06重磁异常反演及磁异常解释

• 3.磁异常的定量解释 • （1）根据工作目标任务合理选择定量解释方法 • （2）根据地形、地理与地质特点合理选择处理转 换与定量解释方法 • （3）合理组合使用反演方法 • 4.地质结论和地质成果图示源自（三） 区域及深部结构研究
• 利用磁测资料研究区域及深部结构，不仅对解决地壳的演 化和大陆与海洋的形成等地学基础理论问题有重要意义， 而且对地质构造单元划分、断裂推断、金属和非金属矿产 分布规律研究、地质填图、成矿带划分等研究也有重要意 义。
（5）判断异常体的位置
①只有正磁异常而无负磁异常，或两侧虽有负异常 但幅值低、不明显，或两侧异常幅值大致相当；大 致位于异常下方。 ②正负异常伴生，而负异常幅值较大；磁性地质体 顶面大致位于正负异常之间，而且是在梯度陡的下 方，平面等值线最密集的地方。
四、特征点法
• 特征点法（或任意点法）系根据异常曲线上的一 些点或特征点（如极大值点、零值点、拐点）的 异常值及相应的坐标求取场源体的几何或物性参 数。
• （2）由“已知”到“未知”
• 由已知到未知是一种类比方法，这种方法是先从已 知地质情况着手，根据（矿）石物性参数，对比重 磁异常与地质构造或矿体等的关系，找出异常与矿 体，岩体或构造的对应规律，确定引起异常的地质 原因，并以此确定对应规律，指导条件相同的未知 区异常的解释。在推论未知区时，应充分注意某些 条件变化（如覆盖、干扰等）对异常的可能影响。
• （3）对异常进行详细分析 • 详细分析研究异常的目的，是为了结合岩石物性 和地质情况确定引起异常的地质原因。在研究异 常时，应注意它所处的地理位置，异常的规则程 度，叠加特点。同时还应大致判断场源的形状、 产状、延深和倾向等。
（4）判断引起异常的地质因素 ①异常的形态：线性条带、弧形条带，多为构造 带的反映。 ②区域重磁力高、区域重磁力低，可能是隆起、 凹陷。 ③三大类岩石异常特征。
•
实际工作中，由于地质任务和地质条件的不 同，定性解释的重点与方法也不同，但一般都从 以下几个方面着手。 将重磁异常进行分类。根据异常的特点（如 极值、梯度、正负伴生关系、走向、形态、分布 范围等）和异常分布区的地质情况，并给合物探 工作的地质任务进行异常分类。
（1） 把异常分为区域异常和局部异常。 区域异常往往与大的区域构造或火成岩分布等因素有 关； 局部异常可能与矿床和矿化、小磁性侵入体、褶皱等 因素有关。为了弄清每个异常的地质原因，对区域 异常可结合地质情况，再分为强度大、而又起伏变 化的分布范围也大的异常，异常强度较小而又平静 的大范围分布的异常等等；对局部性异常，可结合 控矿因素等分为有意义异常和非矿异常等。
• 在计算机上实现的最优化选择法，其基本原理是从表示地 质体的许多理论模型中，选择出一个其理论异常同观测异 常符合得最好的模型表示实际的地质体。
一、重磁异常的反演问题
• （2）确定物性分界面的深度及起伏
• 确定物性分界面的深度及起伏（习惯上称为“界面演”）， 实际上也是确定模型体参数。例如，为了求一个密度分界 面的起伏，用一组呈二维分布的长方体作模型，固定模型 体顶面深度，界面深度就可以由这些长方体的底面深度来 表示。 • 确定物性分界面深度的方法主要是迭代法，即根据观测异 常给出界面深度的初值，然后在观测异常和界面深度之间 不断进行迭代计算，以改善反演结果。 • 此外，还有利用统计分析、频谱展开式及多项式求界面深 度的方法。
一、重磁异常的反演问题
• 计算机上用得较多的最优化选择法反演的基本作法：
数。
二、磁法勘探与重力勘探异同
在理论基础和工作方法上有许多相似之处，但是它们之 间也存在一些重要的差别，主要有： • (1) 就相对幅值而言，磁异常比重力异常大得多。
• 地壳厚度变化引起的重力异常最大，达5.6gal，若正常重力 以980gal计算，则最大重力异常值也仅为正常重力值的千分之 五。强磁性体产生的磁异常高达10-4T，若正常地磁场强度按 0.5×10-5T计，则最大磁异常可以比正常地磁场强度大一倍。
