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重力學(xué)與重力勘探 版權(quán)信息
- ISBN：9787030744517
- 條形碼：9787030744517 ; 978-7-03-074451-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
重力學(xué)與重力勘探 本書特色
從重力學(xué)理論、重力應(yīng)用出發(fā)，建立了完善的理工融合的教材內(nèi)容。
重力學(xué)與重力勘探 內(nèi)容簡介
本書共分為兩篇十二章，從重力學(xué)理論、重力應(yīng)用出發(fā)，建立了完善的理工融合的教材內(nèi)容。針對全球重力研究地球結(jié)構(gòu)、重力資源勘查的兩個方面來進行重力相關(guān)知識的全面歸納，圍繞重力場模型、重力場特征、重力場作用等。對于重力勘探圍繞衛(wèi)星、航空、海洋、陸地重力測量及校正方法均進行了系統(tǒng)的介紹，且針對處理與解釋新方法進行了對比性介紹，從而適用于地球物理學(xué)、勘查技術(shù)與工程專業(yè)本科和研究生系統(tǒng)了解重力學(xué)和未來發(fā)展趨勢。
重力學(xué)與重力勘探 目錄
目錄
前言
**章概述1
**節(jié)重力學(xué)與重力勘探的研究對象與任務(wù)1
第二節(jié)重力學(xué)與重力勘探發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢3
習(xí)題14
第二章地球重力場15
**節(jié)地球形狀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)15
第二節(jié)重力、重力位與重力場基本概念22
第三節(jié)地球正常重力29
第四節(jié)重力組成及重力異常物理意義32
習(xí)題37
第三章重力儀的分類38
**節(jié)重力測量分類38
第二節(jié)地面重力測量儀器39
第三節(jié)航空重力測量儀器64
第四節(jié)海洋重力測量儀器67
第五節(jié)井中、衛(wèi)星重力測量儀器72
第六節(jié)重力梯度儀74
習(xí)題81
第四章重力野外工作方法82
**節(jié)地面重力測量技術(shù)82
第二節(jié)航空重力測量技術(shù)103
第三節(jié)海洋重力測量技術(shù)106
第四節(jié)井中和衛(wèi)星重力測量技術(shù)108
習(xí)題114
第五章重力資料整理115
**節(jié)地面重力測量數(shù)據(jù)整理115
第二節(jié)航空重力測量數(shù)據(jù)整理136
第三節(jié)海洋重力測量數(shù)據(jù)整理140
第四節(jié)井中、衛(wèi)星重力測量數(shù)據(jù)整理142
習(xí)題145
第六章重力異常正演計算146
**節(jié)正演概述146
第二節(jié)簡單條件下規(guī)則地質(zhì)體重力異常146
第三節(jié)簡單條件下非規(guī)則地質(zhì)體重力異常161
第四節(jié)密度分界面重力異常164
習(xí)題168
第七章重力資料地質(zhì)解釋及實例應(yīng)用170
**節(jié)重力異常地質(zhì)解釋概述170
第二節(jié)重力解釋在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用174
第三節(jié)重力解釋在地球深部構(gòu)造及結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用182
第四節(jié)重力勘探在資源勘察、工程勘察等領(lǐng)域中的應(yīng)用187
習(xí)題205
第八章地球固體潮206
**節(jié)引潮力、引潮力位及其展開207
第二節(jié)地球固體潮平衡潮現(xiàn)象219
第三節(jié)重力固體潮理論值計算223
第四節(jié)彈性地球模型潮汐響應(yīng)——勒夫數(shù)225
第五節(jié)固體潮作用231
習(xí)題234
第九章地球重力場模型及地球形狀236
**節(jié)地球重力場模型236
第二節(jié)利用重力異常確定大地水準(zhǔn)面240
第三節(jié)利用重力異常確定地球形狀254
第四節(jié)精確大地水準(zhǔn)面的應(yīng)用260
習(xí)題265
參考文獻266
附錄一杜德森編碼272
附錄二常用物理單位對照表275
前言
**章概述1
**節(jié)重力學(xué)與重力勘探的研究對象與任務(wù)1
第二節(jié)重力學(xué)與重力勘探發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢3
