劉沈衡

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007)

磁性起伏地形磁異常改正方法探討

劉沈衡

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007)

磁性起伏地形磁異常改正是提高表層具有磁性地區(qū)磁法勘探效果的有效途徑。通過(guò)理論分析，提出了一種簡(jiǎn)便、快速的改正方法并給出應(yīng)用實(shí)例，對(duì)改正方法應(yīng)用需注意的問(wèn)題進(jìn)行了探討。

起伏地形;磁性表層;磁異常;改正方法;內(nèi)蒙古

0 引言

磁法勘探作為經(jīng)典地球物理勘探方法，無(wú)論在構(gòu)造、能源、固體礦產(chǎn)等勘查領(lǐng)域都取得了較好的效果(《中國(guó)礦床發(fā)現(xiàn)史：綜合卷》編委會(huì)，2001;崔沛霖，1994、2000;賀顥，2008)，磁法勘探成為應(yīng)用廣泛的地球物理勘探方法之一。眾所周知，磁異常包含地形和地表以下各磁性體磁異常，為它們的綜合反映。磁異常的解釋通常是對(duì)實(shí)測(cè)磁異常進(jìn)行地形改正(曲化平)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及正反演計(jì)算。但是，如果地表是磁性地層，地形改正后磁異常包含地表磁性層及其下磁性體的磁異常，只有消除地表磁性層磁異常后才能得到有效的地下磁異常信息。以下對(duì)磁性起伏地形磁異常的改正方法進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)的建議。

1 磁性起伏地形磁異常改正方法探討

磁性起伏地形磁異常受以下因素共同影響：地形起伏形成的測(cè)點(diǎn)不在同一平(剖)面上產(chǎn)生的地形影響;表層磁性層產(chǎn)生的磁異常;地下其他磁性體產(chǎn)生的磁異常。地下其他磁性體的磁異常是地質(zhì)解釋的依據(jù)，因此，為提高磁異常解釋的可靠性，必須對(duì)地形影響和表層磁異常影響進(jìn)行改正和消除。

根據(jù)上述分析，磁性起伏地形的磁異常改正可以分2步進(jìn)行：首先將磁異常歸算到同一平(剖)面以消除地形起伏產(chǎn)生的磁異常影響;其次，正演計(jì)算表層磁性層磁異常，利用磁異常的位場(chǎng)性質(zhì)，用消除地形影響后的磁異常減去正演計(jì)算的表層磁性層磁異常，從而消除表層磁性層影響。

起伏地形磁異常歸算到某一平(剖)面即為曲化平，曲化平的方法較多(申寧華等，1985)，如有限項(xiàng)調(diào)和級(jí)數(shù)法、有限元法、格林函數(shù)法、等效源法等，這些方法理論上都很?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)?jì)算不便，計(jì)算方程經(jīng)常出現(xiàn)病態(tài)，迭代不易收斂。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的L Cordell等(1982)提出了一種波數(shù)域中的棋盤(pán)格算法，申寧華等(1997)對(duì)該法進(jìn)行了分析試驗(yàn)，認(rèn)為該法計(jì)算速度快、要求計(jì)算內(nèi)存不大，可將曲面校正到較低水平面，使異常不致于過(guò)度削弱，盡管理論不是特別嚴(yán)格，但效果明顯。

棋盤(pán)格算法的原理如下(圖1)：假設(shè)觀測(cè)剖面為D，需要化平到的剖面為L(zhǎng)，為此以L(fǎng)為中心，構(gòu)建D剖面的鏡像剖面P。由圖1可見(jiàn)剖面D到L和L到剖面P的距離相等，即將剖面D的數(shù)據(jù)延拓到L等價(jià)于將L的數(shù)據(jù)延拓到剖面P。為了將剖面D延拓到L，將剖面D的數(shù)據(jù)視同L上的數(shù)據(jù)，通過(guò)向上延拓不同高度，并按插值方法計(jì)算出剖面P的數(shù)據(jù)，根據(jù)鏡像對(duì)稱(chēng)原理，將剖面P的數(shù)據(jù)當(dāng)做剖面D化平到L的異常數(shù)據(jù)，從而完成曲化平數(shù)據(jù)處理。

從棋盤(pán)格算法的原理看主要利用等效原理，理論不夠嚴(yán)格但理論模型計(jì)算表明該算法計(jì)算精度較高，可以滿(mǎn)足精度要求。

圖1 棋盤(pán)格算法曲面延拓示意圖

表1給出一理論場(chǎng)源模型和地形模型，地形模型分別為山脊、山谷、雙山3種，場(chǎng)源為南北、東西走向直立板狀體，垂直磁化。3種地形比高為9．6倍點(diǎn)距，3種地形板狀體長(zhǎng)與寬之比為10∶1，頂部埋深與寬度相同，板體厚度為長(zhǎng)度的一半。

表2給出理論計(jì)算的極值對(duì)比情況，對(duì)上述模型分別計(jì)算3種地形上的ΔT，利用地形上的ΔT計(jì)算－1(或0)平面的“曲化平”ΔT，同時(shí)計(jì)算同一平面的理論ΔT以便對(duì)比。從表2可以看出棋盤(pán)格計(jì)算和理論計(jì)算相對(duì)誤差較小，說(shuō)明計(jì)算結(jié)果可靠，方法有效。

表1 場(chǎng)源模型參數(shù)

