微重力测量 用微重力测量探测溶洞、孔穴、废管道
\u3000\u5fae\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf15.3.1\u3000\u57fa\u672c\u539f\u7406
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\u66f2\u7ebf\u5e73\u6ed1\u5904\u7406\u7528\u4ee5\u6d88\u9664\u91ce\u5916\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf\u89c2\u6d4b\u8bef\u5dee\u548c\u5bf9\u6d4b\u91cf\u7ed3\u679c\u8fdb\u884c\u5404\u9879\u6821\u6b63\u65f6\u5f15\u8d77\u7684\u8bef\u5dee\u3002
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\uff083\uff09\u5256\u9762\u5f02\u5e38\u7684\u5e73\u6ed1\u516c\u5f0f\uff1a\u5305\u62ec\u7ebf\u6027\u5e73\u6ed1\u516c\u5f0f\u548c\u4e8c\u6b21\u66f2\u7ebf\u5e73\u6ed1\u516c\u5f0f\u3002
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\u67d0\u4e00\u70b9\u7684\u5e73\u6ed1\u503c\u662f\u5728\u5256\u9762\u4e0a\u4ee5\u8be5\u70b9\u4e3a\u4e2d\u5fc3\u53d6\u5947\u6570\u70b9\u7684\u7b97\u672f\u5e73\u5747\u503c\u3002\u7531m=1\u30012\u30013\u2026\u2026\u53ef\u5206\u522b\u5f973\u30015\u30017\u2026\u2026\u70b9\u5e73\u6ed1\u516c\u5f0f\u3002
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\u4e03\u70b9\u5e73\u6ed1\u516c\u5f0f\u4e3a\uff1a\uff084\uff09\u5e73\u9762\u5f02\u5e38\u7684\u5e73\u6ed1\u516c\u5f0f\uff1a\u7ebf\u6027\u5e73\u6ed1\u516c\u5f0f\uff08\u89c1\u524d\uff09\u3002
\u5730\u8d28\u707e\u5bb3\u52d8\u67e5\u5730\u7403\u7269\u7406\u6280\u672f\u624b\u518c
\u4e94\u70b9\u5e73\u6ed1\u516c\u5f0f\uff1a
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\u4f4d\u573a\u8f6c\u6362\u4e3b\u8981\u4e3a\u4e86\u4fbf\u4e8e\u8fdb\u884c\u53cd\u95ee\u9898\u7684\u5904\u7406\uff0c\u4e3b\u8981\u5185\u5bb9\u5305\u62ec\uff1a
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\uff081\uff09\u5145\u5206\u5229\u7528\u5de5\u4f5c\u533a\u7684\u5df2\u77e5\u5730\u8d28\u6761\u4ef6\uff0c\u5982\u5730\u5c42\u53ca\u5ca9\u77f3\u7684\u79cd\u7c7b\u3001\u6784\u9020\u4ea7\u72b6\u7b49\uff0c\u4ee5\u4f7f\u53cd\u95ee\u9898\u7684\u89e3\u5c3d\u91cf\u7b26\u5408\u5ba2\u89c2\u5b9e\u9645\uff1b
