如何在地球物理研究中发现问题

⑴ 地球物理学研究及其意义是什么

地球物理学的很多问题与天文学的相似，因为研究对象很少能直接观察，结论应当说主要是根据物理测量的数学解释而得出的。这包括地球重力场测量，在陆地和海上用重力测量仪，在空间则用人造卫星；还包括行星磁场的磁力测量；又包括地下地质构造的地震测量，这通过地震或人工方法产生的弹性反射波和弹性折射波来进行。

用地球物理技术来进行的研究，被证明在为支持板块构造学理论提供证据方面是极其有用的。

地球物理学是一门介于物理学、地质学、大气科学、海洋科学和天文学之间的边缘学科。它的主要研究对象是人类生息的地球及其周围空间。它用物理学的原理和方法，通过利用先进的电子和信息技术、航空航天技术和空间探测技术对各种地球物理场进行观测，来探索地球内部及其周围空间、近地太空的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。在此基础上优化和改善人类生存和活动环境，防御及减轻地球与空间灾害对人类的影响，为探测和开发国民经济中急需的能源及资源提供新理论、新方法和新技术

地球物理学为太空时代的人类活动提供了必要的基础

目前地球物理学包括固体地球物理学和空间物理学两个二级学科。固体地球物理学主要以固体地球作为研究对象，而空间物理则以太阳系特别是日地空间物理环境作为主要研究对象。

地球物理学这门学科自20世纪之初就已自成体系。到了20世纪60年代以后，发展极为迅速。它包含许多分支学科，涉及海、陆、空三界，是天文、物理、化学、地质学之间的一门边缘科学。将地球作为一个天体来研究，地球物理学和天体物理学是分不开的；研究地球本身的结构和发展时，地球物理学又和地质学有很密切的联系。但地球物理学所探讨的范围远不止此，它还包括研究地面形状的大地测量学，研究海洋运动的海洋物理学，研究低空的气象学和大气物理学，研究高空以至行星际空间物理学，研究地球本体的固体地球物理学（或叫做地体学），还有一些较小的分支，如火山学、冰川学、大地构造物理学等等。这些学科中，有的又各有独立的分支。人造卫星出现后，地球物理现象的观测扩展到了行星际空间。行星物理学是地球物理学的一个引伸，但它所要解决的问题，离地球越来越远了。

通过各大洲之间的联系，可以更好地研究地球

地球物理学学科中的地震学和地磁学两个领域有着悠久的历史，在这两个方面我国均为先驱。我国古书籍中就记载有早至公元前20世纪关于极光的现象。东汉张衡在公元132年设计制造了世界上最早的地震仪——候风地动仪。我国约于10世纪就已将指南针用于航海。唐·僧一行（683—727）、宋沈括（1031—1095）均对有关地球物理问题作过研究。地球物理学也是早期经典物理学的重要研究内容。牛顿由研究地球和月球的运动而发现了万有引力，由此产生了重力学；牛顿以后的许多数学家和物理学家都曾对地球物理学的研究作出过重要贡献，为地球物理学的形成和发展奠定了基础。

地球物理学的发展与科学本身的发展条件和人类生存需要密切相关。在18、19世纪时，地球物理学的一系列问题是物理学中引人注目的领域。20世纪20年代开始利用地震波走时理论研究地球内部的分层结构取得突破性进展。30年代兴起的地球物理勘探（特别是地震勘探），对资源的开发和利用起到了关键作用。40年代，特别是第二次世界大战以后发展起来的地壳与上地幔的地震探测极大地深化了人类对岩石层（圈）的认识。50年代开始的地震预测研究受到世界各国的关注。另外，人类在20世纪初探测到了电离层，随后实现了无线电通信。50年代末人造卫星发射成功，发现了辐射带、太阳风和磁层顶，空间物理学迅速发展为一门独立学科，为人类航天活动提供环境认识的保证。

50年代的国际地球物理年，60年代的上地幔计划，70年代的地球动力学计划、国际磁层计划，幼年代、切年代的国际岩石层（圈）计划、地圈—生物圈计划、全球电离层和热层计划、国际日地物理计划，使地球物理学研究取得了新的进展。板块构造学说的提出和新地球观的形成，日地空间各层次能量耦合作用的发现，改变了一系列传统观念。

大气层中的一些现象也为研究地球提供了线索

近代正在发展的岩石层（圈）地震层析成象，全球与区域的三维结构，复杂地质构造中地震波理论，地震震源的动力学破裂理论，地球内部介质的不均匀性和非线性特征，热动力机制与演化，环境地球物理，地震灾害预测，流体在岩石层（圈）介质中的作用，日地系统整体变化和地球空间环境预报，反演理论与方法等方面的研究，以及大型快速电子计算机、航空、海洋和空间探测技术的应用，将进一步提高地球物理的研究水平，深化人类对地球物理问题的认识。

地球物理学是一门应用性很强的基础学科，它的研究成果有助于增进人类对所生息的地球及其周围空间环境的科学认识，而且支持着众多的国民经济建设中具有重要意义的产业部门或高科技领域。例如，勘探和开发利用石油与天然气、地热资源、金属与非金属矿藏，预测与预防（或防治）诸如地震、火山、滑坡及岩爆等自然灾害，保护与监测地球生态环境，保障日地空间环境中航天飞行安全等。今天，地球物理学已成为地球科学中最具活力的学科之一，并且与地质科学有密切联系，其研究成果将对21世纪人类的生存发展产生重要影响。

当代地球物理学面临严峻的挑战，如自然灾害、能源需求急增、资源短缺、环境恶化、人口增长对土地的压力等均直接威胁着人类的生存与进步，空间开发国际竞争则直接关系到国家安全和利益。地球物理学家必须投入研究和解决一系列严峻的挑战性问题，为确保人类社会的可持续发展作出贡献。

火山喷发可以间接证明地球内部的热能存在

⑵ 　区域地球物理研究技术

20世纪70年代以前，人们主要是利用折射地震、波速分析、重力及电磁等方法研究地球内部的主要界面。70年代后期，美国率先执行大陆反射剖面合作计划（COCORP），开始试验利用人工反射地震技术揭示地壳的精细结构，并在阿巴拉契亚等地取得了可喜的成果。80年代，COCORP技术发展成熟，逐渐成为岩石圈深部探测的主要手段之一。80年代后期，层析成像技术由开发转向应用，它与高压物性改进的卫星大地测量技术和长波长动力场技术等一系列技术极大地促进了人们对地幔乃至地核的认识。90年代，随着岩石圈研究逐步转向地球深部的综合研究以及由岩石圈结构、构造研究转向形成过程和动力学研究，地震层析技术、深地震反射技术和大陆科学钻探技术日渐兴盛（刘福田、白星碧，1995）。

1）地震方法

地震学是以观测为主要手段的物理科学。百余年来的发展史表明，地震学领域中的许多重大突破几乎都是来自对地震观测资料的正确解释。20世纪60～70年代，人们借助地震方法能够清楚地识别出板块构造的基本轮廓；70～80年代，由于地震台网的进一步发展，人们清楚地识别出了板块的轮廓；80年代以来，微电子技术、现代通信技术和计算机技术在地震学中得到日益广泛的应用。由此发展起来的宽频带数字地震观测台网能够比较真实而无遗漏地记录地震时地面运动的全部信息。80年代后期，随着数字地震观测台网和高分辨率流动台网的进一步兴起，人们用地震方法基本上可以识别更精细的地下结构和更详细的地震震源破裂过程。数字地震观测资料的使用使地震学家对地震记录的解释由辨认单个的地震震相发展到对整个波形的解释。

在大陆动力学的研究方面，为了了解地壳内部构造和精细结构，人们采用了高灵敏度地震仪器分析和多道反射地震剖面测量。由地震学联合研究机构（IRIS:Incorporated Research Institutions for Seismology）开发的PASSCAL可移动式数据记录仪是可在100～1000km尺度范围内对地壳和上地幔进行成像研究的基本设备。记录仪采用三分量记录，可以提供震源的精确位置、源地的动力学和运动学参数、活动地区的几何形态以及物理特性的层析确定等信息。