表2 棋盤(pán)格計(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果的極值對(duì)比

通過(guò)曲化平實(shí)現(xiàn)了起伏地形磁異常換算到平面，消除了地形起伏對(duì)磁異常的影響，但地表磁性層產(chǎn)生的磁異常還未消除。為此，可以構(gòu)建地表磁性層模型，通過(guò)表層磁性參數(shù)測(cè)定和正演計(jì)算得出表層磁性層的磁異常，根據(jù)磁異常的位場(chǎng)屬性，用曲化平后的磁異常減去正演磁異常即可得到曲化平面上的地下磁異常，從而消除磁性起伏地形磁異常的影響。

構(gòu)建表層磁性層存在底層不確定問(wèn)題，但對(duì)磁異常而言，起決定作用的是頂層，底層對(duì)磁異常影響較小。當(dāng)然，如能對(duì)底層有效控制，對(duì)提高計(jì)算精度大有益處。

2 應(yīng)用實(shí)例

筆者在內(nèi)蒙古大楊樹(shù)地區(qū)磁法測(cè)量中試驗(yàn)了該方法(朱春生等，2003)。該區(qū)位于大興安嶺褶皺帶東部，呈北北東向長(zhǎng)條狀分布的中生代坳陷盆地。盆地發(fā)育于海西期巖漿巖褶皺基底之上，沉積了侏羅系火山巖和含煤碎屑巖。局部分布有白堊系沉積巖和新生界玄武巖。磁性參數(shù)測(cè)定表明侏羅系火山巖和新生界玄武巖有磁性，基底變質(zhì)巖屬弱磁性，花崗巖具中等磁性(表3)。

表3 巖石綜合物性

圖2給出1條剖面的磁異常、磁性參數(shù)測(cè)定及地形曲線(xiàn)，由圖可見(jiàn)，磁異常和磁化強(qiáng)度正相關(guān)，而和地形相關(guān)度不明顯。

圖3給出1條按上述方法進(jìn)行的各種計(jì)算的異常圖，本區(qū)正常地磁場(chǎng)為T(mén)0=55 825nT，由于未測(cè)定向標(biāo)本，感磁與剩磁暫按同向處理，有效磁化方向?yàn)?6°，磁化強(qiáng)度為4A/m。由圖可見(jiàn)，該區(qū)磁異常主要受地表磁性影響，地形影響相對(duì)較小。

根據(jù)消除地形和表層磁性層后的磁異常，為基底巖性的分布、巖性判斷提供了依據(jù)。經(jīng)與CEMP資料對(duì)比，高磁異常一般有高阻顯示，對(duì)應(yīng)花崗巖分布，說(shuō)明該方法有一定的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)許多地區(qū)都有表層磁性層覆蓋問(wèn)題(朱裕生等，2007)，利用經(jīng)濟(jì)、便捷的磁法勘探方法在這些地區(qū)開(kāi)展勘探有現(xiàn)實(shí)意義，為提高勘探效果，提出一些建議。

(1)磁性起伏地形磁法勘探的核心問(wèn)題是表層磁異常的消除問(wèn)題，可以借鑒重力勘探的剝皮法進(jìn)行磁異常的分解與提取。

圖2 磁異常試驗(yàn)剖面圖

圖3 消除磁性地形影響磁異常剖面圖

(2)磁參數(shù)的特點(diǎn)是變化強(qiáng)、離散度大，同時(shí)，磁異常受磁化方向影響嚴(yán)重，且廣泛存在剩磁與感磁方向不一致，因此，磁參數(shù)的強(qiáng)度與方向測(cè)定至關(guān)重要，這也關(guān)系到方法使用的有效性。為此，必須根據(jù)不同的勘探目的和精度進(jìn)行參數(shù)測(cè)定，并要覆蓋勘查區(qū)。建議作出勘查區(qū)的磁性參數(shù)分布圖，以便下一步正演時(shí)塊體剖分及合理選擇計(jì)算參數(shù)。

(3)根據(jù)參數(shù)測(cè)定結(jié)果，合理剖分正演計(jì)算塊體并根據(jù)參數(shù)代表性進(jìn)行正演計(jì)算。

(4)為控制表層磁性層底部形態(tài)，要進(jìn)行資料收集與分析，有條件可適當(dāng)布設(shè)重力、測(cè)深剖面。

(5)曲化平要有一定的高度，主要是為消除物性離散引起的離散干擾。

磁性起伏地區(qū)的磁法勘探是磁法勘探的難題之一，開(kāi)展有效的磁性起伏地形磁異常改正是提高磁法勘探效果的需要，以上僅從方法上進(jìn)行了探討。

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Discussions on correctional method for magnetic anomaly in magnetic rolling topography

LIU Shen-heng

(East China Geological Exploration Bureau of Nonferrous Metals，Jiangsu Province，Nanjing 210007，China)

Correction to the magnetic anomaly in magnetic rolling topography was an effective method to improve the results of magnetic survey in magnetic region．By using theoretical analysis，the author proposed a fast and simple correction method with case study．In addition，the author discussed the problems that should be noticed when using correction method．

Rolling topography;Magnetic surface;Magnetic anomaly，Correction method;Inner Mongolia

P539．3

A

1674－3636(2011)03－0302－05

10．3969/j．issn．1674-3636．2011．03．302

2011－02－15;

2011－03－10;編輯：侯鵬飛

劉沈衡(1962—)，研究員級(jí)高級(jí)工程師，博士，地球物理勘探專(zhuān)業(yè)，E-mail：ooile@163．com