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地球物理勘探•中国石油大学（华东）ㆍ地球资源与信息学院地球物理系:杨国权地球物理勘探的实质•地下存在有不同物理性质的岩石---产生不同的物理场；（实际条件）•利用各种精密仪器测量地下的物理场，对物理场进行分析、研究、解释，推断地下构造、岩性等地质规律，达到勘探石油及其它矿产的目的。（勘探手段）开设本课程的目的•综合实际地质现象与地球物理场，把地质上的地层、岩性、构造等与地球物理上的反射特征及其变化结合起来。任务•学习并掌握地球物理勘探的基本原理；重点掌握地震勘探的特点；•了解并掌握地震勘探的过程、基本概念及其应用；•熟悉地震资料的构造解释、地震地层学解释；•有机地把地震、地质联系起来。•作业及考核方式作业：论文式的学习报告（2-3次），计入平时成绩；期末闭卷笔试。解释大作业•教材及参考书•《地震勘探原理》陆基孟主编上下册•《地震勘探》董敏煜主编•《石油地球物理勘探》秦政编•《应用地球物理教程》---地震勘探何樵登主编•《油气地球物理勘探技术》赵殿东等主编地球物理勘探简介•一、普通物探概述•二、重力勘探•三、磁法勘探•四、电法勘探一、普通物探概述•（一）地球物理勘探的基本原理•重力勘探：以岩石的密度差为依据。在地面上测量由密度差引起的重力变化的方法。•磁法勘探：以岩石的磁性差异（磁化率）为依据，在地面、海上或航空测量由磁性体引起的磁场变化的方法。一、普通物探概述•电法勘探：以岩石的导电性、导磁性、介电性（电阻率）为依据，测量由此引起的变化的方法。上述三者统称------普通物探•地震勘探：以岩石的弹性差异为依据，测量由弹性引起的地震波场变化的方法。（二）地球物理勘探的地质效果•反映地壳深部结构及特点；•为大地构造单元的划分提供依据；•反映基底表面深度、起伏、基底断裂、岩性等特点；•反映盖层的构造特点，沉积、岩相特征，界面的特点等；•仪器结构轻便、收效快、成本低、可大面积勘探；•是一种间接的勘探方法。二、重力勘探•1、重力勘探中的一些基本概念•重力异常：由于各种地质原因引起的地壳密度的纵横向上的不均匀性。•布格重力异常：是野外重力观测数据经过布格校正以后得到的重力异常，它是由地下矿体或构造等局部地质因素在测点处引起的引力的垂向分量。•岩石的密度：自然蕴藏条件下，岩石单位体积的质量。岩石名称密度（g/cm³）岩石名称密度（g/cm³）沉积岩类火成岩类土壤1.1∼1.3花岗岩2.5∼3.7砂岩1.8∼2.8安山岩2.5∼2.8页岩2.4∼3.0辉长岩2.9∼3.1石灰岩2.3∼3.0玄武岩2.7∼3.2石膏2.7∼3.0橄榄岩2.9∼3.3岩盐2.1∼2.2矿石变质岩类赤铁矿4.9∼5.3片麻岩2.4∼2.9磁铁矿4.9∼5.2蛇纹岩2.6∼3.2黄铁矿4.9∼5.2石英岩2.6∼2.9铬铁矿4.5∼4.6大理石2.6∼2.9重晶石4.3∼4.6各类岩石的密度表东北华北华东鄂尔多斯甘肃西部青海新疆北部四川新疆南部新生代第四纪1.962.052.01.802.121.992.10第三纪2.062.102.432.152.572.432.412.302.42~2.45中生代白垩纪2.16~2.22.462.472.28~2.602.43~2.52.332.502.50侏罗纪2.382.672.672.302.41~2.552.372.402.572.50三叠纪2.682.402.502.452.402.692.58古生代二叠纪2.652.612.612.452.522.502.672.61石炭纪2.612.662.452.532.622.652.632.65泥盆纪2.582.702.642.722.672.68志留纪2.47~2.662.752.642.71奥陶纪2.712.692.702.652