地球深部构造的地震研究在地球科学的发展中占有重要地位。它涉及到地震“孕育”的深部介质环境和资源（特别是油气）的分布与潜力等问题。对于地球深部精细结构、状态、断裂的形态与展布及其深层过程的研究，地震宽角反射、折射和近垂直反射波法具有极为重要的作用。这方面是重力、大地电磁测深和地震层析成像所不及的。

与此同时，人们还把注意力投向俯冲带的地震“孕育”特征。研究结果表明，地壳低速层、高角度断裂和浅部推覆以及深部岩浆活动可能与地震的“孕育”、发生和发展有着密切的关系。

在地球物理剖面与断面的综合研究特别是探讨地震区的深部构造背景、拆离构造、深部物质的上涌及其通道，以及壳内断裂特别是中、上地壳中的滑脱构造和位于中、下地壳中并伸达上地幔顶部的高角度深部断裂方面，宽角反射和折射对分辨地壳与地幔中的低速层和高速层具有独特的作用。这方面的研究表明，地壳不仅成层、块结构，而且在纵向和横向上都是不均匀的。

在利用地震方法研究大地构造方面，人们在地盾区、盆地区、大陆边缘、火山区、俯冲带和海域等地区均取得了新的进展，如波罗的地盾、堪察加火山带、青藏高原、中国大陆东缘、格尔木—额济纳旗、萨哈林、印度和中国西北的盆地区和波罗的海等。俄罗斯科学家对萨哈林及其邻近地区的深部地震折射资料用新的二维反演方法进行了重新解释。其结果证实在该区有活动的俯冲带和海洋板块的残余和遗迹存在。中国科学家通过人工源地震和天然地震对青藏高原特别是喜马拉雅造山带地区的岩石圈进行了大量研究，取得了重要进展。

（1）数字地震观测台网

70年代后期以来，数字地震观测台网的建设得到了愈来愈多的重视。日本从70年代起大约用了两个五年计划完成了区域地震观测网和国家级地震台网的数字化改造。德国在70年代建立了世界上最早的宽频带数字地震台阵。美国已将15个世界标准地震台改造成数字化记录，并筹建了全球数字地震台网（GDSN）和全球超长周期加速度观测台网（IDA）。80年代以来，数字地震观测与研究得到了更大重视。美国设立了将耗费巨资发展数字地震台网和台阵的地震学联合研究机构（IRIS）。法国建成了全球长周期数字地震台网（GEOSCOPE），并提出了以数字流动台阵为主体的岩石层透镜计划（LITHOSCOPE）。日本提出了建立环太平洋及俯冲带观测的数字地震观测和流动台阵计划（POSEIDON）。欧洲13国联合提出的地震观测与研究机构科学计划（ORFEUS）亦以地震观测为核心。同时，国际大地测量学与地球物理学联合会（IUGG:International Union of Geodesy and Geophysics）于1986年成立了世界数字地震台网联合会（FDSN），进一步推进数字地震观测和研究的联合与发展。

（2）地震层析技术

地震层析技术（CT:Computerized Tomography）是以先进的数字地震台网为基础的当代深部地球探测的前沿技术。本世纪70年代以前，地震台网很难用于地震层析研究。数字台网的飞速发展促进了层析技术在地球科学中的广泛应用，美国、欧洲和日本等纷纷建立了数字化台网。到目前为止，已经建成全球数字地震台网（GDSN）和许多局域网。有关方面的研究包括三维体波速度成像、VP/Vs和衰减成像以及成像反演等。三维体波速度成像研究不仅揭示了从地幔顶部直到核-幔边界（CMB）的速度结构，发现了CMB附近大的速度扰动和地幔对流型式，而且在一些洋中脊、俯冲带、转换断层、大陆裂谷带、震源区和火山地热区所进行的较大比例尺的成像研究也取得了重要成果，如大陆根和热点的分布等，极大地冲击着地球科学的许多领域。地震层析技术可以给人们带来地球内部总体速度结构的认识，给密度和流体变形提供重要约束，从而揭示地球这一巨型热机机制方面的信息。在岩石圈研究中，地震层析成像已经成为获取深部结构、构造及演化信息的重要途径。在矿产普查勘探方面，这一技术已在寻找隐伏矿床中发挥积极作用。盆地地区的波速V_p/V_s三维成像在油气勘查中具有强大的生命力。三维地震成像在研究板内地震、消减带地震和火山地震方面具有特殊意义，可以为解决地震成因、地震预测及减灾等提供重要信息。三维地震成像技术的关键，对三维地震勘探成像技术来说，主要是研制960道接收设备和数据处理的软硬件；对三维地震层析成像技术来说，主要是研制三分量数字地震仪。地震层析技术目前已成为海洋国土和专属经济区划界和海洋油气资源开发的关键技术。随着宽频数字化可移动式地震仪的发展和全球数字地震台网的建立，未来的地震层析技术可以对地幔和软流圈进行实时监测，因而具有广阔的应用前景。

（3）人工深反射地震技术

为了能够获取地壳上部10km内沉积盆地和复杂构造的精确成像，在过去几十年里发展起来的人工深反射地震技术已成为探测岩石圈内部结构的重要手段。自1973年美国开始实施大陆反射剖面合作计划（COCORP）以来，深地震反射技术已经成熟。深地震反射法由康乃尔大学的Oliver在70年代中期提出。该项技术的应用揭示了岩石圈上部的精细结构、组成及演化细节，在很大程度上改变了人们以前对地壳和岩石圈地幔的传统认识。例如，否定了地壳以康氏面为界的双层模式，指出地壳实际上具复杂的不连续的多层结构。其中有的已发生过多期变形与位移。目前，深地震反射技术已是研究碰撞构造、裂谷构造、大型逆冲构造、盆地基底构造和埋藏构造等的有效手段。继美国大陆反射剖面合作计划之后，英国的不列颠反射剖面联合研究机构（BIRPIS）、法国研究大陆和海洋地壳的反射和折射机构（ECORS）、德国的大陆反射地震计划（DEKORP）和加拿大的岩石圈探测计划（LITHOPROBE）都成功地解决了造山带、裂谷带和板块缝合带研究中的一些重大问题。中国也已在喜马拉雅和大别山等地开展了这方面的工作，研究深部构造、断层、莫霍面和上地幔地层，最大深度达178km。

人工折射地震研究长期以来已在地球深部探测中广泛使用。它可以提供地壳的速度结构信息，是人工地震反射和层析研究的基础。

2）地壳与地幔的电磁性质研究方法

目前在深10～20km的所有研究和浅层矿产的勘探中广泛使用的方法主要是各种电磁方法，其中大部分采用人工场源。但在地球深部探测中主要利用天然电磁场即大地电磁剖面测深。在过去的150多年中已经在一天到100年或更长时间内对地磁场随时间的变化进行了长期连续观测。目前这方面的工作有中国大陆地区地壳与地幔的地电特性研究、巴颜喀拉山东部及其邻区大地电磁测深的地质解释、华北北部MT测线数据的二维反演和中国下扬子及其邻区的MT测深等。

⑶ 现代地球物理方法在地球动力学研究中的应用

魏文博

1 地球动力学研究的最基本问题

地球动力学是为探索地球表面可见特征的起源提供理论基础的学科之一。

人类研究地球的构造运动过程和它的动力来源由来已久。早在1911年，着名的力学家A.E.H.Love就已经提出过“地球动力学”的概念，但因地球上的现象极其复杂，对地球本身又不可能直接进行实验验证，所以关于地球动力学研究的进展缓慢。

20世纪60年代以来，随着科学技术的飞速发展，实测资料的大量积累，学科之间的相互渗透，国际合作计划的开展，关于地球动力学的研究才取得了巨大成就，提出和发展了“板块构造学说”。目前“地球动力学”正在以这一学说为中心课题，把地球科学向逐渐定量化的方向推进。

