重磁勘探方法新技术.pdf

第 1 3 卷第 3 期 2 0 0 4年 9月 地 质 与 资 源 GE OL OGY AND RE S OUR CE S V0 1 ． 1 3 No ． 3 S e p ．2 0 0 4 文章编号 1 6 7 1 1 9 4 7 2 0 0 4 0 3 0 1 8 40 3 中图分类号 P 6 3 1 ． 1 ； P 6 3 1 ． 2 文献标识码 A 重磁勘探方法新技术 王 芳 中国地质大学 地球物理与空间信息学院， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 摘要 介绍了近 1 0 年来重力勘探和磁法勘探方法中的一些新技术 欧拉反褶积方法 、 重磁响应函数方法和数字信号分析 技术等 ． 随着这些新方法逐渐应用于地质构造解释、 矿床勘查、 地热勘探与考古勘探中， 提高了重磁勘探方法的应用效果 ． 关键词 重磁勘探 ； 重磁效应； 联合反演 在地球的位场中，重力场和磁场是两种最稳定的基本地球 物理场 ． 地球上任何一点的重磁场和某些规则形状物体的重磁 场通常可以用数学解析式表示 ． 因此， 在地球物理勘探中， 重力 勘探和磁法勘探是最基本的、应用最为广泛的两种物探方法 ． 如通过分析地球介质密度及磁性在空间上的差异及其成因，来 分析解释地质构造和寻找相关的能源矿产和固体矿产 ． 其中重 力勘探主要用于探查含油气远景区的地质构造、盐丘及圈定煤 田盆地以及研究深部构造和区域地质构造等 ． 磁法勘探主要用 于各种比例尺的地质填图、 研究区域地质和深部地质构造 、 寻找 直接或间接与磁性矿物相关的矿床、勘查含油气构造及煤田构 造、 预测成矿远景区 ． 近 1 0 年来重力勘探和磁法勘探中应用了 一 些新技术， 主要为 欧拉反褶积方法、 重磁响应函数方法和数 字信号分析技术等 ． 随着这些新方法逐渐应用于地质构造解 释、 矿床勘查 、 地热勘探与考古勘探中， 提高了重磁勘探方法的 应用效果 ． 1 欧拉反褶积 磁场满足欧拉关系式 ． 。 y 一 一 动 ， v 一 1 o x o y o z 方程 1 中， 葺 y ， 为总强度场 在直角坐标系中的坐标 ， X 0 ， y o ， 7 ．o 为磁源坐标 ， 为叠加的区域场， 齐次性方程的阶 ， v 表 征场随距离的变化 ． 根据欧拉关系式求取磁源坐标 ， 计算主要 包括 求 v 方向的水平导数； 通过傅氏变换求垂直导数 ， 由多 元回归解方程组求取 X o 、 y o 和 Z o 值⋯． 欧拉反褶积是重磁异常 解释中常用的一种方法 ． 用欧拉反褶积可确定磁性体水平位置 和深度 ， 刘长风等用欧拉反褶积方法反演台湾海峡磁异常， 并对 台湾海峡地区复杂磁异常进行了解释， 绘制了磁源等深线图， 用 来推断海峡断裂和构造走向，推断结果与已知大型断裂和海峡 构造单元边界大部分相近 I 1 I ． 现行欧拉反褶积局限于一个窗口 仅对应一个场源体，快速三维场源体定位方法对用重力数据或 磁场数据限制地下构造模型极为有用 ． R ． 0 ． H a n s e n 等人提出 收稿 日 期 2 0 0 3 0 7 1 4 ； 修回日期 2 0 0 3 0 8 1 8 ． 李兰英编辑 ． 适于多场源的三维算法，并应用于理论数据和内华达州 G o l d A c r e s 采矿区的解释， 得到了浅层火山岩的空间分布， 并圈出了 矿体的西南和东北区， 矿体东南末端的浅层区域图与 G o l d A c m s 采矿区吻合很好 ． 结果表明， 这种算法是有效的解释工具 ” } ． 欧拉反褶积中， 构造指数的判定十分重要 ． 为此，B a r b o s a 等人 提出了一种新标准用来判定构造指数 ，目的是提高欧拉反褶积 结果的稳定性和改进构造指数的计算” I ． 重力异常解释中， 提出了一种张量欧拉反褶积， 用于分析地 下三度体地质结构的重力张量梯度数据 ． 张量欧拉反褶积，使 用所有张量数据， 因而与常规欧拉反褶积不同 ． 这一方法 数据 处理时， 采用了线性和网格化数据形式 的有效性在棱柱体和圆 柱体模型计算中得到验证 ．张量欧拉反褶积用于墨西哥海湾 E u g e n e岛区域重力张量梯度数据解释中 ．与相应常规解相比， 张量欧拉解具有更加清晰的线性特征” I ． 2 重磁联合反演方法 F e d i 等人以三维位场数据为基础，探讨了综合应用重磁方 法的基本原理解反演问题，获得了具有较高分辨率的磁化强度 和密度随深度的分布模型 ． 