一种坑道重力全空间域定位探测低密度隐伏矿体的方法

摘要

本发明公开了一种高精度坑道重力全空间域定位探测低密度隐伏矿体的方法，首先进行野外坑道重力和重力梯度观测，对观测数据进行各项改正，包括固体潮改正、零飘改正、地形改正、布格改正、纬度改正、坑道改正、采空区改正、回填区改正等，再根据改正后获得的重力异常和X、Y、Z三个方向重力梯度异常进行隐伏矿体定位探测，该方法解决了金属矿体在全空间域定位困难和其它物探方法受电磁干扰、异常多解性影响导致深部矿体难以准确定位探测的难题。

权利要求

1.一种坑道重力全空间域定位探测低密度隐伏矿体的方法，其特征在于按如下步骤进行：(1)鉴定测区的各种岩石、矿石，确定其岩石和矿石类型；

(2)测定测区岩石和矿石的密度，统计岩石和矿石密度平均值，当矿石平均密度明显低于岩石密度时，则具备应用该方法的物性前提；

(3)测区坑道重力观测

a、点位坐标测量：点距20米，用皮尺或经纬度仪确定测点的点位坐标，并把点号标记在坑道上；

b、重力基点选择：选择于坑道口附近，并标明为重力总基点；

c、测点重力观测：包括重力异常观测、重力水平梯度异常观测、重力垂直梯度异常观测，根据观测数据获得测点重力异常值Δg、X方向的重力水平梯度异常Vxz、Y方向的重力水平梯度异常Vyz、Z方向的重力垂直梯度异常Vzz，以大于或小于三倍均方误差圈定正异常或负异常；

其中设坑道长度为2a′、宽为2b′、高为2c′，直角坐标系原点位于坑道口横截面的中心点，X、Y、Z轴分别平行b′、a′、c′，Z轴向下；

重力异常观测：测点布置于坑道中心线部位，即Y轴上，点距20米，观测和记录各点重力数据，通过计算获得重力异常观测值Δg；

X方向重力水平梯度观测：每个测点分别在(b′，y，0)和(-b′，y，0)部位进行重力测量，观测和记录两个部位的重力数据，通过计算得测点(0，y，0)的Vxz(0,y,0)＝[Δg(b′,y,0)-Δg(-b′,y,0)]/(2b′)；

Y方向重力水平梯度观测：测点(0，y，0)的Vyz用重力异常观测结果计算获得，即第i点的Vyz(0,yi,0)＝[Δg(0,yi+1,0)-Δg(0,yi,0)]/(yi+1-yi)；

Z方向重力垂直梯度观测：每个测点分别在(0，y，c′)和(0，y，-c′)部位进行重力测量，观测和记录两个部位的重力数据，通过计算得测点(0，y，0)的Vzz(0,y,0)＝[Δg(0,y,c′)-Δg(0,y,-c′)]/(2c′)；

(4)观测数据的改正，数据改正包括固体潮改正、零飘改正、地形改正、布格改正、纬度改正、坑道改正、采空区改正、回填区改正；

(5)板状矿体定性定位预测

通过各项改正后，将重力异常、Vxz、Vyz、Vzz异常结合，通过下述判别标准判定板状矿体的具体位置：

1)当Δg为负、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为正时，测点在矿体外上部的左后方或矿体中上部的左后方；

2)当Δg为负、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为负时，测点在矿体正上部的左后方；

3)当Δg为负、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为正时，测点在矿体外上部的左前方或矿体中上部的左前方；

4)当Δg为负、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为负时，测点在矿体正上部的左前方；

5)当Δg为负、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为正时，测点在矿体外上部的右前方或矿体中上部的右前方；

6)当Δg为负、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为负时，测点在矿体正上部的右前方；

7)当Δg为负、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为正时，测点在矿体外上部的右后方或矿体中上部的右后方；

8)当Δg为负、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为负时，测点在矿体正上部的右后方；

9)当Δg为正、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为正时，测点在矿体外下部的左后方或矿体中下部的左后方；

10)当Δg为正、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为负时，测点在矿体正下部的左后方；

11)当Δg为正、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为正时，测点在矿体外下部的左前方或矿体中下部的左前方；

12)当Δg为正、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为负时，测点在矿体正下部的左前方；

13)当Δg为正、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为正时，测点在矿体外下部的右前方或矿体中下部的右前方；

14)当Δg为正、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为负时，测点在矿体正下部的右前方；

15)当Δg为正、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为正时，测点在矿体外下部的右后方或矿体中下部的右后方；

16)当Δg为正、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为负时，测点在矿体正下部的右后方；

17)当Δg为0、Vzz为0、Vxz为0、Vyz为0时，坑道在矿体的中心平面或远离矿体；

(6)采用正演拟合法进行隐伏矿体定量定位预测。

2.根据权利要求1所述的坑道重力全空间域定位探测低密度隐伏矿体的方法，其特征在于：重力异常观测值Δg为测点所测的格子平均值乘以单位格子标定的重力值之积。

说明书

一种坑道重力全空间域定位探测低密度隐伏矿体的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高精度坑道重力全空间域定位探测低密度隐伏矿体的方法，属于矿产资源勘查领域。

背景技术

[0002] 低密度隐伏矿体是指矿石的密度明显低于赋矿围岩的隐伏矿体。隐伏矿床(体)定位探测是当前成矿学和成矿预测学的科学前沿和矿产勘查领域的主要难题之一，通常采用物探方法(如直流电法、磁法、电磁法)在半空间域(如地表)探测隐伏矿体，但是这些物探方法因多解性强、电磁干扰大难于在深部全空间域隐伏矿床(体)定位探测中取得成效。

