高精度重力勘探技术及其应用

高精度重力勘探技术及其应用

重力勘探任务﹕

1、研究地壳深部构造，区域地质构造﹐划分成矿远景区﹔ 2、掩盖区地质填图﹐包括圈定断裂构造﹑侵入体等﹔ 3、广泛用于普查与勘探可燃性矿床(石油﹑天然气、煤); 4、查明区域构造﹐确定基底起伏﹐找寻盐丘﹑背斜等局部 构造﹔ 5、普查与勘探金属矿床(铁﹑铬﹑铜等)﹐主要用于查明与 成矿有关的构造和岩体﹐进行间接找矿﹔ 6、寻找大的﹑近地表的高密度矿体﹐并计算矿体的储量﹔ 工程地质调查﹐如探测岩溶﹐追索断裂破碎带等。

重力勘探今后主要发展方向： 1.引用先进技术 (惯性和GPS系统)和创造新的有效 方法以保证高精度测定点位和高程。 2.发展徽重力测量和重力梯度测量 ，以及三维重力 模拟的快速方法。(在有条件地区应开展坑道重力测量，用于探测盲矿体和解决工程地质问题)

3.开展井中重力测量，评价油气储层。(发现侧向油气层和老油田遗漏储层)

4.研究快速、太维数反演方法，叠加异常分解方法， 弱异常提取和目标物显示方法 ，以及详细立体填图方 法。 5. 研究和发展智能解释系统 。(提高物探资料地质解释的自动化水平)

高精度重力测量又称为微重力测量。两者若从测量精度的 角度来讲，应该是同一的，一般是指测量精度为10nm/s² 级的 相对重力加速度测量。在地质和工程勘察领域还具有研究对象 的规模较小相应的测量区面积和测网间距离均较小的含意，即 研究的是较小的地质体的重力测量问题。 当然广义的微重力测量还应包含其他一些的微重力效应的 测量，如地球固体潮，地球自有振荡，大气影响以及地球动力 学原因造成的地球质量位移引起的微小的重力变化测量等。 微重力测量的对象是小尺度、小范围的物质体产生很微小 的重力异常(微伽级)。应用微重力测量可以探测到近地表的 溶洞、地下河、孔穴。因此，微重力测量在资源、能源工程的 勘探、地震的监测及至地下古文物的探测方面有着广泛的应用 前景。 目前世界各国的观测成果一般皆以LCR重力仪的测量结果 为准，其精度高，零漂移小，性能稳定，使用方便。

一、技术方法在重力测量过程中对各个中间环节实施更严格的技术要求以及在改正 计算中使用一些新的计算方法，最终提高重力资料的精度。

(1)技术规定

为了进一步提高实测重力资料的质量，我国不断研制、引进了 多种地面高精度重力仪、海洋重力仪、航空摄影解析制图技术、 GPS及电子计算机技术。国家主管部门还颁布了多种配套的技术 规定，使野外重力数据采集精度有了大幅的提高。如

在重力找矿 中布格重力异常总精度可达0.3g.u.~0.8g.u. 。一般在平坦地区可 达0.3g.u. 或更高，在山区可达0.8~2 g.u.,高程坐标精度可达十 余厘米。 新颁布的技术规定：《1:5万比例尺重力调查技术规定》; 《物化探航空摄影测量细则》;《气压测高方法技术手册》; 《物化探GPS测量手册》;《1 kmX1 km节点网地形高程数图 技术规定》等。

(2)标定场和基点网的建立建立8个国家级重力仪格值标定场，12个省级 (或自治区)的标定场；建立国家重力基点网和24个 省级(或自治区)的重力I级基点网(478个基点)。

(3)地形改正的新方法研制球面远区地改，山区数字地形多种剖分体高 精度地改和地改残差估算方法。其实质是利用大比例尺 地形图或航空照片做成数字地形图并用多种剖分体割地 形，使地改地形力争逼近实际地形。 不断提高数字地形的精度和剖分体的细致程度，则 地改值曲线将逐渐趋近于某一渐近值，该值可以被近似 看作“真值”。地改残差方法用归一化地改值渐近线进 行估值，估算出地改残差。

(4)数据库的建立目前，国土资源部已建立了全国的省(自治区)和 行业性的重力数据库、重力模型数据库和重力资料处 理解释工作站。重力数据库已存贮了大陆960平方公里 的节点网高程数据和一部分海域的海底高程数据，存 贮了目前已完成的区域重力调查大部分数据。它除了 具备一般数据库功能外，还建有重力资料处理计算程 序子库，可为用户进行重力资料的常规改算和解释推 断。 重力模型数据库采用积木式结构，可组成模拟实 际地质情况、简单或复杂的模型及引力位多阶导数的 计算，用于试验重力资料处理和解释方法的准确性、 适应性，同时还用于研究复杂异常规律，改进和探寻 新方法。重力工作站集中了上百种经筛选优化的处理 和解释推断方法，并编出了商品化的工作站1.0版本， 以方便推广应用。