在解反演问题时，必须具有垂直方 向位场数据的相关信息，这对于提高垂向深度分辨率具有决定 性作用， 这种垂向深度分布的结果仅取决于位场数据的分布⋯． 以泊松理论为基础 ，Y o s h i o U e d a 等人提出应用重磁响应函 数求磁性体的产状 I 6 I ． 重磁响应函数用泊松方程在频率域中的 表达式表示 C u 鲁 l tr r o - “fr ㈤ F u 2 G u , v 百 G c 1 c o s L c o 丽s l , ． e x p [ ， ， t O -- IT ] F u ， u ， F u ， 3 方程 2 ， 3 分别是二维重磁响应函数和三维重磁响应函 数 ． 方程 2 ， 3 中， G r 是万有引力常数， 是磁化强度与密度 维普资讯 第 3 期 王芳 重磁勘探方法新技术 l 8 5 的比， 为一常数， U 是波数， i 是虚数单位， ， 。 是主磁场的有效磁 倾角， ， 是有效磁化强度倾角， ， 0 是主磁场的倾角， ， r 是磁化强 度的倾角 ．方程 2 中， G U 是重力异常的二维傅立叶变换， F U 是磁异常二维傅立叶变换 ． 方程 3 中， G u ， 、 F u ， 分别是重力异常与磁异常的三维傅立叶变换，U 2 订 ／ ， 2 订 ， ， U ／ 2 ， ， ， 分别是 ， Y方向上的波长， r 是 磁场方向余弦水平分量的角度， 是磁化强度方向余弦水平分 量的角度 ． 重磁响应函数运用于 D a t i o 洋脊勘探中， 图 l 为其反演成果 图 ． 其中， 图 l a 展示了 D a t i o 洋脊南北剖面上磁异常 M A G 曲线， 空间重力异常 F G A 及布格重力异常 B G A 曲线 ．图 l b 展示了磁异常和空间重力异常之间的重磁响应分析及由磁 异常和空间重力异常得到的有效磁倾角曲线 ．图 l c 展示了 磁异常和布格重力异常之间的重磁响应分析及由磁异常和布 格重力异常得到的有效磁倾角曲线 ． 结果表明 D a t i o 洋脊主要 在当前地磁场方向磁化， 与深海钻孑 L 沉积剩磁所得到的小角度 不同 ． 高磁化强度很可能来源于 D a t i o 洋脊的高感应磁化强度 或高粘滞剩余磁化强度⋯． 3 数字信号分析技术 重磁数据自动解释和一般解释中提出了一种方法，以三维 分析信号微分为基础，在磁化强度， 密度及结构的几何性质方 面作最少的假设 ． 因而，它特别适于初步解释和模型初始化 ． 处理的数据是分析信号振幅的微分 ，而不是原始分析信号振 幅， 从而可更有效分离相邻地质体引起的异常⋯． 分析信号技术通常用来确定磁性体埋深， 其优点是磁化方 向具有相对独立性 ． 使用振幅比方法判定磁性体深度可避免对 几个特征点的复杂计算，减少干扰影响 ．模型数据和台湾北部 海岸实际数据的应用验证了这种方法的有效性⋯． 4其他方法 1 根据磁异常确定岩石总磁化强度方向的方法 ．该 方法主要采用了化极方法，化极后得到的异常用来计算磁偏角 和磁倾角， 其中磁倾角的相对效果较好 ． 2 采用数值模型计算磁性地形影响的方法 [ t o I ， 用于处理 起伏地形条件下的磁测数据 ． 它在垂直方向采用解析积分，在 水平面采用数值积分 ． 将该方法用于 h i t e 火山岛起伏地形条件 下航磁数据的解释 ， 结果表明， 该区地表岩石具有明显的磁性 ． 3 应用积分分析和数值积分联合方法计算复杂形体场源 磁场的新数学模型 ⋯I ．该模型的两个表面和磁化强度参数可 用平面上的离散点数据来定义 ．在第三轴方向上联合一个多项 式磁化强度函数， 就可模拟出 3 D磁化强度分布， 这种方法给出 了计算磁场的方程 ． 可直接用于由地震或其他方法解释限定的 模拟场源体， 也可用于快速计算的交互解释 ． 4 应用铁磁学中的居里定理 即居里温度以上， 物质的铁 磁性或亚铁磁性转变为顺磁性 ， 分析地壳中的地温场的分布 ． 这在分析含油气盆地温度场的结构 ， 对于评价油气的生成与聚 ～ 一-⋯’ _ 伯 N 7 c O ． 7 O 7 c O ． 7 O 、＼ I | ＼／ ～ ⋯ ⋯ 一i ．． _6 l | 3 2 0／ b ， ， k m 图 l 重磁响应函数方法在 D a t i o 洋脊勘探中的应用 F i g ． 1 A p p l i c a t i o n o f me g n e t o g r a v i t y r e s p o n s e f u n c t i o n me t h o d i n t h e e x p l o r a t i o n a t Da t i o R i d g e 。 