特征点法的应用条件
（1）因反演公式是从正演公式导出的，而正演所得到的 是理论异常曲线，所以用实测曲线进行反演时，事前应 对异常曲线作平滑处理，并要尽量准确地确定坐标原点 的位置。 （2）本方法是针对单个孤立的几何形体所引起的异常， 而实测异常往往是多种地质因素引起的异常的叠加， 故反演之前应进行相应的异常分离，以获得单纯由研 究对象引起的异常。 （3）不同几何形体其反演公式不同，所以应对所获得 的剩余（局部）异常进行分类，判明该异常的场源体接 近于何种可能的几何形体，然后选用相应的反演公式。
经验切线法
过异常曲线的拐点和极值点作切线，然后延长这些切线使它们相交，最后根 据拐点、极值点一级这些交点的横坐标的相互关系求出场源的埋深。
hk
' x'm x0 xm x0
2
磁性体形状 无限延深板 状体 2b
条件 >h h 0.2h γ 0° 45° 90° iS 30° 45°
k 0.32~0.55 0.59 0.65 0.65 0.56 0.41 1.03 1.10
无限延深薄 板
水平圆柱体
90°
直立细柱 球体 i 顺轴磁化 15° 30° 40°~90°
1.30
0.86 2.30 1.40 1.30
•
在垂直磁化条件下，磁异常的形态以及磁异常 与磁性体的关系都比较简单，便于进行地质解释。 但我国处于中纬度地区，磁性体受斜磁化影响，其 异常一般都有正、负两个部分，异常与磁性体的关 系也比较复杂，解释的难度是比较大的。 • 解决这个问题的办法之一是用数学换算将“斜磁化” 转变为“垂直磁化”，由于这一过程相当于人为地 将磁性体从所在测区移到了地磁极处，故又称为 “化向地磁极”。
1-第四系；2-闪长岩
多种岩体和岩层的Za异常曲线
1-辉长岩；2-黑云母细粒花岗岩；3-花岗岩；4玢岩；5-玄武岩；6-砂岩； 7-灰岩页岩层；8-超基性岩；9-破碎带
秦巴地区航磁异常的浅层视磁化率填图
三、磁力资料解释
• （一）一般原则
• • • • 1.以地质为依据 2.以岩（矿）石物性为基础 3.循序渐进、逐步深化 4.定性与定量、正演与反演、平面与剖面解释相 结合 • 5.综合解释 • 6.多次反馈、不断修正
（二）基本方法与步骤
• • • • • • 1.磁测资料的预处理和预分析 2.磁异常的定性解释 （1）将磁异常进行分类 （2）由“已知”到“未知” （3）深入研究区内岩（矿）石的磁性 （4）对异常进行详细分析
(2) 从地面到地下数十公里深度内所有物质的密 度变化都会引起重力的变化，说明重力异常反映 的地质因素较多。 但磁异常反映的地质因素却比较单一，只有各类磁 铁矿床及富含铁磁性矿物的其它矿床和地质构造 才能造成地磁场的明显变化。
(3) 密度体只有一个质量中心，而磁性体则有两
个磁性中心(磁极)，且它们的相对位置因地而异。 当地质体置于不同的纬度区时，重力异常特征不 变，而磁异常特征则要改变，因此磁异常总是要 比重力异常复杂一些。
• （1）确定地质模型体参数 • 反演问题包括线性反演问题和非线性反演问题。如果给定模型体的几 何参数，只求物性参数（如密度、磁性的分布），则由异常的正演公 式形成线性方程组，从而构成线性反演问题，它需要用线性规划等方 法求解。如果求模型体的几何参数，不管其物性参数是否已知或者是 否需要计算，则将构成非线性反演问题。 • 对于确定地质模型体参数的这种非线性反演问题，常用非线性最优化 选择法求解。
• 就相对幅值而言，磁异常比重力异常大得多。 • 磁异常反映的地质因素却比较单一,重力异常 反映的地质因素较多。 • 密度体只有一个质量中心，而磁性体则有两个 磁性中心(磁极)
三、重磁异常的定性解释
• 对重磁异常进行地质解释的首要任务是判断 重磁异常的成因。 • 重磁异常的定性解释包括两个方面的内容： 一是初步解释引起重磁异常的地质原因，二是根 据实测重磁异常的特点，结合地质特征运用密度 体(磁性体)与重力场（磁场）的对应规律，大体 判定异常体的形状、产状及其分布。
