曾 杰，鄧耀輝，呂天江

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 物化探總隊，貴州 都勻 558000;2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 七總隊，貴州 貴陽 550005;3.貴州省地礦局 物化探院，貴州 貴陽 550018)

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強剩磁地區(qū)磁法勘探應用研究

曾 杰1，鄧耀輝2，呂天江3

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 物化探總隊，貴州 都勻 558000;2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 七總隊，貴州 貴陽 550005;3.貴州省地礦局 物化探院，貴州 貴陽 550018)

在剩磁較強的工區(qū)中采集的野外磁測數(shù)據(jù)包含了顯著的剩磁效應，不僅影響了總磁化強度的大小，也影響了其方向。如果在剩余磁化效應比較強的區(qū)域進行磁測工作時不考慮剩余磁化強度的影響，會對資料的處理解釋結(jié)果造成較大的影響。為證明此觀點，本文通過模型試驗計算，分析了剩余磁化效應對于磁異常曲線和平面等值線圖的影響，得出了隨著剩余磁化強度的增大，磁異常曲線畸變變越大的結(jié)果。此時在沒有確定工區(qū)總場大小和方向的情況下，不宜采用化極方法處理數(shù)據(jù)。

剩磁效應；化極；磁化傾角

1 引 言

剩余磁化強度指巖石在成巖過程中獲得的天然剩余磁化強度，它是巖石磁性的重要的一個組成部分[1]。一般情況下在實際的高精度磁測資料的處理過程中，人們常常認為磁性體的剩余磁化強度很小，已經(jīng)到了可以忽略不計的程度。以上的假設在磁性體剩磁強度不大的情況下是合理的，但當剩余磁化強度逐漸變大時，對磁測資料的處理結(jié)果的影響會變得越來越顯著，尤其對于化極效果的影響更加大[2]。地質(zhì)體在內(nèi)部剩余磁化效應的影響下，巖礦體感磁強度的大小和方向都會發(fā)生相應的改變，在剖面高精度磁測中，直接使剖面的磁測曲線形態(tài)發(fā)生明顯的畸變。

2 剩余磁化效應的影響分析

2.1 剩余磁化效應的概念

物體內(nèi)的總的磁感應強度為：

B=μ0H+μ0κH=μ0(1+κ)H=μ0(H+M)

(1)

式中：μ=μ0(1+κ)；1+κ=μr；κ為磁物質(zhì)的磁化率；μ0為真空的磁導率；μ稱為絕對磁導率；μr稱為相對磁導率；磁感應強度B在國際單位制(SI)中為特斯拉(T)[3]；H為外部磁場；M為總的磁化強度；Mi為感應磁化強度；Mr為剩余磁化強度；T為地磁場總強度。

地殼上部的大部分巖(礦)石除了由現(xiàn)代地磁場感應以后產(chǎn)生的感應磁化強度Mi以外，還有剩余磁化強度Mr。巖石的剩余磁化強度與當?shù)卮艌鰺o關(guān)，它是巖礦石在形成時，在一些特定的條件下，受當時地磁場磁化后所保留下來的磁性。用M表示巖石總的磁化強度，它與巖石的感應磁化強度Mi和剩余磁化強度Mr的關(guān)系可以表示為：

(2)

式中：Mr的方向與Mi的方向可能一致，也有可能方向不一致，有時甚至于和Mi的方向相反。

2.2 模型試驗分析

針對表1所示相關(guān)模型參數(shù)，研究不同的剩余磁化強度對磁異常觀測數(shù)據(jù)的影響大小。將球體的剩余磁化強度的大小依次設置為感應磁化場強度大小的10%、50%、100%、200%，同不考慮剩余磁化強度情況下的ΔT異常曲線進行比較和分析。側(cè)線方向設置為正北(即0°)。通過余弦定理計算感磁和剩磁合成的總磁場強度，通過正弦定理計算總磁場強度的傾角。計算結(jié)果示如圖1到圖4所示。

表1 模型試驗參數(shù)

