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第4章异常分析及解释………………………………………………………………………19
4.1区域地质分析………………………………………………………………………19
4.2地质构造解释…………………………………………………………………………20
第5章心得体会………………………………………………………………………………21
第6章参考文献………………………………………………………………………………22
第1章工区背景介绍
1.1工区自然地理简介
重力勘探于7月11--18日在秦皇岛抚宁县刘家河地区进行。
抚宁县位于河北省东北部,县城距省会石家庄453公里,西距北京240公里,东距秦皇岛30.5公里。
南临渤海,北靠长城,东部与秦皇岛和辽宁交壤,西与昌黎、卢龙两县相邻。
又处辽西走廊,扼华北与东北之咽喉,地理位置十分优胜。
经纬坐标为:
东经119.6°
,北纬40.1°
。
总面积1646平方千米。
1988年被国务院列为沿海开放县。
1992年开辟了“南戴河高新技术产业园区”。
气候属暖温带半湿润大陆性季风型气候,四季分明,气候宜人,光照充足,雨量充沛。
境内铁路、公路四通八达,通讯先进迅捷,电力、煤炭充足,县城新区和南戴河城镇基础建设日臻完善,生活服务设施齐全,文化娱乐场所众多。
图1-1工区地理位置及交通图
1.2工区地质地球物理概况
地质资料显示,实习工区内的地层分布,大致以NEE走向的平山-南林子-南刁部落逆断层(断裂带)为界,南部出露地层以元古界混合花岗岩为主,属区域变质岩;
混合花岗岩中存在燕山期辉绿岩脉,走向与断裂带基本一致,属浅层基性侵入岩浆岩体。
平山-南林子-南刁部落断裂带以北是柳江盆地,亦称柳江复向斜。
该向斜核部位于工区西北,枢纽为南北走向,平面形态为相形,东西两翼地层倾角较大,南缘快速扬起,以上古生界至中生界地层为主;
盆地东部地层以寒武、奥陶等下古生界为主,岩性为碳酸盐类,边缘地带有少量上元古界青白口系地层出露,沉积层厚度小于盆地西部;
工区内的第四系沉积物主要分布于河谷等局部地段,厚度不大。
从地层岩石的岩性及其密度来看,断裂以北的下古生界和青白口系以碳酸盐组合为主,密度略大于南部作为基底的元古界混合花岗岩,密度差约0.1g/
,混合花岗岩内部与断裂构造有关的燕山期辉绿岩的密度则明显大于前二者,密度差约0.3g/
可见,在该地区开展重力勘探的物理前提是充分的。
1.3地质任务简介
沿工区总体的北北西方向沿穿山小路路线测量,勘测一条经过主要辉绿岩脉的剖面,剖面总体方向约NE60°
,与主要构造方向大致垂直,点距设计为25m,经过刘家河、卞庄和侯庄三个自然村,路线总长度3公里。
第六小组承担以下任务:
项目
任务(点号)
精度
时间
高程测量
30~~60
20mm
7.13
重力测量
50~~80
40uGal
7.14
地形改正
80~~110
25uGal
第2章工作设计及施工
2.1前期准备工作及工作设计
、设计原理
比例尺的大小反映了对测区研究对象或异常体研究的精细程度,通常根据地质任务、规模及异常特征来确定,一般以不漏掉最小勘查对象所引起的异常为准则。
面积性勘探时至少有一条测线穿过异常体,即线距不能大于异常的水平延伸;
测线方向垂直于异常走向,尽量与已有的其它物探剖面重合或者平行,并兼顾到布点、施工的方便,并最好2—3个点位于异常体上;
选取测区时要使勘探对象位于测区中央,确保异常的完整性,并尽可能包括已知区;
对于一般的小范围测量,测区的形状尽可能规则,测点均匀的分布在测区内,在已知的勘探对象上方适当加密。
本次实习采用同一剖面重力测量手段对断裂带的宽度,产状及延伸情况进行探测,故不存在测网的概念。
、实习工作设计
针对柳江盆地东南边沿断裂构造及岩浆岩分布进行初步调查这一地质任务要求,同时考虑到场地条件、实习装备以及工作量适当等因素,本次重力勘探实习采用剖面重力测量方式进行。
因此,工作比例尺及测网确定的主要内容是测线位置、点距及异常总精度的设计。
