引言

 

  重力勘探在區(qū)域地質(zhì)勘查中廣泛運(yùn)用，本文主要分析重力勘探在區(qū)域地質(zhì)的地?zé)?/a>方面的運(yùn)用。

  地?zé)崮艿拈_發(fā)是全球經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。隨著地?zé)衢_發(fā)浪潮的日趨高漲，地?zé)?/a>旅游業(yè)的持續(xù)升溫，綠色能源的深入開發(fā)利用，深層地?zé)衢_發(fā)利用成為地?zé)衢_發(fā)的主流。物探技術(shù)是深部礦產(chǎn)勘探的主要技術(shù)。近年來，物探技術(shù)飛速發(fā)展，新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為深部地?zé)峥碧?/a>提供了技術(shù)前提。  地?zé)崮?/a>是一種在開采利用時(shí)間上可人為控制的可再生資源，在現(xiàn)代種植業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、浴療、供暖、旅游、皮革、釀造、干燥、發(fā)電等方面的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值已逐步被人們理解和產(chǎn)生興趣，地?zé)崮艿拈_發(fā)是全球經(jīng)濟(jì)一能源一環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分(賓德智，2000；閻敦實(shí)，2000)。目前，國外的地?zé)豳Y源開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，日本、美國和意大利等國家的熱儲(chǔ)溫度已接近或超過300℃，并有專門的機(jī)構(gòu)研究地?zé)?/a>的開發(fā)和利用(周篁，2001)。我國的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量豐富，占全球熱能活力的7．9％，發(fā)展前景廣闊，但目前的開采量僅為可開采量的5．82％，開發(fā)我國的地?zé)豳Y源任重而道遠(yuǎn)(王秉忱，2001)。最近，隨著大多數(shù)城市的缺水危機(jī)日趨嚴(yán)重、淺層地下水的限量開采以及旅游休閑熱的持續(xù)增溫，一股新的地?zé)?/a>浪潮逐步席卷全國，在這股浪潮中，深層地?zé)?/a>勘探已成為主角，這為地?zé)峥碧?/a>的發(fā)展帶來了機(jī)遇，同時(shí)對(duì)地?zé)峥碧?/a>技術(shù)提出了更高的要求。

  本文主要介紹重力勘探在城市地?zé)峥碧?/a>中的應(yīng)用。

  重力勘探表明 , 隨著地質(zhì)年代的變老 , 地層、巖石密度有逐漸增大的普遍規(guī)律。布格重力異常正值與負(fù)值相間分布 , 基巖面起伏較大 , 其分布具有一定的規(guī)律: 在凸起區(qū)表現(xiàn)為正異常 , 在凹陷區(qū)則表現(xiàn)為負(fù)異常 , 并與兩坳一隆的構(gòu)造格局相一致。在重力異常密集線性帶 , 一般都反映出斷裂的位置。重力勘探工程布置考慮到測(cè)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和地形地物布置了三條精測(cè)剖面，其中一條剖面向西加長延升至測(cè)區(qū)外圍曾做過直流電測(cè)深的地方，點(diǎn)距 50m、100m 不等。重力觀測(cè)使用加拿大SCINTREX公司產(chǎn)CG-3M型全自動(dòng)微加重力儀，為了克服城市區(qū)及其附近車輛、人員等人文活動(dòng)帶來的振動(dòng)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，采集使用 1秒鐘采樣 1 分鐘60個(gè)樣值平均的形式記錄，每個(gè)測(cè)點(diǎn)多次重復(fù)觀測(cè)。

 

  城市區(qū)交通便利，基點(diǎn)只選一個(gè)，設(shè)在便于到達(dá)而且人文干擾較少相對(duì)穩(wěn)定的地點(diǎn)，省去了布設(shè)基點(diǎn)網(wǎng)的工作。重力數(shù)據(jù)的處理分預(yù)處理和目標(biāo)處理兩步進(jìn)行，預(yù)處理包括基點(diǎn)改正、正常場(chǎng)!緯度&改正、布格改正。由于測(cè)區(qū)地形平坦且沒有足夠大比例的地形圖，沒進(jìn)行專門的地形改正工作。  預(yù)處理后得到重力布格異常，接著進(jìn)行更深一步的處理—解釋目標(biāo)處理。解釋目標(biāo)處理包括以下幾個(gè)方面：異常場(chǎng)的水平及垂向各階導(dǎo)數(shù)的求取、趨勢(shì)分析、頻率域的局部場(chǎng)與區(qū)域場(chǎng)的分離、區(qū)域場(chǎng)場(chǎng)源體深度的提取和結(jié)合直流電測(cè)深的基巖頂界面的反演解釋。作為尋找新生界地層全覆蓋的基巖中凹中凸構(gòu)造的目標(biāo)處理，最為重要的是場(chǎng)源體深度的提取和基巖頂界面的反演，其它的處理只是一些輔助手段。