a 一D a i l 0 洋脊南北剖面上的数据 n o r t h - s o u t h e r o s s - s e c t i o n al d a t a o n t h e D a i t o R i d g e ； M A G 一磁异常 m a g n e t i c a n o m a l y ； F G A 一空间重力异常 f r e e ‘ a i r g r a v i t y ano m a l y ； B G A 一布格重力异常 B o u g u e r g r a v i t y a n o m a l y ． b 一磁异常和空间重力异常之间的重磁响应分析 m a g n e t o - g r a v i t y r e s p o n s e a n a l y s i s b e t w e e n m a g n e t i c and f r e e a i r g r a v i t y a n o ma l i e s ；C o 一磁 异常和重力异常之间的相干性 c o h e r e n c e bet w e e n m a g n e t i c and g r a v i t y a n o m al i e s ；I r 一沿着波数 一 轴的有效磁倾角 e fi e c t i v e i n c l i n a t i o n s a g a i n s t w a v e n u m ber s ． C 一磁异常和布格重力异常之间的重磁响应分 析 ma g n e t o g r a v i t y res p o n s e a n aly s i s bet w een m a g n e ti c and B o u g u e r g r a v i t y a n o m ali e s 维普资讯 l 8 6 地 质 与 资 源 2 0 0 4 正 集具有重要意义 ． O z e l 利用剩余磁异常的谱分析确定磁性地壳 的居里等温线 ， 并运用居里深度图 来解释伊世麦海湾的地热区” ． 5 建议 1 虽然重磁勘查方法已经有了一定的进展， 但是， 由于重 磁法本身已经比较成熟，所以进展不大 ． 其中运用重磁响应函 数求取有效磁倾角是一种新的方法， 但要求比较苛刻， 需要密度 与磁化强度之比为一常数 ， 有待进一步研究 ． 以后应该在重磁 联合反演方面进行更多研究 ． 2 欧拉反褶积方法是一种常用的方法 ， 但也有局限性 ． 例 如， 它需要一个已知参数作为构造指数； 现行欧拉反褶积仅局限 于一个窗口一个场源体 虽然已经有了适宜多场源体的方法， 但 仍待进一步的发展 ； 欧拉反褶积的计算比较复杂 ． 如何克服这 些局限性， 则是今后重磁法勘查的重要研究方向之一 ． 3 重力勘探和磁法勘探在油气矿藏中地运用还需要进一 步的研究 ．目 前在西伯利亚的研究表明， 重力场、 磁场和碳氢化 合沉积物之间有空间的关联性 I ” I ． 在这个方面应该展开进一步 的研究， 发展运用重磁法勘探油气矿藏的一种新方法 ． 参考文献 [ 1 】 刘长风， 刘慧洁 ． 用欧拉反褶积方法反演台湾海峡磁异常【 J 】 ． 地球 物理学报， 1 9 9 4 ， 3 7 3 3 4 5 --3 5 2 ． 【 2 】 Ha n s e n R 0， S u c i u L．Mu h i p l e ． s o u r c e E u l e r d e c o n v o l u t i o n【 J】 ． G e o p h y s i c s ， 2 0 0 2 ， 6 7 2 5 2 5 5 3 5 ． 【 3 】 B a r b o s a ， V a l e ri a C F ， S i l v a ， e t a 1 ． S t a b i l i t y a n a l y s i s a n d i mp r o v e m e n t o f s t r u c t u r a l i n d e x e s t i m a t i o n i n E u l e r d e c o n v o l u t i o n 【 J 】 ． G e o p h y s i c s ， 1 9 9 9 。 6 4 1 4 8 O ． 【 4 ] Z HA N G C h a n g - y o u，Mu s h a y and e b v u M。