地球动力学研究的最基本问题：确定地球内部及表面上的变形和引起变形的原因，寻求现今地学现象的解释。关于这问题：

地球表面的“变形”是已知的——如何用“力学”的观点，进行合理的解释？

任何一个变形理论，只要是定义得当，都可以从“应变”（边界条件）算出“应力”，进而找出“应变的原因”。——应该是直截了当的事！——那么，问题的出发点就落在“地球的变形理论”上。“地球的变形理论”应该是与地球内部结构，地球内部的“变形”密切相关的。

地球内部的“变形”在很大程度上也还是未知的——如何能建立合理的“地球变形理论”？

面对这一难题，首先要对地球中有地球动力学意义的区域（被称为岩石圈或构造圈）进行探测，了解它的结构、构造、变形。很重要的一方面就是靠地球物理方法的应用。地球物理通过吸收、引进当代数学、物理、计算机以及各种技术领域的最新成就，不断发展、完善自身的技术体系，使克服实际应用中许多难以逾越的难关成为可能，极大地改善了地球物理在岩石圈探测方面的应用效果。可以说，地球物理是地球科学中唯一能直接提供地球内部信息和资料的学科。20世纪地球科学的重大进展，如海底扩张、大陆漂移和板块构造理论的建立，都是在地球物理观测、研究的基础上获得的。在地学基础理论研究中，它始终起着先导的作用。

地球物理方法是指通过观测地球周围及地球表面和内部物理场的空间和时间分布规律，研究地球内部结构、构造和物质状态的一系列方法技术。因此，要了解地球动力学研究的地球物理方法，需要先了解地球的地球物理特征。

2 有关地球的地球物理特征

从研究地震波传播得到的结果

地震和地震波，地球的速度结构，地壳（大陆 海洋），地幔（莫霍面 上地幔下地幔），地核（核幔边界 外核 内核边界 内核）。

重力场

重力和重力异常，重力异常的分布（大陆地区、海洋地区，全球范围）。

地应力

概述，应力测定，应力与地震效应，地貌和应力，全球应力分布。

地热场

地表热流测量，地温分布。

电磁效应

地磁场，古地磁，极性倒转，电效应。

地球化学

地壳的地球化学，地幔的地球化学，地核的地球化学。

3 现代地球物理探测技术在大陆动力学研究方面的应用

近垂直地震深反射法

方法原理，特点，应用。

深地震测深（广角反射剖面探测）

方法原理，特点，应用。

宽频地震探测（天然地震探测）

方法原理，特点，应用。

大地电磁测深

方法原理，特点，应用。

卫星重、磁测量

方法原理，特点，应用。

地热测量

方法原理，特点，应用。

参考文献

傅承义，陈运泰，祁贵仲.1985.地球物理学基础.北京：科学出版社

黄怀曾，吴功建等.1994.岩石圈动力学研究.北京：地质出版社

周济元，林盛表等.1994.深部地质与地球物理探测现状与发展.北京：地质出版社

张炳熹，洪大卫等.1997.岩石圈研究的现代方法.北京：原子能出版社

⑷ 地球科学的研究方法

由于地球科学以庞大的地球作为研究对象，并具有很强的实践性和应用性，所以它的研究方法与其他自然科学有较大的差异。它既要借助于数学、物理、化学、生物学及天文学的一些研究方法，同时又有自己的特殊性。

地球科学的研究方法与其研究对象的特点有关，地球作为其研究对象主要有以下特点：

（1）空间的广泛性与微观性

地球是一个庞大的物体，其周长超过4×10⁴ km，表面积超过5×10⁸ km²。因此，无论是研究大气圈、水圈、生物圈以及固体地球，其空间都是十分广大的。这样一个巨大的空间及物体本身由不同尺度或规模的空间和物质体所组成。因此，要研究庞大的地球，就必须研究不同尺度或规模的空间及其物质体，特别是要注重研究微观的空间和物质特征，如不同学科都要研究其相应对象的化学成分、化学元素的特性等。地质学要研究矿物晶体结构，水文学和海洋学要研究水质点的运动等，气象学要研究气体分子的活动等。而且，整个地球系统是一个开放的动力系统，其与宇宙环境（地-月系、太阳系及银河系等）之间总是不断地进行着物质、能量的交换；地球系统中各种自然现象、作用过程的发生、发展和演化与其所处的宇宙环境是分不开的。因此，现代地球科学已开始充分重视宇宙环境对地球系统的影响研究；也就是说研究的空间范围还要超越地球系统，涉及更加宏观的宇宙环境（图0-1）。只有把不同尺度的研究结合起来，把宏观和微观结合起来，才能获得正确的和规律性的认识。

（2）整体性（或系统性）与分异性（或差异性、多元性）

整个地球是一个有机的整体，是由不同层次的、具有紧密联系的子系统组成的统一系统；不仅在空间上地球的内部圈层、外部圈层都表现为连续的整体性，而且地球的各内部圈层之间、内部与外部圈层之间、各外部圈层之间也都是相互作用、相互影响、相互渗透的，某一个圈层或某一个部分的运动与变化，都会不同程度地影响其他部分甚至其他圈层的变化，这也充分表现了它们的有机整体性。然而，地球也是一个非均质体，它的不同的组成部分（或子系统）无论在物质状态还是运动和演变特点上都具有一定的差异，表现出分异性或多元性。例如，不同地区的地理环境、气候环境具有明显的差异，不同地区的水文条件也具有明显差异。固体地球特别是地壳的不同地区或不同组成部分的差异性更为显着，如大陆、海洋、山系、平原等。这种差异性不仅表现在空间和物质组成上，也表现在它们的运动、变化与形成、发展上。

（3）时间的漫长性与瞬间性

据科学测算，目前可追溯的地球年龄长达46亿年。在这漫长的时间里，地球上曾发生过许多重要的自然事件，诸如海陆变迁、山脉形成、生物进化等。这些事件的发生过程多数是极其缓慢的，往往要经过数百万年甚至数千万年才能完成。短暂的人生很难目睹这些事件发生的全过程，而只能观察到事件完成后留下来的结果以及正在发生的事件的某一阶段的情况。但是，有些事件的发生可以在很短的时间内完成。例如，天气现象往往表现为几天、几小时甚至更短的时间，地震、火山爆发等也都发生在极短的时间内。

（4）自然过程的复杂性与有序性

地球演化至今经历了复杂的过程。其中既有物理变化，也有化学变化；既有地表常温、常压状态下的作用过程，也有地下深处高温、高压状态下的作用过程。此外，各种自然过程还会受地区性条件的影响而具有地区的差异性。所以，自然过程是极其复杂的，而且这种过程由于其漫长性和不可逆性，依靠人类的力量很难完全重塑和再现其过程，因而更增添了地球科学研究工作的艰巨性。但是，这些复杂的自然过程并不是杂乱无章的，它们都具有其发生、发展的条件和过程，都具有一定的规律可循，这也正是地球科学工作者的重要研究任务。

研究对象的特点决定了地球科学具有一些独特的研究方法，并且随着科学技术的发展和进步，地球科学的研究方法也会得到不断的补充和推进。现择要简述研究方法如下：

（1）野外调查

空间的广泛性决定了地球科学工作者首先必须到野外去观察自然界，把自然界当做天然的实验室进行研究，而不可能把庞大而复杂的大自然搬到室内来进行研究。野外调查是地球科学工作最基本和最重要的环节，它能获取所研究对象的第一手资料。例如野外地质调查、水系与水文状态调查、自然地理调查、土壤调查、资源与环境调查等。只有有针对性地到现场去认真、细致地收集原始资料，才能为正确地解决地球科学问题提供可能。