\uff082\uff09\u5ca9\u77f3\u5bc6\u5ea6\u8d44\u6599\u4e0d\u4ec5\u662f\u5e03\u7f6e\u91cd\u529b\u52d8\u63a2\u5de5\u4f5c\u7684\u4f9d\u636e\uff0c\u4e5f\u662f\u89e3\u91cd\u529b\u52d8\u63a2\u53cd\u95ee\u9898\u7684\u91cd\u8981\u53c2\u6570\uff0c\u5e94\u5f53\u8ba4\u771f\u6536\u96c6\u548c\u5206\u6790\u5229\u7528\uff0c\u5fc5\u8981\u65f6\u53ef\u91c7\u96c6\u6807\u672c\u8fdb\u884c\u76f4\u63a5\u6d4b\u5b9a\u6216\u901a\u8fc7\u5730\u8868\u91cd\u529b\u6570\u636e\u548c\u4e95\u4e2d\u6d4b\u91cf\u6570\u636e\u95f4\u63a5\u6d4b\u5b9a\uff1b
\uff083\uff09\u5145\u5206\u5229\u7528\u94bb\u4e95\u8d44\u6599\uff0c\u4ece\u4e2d\u6536\u96c6\u5404\u79cd\u5730\u5c42\u7684\u51c6\u786e\u539a\u5ea6\u548c\u5404\u79cd\u5ca9\u77f3\u7684\u7269\u7406\u6027\u8d28\uff0c\u4ee5\u4fbf\u83b7\u53d6\u89e3\u91ca\u5f02\u5e38\u6240\u9700\u7684\u91cd\u8981\u8d44\u6599\uff1b
\uff084\uff09\u5404\u79cd\u5730\u7403\u7269\u7406\u8d44\u6599\u53ef\u4ee5\u5bf9\u91cd\u529b\u5f02\u5e38\u7684\u89e3\u91ca\u8d77\u8865\u5145\u548c\u65c1\u8bc1\u7684\u4f5c\u7528\uff0c\u5e94\u5145\u5206\u5229\u7528\u3002
15.3.7\u3000\u6210\u679c\u7684\u8868\u8fbe\u5f62\u5f0f
\u5fae\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf\u7684\u6210\u679c\u5f62\u5f0f\u4e3b\u8981\u6709\uff1a\u91cd\u529b\u5f02\u5e38\u5e73\u9762\u7b49\u503c\u7ebf\u56fe\u548c\u91cd\u529b\u5f02\u5e38\u5256\u9762\u66f2\u7ebf\u56fe\uff1b\u5404\u79cd\u504f\u5bfc\u6570\u5e73\u9762\u7b49\u503c\u7ebf\u3001\u5256\u9762\u66f2\u7ebf\u56fe\uff1b\u89e3\u6790\u5ef6\u62d3\u5e73\u9762\u7b49\u503c\u7ebf\u56fe\u3001\u5256\u9762\u56fe\uff1b\u5404\u79cd\u63a8\u65ad\u89e3\u91ca\u56fe\u4ef6\u7b49\u3002
15.3.8\u3000\u5c55\u671b
\u5fae\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf\u662f\u4e00\u79cd\u65b0\u5174\u7684\u52d8\u63a2\u65b9\u6cd5\uff0c\u867d\u7136\u5176\u91ce\u5916\u6d4b\u91cf\u53ca\u8d44\u6599\u5904\u7406\u6bd4\u8f83\u590d\u6742\uff0c\u4f46\u5177\u6709\u4e0d\u53d7\u5730\u5f62\u9650\u5236\u3001\u4e0d\u53d7\u5404\u79cd\u7535\u78c1\u5f71\u54cd\u3001\u5f02\u5e38\u4f53\u53cd\u6620\u7075\u654f\u5ea6\u9ad8\u7684\u7279\u70b9\uff0c\u5728\u5730\u8d28\u707e\u5bb3\u52d8\u63a2\u65b9\u9762\u80fd\u591f\u53d1\u6325\u66f4\u79ef\u6781\u7684\u4f5c\u7528\uff0c\u5982\u5730\u9762\u584c\u9677\u3001\u6ed1\u5761\u3001\u6ce5\u77f3\u6d41\u3001\u5d29\u584c\u3001\u5730\u88c2\u7f1d\u3001\u5e93\u5cb8\u3001\u5730\u9762\u6c89\u964d\u7684\u5730\u8d28\u8c03\u67e5\u7b49\u5404\u65b9\u9762\u5747\u6709\u8f83\u597d\u7684\u5e94\u7528\u524d\u666f\u3002