R e i d A B，e t a 1 ．E u l e r d e c o n v o l u t i o n o f g r a v i t yt e n ‘sor g r a d i e n t d a t a [ J ] ．G e o p h y s i c s ， 2 0 0 0 ． 6 5 2 【 5 】 F e d i ， Ma n r i z i o 。 Ra pol l a ， e t a 1 ． 3 - D i n v e r s i o n o f g r a v i t y and m a g n e ti c d a t a w i t l l d e p t h r e s o l u t i o n [ J ] ． G e o p h y s i c s ， 1 9 9 9 ， 64 2 4 5 2 --4 6 0 ． 【 6 】 U e d a Y， K u b o t a R ， S e g a w a J ． Ma g n e t o - g r a v i t y r e s p o n s e f u n c t i o n and i t s a p p l i c a t i o n t o t h e D a i t o R i d g e [ J ] ． G e o p h y s i c s ， 2 0 0 2 ， 6 7 1 1 l 一l l 6 ． 【 7】 D e b e g l i a 。 N i c o l e ， C o r pol ， e t a 1 ． A u t o m a ti c 3 - D i n t e r p ret a t i o n o f pot e n ti a l fi e l d d a ta u s i n g a n a l y t i c s i g n a l d e ri v a ti v e s 【 J 1 ． G e o p h y s i c s ， 1 9 9 7 ， 6 2 1 8 7 ． 9 6 ． 【 8 ] H s u S h u - K u n ，C o p pon s ， e t a 1 ． De p t h t o ma g n e ti c Fs O U I e u s i n g the g e n e r a l i z e d ana l y t i c s i gna l [ J ] ． G e o p h y s i c s ， 1 9 9 8 ， 6 3 6 l 9 4 7 一 l 9 5 7 ． 【 9 】 F e d i ， M a u r i z i o ， F l o r i o ， e t a 1 ． Me tho d t o e s t i ma t e the t o t a l m a g n e ti z a t i o n d i rec ti o n f r o m a d i s t o r t i o n ana l y s i s o f ma g n e t i c ano ma l i e s【 J 1 ． G e o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g ． 1 9 9 4 ， 4 2 3 2 6 l 一2 7 4 ． 【 1 0 ] Wo o d w a r d ， D e rek J ． I n v e r s i o n o f a e r o m ngn e t i c d a t a u s i ng d i g i t a l t e r r a i n m ode l s [ J ] ． G e o p h y s i c s ， 1 9 9 3 ， 5 8 5 645 - - 6 5 2 ． 【 1 1 】 R u o t o i s t e n ma k i 。 T a p i o ． Ma gne t i c ano m a l y o f 3 D Fso u r o e s h a v i ng a r b i t r a r y g e o m e t r y and ma g n e ti z a t i o n【 J 】 ． G e o p h y s i c a l P r o s p e c ti n g 。 1 9 9 3 ， 41 4 4l 3 ． 4 3 3 ． 