地球物理信息科学基础

nullnull地球物理信息科学基础地球科学系 田钢 教授2010.10.29目 录目 录第一节 引言与概述 第二节 地球物理信息采集与方法原理 第三节 地球物理数据处理与解释应用null5.1 引言●地球物理学定义 以地球为研究对象的一门现代应用物理学，它包含了很多分支学科，涉及海、陆、空三域，是物理、力学、数学、计算数学、天文学、海洋学、化学、地质学之间的一门边缘学科。● 地球物理信息探测基础 首先从地质学的应用开始发展起来的——即用物理的原理研究地质构造和解决找矿勘探中问题的方法。它是以各种岩石和矿石的密度，磁性、电性、弹性、放射性、热力学等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和各种物探观测仪器，探测天然的或人工的地下地球物理场的变化，通过 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、研究所获得的物探资料，推断、解释地下物体的分布情况。null●地球物理发展历史 5.1 引言 纵观地球物理学的发展史，可以看出很多著名科学家做出了很大贡献，如我国东汉时期的张衡；公元前4世纪的希腊人阿里士多德；公元16-17世纪期间，法国人菲涅尔、斯奈尔和英国人牛顿、惠更斯；18世纪的卡文迪什、布格等人以及数学家达朗倍儿、拉格朗日、拉普拉斯、勒让德和泊松等人；19世纪-20世纪期间，英国人奥尔德姆、南斯拉夫人莫霍诺维奇、德国人古登堡等人。null●地球物理方法的优越性 5.1 引言 在第四系土壤沉积覆盖地区，利用肉眼观测地质构造和矿物岩性几乎是不可能, 地球深部的结构和特点是我们研究地球演化的基础,而这些恰恰需要利用地球物理方法技术去进行对目标物的无损信息探测。 地球物理信息的探测既可以弥补地质普查勘探手段的不足，利于综合普查找矿和地质填图，同时又可以减少钻探和槽探工程量，提高工作效率，节省成本，减少污染和破坏。 地球物理为现代科学技术发展的一个重要领域，特别是国防领域的特殊性质，使得它的应用更为广泛。null5.1 引言●主要的地球物理信息探测方法 : 重力勘探、磁法勘探、电（电磁）法勘探、地震勘探和放射性勘探等。 ●依据工作空间的不同地球物理方法又可分为：地面地球物理、航空地球物理、海洋地球物理、钻井地球物理等； ●按照研究目标的不同地球物理技术又可分为：矿产地球物理、能源地球物理、工程与环境地球物理、大地构造地球物理、军事地球物理、农业地球物理、城市地球物理和考古地球物理等。 null5.1 引言●地球物理与医学物理的共性与类比: 我们若将它们同以人体为研究对象的医学物理检查方法手段进行对比的话，可以发现它们在本质上是大同小异的.比如核磁共振仪、血压计、脑电与心电仪、超声B超与X射线CT等。只不过由于（1）地下地质结构的复杂性和未知性；（2）观测方位的局限性；（3）包括人力和物力的投入不足等，使得地球物理方法的研究更加困难。null5.1 引言 地球物理学本质上是一门信息观测的科学，高精度和高分辨率的观测与实验仪器和设备乃是在地球物理学发展进程中的“前哨”，因此地球物理学的观测仪器技术的发展尤为关键。当然数据的处理和解释方法也十分重要，否则信息从噪声中难以分离出来，分辨率也无法保证，更谈不上解释信息所代表的意义。 ●地球物理信息科学的特点null5.1 引言null5.2 地球物理信息采集与方法原理一、地球物理信息采集系统简介历史与现状 如今地球物理信息采集设备研制领域已成为国际上现代物理技术、电子技术和计算机技术等高新技术展现水平和各国综合实力PK的舞台，可喜的是从近几年国家863高新技术项目的情况来看，我们国家的落后状况已开始得到重视并正在得到改善。null1、地震仪检波器是一种机电转换装置。其结构如右上图所示。当地面振动时，由线圈组成的惯性系统在磁场中做相对运动，并产生感应电流，从而将地面的机械振动转换为电振动，以利于地震信号的传输和放大。检波器分为垂直和水平两种，分别拾取地面垂直震动和水平震动的信号。5.2 地球物理信息采集与方法原理地震仪是用来接收和 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 地震波的仪器。主要由检波器（或称拾震器）、放大器和记录器三部分组成。