（2）仪器观测

仪器观测是地球科学用来获取研究对象的定性和定量资料的重要手段，通过仪器观测可以了解到研究对象的各种物理、化学性质，参量的静态特征和动态变化，为科学的分析、推理提供依据。仪器观测为地球的研究步入科学的轨道提供了条件，例如，16～17世纪气温、气压、湿度等气象仪器的发明与创造，使气象学逐渐发展成为一门完善的学科。现代高精度的常规与高空气象仪器观测仍然是气象学的重要研究基础。同样，仪器观测在水文学、海洋学研究中也占有特殊重要的位置。仪器观测对于现代地球物理学、地质学的地球内部研究，对于土壤学的研究特别是对于环境地学中的各种监测与评价，都具有极其重要的作用。在现场进行的仪器观测也属于第一手资料，除了科学工作者根据不同的研究目的在现场进行各种观测外，人们还常常设立各种定点观测台站，如气象站、水文站、地震台站、环境监测站等，并通过大量的台站建立观测网，以便获得系统的观测资料。

（3）大地测量

这是地球科学中既古老而又发展迅速的一种重要研究方法，它对推动地球科学的发展起了重要作用。早在古埃及和古中国的时代，人们就借助于步测及其他一些简单的测量工具，进行土地规划、地形与地理制图、水利与工程建设等。到了近代，随着测量仪器的进步，逐渐发展成为传统的大地水准测量和大地三角测量。20世纪中叶发展起来的海洋测深技术（声呐）对于海洋学的发展和地质学的革命曾起了决定性的作用。近些年发展起来的激光测距、全球定位系统（GPS）又给地球科学带来了深刻影响。大地测量的方法对于地理学、地质学、海洋学、水文学及土壤学等的研究十分重要。

（4）航空、航天和遥感技术

现代航空、航天和遥感技术极大地推动了地球科学的发展，成为现代地球科学不可缺少或不可忽视的重要研究方法。由于地球的空间广大，要在短时间内获取大区域的资料，特别是大区域的动态变化情况，就必须充分利用航空、航天和遥感技术，如卫星云图、卫星遥感影像、航空照片等。航空、航天和遥感技术对现代气象学的发展和进步起了决定性作用，成为其重要支柱。它们也是现代海洋学、地理学的主要研究手段，而且对于现代地质学、土壤学、水文学、环境地学等也发挥着重要作用。

（5）实验室分析、测试与科学实验

这是地球科学中各门学科均普遍采用的研究方法，主要是从研究对象中取得所需的各种样品或标本，然后在实验室进行分析、测试，以便获取物质成分、结构、物理与化学性质以及形成历史等方面的定性和定量资料，并通过科学实验分析推断其形成、演变过程和发展趋势等。随着科学的发展，地球科学中的实验科学已有相当的进步。但由于自然过程的影响因素复杂，加之时间的漫长性与空间的广泛性以及现代实验技术水平的限制，在地球科学中有时很难进行与自然界一致的真实实验。因此，地球科学上常采取简化影响因素，创造一些特定的物理、化学环境，模拟自然现象的成因、过程和发展规律，这种方法称为模拟实验。模拟实验只能是近似的，实验结果往往与自然过程有一定差距，但它在再造自然现象的过程、验证和探索地球科学规律方面发挥着重要作用。

（6）历史比较法

这是地质学最基本的方法论。时间的漫长性决定了地质学必须用历史的、辩证的方法来进行研究。虽然人类不可能目睹地质事件发生的全过程，但是，可以通过各种地质事件遗留下来的地质现象与结果，利用现今地质作用的规律，反推古代地质事件发生的条件、过程及其特点，这就是所谓的“历史比较法”（或称“将今论古”“现实主义原则”）的原理。这一原理是由英国地质学家莱伊尔（C.Lyell，1791～1875年，现代地质学的创立者）在赫顿（J.Hutton，1726～1797年，苏格兰地质学家，被誉为现代地质学之父）的均变论学说的基础上提出来的（图0-2，图0-3）。莱伊尔明确指出：“现在是了解过去的钥匙。”例如，现代珊瑚只生活在温暖、平静、水质清洁的浅海环境中，如果在古代形成的岩石中发现有珊瑚化石，便可推断这些岩石也是在古代温暖、清洁的浅海环境中形成的（图0-4）；又如，现在的火山喷发能形成一种特殊的岩石——火山岩，如果在一个地区发现有古代火山岩存在，我们就可以推断当时这一地区曾发生过火山喷发作用，等等。历史比较法是一种研究地球发展历史的分析推理方法，它的提出，对现代地质学的发展起到了重要的促进作用。

图0-2 英国地质学家莱伊尔

（C.Lyell，1791～1875年）

图0-3 苏格兰地质学家赫顿

（J.Hutton，1726～1797年）

图0-4 生活在温暖、清洁浅海中的珊瑚

a—现代珊瑚；b—2亿多年前的珊瑚化石

这一原理的理论基础是“均变论”。均变论认为，在漫长的地质历史过程中，地球的演变总是以渐进的方式持续地进行，无论是过去还是现在，其方式和结果都是一致的。但是，现代地质学的研究证明，均变论的观点是片面和机械的。地球演变的过程是不可逆的，现在并不是过去的简单重复，而是既具有相似性，又具有前进性。例如，地质学的多方面研究揭示，在地球演变过程中，地表大气圈、水圈、生物圈的组成、数量、温压以及地球或地壳内部的结构、构造等特征都在发生不断的变化，与现代的状况存在不同程度的差异，这些必然会导致当时发生地质作用的方式与过程具有一系列与今天不同的特点。地球演变的过程也并不总是以渐进、均变的形式进行，而是在均变的过程中存在着一些短暂的、剧烈的激变过程。例如，在岩层中常常发现其物质组成及结构构造发生突然性的变化；在古生物演化中也常常发现大量的生物种属在短期内突然绝灭的现象，如6500万年前后恐龙全部迅速绝灭等。所以整个地球的发展过程应是一个渐变—激变—渐变的前进式往复发展过程，这也符合量变—质变—量变的哲学规律。

因此，在运用历史比较法时，必须用历史的、辩证的、发展的思想作指导，而不是简单地、机械地“将今论古”，这样才能得出正确的结论。地质学的“将今论古”分析方法，实际上对于地球科学中的地球物理学、地球化学、地理学、气象学、水文学、海洋学、土壤学、环境地学等学科的研究均具有重要的借鉴意义。

（7）综合分析

自然过程的复杂性和不可逆性决定了地球科学必须采用综合分析的研究方法。在漫长的地球演化过程中，不同时期、不同方式（物理、化学、生物等）、不同环境（地表、地下、空中等）的自然作用给我们留下的是一幅错综复杂的结果图案。要根据这一图案恢复和解析自然界发展的过程，就必须利用多学科的原理和方法，结合复杂的影响因素，进行综合分析。这一点与数学、物理、化学等学科利用单纯的推导、实验等方法进行研究是大不一样的。例如，在地质学中，由于过程和影响因素很复杂，根据某些个别特征，利用单学科的原理和方法，往往会得出片面甚至错误的结论，这就是在地质学研究中经常碰到的“多解性”或“不确定性”问题。所以，只有在综合各方面研究的基础上，才能得出统一的、最合乎实际情况的结论。

（8）计算机技术应用

有人说20世纪后半叶以来，人类社会已步入计算机的时代，计算机技术的应用已给各门自然科学带来了深刻的影响和革命性的变化。对地球科学也是一样，例如，在现代气象学、地理学、地质学、地球物理学、海洋学、环境地学等领域中，计算机技术已发挥出巨大的作用，成为不可缺少的研究手段和方法。而且计算机技术正在向地球科学的各个领域渗透。计算机技术的应用，为解决地球科学的研究对象空间广阔、观测处理资料量大、模拟形成演变过程复杂等问题带来了无限的前景。因此，要想提高地球科学的研究水平，必须充分地重视、加强和进一步开拓计算机技术在地学中的应用。