15.3.9\u3000\u4eea\u5668\u8bbe\u5907
\u5fae\u91cd\u529b\u52d8\u63a2\u7684\u4eea\u5668\u8bbe\u5907\u89c1\u886815-4\u3002
\u886815-4\u3000\u5fae\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf\u4eea\u5668\u4e00\u89c8\u8868
\u81ea20\u4e16\u7eaa70\u5e74\u4ee3\u62c9\u79d1\u65af\u7279D \u578b\u91cd\u529b\u4eea\u95ee\u4e16\u4ee5\u6765\uff0c\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf\u7cbe\u5ea6\u5df2\u8fben\u00d710-2g.u.\u3002\u6240\u8c13\u5fae\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf\uff0c\u4e00\u662f\u6307\u6d4b\u91cf\u7cbe\u5ea6\u53ef\u8fbe10-2g.u.\u7ea7\uff0c\u4e8c\u662f\u6307\u8fd9\u79cd\u6d4b\u91cf\u53ef\u5728\u91cd\u529b\u5dee\u5fae\u5c0f\u7684\u6d4b\u70b9\u95f4\u8fdb\u884c\u3002\u7531\u4e8e\u5fae\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf\u5728\u4eba\u529b\u3001\u7269\u529b\u3001\u8d22\u529b\u7b49\u65b9\u9762\u6bd4\u5f88\u591a\u7269\u63a2\u65b9\u6cd5\u66f4\u4e3a\u8282\u7ea6\uff0c\u6548\u679c\u66f4\u4e3a\u663e\u8457\uff0c\u4e00\u4e9b\u56fd\u5bb6\u5df2\u5c06\u5b83\u7528\u4e8e\u5730\u5b66\u5de5\u7a0b\uff0c\u5982\u6c34\u7535\u3001\u57ce\u5efa\u3001\u519b\u4e8b\u7b49\u5de5\u7a0b\u7684\u52d8\u67e5\u4e2d\u3002\u7528\u5b83\u53ef\u8f83\u5feb\u5730\u63a2\u6d4b\u51fa\u5730\u8868\u9644\u8fd1\u7684\u6eb6\u6d1e\u3001\u5b54\u7a74\u3001\u5e9f\u7ba1\u9053\u3001\u5e9f\u77ff\u4e95\u3001\u5fae\u65ad\u5c42\u7b49\u3002
\u4f8b\u5982\uff0c\u5728\u4e00\u5bb6\u6838\u52a8\u529b\u5382\u5382\u5740\u7684\u52d8\u67e5\u4e2d\uff0c\u5229\u7528\u62c9\u79d1\u65af\u7279G \u578b\u91cd\u529b\u4eea\u4ee51.5m\u7684\u70b9\u8ddd\u5e03\u7f6e\u5256\u9762\uff0c\u53ef\u9760\u5730\u63a2\u6d4b\u5230\u4e00\u5c0f\u6865\u58a9\u5751\u5f15\u8d77\u7684\uff0d48\u00d710-2g.u.\u7684\u91cd\u529b\u5f02\u5e38\u3002\u53e6\u5728\u4e00\u6000\u7591\u6709\u5730\u4e0b\u6eb6\u6d1e\u7684\u5730\u65b9\u6d4b\u5f97\u6709\uff0d100\u00d710-2g.u.