null地震压电检波器的原理图示5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理 近年来新出现的以MEMS（Microelectric Mechanical Syetem）为基础的微机电系统传感器技术使得地震检波器 技术又出现了一个新的飞跃。它一方面将大大降低石油勘 探的成本，另一方面还可以提高勘探精度。 MEMS技术是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪前 沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测 量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、 电控系统集成为一个整体单元的微型系统。 最近人们把这项技术用于地震勘探领域，使用这项技 术制造的三维三分量检波器具有超低噪声、大动态范围和极 高的保真度。另外光栅型检波器目前处于研制试验阶段。null5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理null 地震仪器中放大器的作用是将检波器送来的微弱信号进行放大，经滤波器去掉干扰波，再由自动振幅控制器把不同深度上能量相差悬殊的地震信号的振幅控制在一定范围内，以便同时记录下来。 ●模拟（数字）记录器是将放大、滤波和自动振幅控制的地震信号记录下来的装置。●随着电子技术的飞速发展，地震仪经历了两次大的变革，已改进为现今的数字磁带地震仪。数字磁带地震仪是把检波器接收到的连续地震信号经离散取样，变成数字形式的离散振幅值记入磁带。数字地震仪的动态范围大，信噪比高，并可以直接输入计算机处理。5.2 地球物理信息采集与方法原理null●天然地震和人工地震的地震仪器 记录天然地震和人工地震的地震仪器不完全相同，因为人工地震的采样空间和时间密度以及精度都要大于天然地震，但它们都是时间序列信号，因此很多时间序列信号的处理方法都可以互相参考借用。 ●地震采集系统发展趋势----是多道接收、遥测传输和高精度数字检波器的使用。下面的表5-1给出了目前通用的几种地震勘探仪器的主要指标对比，从中我们可以看出其发展水平和发展趋势。5.2 地球物理信息采集与方法原理null表5-1 目前流行的几种地震仪的性能指标比较5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理图5-2 地震勘探野外工作原理示意图null5.2 地球物理信息采集与方法原理图5-3 P Velocity structure in the crust across the West Kunlun Mts.- Tarim basin- Tian Shannull 下面的左图是法国Sercel公司生产的最新产品SERCEL408DSU的野外采集系统，右图是仪器车内的控制监控系统的图片。法国Sercel公司生产的全数字式地震仪图片5.2 地球物理信息采集与方法原理null●重力仪定义----用来记录地下物质密度分布不均匀所造成的重力变化的仪器。 ●重力仪的种类----重力仪的种类很多，其中采用静力平衡原理进行工作的仪器有石英弹簧重力仪和金属弹簧重力仪，他们都是进行相对重力测量的仪器，可用于地面和海洋测量。 ●振弦重力仪---利用动力平衡原理即利用悬丝的固有频率与重力有关的原理进行工作的仪器，它既能进行相对重力测量，又能进行绝对重力测量，可用于海洋、航空及井中测量。 随着科学技术的进展，航空重力仪的精度正逐步提高。一些新型仪器，如超导重力仪和激光重力仪等也已出现。2、重力仪5.2 地球物理信息采集与方法原理null 由于重力异常特别是金属矿体产生的重力异常，往往很微小，甚至只有几分之一个重力单位，这就要求仪器精度达到，即重力全值的10-8数量级。为使仪器在保证高精度的前提下适应野外工作，这就要求仪器达到体积小、重量轻的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 图5-5是国产ZSM-III型石英弹簧重力仪的弹性系统结构图，该弹性系统为熔融后的石英制成的。图5-5 重力仪的弹性系统结构图5.2 地球物理信息采集与方法原理null 重力仪器现在的发展趋势是高精度、自动调平以及向量重力梯度仪（超导、原子干涉）的研制。另外一个发展方向就是卫星测高和卫星重力梯度技术。 图5-6是加拿大生产的高精度重力仪的外形图。