20世纪末期开始在全球范围内广泛兴起的“数字地球”（Digital Earth）计划或“数字地球学”研究正是现代计算机技术、信息科学与地球科学相结合的产物。“数字地球”主要是探讨运用现代计算机技术、信息科学对整个地球系统进行全方位的定量化、数字化描述的方法，建立相关的“数字地球”资源平台，并服务于地球科学的研究、应用。因此，“数字地球”实质上是地球系统的一种数字化的表示形式，其基本的理论支撑主要包括相互联系的两个方面，即与地球科学有关的理论以及与数字化技术有关的理论。比“数字地球”稍早一些兴起的“地理信息系统（GIS）”的成功开发与广泛应用，可以说为推动“数字地球”的兴起与发展奠定了良好的基础；但“数字地球”将涵盖地球科学的所有研究分支学科或领域（而不仅仅局限于地理学），其涉及的科学内容与数据量是“地理信息系统”所无法比拟的。1998年1月，美国前副总统戈尔在“开放地理信息系统协议（Open GIS Consortium）”年会上首次提出“数字地球”的概念，认为“数字地球”是指一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的虚拟系统。数字地球的概念一经提出便立刻引起了世界范围的广泛关注，并取得了快速发展。数字地球的研究和实现具有十分广泛的应用前景，如资源与环境的监测与管理，气候和各种自然灾害的预测、预报与防治，土地利用与各种生产、生活的规划及一些危机事件的处理等；它还为地球科学的教育和多学科的研究工作提供了极好的资源平台，特别是为地球系统科学的层圈相互作用研究、全球变化研究及人类可持续发展研究创造了有利条件。

地球科学研究的工作方法通常具有下列程序：

（1）资料收集

根据所要研究的课题和所要解决的问题，尽可能详尽、客观和系统地收集各种有关的数据、样品和其他资料。资料的来源包括对研究区详细的野外调查、仪器观测和收集、分析已有的各种资料和成果等。

（2）归纳、综合和推论

对所收集的资料进行加工整理、归纳、综合，并利用地球科学的研究方法和原理，作出符合客观实际的推论。

（3）推论的验证

通过生产实践或科学实验来证实或检验推论是否正确，并在实践的过程中不断地修正错误，提高认识，总结规律。

地球科学是一门实践性很强的科学。人们通过不断地科学实践，逐渐形成了若干假说和学说。假说是根据某些客观现象归纳得出的结论，它有待进一步验证；而学说则是经过了一定的实践检验、在一定的学术领域中形成的理论或主张。假说和学说对推动地球科学的发展起着重要的作用，它们为探索地球科学的客观规律指出了方向，对实践起着一定的指导作用，同时在实践中不断得到检验、补充和修正，使其日趋完善。当然，有些假说和学说也可能在实践中被抛弃或否定。

⑸ 地球物理学的研究内容

地球物理学用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。在此基础上为探测地球内部结构与构造、寻找能源、资源和环境监测提供理论、方法和技术，为灾害预报提供重要依据。已故着名地球物理学家赵九章先生是这样形容地球物理学的——“上穷碧落下黄泉、两处茫茫都不见”。
地球物理学的研究内容总体上可以分为应用和理论地球物理两大类。应用地球物理(又称勘探地球物理)的研究范围比较广泛，主要包括能源勘探、金属与非金属勘探、环境与工程探测等。勘探地球物理学利用地球物理学发展起来的方法进行找矿、找油、工程和环境监测以及构造研究等，方法手段包括地震勘探、电法勘探、重力勘探、磁法勘探、地球物理测井和放射性勘探等，通过先进的地球物理测量仪器，测量来自地下的地球物理场信息，对测得的信息进行分析、处理、反演、解释，进而推测地下的结构构造和矿产分布。勘探地球物理学是石油、金属与非金属矿床、地下水资源及大型工程基址等的勘察及探测的主要学科。
理论地球物理研究对地球本体认识的理论与方法。如：地球起源、内部圈层结构、地球年龄、地球自转与形状等，具体包括地震学、地磁学、地电学、地热学和重力学等。理论地球物理学通过地震波场和电磁波场探测发现了位于上地幔的软流层，为活动论的新的地球观提供了惟一站得住脚的理论依据；通过全球大地热流量的测量圈定了热的洋脊和冷的消减带，结合古地磁研究结果和大洋中脊的条带状磁异常特征，为海底扩张和大陆飘移学说提供了令人信服的佐证；通过全球地震活动性和震源空间分布特征、全球重力、地磁和地热测量，为板块边界的划分提供了准确的依据；综合各种全球性的地球物理观测结果，对地球热状态、岩石圈热结构和流变性质提供了新的认识，为一直悬而未决的板块运动驱动机制问题的解决提供了新的依据。
地球物理学是以地球为研究对象的现代应用物理学，这门学科从20世纪初就自成体系。到了20世纪60年代发展极为迅速，地球物理学包含许多分之学科，涉及陆、海、空三域，是天文、物理、数学、化学和地质学之间的一门边缘学科。随着时代的发展，地球物理学的多学科交叉现象越来越明显，数学、物理、计算机科学、天文学等众多学科的发展大大促进了地球物理学的发展。在地球物理学天地里，既可以从事地磁场起源、地震发生机理这样的极负挑战性的研究，可以从事油气勘探、矿产勘探这样的关系到国家经济建设的应用性研究工作，也可以从事大气物理等交叉学科的研究工作。通过地球物理学专业培养出来的学生要掌握系统的数学物理基础理论和基本知识，有较强的计算机应用能力和较高的外语水平，具有扎实的地球物理专业知识和基本的实验技能，受过从事基础研究或应用研究的初步训练，具有较强的知识更新能力。

⑹ 滑坡形成的地球物理研究方法

评价滑坡的危险性要求解决的问题涉及斜坡构造、成分、状态、性质、各个岩层的产状、厚度、地下水含量及动态。此外，还与该地区的气候、水文地质情况、人类活动及滑坡发展历史等资料有关。上述问题的解决都是研究斜坡稳定性的基础工作。

12.1.2.1 用电阻率法确定可能出现滑坡的地质体

影响滑坡产生的地质环境主要是由基岩及其上覆岩层的产状、状态及其性质决定的。

可能出现滑坡的地质体与其导电性变化特征关系密切。

a.斜坡范围内按地质工程指标出现滑坡危险的地质体，主要是高塑性系数的粘土质岩，这类岩石的电阻率不大于几十欧·米。可用电剖面法详细填图，圈定这类岩石的范围。然后，用电测深法来确定（被划分出来的）塑性岩石的顶、底板位置，进而估算挤压滑坡产生的可能性。一般情况下，挤压粘土层厚度（h）与斜坡高度（H）之比，h/H＞0.15～0.20的条件下容易发生滑坡。也可直接取决于粘土低阻层的纵向电导S=h／ρ，随着塑性层之电阻率（ρ）降低，纵向电导（S）增大；随着层厚（h）增大，纵向电导（S）也增大，这样，可以从粘土层纵向电导（S）图中获得挤压层的有用信息，可用这一参数来划分有滑坡危险的斜坡（见图12.1.1）。

b.斜坡沉积层滑坡活动程度取决于活动层粗大碎屑和细小碎屑等级的比例。例如，在克里米亚河南岸滑坡上有明显的反映：在250～350 m的标高上的坡积碎屑层电阻率大约为220 Ω·m，在100 m标高处同一成因的岩石段，电阻率降低到80～100 Ω·m，这是由于粗大颗粒等级相对作用减少所致。这种类型的粘土沉积易发生滑坡的危险。

图12.1.1 根据总纵向电导值划分粘土受挤压地段

c.古侵蚀面及其特征研究。滑坡形成是一个历史过程，在其发展的各个阶段，主要取决于各种导致斜坡稳定性破坏的天然因素，以前形成的古滑坡侵蚀面就是其中之一。从古滑坡有可能“复活”的观点来看，古侵蚀面是有潜在危险的。古侵蚀面位置的确定及其特征的研究是传统地球物理方法的任务之一，可用电法和地震确定淤积层和海蚀阶地的厚度。

