磁法勘探的基本原理及应用

磁法勘探的基本原理及应用焦景东2015.1提纲一、磁场理论的一般介绍二、地磁场及岩石磁性三、磁法勘探的一般介绍四、数据处理的方法五、异常特征的识别六、解释的基本方法七、规范的解读一、磁场理论的一般介绍•磁性体：具有磁性的物体•磁极：磁性体上磁性比较强的部位•N极—正磁极，指北极•S极—负磁极，指南极•磁荷：正磁荷分布在N极，负磁荷分布在S极•点磁荷：几何限度远小于磁极间的距离•磁力：磁极间的相互作用力一、磁场理论的一般介绍•磁场：磁力作用的物质空间•磁力线：正极出发终止于负极的封闭曲线•磁场强度：单位磁荷在磁场中受到的力用H表示，单位A/m020F1H4mmQQr一、磁场理论的一般介绍•磁感应强度：恒定电流I的无限长直导线，距离导线为a的各点的磁场。•B=μH,SI制单位T（特斯拉），常用nT，CGSM制单位γ（伽马）•1γ=1nT•磁感应强度B即是测定的地磁场总强度T•μ为磁导率一、磁场理论的一般介绍•磁化：在磁场作用下，没有磁性的物体获得磁性的现象•磁化本质：物体内电子环流的定向排列•磁化强度：表征物体被磁化程度强弱的物理量；单位体积内的磁矩M=m/V•与磁场关系：M=kH；单位A/m•K为磁化率，表征物体被磁化难易程度•单位11()()4SICGSM一、磁场理论的一般介绍•H、B、M之间关系M=KH；B=μH；•磁化体周围：B=μ0(H+M)=μ0(1+K)H内容BH(M)μ0KSIT（nT）A/M4π×10-7H/m无量纲CGSMG；γOe无量纲无量纲换算关系1G=10-4T1γ=1nT1Oe=1/4π×103A/m1CGSM=4πSI二、地磁场及岩石磁性•地磁场的组成：基本场（98%）、外源场、磁异常•基本场：偶极场（80%）、大陆磁异常、周期变化•外源场：周期变化（黑子周期11年、日变）、随机变化（磁暴）•磁异常：构造、矿床等（目标场）二、地磁场及岩石磁性•高斯球鞋分析模型（IRGF）•假定内部磁偶极，拟合基本场•由一组球谐系数及年变化率组成•国际上每5年发布一次球谐系数二、地磁场及岩石磁性•地磁场的正常梯度：地球表面正常分布的地磁场强度随距离的变化率（伽马／公里）•南北向梯度大于东西向•随维度变化：Za梯度低纬度地区大，高纬度地区小；H梯度与之相反•我国由南到北垂直分量的正常梯度值的变化范围约为13.0—6.5伽马／公里•随垂直高度也有变化二、地磁场及岩石磁性二、地磁场及岩石磁性•抗磁性：电子成对出现，自旋磁矩相互抵消；磁化率为低的负值；磁性弱常忽略•顺磁性：有孤立电子存在，自旋磁矩不抵消；磁化率为低的正值•铁磁性：内部有自发磁化区域，外磁场较弱时即可获得饱和磁化；磁化率为很大的正值二、地磁场及岩石磁性二、地磁场及岩石磁性二、地磁场及岩石磁性•影响岩石磁性的因素：•铁磁性矿物含量越高，磁性越强•铁磁性矿物颗粒越大，磁性越强•铁磁性矿物胶结越紧密，磁性越强•压力、温度影响复杂二、地磁场及岩石磁性•三大岩类磁性的一般特征：•1、沉积岩：磁性较弱•2、火成岩：随基性增强而增强；喷发岩磁化率变化大；热剩磁明显•3、变质岩：与原岩及生成条件有关二、地磁场及岩石磁性•剩磁种类：•1、热剩磁：岩浆冷却成岩时获得的磁性；磁性最强•2、沉积剩磁：沉积成岩过程中，磁性矿物定向排列获得的磁性•3、化学剩磁：因化学作用，使矿物颗粒增大或产生新的矿物时获得的磁性二、地磁场及岩石磁性三、磁法勘探的一般介绍•利用岩矿石的不同磁性产生的不同磁场，进行找矿或解决其他地质目的的勘探方法。•高精度磁测：误差小于等于5nT•应用：矿床、地层、构造、填图油气、煤田环境、水文、工程地质管线、考古、水上打捞三、磁法勘探的一般介绍•概念：利用岩石和矿物磁性差异进行找矿或解决其他地质问题的方法。•高精度磁测：精度高于5nT•适用范围：帮助寻找满足磁测前提的矿床、地层、构造、蚀变岩等。