利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于重力勘探技术领域，公开了一种利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法。利用被勘探区域的地质信息和高分辨率DEM数据统一正演计算中间层物质影响值进而获得精细的布格重力异常值，代替传统的经地形改正和中间层改正分步计算获得的布格重力异常值，提高了布格重力异常的精度；利用三维地质体变密度计算，采用了深部地层产状为野外地质实测或钻孔控制的任意角度，充分利用了被勘探区域的地质信息，更加符合实际地质事实，精细计算的布格重力异常，便于有效区分目标体和干扰体引起的异常，即便于区分区域重力异常和局部重力异常，能够取得良好的重力勘探效果。本发明专利技术填补了大比例尺重力勘探精细解释的空白。发明专利技术填补了大比例尺重力勘探精细解释的空白。发明专利技术填补了大比例尺重力勘探精细解释的空白。

【技术实现步骤摘要】
利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法及装置


[0001]本专利技术属于重力勘探
，尤其涉及一种利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法。

技术介绍

[0002]目前，重力勘探在成矿预测、圈定岩体和构造、研究金属矿赋存特点等金属矿普查方面都是卓有成效的，有着良好的应用前景。重力勘探的观测对象为测点处的重力加速度值，一般采用相对测量的方式，测量测点与重力基点之间的段差，利用重力基点的重力加速度值和基点与测点间的段差，获得各测点的重力加速度值，简称重力值。
[0003]传统的布格重力异常值由重力值经正常场改正(纬度改正)、中间层改正、高度改正(中间层改正和高度改正合称布格改正)和地形改正后获得，是重力勘探的基础数据。传统布格重力异常的计算步骤及物理意义如图1。
[0004]如图1，地面上任一点的实测重力值取决于纬度、高度、周围地形变化和地下局部物质的不均匀分布等，而最后一个因素是重力勘探的重要研究对象，其他因素所产生的重力变化都是干扰，因此，测点处布格重力异常的计算就是将干扰因素剥离的过程。假设地球是一个密度成层分布的光滑椭球体，在同一层内密度是均匀的、各层界面也都是共焦旋转椭球面，则椭球面上各点的重力值，可根据地球的万有引力常数、长半径、扁率和自转角速度等计算得出，该光滑椭球体称为正常椭球，正常椭球面为大地水准面，正常椭球面上的重力值称为正常重力值。
[0005]图1中的a：P、Q测点的实测重力值由大地水准面以下分层的正常重力值、大地水准面以上至地形起伏面间物质引起的重力值和测点高度不同而引起的重力值叠加而成。其中正常椭球体以正常地壳厚度平面划分两个密度界面，大地水准面至正常地壳厚度平面间理论密度(黑色字)为2.67g/cm3，正常地壳厚度平面以下理论密度为3.27g/cm3。上述理论模型中存在两大类物质不均匀分布状况，一是实际地壳下界面为莫霍面，莫霍面是起伏不平的，一般不与正常地壳厚度平面重合，莫霍面以上地壳的理论密度(白色字)为2.67g/cm3，因此正常地壳厚度平面与莫霍面间存在物质不均匀分布的情况；二是不同深度分布的各类局部实际密度低于或高于地壳平均密度的地质体，即我们重力勘探重点研究的对象。
[0006]图1中的b：正常重力值改正即消除大地水准面以下各层物质引起的重力值变化，消除后各地面测点的重力值由莫霍面与正常的壳厚度平面间物质的残余重力值(残余密度差为－0.6g/cm3)、大地水准面以上至地形起伏面间物质引起的重力值及各局部密度不均匀地质体引起的重力值组成。CGCS2000椭球正常重力值计算公式如下：
[0007][0008]式中：g0为正常重力值，为测点纬度。
[0009]图1中的c：地形改正即消除以测点高程面为基准面，测点周围一定范围内，地形起伏引起的重力值变化。如P点周围的1、2、3区和Q点周围的4、5区，其中1、3、4区为物质亏空，2、5区为物质盈余。地形改正后，各地面测点的重力值由正常场改正残余重力值(图1中的
b)、大地水准面至测点高程平面间规则层状物质引起的重力值及各局部密度不均匀地质体引起的重力值组成。地形影响计算示意图如图2。
[0010]如图2，取直角坐标系XYZ，将测点A所在的位置定为原点，Z轴垂直向下，X、Y轴在A点所在的水平面内，dm为质量元，其所在位置的坐标为(x,y,z),A点至质量元的矢径用r表示，r与Z轴的夹角为θ，dm在A点产生的重力影响，即引力的垂直分量dg为：
[0011][0012]若计算区域(1)或(2)全部质量的影响值Δgt，可用积分计算：
[0013][0014]式中：G为万有引力常数，V为地质体积，(x，y，z)为地质体质心坐标，ρ为地质体剩余密度。
[0015]质量盈余区域(如区域(1))中的z为负值，ρ为正值，质量亏损区域(如区域(2))中的z为正值，ρ为负值，因此，地形对测点的重力影响值永远为负值，即地形起伏使重力值减少。
[0016]图1中的d：中间层改正和高度改正。中间层改正即消除大地水准面至测点高程平面间的规则层状物质引起的重力值，高度改正即消除因测点高程不同而正常重力场随高度变化值的不同。消除后的重力值称为布格重力异常值，包含莫霍面起伏变化引起的区域重力异常和各局部密度不均匀地质体引起的局部重力异常。
[0017]中间层改正值Δgm的计算公式如下：
[0018][0019]式中：ρ为密度，h为中间层厚度，即图d中测点高程平面至大地水准面的距离，a为中间层圆盘改正半径，一般等于地形改正半径。
[0020]高度改正Δgh的计算公式为：
[0021][0022]式中：h为测点高程平面至大地水准面的距离，为测点纬度。
[0023]布格重力异常的计算：
[0024]Δgb＝G
观
‑
g0+Δgh+Δgm+Δgt