根据地质任务要求、重力勘探规程、可能的异常规模,以及工区地表施工条件等,提出以下的设计方案:
1)设计勘探剖面1条,可于刘家河——卞庄、侯庄一线,沿乡村道路布设路线剖面;
测线位置及长度的设计主要考虑局部异常的完整性、所经地质构造及地质体的代表性、尽可能使测线垂直于构造方向(约为NE60-70°
)、施工方便等。
2)剖面长度3Km左右,点距为25m。
3)布格重力异常总精度设计为0.04mGal。
4)测线敷设采用地形图定位,罗盘确定方向,测绳测距确定测点位置,地面水准闭合测量确定测点高程的施工方式。
5)近区地形改正使用简易地改仪在野外完成;
中区地形改正基于1︰10000地形图,使用扇形域方法改正至500~1000m,远区可从略。
6)重力测量在工区选定一个基点,采用相对测量方法;
异常计算和解释所需的密度参数根据实地采集的标本测定结果确定,此次实习选择的基点位于五十号点附近,地势平坦,便于重力测量。
7)由对所获得的布格重力异常资料进行处理和推断解释,以获得对工区地下地质构造、地层及岩体分布等信息。
成果图比例尺为1︰5000。
图2-1刘家河工区测线布置图
2.2、测量精度分配
当布格重力异常总精度确定之后,根据所使用的重力仪的性能、野外工作方法、工区地形条件、测地工作精度等,来合理地对重力观测精度及各项校正的误差进行分配。
在满足布格重力异常总精度的前提下,通过反复调整使得所设计的各项精度都比较容易实现;
以保证勘探工作的顺利进行,并具有较高的工作效率。
对于中小型测区的重力勘探来说,布格重力异常总精度由测点观测精度、地形校正精度、纬度校正精度和布格校正精度,这四个部分组成。
根据实习比例尺可以得到重力勘探中误差分配的参考方案。
重力勘探中误差分配的参考方案
工作比例尺
异常总精度
(微伽)
测点观测精度(微伽)
地形校正精度(微伽)
纬度校正精度(微伽)
布格校正精度(微伽)
1︰5000
40
20
25
10
所以本次实习设计的布格重力异常总精度是40微伽。
各项精度分配结束之后,必须使用布格重力异常总精度的合成公式进行验算,以确保满足异常总精度的设计要求。
布格重力异常总精度计算公式是:
同时,对地形校正精度、布格校正精度和纬度校正精度还要进行更进一步的分配和设计:
地形校正总精度按照各区的改正误差式计算:
结合校正方法,进一步分配至近区、中区、远区地形校正精度;
但本次实习忽略远区地形校正,所以初步分配近区地改精度是15微伽,中区地改是20微伽。
纬度校正精度,根据误差计算公式:
计算得出测点点位(南北向坐标)所需精度是
布格校正精度,根据误差计算公式:
计算得出测点高程测量所需的精度是
2.3、仪器调试与准备
第六小组所使用的为CG-5重力仪。
施工前仪器的准备主要有以下方面的内容:
1、CG-5重礼仪的主要性能指标:
(1)直接测量范围为7000mGal,无需量程调节,可覆盖全球。
(2)零位变化率为0.5~1mGal/日,零漂线性程度高。
(3)工作条件较好时当日闭合的典型测量精度约10~20mGal。
仪器的灵敏度调节与纵、横水准曲线测定需要交叉进行;
同时确定水平零点位置,即读数线位置;
该读数位置经过仪器调整确定之后不再改变,工作中需要经常检查。
2、重力仪静态试验(小组未进行)
目的是了解仪器的静态零点漂移情况和环境温度对仪器的影响,每隔25~30分钟观测一次,正式施工前要求连续观测24小时以上。
观测资料经理论固体潮校正后,绘制重力仪的静态零位移曲线。
3、重力仪动态试验(7月12日)
目的是了解重力仪在野外施工环境及使用条件下的零位变化,采用两点或多点重复观测方法,正式施工前要求连续观测时间覆盖仪器的实际使用的区间(一般连续观测时间10~12小时)。
观测资料经理论固体潮校正和段差修正后,绘制重力仪的动态零位移曲线,以此作为确定重力仪漂移线性变化的最大时间间隔(基点闭合时间长度)的依据,以及野外的最佳工作时间段。
4、格值及其标定
CG-5重力仪观测数据则直接以毫伽为单位给出。
仪器使用者只需在格值标定场获得比例因子,并用其对测得的重力差值进行修正即可。