•区调中配合填图、圈定靶区等•矿区及外围弱磁查证、寻找深部隐伏矿体•油气、煤田、管网、考古、打捞等三、磁法勘探的一般介绍•仪器：质子旋进磁力仪•原理：磁场中的通电线圈断电后测得频率正比于外磁场T＝23.4872f•优点：精度高、稳定性好、温度影响小、自动化程度高GSM-19TCZM-3ENVI质子磁力仪测量方式井中磁测效果四、数据处理的方法•1、资料预处理：日变改正→正常场改正→高程改正→△T日变站选择弱磁性沉积岩区；正常场利用国际地磁参考场四、数据处理的方法•2、异常的处理与转换：空间转换分量转换导数转换不同磁化方向转化四、数据处理的方法•目的：1、复杂→简化（曲面→平面；叠加→孤立）2、满足解释方法（某一分量→另一分量；磁场值→频谱值）3、突出某一方面的特点（上延→压制浅部、突出深部；匹配滤波→可突出深或浅的某个方面）四、数据处理的方法•意义：1、向上延拓→压制浅层（干扰），突出深层（趋势）2、水平导数→突出方向构造信息3、垂直导数→突出浅层场源信息4、化磁极→消磁斜磁化影响，简化磁场形态平面向上延拓剖面向上延拓向上延拓对比0米20米10米向下延拓对比0米-10米-20米上延与下延对比•延拓工作要适度：上延弱化异常；下延放大异常上延与下延不可逆下延可能出现假异常插值切割法分离区域场与局部场实测数据区域场局部场•插值切割法可分离区域场和局部场•局部场的识别取决于切割半径•切割半径通常区局部场的平均半径切割半径切割半径为1倍点距切割半径为2倍点距切割半径为6倍点距水平导数→突出方向构造信息水平导数换算的不足水平总梯度（最大水平导数）→与方向无关垂直导数→突出浅层场源信息化磁极→消除斜磁化影响地磁场化磁极→消除斜磁化影响化磁极→消除斜磁化影响正演模型：测线方位45°地磁倾角45°化极平面资料对比化极剖面资料对比五、异常特征的识别深源异常与浅源异常异常幅值波动特征：锯齿状、强度高、梯度大→浅层圆滑、强度低、梯度小→深层浅源异常深源异常深源异常五、异常特征的识别深源异常与浅源异常与地形关系：异常高低与地形起伏基本一致→浅层基本与地形无关→深层与地形相关的浅源异常五、异常特征的识别不同地质体上的异常特征沉积岩：磁场微弱、平静、单调常作为正常场部分砂页岩或含磁铁矿的大理岩显示磁性五、异常特征的识别不同地质体上的异常特征火山岩：基性→酸性强→弱起伏大、跳跃频繁、正负交替五、异常特征的识别不同地质体上的异常特征变质岩：取决于原岩磁性含铁石英岩呈明显条带异常五、异常特征的识别不同地质体上的异常特征构造：(1)线性梯度带；(2)异常特征的分界线；(3)异常的错动；(4)等值线的规则性扭曲；(5)异常宽度突变带；(6)串珠状异常。这是有一定走向台阶和接触带异常的主要异常特征。表现为等值线平行密集排列，狭长成带，呈线性延续或断续呈线性延伸的梯度带。它反映了地下密度和磁性在水平方向的剧变。一般等值线愈密，反映的构造变动愈剧烈（1）线性梯度带图1.1线性重力高与重力低过渡带规模较大的区域性断裂往往是不同构造单元的分界线，不同的构造单元，在深部、基底和盖层的组成和结构，火成岩的活动以及地质构造特征等方面也会有不同程度差异，这种差异也会反映到重磁异常上来，造成断裂两侧重磁异常特征的明显差异。这种差异在磁力异常平面等值线图上反映更为突出。(2)异常特征的分界线两侧异常特征明显不同的分界线它们往往是平推断裂的反映，原来是一整体重磁异常，由于断裂的作用，造成了异常的错动，异常轴错位。(3)异常的错动异常轴线明显错动的部位指在等值线趋势背景上的同向局部扰动，和等值线基本保持平行的同向扭曲(4)异常等值线的规则性扭曲等值线扭曲部位异常宽度的突变，表现为等值线在某一部位急剧收敛，反映了两侧有垂向升降运动。(5)异常宽度突变带封闭等值线突然变宽、变窄的部位一系列重磁异常有规律地间断线性排列常称为串珠状异常，岩浆沿断裂侵入和火山岩的充填往往形成了串珠状火成岩带，造成了串珠状的重磁异常，这在磁异常中更为常见。