基性与超基性岩
基性-超基性岩磁异常图 1-碳酸岩化超基性岩；2-辉橄岩；3-橄榄岩；4-花岗岩；5-闪长岩
基性火山岩
基性火山岩的Za异常图
1-片岩；2-基性次火山岩；3-第四系；4-基性火山岩；5-玄武玢岩；6-玄武岩
中性火成岩
磁性不均匀闪长岩Za异常图
1-变质岩系；2-第四系；3-闪长岩
磁性均匀闪长岩Za异常图
一、重磁异常的反演问题
• 3.反演问题研究涉及的主要问题 • （1）选择用于反演的场值 • 进行反演必须采用从观测异常中分离出的单纯由 反演目标引起的那部分异常值。例如，要确定或 估计某个密度界面的起伏，必须首先从布格异常 中分离出由这个密度界面引起的异常。 • 也可以应用对观测场值所作的某些变换，例如求 出异常的导数，傅立叶频谱等的场值作为反演用 的原始数据。
• （4）减少多解性（非唯一性）的影响
• 反演计算结果的可靠性是反演方法的基础，可靠性主要指 的是反演得到的模型体与实际地质体的符合程度，而不是 由模型体计算出的理论异常与观测异常的“拟合”好坏。 采用适当的模型，并且应用已知资料施加约束，能够取得 比较可靠的结果。
一、重磁异常的反演问题
• 4.常用的反演方法
一、重磁异常的反演问题
• 常用的选择法 • 选择法的原理是根据实测重磁异常在剖面或平面 的分布和变化的基本特征，结合工区的地质、其 他地球物理和物性等资料，给出引起异常的初始 地质体模型，然后进行正演计算； • 将计算的理论异常与实测异常进行对比，当两者 偏差较大时，根据掌握的场源体资料，对模型进 行修改，再计算其理论异常，再进行对比，如此 反复进行，以两种异常的偏差达到要求的误差范 围时的理论模型表示实际的地质体。
•1.地壳磁性特征研究
中国大陆及海域Magsat理论卫星磁异常图
中国大陆居里等温面深度及Magsat理论卫星磁异常对比图 注：点线为深度线，单位为km，间隔为4km；实线及虚线等值线为卫星磁异 常垂直分量，单位为nT，间隔为2nT；箭头为卫星磁异常水平分量，箭头长 短表示相对数值大小
2.不同岩性区划分和岩体圈定
重磁异常反演及磁力资料解释
一、重磁异常的反演问题
• 1.反演问题的定义 • 重磁异常反演问题，简单地说就是由实测重磁异常及其导 数的数值大小、空间分布和变化规律，定性和定量推断地 下客观存在的异常地质结构、构造和地质体的形状、产状 和剩余密度/磁性的分布。 • 反演问题的数学定义为： (1) 由观测面上重磁异常分布， 在给定物体边界位置函数的条件下，求解物体的剩余密度 /磁性分布函数；(2) 由观测面上重磁异常分布，在给定 物体密度/磁性函数的条件下，求解物体的边界位置函数； (3) 由观测面上重磁异常分布，在给定特殊约束（如设物 体密度均匀、均匀磁化形态规则）条件下，求解物体密度 /磁性参数和几何参数。在这里，给定的函数和特殊约束 称为反演问题的定解条件。
一、重磁异常的反演问题
• （2）选择适当的模型体
• 为了表示形状不规则的地质体，一般采用一组组 合模型而不是单个模型，组内每个模型的几何形 状要尽可能简单。在计算时，要根据实际的地质、 钻井及其他地球物理资料给出接近实际地质体模 型参数的初值。
一、重磁异常的反演问题
• （3）应用合适的计算方法
• 反演计算过程能否快速、收敛并得到精确的结果，除了给 出适当的模型体参数初值外，主要取决于所用的计算方法。 应针对不同的问题选择适当的计算方法，而且在计算过程 的不同阶段不断调整、修改所用的计算方法。
一、重磁异常的反演问题
• 2.反演的基本原理 • 通过已知各测点的空间坐标（x，y，z）及相应的 异常值f （x，y，z），求场源的几何参数、空间 位置、和物性参数b1、 b2… bn。 • f （ x ， y ， z ） = Φ （ x ， y ， z ， b 1、 b 2… b n ） • 对简单规则形体，为简单多元非线性函数； • 复杂条件下不规则形体，为非线性积分方程，用 近似方法求解。