换算公式为:
5、仪器操作练习
(1)在观测点上架好仪器底盘,大致使三角底座气泡居中;
(2)打开仪器箱,取出仪器,轻轻的放到底盘上,打开电源,进入调平界面;
(3)调节底座上的水平调节螺丝,使横竖水平丝完全居中;
(4)进入测量界面,注意观察X,Y偏移值。
一旦数值过大则重新调平;
(5)连续测量三组数据,数据间相差在5uGal则记录最后一组值(重力读数和时间);
(6)完成后退出(F5)测量界面,再删除(F4)或者记录(F5)数据;
(7)确定退出后,移到下一点,重复上述步骤进行测量。
2.4高程测量
测地工作的主要任务是确定测点的平面位置坐标及其高程,目的是对重力测量结果作各项校正,以确定重力异常,并进行图示。
考虑到实际条件,本次工作的水平测量工作是在基于surfer软件平台数字化大比例尺地形图上得出,野外测地工作只做水准仪高程测量。
1、测地工作设计
1)精度要求:
设计闭合差20mm;
2)测点距:
设计25m,实际~27m;
3)任务段:
50点~~30点~~50点,50点~~60点~~50点,共两段往返闭合程;
4)技术规范:
1.水准要求:
水准仪每测段同向旋转一周,保持气泡始终居中。
2.尺面要求:
后(正面)~前(正面)~前(背面)~后(正面)。
高程测量结果(30点~~60点段)
2、测点水准高程测量
利用水准仪的水平视线及其观测标志,读取其前后标尺的刻度,可以确定该两点的高程差值。
通过多站连接点测量,取得测线起点与总基点的相对高程,再从测线起点逐一向前测量,完成全部测点的水准高程测量。
要求对标尺的正反两面进行读数,差值不大于2mm,记录格式规范。
为控制和了解测点水准高程测量的精度,水准测量要求完成路线闭合,可以采取从起始点出发再回到起始点的方法进行闭合测量。
本次实习规定闭合差不大于设计的水准测量允许误差的2倍,所取得的资料合格后,再经过平差处理和计算取得全部测点的相对高程值。
3、检查测量
水准测量工作中第六小组的测量工作是作为检验其他组的测量质量的作用,经比对后得如下结果:
高程检验表(30~~60点段)
2.5重力观测
1、基点测量的技术要求和观测方式
重力测量采用相对测量方法。
为了提高测量精度,控制仪器在测量过程中的零点漂移以及其它因素对仪器的影响,并将观测结果换算到统一的水平,需要在重力测量过程中建立基点。
基点应选择在地基稳固、联测方便、干扰小的地方。
本次实习的基点选在50号点附近(西侧下坡)。
基点是重力值和重力异常的起算点,也是重力测量的质量控制点;
在重力测量开始和结束时均应在基点上进行观测,以便对重力仪的性能状况进行及时了解,并准确地对各观测点进行零点漂移校正。
重力测量流程图
2、普通点观测
普通点是测区内为获得被观测地质体对象引起的重力异常而布置的观测点。
普通点一般采用单次观测方法。
每次测量工作都开始于基点,并终止于基点。
首位两次基点间观测时间不超过仪器零位变化线性范围的最大时间间隔。
观测方式概括如下:
(1)每个工作单元时间的重力测量必须起始于基点,且终止于基点。
(2)每个工作单元的早基点,需要做辅助基点观测(基点辅助基点基点);
要求在基点和辅助基点上分别都读取三个合格观测值,最大差值小于读数末位的10个单位。
其中,两次基点的平均读数之差须小于读数末位的15个单位(约15微伽);
否则,说明仪器不稳定性不够,暂时还不能进入测区工作。
(3)普通点采用单次观测,在每一个测点上读取3个读数,最大差值小于读数末位的10个单位,计算平均读数,同时记录观测时间。
(5)注意测定和记录每个测点的仪器高,以便校正。
重力测量结果图
3、质量检查观测
为了检查和评价普通点重力观测质量,需要对测点观测质量进行检查。
按照一定原则抽取一定数量的测点作为检测点,对这些检测点再进行一次测量(单次检查观测),用检查观测获得的重力值与先前的测量结果进行比较,经统计确定重力测量结果的质量。
检查点的抽取原则是:
(1)“一同三不同”原则;
即在同一点位,于不同时间、用不同仪器、由不同操作员进行检查观测;
(2)检查点的分布在时间和空间上大致均匀;