【 1 2 ] O z e l E ， K e c e c i H ， Gu n a y C ． U s a g e o f C u r i e d e p t h s f o r the d e t e r mi n a t i o n o f g e o the r ma l a r e a s i n the l z mi r B a y [ C】 ． P r o c c e d i n g s o f the I n t e rna t i o n a l O ff s h o re and P o l a r E n g i n e e rin g C o n f e ren c e 2 [ c 1 ， 2 0 0 0 ． 6 6 1 - - 6 6 4 ． 【 1 3 】 P i s k a r e v ， A l e x e y L ， T c h e r n y s h e v ， e t a 1 ． Ma g n e ti c and g r a v i ty ano ma ly p a t t e r n s rel a t e d to h y d r o c a r b o n fi e l d s i n n o r t h e rn We s t S i hax a【 J 】 ． G e o p h y s i c s ， 1 9 9 7 。 6 2 3 8 3 l 一8 41 ． NEW r EC HNOL OGI ES OF GRAVI ME TRI C AND MAGNET I C S URVEY WANG F a n g I n s t i t u t e o f G e o p h y s i c s a n d G e o m a t ic s ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Geo s c i e n c e s ， W u h a n 4 3 0 0 7 4 ． C h i na Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s s o me n e w t e c h n o l o g i e s i n g r a v i me t r i c a n d ma g n e t i c s u r v e y i n t h e l a s t t e n y e a r s ， i n v o l v i n g Eu l e r d e c o n v o l u t i o n me t h o d ， Ma g n e t o g r a v i t y r e s p o n s e f u n c t i o n me t h o d ，d i g i t a l s i g n a l p r o c e e d i n g me tho d e t c ． Wi th the b r o a d a d o p t i o n o f t h e s e t e c h n o l o g i e s i n t h e f i e l d s o f g e o l o g i c s t r u c t u r e i n t e r p r e t a t i o n ，o r e p r o s p e c t i n g ，g e o t h e r ma l e x p l o r a t i o n a n d a r c h a e o l o gi c a l s u rve y i n g ， t h e a p p l i c a t i o n e f f e c t o f gra v i me t r i c a n d m a g n e t i c s u r v e y h a s b e e n i m p r o v e d ． Ke y wo r d s gra v i me t r i c a n d ma gn e t i c s u rve y ； ma g n e t o gra v i t y r e s po n s e ； c o o p e r a t i v e i n v e r s i o n 作者简介 王芳 1 9 7 8 一 ， 女， 现为中国地质大学 武汉 地球探测和信息技术硕士研究生， 通讯地址 湖北武汉中国地质大学 武 汉 研究生院硕 2 0 0 1 5班， 邮政编码 4 3 0 0 7 4， E m a i l ／ ／ w a n g f a n f w f 1 2 3 1 6 3 ． c o m 维普资讯