图5-6 加拿大CG3高精度重力仪5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理超导重力仪工作原理：首先设法在超导线圈内产生一个永久性的闭合电流。由于超导体的电阻为零，这一电流非常稳定。然后，在超导线圈所产生的一次磁场中放置一个同样由超导材料做成的小球。由于超导体的完全抗磁性，磁场不能穿入小球内部。小球表面感应电流所产生的二次磁场与线圈永久电流所产生的一次磁场互相排斥，使小球浮起，当小球受到的浮力与其重量互相平衡时，小球则浮在线圈上方的一定高度。重力的变化将引起小球平衡位置的改变。准确测出小球位置的变化，就可以求出重力的变化。null3、磁测仪器 ●磁测仪器总称为磁力仪。按其构造特点又可分为机械式磁力仪和电子式磁力仪。 ●机械式磁力仪又称磁秤，是利用静力平衡原理进行地磁场相对测量的。 ●磁称有二种，一种是测量地磁场垂直分量相对值的垂直磁秤；另一种是测量地磁场水平分量相对值的水平磁秤。 图5-7是国产CS2-61型悬丝式垂直磁秤内部结构图。5.2 地球物理信息采集与方法原理null图5-7 国产磁秤内部结构示意图5.2 地球物理信息采集与方法原理null 当仪器周围存在磁体时，受其影响，磁系将发生微小偏转，利用平面反光镜将反射光线投射在刻度尺上，使磁棒的倾角值转换成刻度尺上的读数，磁读数乘以格值即磁场的变化值。 当磁棒偏角较大，反射光线偏出刻度尺范围时（这种现象叫超格），可转动扭鼓改变悬丝的扭力矩，使倾角减小直到可读数为止，改变悬丝扭力矩的量级可从扭鼓上读出。该仪器精度一般在10-20nT之间。●仪器简单工作原理5.2 地球物理信息采集与方法原理null●电子式磁力仪包括磁通门磁力仪、质子旋进式磁力仪、光泵磁力仪和超导磁力仪等。这类仪器精度很高。如光泵磁力仪精度可达0.01nT，而超导磁力仪竟高达10-6nT。因此这类仪器除用于磁法勘探外，还在地磁绝对测量、国防磁探测以至宇宙探测中发挥作用。 ●地面磁测最常用的电子式磁力仪是质子旋进磁力仪，它是利用质子在地磁场中作陀螺式旋进的原理制造的，精度可达1nT。除广泛应用于地面测量外，还用于航空和海洋磁测。5.2 地球物理信息采集与方法原理null 磁测仪器目前的发展趋势是超导磁力仪、航空高精度磁力仪与海底磁力仪的研制与应用。图5-6是目前通用的美国产MP4高精度磁力仪外形结构图。图5-6 MP4高精度磁力仪5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理超导磁力仪（superconducting magnetometer）：某些金属如铅、锡、铌等在冷却到一个相应的极低温度以下时，其电阻为零，这种现象叫做超导效应。超导效应与磁场之间有密切关系，在一定条件下磁场可以破坏超导状态。利用这一现象观测磁场的仪器称为超导磁力仪。这种磁力仪灵敏度可达到10-5～10-6纳特，适于进行分量相对测量，测量范围极宽,响应频率也较高（0～n×10赫）。因此，近年来得到了很大的发展。但由于仪器工作时需要以液氦作为冷却剂，消耗较大，生产、运输、储存均感不便。解决这一问题的途径在于研制小型专用制冷机或有待较高温度的超导材料的出现。null4、电磁方法仪器 图5-9是德国Metronix公司生产的GMS-06大地电磁测深仪器，它自带GPS天线进行测量定位，该仪器体积小，野外施工方便，其磁传感器MFS-06具有多种突出特征，这使它成为电磁勘探中的一流设备。通常采用的是感应式磁接受器（也称磁探头）或磁通门式磁探头，也有用光泵或超导磁探头的。电接收器常用较稳定的铅电极（长期观测用）及各类不极化电极。 图5-9 大地电磁测深仪的工作原理及探头图5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理Various Airborne SystemsVTEMAeroTEMFixed-Wing TDEMHelicopter FDEMnull 电测深法中视电阻率的测定是通过观测供电电流I及其产生的电位差，再用公式计算而得。可见，电测仪器的主要任务就是测量电位差和电流，但并非普通的电位差计都可应用。图5-10是重庆产的高密度电阻率测量仪器的外形图以及电极测量原理。 5、电测仪器图5-10 国产WGMD-2电阻率测量系统5.2 地球物理信息采集与方法原理null 放射性测量主要是利用放射性元素的衰变规律进行衰变粒子释放强度测定，从而推算放射性强度的方法。