(3)检查点数应占总点数的3~5%,并不少于30个;
由于实习工作量较小,我们的观测水平普遍不高,采用部分重复观测。
2.6地形改正
地形校正是重力勘探重要工作内容,工作量大且烦琐,尤其在山区开展工作时,地形校正的质量往往对重力异常精度的高低起着决定性的作用。
实习工区范围小且较为平坦(最大高差小于40米),为地形校正工作提供了极为有利的条件。
地形校正方案如下:
1、近区地改0~20米。
分为0~10米和10~20米两环,用简易地改仪在实地进行测量获得改正值;
2、中区地改20~700米。
分为20~50米、50~100米、100~200米、200~300米、300~500米、500~700米六环,用地改量板从1/10000地形图读取高差后,从地改表中查出改正值。
其中,前三环分为8个扇形柱,后三环分为16个扇形柱,作圆域地改,读图及地改值计算表见表3-5。
3、经过估算,远区地改值的变化十分平缓,故略去远区地改工作;
将其作为区域重力场背景看待,在异常划分时予以消除,不会对局部重力异常的形态产生明显影响。
中区地形改正计算表
测点号:
测点高程:
米各环总改正值:
微伽表3-5
范围
1
2
3
4
5
6
7
8
校正值
20~50m
高程m
高差m
改正值
50~100m
100~200m
第3章观测数据及处理
3.1原始观测数据表
原始测量数据表(局部)
3.2数据整理及校正
.数据整理(观测过程误差的校正)
1.格值转换
2.固体潮校正:
由观潮记录表查得
3.仪器高校正:
勘测工作需要的是桩基顶点的重力值,而实际工作中(由于地面和脚架的原因)重力仪的观测面(仪器的底面)会高于或者低于桩顶。
因而需要将重力观测值校正到桩顶面,用以下公式:
4.零漂校正
..布格重力异常计算
1.正常场校正
2.地形校正(见2.6节地改部分)
3.布格校正
3.3布格异常曲线
布格重力异常图
布格异常图大致沿测线降低,与地形图呈正相关镜像,有北西向南东降低。
在60点附近有幅值较大的凸起,在90号点和110号点附近有次级幅值凸起的点,疑似为目标异常。
3.4局部场重力分离
1.背景场分析
如下,燕山地区布格重力异常图。
秦皇岛—山海关一线位于山海关—绥中—锦西重力梯级带的西南段;
该梯级带走向约为NE70°
,长度由抚宁县至锦州市绵延近200km,南北两端分别向西和向北弯曲,中段较平直,整体形态向东南渤海方向凸出;
该重力梯级带的宽度范围大致由渤海西岸向NW方向横跨近30km,异常变化幅度约30mGal,平均水平重力梯度约为1mGal/km,由SE向NW方向减小。
即,区域重力异常是由SE向NW方向减小的重力梯级带,在测区图幅(3km测线长)内可看做是线性渐变的。
燕山地区布格重力异常图
2.局部场与区域场的分离
.线性偏差法(基于matlab平台)
原理:
对测量序列数据做不同步长值的偏差法,得到以下不理想的效果:
步长1,迭代10次
步长1,迭代100次
可见,以上平均场效果并不好,显然不是迭代次数的问题。
很有可能是步长(频率成分)的问题,则对数据经行多种步长反复迭代。
对于步长V(V从10~1),V=10的代码为:
%/*step=10*/
forj=1:
100
fori=114:
-1:
21
a(i)=y(i);
a(i-10)=y(i-10)-(y(i)+y(i-20))/2;
end
fori=1:
a(i)=z(i);
End
迭代后效果更加差,跳跃性和局部平台、分峰现象特别严重,则考虑放弃平均场法。
反复迭代后效果为:
.直接线性拟合法
根据渤海附近布格重力图,布格梯级带的梯度为沿着WE方向0.83mGal/km。
则在总场布格曲线下直接减去背景场,可大致得到局部的异常(相对大区域)。
计算公式为:
由于基点定在50号点附近(西侧),则南侧相对重力异常值出现负值。
并不是绝对异常值为负值,而是相对于基点的重力值更小。
曲线不甚光滑,但是大体有三个峰,主峰在42号点左右幅值为1.6mGal(相对g=-0.8平面),其南侧有大幅度不规则跳跃。