[0003] 重力勘探是观测地球重力场的变化，借以查明地质构造和矿产分布的物探方法，重力勘探方法集中应用于区域尺度的地球表面探测，采用的比例尺一般为1:5万-1:100万。地下重力包括井中重力和坑道重力。1950年，Smith和Hammer对井中重力进行了研究；1989年，徐公达和周国潘对井中重力、坑道重力进行了总结。但是，文中只对地下重力进行了地层密度、构造等方面的研究，近区地形改正用地面方法改正，未开展隐伏矿体的定位预测研究；2012年，张征在新疆彩霞山地表(半空间域)开展重力场平面特征和重力剖面的研究，间接探索了与控矿大理岩相关的铅锌矿体的分布区段，并结合其它物探方法在地表开展找矿勘查。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种高精度坑道重力全空间域定位探测低密度矿体的方法，本发明方法首先进行野外坑道重力及X、Y、Z三个方向重力梯度观测，对观测数据进行各项改正，包括固体潮改正、零飘改正、地形改正、布格改正、纬度改正、坑道改正、采空区改正、回填区改正等，然后同时利用改正后获得的重力异常Δg及重力梯度异常(Vxz、Vyz、Vzz)进行隐伏矿体的定位。

[0005] 本发明方法的具体操作步骤如下：

[0006] 1、岩矿鉴定

[0007] 鉴定测区的各种岩石、矿石，确定其岩石和矿石类型。

[0008] 2、岩矿石密度参数测量

[0009] 测定测区岩石和矿石的密度，统计岩石和矿石密度平均值，当矿石平均密度明显低于围岩密度时，则具备应用该方法的物性前提。

[0010] 3、侧区坑道重力观测

[0011] a、点位坐标测量：点距20米，用皮尺或经纬度仪确定测点的点位坐标，并把点号标记在坑道上；

[0012] b、重力基点选择：选择于坑道口附近，并标明为重力基点；

[0013] c、测点重力观测：包括重力异常观测、重力水平梯度异常观测、重力垂直梯度异常观测，根据观测数据获得测点重力异常值Δg、X方向的重力水平梯度异常Vxz、Y方向的重力水平梯度异常Vyz、Z方向的重力垂直梯度异常Vzz，以大于或小于三倍均方误差圈定正异常或负异常；

[0014] 其中设坑道长度为2a′、宽为2b′、高为2c′，直角坐标系原点位于坑道口横截面的中心点，X、Y、Z轴分别平行b′、a′、c′，Z轴向下(图1)；

[0015] 重力异常观测：测点布置于坑道中心线部位，即Y轴上，点距20米，观测和记录各点重力数据，通过计算获得重力异常观测值Δg，即Δg为测点所测的格子平均值乘以单位格子标定的重力值之积；

[0016] X方向重力水平梯度观测：每个测点分别在(b′，y，0)和(-b′，y，0)部位进行重力测量，观测和记录两个部位的重力数据，通过计算得测点(0，y，0)的Vxz(0,y,0)＝[Δg(b′,y,0)-Δg(-b′,y,0)]/(2b′)；

[0017] Y方向重力水平梯度观测：测点(0，y，0)的Vyz用重力异常观测结果计算获得，即第i点的Vyz(0,yi,0)＝[Δg(0,yi+1,0)-Δg(0,yi,0)]/(yi+1-yi)；

[0018] Z方向重力垂直梯度观测：每个测点分别在(0，y，c′)和(0，y，-c′)部位进行重力测量，观测和记录两个部位的重力数据，通过计算得测点(0，y，0)的Vzz(0,y,0)＝[Δg(0,y,c′)-Δg(0,y,-c′)]/(2c′)。

[0019] 4、观测数据进行各项改正

[0020] (1)固体潮改正

[0021] 固体潮改正采用以下公式：δgb＝δcxG(t)-δfc(10-8m/s-2)…………………………(1)[0022]

[0023]

[0024]

[0025] 式中:δcx为潮汐因子，取1.16；r为月心到地心的距离；c为地心到月心的平均距离；Z为月亮对测点的地心天顶距离；r3为日心到地心的距离；c3为地心到日心的平均距离；Z3为太阳对测点的地心天顶距离；为测点纬度； 为测点地心纬度。

[0026] (2)零飘改正

[0027] 计算早晚基点的读格差，读格差乘以格值，作固体潮改正后，计算早晚基点的差值，再根据观测时间计算漂移率，然后进行零点漂移改正。

[0028] (3)地形改正

[0029] 1)近区地形改正

[0030] 在半径a为10m的圆域范围内，用圆柱体公式进行近区地形改正，改正公式为：

[0031]

[0032] G为6.67×10-11m.kg-1.s-2),σ为圆柱体密度，取2.67g/cm3，H为测点到地表圆域内的平均高度(单位m)，a为圆柱体的半径(单位m)。把圆域半径10m代入(5)式得：

[0033]

[0034] 2)中、远区地形改正

[0035] 大于圆域半径10m以外的范围，使用扇形改正公式进行分区作中、远区地形改正，其公式为：

[0036] (单位：g.u.)……(7)

[0037] 最终的扇形改正值为： (单位：g.u.)…………………………(8)