.622.65寒武纪2.652.672.782.652.77震旦纪2.612.662.691.802.71~2.79前震旦纪2.892.61~2.672.662.82主要沉积地区地层平均密度表（g/cm³）地层岩性密度g/cm³磁化率10‾⁶（C.G.S.M）电阻率Ω‧Μ速度m/s界系组新生界第四系黄土1.96800~1750第三系砂泥岩2.021600~2250中生界白垩系四方台组疏松砂砾岩2.13~2.2030~5015~1501100~2300伏龙泉组块状泥岩6.6~7姚家组块状泥岩4.3~6.32400~2700青山口组砂岩为主10~132800~3000泉头组砂泥岩2.430~505.7~7.33100~4600侏罗系砂岩砾岩页岩2.452.392.3144~6020~4023~705100~5200古生界石炭二叠系灰岩大理岩板岩2.702.662.601344480∞5400前震旦系千枚岩片岩片麻岩2.74~2.852.71~2.892.611000~3500100~150800~10004500~6350地层物性简表不同种类的岩石具有不同的密度值，同一种类的岩石，在不同的地质条件下也会有不同的密度值•影响岩石密度的主要因素：岩石中的矿物成分，孔隙度。•密度变化规律：随埋深增加而增加，梯度值降低；金属矿密度较大，岩浆岩次之，沉积岩最小；岩浆岩中基性岩的密度较大，酸性岩的密度较小；老地层的岩石密度较新地层的岩石密度大；海相岩石的密度较陆相岩石密度大。2、重力勘探中的几项常用技术•重力异常的解析延拓：由已知平面重力异常求其上半空间（下半空间）的异常称为向上（下）延拓。其目的是使深浅两种异常分开，从而突出深（浅）部地质因素引起的异常及其规律。•重力垂向二次导数：主要用于突出浅部地质因素；区别埋深相近，但相邻的地质信息。压制区域和深部异常，突出浅部异常。车西北带布格重力垂向二次导数图车22车571车古25车古20大54大65大352郭6大古60大古675渤深6车镇凹陷重力微积分异常图159.6惠民凹陷重力微积分异常图惠民南坡Tg1图new坨深1坨105南永北垦利new陈家庄凸起3000-5000上延差值图陈家庄凸起4000-5000上延差值图普测重力异常水平梯度图济阳坳陷普测重力立体放大图3、重力异常的地质解释主要体现在：地壳深部结构；结晶基底；沉积盖层。•重力异常与地壳深部结构特征的关系:•重力布格异常的高(正)低(负)反映上地幔的隆起和凹陷，即地壳的薄与厚;•布格重力异常走向上的规律性反映深部地壳构造走向的变化规律，重力异常密集带与山脉之间相对应；•平稳的区域重力异常与坚固的地台区相对应；•布格重力异常的密集带及相互交汇的地区是天然地震相对活动区。•重力异常的结晶基底研究•深大断裂在重力资料上的表现：重力等异常线的密集带（梯度带）；异常走向的突然改变或中断；异常曲线的扭曲带。•结晶基底的重力异常特征：•隆起带：重力异常线不平静，异常范围小，梯度值大，异常值高；•凹陷区：异常范围开阔，梯度值小，异常值低。•重力异常的沉积盖层解释•间接联系：重力异常走向与沉积盖层的构造走向基本一致；构造轴的位置有时在重力异常边缘的重力梯度高值带上或者与异常近似重合；基底的变动引起上覆沉积盖层的变动，并形成与之相关的地质构造。•直接联系：重力高反映古地形隆起，重力低反映凹陷。三、磁法勘探•1、磁法勘探的基本概念•岩石的磁性:取决与岩石中铁磁性矿物及其含量。组成岩石的大多数矿物无磁性或弱磁性。•磁异常：地下含有磁性的地质体在其周围空间引起的磁场变化。•区域磁异常和局部磁异常：前者主要为分布范围较广、埋藏较深的地质因素引起，后者主要为分布范围较小、埋藏较浅或局部构造的磁性体引起的。