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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.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，b1、b2…bn）•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。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。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。•（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•（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。•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•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。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。(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。•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)•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。三、重磁异常的定性解释•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。•（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。（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。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。002''mmxxxxhk磁性体形状条件k无限延深板状体2bh0.32~0.55h0.590.2h0.65无限延深薄板γ0°0.6545°0.5690°0.41水平圆柱体iS30°1.0345°1.1090°1.30直立细柱顺轴磁化0.86球体i15°2.3030°1.4040°~90°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”。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•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（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。•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-玄武岩基性火山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1-较强磁性（4π×3000×10-6SI）；2-中等磁性[4π×(2000-3000)×10-6SI]；3-较弱磁性[4π×(1000-2000)×10-6SI]；4-弱磁性[4π×1000×10-6SI]；5-分区界线秦巴地区深层视磁化强度等值线图（单位：10-2A/m）3.断裂构造推断•标志：•线性梯度带；•串珠状异常带；•雁行状异常带；•磁异常发生水平错动；•异常强度和发生变化；•不同特征磁场区的分界线。磁异常线性梯度带实线为正等值线，虚线为负等值线串珠状磁异常图实线为正等值线，虚线为负等值线磁异常突变带实线为正等值线，虚线为负等值线“干断裂”磁异常图有些断裂没有岩浆活动伴随，也即没有岩浆岩侵入和充填，当其断裂破裂显著时，因磁性变化会出现低值或负的