12.1.2.2 用地球物理方法研究可能形成滑坡的水文地质环境

地下水的埋深及其运动特征对所有类型的滑坡都有较大影响，在此指的是土壤水、层间水及尖灭于斜坡的裂隙水。

地球物理勘探的任务是研究滑坡形成的重要因素——地下水的作用，即确定地下水的埋深、产状和划分稳定的、不稳定的隔水层以及评价地下水流量。

a.地下水的活动是产生滑坡的诱发因素。有时坡度虽小，但土质疏松或岩石是硬度较小的页岩或泥岩，特别是坡面与岩层面平行时，也容易产生滑坡。当降水渗入土层或岩层时，在浮土与基岩界面或岩石中间的界面上，往往形成一种易于滑动的泥化层，日积月累，特别在大雨后就易形成滑坡。

构造条件和地层岩性控制着地下水运动和相互补给的途径，如断裂带、裂缝带的透水性和导水作用都较好。滑坡区内由于滑坡体物质与基岩顶面存在着明显的透水性条件，因而大量地下水可沿着基岩顶面活动，尤其是基岩顶面的沟槽适宜于地下水的汇集。

由此可见，地形、地层岩性和地质构造是滑坡形成的前提条件，地下水活动是其诱发因素。利用地球物理勘查方法可以了解地下水的分布、作用，对预测滑坡以及采取防滑措施有着重要意义。

b.应用地球物理勘查方法研究可能产生滑坡的水环境：可用来确定和监测地下水位及其随时间的变化。一般可采用传统的方法，如电测深法、地震折射法、甚低频法、自然电场法和核磁共振方法等。

在一些滑坡地质断面上，由于粘土层的存在限制了用电法探测地下水的深度，因此，往往使用地震折射法。饱水与非饱水岩石的纵波波速之比往往与岩性、孔隙度有关，其比值通常大于1.4。通过周期性地震测量，可以了解最大和最小降雨量期间的水位变化，将不同时间绘制的地下水位等值线图进行对比，可以评价地下水位变化的动力学特征。

铁道部科学研究院西北研究所用甚低频电磁法查明了宝成铁路K410滑坡的地下水分布。宝成线K410滑坡是一个规模较大的堆积层老滑坡体（长约500 m，宽约200 m）。铁路在滑体前部通过，自1955年通车后，老滑体前部始终处于不稳定状态，曾发生过较大的滑动，造成铁路中断。在滑坡区周围发育有断层破碎带和线性构造。据地质推断，断层破碎带在山体中构成富水带，线性构造切割山体使地下水以此为通道实现对滑坡区的补给。此外，地下水沿基岩层面运移，亦对滑坡区地下水构成另一渗透补给的途径。用甚低频法作了倾角法测量和波阻抗法测量，由此得出了倾角滤波值异常图和视电阻率异常图。二者的异常带基本吻合，大致反映了地下水的分布范围。经钻孔验证，位于异常带范围内的钻孔有承压水涌出，而异常带范围之外未见承压水，调查结果为查清滑坡区水文地质条件及排水工程设计等提供了依据。滑坡的发生与降雨或地表水的渗透有关，因此渗透性高的地层容易产生滑坡。在这些地方有可能形成自电异常，其幅值可达几十毫伏。季节性过干、过湿的地区也容易产生滑坡，这种地段的范围可通过电阻率法和自然电位法来确定，主要表现在这些数值的变化。在若干年内，如果自电正异常区不断扩大，则说明岩石变松的范围扩大，有可能产生滑坡。但应当指出，自然电位的分布不仅受水文因素的影响，也受岩性特征的影响（例如粘土含量高会引起正异常），因此，为了可靠地解释自然电位资料，必须综合考虑地质和电阻率测量的资料。

⑺ 地球物理勘探方法有哪些

地球物理勘探方法:
1、重力勘探法：是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。
2、磁法勘探：自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。
3、电法勘探：是根据岩石和矿石电学性质（如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性，即所谓“电性差异”）来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。
4、地震勘探：是近代发展变化最快的地球物理方法。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。

⑻ 用地球物理勘探解决地质问题的两个转变

用地球物理的方法解决地质问题，要经历两个转变，即将地质问题转变为物理问题和将物理问题转变为地质问题。第一个转变用于设计物探方法，第二个转变则用于物探异常的地质解释，对要解决的地质问题作出回答。

例如_[1]，在我国云南个旧找深部的锡矿床，从地质上已知大型矿床赋存在隐伏花岗岩体凸起的附近，因此，在地球物理勘探不能测出矿体引起的异常的情况下，最佳方案是用这个方法去了解地下花岗岩顶面的起伏情况，圈出详细找矿地段，然后用工程直接找矿。

经过少数地段岩石标本测定，本区花岗岩的电阻率平均值在1500Ω·m左右，比上覆个旧灰岩的电阻率（在5000Ω·m以上）低得多。因此，了解地下花岗岩顶面起伏这个地质问题可转变为测定高电阻介质下低电阻体上端界面埋深这样一个地球物理问题。此外，岩体的密度也比灰岩的密度低，因此，上述地质问题也可转变为测定低密度体上端界面的埋深的另一个地球物理问题。由于当时没有高精度重力仪，故采用了电阻率法，即选用了第一个地球物理问题。

根据电测深曲线（作了地形改正），推断了低电阻体上界面的埋深。假定观测点附近地下花岗岩与灰岩接触界面近于水平，即高电阻体与低电阻体的界面为水平，将此低电阻体上界面的埋深解释为地下花岗岩体上界面的埋深，给出要解决的地质问题的解，即将地球物理问题转变为地质问题。

⑼ 地球物理勘探知识

地球物理勘探是利用地球的物理特性与原理，根据各种岩石及其他矿物之间的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异，选用不同的物理方法和物理勘探仪器，探测工程区域内的地球物理场的变化，以研究不同物理场的地质内涵，了解区域内水文地质和工程地质条件和矿藏分布的勘探和测试方法。

地球物理勘探一般分为重力勘探、磁力勘探、电法勘探和人工地震勘探几类。地球物理勘探，它是运用物理学原理勘查地下矿产、研究地质构造的一种方法和理论，简称物探。地球物理勘探是地质调查、地质学研究、矿产勘查当今不可或缺的非常实用的一种最常用手段和方法。

实际探测的区域重力场、航磁场是区域内地质构造在地球物理场中的反映，这些物理场与区域成矿作用、矿产富集与成矿区带的形成、分布也是相关的，并且也能互为因果。地球物理勘探主要用于了解地下的地质构造、圈闭、断层发育情况、有无矿床生成的可能、有无矿床保存条件，矿体是否具备开发的条件等。相对于钻井勘探，它是着眼于较为宏观的或称战略方面的勘探。钻探则是侧重于点上勘探。地震勘探也需借助于区域内已有钻探成果如录井、测井、测试资料进行标准层的确定和标准层地质属性确定，从而展开对剖面分析与解释。物探与钻探的结合，共同推进地质找矿研究工作的进展。因此，在勘探界，有“地质指路，物探先行，钻探验证”之说。学习物探的人，也需了解钻探知识，它们是紧密相依的相关学科。

(一)人工地震勘探知识

人工地震，是地球物理勘探中的主要手段，在石油和天然气勘探、煤田勘探和工程地质勘探以及地壳和上地幔深部结构探测中发挥着重要作用。它是利用炸药人工激发产生地震波在弹性不同的地层内传播规律来探测地下的地质情况。炸药爆炸产生地震波在地下传播的过程中，遇到不同岩石或其他物质时其弹性系数发生变化，从而引起地震波声的变化，产生反射、折射和透射现象，再通过仪器接收变化后的地震波数据，利用地震波速度和岩石矿物的相关性，对地震波进行处理、解释后，反演出地下情况的知识。

