地球物理勘探復(fù)習題.doc
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1、地球物理勘探:應(yīng)用物理學(xué)原理,勘查地下礦產(chǎn)﹑研究地質(zhì)構(gòu)造的一種方法和理論,簡稱物探。 2、地球物理勘探的主要工作內(nèi)容是:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、地質(zhì)解釋。 3、地球物理場類型:彈性波場、重力場、磁力場、電磁場、地熱場、物理化學(xué)場。 4、應(yīng)用地球物理方法的物質(zhì)基礎(chǔ):巖石、礦石的密度,磁性,電學(xué)性質(zhì),彈性。 5、應(yīng)用地球物理:是以巖石、礦石(或地層)與其圍巖的物理性質(zhì)差異(如密度、磁性、電性、彈性、放射性差異等)為物質(zhì)基礎(chǔ)的,用專用的儀器設(shè)備觀測和研究天然存在或人工形成的地球物理場(如重力場、地磁場、電場等)在空間上的局部變化(稱為地球物理異常),進而達到查明地質(zhì)構(gòu)造、尋找礦產(chǎn)資源和解決工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及環(huán)境檢測等問題的目的。 6、火成巖的密度主要取決于礦物成分及其含量的百分比,成巖過程中的冷凝、結(jié)晶分異作用,不同成巖環(huán)境; 沉積巖的密度密度主要取決于:孔隙度,孔隙充填物成分與含量,地質(zhì)年代與埋深; 變質(zhì)巖的密度與礦物成分、礦物含量、孔隙度均有關(guān),主要由變質(zhì)的性質(zhì)和變質(zhì)程度來決定。 7、三大巖石密度:火成巖>變質(zhì)巖>沉積巖。 8、地層(表層)巖體密度的測定方法:小樣測定、大樣法、重力測井。 9、磁性本質(zhì): 任何物質(zhì)的磁性都是帶電粒子運動的結(jié)果。 物質(zhì)宏觀磁性:抗磁性(逆磁性)、順磁性、鐵磁性。 10、磁法勘探中,表征巖石磁性的物理量: kk(Mi)、 Mr 及 M 11、 法勘探利用的電學(xué)性質(zhì)有:導(dǎo)電性、電化學(xué)活動性、介電性和導(dǎo)磁性。 12、 表征導(dǎo)電性的物理量—電阻率 定義:在國際單位制中,電流垂直通過邊長為1m的均勻立方體物質(zhì)時,所遇到的電阻值即為該物質(zhì)電阻率。單位:歐(姆)米,記作Wm。 13、影響巖、礦石導(dǎo)電性的因素:巖石、礦石成分和結(jié)構(gòu);含水性;溫度;壓力 14、(1)巖石極化:在特定自然條件下,巖石或礦石在各種物理化學(xué)過程作用下,能夠形成面電荷和體電荷的性質(zhì)稱為巖石極化。 (2)巖石極化分為兩種類型:自然極化、激發(fā)極化 自然極化:——形成自然電場 表面極化:由不同地質(zhì)體接觸處的電荷自然產(chǎn)生的 兩相介質(zhì)的體極化:由巖石固相骨架與充滿空隙空間的液相接觸處的電荷自然產(chǎn)生的 激發(fā)極化,是在人工電場作用下產(chǎn)生的極化?!ぐl(fā)極化電場 15、地震波在不同地層中傳播的速度值取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)和密度。 影響(沉積巖)地震波速度的主要因素:孔隙度及孔隙充填物、密度、埋藏深度、構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代、溫度。 16、地球重力場:地球內(nèi)部(除地心外)、地球表面及地表附近空間等存在重力作用的范圍稱為地球重力場。 重力場強度:通常采用單位質(zhì)量在重力場中所受的重力大小來度量,場論中稱為重力場強度。P/m=g(重力加速度) 17、(重力勘探中凡提及重力均指重力加速度,重力的單位實際上已不再是力的單位,而是重力加速度的單位) 國際單位SI制:m/s2 ,無專用名稱 常用重力單位:g.u.