\u7684\u91cd\u529b\u5f02\u5e38\uff0c\u7ecf\u94bb\u63a2\u8bc1\u5b9e\uff0c\u786e\u6709\u4e00\u4e2a\u57cb\u6df1\u53ea\u67094.8m\u7684\u6d1e\u7a74\u3002\u53c8\u5982\u5728\u62df\u5efa\u51b7\u5374\u5854\u7684\u573a\u5730\uff0c\u5fae\u91cd\u529b\u6d4b\u91cf\u5f97\u5230\u4e24\u4e2a\u5f02\u5e38\uff0c\u7ecf\u94bb\u63a2\u8bc1\u5b9e\uff0c\u5f02\u5e38\u662f\u7531\u5730\u4e0b4.5m\u5904\u3001\u76f4\u5f84\u8fbe1m\u7684\u4e00\u7cfb\u5217\u6d1e\u7a74\u5f15\u8d77\u7684\u3002\u91c7\u53d6\u8865\u6551\u704c\u6d46\u4e4b\u540e\uff0c\u518d\u8fdb\u884c\u6d4b\u91cf\uff0c\u5f02\u5e38\u5219\u6d88\u5931\uff0c\u8868\u660e\u5927\u90e8\u5206\u7070\u6d46\u5df2\u5145\u586b\u5230\u4e24\u4e2a\u5f02\u5e38\u533a\u3002
\u5229\u7528\u5fae\u91cd\u529b\u68af\u5ea6\u6d4b\u91cf\u8fd8\u53ef\u5bfb\u627e\u5730\u4e0b\u77ff\u5751\u3002\u4f17\u6240\u5468\u77e5\uff0c\u5728\u6709\u8001\u77ff\u5751\u7684\u57ce\u9547\uff0c\u57ce\u533a\u4e0b\u6d1e\u7a74\u7684\u5b58\u5728\u5bf9\u5efa\u7b51\u7269\u3001\u5de5\u5382\u7684\u7a33\u5b9a\u6027\u548c\u57ce\u9547\u7684\u5c45\u6c11\u90fd\u662f\u4e00\u79cd\u5a01\u80c1\u3002\u56fe5-4-15\u662f\u7528\u91cd\u529b\u5782\u76f4\u68af\u5ea6\u6d4b\u91cf\u63a2\u6d4b\u5730\u4e0b\u6d1e\u7a74\u7684\u7ed3\u679c\uff0c\u5728\u6d1e\u7a74\u4e0a\u65b9\u51fa\u73b0\u8d1f\u7684\u91cd\u529b\u5782\u76f4\u68af\u5ea6\u5f02\u5e38\uff0c\u63a8\u65ad\u6d1e\u7a74\u7684\u6df1\u5ea6\u4e3a10\uff5e15m\uff0c\u94bb\u63a2\u9a8c\u8bc1\uff0c\u572810\uff5e12m\u5904\u89c1\u5230\u6d1e\u7a74\u3002
\u56fe5-4-15 \u5730\u4e0b\u6d1e\u7a74\u4e0a\u5fae\u91cd\u529b\u5782\u76f4\u68af\u5ea6\u6d4b\u91cf\u7ed3\u679c
1\u2014\u91cd\u529b\u5782\u76f4\u68af\u5ea6\u7b49\u503c\u7ebf\uff08\u5355\u4f4d10-9s-2\uff09\uff1b2\u2014\u6d1e\u7a74\u5728\u5730\u9762\u7684\u6295\u5f71\uff1b3\u2014\u5256\u9762\u4e0a\u7684\u6d1e\u7a74\uff1b4\u2014\u94bb\u5b54
微重力测量是相对于常规重力测量而言，微重力测量一词最初出现在20世纪60年代的文献中，它是指测量的精度和测量探查的对象引起的重力效应是以微伽级的数值来量度的。微重力测量还包含有测量对象的规模和尺度与一般重力测量的对象相比是较微小的意思。微重力测量的结果可以使人们对地球重力场有更加深入细致的了解；观测到的微重力异常能更好地解释地下密度异常体的形态、分布、结构。微重力测量更具有理论意义与实际的价值。