[0038] 式中：G为6.67×10-11m/(kg.s-2),σ为密度，取2.67g/cm3，n为方位数，Rm为扇形体的内半径(m)，Rm+1为扇形体外半径(m)，ΔH为扇形体的平均高程与测点高程差(m)。

[0039] (4)布格改正

[0040] 布格改正公式为：δgb＝(3.086-0.419σ)Δh(单位：g.u.)………(9)

[0041] 式中：σ为密度，取2.67g/cm3，Δh为总基点平面与测点平面的高程差，单位m。

[0042] (5)纬度改正

[0043] 公式为： (单位：g.u.)……………………(10)

[0044] 式中：为测区的平均纬度，D为测点到总基点沿纬度方向的距离，单位Km。

[0045] (6)坑道改正

[0046] 水平坑道可等效为水平长方体，垂直坑道可等效为垂直长方体。因此可用长方体的重力异常公式进行坑道改正。

[0047] 设长方体的宽、长、高依次为2b′、2a′、2c′，分别平行坐标轴X、Y、Z，其剩余密度为σ，在测点(x、y、z)点上的重力异常公式为：

[0048]

[0049] 式中：

[0050] ξ1＝ξc-b′-x,ξ1＝ξc-a′-y,ζ1＝ζc-c′-z,

[0051] ξ2＝ξc+b′-x,η2＝ηc+a′-y,ζ2＝ζc+c′-z.

[0052] ξc、ηc、ζc为长方体中心点坐标。

[0053] 用(11)式可对水平和垂直坑道进行坑道改正；当坑道倾斜坑道或不是直线式坑道时，可分段用(11)式对其改正。

[0054] (7)采空区改正

[0055] 测定采空区的位置和形状，分多个方柱体用(11)式计算各长方体的重力异常值，再用累加的方法改正。

[0056] (8)回填区改正

[0057] 根据采矿记录确定回填区的位置和形状，测定回物密度差，分多个长方体用(11)式计算各方柱体重力异常值，再用累加的方法改正。

[0058] 5、矿体定性定位探测

[0059] 对于地面物探来说，获得异常后，可肯定场源体在下半空间。但是，对于坑道物探来说，是全空间域问题，场源体可能在坑道异常部位的360°范围的任一方位处，要确定矿体在坑道四周的具体位置(即异常部位的前、后、左、右、上、下)是十分困难的，或者说矿体的位置是多解的。对单纯的坑道重力测量来说也是十分困难的。本发明提出用坑道重力异常结合坑道重力梯度异常(X、Y、Z三个方向)来解决矿体的位置的多解问题。

[0060] 自然界矿体的形态一般为板状体，以长方体的低密度矿体为例，设长方体的长度为2a、宽度为2b、高度为2c，直角坐标系原点设于长方体的中心点，X、Y、Z轴分别平行b、a、c，Z轴向下(图2)。为方便定位，再定义z＝0～-c为中上部、z＝0～c为中下部，z＜-c为上部、z＞c为下部；x＜0为左方、x＞0为右方；y＜0为前方、y＞0为后方(图3)。

[0061] 根据长方体的重力异常公式(11)计算得到低密度长方形矿体重力异常(Δg)及重力垂向梯度异常(Vzz)和重力水平梯度异常(Vxz或Vyz)的空间变化规律见表1、2、3及图4、5；

[0062] 根据图4-A、图5-B，在矿体的上部和下部的任一平面，重力垂向梯度异常(Vzz)等于0的曲线为一椭圆，椭圆内Vzz为负，椭圆外Vzz为正，为方便空间位置的描述，再定义，在矿体的上部Vzz为负时称作正上部，Vzz为正时称作外上部；在矿体的下部Vzz为负时称作正下部，Vzz为正时称作外下部。

[0063] 表1 低密度长方形矿体重力异常(Δg)及重力垂向梯度异常(Vzz)变化规律表[0064]序号 Z 位置 Δg Vzz
1 -∞ 远离矿体上方 0 0
2 -∞--c 矿体顶端平面之上 负异常 中间负，四周正的对称异常
3 -c-0 矿体顶端平面至矿体中心平面之间 负异常 正异常
4 0 矿体中心平面 0 0
5 0-c 矿体中心平面至矿体底端平面之间 正异常 正异常
6 c-+∞ 矿体底端平面之下 正异常 中间负，四周正的对称异常
7 +∞ 远离矿体下方 0 0

[0065] 表2 低密度长方形矿体重力异常(Δg)及重力水平梯度异常(Vxz)变化规律表[0066]

[0067] 表3 低密度长方形矿体重力异常(Δg)及重力水平梯度异常(Vyz)变化规律表[0068]

[0069] 根据低密度矿体重力的变化规律，低密度矿体空间位置的定性判断方法为：

[0070] 1)当Δg为负、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为正时，测点在矿体外上部的左后方或矿体中上部的左后方；

[0071] 2)当Δg为负、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为负时，测点在矿体正上部的左后方；

[0072] 3)当Δg为负、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为正时，测点在矿体外上部的左前方或矿体中上部的左前方；

[0073] 4)当Δg为负、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为负时，测点在矿体正上部的左前方；

[0074] 5)当Δg为负、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为正时，测点在矿体外上部的右前方或矿体中上部的右前方；

[0075] 6)当Δg为负、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为负时，测点在矿体正上部的右前方；

[0076] 7)当Δg为负、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为正时，测点在矿体外上部的右后方或矿体中上部的右后方；

[0077] 8)当Δg为负、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为负时，测点在矿体正上部的右后方；

[0078] 9)当Δg为正、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为正时，测点在矿体外下部的左后方或矿体中下部的左后方；