(gravity unit)=10-6 m/s2,1m/s2=106 g.u. CGSM制:“伽”(Gal)—紀念伽利略:第一個測定重力加速度值 常用重力單位:“毫伽” (mGal),1mGal=10-3Gal 高精度重力測量常用: “微伽”(mGal), 1mGal=10-3mGal= 10-6Gal 新老單位換算:1g.u.=0.1mGal=100mGal,1mGal=10g.u. 18、重力勘探:主要是利用地下物質(zhì)密度分布不均勻所引起的重力微小變化來實現(xiàn)構(gòu)造或礦藏勘探目的的。 19、地球重力場的影響因素:地面上任意一點的重力值主要取決于:測點緯度、高度、周圍地形、重力固體潮、地下密度不均勻體分布(僅此對找礦有意義) 20、重力異常:由于實際地球內(nèi)部的物質(zhì)密度分布非常不均勻,因而實際觀測重力值與理論上的正常重力值總是存在著偏差,這種在排除各種干擾因素影響之后,僅僅是由于地下物質(zhì)密度分布不勻而引起的重力的變化稱為重力異常。 重力異常的實質(zhì):重力異常就是地質(zhì)體的剩余質(zhì)量對測點處單位質(zhì)量所產(chǎn)生的附加引力在重力方向上的分力(或投影),若剩余質(zhì)量為正,則異常為正,反之則為負。 重力異常的基本特征與應(yīng)用:特征:相對性;不同種重力異常(?g,Vzz等)特征不同,對目標體敏感度不同;重力勘探主要應(yīng)用布格重力異常,(基于不同校正方法可得不同異常);重力異常比較平滑、清晰(相對磁異常而言)。 應(yīng)用:重力固體潮;利用不同地球重力場模型的位系數(shù),可計算出全球范圍的重力異常、大地水準面高程異常以及重力垂直梯度異常等,為研究全球的板塊構(gòu)造、地幔內(nèi)物質(zhì)的密度差異、地幔流分布等提供重要依據(jù)。 21、 地磁場強度(地磁感應(yīng)強度)的單位--磁法勘探單位 SI制:用特斯拉或符號T表示, 磁法勘探實用單位:納特(nT) 1T=IWb/m2(韋(伯)/米2),1nT=10-9T CGSM制:常用單位為伽瑪(γ),lg=10-5Gs(高斯)=1nT 22、地磁要素:七要素 表示任一點地磁場大小和方向特征的物理量稱為地磁要素 地磁場總強度矢量 T 北向分量(X)、東向分量(Y) 垂直分量(Z); 水平分量(H),指向為磁北方向 T的傾斜角(I),下傾I為正,反之I為負 磁偏角(D),磁北向東偏D為正,西偏D為負 23、地磁圖——描述地球基本磁場變化特征的圖件 定義:根據(jù)地磁測量得到的某一特定日期(一般選在1月1日零點零分)的測量結(jié)果,按照經(jīng)緯坐標網(wǎng)繪制的地磁要素等值線圖,稱為地磁圖。 分類:按編圖范圍分為:世界地磁圖和局部地磁圖兩種。 24、重力場與地磁場的異同:相同點: 均為人為不可控天然穩(wěn)定場—被動物探 均隨空間位置變化,具有一定的空間分布規(guī)律 即正常重力場或正常地磁場 都隨時間發(fā)生微小變化 不同點: 重力場和地磁場成因不同、性質(zhì)不同; 重力場為單極場,地磁場近似為偶極場; 重力場為強場,地磁場為弱場;(相對而言) 地磁場為強時變,重力場弱時變;(相對而言) 重力異常與地磁異常的異同:不同點: 地面各點,重力異常?g大小可能不等,但方向一致(均鉛直向下或向上);磁異常?T大小不同,且方向也不完全一致。 磁異常?T:正負相伴出現(xiàn);重力異常?g:全正,或全負; 描述磁異常的要素多;描述重力異常的要素只有一個; 磁異常圖:復(fù)雜,異常變化劇烈,幅度大(因磁性差異可達上千倍)重力異常圖:平緩、清晰,幅度?。芏炔町愖畲蠹s2~3倍) 磁異常較重力異常計算復(fù)雜, 重力異常:微小質(zhì)點異常的簡單疊加, 磁異常:矢量合成??