微重力测量是现代科学技术的产物，是缘于高精度重力仪的出现。70年代以来，微伽级的高精度重力仪LaCoste and Romberg（L&R仪）的逐渐引入和应用，使得精度为几个微加的重力测量成为现实。以前因仪器精度低，探测重力效应弱的勘探对象是很困难的，甚至是不能实现的。但现在微重力测量对水电工程、交通、土建工程、高层建筑等基础内部的断裂、岩石爆裂、空洞等存在或形成潜伏的威胁安全的危险性问题，都可以进行探测和作出解释。
应用微重力测量可以探测到近地表溶洞、地下河、孔穴、废矿坑巷道、巨径管道以及规模较小的地质构造断裂、断层等密度异常体，解决许多工程与环境问题，同时在灾害预报，在石油、天然气资源的勘探中，在地热资源的探测中，在地震活动区内监测地震预报，在大型水库蓄放水引起的库区的地形变化的监测中都发挥着重要作用，并得到广泛的应用。
微重力测量是在经典重力测量学的基础上发展起来的一个新的分支学科。因此，重力位场基础理论、概念等方面与经典重力学基本上是相同的，具有其共性，但其特殊性是突出“微”的性质和特点，所以在以下的章节中以“微”为特点进行叙述。
一、基本理论和概念
微重力测量的基本理论与概念与经典重力测量是一致的，所以在这里引用经典重力测量的基本理论与概念。
1.重力及其变化
（1）重力
地球上的物体除受到地球的引力外，还受到地球自转所产生的惯性离心力的作用。物体所受到的地球引力及惯性离心力的合力就是重力G，可表示为
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其方向大致指向地心，即大致沿地心引力F的方向。在地球内部及附近存在重力作用的空间称为地球的重力场。
假定地球是一个内部密度分布均匀，质量为M的扁球体（图4-4-1），根据牛顿万有引力定律，则质量为m的物体所受到的地球的引力与质量m、M及物体至地心的距离有关。物体所受到的惯性离心力与质量m，地球自转角速度及物体至地球自转轴的距离r（图4-4-1）有关。
地球重力场用重力场强度来描述。重力场强度在数值上正好等于物体受重力作用时所具有的重力加速度g，即
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图4-4-1 物体所受的重力
在重力法中，研究的量为重力加速度，并简称为重力。
在CGS单位制中，g的单位为m/s2。这个单位通常被称为伽（Gal），实用单位为“毫伽”（mGal），即千分之一伽，或“微伽”（μGal）。重力的法定单位是国际单位制，即g.u.（gravity unit），1g.u.=10-1mGal。
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（2）重力的分布规律
地球上的重力随地点和时间而变。
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6378 km，而两极半径约为6356 km；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。
假定地球的形状为一个二轴旋转椭球体，在内部的物质呈均匀同心层分布。这样就可以推导出理想地球表面（应为大地水准面）上各点重力大小的公式——正常重力公式：
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式中：gφ为地球表面任意一点的正常重力值，ge为地球赤道处的重力值，一般取9.78049m/s2，β，β1为与地球形状及地球自转角速度有关的常数，一般取β=0.0052884，β1=-0.0000059，φ为计算点所在的纬度。利用上式可以计算出地球表任一点的正常重力值。
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。
2.重力异常
将野外实测的重力值与该点理论计算的重力值比较，就会发现两者之间有一定的差异。造成这种差异的原因主要有以下两个方面。
第一，利用（4.4.3）式计算出的重力值是大地水准面上的重力值，而重力测量是在地球自然表面上进行的，地球自然表面与大地水准面之间的物质会引起重力的变化。为了消除这种影响，需要对实测重力值进行校正。
第二，地球内部物质的密度分布不均匀，使得实测重力值与正常场值之间存在着一定差异。
因此，野外实测的重力值，既包括了自然地形变化的影响，又有地下密度不均匀体造成的重力变化。为了研究后者，就必须把前者消除。在重力勘探中，我们把从实测重力值中减去正常重力值以及消除了地形等因素影响后的剩余重力值，称为重力异常。即
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式中：Δg异为重力异常值；g砚为重力观测值；Δg地为地形改正值；Δg中为中间层改正值；Δg高为高度改正值；gφ大地水准面上重力值。