二、高精度重力测量技术的应用(1)在1:1万~1:5万比例尺的矿区勘探工作中的应用 在一些已知矿区或成矿远景区开展重力测量， 其精度一般在0.5~2g.u. ,这些资料在重新认识矿区 地质构造，控矿因素和寻找高(低)密度体矿产方 面取得成效。 长江中下游某火山岩盆地，原认为火山岩较厚， 经过重力工作后，发现火山岩覆盖在沉积岩上面； 在湖南省用重力间接找矿，用重力低异常圈出花岗 岩体即可在其周边寻找到金属矿；在甘肃省用重力 高异常验证见富铁矿；在云南地区用重力低异常找 到低密度盐矿床……

(2)在工程、考古方面的应用用于天然，人工洞穴探测，大型工程基础稳定性评价， 以及在喀斯特地区寻

找地下溶洞，评价城市开发区、核电站的 基础稳定性等。在探寻煤层采空区方面，由于上覆各岩层厚度 密度已由邻近钻孔所控制，因此用逐层消去法，把上覆岩层的 异常一一消去，然后用剩余异常推断采空区效果比较理想。

(3)在国内各个油田新开辟远景区的应用效果国内各个油田近些年来几乎都开展了高精度重力测量，以 配合油气勘查各个阶段的工作;尤其是在地震勘探得不到良好信 息的地区。在山区、沿海潮间带及水深5 m以内的浅海区以及工 农业发达的居民密集区更有独特作用。在地形平坦有良好生储 油前景区，可以直接用重力找到含油气圈闭，并能发现有工业 意义的油流。高精度重力方法目前已成为油田非地震物探中的 主要勘探方法，在具备密度差的前提下，可发现3000 m左右的 局部构造，推断埋深4000~5000 m的密度截面。

(4)国外高精度重力测量的技术水平的体现 1.仪器：LCR-D型重力仪灵敏度为10~20nm/s2,准确 度为50nm/s2。 2.方法：重力加速度相对测量和重力垂直梯度测量、 重力水平梯度测量相结合；地面高精度重力测量和地 下微重力测量相结合。 3.零漂校正：重复观测、三程小循环观测，以缩短对 积淀的时间等方法加以限制，线性拟合； 4.外部校正：近区的特殊模型计算方法和中区地形校 正的数学积分方法并用高阶多项式拟合实际地形。

一、用高精度重力资料确定局部圈闭

1、 寻找背斜型隆起高精度重力测量解释结果表明：大多数隆起幅度 为25~100m的背斜构造，对应强度为0.4~0.8mGal的 剩余重力异常。 典型实例：泌阳凹陷王庄构造 王庄位于泌阳凹陷边缘，浅层地震地质条件复杂， 局部构造不落实。为此，在该区开展高精度重力细测， 测区布格重力异常表现为一个东西走向的强重力梯度 带。在此背景下，王庄附近隐约显示出微弱的重力异 常。在重力铅垂四阶导数异常图上，该异常区显示两 个高点，呈东西向排列。在二、三、四阶趋势剩余异 常图上，王庄正异常圈闭中心位置不随阶次变化。

王庄地区布格重力异常图 王庄地区四阶趋势剩余重力异常图

在王庄重力高部位， 二维地震于1985年发现 T5界面存在一个背斜构 造，但在T5上下的反射 界面看不出该构造显示。 根据高精度重力资料的 解释结果，再次详细复 查二维地震资料，最后 肯定了T5界面的背斜， 幅度近200m,圈闭面积 约2.3km2。 根据趋势剩余异常 和重力铅垂二阶导数的 异常特征以及地震提供 的大致界面深度，计算 T2、T3、T4构造模型， 正演重力值与实际异常 比较吻合。

T2 T3 T4 T5 T6

2、 寻找非背斜圈闭 美国密执根州——29个与岩性

、地层圈闭相关的油气 田 美国德日松油田 —— 礁块油田该油田重力场在很强的区域背景下有一局部异常，去掉区 域背景后划分出一个明显的数值达0.5mGal的重力极大，在它 的周围有一圈闭极小，在极大带中钻探，于1830m处发现存在 一个幅度为180m的礁体。从礁体计算出的异常与实际划分出的 异常相对应。

华北盆地——古潜山1964 中等精度重力详查 无法判断 1984 LCR-G重力仪和红外测距仪；1kmX0.5km测网的高精度 重力细测，发现刘村古潜山。

刘 村 古 潜 山 剩 余 重 力 异 常 图

二、高精度重力勘探直接预测油气藏1、艾菲系统 仪器：美国World地球物理公司的亚菲尼特仪。 原理：利用地表重力水平分量变化率与地下油气藏相关性原理 进行油气探测。 条件：只能探测6000m(或花岗岩基底)以上油气藏的平面分布 范围，对多含油层系，其结果反映的是多套油气层叠加响应， 难以对油气藏的具体深度做出解释，需结合地质、地震等资料 使用，才能取得最佳勘探效果。 试验验证：1991年11月，在胜利油田及吉林农安县探区作短 期试验，其独立信息解释成果与已知油气分布认识符合率达 75%以上；1993年，东濮凹陷刘庄地区、大汶口凹陷，普查 或局部详查与精查，已知含油区均落在艾菲解释的有利区内， 并提出供地质研究参考的艾菲最佳含油区。