習(xí)題14
第二章地球重力場15
**節(jié)地球形狀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)15
第二節(jié)重力、重力位與重力場基本概念22
第三節(jié)地球正常重力29
第四節(jié)重力組成及重力異常物理意義32
習(xí)題37
第三章重力儀的分類38
**節(jié)重力測量分類38
第二節(jié)地面重力測量儀器39
第三節(jié)航空重力測量儀器64
第四節(jié)海洋重力測量儀器67
第五節(jié)井中、衛(wèi)星重力測量儀器72
第六節(jié)重力梯度儀74
習(xí)題81
第四章重力野外工作方法82
**節(jié)地面重力測量技術(shù)82
第二節(jié)航空重力測量技術(shù)103
第三節(jié)海洋重力測量技術(shù)106
第四節(jié)井中和衛(wèi)星重力測量技術(shù)108
習(xí)題114
第五章重力資料整理115
**節(jié)地面重力測量數(shù)據(jù)整理115
第二節(jié)航空重力測量數(shù)據(jù)整理136
第三節(jié)海洋重力測量數(shù)據(jù)整理140
第四節(jié)井中、衛(wèi)星重力測量數(shù)據(jù)整理142
習(xí)題145
第六章重力異常正演計算146
**節(jié)正演概述146
第二節(jié)簡單條件下規(guī)則地質(zhì)體重力異常146
第三節(jié)簡單條件下非規(guī)則地質(zhì)體重力異常161
第四節(jié)密度分界面重力異常164
習(xí)題168
第七章重力資料地質(zhì)解釋及實例應(yīng)用170
**節(jié)重力異常地質(zhì)解釋概述170
第二節(jié)重力解釋在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用174
第三節(jié)重力解釋在地球深部構(gòu)造及結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用182
第四節(jié)重力勘探在資源勘察、工程勘察等領(lǐng)域中的應(yīng)用187
習(xí)題205
第八章地球固體潮206
**節(jié)引潮力、引潮力位及其展開207
第二節(jié)地球固體潮平衡潮現(xiàn)象219
第三節(jié)重力固體潮理論值計算223
第四節(jié)彈性地球模型潮汐響應(yīng)——勒夫數(shù)225
第五節(jié)固體潮作用231
習(xí)題234
第九章地球重力場模型及地球形狀236
**節(jié)地球重力場模型236
第二節(jié)利用重力異常確定大地水準(zhǔn)面240
第三節(jié)利用重力異常確定地球形狀254
第四節(jié)精確大地水準(zhǔn)面的應(yīng)用260
習(xí)題265
參考文獻266
附錄一杜德森編碼272
附錄二常用物理單位對照表275
展開全部
重力學(xué)與重力勘探 節(jié)選
**章概述 **節(jié)重力學(xué)與重力勘探的研究對象與任務(wù) 一、重力學(xué)研究對象與任務(wù) 重力學(xué)是一門歷史悠久且經(jīng)典的地球科學(xué)重要分支學(xué)科，是研究重力場隨空間、時間變化的變化規(guī)律，并將重力數(shù)據(jù)用于大地測量、地球內(nèi)部構(gòu)造、地球動力學(xué)、資源勘探、工程建設(shè)、災(zāi)害預(yù)防等方面的基礎(chǔ)性科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)。在基礎(chǔ)理論方面，重力學(xué)的研究對象與內(nèi)容有以下幾點：有引力、重力、引力位場及地球重力場的理論研究；重力場的空間、地球表面和內(nèi)部的分布特征與規(guī)律，以及它們所反映的物質(zhì)質(zhì)量分布、密度分布的狀態(tài)、性質(zhì)、特征與規(guī)律的理論研究；重力場因天體運動和地球內(nèi)部物質(zhì)運動引起的周期性變化規(guī)律與非周期變化的性質(zhì)、機理的理論研究。但是，這些理論研究的進展程度是參差不齊的，有些理論研究已相當(dāng)成熟，并且被廣泛應(yīng)用；有些則是近些年來才取得重要的突破性進展，并在實際應(yīng)用中得到證實和推廣；還有一些則尚在探索之中。 為了獲得理論研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料，重力的測量原理、方法、技術(shù)和重力測量儀器的研制是重力學(xué)重要的、基本的研究對象與內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，建立國家重力基本網(wǎng)，一、二級重力網(wǎng)，重力數(shù)據(jù)庫以及與國際聯(lián)網(wǎng)等同樣是重力學(xué)的組成部分。