紤]剩余磁性時,計算更復(fù)雜; 磁異常識別難(干擾因素多且強烈雜亂);重力異常識別易; 相同點: 定義方式相同,本質(zhì)上均為異常矢量在正常場方向的投影; 利用泊松公式可以由磁性體引力位計算磁性體的磁位以及各分量;(前提條件:物體均勻磁化、密度均勻) 25、彈性波:振動在彈性介質(zhì)中的傳播(或在彈性介質(zhì)中傳播的波) 彈性波產(chǎn)生的條件:激發(fā)振動,彈性介質(zhì) 應(yīng)力:在外力作用下彈性體發(fā)生形變時,阻止其形變,欲使其恢復(fù)原狀的內(nèi)力稱為內(nèi)應(yīng)力,簡稱應(yīng)力。(功能定義) 應(yīng)力定義:單位面積上的內(nèi)力(量化概念)。 應(yīng)變:彈性體受外力或擾動作用所產(chǎn)生的體積和形狀變化。 應(yīng)變可分為:縱向(或脹縮)應(yīng)變和橫向(或剪切)應(yīng)變。應(yīng)變可用彈性常數(shù)表示。 位移:當介質(zhì)發(fā)生形變時,介質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點位置的變化 26、μ的物理意義:阻止剪切應(yīng)變(eij),故常稱為剪切模量 液體沒有剪切應(yīng)變 ,μ=0 楊氏模量E:圓形或多棱形柱體一端受力,側(cè)面為自由面時,所加應(yīng)力與伸長之比 泊松比б:橫向縮短與縱向伸長之比 其值介于0~0.5之間。松軟和不膠結(jié)物質(zhì)б達0.45,堅硬巖石б值很低,液體б=0.5 體積壓縮模量K:固體受均勻靜壓力時,所加壓力與體積變化之比 27、 地球物理學(xué)的問題分:正演問題,反演問題 正演問題:按事物一般原理(或說模型)以及相關(guān)的條件(初始條件、邊界條件)來預(yù)測事物的結(jié)果。而這些結(jié)果往往是可以由觀測而得到的。 反演問題:根據(jù)實際觀測的(有時也用理論的)地球物理場的觀測值解釋出(定量或定性)地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu),包括地質(zhì)形態(tài)和巖層的物理性質(zhì)。 28、數(shù)學(xué)模擬方法求解地球物理正演問題的一般步驟:地質(zhì)建模、數(shù)學(xué)建模、模擬計算。 地球模型建立的要求:模型應(yīng)能夠反映主要地質(zhì)構(gòu)造和巖石、礦物特征,具有代表性或普遍性(共性)、針對性(目的性)、特殊性(特殊問題) 模型不宜太復(fù)雜,否則無法建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型;或者計算結(jié)果太復(fù)雜,難以分析、辨認地質(zhì)特征與地球物理場特征之間的聯(lián)系。 29、用于地球物理場計算的常用數(shù)值計算方法:有限差分法、有限元法、積分方程法、(擬譜法(偽、虛)譜法、射線追蹤法) 30、有限差分法:是以差分原理為基礎(chǔ)的一種數(shù)值計算方法。 基本原理:差分原理。 連續(xù)偏導(dǎo)數(shù)(微商)差商(離散化) 微分方程差分方程 邊值條件差分方程 得到邊值問題的數(shù)值解。 一般步驟: (1)區(qū)域離散化網(wǎng)格剖分:確立合適網(wǎng)格步長,邊界節(jié)點定位 步長選擇很重要——決定計算精度、速度 (2)微分方程離散化——構(gòu)建差分方程 邊界條件離散化——構(gòu)建邊界條件差分方程 初始條件離散化——構(gòu)建初始條件差分方程 (3)線性方程組形成與求解 31、物理模擬方法基本原理:相似原理 方法:按比例復(fù)制地質(zhì)模型 (通常比例尺為1:100和1:100萬之間) ; 模型的物性參數(shù)一 般也應(yīng)按一定的比例改變; 觀測裝置要微型化。 縮小模型響應(yīng)能代表野外實際模型響應(yīng) 模擬準則:使實際模型場與模擬場具有相同的幅值和規(guī)律 32、地震勘探:利用地層和巖石的彈性差異來探測地下地質(zhì)構(gòu)造,尋找有用礦產(chǎn)資源的一種極其重要的地球物理勘探方法。 原理:地面人工激發(fā)地震波,地震波向地下傳播時,遇到不同彈性地層的分界面就會產(chǎn)生反射波或折射波返回地面,用專門的儀器記錄這些波,再經(jīng)專門計算或儀器處理,分析所得記錄的特點,如波的傳播時間、振動形狀等,能較準確地測定地下界面的深度和形態(tài),判斷地層巖性。 