[0079] 10)当Δg为正、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为负时，测点在矿体正下部的左后方；

[0080] 11)当Δg为正、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为正时，测点在矿体外下部的左前方或矿体中下部的左前方；

[0081] 12)当Δg为正、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为负时，测点在矿体正下部的左前方；

[0082] 13)当Δg为正、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为正时，测点在矿体外下部的右前方或矿体中下部的右前方；

[0083] 14)当Δg为正、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为负时，测点在矿体正下部的右前方；

[0084] 15)当Δg为正、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为正时，测点在矿体外下部的右后方或矿体中下部的右后方；

[0085] 16)当Δg为正、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为负时，测点在矿体正下部的右后方；

[0086] 17)当Δg为0、Vzz为0、Vxz为0、Vyz为0时，坑道在矿体的中心平面或远离矿体。

[0087] 6、矿体定位定量预测

[0088] 采用正演拟合法进行低密度隐伏矿体定量定位预测。

[0089] 本发明方法的优点和技术效果：

[0090] 优点：1)深部全空间域低密度隐伏矿体探测；2)本发明适用于矿石与岩石的密度差明显高于重力仪的探测精度的隐伏矿定位探测。明显比围岩密度小、且有较大规模的低密度矿体，探测效果更好，如煤矿、盐矿、石膏矿、钾盐矿等；3)克服了矿体空间定位探测的多解性问题；4)不受电磁干扰的影响；5)受地形影响小；6)观测面基本是平面，不用进行了曲化平，异常简单；7)探测精度高，可应用1:500～1:10000比例尺低密度矿体的精确定位。

附图说明

[0091] 图1是本发明中坑道所在坐标系示意图；

[0092] 图2是本发明中矿体所在坐标系示意图；

[0093] 图3是本发明中预测矿体所在位置划分示意图；其中:A图为上中下左右方位划分示意图；B图为左右前后方位划分示意图；

[0094] 图4是本发明中低密度矿体上部、中上部的Δg、Vxz、Vyz、Vzz变化示意图，其中：图A为矿体上部(z＜-c)，图B为矿体中上部(z＝0～-c)；

[0095] 图5是本发明中低密度矿体下部、中下部的Δg、Vxz、Vyz、Vzz变化示意图，其中：图A为矿体中下部(z＝0～c)，图B为矿体下部(z＞c)。

具体实施方式

[0096] 下面通过两个实例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容，实例中方法如无特殊说明均为常规方法。

[0097] 实施例1：坑道重力全空间域定位探测低密度隐伏矿体的方法在滇东南钾盐矿深部找矿应用，应用效果较好，具体内容如下：

[0098] (1)采集测区的各种岩石、矿石标本，并进行鉴定，确定其岩石和矿石类型

[0099] 共采集标本26件，其中围岩11件，矿石15件，鉴定结果为：泥岩11件、钾盐矿石15件。

[0100] (2)测定测区岩石和矿石的密度，统计岩石和矿石密度平均值，当矿石平均密度明显低于围岩密度时，则具备应用该方法的物性前提；

[0101] 岩矿石标本的密度用质量除以体积的方法获得，岩矿石标本的质量用天平测量，体积用排水法测量，每件标本的质量、体积、计算的密度结果见表4。围岩泥岩的平均密度为2.6g/cm3，钾盐矿石的平均密度为2.2g/cm3，矿石比围岩低0.4g/cm3，具备开展重力测量的物性前提。

[0102] 表4：滇东北铅锌矿集区某矿区岩矿石密度测量结果

[0103]岩性 质量/g 体积/cm3 密度/g/cm3
泥岩 317.3 123 2.58
泥岩 273.4 102 2.68
泥岩 290.4 106 2.74
泥岩 420.4 173 2.53
泥岩 458.3 171 2.68
泥岩 476.9 190 2.51
泥岩 359.6 145 2.48
泥岩 341.9 130 2.63
泥岩 318.8 125 2.55
泥岩 449.9 166 2.71
泥岩 430.8 173 2.49
泥岩平均     2.60
钾盐矿石 335.07 153 2.19
钾盐矿石 270.84 122 2.22
钾盐矿石 291.04 136 2.14
钾盐矿石 371.95 173 2.15
钾盐矿石 352.59 161 2.19
钾盐矿石 450.45 195 2.31
钾盐矿石 359.7 165 2.18
钾盐矿石 369.6 160 2.31
钾盐矿石 333.25 155 2.15
钾盐矿石 371.28 168 2.21
钾盐矿石 387.63 177 2.19
钾盐矿石 293.8 130 2.26
钾盐矿石 385.86 177 2.18
钾盐矿石 298.35 135 2.21
钾盐矿石 307.38 141 2.18
钾盐矿石平均     2.20

[0104] (3)测区坑道重力观测

[0105] 1)点位坐标测量及重力基点选择

[0106] 重力测量坑道为PD1号坑道，坑道方向为南北向；以坑道口往北20米定为总基点，以0号点为其编号，用经纬仪测量其坐标为东经101°34′、北纬22°38′00.0″、高程500米。测点坐标用经纬测量，测点距20米，测线方向为0°方向，设总基点直角坐标为(0，0，500)，测得的测点坐标见表5，所有测点用记号笔在坑道壁上标明点号。

