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作者:xiaokcehui2020-9-12 1:00分类: gravity&mag 标签: 地磁 磁异常解释 卫星测磁

一、一般原则

磁异常的地质解释, 通常是指:根据磁测资料、 岩(矿) 石(目标物)的磁性资料 以及地质和其他物化探资料, 运用磁性体磁场理论和地质理论解释推断引起磁异常的地质 原因及其相应地质体(目标体)的空间赋存状态, 平面展布特征,矿产和地质构造或其他目标体分布的全过程。 为实现上述过程磁异常解释应遵循如下一般原则(王家林, 王一新,1991)。

(一)以地质为依据

以地质为依据, 就是要充分占有地质资料, 掌握已有地质规律, 建立测区内可能有的几种地质模型, 以此指导磁异常的正反演解释。 在解释过程中要防止简单对比与凑合地质结论, 要善于利用磁异常与地质资料不一致的地方, 细致对比分析与深入解释, 提出新的见解, 进而深化地质解释,修正或提出新的地质结论。

(二)以岩石物性为基础

岩石物性是基础, 是联系地质与地球物理场的桥梁, 是减少磁异常反问题多解性的重要途径。 可以说, 没有扎实的物性资料, 就没有可靠的地质解释。把地质规律与岩石物性结合起来就可以建立合理的物理-地质模型, 作为磁异常解释的初始模型。 岩石物性虽有一般规律,但有更强的特殊性;必须总结出当地岩石的物性规律,不能盲目套用一般规 律。 以花岗岩为例, 在不同地区不同围岩环境中, 磁性可以是弱磁或无磁, 也可以是中等或较强磁性。

(三)循序渐进, 逐步深化

由于不同比例尺、 不同网度和精度的磁测工作其解决地质问题的重点和深度不一样,一般应遵循由粗到细、 由区域到局部逐渐深入细致的原则, 尽量借鉴地质、 地球物理条件 相似地区的解释经验与方法,指导待研究区的解释工作。

四)定性与定量、正演与反滇、平面与剖面解释相结合

定性与定量解释的结合可以使两者互为补充,逐渐探化;正演和反演相结合可以不断修改补充原有解释模型,减少反演解释的多解性;平面解释与剖面解释相结合,一方面利用典型剖面的精细解释、控制修正平面解释,另一方面也可利用平面解释的总体规律来指导剖面模型建立。达到相互借鉴、相互补充,提高解释成果质量的目的。

(五)综合解释

为了克服磁异常反问题的多解性以及磁力勘探应用的局限性,有条件时应尽可能进行综合地质、地球物理解释,这样才能正确确定异常的地质原因,提高地质效果。

(六)多次反馈,不断修正

由于地质现象的复杂性,对其认识很难→次完成,对解释工作也是如此。它主要反映在两个方面,一是在解释过程中应通过多次正反演、多次反馈不断修改物理一地质解释模 型,使解释结果最佳符合当前的地质、地球物理资料;二是每当补充新的资料,或通过验证发现新问题,则又应利用反馈的资料再解释。故解释工作是一个不断反馈、解释,不断 深化的过程。

二、磁异常解释的基本方法与步骤

磁测资料解择的内容是由磁测的任务决定的。任务不同,对解释的内容和要求也不同。总体来说,磁测资料的解释过程步骤一般如下:

(一)磁测资料的预处理和预分析

对资料进行预处理和预分析,要使对资料的解释建立在资料完整、可靠和便于解释的基础上。因此,在解释前应分析磁测精度的高低、测网的疏密,系统误差的有无和大小,正常场选择是否正确,因件拼接是否合理,资料是否齐全,是否有干扰影响存在等。若有问题,应改正或处理解决。此外,还应该注意分析磁性地质体的磁性特征和磁性的均匀 性、方向性和大小。

为便于解释,在解释大面积磁测资料时,常需对异常进行分区、分带,确定解择单元,并网格化。多数情况下,还需对磁测资料进行必要的转换和处理,如延拓、化极、求导等。

(二)磁异常的定性解释

磁异常的定’性解释包括两方面的内容:一是初步解释引起磁异常的地质原因;二是根据实测磁异常的特点,结合地质特征运用磁性体与磁场的对应规律,大体判定磁性体的形状、产状及其分布。