地震波:震源激發(fā)的機械振動在巖層介質(zhì)中傳播所形成的一種機械波。人工激發(fā)的地震波是一種脈沖波,因其對地球介質(zhì)作用力小,時間短,因此,大多數(shù)情況下可以認為地震波是一種彈性波,可利用彈性波理論來研究其傳播特性。 33、方法分類——運動學(xué)分類——反射波法、折射波法、透射波法 按照探測地質(zhì)體深度不同劃分:淺層地震勘探,又稱高頻地震勘探;中深層地震勘探,又稱中頻地震勘探;深部地震勘探,又稱低頻地震勘探 按觀測方式劃分:二維地震(2D)、三維地震(3D)用于勘探 重復(fù)地震——重復(fù)2D 、四維地震(4D)——重復(fù)3D (時間推移地震) 用于儲層預(yù)測和油藏開采動態(tài)監(jiān)測 34、地震地質(zhì)模型:理想彈性介質(zhì)和粘彈性介質(zhì)模型,各向同性和各向異性介質(zhì)模型,均勻介質(zhì)、層狀介質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)模型,單相介質(zhì)與雙相介質(zhì)模型。 35、地震波特點:(1)地震波是彈性形變的傳播,是一種機械波。 是彈性介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點振動的傳播就形成的彈性波 (2)地震波是一個非周期短脈沖振動,稱為地震子波。 時域特點:有確定的起始時間和有限的能量,有一定的時間延續(xù)長度,是在短時間內(nèi)衰減的一個信號 頻域特點:頻譜是帶限型,有一定的寬度 (3)地震子波實際上是由無數(shù)個不同頻率、不同振幅的簡諧振動組成,地震子波與其頻譜間具有單值對應(yīng)關(guān)系, 即,任一地震波形都單值對應(yīng)于它的頻譜,反之,任一頻譜都唯一確定一個地震波形 (4)地震波既可用隨時間變化的波形(時間域)來描寫, 也可用其頻譜特征(頻率域)來表述。在任何一個域內(nèi)討論地震波都是等效的。 (5)地震波的時間延續(xù)長度與其頻譜的寬度成反比。 即,波的延續(xù)時間越長,頻譜寬度就越小。 36、地震波的基本類型——動力學(xué)分類 (1)按波在傳播過程中質(zhì)點振動方向區(qū)分為: ①縱波:質(zhì)點振動方向與傳播方向一致。因質(zhì)點在波的傳播方向振動而使介質(zhì)壓縮和膨脹,故也稱為壓縮波、疏密波、無旋波或P波(Primary—初波;因其最快,故是初至波) ②橫波:質(zhì)點振動方向與傳播方向垂直。因質(zhì)點振動方向與波的傳播方向相垂直,引起介質(zhì)的剪切型波動。故又稱為剪切波、等體積波、旋轉(zhuǎn)波或S波(Secondary—次波) SV波——垂直偏振橫波 SH波——水平偏振橫波 傳播特點:①縱波傳播速度比橫波快,Vp≈2Vs ②液體內(nèi)μ=0,Vs=0,液體內(nèi)不能傳播橫波 ③縱波能在固體、液體、氣體中傳播,橫波只能在固體中傳播 (2)按波所能傳播的空間范圍 體波:縱波和橫波可以在介質(zhì)的整個立體空間中傳播,合稱為體波。 面波:波動能量僅存在于彈性分界面(自由表面或分界面)附近的波稱為面波。 瑞利(雷)波(Rayleigh waves) ,既有P波成分,又有SV波成分,沒有SH波成分 拉(樂)夫波(Love waves),SH波 (3)按利用價值劃分——從實用性出發(fā) 有效波:習慣上把地震勘探方法主要應(yīng)用的波稱為有效波。 干擾波:是相對有效波而言的,一切妨礙有效波記錄的各種波都稱為干擾波。 37、地震勘探的三個階段:野外數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)資料處理、地震資料解釋。 38、無限介質(zhì)中波傳播的動力學(xué)特點:波的振幅(能量)、波形、頻譜(振幅、相位)、極性等與波的形狀有關(guān)的特點。 (1)質(zhì)點位移函數(shù)特點:單位正壓力作用于球腔壁時,彈性介質(zhì)中產(chǎn)生的縱波質(zhì)點位移規(guī)津是按指數(shù)衰減正弦振動,是一種強阻尼振蕩,衰減快慢取決于系數(shù)ξ的大??; 振動的強弱決定于振幅系數(shù),且隨波傳播距離r的增大成反比地減??; 縱波質(zhì)點位移方向與波的傳播方向r一致。 (2)能流密度(即波的強度)I:(反映波的強度)單位時間通過波傳播垂直方向上單位面積的能量。 球面擴散:波的振幅與傳播距離成反比,距離越大,振幅越小,波前面越大,單位面積上的能量越小,這種現(xiàn)象稱為球面擴散,這是幾何原因造成的能量減小,與介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。 (3)波在彈性介質(zhì)中傳播的過程,實質(zhì)上是質(zhì)點位移隨時間和空間變化的過程。 波形:描述質(zhì)點位移隨時間、空間變化的圖形。 若質(zhì)點位置用x表示,振動時間t,位移U 地震波形可有兩種:振動(曲線)圖和波剖面 振動圖:反映某固定質(zhì)點,不同時刻的振動關(guān)系圖形,U(t),應(yīng)用廣,常見記錄 波剖面:反映同一時刻不同質(zhì)點間的振動關(guān)系的圖形,用U(x)表示,僅出現(xiàn)于正演中 通常無特殊說明,地震波形主要指振動圖 (4)地震波的頻譜特征:不同的波,有不同的頻譜特征; 隨傳播距離增加(淺中深),地震波頻譜會發(fā)生變化; 在不同介質(zhì)中傳播的地震波其頻譜特征(主頻和頻寬)也不相同。 (5) 地震波的吸收 因球面擴散引起的能量衰稱為幾何衰減 因介質(zhì)的非彈性引起的地震波能量衰減稱為吸收 通常用吸收系數(shù)來描述吸收作用,吸收系數(shù):單位距離內(nèi)振幅的相對變化。吸收系數(shù)與波的頻率有關(guān) 特點:吸收使波的振幅隨傳播距離的增加而減小; 在不同巖層中,吸收作用不同:一般致密巖石中吸收現(xiàn)象較弱,地表疏松層中吸收作用較強; 介質(zhì)對高頻成分的吸收作用比低頻強。吸收使地震波高頻成分減少,進而使其時間延續(xù)度增加,分辨率降低。 (6) 惠更斯-菲涅爾原理: 惠更斯(Huygens)于1690年提出了由某時刻波前求另一時刻波前的原理:某時刻波前上各點都可看作廣義繞射源,并發(fā)出二次子波,各二次子波前的包絡(luò)構(gòu)成下一時刻的波前 優(yōu)點:可以確定波前的幾何位置 不足:不能確定位移位的大小 39、 斯奈爾(Snell)定律是描述波在彈性分界面上反射、透射后波的傳播方向的定律。 定理:波在彈性分界面上將產(chǎn)生分裂(能量重新分配 )形成4個二次波,其傳播方向與介質(zhì)速度有關(guān),滿足物理學(xué)中的反射—折射定律。 同類波:與入射波波型相同的二次波(均為縱波或橫波) 轉(zhuǎn)換波:與入射波波型不同的波 40、 振幅方程(Zoppritz方程)的討論 垂直入射(α=0)認識: ①垂直入射時,不存在轉(zhuǎn)換波,只有同類反射、透射波 ②只有上下介質(zhì)波阻抗不相等時才有反射波,波阻抗差值越大,反射波能量越強。 ③R>0表明入射波和反射波相位相同。R<0說明二者反相,這種現(xiàn)象稱為“半波損失”,反射后好像丟了半個波長,峰←→谷。 ④透射系數(shù)總為正,表明透射波與入射波同相位。 ⑤同一界面上、下行波反射系數(shù)、透射系數(shù)相互關(guān)系。 地震勘探中,界面深度 >> 炮檢距,射波傳播一般可近似看成垂直入射 傾斜入射(α≠0) AVO(Amplitude versus offset)技術(shù) 課件 41、薄層——相對概念,層厚?h<λ/4的地層或雙程旅行時τ=2?h/v- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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