对于重磁异常来说，主要断裂标志重要性次序是不一的。在重力异常中，重力梯度带、异常特征分界线、显得更为重要；而对磁力异常来讲，按重要性次序应是异常特征分界线、磁力梯度带、线性异常带、串珠状异常等等。(6)串珠状异常串珠状异常的两侧或者轴部所在的位置沿断裂有磁性岩脉（岩体）充填，这时沿断裂方向会有高值带状异常（或线型异常带）分布。若沿断裂方向因岩浆活动不均匀，可能产生断续的串珠状异常。有些断裂破碎带范围较大，构造应力比较复杂，既有垂直变化也有水平变化和扭转现象。断裂带上的航磁异常另一种情况是，磁性岩石断裂无岩浆活动伴随，当其断裂破裂现象显著时，因磁性变化会出现低值或负的异常带，这就是所谓的“干断裂”异常“干断裂”上的航磁异常图综合处理后的异常特征综合处理原始数据构造划分实例六、解释的方法1、地质、物探资料对比方法将各种地质、物探资料综合起来，进行详细的对比和研究，按由已知到未知的原则，总结已知地质条件下的物探异常的特征和规律，然后利用这些特征和规律，结合解释地区的具体情况，对磁异常进行解释推断。对比方法是区域调查和普、详查找矿工作中磁测资料解释的基本方法。2、数学物理分析方法建立各种规则或不规则磁性体的物理模型或成矿模式，用数学物理方法求解模型周围空间磁场的分布及与模型各参量的关系。根据这种分布和关系去分析待解释的异常，从而对引起异常的磁性地质体的赋存状态和磁化状态作出推断。•数据预处理：日变改正、高度改正、纬度改正、曲线圆滑等•异常的定性解释：异常踏查、综合分析、已知到未知•适当的数学处理：位场的转换、分量的提取、异常分离、方向的转化等•精测剖面的定量反演•综合所有资料，给出结论与建议资料处理的一般过程804808ZK0-1ZK3-2已有实测曲线和钻探资料固定矿体产状参数改变磁化参数，拟合曲线曲线拟合获得磁化参数推测其他矿体产状808线首次反演2条薄矿体模式明显存在剩余异常808线再反演矿体加厚曲线末端难以拟合808线最终反演结果物探808线地质3号线剖面反演对比薄板（脉）模型：直立、厚10米、延伸200米埋深100埋深200埋深300埋深500埋深800薄板（脉）模型：直立、厚10米、延伸500米埋深100埋深200埋深300埋深500埋深800薄板（脉）模型：直立、厚5米、延伸500米埋深100埋深200埋深300埋深500埋深800薄板（脉）模型：直立、厚5米、延伸200米埋深100埋深200埋深300埋深500埋深800ZK0-1ZK0-2ZK1-1ZK3-1东沟磁异常及钻孔分布0线地质剖面与物探16线剖面对比埋深400穿厚30米品味20%0线剖面与16线原始数据反演对比0线剖面与16线插值切割数据反演对比处理成独立异常并预估矿体埋深单独异常模型反演结果与实际矿体对比埋深相差50米矿体正演曲线与实测曲线对比主异常处无显示次异常值偏高埋深200米矿体正演曲线与实测曲线对比主异常处无显示次异常值偏高埋深100米2条矿体模型反演结果引起异常的主要矿体钻探未发现ZK0-1ZK0-2ZK1-1ZK3-1勘探线未穿过推测矿体钻探未见第一层矿原因：钻孔位于异常边界，勘探线未穿过矿体。应避免旁侧线定钻孔七、规范的解读•相关规范：DZ／T0071—93地面高精度磁测技术规程DZ／T0144—94地面磁勘查技术规程•质检率：不低于3%~5%，精测剖面应达到10%，不少于30个点•精度衡量标准：均方误差与平均相对误差（异常场）其公式：212niin11niin2121100%iiiiiTTTT均方误差平均相对误差七、规范的解读•精度的要求：一般普查性磁测工作的精度，应根据由目标物引起的可以从干扰背景中辨认的，有意义的最弱异常极大值的五分之一到六分之一来确定。•精度等级：均方误差分为≤5nT、2nT、1nT平均相对误差≤5%（DZ／T0144—94）•精度的设计：可根据任务需要合理设计观测精度