觀測獲得的重力數(shù)據(jù)必須歸算到統(tǒng)一的、可對比的某種標(biāo)準(zhǔn)條件下，因此需要進行各種校正、改正、換算等處理，而這些處理的方法、技術(shù)研究與改進是必不可少的研究方向。采用經(jīng)各項改正后的重力異常資料研究地殼內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，探查固體礦產(chǎn)和油氣資源分布，查明大型建筑工程基底的穩(wěn)定性等，都是重力學(xué)的重要的研究對象。作為實現(xiàn)這些研究的基礎(chǔ)，建立地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、固體礦產(chǎn)和油氣賦存狀態(tài)的地質(zhì)模型，進而研究各種地質(zhì)模型的正、反演問題，給出對應(yīng)的正、反演理論和方法，以及與其他地質(zhì)、地球物理資料結(jié)合的綜合解釋方法、聯(lián)合反演方法等，已成為重力學(xué)研究的主要內(nèi)容，并得到很好的發(fā)展。 地質(zhì)災(zāi)害（如滑坡、天然地震、火山噴發(fā)等）是指在自然或者人為因素的作用下形成的，對人類生命財產(chǎn)造成損失、對環(huán)境造成破壞的地質(zhì)作用或地質(zhì)現(xiàn)象。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前，常常伴隨重力場的變化。因此，采用高精度重力儀監(jiān)測重力非正常變化，預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時間和地點，也是重力學(xué)研究的重要內(nèi)容。重力監(jiān)測研究包括固體潮汐變化的長期連續(xù)監(jiān)測、火山和地震等特定地質(zhì)現(xiàn)象的動態(tài)重復(fù)監(jiān)測，以及監(jiān)測結(jié)果的解釋理論、方法與技術(shù)等。 總之，重力學(xué)研究的對象與任務(wù)涉及地球表面及內(nèi)部重力場的時間、空間變化及規(guī)律研究的各個方面，應(yīng)用于資源探查、環(huán)境保護、災(zāi)害預(yù)防等與國民經(jīng)濟、國防建設(shè)相關(guān)的地球科學(xué)的各個領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用任務(wù)的需要，重力學(xué)在新理論、新方法、新技術(shù)和新儀器等方面的研究任務(wù)是相當(dāng)艱巨的，也是十分光榮的。 二、重力勘探研究對象與任務(wù) 根據(jù)重力測量或重力勘探所承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)及勘探對象的不同，大體上可以分為區(qū)域構(gòu)造重力調(diào)查、能源重力勘探、礦產(chǎn)重力勘探、水文及工程重力測量、天然地震重力測量等。 （一）區(qū)域構(gòu)造重力調(diào)查 區(qū)域構(gòu)造重力調(diào)查是國土資源區(qū)域地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)工作的一個組成部分，一般在以下幾方面發(fā)揮重要作用。 （1）研究地球深部構(gòu)造，如地殼厚度的變化（莫霍間斷面的起伏）、深大斷裂的可能部位及延伸情況、上地幔密度的不均勻性以及研究地殼的均衡狀態(tài)等。 （2）研究大地及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，劃分構(gòu)造單元；研究結(jié)晶基底的起伏及其內(nèi)部成分和構(gòu)造；圈定沉積盆地范圍，研究沉積巖系各密度界面的起伏和內(nèi)部構(gòu)造。 （3）探測、圈定與圍巖有明顯密度差異的隱伏巖體或巖層，追索兩側(cè)巖石密度有明顯差異的斷裂，進行覆蓋區(qū)的基巖地質(zhì)、構(gòu)造填圖。 （4）根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造及礦產(chǎn)分布規(guī)律，為劃分成礦遠景區(qū)提供重力場信息。區(qū)域重力調(diào)查的結(jié)果還對地球形狀以及導(dǎo)彈、宇航器飛行研究提供極為重要的基礎(chǔ)資料。 （二）能源重力勘探 重力測量可以在沉積覆蓋區(qū)快速、經(jīng)濟地圈出對尋找石油、天然氣或煤有遠景的盆地；在圈定的盆地內(nèi)研究沉積層的厚度及內(nèi)部構(gòu)造，尋找有利于儲存油氣或煤的各種局部構(gòu)造，在條件有利時可以研究非構(gòu)造油氣藏（如巖性變化、地層的推覆、古潛山及生物礁塊儲油構(gòu)造等），并直接探測與儲油氣層有關(guān)的低密度體。 （三）礦產(chǎn)重力勘探 礦產(chǎn)重力測量包括金屬及非金屬礦產(chǎn)的重力測量。它多與其他的物探方法配合，圈定成礦帶；在條件有利時，可以探測并描述控礦構(gòu)造，或圈定成礦巖體；或者直接發(fā)現(xiàn)埋藏較淺、體積較大的礦體，或?qū)σ阎V體進行追蹤等。 （四）水文及工程重力測量 在水文及工程地質(zhì)方面，重力勘探的主要任務(wù)是研究浮土下基巖面的起伏和有無隱伏斷裂、空洞，以確保廠房或大壩等工程的安全；尋找水源，如利于儲水的地下溶洞、破碎帶、地下河道等；監(jiān)測危巖、滑坡體；研究地面沉降；在地?zé)崽锏目睖y開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)熱源巖體，監(jiān)測地下水的升降以及水蒸氣的補給情況，以便合理、持久地開發(fā)地?zé)崽锏取?（五）天然地震重力測量 天然地震重力測量可分為臺站重力測量和流動重力測量兩種形式。其主要任務(wù)是研究重力場在臺站點上或在某一地震活動帶、沿一條測線或一塊面積的重力隨時間的變化。在臺站點上的觀測結(jié)果是臨震預(yù)報的依據(jù)之一；在固定測點之間進行的流動重力觀測結(jié)果是中長期預(yù)報的依據(jù)之一。 不同的地質(zhì)勘探階段可以布置適當(dāng)比例尺的重力測量工作，以完成相應(yīng)的地質(zhì)任務(wù)。隨著重力儀器測量精度的提高、測量領(lǐng)域的擴大、各項校正方法的逐步完善，以及資料處理和解釋方面新方法、新技術(shù)的發(fā)展，重力勘探所能完成地質(zhì)任務(wù)的能力和勘探效果在日益提高，應(yīng)用范圍也在不斷擴大。 第二節(jié)重力學(xué)與重力勘探發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 一、重力學(xué)與重力勘探國外發(fā)展 重力學(xué)是一門古老的學(xué)科，16世紀(jì)末至今，從重力測量開始，到重力場的理論研究，再拓展到應(yīng)用重力資料研究地球的外表形狀、地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造運動，進而深入到資源環(huán)境、災(zāi)害和空間科學(xué)等研究領(lǐng)域，這些構(gòu)成了現(xiàn)代重力學(xué)的基本內(nèi)容及研究范圍。 16世紀(jì)，意大利科學(xué)家伽利略（G.Galilei）在1590年通過從比薩斜塔上投擲鉛球的實驗和在斜面上滾落球體的實驗，發(fā)現(xiàn)了物體受地球重力下落的加速度規(guī)律。該時期就粗略地求出地球重力加速度的數(shù)值為9.8m/s2。17世紀(jì)和18世紀(jì)是科學(xué)變革的興盛時期，重力測量的理論基礎(chǔ)是伴隨著引力理論、剛體力學(xué)的發(fā)展而建立起來的。在伽利略發(fā)現(xiàn)自由落體以均勻加速度運動和擺的周期運動時間與擺的長度相關(guān)的這些認識基礎(chǔ)上，惠更斯（C.Huygens）提出了數(shù)學(xué)擺和物理擺的理論，并研制出**架鐘擺。在此后的200多年間，測定重力的唯一工具就是擺。 1672年，法國天文學(xué)家里歇爾（J.Richer）在南美洲赤道附近圭亞那的科學(xué)考察，揭示了重力隨測點位置的變化。1687年，牛頓根據(jù)開普勒行星運動定律推導(dǎo)出萬有引力定律，發(fā)表在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，這一著名的定律為（1.1）式中，F(xiàn)為引力；G為引力常數(shù)；m1、m2為兩個相互吸引物體的質(zhì)量；r為物體之間的距離。 由于萬有引力和離心運動的發(fā)現(xiàn)，牛頓提出了液態(tài)均質(zhì)地球的均衡狀態(tài)學(xué)說，認為地球是一個旋轉(zhuǎn)的橢球體，指出了地球呈兩極扁平的特征和重力是由赤道向兩極增大的規(guī)律，從而解釋了里歇爾的觀測事實。布格（P.Bouguer）將均衡狀態(tài)的研究擴展到按共焦層分布的旋轉(zhuǎn)體的研究，引入了水準(zhǔn)面的概念。克萊羅（A.C.Clairaut）在《地球形狀原理》中提出了以他名字命名的“克萊羅定理”，這一定理適用于旋轉(zhuǎn)橢球體，可以通過在不同緯度測定的兩個重力值來確定橢球體扁率，進而確定橢球體的大小，這對地球物理學(xué)有重要的意義。