在油气田勘探中，人工地震用于寻找有利于油气聚集的构造圈闭。其工作主要程序分为：地震波和与地震波相关数据的野外采集、采回的数据室内处理和对处理数据的数据解释三个环节，相应产生了野外采集的原始地震资料、室内计算机数据的处理资料和数据的解释成果资料三个部分。

野外数据采集是人工地震勘探的基础工作，其产生的数据也是基础资料也称原始资料，主要是地震测线和地震波数据；人工地震勘探中的数据处理环节，是将野外采集到的地震数据波去粗取精去伪存真工作过程，通过“去噪”和“校正”技术处理，提高原始数据分辨率，这个过程就形成处理数据，再由处理数据形成可视的地震剖面图和一些其他成果图件及文字性的处理报告。

(1)二维地震资料处理过程：原始资料的解编和观测系统的定义→振幅补偿、双向去噪→单炮去噪→野外静校正→地表一次性预测反褶积→速度分析→剩余校正→叠前去噪→速度分析→最终叠加→叠后去噪→偏移处理→最终二维处理显示剖面。

(2)三维地震资料处理过程：原始资料的解编和观测系统的定义→高通滤波→野外静校正→三折射静波校正→三维地表的一致性振幅补偿→三维地表一次性反褶积→抽CDP 道集→速度分析①→三维剩余静校正→三维 DMO→速度分析②→三维DMO叠加→三维去噪→三维道内插→三维进一步法时间偏移→三维修饰处理→三维数据图像显示。

解释环节是前期数据处理环节产生的成果，运用相关知识，结合钻井等其他勘探资料，通过用计算机工作站技术进行分析研究，推断地层沉积、地下构造特征、岩性和含流体等地质结构情况。这种分析研究和推断结论产生的资料，称解释成果。解释成果主要有：断面识别成果、特殊地质现象解释、构造图和厚度图成果、三维可视立体解释构造图和文字性的解释报告。

地震数据解释阶段的工作，一般将其归纳为四项工作：构造解释；地层解释；岩性解释和矿产检测；综合解释。

地质科技人员阅读解释资料，最好能要了解解释程序和解释结论产生的过程，如二维资料解释，是在收集工区内已有地质资料基础上进行的，剖面解释首先是选择区域内有代表性的剖面，确定标准层和标准层的地质属性，然后在进行非标准层的追踪；进行时间剖面的对比，断面的识别与解释；不整合面、超覆、古潜山等特殊地质现象的解释；构造图、厚度图、等厚度图的编制过程。了解它的解释工序和过程，就能深度看懂和彻底消化这些解释资料，而不是一知半解、囫囵吞枣。

近几年来随着时代的发展，人工地震勘探技术有了新的进展，储层预测和油藏描述技术方法已被油田类企业广泛利用。其中油藏描述中圈闭描述、地层沉积描述、储集体描述、油气储量计算技术在不断发展和深化，水平分辨率和垂直分辨率区分地质特征的识别能力也在不断提高，地震层析成像技术初步运用，人工神经网络技术也在酝酿发展。三维可视化技术的利用等方面的知识都应了解或掌握。四维地震就是在三维地震的基础上加上时间推移，用于监测油气开采动态情况，油田开发的采收率一般在25%～30%之间，三维地震技术用于油田开发后采收率可提高到45%，据报道，将四维地震技术方法用于油田开发后采收率可提高到65%以上。

了解这些人工地震知识后，对于利用这些物探资料作用非凡。如我们在看解释报告结论有怀疑时，可查看数据处理资料，看看它的“去噪”和“校正”过程中是否有瑕疵，了解一下标准层及其地质属性的确定是否准确。看看解释过程和解释观念。而不懂处理技术方面的知识是发现不了其中的问题的，而有时候发现了一个瑕疵就发现了一个矿藏构造或是纠正了一个对地层的认识；学习物探类学科的学生或刚刚从事其他学科的技术工作的人员只有了解和系统掌握了这一学科知识，才能看懂这些物探资料，而要利用这些资料，首先是读懂它，然后才能发现其中蕴含的价值。即使你是工作多年的技术人员，你也得注意积累，因为人工地震在不同环境下的取得的数据，也会有巨大差距。如在沙漠地区因巨厚的地表浮沙形成低速层厚度横向变化很大，对数据采集中的激发和接收一致性影响较大，与此相应，它对地震波的能量衰减较为严重，对地震波的高频成分吸收强烈，对“静校正”提出了更高要求。同理，水网地区的人工地震与一般陆地人工地震“静校正”要求又有区别。处理与阅读这些资料奥妙无穷。

人工地震产生的物探资料主要有：

二维地震资料统计表

续表

三维地震资料统计表

二维、三维地震资料品种很多，但主要需看懂的资料是：

处理报告、解释报告及图件。尤其是图件中的“时间剖面”。

人工地震工程得到的是地震波数据，技术人员对数据的处理与解释结果体现在时间剖面上，而解释报告是对剖面的解读和总结的结论。一般表现为：推断地层分布、构造特征及流体性质，圈闭描述、地层沉积描述、储集体描述、矿产储量计算等。这些推断和描述是否准确，就得看推断和描述的依据和过程，得出自己独立的见解或对推断和描述给予赞成与否的结论。

(二)重力勘探知识

重力勘探是地球物理中的又一种勘探方法。它是利用组成地壳的各种岩石及其介质的密度差异引起的重力场变化原理，在野外通过重力仪器测量，对重力数据进行观测，研究其重力的变化，推断地下构造的一种物理勘探的方法。由于重力异常区场与区域内地质构造、深部地壳构造以及地形、地貌均呈相关性，通常能反映出断裂构造带断裂构造的重力异常梯度带与矿产资源分布具有密切关系。而且，从成矿理论到勘探实践看来，矿床往往是成群出现的，在一定范围内会集中出现矿体。研究区域内的重力情况，也是认识地质构造和发现矿产的又一个重要途径，地质资料馆中主要珍藏的是围绕重力异常产生的资料。

重力勘探产生的主要资料统计表

续表

要求能看懂的最主要的重力资料：

布格重力异常图。

布格重力剩余异常图。

趋势面分析报告。

重力勘探项目处理成果报告。

(三)电磁感应法勘探

电磁感应勘探法，分为电法勘探和磁法勘探。电法勘探，是利用地壳中多种岩石或其他固态、液态、气态介质的电学性质的不同，引起的电磁场在空间分布状态发生相应变化实际差异，来研究地质构造和寻找矿藏的一种物探方法。产生相关电法勘探图件和勘探文字报告。

磁法勘探是根据区域内各种岩石和其他介质的磁性不同，利用仪器发现和研究地球磁场及异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的又一种地球物理勘探方法。磁异常是磁性地质体引起的，磁异常的分布与对应的区域地面及地下地层、岩层磁性相关。通常火山岩和变质岩易引起磁性异常，这种异常的变化激烈往往表明磁性体浅，意味着结晶体基底浅，反之，表示结晶体基底深。这样就能划分出隆起区和坳陷区，进而发现伴随火山岩活动的深大断裂带。

电法与磁法勘探，实践中通常不是各自独立进行的，而是利用电磁感应理论结合进行的勘探，它是在地质目标或矿体与相邻岩体存在电磁学性质差异时，通过观测和研究由地质目标或矿体引起电磁场空间和时间分布规律，寻找地质目标或矿体的方法。

电磁法勘探形成的地质资料统计表

续表

需要读懂的主要资料：

电法、磁法或电磁法勘探报告，测线大地电磁测深Ρyx/Ρxy剖面图、测线大地电磁测深曲线与断层关系对比图、测线地质——物探解释参考剖面图、测线大地电磁测深地质解释剖面图、大地电磁测深仪野外处理结果曲线、大地电磁测深仪对比曲线册、大地电磁测深及解释研究报告、大地电磁测深勘探报告。