[0107] 表5：测点坐标

[0108]点号 X/m Y/m E N H/m
总基点0 0 0 101°34′ 22°38′00.0″ 500.0
1 20 0 101°34′ 22°38′00.2″ 500.2
2 40 0 101°34′ 22°38′00.5″ 500.4
3 60 0 101°34′ 22°38′00.7″ 500.6
4 80 0 101°34′ 22°38′00.9″ 500.8
5 100 0 101°34′ 22°38′01.2″ 501.0
6 120 0 101°34′ 22°38′01.4″ 501.2
7 140 0 101°34′ 22°38′01.6″ 501.4
8 160 0 101°34′ 22°38′01.9″ 501.6
9 180 0 101°34′ 22°38′02.1″ 501.8
10 200 0 101°34′ 22°38′02.3″ 502.0
11 220 0 101°34′ 22°38′02.6″ 502.2
12 240 0 101°34′ 22°38′02.8″ 502.4
13 260 0 101°34′ 22°38′03.0″ 502.6
14 280 0 101°34′ 22°38′03.3″ 502.8
15 300 0 101°34′ 22°38′03.5″ 503.0
16 320 0 101°34′ 22°38′03.7″ 503.2
17 340 0 101°34′ 22°38′04.0″ 503.4
18 360 0 101°34′ 22°38′04.2″ 503.6
19 380 0 101°34′ 22°38′04.4″ 503.8
20 400 0 101°34′ 22°38′04.7″ 504.0

[0109] 2)测点重力观测

[0110] A、测点观测起于总基点终于总基点，为减少坑道的影响，重力仪用脚架置于坑道中心轴线位置进行观测，每个测点观测2次，并记录2次观测结果，2次读格平均值乘以格值(0.103639g.u./格)得重力异常平均值(g.u.)(表6)。

[0111] 表6：测点重力观测记录

[0112]点号 时间 读格一 读格二 平均读格 平均值/g.μ.
总基点(0) 9:30 936.7 936.9 936.8 97.086
1 9:35 932.0 931.8 931.9 96.581
2 9:40 923.0 923.2 923.1 95.674
3 9:45 909.1 909.3 909.2 94.233
4 9:50 888.3 888.1 888.2 92.053
5 10:00 859.4 859.2 859.3 89.059
6 10:05 830.6 830.8 830.7 86.090
7 10:10 810.5 810.7 810.6 84.009
8 10:15 798.5 798.3 798.4 82.745
9 10:20 792.1 792.3 792.2 82.099
10 10:25 790.7 790.5 790.6 81.938
11 10:30 793.0 793.2 793.1 82.194
12 10:35 799.6 799.4 799.5 82.865
13 10:40 810.4 810.6 810.5 84.003
14 10:45 826.9 827.1 827.0 85.713
15 10:50 84.9.6 849.6 849.6 88.048
16 10:55 872.2 872.0 872.1 90.383
17 11:00 890.9 890.7 890.8 92.318
18 11:05 905.5 905.7 905.6 93.856
19 11:10 918.0 918.0 918.0 95.138
20 11:15 929.1. 928.9 929.0 96.283
总基点(0) 11:30 936.7 936.9 936.8 97.086

[0113] B、测点重力水平梯度(Vxz)观测

[0114] 设垂直坑道的东方向为X轴正向，每个测点分别在OXZ平面的坑道两侧进行重力测量，坑道两侧的平距差1.8米，坑道东侧所测重力异常值减去坑道西侧所测重力异常值除以两点平距差1.8米即为Vxz。

[0115] 通过观测计算，发现10、15、20号点有异常，3个点的Vxz依次为：-79E、-83E、-78E。

[0116] C、测点重力水平梯度(Vyz)观测

[0117] 设坑道的南方向为Y轴正向，测点水平重力梯度(Vyz)可由Y轴上测点重力观测结果计算获得，即用两测点间的重力异常差值除以两测点间距离即为Vyz。Vyz结果为1-15号点为正，16-20号点为负(表7)。

[0118] D、测点重力垂直梯度(Vzz)观测

[0119] 设向下方向为Z轴正向，每个测点分别在OXZ平面的坑道底部和坑道顶部进行重力测量，坑道顶与坑道底高差为1.5米，底部所测的重力异常值减去顶部所测重力异常值除以高差1.5米即为Vzz。Vzz结果为10号点为-30E、15号点为-31E、20号点为-29E。

[0120] (4)观测数据的各项改正

[0121] 数据改正包括固体潮改正、零飘改正、地形改正、布格改正、纬度改正、坑道改正、采空区改正、回填区改正。

[0122] 1)固体潮改正

[0123] 重力观测日期为2013年10月20日，观测时间为9:30～11:30，测点坐标见表5，把观测日期、时间、坐标代入公式(1)-(4)计算的固体潮改正结果见表7。

[0124] 表7：各项改正的结果

[0125]

[0126]

[0127] 2)零飘改正

[0128] 进行固体潮改正后，早晚基差值除以早晚基时间差再乘以测点与早基点的时间差取负值即为零点飘移改正值。早晚基点的读数差平均为2格，仪器格值为0.103639g.u./格，早基点读数时间为9:30，晚基点读数时间为11:30，早晚基点的读数时间差为120分钟，则零点飘移改正系数为-2(格)×0.103639(g.u./格)除以120(分钟)＝-0.00172732(g.u./分钟)，测点的零点飘移改值＝-0.00172732(g.u./分钟)×(测点观测时间-早基点观测时间)，改正结果见表7。