3.微重力勘探的应用条件
重力勘探可用于地质勘探，大地测量、天然地震等方面的研究以及直接解决某些水文、工程地质问题。但只有当被探测的地质体能够引起足够大的重力异常，且干扰因素较小，或可以用某些方法将干扰因素区分开时，才能有效地解决这些问题。进行重力勘探应具备的前提条件为
1）重力异常的产生首先必须有密度不均匀体存在。另外，如果我们所研究的对象规模很小，尽管它与围岩之间有一定的密度差，但由于剩余质量很小，测量仪器的精度有限也不能观测到，则不能测量到重力异常。
2）仅仅有密度差也不一定能产生重力异常，还必须沿水平方向上有密度变化才行。例如一组水平岩层，虽然各层密度不同，但沿水平方向上没有起伏变化，也不能引起重力异常。
3）利用重力测量研究地质构造问题时，要求上部岩层与下部岩层有足够大的密度差，且岩层有明显的倾角，或断层有较大的落差。
4）地形平坦也是重力勘探的有利条件。这样既可以减少大量的工作，又可提高异常的可靠性。
5）干扰性异常（如表层密度不均匀，深部岩石的密度变化等引起的异常）越小越好。
现将各主要岩（矿）石密度值列于表4-4-1，其单位是g／cm3，仅供参考。
表4-4-1
二、微重力仪
重力仪是测量重力加速度相对变化值的一种测量仪器。按其弹性系统使用的材料来区分，普遍使用的重力仪主要有金属弹簧重力仪和石英弹簧重力仪。它们的工作原理基本相同，都是通过测定某种静力平衡系统在重力作用改变时产生的位移来确定重力的相对变化。它们测定的是测点与基点之间的重力差值，而不是某点的重力绝对值。
金属弹簧重力仪以美国 LaCoste&Romberg重力仪公司生产的拉科斯重力仪（简称L&R）代表了此类产品的世界领先水平。它可分为两种类型：L&R-D型（勘探型）和L&R-G型（大地测量型）。这类仪器具有分辨率和观测精度高、零漂移小等一系列优点，从而为世界各国普遍采用。
表4-4-2 微重力测量仪器一览表
石英弹簧重力仪则以加拿大 Scintrex公司1987年推出的 CG-3型自动重力仪为先进代表，它是以微处理机为基础，具有许多全新的特点，如高精度、高度自认和智能化、野外作业极为便利等。目前Scintrex公司在CG—3型改进上推出了CG—5自动读数重力仪，它具有CG—3的全部功能，但分辨率和精度更高，并具有一些特殊功能：十分坚固的传感器，噪声大幅度降低，最轻便的全自动梯度仪，USB及RS—232快速传输数据，标准的1微伽分辨率，小功高效电池，灵活的数据格式，大型1/4VGA图形显示，27键字符健盘，仪器自动校准，在线地形校正，启动进入仪器自检。
上述两公司生产的仪器是目前达到微伽级测量精度要求的两类仪器。据产品介绍，这两种仪器的分辨率均为（1～5）×10 -2g.u.（1～5微伽），观测精度为0.05～0.1g.u.（5～10微伽）。英国地调所曾于1991年对CG-3和L&R-G型重力仪进行了野外测量试验，结果表明两种仪器的观测精度均优于0.1g.u.（10微伽）。
三、野外工作方法
1.微重力测量的分类
在微重力测量中，野外观测方法与常规重力测量一样，一般分为剖面测量和面积测量两类：①剖面测量一般垂直于线性地质体（如断层、背斜、向斜或隐伏河道等）的假定走向；②面积测量主要探测地下地质体的大小、形态和分布。
无论是剖面测量还是面积测量，重力测点位置和相对高程必须用测地方法来确定，以便作各项改正。为了保证各项改正的误差低于规定的要求，点位测量和相对高程测量的误差分别应小于1 m和0.3 m。
2.微重力测量的布点原则
1）将所探测对象或异常布置在测线或测区的中心；
2）测线或测区内应尽可能覆盖在与探测对象有关的地质体附近；
3）测线方向应尽量垂直于探测对象的走向，并尽可能与已知的地质剖面一致；
4）测点距应小于可信异常宽度的1/2～1/3，保证至少有四个测点能反映出上述异常；
5）测线距不大于地质体在地面上投影长度的1/2～1/3。
开展微重力测量时应设立基点。在基点应作多次测量，其结果可用来对重力随时间的变化以及仪器本身的零漂进行改正。此外，还要精确地测定出中间层的密度以便作中间层改正。在操作技术上，仪器底盘的放置、调平和测定高程等方面都应该按严格的要求和规定执行。
在以地面沉降监测为目的重力观测中，要布设长期的重力监测网，进行定期重复观测，并与绝对重力点联测。
3.微重力测量野外记录的要求与记录的内容
野外微重力测量应有微重力测量记录本和近仪物体测量记录本。
微重力测量的记录内容：①光学位移灵敏度；②读数线；③运输方式；④仪器名称和编号；⑤纵水泡二端读数；⑥横水泡二端读数；⑦重力读数时间和读数；⑧地面（测点桩）和仪器底边距离；⑨气压、气温和仪器内温；⑩外界干扰描述；⑪点位描述；⑫测点位周围地形、地貌描述。
近仪物体记录：①工区内平面草图；②每个被测物体的素描图及编者按号；③若被测物体的素图被分割成若干个正规几何体，则每个分割体要画个详细图件，分割体的编号与素图的编号一致。