沉积岩磁化率岩浆岩磁化率变质岩磁化率砂岩8~33花岗岩15~1300片麻岩25~85石灰岩4~25正长石20~3600石英岩0泥灰岩26辉长石70~3700大理石0~10白云岩16玄武岩1100片岩0~100蛇纹石4300角闪石30~5180橄榄岩480~28000各类岩石的磁化率表单位（×10ˉ⁶CGSM）2、磁法勘探的几种常用方法1）磁异常的相关分析：当磁异常分布没有规律，弱磁场受强区域磁场的干扰时，使用相关分析来发现弱磁场。2）磁异常的解析延拓：将地面实测的磁异常换算到地面以上或以下任一平面内的磁场分析方法，用以突出浅部或深部的磁异常。3）磁异常的导数法：用以分离背景场和局部场。3、磁异常的地质解释1）不同大地构造单元的磁异常特征地槽区：磁异常数目多、幅度大、变化剧烈、梯度值大、走向明显、线状排列的磁异常与褶皱带一致，垂直走向上正、负磁场交替出现地台区：磁异常宽阔、变化平缓，没有一定的方向性，异常数目少、梯度值小，通常表现为较低的正负磁异常，一般表现为双层结构。2）结晶基底的磁异常特征结晶基底内部结构的磁异常特征：反映古褶皱带、岩性及火山活动；基底起伏的磁异常特征：埋藏浅的隆起区表现为异常范围小、异常值高、梯度大、异常符号交替变化；埋藏深的坳陷区表现为异常范围大、异常值低、梯度小、异常符号变化较少。基底断裂的磁异常特征：磁异常的密集带或正负异常的突变带；磁场分布性质的突变带或异常走向的突变带；串珠状、带状或雁行排列的异常带。惠民凹陷东部航磁水平导数异常图基底埋藏浅的隆起区基底埋藏深的坳陷区异常范围小、异常值高、梯度大、异常符号交替变化范围大、异常值低、梯度小、异常符号变化较少惠民凹陷航磁总梯度异常图四、电法勘探•1、电法勘探的一些基本概念•1）岩石的电阻率：主要取决于造岩矿物的成分、含量、岩石孔隙的大小、形状和孔隙中含矿化水的多少。组成造岩矿物的云母、石英、长石、方解石等的电阻率都在10⁸Ω·m以上（相当于绝缘体）因而岩石孔隙中的流体对岩石电阻率的大小就起着决定性的作用，岩石的孔隙率高、所含流体的矿化度也高，则岩石的电阻率越小。岩石名称电阻率（Ω•m）岩石名称电阻率（Ω•m）沉积岩类闪长石10²~10⁵粘土0.1~10辉绿石10²~10⁵泥岩1~10²玄武岩10²~10⁵粉砂岩10~10²灰长石10²~10⁵砂岩10~10³变质岩类砾岩10~10⁴泥质板岩10~10³石灰岩10²~10⁴结晶片岩10²~10⁴泥质页岩10²~10³大理石10²~10⁵岩浆岩类片麻岩10²~10⁴花岗岩10²~10⁵石英石10³~10⁵正长石10²~10⁵常见的三大类岩石的电阻率表2）三大类岩石的电阻率特征沉积岩的电阻率最低，变质岩次之，岩浆岩最高；岩浆岩和变质岩相对沉积岩来说，其电阻率要大得多；由岩浆岩和变质岩组成的结晶基底可以看作对上覆沉积岩进行电法勘探的电性标准层。通常用视电阻率来表征地层的导电性。2、电法勘探的几种常用方法•1）电测深法：利用不同的供电电极来测量同一点的视电阻率k，从而得到测点处的地层剖面的方法•2）大地电磁场法（包括电磁测深法和大地磁剖面法）：利用由太阳和雷电现象形成的垂直地表的平面电磁场的场源能量在地下传播时电阻率随深度的变化（主要指电、磁场的振幅比或相位差）来探测地层深度的方法。•利用某一固定频率，测定沿剖面各点电阻率沿水平方向的变化就可以获取大地磁剖面。大地电磁场法的特点•用于研究高阻覆盖层以下的地质构造；•勘探深度较大（与人工场源相比）；•选用不同频率的办法来控制勘探深度；•设备简单；•场源具有随机性（受天然因素控制）、强度较小，对仪器的精度要求较高。3）人工场源频率测深•人工场源频率测深：通过改变人工场源频率来控制不同探测深度的一种勘探方法。•特点：分辨能力高；相对于直流电测深法（电阻率，感抗、容抗）；穿透力强（相对于直流电测深法）；直流电不能穿过电阻率为无限大的屏蔽层，而磁场能通过；电场和磁场同时测量，便于综合解释；水平各向异性影响小；电磁波入射时近似垂直地面，所测得的主要是纵向电阻率。