6、放射性测量仪器图5-11 测氡仪原理图 我们以氡测量仪器为例来说明放射性仪器的工作原理。目前常用的测量仪器，主要为FD－3017RaA测氡仪，FD－3016和RM-1003测氡仪等。 图5-11为FD-3017RaA测氡仪原理图。5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理二、地球物理方法技术原理简介 1、地震方法 地震波动方程是地震波传播的弹性力学理论基础，它的理论推导基于力学的牛顿第二定律和描述形变与位移关系的虎克定律，当介质的性质发生变化，如均匀弹性介质变为非均匀介质、粘弹性介质、多相介质（液-固-气相）以及各向异性介质时，波动方程的推导和求解会变得复杂起来。null5.2 地球物理信息采集与方法原理 现以比较简单的频率域弹性介质声波波动方程为例，来介绍地震方法技术的原理。 （5.1） 这里 表示拉普拉斯算子（ ），是总的声压场，s是源的位置， 为频率， 为地下介质变化的声速， 表示脉冲震源 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 。地震勘探的情况是已知某一边界上的声压场，求解地下的速度分布，在数学上称之为反问题。null5.2 地球物理信息采集与方法原理 初始的研究大多数情况是假设地下介质是一个半无限弹性空间，这种情况下的波的传播是比较简单的。层状介质中的地震波传播情况是不同的，而且相对于非层状介质来说是比较复杂的。比如说，勒夫面波需要层状介质的存在，瑞雷面波只有当某种层状特性存在时才会有频散特性。另外地震反射只有当遇到地层界面时才会发生。 当界面存在时，我们就会遇到频散现象、地震折射、地震反射和勒夫面波。另外有时还可看到不同类型的波在地质界面上发生转换。 null5.2 地球物理信息采集与方法原理传播方向null5.2 地球物理信息采集与方法原理四川汶川地震传播模拟图null5.2 地球物理信息采集与方法原理（1）重力的定义null5.2 地球物理信息采集与方法原理力F引起质点m的加速度 地球上质点的加速度g可以测定，一般 mrM地球null5.2 地球物理信息采集与方法原理重力=引力+离心力 1）重力不指向地心 2）力 加速度 离心加速度 赤道处null（2）重力的分布规律 重力在空间上的变化原因在于：第一，地球并非正球体，而是一个两极压缩的扁球体，其赤道半径约为6378km，而两极半径约为6356km；第二，由于地球表面的起伏，即重力随高度而变化；第三，处于不同纬度的物体具有不同的自转半径r，所受的惯性离心力不同，因而重力随纬度而变。第四，地下物质密度分布不均匀也将引起重力发生变化。 重力随时间的变化有两种：一种是月球、太阳等天体的引力引起的重力变化，其表现具有一定的周期性，也称为潮汐变化，或称为重力固体潮；另一种是地球形状的变化和地下物质分布的变化引起同一地点重力随时间的变化，其表现为非周期性的，也称为非潮汐变化。 5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理地面在重力勘探中，通常只测量重力的垂直分量（3）重力异常 null5.2 地球物理信息采集与方法原理null3、磁力方法 （1）基本概念 磁法勘探是利用地壳内各种岩（矿）石间的磁性差异所引起的磁场变化（磁异常）来寻找有用矿产资源和查明地下地质构造的一种物探方法。 （2）地磁要素 地磁场强度一般用T来表示，它在X、Y、Z三个轴上的投影分别为：北分量X，东分量 Y，垂直分量 Z。其中X、Y、Z、H、T、D、I各量统称为地磁要素。5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理库仑定律： 真空中的磁导率: 磁场强度：单位正磁荷所受的力 磁感应强度： SI 单位 Wb/m2(特斯拉 T) ，磁法勘探中，以纳特 (nT) 为单位, 1nT=10-9T 磁场强度和磁感应强度是描述磁场性质的两个物理量(3)磁学基本知识null5.2 地球物理信息采集与方法原理磁偶极距 磁偶极子的磁距 磁化强度 磁极化强度 磁化率 磁化强度和磁极化强度描述介质被磁化程度的物理量null（4）地磁场的分布规律 根据各地的地磁绝对测量结果，可以绘制出地球表面各地磁要素的等值线图。