四、微重力观测数据整理和资料的解释
1.微重力测量数据的整理
微重力观测的数据整理，除与常规重力观测数据整理（改正）相同的项目外，为确保达到微伽级的观测数据的质量要求，还需要进行近仪物体影响的改正和一定范围内建筑物影响的改正。这几方面的改正在常规重力观测数据整理中一般是不需要的。至于与常规观测数据改正相同的一些改正项，要求也不尽相同。对微重力测量数据而言，要求测点高程、中间层密度值和地形改正时使用的岩石密度都要精确地测定。
微重力观测数据改正主要包括：
1）重力随时间变化的改正，重力随时间变化包括固体潮和仪器零漂的影响；
2）正常重力改正，消除由于测点所处纬度不同而引起的重力变化；
3）中间层改正，消除测点到基准面（基点所在的水平面）之间的物质对实测重力值的影响；
4）高度改正，消除测点相对基准面的高程对实测重力值的影响；
5）地形改正，消除测点周围地形起伏对测点重力的影响。微重力测量要求准确地确出距测点50 m以内的地形改正值；
6）近仪物体改正，这是微重力测量数据整理中的一项特殊内容。近仪物体一般指的是靠近重力仪的，具有一定质量的物体，如地面人工建筑物、仪器观测台等。它们对每个测点会产生不同的引力效应，其数值可达几微伽至几十微伽。改正的方法是：一般将人工建筑物视为规则形状的几何体（如圆柱体、长方体等）或几种类型规则几何体的组合，通过野外测量测出它们的坐标位置、几何形状和密度，然后计算出这些规则形体引起的重力值，便可作近仪物体的改正。
经上述数据整理后，可以求得各测点相对于基点的重力值，由此可绘成剖面图或平面图，称为布格重力异常图，它们反映了测区近地表物质的密度分布。
2.重力资料的处理与解释
重力异常的数据处理主要包括：异常的平滑和划分、位场转换等。异常的解释包括定性解释和定量解释，前者主要是判断异常特征与地质体的关系，后者则是根据异常特征计算出探测目标的埋深、产状等要素。
（1）微重力测量的数据处理
曲线平滑处理用以消除野外重力测量观测误差和对测量结果进行各种校正所引起的误差。
a.徒手平滑法
有经验的技术人员根据重力异常曲线的变化规律，直接平滑异常曲线。徒手平滑应注意平滑前后各相应点重力异常值的偏差不应超过实测异常的均方误差，而且尽可能使平滑前后异常曲线所形成的面积相等，重心不改。
b.多次平均法
把两个相邻点的重力异常平均值作为两点的异常值，直到最后达到期望的平滑程度时再徒手光滑曲线。
c.剖面异常的平滑公式（包括线性平滑公式和二次曲线平滑公式）。
利用以下给出的公式可求出某点的平滑值。线性平滑公式：
某一点的平滑值是在剖面上以该点为中心取奇数点异常的算术平均值。由m=1、2、3……可分别得3、5、7……点平滑公式。
二次曲线平滑公式（包括五点和七点平滑公式）。
环境地球物理教程
d.平面异常的平滑公式
环境地球物理教程
（2）区域异常和局部异常的识别和划分
布伽重力异常可划分为区域异常和局部异常两部分。区域异常反映的是深而大的地质体，其特点是分布范围大，变化平稳，有明显的规律性；局部异常则反映浅而小的地质体，其特点是异常范围小，梯度大，变化比较明显。
局部异常叠加在区域背景场上，往往使其原来的特征发生严重的畸变。但在布伽异常图上仍可把局部异常从区域异常中识别出来。如布伽异常等值线在局部范围内出现向区域背景重力升高的方向凸出，图4-4-2（a），说明该处存在局部重力低，反之存在局部重力高。
将局部异常从区域异常中划分出来的方法称为区域校正。该方法的实质是：按照区域异常的规律和特点求出各点的区域异常值，从布伽异常个减去区域异常值得到剩余异常值并根据剩余异常值绘制局部异常图，图4-4-2（b）。这种图件是进行定性和定量解释的基本图件。
局部异常和区域异常划分的方法常有：①图解法，它又分为平行直线法和平滑曲线法两种，平行直线法适用于区域重力异常沿水平方向呈线性变化的地区，平滑曲线法适用于区域重力异常等值线不能用平行直线而只能用曲线表示；②数值计算法，它包括偏听偏差法、圆周法、网格法；③多项式拟合法、趋势分析法。
图4-4-2是用异常曲线平滑法划分局部与区域重力异常的实例，（a）是美国休斯敦盐丘上的布格重力异常图；（b）的点划线与实线分别为利用异常曲线平滑法绘制的区域异常与局部异常图。该图清晰地反映出一个负异常，经钻探险证为盐丘引起。
（3）位场的转换
位场转换主要为了便于进行反问题的处理，主要内容包括：
图4-4-2 区域异常与局部异常
1）由观测平面上的重力观测值换算为同一平面上的重力异常二阶、三阶偏导数（Vxz、Vzz、Vzzz）等各阶系数，即重力异常的导数换算。
2）由观测平面上的重力观测值换算异常源以外任意点上的Δg、Vxz、Vzz、Vzzz等为重力异常的解析延拓。
（4）微重力测量数据反演方法