[0129] 3)地形改正

[0130] ①近区地形改正

[0131] 用圆柱型公式(6)改正，例如1号点地面高程为1000.2米，测点高程为500.2米，1号点地面与测点高差H为500米，以地改密度2.67g/cm3代入公式(6)计算，得1号点近区地改值为11.075g.u.。

[0132] ②中、远区地形改正

[0133] 在大于圆柱半径以外的范围，用扇形公式(7)改正，例如1号点第一方位的一个扇形地面平均高程为1005.2米，与测点高差ΔH为505米，R1＝10米，R2＝20米，n＝8，地改密度2.67g/cm3，代入公式(7)计算，得1号点第一方位的一个扇形地改值为1.335g.u.。

[0134] 圆柱体改正结果和所有扇形改正结果相加即为测点的地形改正结果见表7。

[0135] 4)布格改正

[0136] 密度σ取2.67g/cm3，总基点平面与测点平面的高程差Δh由表5中获得，根据公式(9)改正，结果见表7。

[0137] 5)纬度改正

[0138] 测区的平均纬度为22°38′02″，测点到总基点沿纬度方向的距离D(公里)由表5中获得，根据公式(10)改正，结果见表7。

[0139] 6)坑道改正

[0140] 基点正南20米处有一垂直坚井，其顶、底高程为1000米、500米，边长4米，用长方体重力异常公式计算各点的坑道改正结果见表7。

[0141] 7)采空区改正

[0142] 设基点坐标为(0，0，500)。经测量，采空区的角点坐标为(20，-100，500)、(20，-300，500)、(220，-300，500)、(220，-100，500)、(20，-100，600)、(20，-300，600)、(220，-300，
600)、(220，-100，600)，用长方体重力异常公式计算各点采空区改正结果见表7。

[0143] 8)回填区改正

[0144] 设基点坐标为(0，0，500)。根据采矿范围记录，回填区的角点坐标为(20，-300，500)、(20，-500，500)、(220，-500，500)、(220，-300，500)、(20，-300，600)、(20，-500，600)、(220，-500，600)、(220，-300，600)。用长方体重力异常公式计算各点的回填区改正结果见表7。

[0145] (5)通过各项改正后，以大于或小于三倍均方误差圈定正重力异常或负重力异常，及重力梯度异常(表7)。

[0146] (6)板状矿体定性定位预测

[0147] 由低密度矿体的判断标准可知：

[0148] 10号点：Δg为负、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为负，测点在矿体正上部的左后方。这与实际情况相符；

[0149] 15号点：Δg为负、Vxz为负、Vyz为正、Vzz为负，测点在矿体正上部的左后方。这与实际情况相符；

[0150] 20号点：Δg为负、Vxz为负、Vyz为负、Vzz为负，测点在矿体正上部的左前方。这与实际情况相符(见图4A)；

[0151] (7)低密度隐伏矿体定量定位预测

[0152] 矿石与围岩密度差为-0.4g/cm3，采用公式(11)正演拟合实测重力异常，预测低密度隐伏矿体的角点坐标为(20，-100，100)、(20，-500，100)、(220，-500，100)、(220，-100，100)、(20，-100，470)、(20，-500，470)、(220，-500，470)、(220，-100，470)。实测重力异常、正演拟合异常及其差值结果见表8，结果与实际相符。

[0153] 表8：正演拟合法定量定位预测低密度隐伏矿体结果

[0154]点号 实测重力异常/g.u. 正演拟合异常/g.u. 差值/g.u.
0 0.00 0.00 0.00
1 -0.72 -0.44 -0.28
2 -1.40 -0.95 -0.45
3 -2.39 -1.55 -0.83
4 -2.79 -2.25 -0.54
5 -3.39 -3.02 -0.37
6 -3.80 -3.78 -0.02
7 -4.43 -4.45 0.02
8 -5.59 -5.02 -0.57
9 -5.91 -5.48 -0.43
10 -6.13 -5.85 -0.28
11 -6.19 -6.14 -0.05
12 -6.83 -6.35 -0.47
13 -6.91 -6.50 -0.40
14 -7.39 -6.59 -0.80

[0155]15 -7.54 -6.62 -0.92
16 -7.14 -6.59 -0.55
17 -6.41 -6.50 0.10
18 -6.39 -6.35 -0.03
19 -6.29 -6.14 -0.15
20 -5.99 -5.85 -0.14

[0156] 实施例2：坑道重力全空间域定位探测低密度隐伏矿体的方法是在滇东南某煤矿应用，找矿效果较好，具体内容如下：

[0157] (1)采集测区的各种岩石、矿石标本，并进行鉴定，确定其岩石和矿石类型

[0158] 共采集标本20件，其中围岩10件，矿石10件，鉴定结果为：砂质泥岩10件、煤矿石10件。

[0159] (2)测定测区岩石和矿石的密度，比较岩石和矿石密度特征，根据密度差异，确定应用该方法的物性前提，当矿石平均密度明显低于围岩密度时，则具备应用该方法的物性前提；

[0160] 岩矿石标本的密度用质量除以体积的方法获得，岩矿石标本的质量用天平测量，体积用排水法测量，每件标本的质量、体积、计算的密度结果见表9。围岩(砂质泥岩)的平均密度为2.67g/cm3，煤矿石的平均密度为1.67g/cm3，矿石密度比围岩密度低1g/cm3，具备开展重力测量的物性前提。

