普通物探新技術(shù)

王作峰

（遼寧省工程技術(shù)學(xué)校 ，遼寧 沈陽 110034）

1 磁法勘探的新技術(shù)

1.1 微磁測量

微磁測量是指用高精度、密測點(diǎn)在待定小區(qū)或小帶對(duì)磁場做精細(xì)測量，以研究其微細(xì)結(jié)構(gòu)的一種專門性磁測工作，用以配合地質(zhì)填圖、研究表層巖面的細(xì)致構(gòu)造、確定巖石隱伏礦化的地表標(biāo)志，浮土磁不均勻性，考古與人文磁源探測等問題。

微磁測于20世紀(jì)50年代由德國學(xué)者提出，在地形較平坦處，選擇一塊大小為10m×10m到50m×50m的單位面積做1m×1m到3m×3m測網(wǎng)點(diǎn)線距的磁測，一般要求單元測區(qū)內(nèi)要有100以上的測點(diǎn)。單元區(qū)之間可以按一定間距間隔排列。在研究有明顯走向的雜巖時(shí)可采用垂直于走向的矩形面積。在研究表層不均勻?qū)Ω呔却艤y結(jié)果的影響時(shí)，這些單元區(qū)的邊長應(yīng)小于基巖埋深，以便突出近地表地質(zhì)體的影響。當(dāng)研究淺蓋層下基巖的結(jié)構(gòu)特征時(shí),要求基巖面無大的起伏，且上覆蓋層無微磁異常。測區(qū)大小和測網(wǎng)密度應(yīng)視任務(wù)而定。為保證微磁測的高度精度應(yīng)選擇最佳觀測高度，在測區(qū)內(nèi)保持高度一致。最好在3、4個(gè)高度(0.2m,1m,2m,4m)上進(jìn)行觀測，然后對(duì)比結(jié)果加以選擇。為了保證精度，除使用精度達(dá)0.1nT或更高精度的磁力儀以外，還應(yīng)建立高精度日變站以便作日變校正，或建立控制點(diǎn)，以便于短時(shí)間內(nèi)核對(duì)儀器零點(diǎn)。

對(duì)測得的磁異常除了做等值線圖以外，最好用統(tǒng)計(jì)整理的方法構(gòu)制磁異常走向的方向玫瑰圖以便更好的地研究微磁異常的結(jié)構(gòu)（管志寧等，1993）。

由于環(huán)境保護(hù)（對(duì)廢棄掩埋物探測）與考古等工作的需要，近年有關(guān)國家開展了規(guī)模較大的高密度微磁測工作，如采用車?yán)嗵筋^排列探測系統(tǒng)。在拖車上裝有數(shù)個(gè)銫光泵磁力儀探頭，探頭離地面僅為0.53m；由一磁性很弱的越野車牽引，采用全國定位系統(tǒng)做實(shí)時(shí)定位，進(jìn)行了高密度高精度磁測；得到了測區(qū)內(nèi)磁異常的細(xì)結(jié)構(gòu)，定量給出了多個(gè)目標(biāo)物的位置，埋深，幾何尺寸。

1.2 磁衛(wèi)星測量

美國于1979年發(fā)射了一顆角為96.76°、近地點(diǎn)352km、遠(yuǎn)點(diǎn)561km與太陽同步的磁測衛(wèi)星。衛(wèi)星上主要由主體部分和儀器部分組成。主體部分包括；法向支持系統(tǒng)、高度控制系統(tǒng)、遙測裝置/脈沖轉(zhuǎn)發(fā)信息系統(tǒng)和連接記錄所有信息的磁帶記錄器。儀器部分包括高度確定系統(tǒng)、矢量磁力儀軸向確定系統(tǒng)和裝在一個(gè)吊倉尾部儀器工作臺(tái)上的矢量磁力儀和標(biāo)量磁力儀。標(biāo)量磁力儀為銫光泵磁力儀；矢量磁力儀為飽和式磁力儀，可以和銫光泵磁力儀進(jìn)行對(duì)比校準(zhǔn)、校正以后，飛行過程中每個(gè)矢量軸向的儀器精度小于6nT。把磁衛(wèi)星數(shù)據(jù)和同區(qū)的航磁數(shù)據(jù)都?xì)w算到海平面上，加以比較，兩者較為一致。磁衛(wèi)星的分辨路可達(dá)到150～300km。磁衛(wèi)星異常與地質(zhì)構(gòu)造有較好的相關(guān)性，它展現(xiàn)了研究全球構(gòu)造的廣闊應(yīng)用前景。

2 重力勘探新技術(shù)

2.1 海洋重力測量

海洋重力測量是為研究地球形狀和地球內(nèi)部構(gòu)造、勘探海洋礦產(chǎn)資源、保障航天和遠(yuǎn)程武器發(fā)射等提供重力資料，它是把重力儀安裝在船上，在航天中進(jìn)行重力測量，工作效率高。

海洋重力測量分路線測量（斷面測量）和面積測量兩種方式，基本上采用走航式的連續(xù)觀測方法。與陸地重力測量相比，有特殊要求：①需要在港口、碼頭建立重力基點(diǎn)，重力測量采用單次觀測法，起始、閉合于這些基點(diǎn)；②需要準(zhǔn)確的船只運(yùn)動(dòng)參數(shù)（航向、航速及位置）；③要求船只沿航線測線盡量保持勻速、直線航行。