圖1 磁異常曲線(無剩磁)Fig.1 The magnetic anomaly curve (no residual magnetism)

圖2 磁異常曲線(剩磁占比50%)Fig.2 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 50%)

圖3 磁異常曲線(剩磁占比100%)Fig.3 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 100%)

圖4 磁異常曲線(剩磁占比200%)Fig.4 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 200%)

由圖1到圖4可以看出，隨著剩余磁化強度的不斷增大，磁異?？倛鰺o論在大小還是方向上都受到影響，當剩余磁化強度為感應磁化場磁化強度的百分之一時，兩條曲線幾乎完全重合，考慮剩磁與否，都不影響計算結(jié)果[4]。當剩余磁化強度達到感應磁化場磁矩的百分之五十時，兩條曲線開始出現(xiàn)顯著的不同，當剩磁磁矩增加到和感應磁化場強度相同時，剩磁效應顯著。已經(jīng)成為影響磁異常的重要因素，在地質(zhì)解釋和推論時應該重點注意剩磁效應的影響。由圖1到圖4變化的規(guī)律可以看出，隨著剩磁的增大，異常曲線逐漸向南移。剩余磁化效應不僅使磁化強度大小發(fā)生改變，而且使磁化強度的方向也發(fā)了變化。變化情況如表2所示。

表2 剩余磁化強度對總磁化強度的影響

2.3 化極后的效果

對圖1和圖4的異常曲線進行化極處理后，得到的結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，在剩余磁化效應的影響下，總磁化傾角變成了135°，這時如果不考慮剩磁的影響，用45°進行化極，磁異?；瘶O曲線就會發(fā)生嚴重的畸變。根據(jù)曲線形態(tài)可以看出，考慮剩磁情況下的化極曲線的負異常大大增大，這會影響到后面反演處理中對異常體產(chǎn)狀的計算。同時兩條曲線的極大值的大小的改變也比較大，在沒有剩磁的情況下，異常的最大值為15 nT左右，在剩磁的影響下，異常的最小值變?yōu)?25 nT，兩條曲線畸變嚴重，異常極值的位置也發(fā)生了偏移[5],這種變化對于計算磁性體的中心埋深會產(chǎn)生很大的影響。同時，從曲線的形態(tài)上來說，當沒有剩磁時，曲線是大體對稱的，然而在剩磁效應的影響下，曲線不對稱了，在地質(zhì)解釋時，這會影響對地質(zhì)體產(chǎn)狀的判斷[6]。

圖5 剩余磁化效應對異常曲線化極的影響Fig.5 The effect of residual magnetization on reduction to the pole of abnormal curve

3 剩磁影響下平面上磁異常的計算

模型參數(shù)見圖6和圖7及表3。

模型試驗結(jié)果見圖8～圖11。

圖8是正常情況下模型磁異常的平面等值線圖，圖9、圖10和圖11是考慮剩磁情況下模型磁異常的平面等值線圖。

對比圖8、圖9、圖10和圖11，能夠看出，若不考慮剩磁效應，磁異常存在很大的誤差。

從圖8可知，在沒有剩磁的情況下，正異常中心的坐標為(500，400)，正異常最大值為1 200 nT。負異常位于北部，最小值為-450 nT。

從圖9可知，在剩磁為感磁的一半的情況下，正異常周圍伴生了負異常，正異常最大值的坐標變?yōu)?500，450)，向正北方向偏移了大約50 m，正異常最大值為700 nT，北部的負異常區(qū)域減小。

從圖10可知，當剩磁和感磁相等時，正最大值的坐標變?yōu)?50，550)，向北東方向偏移了100 m，正異常最大值變?yōu)?50 nT。北部的負異常圈閉消失，在正異常南部形成了一個負異常圈閉，最小值為-200 nT。