微重力测量数据的反演是微重力异常定量解释的基础。反演前必须对叠加异常作认真分析，并设法提取与勘探目标有关的重力异常，这样才可能对引起异常的地质体作出定量解释。
a.解析法
地质体的Δg、Vxz、Vzz和Vzzz是其产状要素、剩余质量及观测点坐标的函数。反之，如果把地质体的产状要素或剩余质量等表示成重力异常（或其导数）及观测点坐标的函数，则当这些地质体产生的Δg（或Vxz、Vzz、Vzzz）为已知时，便可以根据这种函数关系求出地质体的产状要素及剩余质量等参数，计算方法包括Δg异常曲线求解和Vxz、Vzz、Vzzz曲线求解。
b.切线法
利用异常曲线特征点的切线，用图解的方法求取物体顶部（或中心）的近似埋藏深度。
c.选择法
根据实测重力异常的剖面异常曲线或重力异常平面图上重力异常等值线分布和变化的基本特征，结合工作地区的地质和其他地球物理资料，给出引起这种重力异常的地质体的模型，并利用解正问题的方法计算模型体的理论异常，再把理论异常与实测异常进行对比，当两者在所允许的误差范围内时，则所给定的地质体的模型即为所求的解。
d.直接法
直接利用剖面曲线或平面图上重力异常分布，通过积分运算来求解异常体的某些参数，如三度体的剩余质量、质心坐标或二度体的横截面积和质心坐标等。
e.密度分界面的反演
根据实测的重力异常确定地下密度分界面的起伏，对于研究地质构造十分重要。要使这一工作取得良好的效果，必须具备以下条件。首先，用来进行反演计算的重力异常是由密度界面起伏所引起的；其次，界面上下物质层的密度分布比较均匀，且已知它们的密度差；再次，在工区内至少有一个或几个点的界面深度为已知。求解密度界面的方法有线性公式求解法、二级近似公式求解法和压缩质面法等。
f.浅层应力场反演
以弹性力学平衡方程为理论基础推导出计算地壳浅层应力场的计算公式，并利用地表实测重力资料来反演浅部应力场，以此来探讨一些地质体的力学机理和稳性趋势。
3.重力异常的定性解释
（1）重力异常的解释步骤
在布伽重力异常图上，首先是根据勘探任务，从异常的规模、形态、梯度、峰值高低等异常特征入手，确定出哪些是与勘探任务有关的有用异常，哪些是与勘探任务无关的干扰异常。然后用区域校正的方法消除干扰，突出并绘制出有用异常。在解释过程中还应密切结合工区的地质和其他物探资料，综合对比分析，从中找出引起重力异常的地质因素或主要密度分界面。最后对有意义的异常，可做定量或半定量计算。
（2）重力异常特征与地质体之间的关系
重力异常形态和地质体形态有密切关系，当重力异常沿某一方向延伸较远如图4-4-3（a），此种异常往往是由二度地质体所引起。异常的长轴方向即为地质体的走向。若异常在各方延伸长度都相近如图4-4-3（b）所示，多对应于短轴或等轴状地质体，如穹窿、岩体等。若等值线密集（梯度大），且平行排列，异常值有规律地向某方向升高或降低，这多是断裂带的反映，图4-4-3（c），重力值降低的一翼为断层下盘。对于平推断层，重力一般无异常显示。对于破碎带，也往往反映为重力低的异常带。若异常值有规律地向某一方增减，但异常梯度变化平缓，如图4-4-3（d），则多为单斜构造。
另外重力异常的幅值大小与正负也与地质体的特征有关。重力高一般多为背斜、隆起、岩脉（体）等的反映。负异常一般多为向斜、破碎带、凹陷、溶洞、塌陷等引起。但应指出，在不同地质情况下，也可能出现背斜与重力低对应而向斜对应于重力高，因此解释时一定要根据当地的地质情况具体而定。重力异常正负相互平行排列，常反映为褶皱带、向背斜构造等。
异常幅值的高低与地质体的体积、埋深以及地质体与围岩之间的密度差有关。在密度差、埋深相同的情况下，体积大者异常范围大，峰值高；反之异常范围小、峰值低。若体积和密度差相等，则异常值高表示埋深浅；异常值低表示埋深大。
4.微重力异常的定量解释
微重力异常定量解释仍可用常规重力异常定量解释方法，目的就是根据重力异常的特征计算出地质体的体积、埋深及产状要素等。为了建立重力异常特征与地质体产状等要素之间的关系，我们将不同地质体近似地看作为简单的几何体，如矿巢、盐丘、溶洞可看作为球体；地下暗河、地下管道等可看作为水平圆柱体；矿脉、破碎带等可看作为板状体，垂直断层，接触带可视为台阶等等。
所以为了定量进行地质体的解释，了解几种常见的简单几何形体的重力异常特征是必须的，由于篇幅有限，请读者参阅有关教科书。
图4-4-3 重力异常与地质体形态的关系
微重力测量作为一种精细的浅层探测技术，已在土木工程和环境勘察中得到应用。它可以探测近地表溶洞、洞穴、废矿山巷道以及规模较小的断裂、断层等地质构造；在水库、矿山巷道可以用微重力动态监测因岩层受力变化而可能诱发的岩爆；它还可用于地面沉陷的监测。然而，由于方法本身的局限性，如受各种干扰因素的影响强烈，测量成本较高，野外作业复杂以及在环境应用中探测目标重力异常微弱等，在一定程度上限制了该方法的应用。
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