在世界地磁图上反映的地磁场分布规律为：两极处，Z=T=±60000～70000nT， H=0，I=±90º；赤道处，H＝T＝30000～40000nT，Z＝0，I=0º；在北半球，Z、I为正值，且自南向北逐渐增加，H自南向北逐渐减小，方向指向磁北；T向下倾；在南半球，Z、I为负值，且自南向北绝对值减小，H自南向北增加，方向仍指向磁北，T向上倾。5.2 地球物理信息采集与方法原理null（6）岩（矿）石的磁性 自然界中的各种岩石具有不同的磁性，即使同种岩石，由于矿物成分，结构特点不同，其磁性也不相同。岩石之间的磁性差异是磁法勘探的物理基础。岩石的磁性由磁化率和磁化强度表示。 5.2 地球物理信息采集与方法原理（5）磁异常 磁异常是地下岩、矿体或地质构造受地磁场磁化后，在其周围空间形成、并叠加在地磁场上的次生磁场。 null 4、电测方法 电法是地球物理中非常重要的一类方法。它是以地下介质的电性参数为基础，通过探测介质的电性参数的差异来解决各种地质、环境和工程方面的问题。 它的基本理论是基于稳定电流场的欧姆定律，具体表示为：5.2 地球物理信息采集与方法原理null（1）电阻率剖面法和测深法 ●电剖面法是以研究地电断面横向电性变化的一类方法；而电阻率测深法则是研究地表某点下方电性的垂向变化的一种方法。 ●电阻率剖面法和电阻率测深方法是电阻率勘探方法中最重要也是最基础的方法。两个方法比较，电剖面法更适合于探测产状陡立的高、低阻体，如划分不同岩性的接触带、追索断层及构造破碎带等。而测深法主要用于研究介质的垂向分层。 （2）电成象方法（高密度电阻率法） 高密度电阻率法实际上是将电剖面方法和电测深结合起来的一种阵列电阻率勘探方法。 5.2 地球物理信息采集与方法原理null（3）电磁感应法5.2 地球物理信息采集与方法原理 电磁感应法的种类很多，从场源形式上可以分为人工场源及天然场源两种，其中人工场源又可分为连续波场、瞬变脉冲电磁场。连续波场是向地下发射不同频率的正弦波电磁场，并观测场的空间分布。也可以改变发射频率、从而研究异常场随频率的变化，因此，这种形式的电磁法又称为频率域电磁法。它也分成频率域电磁剖面法和频率域电磁测深法。null5.2 地球物理信息采集与方法原理 电磁法是以交变电磁场为基础的地球物理方法，根据岩、矿石的导电性、导磁性及介电性的差异，通过研究场的空间和时间分布特性从而来解决有关地质问题的一类地球物理方法。它的基本理论是基于由磁场变化激发电场的电磁感应定律和由电场变化激发电场的位移电流概念所构成的麦克斯韦方程组。具体表示为： 其中为磁场强度，是电感应强度，为电场强度，为磁感应强度，表示旋度，表示散度，是电荷体密度。null5.2 地球物理信息采集与方法原理null5.2 地球物理信息采集与方法原理 在电磁法中还有一类时间域电磁法，也称为瞬变电磁法，它是以不接地回线或者接地线源通以脉冲电流为场源，向大地发射不同形式的脉冲电磁场，在脉冲的间歇时间观测电磁场随时间的衰减，从而来解决有关的地质问题。 null5.2 地球物理信息采集与方法原理SystemStep (off)Impulse (negative)Square waveHalf-sine waveTrapezoid waveTransmitter Waveformt=0t=0t=0t=0t=0DtDttnull（4）地质雷达方法 探地雷达（Ground Penetrating Radar简称GPR）是 利用发射的宽带高频脉冲电磁波在遇到介电常数差异界面后发生反射来确定地下介质分布的一种方法。 5.2 地球物理信息采集与方法原理null5、放射性测量方法 放射性测量的基本原理是原子核物理。 我们知道地球上岩石、土壤、水以及一切与之有关的制品和生物体内部存在天然放射性元素，这些放射性元素自发地衰变使原子核放射出α、β、或γ射线，构成了地球辐射背景的重要组成部分。放射性方法就是根据地壳物质的天然或人工放射性性质，研究岩石、土壤中放射性元素的分布与迁移规律，解决环境辐射、灾害预报与保护人类安全的理论与方法技术。5.2 地球物理信息采集与方法原理null思 考 题1、你认为学好地球物理学的因素有哪些？ 2、地球物理信息都包括哪些？它们的理论基础和应用条件是什么？ 3、地球物理与医学物理的异同点在哪里？ 4、地球物理学的研究内容和相关学科是什么？ 5、获得理想的地球物理信息的关键是什么？null一、地球物理的信息处理简介 1、地球物理数据的校正方法 ●动校正 动校正是对多道反射地震勘探的共中心点道集进行的（见图5-18），各道数据中由于不同偏移距所引起的随传播时间变化的动态时差进行消除，以便使共中心点道集中具有不同水平偏移距离的来自同一点反射的波具有相同的到达时间，也即完成将所有数据的反射时间校正到自激自收时间的任务，使得来自同一点的反射波可以做到同相叠加。