ꢀꢀꢀ
(6)
[0025]式中：Δgb为布格重力异常值，G
观
为测点实测重力值，g0为正常重力值，Δgh为高度改正值，Δgm为中间层改正值，Δgt为地形改正值。
[0026]上述传统的布格重力异常计算方法，适用于中小比例尺区域性重力勘探的计算处理，若用于大比例尺重力勘探或矿区尺度的重力勘探时，则在中间层改正和地形改正中存在四个明显的缺陷：
[0027]1、传统中间层改正、地形改正的密度均为一统一值2.67g/cm3，平面上明显不符合地质体及密度变化的事实，据此计算的布格重力异常，其中所含的局部异常信息，易被密度变化引起的重力异常所淹没，无法有效反映目标地质体的实际重力异常。
[0028]2、中间层改正垂向上没有分层计算，则没有充分利用被勘探区域的地质信息，垂
向上随着不同密度地层产状的变化，深部地质体密度已然发生变化，同时，矿区大量的钻孔岩芯或开采矿石等，均能提供大量关键的密度信息，若中间层以一层笼统计算，则不利于有效区分已掌握地质体和新发现地质体，往往不能取得较好的重力勘探效果。
[0029]3、地形改正的亏空部分，其亏空物质的密度未知，仅以2.67g/cm3这一理论密度值进行计算，可能带来地形改正的误差，不利于布格重力异常的精细求解，进而影响精细划分区域重力异常和局部重力异常。
[0030]4、地形改正若采用方域计算公式，而中间层理论计算公式为一圆盘状，则地形改正与中间层改正，存在改正范围不一致的情况，带来布格重力异常的精度损失。
[0031]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的重力异常计算结果精度较低，误差大，有时无法有效反映目标地质体引起的实际重力异常，不能为大比例尺重力勘探提供精确信息，重力勘探效果不佳。
[0032]现阶段，三维建模的部分软件，如Geomodel等，通过地质建模，基本利用了各类地质信息，能够进行地质体重力正演计算，但仍存在两大问题：一是正演计算还是利用2.67g/cm3这一统一密度，未能进行变密度计算，需要改进；二是软件操作复杂，费用贵，难以普及和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法，其特征在于，包括：利用被勘探区域的地质信息，包括地质图中地质体的界线、产状、深度或钻孔内垂向上地质体的密度变化，按照地质体的三维分布状态，不仅在平面上分块，还需在垂向上分层，以不同地质体赋予其实测的密度值，来变密度计算；利用高分辨DEM数据垂向分层组成不同密度体，变密度正演计算中间层物质影响值代替统一密度唯一地质体的地形改正和中间层改正分步计算，提高布格重力异常的精度；利用三维地质体变密度计算，采用了深部地层产状为野外地质实测或钻孔控制的任意角度，更加符合地质事实。2.如权利要求1所述利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤1，获取被勘探区域的地质信息(地质图及相关地质体的实测密度值)、重力测点的三维坐标、重力测点的实测重力值和DEM网格数据(X、Y、Z1)；利用重力测点的三维坐标和实测重力值，经正常场改正公式和高度改正公式完成正常场和高度改正，获得改正后的重力值gFI；步骤2，计算DEM网格数据的网格间距，将DEM网格数据按照上述技术方案分层，分层后获得直立长方体数据文件，同时计算出直立长方体的中心点高程Zm和直立长方体半高c；步骤3，利用地质信息，建立地质界面文件，利用建立的多个地质界面，分割上述直立长方体数据文件，构成某个地质体直立长方体文件，并匹配该地质体的实测密度，循环完成所有地质体的直立长方体文件分割和实测密度匹配，即完成了正演数据准备；步骤4，利用重力测点的三维坐标、网格间距和正演数据，根据直立长方体正演公式，进行中间层物质影响值计算，获得中间层物质改正值g
中
；步骤5，将计算得到的改正重力值gFI与得到的g
中
相减，得到重力测点的精细布格重力异常值。3.如权利要求2所述利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法，其特征在于，所述法包括以下步骤：步骤1中重力测点的三维坐标和实测重力值经正常场改正和高度改正获得gFI重力改正值的方法；测点重力数据包括测点x、y、h三维坐标和G
观
实测重力值四列，进行正常场改正和高度改正得到测点x、y、h三维坐标和gFI改正重力值。4.如权利要求2所述利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法，其特征在于，步骤2的网格数据分层方案需要根据DEM数据的网格间距，分层深度和分层间隔进行影响值变化率计算试验确定，网格间距大则对应分层深度更小，分层间隔更细；分层时，上一大层中网格点高程低于层高的网格点将被舍弃，而下一大层中所有的网格点均被保留；完成后，形成未分割的唯一的直立长方体数据文件，包括网格点坐标X和Y，长方体中点高程Zm和长方体的半高c四列数据，其中网格点坐标X和Y因每一层均对应这些网格点，则重复出现多次。5.如权利要求2所述利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法，其特征在于，步骤3中地质界面文件准备、根据地质界面分割圈闭地质体所属的直立长方体文件并赋予密度值，形成正演数据文件。6.如权利要求2所述利用地质信息变密度正演计算布格重力异常的方法，其特征在于，
步骤4中根据直立长方体公式变密度正演中间层影响值，利用正演计算代替传统布格重力异常计算中的中间层改正和地形改正的方法。7.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜辉，刘隆，刘生荣，唐小平，
申请(专利权)人：中国地质调查局西安地质调查中心西北地质科技创新中心，
类型：发明
国别省市：