圖6 模型平面示意圖Fig.6 The plane sketch of model

圖7 總磁場方向計算示意圖Fig.7 The schematic diagram of total magnetic field direction

模型體形狀正方體中心點x坐標/m正方體中心點y坐標/m正方體中心點z坐標/m正方體中心點x方向長度/m正方體中心點y方向長度/m正方體中心點z方向長度/m磁化強度/10-3A·m-1正方體5005001002002005010000

圖8 異常平面等值線Fig.8 The contour map of abnormal plane

圖9 平面等值線(剩磁50%)Fig.9 The contour map of plane (residual magnetism accounted for 50%)

圖10 平面等值線(剩磁100%)Fig.10 Contour map of plane(residual magnetism accounted for 100%)

圖11 平面等值線(剩磁200%)Fig.11 Contour map of plane (residual magnetism accounted for 200%)

從圖11可知，當剩磁為感磁的兩倍時，在南部和北部產(chǎn)生了兩個正異常圈閉，已經(jīng)無法通過正異常的位置推斷磁性體的位置。中部產(chǎn)生一個異常值很大的負異常圈閉，最小值為-750 nT。從圖11中還可以得出，在剩磁時增加到地磁的兩倍時，在如圖9所示模型設置的剩磁和地磁的角度關(guān)系下計算出的的異常的負異常中心與模型體中心對應較好，這一觀點可以指導人們在生產(chǎn)實踐中對異常的推斷。

表4為模型中不同剩磁強度對于總場強度大小和方向的影響計算結(jié)果示意圖。

因此，在磁法數(shù)據(jù)的處理和解釋推斷的過程中[7]，需要重點考慮當?shù)氐膸r石的剩余磁化強度，如果剩磁過大，通過實測異常推斷解釋磁性體構(gòu)造特征時就會產(chǎn)生誤差，這在實際生產(chǎn)和實踐中必須加以注意。若條件許可，應采集定向標本，測定剩余磁化強度的大小及其方向，然后確定總磁化強度的大小及其方向，這樣就可以對磁測異常做出符合實際地質(zhì)條件和客觀規(guī)律的判斷[8]。

表4 不同剩磁強度下總磁場大小及方向示意

將圖8～圖11經(jīng)過化極處理后，得到相應的圖12～圖15。

如圖12所示，在沒有剩磁的情況下，化極后磁性體(北側(cè)比較明顯的)負異常消失，只有周圍對稱分布微弱負異常；化極后異常中心坐標(500，500)和模型體中心坐標(500，500)對應很好，正異常最大值為1 200 nT。

如圖13所示，當剩磁強度為感磁的50%時，正異常中心向南偏移， 坐標為(500，450)，與所建立模型體的坐標(500，500)誤差50 m。正異常最大值為950 nT。

圖12 正演異常化極Fig.12 Abnormal reduction to the pole of forward modeling

圖13 正演異?；瘶O(剩磁50%)Fig.13 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 50%)

圖14 正演異常化極(剩磁100%)Fig.14 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 100%)

圖15 正演異?；瘶O(剩磁200%)Fig.15 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 200%)

如圖14所示，當剩磁強度和感磁強度相等時，化極后正異常中心位置坐標為(500，650)，與模型體中心坐標(500，500)相比，向北偏移了150 m。正異常最大值變?yōu)?50 nT。

如圖15所示，當剩磁強度為感磁強度的兩倍時，化極后正異常中心坐標為(500，370)，與模型體中心坐標(500，500)相比，向南偏移了130 m。

綜上所述，在剩余磁化強度較強的地區(qū)，重點要對工區(qū)的巖性進行比較細致的研究，摸清當?shù)馗鞣N巖石、礦石的剩余磁化強度，然后就結(jié)合磁法野外實測資料、地質(zhì)情況對目標地質(zhì)體的情況進行分析，以期得到較好的處理和解釋的效果。在沒有摸清楚區(qū)域巖礦石剩余磁化強度的情況下，盲目地使用化極方法，可能會取得較差的效果。在弄清剩磁對地質(zhì)體磁化傾角影響的程度后，對原來假定的傾角進行修正后，才可以使用化極方法。