5.3 地球物理的信息处理与解释应用null图5-18 共中心点道集的示意图图5-18 共中心点道集的示意图5.3 地球物理的信息处理与解释应用 若以炮检距Xi为横坐标，以反射波到达各接收点的旅行时间ti为纵坐标，其曲线方程为：null5.3 地球物理的信息处理与解释应用 共深度点时距曲线上的t0(x=0)为共中心点处的回声时间。t0=2h/V，它相当于在M设置激发点，在同一M点接收所观测到的波至时间，一般称它为自激自收时间。习惯上把共深度道集内第一道（炮检距最小者）的炮检距xi称为偏移距。 因为来自同一个反射点，其道集内的各道应具有相似的波形。但由于炮检距不同，其各道的反射波存在着一定的时差。以自激自收时间t0作为基准时间，由共反射点道集内各道反射波到达时间减去t0时间可得到各道相对于中心道的时间差，成为正常时差。其值为： Δt = ti-t0 = t0(x2/V2+t02)1/2-t0= t0[(x2/t2V2+1)1/2-1] 从各道反射波的到达时间中减去正常时差的过程就称为正常时差校正或动校正。null5.3 地球物理的信息处理与解释应用五次叠加示意图null5.3 地球物理的信息处理与解释应用null5.3 地球物理的信息处理与解释应用null5.3 地球物理的信息处理与解释应用动校正速度适当动校正速度偏低动校正速度偏高动校正处理以前动校正处理前后与速度分析基础null●静校正 静校正是对反射地震勘探中由于近地表的因素所造成的各道数据的不一致进行校正，主要是校正由于近地表高程、低降速带的速度和厚度、以及激发点深度变化等引起的接收道上的一个仅与地表位置有关的固定时差，以便使所有的激发点和接收点都位于同一高程、都具有同一激发深度以及都具有相同的低降速带厚度。5.3 地球物理的信息处理与解释应用null图5-19 野外静校正量计算示意图5.3 地球物理的信息处理与解释应用 它包括了井深校正、低速带校正、地形校正。 静校正除了野外静校正以外，还有基于统计理论的剩余静校正。null5.3 地球物理的信息处理与解释应用原始单炮静校单炮null●地形改正●纬度改正●中间层改正●高度改正●日变改正●均衡改正5.3 地球物理的信息处理与解释应用重磁数据校正处理null●地形改正●纬度改正5.3 地球物理的信息处理与解释应用高于测点的地形使重力减小，低于测点的地形使重力不足（减小）。将地形校成水平面时，重力值应加上一个校正值 ，是正值。在崎岖山地，向北重力增大，改正值为负纬度南北向离基点距离（公里）null5.3 地球物理的信息处理与解释应用●中间层改正●高度改正A基准面A、B两点的高度不同，地球引起的正常重力值也不同，将所有的测点拉到基准面。高度使重力值减少，校正值为正。 地形改正后，存在中间层，使重力变大，去掉该层，校正为负值，根据板状体公式有：null●向下延拓●向上延拓●水平求导●垂直求导5.3 地球物理的信息处理与解释应用位场数据的延拓与求导null5.3 地球物理的信息处理与解释应用 重力场延拓是重力资料解释中很重要的方法，现在我们用球体异常说明重力场延拓的作用，球体的最大异常是 ，设G=1,对于ΔM1=1和ΔM2=4的两个球，在两个高度的异常如下： 可见，场的向上延拓使小而浅的物体的影响减小，大而深的物体的影响相对放大。场的向下延拓的作用正相反：将小而浅的物体的影响放大。场的延拓是由计算完成的h=1, △g1max =1； h=2，△g2max =1 ； h=2, △g1max =1/4 ； h=3, △g2max =4/9；null5.3 地球物理的信息处理与解释应用磁场数据的向上延拓处理结果null2、离散数字序列的处理方法● 提高信噪比的滤波处理● 提高分辨率的反滤波与偏移处理3、正演模拟与反演拟合 ● 模型假设 ● 数值计算 ● 反演求解5.3 地球物理的信息处理与解释应用null5.3 地球物理的信息处理与解释应用地震数据反褶积前后的结果对比null5.3 地球物理的信息处理与解释应用null5.3 地球物理的信息处理与解释应用地震数据偏移前后结果对比剖面null5.3 地球物理的信息处理与解释应用地球物理的模型及其应用 地球模型或者某种地质现象的模型，是以数学公式或数值形式来表征地球的某种性质或规律的，它是对地球内部介质这一复杂研究客体的合理抽象和高度概括。