1735～1744年，布格等通過一系列的觀測證實了重力隨緯度的變化；1749年又進行了重力隨高度變化的觀測，并研究了重力的海平面改正（又稱高度改正）。 19世紀(jì)初的發(fā)展特點是開展新的測量方法研究和可移動儀器的研制，并進行較大區(qū)域的野外測量。1811年，德國天文學(xué)家鮑年倍格（J.Bohnenlerger）闡明了可倒擺原理。1818年英國凱特（H.Kater）研制成**臺可供野外觀測的可倒擺儀器。試用結(jié)果表明，測量誤差約為35mGal1Gal=1cm/s2。。貝塞爾（F.W.Bessel）研究了可倒擺的理論和誤差源，并研制出線擺，并在1828年前后用其實施了絕對重力測量。這種儀器的誤差已減到約為10mGal。拉普拉斯應(yīng)用克萊羅定理計算一批重力點的重力值，給出地球扁率約為1/330。1873年，理斯廷將高斯（C.F.Gauss）給出的海平面上的等位面定名為大地水準(zhǔn)面。英國數(shù)學(xué)家斯托克斯（G.G.Stokes）證明了位理論反演問題沒有唯一解，位理論反演的目的在于從外部重力場來確定地球內(nèi)部的物質(zhì)分布，這是地球物理中十分重要的研究問題。 1854年英國的普拉特（F.Pratt）整理在喜馬拉雅山附近用擺測量的垂線偏差記錄時，發(fā)現(xiàn)實測值比預(yù)期的小，表明地下存在某種補償作用抵消了一部分高山的影響，在1855年他提出一個假設(shè)，認為山脈是由地下物質(zhì)從某一補償深度起，向上膨脹而形成的，山越高，密度越小。但在補償深度以上的各個巖石柱體的質(zhì)量都相等。同年，英國天文學(xué)家艾里（G.B.Airy）提出另一個假設(shè)，認為山脈是較輕的巖石浮在較重的介質(zhì)上。山越高，它的底部伸入介質(zhì)中的深度越大，即所謂的“山根”。后人在普拉特和艾里的假說基礎(chǔ)上又提出了改進和新的均衡、補償?shù)募僬f。 1889年，美國地質(zhì)學(xué)家杜頓（C.E.Dutton）引進了均衡（isostasy）這一名稱。根據(jù)均衡學(xué)說，可見的物質(zhì)剩余（山地）和物質(zhì)虧損（海洋）可通過地殼密度或者地殼厚度的變化而得到補償，從而在某一補償深度上達到靜力平衡。 19世紀(jì)末，使用擺儀在每個測點上觀測半日至一日，可使重力差的精確度從±10～±20mGal提高到±5mGal。此時已獲得了大量可用的全球重力資料。為了便于重力資料的使用，就要求研究重力數(shù)據(jù)歸算到海平面的問題。赫爾默特（F.R.Helment）在這方面做出了貢獻，1901年，他使用經(jīng)過空間改正后的1400個重力值，得到的地球扁率為1/298.3，大大提高了地球扁率精度，由此推出的正常重力公式在20世紀(jì)初得到世界各國廣泛的應(yīng)用。1898～1904年，庫寧（F.Kühnen）和馮特萬勒爾（P.Furtwüngler）在波茨坦（Potsdam）完成了絕對重力測量。其觀測結(jié)果被確定為“波茨坦重力系統(tǒng)”的基礎(chǔ)。在1909年該系統(tǒng)被采用為世界重力基準(zhǔn)。 20世紀(jì)初，厄特沃什（R.von E？tv？s，對稱厄缶）研制成適用于野外作業(yè)的扭秤，在匈牙利進行了持續(xù)的扭秤觀測，結(jié)果表明扭秤可以反映地下區(qū)域的密度變化。在應(yīng)用地球物理方法勘探石油之初，一個顯著的特點就是使用了扭秤。1918年，施文達爾（W.Schweydar）對德國北部的一個鹽丘進行了首次探測，并研究了地形影響的校正方法。他研制的可以照相記錄的扭秤，由柏林的阿斯卡尼亞（Askania）公司于1922年生產(chǎn)，并被一些德國和美國的地球物理勘探公司用以勘探鹽丘。1930年左右，美國使用這種儀器達125臺。然而，使用擺儀和扭秤觀測，每個點的觀測時間需要1～6h，過于費時。并且扭秤對地形的不規(guī)則性反應(yīng)靈敏，所以它只能在平原地區(qū)用來測定單一的構(gòu)造。對于大區(qū)域的快速觀測，它們就不能適應(yīng)需要了，于是研制新型重力儀就被提到日程上來了。 早在1833年，赫斯切爾就提出應(yīng)用彈簧秤測定重力的設(shè)想。但是，只有在材料科學(xué)和高精度的測量技術(shù)取得進展的條件下，才有可能研制成這種儀器。1934年拉科斯特（L.J.B.LaCoste）提出應(yīng)用長周期地震儀原理研制高精度的彈簧重力儀。沃登（Sam P.Worden）研制了石英彈簧重力儀，這類儀器的測量精度達±0.05～0.2mGal；一個觀測點的平均觀測時間已縮短到10～30min。到1939年，在地球物理勘探中，這類重力儀幾乎完全取代了扭秤。至此，一些
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