 

  1.1 場(chǎng)分離及場(chǎng)源體深度的提取

 

  勘探得到的位場(chǎng)是由局部場(chǎng)和基巖頂界面起伏引起的區(qū)域場(chǎng)兩部分疊加合成的，一般地，區(qū)域場(chǎng)功率譜具有aExp（-2wH）的形式，而局部場(chǎng)具有bExp（-2wh）的形式。假設(shè)區(qū)域場(chǎng)與局部場(chǎng)是不相關(guān)的，根據(jù)最佳濾波器的設(shè)計(jì)原則有提取區(qū)域場(chǎng)的濾波響應(yīng)為：

 

  其中k=b/a。

 

  上面的介紹說明場(chǎng)分離的關(guān)鍵是參數(shù) k、H、h 的求取，其中參數(shù)H也稱為區(qū)域場(chǎng)的視深度，稱為基巖頂界面的平均深度，它通過得到的功率譜低頻段的曲線擬合得到。

 

  1.2 基巖頂界面的反演

 

  界面的反演使用迭代技術(shù)并選用Gernard提出的方法，先選擇一個(gè)參考平面Zo區(qū)域場(chǎng)(視  深度H)，界面相對(duì)參考面的偏差Zd與重力場(chǎng)的關(guān)系用下式表示:

 

  式中g(shù)是重力異常場(chǎng)，Vzz是重力異常場(chǎng)的一階垂向?qū)?shù)。ZD向上為正ZO向下為負(fù)。用重力觀測(cè)值及其一階垂向?qū)?shù)代入上式可得初值界面:

 

  求取初值界面的重力異常，用它去減原始重力異常得到剩余值，將它代入(2)式求下一次的偏差ZD和界面深度。重復(fù)上面的步驟，判斷上下兩次的修正偏差是否滿足精度要求，若滿足要求輸出界面值。

 

  為了判斷反演界面是否正確，將它與已知的直流電測(cè)深解釋界面比較，兩種方法得到的界面一致說明反演終止。如果重力反演的界面相差較大，改變初始密度差δ再進(jìn)行迭代反演。

 

  反演的界面模糊了界面的尖銳變化，對(duì)斷層的判斷解釋不是最好的方法，借助重力異常場(chǎng)的水平、垂向?qū)?shù)和場(chǎng)的下延進(jìn)行輔助解釋得到了滿意的效果。

 

  1.3 重力影像技術(shù)

 

  重力勘探技術(shù)是一項(xiàng)較為成熟的勘探技術(shù)廣泛應(yīng)用于資源勘探、基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域。近年的理論研究和實(shí)踐表明，重力資料在解譯斷裂構(gòu)造巾可發(fā)揮很大的作用，對(duì)于3000米探度上30米斷距的斷層．利用50微伽精度的重力資料完全可以解澤出來．顯然，對(duì)于埋藏深度較小的斷層，高精度重力資料解譯斷層的能力會(huì)更強(qiáng)。

 

  對(duì)于斷裂掏造勘探，重力勘探有吼下優(yōu)勢(shì)：

 

  是理論研究表明，重力勘探作為體積勘探技術(shù)，當(dāng)斷層切割多套密度層時(shí)，其重力效應(yīng)等效于一條斷層的新距拶大了其所切割地層數(shù)的相同倍數(shù)，因此，在常規(guī)的地球物理勘探方法技術(shù)中，重力勘探對(duì)斷層構(gòu)造的靈敏度最高；二是重力資料處理解釋技術(shù)的進(jìn)步，能夠十分有效地提取出斷裂構(gòu)造的異常信息，現(xiàn)代信號(hào)處理中的邊緣增強(qiáng)技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、圖像處理技術(shù)可以形象地將斷裂構(gòu)造的信息直觀地展現(xiàn)在我們的面前，供我們分析和解釋；三是利用重力勘探技術(shù)既可研究大的、深部的斷裂構(gòu)造，也可研究小的淺部的斷裂構(gòu)遺，只是后者的測(cè)阿密度應(yīng)大些；四是在城區(qū)部署勘探重力勘探受人文干擾影響的程度較小，從而使得我們能夠在人文干擾嚴(yán)重的地區(qū)能夠取得臺(tái)格的第一手資料。