4 實際資料驗證

我國大多數(shù)地區(qū)屬于中緯度地區(qū)，所以觀測到的異常普遍受到斜磁化作用的影響[9]，使得平面實測磁異常等值線圖形態(tài)特征變得比較復雜，把斜磁化的磁異常通過數(shù)值計算換算到垂直方向上可以使磁異常特征變得簡單，便于人們推斷解釋[10]。

如圖16和圖17所示，實測資料的經(jīng)過化極處理后，異常形態(tài)發(fā)生了較大的畸變，圖中西南部分正負異常的位置發(fā)生了倒轉(zhuǎn)，這在實際的資料解釋中，會令解釋推斷地質(zhì)體的產(chǎn)狀發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導致和實際地質(zhì)情況完全相反的推斷結(jié)果。綜合本文圖12～圖15的模型試驗結(jié)果可以得到如下判斷：在強剩磁的情況下，由于區(qū)內(nèi)各種巖性區(qū)域受到的剩磁影響的大小和方向均不盡相同，如果在這時對實測資料進行化極處理，得到的結(jié)果和實際情況偏差較大[11]。

圖16 實測數(shù)據(jù)的圓滑F(xiàn)ig.16 Smooth of the measured data

圖17 實測數(shù)據(jù)化極Fig.17 Reduction to the pole of the measured data

5 結(jié) 論

1)通過對剩磁條件下正演剖面曲線和模型平面等值線圖的結(jié)果分析，得出隨著剩磁的增大，異常的曲線圖和模型等值線圖都產(chǎn)生了一定的誤差，化極后這些誤差會被大大地放大，從而推斷在強磁性地區(qū)磁測工作中，當沒有對工區(qū)的物性資料有充分的認識和研究，對工區(qū)的總磁場方向不確定時不宜采用化極手段的結(jié)論。如果能測定剩磁的大小與方向，用合成后的總磁化強度大小與方向化極，才能夠得出正確的化極結(jié)果。

2)通過對工區(qū)磁測資料的處理，發(fā)現(xiàn)剩余磁化效應對化極處理的影響較大，導致了化極后異常的正負區(qū)域倒轉(zhuǎn)，對后期解釋產(chǎn)生極為不利的影響。原因是化極實質(zhì)上是把磁性體的磁化強度從斜磁化方向化為垂直磁化方向，而剩磁對總磁化場的方向影響較大，故產(chǎn)生較大誤差。

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The Application of Magnetic Prospecting to Strong Remanence Area

Zeng Jie1,Deng Yaohui2,Lü Tianjiang3

(1.TheHeadTroopofGeophysicalandGeochemical,GuizhouGeologicalExplorationBureauforNonferrousMetalsandNuclearIndustry,DuyunGuizhou558000 ,China;2.TheSeventhTroop,GuiZhouGeologicalExplorationBureauforNonferrousMetalsandNuclearIndustry,GuiyangGuizhou550005,China;3.TheGeophysicalandGeochemicalInstitute,GuizhouGeologyandMineralBureau,GuiyangGuizhoun550018,China)

In the work area of strong remanent magnetism field,magnetic survey data collected in the field contain significant residual magnetism effect,which not only affects the size of the total magnetization,but also affects its direction. If we don't consider the effect of remanent magnetization,when we make magnetic survey work in the field that the remanent magnetization is stronger,it will have larger influence on the results of data processing and interpretation. To prove this point of view,this paper,through model test calculation,analyzes the influence of the residual magnetization effect on magnetic anomaly curve and plane contour map,and gets a result that the distortion of magnetic anomaly curve will get larger with the increment of remanent magnetization. At this time,in the case of not confirming the size and direction of work area,we should not adopt the method of reduction to the pole to process data.

residual magnetism effect; reduction to the pole; magnetization obliquity

1672—7940(2016)06—0758—07

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.012

曾 杰(1987-)，男，助理工程師，學士，主要研究方向為礦產(chǎn)地球物理。E-mail：294102526@qq.com

P631.2

A

2016-08-13