次级异常在68号和88号点之间。
.滑动平均法(基于Excel)
红色线条为滑动平均后的趋势图,相对原曲线有一定的右移,但曲线光滑程度很高。
按路线坐标点绘重力异常剖面,异常幅值1.6mGal,主要特征为:
1)布格重力异常由SE向NW方向总体呈现逐渐下降趋势,幅度约1.6mGal,并大致以78号点为界,分为南北两段;
2)南段在下行趋势上表现为一个较大规模的正异常,范围约1.5km(16—78点),幅度约1.3mGal,异常北翼下降很快,其中有两处扭曲;
3)在78号点已北,布格异常基本沿趋势线一路下降,变化范围1.3mGal,局部波动0.2-0.3mGal;
北端122号点以北下降速率有增大趋势;
4)北段92-106号点之间呈现较明显局部重力低,幅度0.2mGal以上
第4章异常分析及解释
4.1.区域地质分析
测区位于柳江盆地南缘,基底为二长花岗岩,在测线段的北部出现,在76号点附近出露有正长石英伟晶岩,倾向向北。
南缘大部分为沉积地层覆盖,主要是砂岩和第四系覆盖。
局部也有风化比较严重的辉绿岩露头,认为是后期岩浆作用倾入的脉体,密度相对围岩较大(正异常),是本次工作的目标异常。
定性的认为,重力异常峰(42点)是辉绿岩脉的位置。
大致与课堂上ppt的地质-地球物理解释图一致,由于曲线特征点不明显、没有亲自进行地质踏勘工作缺乏对区域地质情况的直观认识,则不再进行定量解释。
地质地球物理解释(摘自先前资料)
4.2.地质构造解释
1.基岩形成。
新太古界岩浆运动的时期,本区域地下岩浆呈酸性的深成岩溶,由于运移速度较缓慢、冷却时间长,形成了自形程度很高的二长花岗岩类(76号点附近甚至出现了正常石英伟晶岩),作为本区域的基底。
2.接受沉积。
接下来(最晚晚元古界之前),北侧区域成为水漫区域近陆缘,接受陆源碎屑沉积,直到奥陶记(或者更近)地层顺次沉积。
3.形成破碎带。
奥陶记(或更晚)区域地质南北向呈水平挤压(推覆)应力,以100号点为中心,南北两侧向中心挤压形成以100号点为中心的地垒构造。
北侧地层韧性较好,向南推覆的过程中形成牵引扭曲。
南侧花岗岩由于韧性差,向南依次形成破碎带,在78号点附近形成明显逆断层。
4.岩脉倾入。
燕山期本区域演讲活动剧烈,基性岩浆迅速运移的近地表,遇到原有的应力集中区破碎带,沿破碎带迅速运移到地表。
由于营内地质力作用剧烈,岩浆快速运移、迅速冷却,形成了伪晶质的辉绿岩。
5.风化剥蚀。
岩脉的倾入抬升了地表,脱离了水平面,出露的地表岩石遭受风化剥蚀。
第5章心得体会
读万卷书不如行万里路,这是我对重力勘探专业课实习的体会。
最大的感悟是理论知识和实际应用的矛盾,我们永远不能完全预测或者计划好在实际施工中会遇到什么样的细枝末节的阻碍,在课堂上永远无法完全透彻(或者基本)理解任何一个概念或者现象。
理论知识和实际应用的矛盾。
重力测量出发之际,猛然发现要求测量的高度是哪个(地面、桩顶与仪器底面之间),在车上与组长的激烈讨论才发现这一细节概念竟然差点儿成为工作的关键障碍。
为稳妥起见决定把桩-地、桩-仪的高度全纪录下来,最后老师特别强调测量后者。
操作过程中仔细想想,这是一个很关键的概念问题:
我们直接测量的是谁的重力值?
我们需要得到的是哪个重力值?
明白了这个问题之后,才恍然大悟——这个问题的根源是理论与实际施工条件的矛盾调和——为了严格标记,我们野外施工会定桩并以桩顶面作为观测面。
但是,实际测量时底座的存在会使得仪器底面(直接测量面)会与目标面存在一个高差。
细节和规范的重要性。
我们小组水准测量一直保持着很高的精度(8.5mm相对于其他组的20多mm),第一天我们认为是由于路线分了段,每段闭合回程较小。
但是,第二天做重力测量时遇到了某水准小组,注意观察了他们的工作流程。
原来他们为了省事儿,没有遵循水准测量的两个规范顺序:
1.转尺。
规范流程是:
后(正)——前(正)——前(背)——后(背),由于反复转动尺子会造成气泡的变化以及消耗时间,该组顺
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