2.2 航空重力測量

航空重力測量是把重力儀安裝在飛機(jī)上進(jìn)行觀測。航空重力測量除了非常明顯的高速測量的優(yōu)點(diǎn)外，與地面重力及其他的地球物理方法相比，還具有下列優(yōu)越性。

⑴不受測區(qū)條件的限制?？罩酗w行能夠無限制地進(jìn)入任何勘探目標(biāo)，對(duì)于高山、叢林、沙漠、沼澤，特別是在海岸線過度帶或陸-水分界處都易于進(jìn)行重力測量。

⑵不受地形起伏的影響。航空重力數(shù)據(jù)在一個(gè)水平面上采集，不象地面重力在變化的基準(zhǔn)面即在起伏面上采集，地形校正誤差和近地表小的橫向密度變化引起的重力效應(yīng)大大減小。

⑶不受假頻的影響。航空重力能夠連續(xù)地對(duì)數(shù)據(jù)取樣和處理。在地面重力中由于取樣不夠密而普遍存在的假頻問題，在航空重力數(shù)據(jù)中并不存在。

⑷空中觀測還可以解決的問題是，重力數(shù)據(jù)中包含的近地表地球物理噪音、地形影響，都可以通過飛行高度來消除。如果存在已知的地質(zhì)噪音源，例如能夠影響重力測量值的近地表小構(gòu)造、喀斯特地形，或者不規(guī)則的沉積等，在一個(gè)適當(dāng)?shù)母叨蕊w行可以消除這些特征的影響。

⑸在設(shè)計(jì)飛機(jī)時(shí)，可以在三維空間測量，這就可以根據(jù)在不同高度的重力值評(píng)價(jià)所研究的構(gòu)造。

⑹可以在一條測線上，同時(shí)采集兩種不同巖石性質(zhì)的數(shù)據(jù)，例如同時(shí)測量重力及磁力值。解釋過程能夠應(yīng)用這些不同的測量值以推斷地質(zhì)情況，得到更為可信的解釋結(jié)果。

2.3 地下重力測量

地下重力測量是指在鉆井、豎井中垂直地進(jìn)行，以及在礦區(qū)的不同平巷中水平或垂直地進(jìn)行的重力測量（徐公達(dá)等，1989）。在鉆井或豎井中的重力測量是研究重力垂直分量隨深度的變化，該變化是由地下密度不均勻體的垂向及橫向位置的變化所引起的。對(duì)于一口井而言，重力垂直分量的變化主要是由儀器與地下密度不均勻體之間垂直距離的變化，以及密度不均勻體與圍巖之間的密度差所引起的，因此井中重力測量可以提供垂向的密度變化。坑道中的重力測量若只在一個(gè)坑道中進(jìn)行，則其原理與地面重力測量相類似，可以提供坑道附近橫向密度變化的資料。若在多層坑道中進(jìn)行重力測量時(shí)，則可提供不同深度處密度變化的資料。

在豎井或坑道中進(jìn)行地下重力測量時(shí)，可采用地面常規(guī)使用的重力儀；而鉆井中的地下重力測量則必須采用井中重力儀。限于井孔的直徑與環(huán)境條件，要求鉆井重力儀直徑小，可承受較高的溫度及壓力的變化，并在與鉛垂線有一定偏離的條下進(jìn)行測量。

井中重力測量主要測量穿越巖石的垂向密度變化及井周圍巖石的橫向密度變化。井中垂直重力測量得到的密度能夠達(dá)到0、01g/cm3的精度。井中重力測量通過在井中一系列根據(jù)測井圖選定的測點(diǎn)停放井中重力儀及讀數(shù)來進(jìn)行。測出一系列的重力垂直變化△g及相應(yīng)的深度差△z，就可以由公式計(jì)算出巖石的密度σ：

式中：σ為密度；△g是垂直距離為△Z的兩點(diǎn)間的重力差；c為校正值之和；F為自由空氣梯度（即地表處的△g/△Z）；G為萬有引力常數(shù)。

根據(jù)巖石密度的垂直分布，可以發(fā)現(xiàn)與油氣儲(chǔ)集層有關(guān)的低密度巖層。

井中重力測量的重力效應(yīng)中，90%是由于測點(diǎn)相距在5倍測點(diǎn)（垂直方向）間距內(nèi)的巖石引起的，因此其探測范圍（即側(cè)向深度）較大，能夠確定大體積巖石或地層的原地密度。

井中重力測量具有下列幾方面的用途：

1 )儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)。確定孔隙度，精度可以達(dá)到0.05%。

2 )沉積盆地的密度規(guī)律研究，精確估計(jì)井中的地層密度。

3 )在油氣田的勘探與開發(fā)中，可用于確定天然氣飽和帶，發(fā)現(xiàn)含油氣層位及遠(yuǎn)處孔隙帶。

4 )對(duì)抽油引起的鉆進(jìn)變化進(jìn)行監(jiān)測。

美國還應(yīng)用井中重力測量檢查地下核試驗(yàn)井周圍巖石的安全性，以免放射性氣體經(jīng)過斷層逸出等。