经过这样的抽象或简化，在理论上或者概念上应该更能反映或逼近于客体的性质。 null5.3 地球物理的信息处理与解释应用地球物理学中的模拟 地球内部的介质、结构和物理-力学性质错综复杂。地球深部状态和过程目前尚无法进行直接观测，为此除对地面的观测资料采用数值计算进行反演外，另一个重要途径就是进行实验室或野外大尺度的模拟实验，即物理模拟和数学模拟。null5.3 地球物理的信息处理与解释应用物理模型单炮记录null5.3 地球物理的信息处理与解释应用空洞物理模型叠加剖面记录空洞物理模型偏移剖面记录null5.3 地球物理的信息处理与解释应用null5.3 地球物理的信息处理与解释应用null5.3 地球物理的信息处理与解释应用地球物理学中的反演计算 地球物理学可以根据地面（地下）或者高空的观测资料（如来自深部的地震波、电磁波、热流或者重力场等）来推断地下的结构、构造和物质属性等情况，即地球物理学中的反演或反问题。然而地球物理的反演（特别是重、磁、电、热）存在着多解性或者解的非唯一性。初值和边值的约束 为了判断地球物理理论和方法解释的正误，以缩小其解的不确定性，地球物理学研究中常常利用初值（时间）和边值（空间）加以约束，这些条件虽不能确定一个假说的真伪，但却可以限制一些不着边际的臆想。null二、地球物理的信息解释与应用1、资源与能源领域的应用●重磁（位场）测量在固体矿产资源中有着重要的应用。 由于重磁测量往往在起伏的山区或起伏的飞行线上测量，因而复杂地形条件下重磁资料的三维反演方法就显得十分重要。 ●地震勘探方法技术是油气田勘探领域最为有效的探测技术，过去几十年地震勘探在全球发现了80%以上的油气田，当然这其中大多数都是构造型油气田，目前岩性油气田的发现是地震勘探所面临而且是必须解决的问题。 5.3 地球物理的信息处理与解释应用null●三维地震勘探目前也已成为主要的探测技术，下图5-49为某地区油气目的层的波阻抗反演后的三维立体显示图。图5-49 三维地震反演结果显示图5.3 地球物理的信息处理与解释应用null●同样在火山岩等地震方法难以奏效的地区可以采用电磁波方法技术进行含油气地下构造的三维成像，见图5-50。图5-50 柴达木某地电磁波勘探三维岩性结构 5.3 地球物理的信息处理与解释应用null 工程与环境领域地球物理通常被称为近地表地球物理，它主要研究的是地表下200米以上近地表的各类工程与环境灾害探测与监测问题，图5-51是秦皇陵的高密度电法探测结果，其勘查结果与图上右边的洛阳铲探测结果基本相符，验证了考古科学已从过去的所谓“挖掘的科学”变成现今的“探测的科学”的说法在某种意义上的正确性。2、工程与环境领域的应用5.3 地球物理的信息处理与解释应用null图5-51 秦皇陵地球物理探测结果剖面图5.3 地球物理的信息处理与解释应用null5.3 地球物理的信息处理与解释应用放射性局部图良渚古城北城墙外古水系局部分析处理研究磁法局部处理结果高密度电法局部图古河道古河道古河道null 图5-52是利用水下声剖面探测已得到的水下地形探测结果，该结果为水下航道的规划以及沉船的位置确定奠定了基础。图5-52 水底起伏形态的声波探测结果5.3 地球物理的信息处理与解释应用null 图5-53是利用反射地震方法得到的钱塘江水下江底构造的情况，该结果将会为城市地质调查和水下建设工程的勘测提供基础资料。5.3 地球物理的信息处理与解释应用null 图5-54为地质雷达用于长江堤坝边坡治理进行质量检测的，它可以获得边坡上抛石的多少和厚度达标情况信息。图5-54 长江边坡堤坝抛石质量检测结果示意图5.3 地球物理的信息处理与解释应用null3、大地构造研究中的应用 地震层析成像方法类似于超声CT方法，图5-55是利用远震观测的P波走时反演得到的青藏高原北缘的构造特征。图5-55 远震P波层析成像发现青藏高原北缘 阿尔金断裂岩石圈剪切构造5.3 地球物理的信息处理与解释应用null●深部人工地震方法可用来主动研究大地构造情况，图5-56是一张来自美国地质调查局的深部地震探测结果，它清楚地反映了大陆边缘的构造情况。图5-56 北美加拿大大洋-大陆边缘-大陆内部深地震反射剖面5.3 地球物理的信息处理与解释应用null4、国防建设领域的应用(1)航天（空）重力与航空磁测——探潜、大规模杀伤性武器的探测与核查、地下藏兵（军火）洞的寻找，导弹与火箭的导航定位技术，关键是要有先进的卫星或机载重力梯度或者磁力探测装置。