在巨大的溶洞；新生界松散沉积物的局部加厚地段。

（3）条带状重力高（重力高带）。

基本特征：重力异常等值线延伸很大或闭合呈条带状，等值线的中心高、两侧低、存在极大值线。

相对应的规则几何形体：剩余密度为正的水平圆柱体、棱柱体和脉状体等。

可能反映的地质因素：高密度岩性带或金属矿带；中基性侵入岩形成的岩墙或岩脉穿插在较低密度的岩石或地层中；高密度岩层形成的长轴背斜、长桓、地下的古潜山带、地垒等；地下的古河道为高密度的砾石所充填。

（4）条带状重力低（重力低带）。

基本特征：重力异常等值线延伸很大，或闭合呈条带状，等值线的值中心低、两侧高、存在极小值线。

相对应的规则几何形体：剩余密度为负的水平圆柱体、棱柱体和脉状体等。

可能反映的地质因素：低密度的岩性带，或非金属矿带；酸性侵入体形成的岩墙或岩脉穿插在较高密度的岩石或地层中；高密度岩层形成的长轴向斜、地堑等；充填新生界松散沉积物的地下河床。

（5）重力梯级带。

基本特征：重力异常等值线分布密集，异常值向某个方向单调上升或下降。

相对应的规则几何形体：垂直或倾斜台阶。

可能反映的地质因素：垂直或倾斜断层、断裂带、破碎带；具有不同密度的岩体的陡直接触带；地层的扭曲。

4）断裂构造在平面等值线图上的识别

实测重力异常图中断裂引起的异常特征，比上述重力梯级带部分要复杂得多。图2．14表示在重力异常图中指示断裂构造存在的一些标志。

图2.14 断裂构造识别的标志

（a）线性重力高与重力低之间的过渡带；（b）异常轴线明显错动的部位；（c）串珠状异常的两侧或轴部所在位置；（d）两侧异常特征明显不同的分界线；（e）封闭异常等值线突然变宽、变窄的部位；（f）等值线同形扭曲部位

2.7.2 重力勘探的应用

根据重力勘探所承担的地质任务及勘探对象的不同，重力测量可分为区域重力调查、能源（油气或煤炭）重力勘探、矿产重力勘探、水文及工程重力测量、天然地震重力测量等。

在区域地质、地球物理调查和油气、金属等矿产资源勘探领域，面对不同地质构造单元和地质体，其地质结构与岩石密度分布都有差别，重力场（重力异常）特征有明显的不同。这样，依据重力测量资料，结合其他物探方法可以研究地球内部结构与地壳深部构造，划分地质构造单元、确定构造边界，研究区域性断裂，圈定火成岩体，研究沉积地层的分布，圈定沉积盆地，寻找石油、天然气和煤藏勘探有利的构造，圈定成矿带和含矿带，甚至在有利的条件下，进行直接找矿。根据地质任务的不同，重力勘探可分为预查、普查、详查和细测4个阶段（表2．2）。预查是在重力勘探空白区进行的大面积、小比例尺测量，以便在短期内获得有关大地构造轮廓的资料。普查是在有进一步工作价值的地区开展的调查，用以了解区域构造特征、圈定岩体范围和指示成矿远景区等。详查是在成矿远景区进行的重力测量，通过对异常规律和特点的详细研究，寻找局部构造或岩、矿体。细测是在已发现的构造或成矿有利的岩体上进行的精细测量，目的在于确定地层或岩、矿体的产状特征。

表2.2 不同阶段重力勘探相应的比例尺及测网布置要求

重力测量也广泛用于大型建筑工程、水电站等工程基础的地质、岩层的勘查。探查有无隐伏断裂构造、断层、破碎带、溶洞等危险因素存在以及基岩面的起伏等对工程建筑设计有重要意义的信息。在水文地质方面，应用重力勘探方法寻找古河道、地下隐伏河道，可能的地下水的存储构造，取得监测地下水位升降等水文信息。对于这一类型的任务，重力测量要求是高精度的，比例尺将达到1∶5000～1∶500。

此外，已有精细的重力动态监测和小尺度、小规模探查对象的重力观测，如地震活动监测、地下巷道形变监测、岩体滑坡监测等动态变化和古代陵墓、公路铁路基、大桥桥基、机场跑道基础等人工工程遗址与小尺度建筑地基的探测，这需要更精确地进行微伽级异常探测的微重力测量，重力测网的点距及行距有时会小到20cm×20cm。

利用重力勘探直接寻找油气构造（如背斜、盐丘等）已为许多事例证明是有效的。在华北，古潜山构造主要由下奥陶统、寒武系、震旦系的灰岩为主的老地层隆起所构成。当它周围沉积了巨厚的生油岩系时，石油就会向古潜山地层上翘或隆起的部位运移、聚集。由于石灰岩的节理、层理或溶洞比较发育，因此在一定条件下，可形成古潜山油田（图2．15）。断层封闭构造所产生的断块凸起，在具有良好的生、储油条件下，也可形成储油构造，如图2．16所示。相比周围年代较新的沉积地层，古潜山或断块凸起的岩石密度较大，可产生重力异常，并以局部异常的形式叠加在观测的重力资料上。由重力场的分离处理识别和提取了图2．15和图2．16的重力异常，经过反演计算获得古潜山或断块凸起的地下分布。

图2.15 古潜山储油构造

图2.16 断层切割、封闭储油构造