[0161] 表9：滇东南某煤矿岩矿石密度测量结果

[0162]岩性 质量/g 体积/cm3 密度/g/cm3
砂质泥岩 361.8 135 2.68
砂质泥岩 436.46 157 2.78
砂质泥岩 528.63 201 2.63
砂质泥岩 526.68 198 2.66
砂质泥岩 506.77 187 2.71
砂质泥岩 504.51 201 2.51
砂质泥岩 435.24 156 2.79
砂质泥岩 395.16 148 2.67
砂质泥岩 352.24 136 2.59
砂质泥岩 478.82 178 2.69
砂质泥岩平均     2.67
煤矿石 254.38 158 1.61
煤矿石 283.92 168 1.69
煤矿石 275.07 173 1.59
煤矿石 319.92 186 1.72
煤矿石 275.47 169 1.63
煤矿石 352.6 205 1.72
煤矿石 302.12 182 1.66
煤矿石 315.63 189 1.67
煤矿石 299.04 178 1.68
煤矿石 335.62 194 1.73
煤矿石平均     1.67

[0163] (3)测区坑道重力观测

[0164] 1)点位坐标测量及重力基点选择

[0165] 重力测量坑道为PD1号坑道，坑道方向为南北向。以坑道口往北20米定为总基点，以0号点为其编号，用经纬仪测量其坐标为东经101°34′、北纬22°38′00.0″、高程500米。测点坐标用经纬测量，点距20米，测线方向为0度方向，设总基点即0号点直角坐标为(0，0，500)，测得的测点坐标见表10。所有测点用记号笔在坑道壁上标明点号。

[0166] 表10：测点坐标

[0167]点号 X/m Y/m E N H/m
总基点0 0 0 103° 24°12′00.0″ 1000.0
1 20 0 103° 24°12′14.6″ 1000.2
2 40 0 103° 24°12′14.9″ 1000.4
3 60 0 103° 24°12′15.1″ 1000.6
4 80 0 103° 24°12′15.3″ 1000.8
5 100 0 103° 24°12′15.6″ 1001.0
6 120 0 103° 24°12′15.8″ 1001.2
7 140 0 103° 24°12′16.0″ 1001.4
8 160 0 103° 24°12′16.3″ 1001.6
9 180 0 103° 24°12′16.5″ 1001.8
10 200 0 103° 24°12′16.7″ 1002.0
11 220 0 103° 24°12′17.0″ 1002.2
12 240 0 103° 24°12′17.2″ 1002.4
13 260 0 103° 24°12′17.4″ 1002.6
14 280 0 103° 24°12′17.7″ 1002.8
15 300 0 103° 24°12′17.9″ 1003.0
16 320 0 103° 24°12′18.1″ 1003.2
17 340 0 103° 24°12′18.4″ 1003.4
18 360 0 103° 24°12′18.6″ 1003.6
19 380 0 103° 24°12′18.8″ 1003.8
20 400 0 103° 24°12′19.1″ 1004.0

[0168] 2)测点重力观测

[0169] A、测点观测起于总基点终于总基点，为减少坑道的影响，重力仪用脚架置于坑道中心轴线位置进行观测，每个测点观测2次，并记录2次观测结果，2次读格平均乘以格值(0.103639g.u./格)得平均值(g.u.)，见表11。

[0170] 表11：测点重力观测记录

[0171]点号 时间 时间差/分钟 平均读格 平均值/g.u.
总基点(0) 9:30 0 917.8 95.123
1 9:35 5 918.4 95.179
2 9:40 10 917.6 95.104
3 9:45 15 916.1 94.943
4 9:50 20 912.5 94.572
5 9:55 25 907.6 94.064
6 10:00 30 903.1 93.595
7 10:05 35 898.4 93.111
8 10:10 40 902.2 93.500

[0172]9 10:15 45 900.4 93.314
10 10:20 50 901.1 93.391
11 10:25 55 902.1 93.496
12 10:30 60 910.0 94.311
13 10:35 65 916.4 94.971
14 10:40 70 927.7 96.150
15 10:45 75 939.7 97.390
16 10:50 80 948.3 98.281
17 10:55 85 954.4 98.908
18 11:00 90 962.7 99.769
19 11:05 95 968.3 100.350
20 11:10 100 972.8 100.824
总基点(0) 11:30 120 915.0 94.830

[0173] B、测点重力水平梯度(Vxz)观测

[0174] 设垂直坑道的东方向为X轴正向，每个测点分别在OXZ平面的坑道两侧进行重力测量，坑道两侧的平距差1.8米，坑道东侧所测重力异常值减去坑道西侧所测重力异常值除以两点平距差1.8米即为Vxz。

[0175] 通过观测计算发现10、15、20号点有异常，3个点的Vxz依次为：138E、140E、137E。

[0176] C、测点重力水平梯度(Vyz)观测

[0177] 设坑道的南方向为Y轴正向，测点水平重力梯度(Vyz)可由Y轴上测点重力观测结果计算获得，即用两测点间的重力异常差值除以两测点间距离即为Vyz。Vyz结果为：1-15号点为负，16-20号点为正。见表12。

[0178] D、测点垂直重力梯度(Vzz)观测

[0179] 设向下方向为Z轴正向，每个测点分别在OXZ平面的坑道底部和坑道顶部进行重力测量，坑道顶与坑道底高差为1.5米，底部所测重力异常值减去顶部所测重力异常值除以高差1.5米即为Vzz。Vzz结果为：10号点为64E、15号点为71E、20号点为65E。