图5-57为一张全球卫星重力测量的立体示意图。图5-57 全球卫星重力测 量示意图 图5-58 出没于海中的潜艇 5.3 地球物理的信息处理与解释应用null(2)重力匹配辅助潜艇导航系统——重力匹配导航是一项新的技术，有一定的风险和需要较大的投入，但为提高我国海军潜艇的隐蔽性和发起突然袭击的能力，提高我国海军潜艇的精确打击能力和战斗力，发展该项技术具有重要的战略意义。图5-58为潜艇浮出水面。 (3)潜艇的磁导航技术——由于海水的强烈屏蔽，陆域的GPS定位，不能用于水下潜艇的定位。目前，惯性导航是潜艇的主要定位手段，但由于惯性导航的积累误差（系统定位精度：0.2km/14d），长时期的潜伏航行，会产生较大的定位误差，需要其它手段进行辅助定位。水域的磁场较重力场及海底地形等有更大的变化，可以考虑利用水域的磁场，为潜艇定位、导航。 5.3 地球物理的信息处理与解释应用null5.3 地球物理的信息处理与解释应用5、科学理论与假说验证 大陆漂移与板块构造，地球内部温度分布，地球内部物质组成与地震预报的等理论已经并还需要地球物理学的进一步完善； 地幔对流、地球起源和地磁场起源等各种假说将需要地球物理学的进一步验证。 null大地电磁与地震联合解释成果null 地震与重力联合研究古潜山初始模型拟合误差大拟合误差较大拟合误差较小高山 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 无山方案低山方案null5.4 作用与展望1、资源的需求在不断增长； 2、人类生存的环境在不断恶化； 3、高新技术在不断的进步； 4、战争的危险依然存在； 5、人们对未知的渴求永无止境。null5.4 作用与展望null 地球物理学的今后发展，目标是将地球作为一个整体系统来研究，重点是地球内部物理与动力学，探讨资源、能源、灾害和环境及其深层过程，并进行高层次的综合研究。 这就要求地球物理学家必须在利用相邻各有关学科已有新成就的基础上，吸取“养分”，进行交叉、渗透与熔融，以寻求新的突破和升华。5.4 作用与展望null5.4 作用与展望浙江大学地球物理方向介绍: 梯队: 院士1人，博导2人、教授1人，副教授3人； 科研项目：目前承担了国家重大科技专项项目子课题1项，国家高新技术863项目4项，国防973项目1项，国家自然科学基金项目5项，省部级以及横向项目多项，总经费1000余万元。 设备：拥有地震仪、重力仪、磁力仪、高密度电法、地质雷达、高精度GPS以及数据处理解释工作站、并行阵列机等硬件设备。 人才培养：目前有博士后2人，博士研究生8人，硕士研究生10人。null出国深造与升学就业机会： 从中科大少年班的出国情况来看；从美国休斯敦的校友聚会来看；从目前的就业形势与考研比例来看。 学生可在石油与天然气能源勘探、城市工程物探、铁路与公路交通勘察、地震分析预报、环境保护与监测、水利电力工程、冶金矿产资源调查、国防以及海洋、国土、测绘等部门和领域就业； 5.4 作用与展望null进一步深造的专业： 地球物理学一级学科（理学），固体地球物理学和空间物理学两个二级学科。 地质学一级学科（理学），地球化学、地层学与古生物学、矿物学岩石学矿床学、构造地质学四个二级学科。 地质资源与地质工程一级学科（工学），矿产普查与勘探、地质工程和地球探测与信息技术三个二级学科。5.4 作用与展望null进一步深造的学校（博士点）： 北京大学、浙江大学、南京大学、中国科技大学、武汉大学、吉林大学、中山大学、同济大学、中南大学、中国地质大学、中国石油大学、中国矿业大学、中国海洋大学、成都理工大学、西北大学、河海大学、华东师范大学、兰州大学、厦门大学、南京师范大学、东北大学、合肥工业大学、西南交通大学、山东科技大学、昆明理工大学、西安科技大学、大庆石油学院、西南石油学院等。5.4 作用与展望思考题思考题1、学习地球物理学，有什么应用前景？ 2、能举出几种地球物理数据处理方法吗？其目的是什么？ 3、地球物理正反演的含义是什么？作用如何? 4、地球物理在二氧化碳的地质埋存方面能做些什么？ 5、地球物理信息解释的关键是什么？null谢谢!If you need help or give your comments, you can contact me: 87953731(教六楼317), 13588154791，邮件：tiangang@zju.edu.cn