 

  在獲取信息的諸多方式中，人們70％的信息來源于圖像．圖像以其形象、直觀的方式將多種信息展現(xiàn)出來．供人們進(jìn)行分析、判斷、解釋。重力影像技術(shù)就是在重力教據(jù)處理技術(shù)上發(fā)展起來一類成像技術(shù)。在資料處理過程中為了突出異常．最大限度地挖掘解釋信息。重力影像技術(shù)是將異常場(chǎng)(即位場(chǎng))數(shù)據(jù)按較為合理的阿格密度轉(zhuǎn)化為亮度(灰度)值，再以圖像的方式顯示出來．并在灰度圉的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)圖像獨(dú)有的處理方法如彩色罔、立體陰影圖及褶積濾波等增強(qiáng)技術(shù)，通過對(duì)位場(chǎng)資料的圖像增強(qiáng)處理，提取出原來難雎識(shí)別的信息，從而達(dá)到在資料處理過程中為了突出異常，最大限度地挖掘解釋信息，深化資料解釋的目的。重力影像技術(shù)的核心技術(shù)有：①偽彩色處理圖像的偽彩色處理是圖像增強(qiáng)的一種有效方法，因?yàn)槿搜蹖?duì)彩色的色調(diào)和強(qiáng)度的分辨力比黑白的灰度級(jí)要強(qiáng)的多，偽彩色處理就是給不同的灰級(jí)值的像元賦予不同的顏色，得到一幅彩色圖像，因而把人眼不易區(qū)分的微小的灰度差別，顯示為明顯的色彩差異，從而更易于信息的提取、識(shí)別和解釋。②立體陰影處理立體陰影技術(shù)最早用于地形地貌圖的增強(qiáng)。對(duì)于位場(chǎng)圖像，其黑白灰級(jí)隨場(chǎng)值而定構(gòu)成一個(gè)曲面，類似于地形，在假想光源的照射下，表現(xiàn)出像衛(wèi)片那樣具有起伏、明暗變化的立體效果，尤其當(dāng)場(chǎng)值有某種變化趨勢(shì)(例如重力上的梯度帶)時(shí)，這種趨勢(shì)會(huì)以一種形似山谷或山峰一樣的影像顯示出來，更便于資料的解釋。

 

  2、效果與應(yīng)用

 

  圖1是中間測(cè)線重力異常曲線，圖中不帶標(biāo)記的實(shí)線是預(yù)處理后的布格重力異常，曲線比較平滑，而且與地形起伏不相關(guān)，對(duì)布格重力異常進(jìn)行了多種半徑的切割濾波處理，它們與處理前沒有很大的變化，說明不經(jīng)過專門的地改工作是確實(shí)可行的。圖中虛線是切割半徑為100m的奇異濾波處理前后的變化值，最大不超過400μgal，與地形相關(guān)度不大，它與重力異常相對(duì)應(yīng)，變化劇烈處經(jīng)其它處理（包括水平和垂向?qū)?shù)）表明它是斷層的反映。

 

  三條測(cè)線重力異常場(chǎng)的區(qū)域場(chǎng)與局部場(chǎng)的分離處理知道它們的基巖頂界面的平均深度由南到北逐漸增大，分別是 880m、852m 和 831m，與測(cè)區(qū)地質(zhì)特征符合。用它們作為界面反演的參考面深度Zo對(duì)三條測(cè)線數(shù)據(jù)進(jìn)行了基巖頂界

 

  面的反演，反演對(duì)多個(gè)密度差進(jìn)行了選擇，最后得到使用352km/m3時(shí)反演界面與直流電測(cè)深結(jié)果一致。圖2是反演得到的與圖 1相同測(cè)線基巖頂界面形態(tài)圖。圖中可以看出元古界基巖埋藏深度表現(xiàn)為由西向東淺—深—淺的凹陷特征，凹陷位于 3000m~12000m 間 的 9000m 范圍，它的蓋層厚度大，約850m，是儲(chǔ)熱的有利條件之一。凹陷東部有一斷層隆起帶，突起的位置是距離10000m附近，它是地?zé)嵝纬傻挠忠粋€(gè)有利條件。因此圖2中F2 和F3間的斷隆是利用重力勘探尋找到的形成地下熱水的最佳地段。盡管距離13000m~15000m是測(cè)區(qū)一個(gè)比較大的突起，但由于蓋層厚度較薄，僅500m左右，不能成為貯藏地?zé)岬挠欣课弧?/div>