[0180] (4)观测数据的各项改正

[0181] 数据改正包括固体潮改正、零飘改正、地形改正、布格改正、纬度改正、坑道改正、采空区改正、回填区改正。

[0182] 1)固体潮改正

[0183] 重力观测日期为2013年12月21日，观测时间为9:20-11:20，测点坐标表5。把观测日期、时间、坐标代入公式(1)-(4)计算的固体潮改正结果见表12。

[0184] 表12：各项改正的结果

[0185]

[0186]

[0187] 2)零飘改正

[0188] 进行固体潮改正后，早晚基差值除以早晚基时间差再乘以测点与早基点的时间差取负值即为零点飘移改正值。早晚基点的读数差平均为2格，仪器格值为0.103639g.u./格，早基点读数时间为9:30，晚基点读数时间为11:30，早晚基点的读数时间差为120分钟，则零点飘移改正系数为-2(格)×0.103639(g.u./格)除以120(分钟)＝-0.00172732(g.u./分钟)，测点的零点飘移改值＝-0.00172732(g.u./分钟)×(测点观测时间-早基点观测时间)。改正结果见表12。

[0189] 3)地形改正

[0190] ①近区地形改正

[0191] 用圆柱型公式(6)改正，例如1号点地面高程为1300.2米，测点高程为1000.2米，1号点地面与测点高差H为300米，以地改密度2.67g/cm3代入公式(6)计算，得1号点近区地改值为11.001g.u.。

[0192] ②中、远区地形改正

[0193] 在大于圆柱半径以外的范围，用扇形公式(7)改正，例如1号点第一方位的一个扇形地面平均高程为1310.2米，与测点高差ΔH为310米，R1＝10米，R2＝20米，n＝8，地改密度2.67g/cm3，代入公式(7)计算，得1号点第一方位的一个扇形地改值为1.330g.u.。

[0194] 圆柱体改正结果和所有扇形改正结果相加即为测点的地形改正结果见表12。

[0195] 4)布格改正

[0196] 密度σ取2.67g/cm3，总基点平面与测点平面的高程差Δh由表5中获得，根据公式(9)改正，结果见表12。

[0197] 5)纬度改正

[0198] 测区的平均纬度为24°12′16.7″，测点到总基点沿纬度方向的距离D(公里)由表5中获得，根据公式(10)改正，结果见表12。

[0199] 6)坑道改正

[0200] 基点正南20米处有一垂直坚井，其顶、底高程为1300米、1000米，边长4米。用长方体重力异常公式计算各点的坑道改正结果见表12。

[0201] 7)采空区改正

[0202] 设基点坐标为(0，0，1000)。经测量，采空区的角点坐标为(-120，-100，1010)、(-120，-300，1010)、(-20，-300，1010)、(-20，-100，1010)、(-120，-100，1060)、(-120，-300，
1060)、(-20，-300，1060)、(-20，-100，1060)。用长方体重力异常公式计算各点的采空区改正结果见表12。

[0203] 8)回填区改正

[0204] 设基点坐标为(0，0，1000)。根据采矿范围记录，回填区的角点坐标为(-120，-300，1010)、(-120，-500，1010)、(-20，-500，1010)、(-20，-300，1010)、(-120，-300，1060)、(-
120，-500，1060)、(-20，-500，1060)、(-20，-300，1060)。用长方体重力异常公式计算各点的回填区改正结果见表12。

[0205] (5)通过各项改正后，以大于或小于三倍均方误差圈定正重力异常或负重力异常，及重力梯度异常(见表12)。

[0206] (6)板状矿体定性定位预测

[0207] 由低密度矿体的判断标准可知：

[0208] 10号点：Δg为正、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为正，测点在矿体外下部的左后方或矿体中下部的左后方。实际为测点在矿体外下部的左后方；

[0209] 15号点：Δg为正、Vxz为正、Vyz为负、Vzz为正，测点在矿体外下部的左后方或矿体中下部的左后方。实际为测点在矿体外下部的左后方；

[0210] 20号点：Δg为正、Vxz为正、Vyz为正、Vzz为正，测点在矿体外下部的左前方或矿体中下部的左前方。实际为测点在矿体外下部的左前方(见图5)。

[0211] (7)低密度隐伏矿体定量定位预测。

[0212] 煤矿石与围岩密度差为-1g/cm3，采用公式(11)正演拟合实测重力异常。预测低密度隐伏矿体的角点坐标为(20，-100，1010)、(20，-500，1010)、(2020，-500，1010)、(2020，-100，1010)、(20，-100，1060)、(20，-500，1060)、(2020，-500，1060)、(2020，-100，1060)。实测重力异常、正演拟合异常及其差值结果见表13。结果与实际相符。

[0213] 表13：正演拟合法定量定位预测低密度隐伏矿体结果

[0214]点号 实测重力异常/g.u. 正演拟合异常/g.u. 差值/g.u.
0 0.00 0.77 -0.77

[0215]1 0.20 0.95 -0.75
2 0.50 1.21 -0.71
3 0.80 1.60 -0.80
4 1.52 2.19 -0.67
5 2.27 3.01 -0.74
6 3.16 3.84 -0.68
7 3.55 4.42 -0.87
8 4.15 4.80 -0.65
9 4.31 5.05 -0.74
10 4.49 5.22 -0.73
11 4.51 5.34 -0.83
12 4.65 5.42 -0.77
13 4.68 5.47 -0.79
14 4.73 5.50 -0.77
15 4.74 5.51 -0.77
16 4.73 5.50 -0.77
17 4.72 5.47 -0.75
18 4.68 5.42 -0.74
19 4.51 5.34 -0.83
20 4.41 5.22 -0.81