(四)遥感技术

遥感技术，是指地质学科里运用的遥感探测技术，又称遥感地质或称地质遥感。遥感地质是综合应用现代遥感技术来研究地质规律、进行地质调查和资源勘察的一种方法。从宏观的角度，着眼于由空中取得的地质信息，即以各种地质体对电磁辐射的反应作为基本依据，结合其他各种地质资料及遥感资料的综合应用，以分析、判断一定地区内的地质构造情况。遥感技术对地质学研究和探矿方面的作用：

(1)能了解各种地质体和地质现象在电磁波谱上的特征。

(2)能了解地质体和地质现象在遥感图像上的判别特征。

(3)可以通过对地质遥感图像的光学及电子光学处理和图像及有关数据的数字处理和分析，得出相关认识。

遥感技术在地质制图、地质矿产资源勘查及环境、工程、灾害地质调查研究中广泛运用。

遥感技术在地质勘探上运用成果，得到遥感图像。它相当于一定比例尺缩小了的地面立体模型。能全面、真实地反映了各种地物(包括地质体)的特征及其空间组合关系。遥感图像的地质解译包括对经过图像处理后的图像的地质解释，即运用用遥感原理、地学理论和相关学科知识，以目视方法揭示遥感图像中的地质信息。遥感图像地质解译的基本内容包括：

(1)岩性及地层解译。解译的标本有色调、地貌、水系、植被与土地利用特点等。

(2)构造的解译。在遥感图像上识别、勾绘和研究各种地质构造形迹的形态、产状、分布规律、组合关系及其成因联系等。

(3)矿产解译及成矿远景分析。这是一项复杂的综合性解译工作。通常在大比例尺图像上，有的可以直接判别原生矿体露头、铁帽和采矿遗迹。但大多数情况下是利用多波段遥感图像(特别是红外航空遥感图像)的解译与成矿相关的岩石、地层、构造以及围岩蚀变带等地质体。除目视解译外，还经常运用图像处理技术获取区域矿产信息。

成矿远景分析工作是以成矿理论为指导，在矿产解译基础上，利用计算机将矿产解译成果与地球物理勘探、地球化学勘查资料进行综合处理，从而圈定成矿远景区，提出预测区和勘探靶区。利用遥感图像解译矿产已成为一种重要的找矿手段。

主要资料就是遥感图像——胶片和照片。对图像解译是阅读遥感资料的基本功。实践中阅读图片时，往往对照地面已开展的地质工作认识成果，可对遥感图像有更深入的解读。

⑽ 地球物理探矿法

（一）地球物理探矿法的基本原理

物探的理论基础是物理学或地球物理学，是把物理学上的理论（地电学、地磁学等）应用于地质找矿的方法。基本特点是利用地球物理场或某些物理现象，如地磁场、地电场、放射性场等异常特征进行勘查找矿。它与地质学方法有着本质上的不同。通过物理场的研究可以了解覆盖区的地质构造和产状。因此地球物理探矿法的应用具有一定的特点和前提。

1.特点

（1）必须实行两个转化才能完成找矿任务。即先将地质问题转化成地球物理探矿的问题，才能使用物探方法去观测。在观测取得数据之后（所得异常），只能推断具有某种或某些物理性质的地质体，然后通过综合研究，并根据地质体与物理现象间存在的特定关系，把物探的结果转化为地质的语言和图示，从而去推断矿产的埋藏情况与成矿有关的地质问题。

（2）物探异常具有多解性。工作中采用单一的物探方法，往往不易得到较为肯定的地质结论。一般情况应合理地综合运用几种物探方法，并与地质研究紧密结合，才能得到较为肯定的结论。

（3）每种物探方法都要求有严格的应用条件和使用范围。因为矿床地质、地球物理特征及自然地理条件因地而异，从而影响物探方法的有效性。

2.物探工作的前提

物探工作的前提主要有下列几方面。

（1）被调查研究的地质体与周围地质体之间，要有某种物理性质上的差异。

（2）被调查的地质体要具有一定的规模和合适的深度，用现有的技术方法能发现它所引起的异常。若规模很小、埋藏又深的矿体，则不能发现其异常。有时虽然地质体埋藏较深，但规模很大，也可能发现异常。故找矿效果应根据具体情况而定。

（3）能区分异常，即从各种干扰因素的异常中，区分所调查的地质体的异常。如铬铁矿和纯橄榄岩都可引起重力异常，蛇纹石化等岩性变化也可引起异常，能否从干扰异常中找出矿异常，是方法应用的重要条件之一。

（二）地球物理探矿的方法及方法的选择

1.物探找矿的条件分析

（1）物探找矿有利条件：地形平坦，因物理场是以水平面作基面，越平坦越好；矿体形态规则；具有相当的规模，矿物成分较稳定；干扰因素少；有比较详细的地质资料。最好附近有勘探矿区或开采矿山，有已知的地质资料便于对比。

（2）物探找矿的不利条件：物性差异不明显或物理性质不稳定的地质体；寻找的地质体或矿体过小过深，地质条件复杂；干扰因素多，不易区分矿与非矿异常等。

2.物探方法的种类及主要用途

（1）物探方法的主要种类：

① 放射性测量法：寻找放射性矿床和与放射性有关的矿床，以及配合其他方法进行地质填图、圈定某些岩体等。对放射性矿床能直接找矿。

② 磁法（磁力测量）：主要用于找磁铁矿和铜、铅、锌、铬、镍，铝土矿、金刚石、石棉、硼矿床，圈定基性超基性岩体进行大地构造分区、地质填图、成矿区划分的研究及水文地质勘测。

③ 自然电场法：用于进行大面积快速普查硫化物金属矿床、石墨矿床；水文地质、工程地质调查；黄铁矿化，石墨化岩石分布区的地质填图。

④ 中间梯度法（电阻率法）：主要用于找陡立、高阻的脉状地质体。如寻找和追索陡立高阻的含矿石英脉、伟晶岩脉及铬铁矿、赤铁矿等。

⑤ 中间梯度装置的激发极化法：要用于寻找良导金属矿和浸染状金属矿床，尤其是用于那些电阻率与围岩没有明显差异的金属矿床和浸染状矿体，效果良好。

⑥ 电剖面法按装置的不同分为：联合剖面法、对称四极剖面法。前者主要用于寻找和追索陡立而薄的良导体的金属矿体，后者主要用于地质填图，研究覆盖层下基岩起伏和对水文、工程地质提供有关疏松层中的电性不均匀分布特征，以及疏松层下的地质构造等。

⑦ 偶极剖面法：一般在各种金属矿上的异常反映都相当明显，也能有效地用于地质填图划分岩石的分界面。

⑧ 电测深法：可以了解地质断面随深度的变化，借以确定矿体顶部埋深以及了解矿体的空间赋有情况等。

⑨ 充电法：用以确定已知矿体的潜伏部分的形状、产状、大小、平面位置及深度；确定几个已知矿体之间的连接关系；在已知矿体或探矿工程附近寻找盲矿体和进行地质填图。

⑩ 重力测量：可用此法直接找富铁矿、含铜黄铁矿；配合磁法找铬铁矿、磁铁矿，及研究地壳深部构造、划分大地构造单元、研究结晶基底的内部成分和构造，确定基岩顶面的构造起伏，确定断层位置及其分布、规模，圈定火成岩体，以达到寻找金属矿床的目的。及用于区域地质研究，普查石油、天然气有关的局部构造。

⑪ 地震法：主要用于解决构造地质方面的问题，在石油和煤田的普查及工程地质方面广泛应用。

（2）物探方法的选择：一般是依据工作区的下列3个方面情况，结合各种物探方法的特点进行选择：一是地质特点，即矿体产出部位、矿石类型（是决定物探方法的依据）、矿体的形态和产状（是确定测网大小、测线方向、电极距离大小与排列方式等决定因素）；二是地球物理特性，即岩矿物性参数，利用物性统计参数分析地质构造和探测地质体所产生的各种物理场的变化特点。如磁铁矿的粒度、品位、矿石结构等对磁化率的影响，采用方法的有效性等；三是自然地理条件，即地形、覆盖物的性质和厚度及分布情况、气候和植被土壤情况等。