对磁异常进行地质解释的首要任务是判断引起磁异常的地质原因。对找矿来讲,就是 要区分哪些是矿异常,哪些是非矿异常。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,但一般从以下几个方面着手。

1.将磁异常进行分类

分类的目的是为了更好地查明异常的地质原因,便于重点研究。由于实际情况千差万别,对磁异常的分类很难给出一个标准的分类方法。一般是根据异常的特点(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,并结合物探工作作的地质任务进行异常分类。例如,普查时往往先根据异常分布范围,把异常分为区域异常和局部异常。区域性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;再分为强度大且起伏变化的分布范围也大的异常,异常强度较小又平 静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。

通过对异常的分类,不仅对测区异常能有清晰的总体概念,也便于分类研究引起异 常的地质原因。

2.由已知到未知

由己知到未知是一种类比方法,所有物探资料的研究中都会用到。这种方法是先从已知地质情况着手,根据岩(矿)石磁性参数对比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.深入研究区内的岩、矿石磁性

岩、矿磁性的研究是对异常进行正确解释的重要基础工作。对区内各类岩矿石都应采集不同数量的定向标本;进行磁参数测定,了解感磁和剩磁的大小和方向。并用正演公式,粗略估算异常分布范围内各类岩矿石所引起的异常强度;然后与实测异常对比,以判断实测异常是地去还是地下深部岩、矿体所引起。如果异常分布在第四系覆盖区,这时应 充分利用附近已知区的磁参数资料还可以根据实测异常,选择合适的公式,估算异常源的磁性大小;并与己知的同类型岩矿石磁参数比较,以提供确定异常体性质的依据。

4.对异常进行详细分析

详细分析研究异常的目的,是为了结合磁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。

(1)磁性体形状初步判断

A.根据磁异常的平面和剖面特征。磁异常的平面等值线形态,往往反映地下磁性体的形态。例如球状体的Za异常等值线为等轴状,有一定走向的地质体引起一定走向的长带状异常。如果正异常的两侧伴生有负异常,可认为磁性体为下延有限的磁性体。如只有正异常而无明显的负异常伴生,则可认为磁性体下延很大。当正异常一侧伴生有负异常,另一侧无负异常,则判断较复杂,需具体分析。对于走向长度对异常的影响,经水平单极线与偶极线的中心剖面Za异常定量分析后得到:当走向长度>10倍埋深时, 中心剖面处异常的主体部分接近于二度体异常。对于有限长走向的磁性体由于斜磁化而产生走向两端磁荷分布,是使异常的走向偏离磁性体的走向,这种偏离总是使磁性体走向介于磁化方向与异常走向之间,或者说磁性体走向介于正负极值连线方向与异常走向方向之间。这种端部效应造成异常复杂化,是异常走向发生变化。

B.利用磁异常的空间变化特征。

(A)利用磁异常断面等值线特征。磁性体形态不同,断面磁异常等值线不同。对于厚板体及水平薄板体,Za断面等值线有交于两点的趋势。这两点的深度及间距分别与板体的上端和水平宽度相当。对于接触带,则在一侧有相交的趋势。对于薄板体、水平圆柱体,Za断面等值线则在交于一点的趋势。在实际解释中交点 虽无法精确求出,但近似推定是可能的。对于下界有限的磁性体,Za正等值线两侧,均有负等值线;而对于接触带,则只有在一侧有负等值线。

(B)利用不同高度上Za曲线特征。对于无限延深薄板体Za曲线,不同高度极大值、极小值及零值点横坐标连线相交于板顶。极大值与极小值点连线间的夹角为PI/2,极大值点连线与垂线夹角为γ/2。不同高度水平圆柱体异常的极大点、极小点、零值点及1/2极值点连线也为直线且相交于圆柱中心。两侧零值点连线之间的夹角为主PI/2 。极大点连线、极小点连线之间的夹角为60°。厚板状体磁异常在不同高度上各特征点连线非直线,极大值点线和极小值线之间的夹角小于PI/2。根据以上特征可以大致判别其形状。

(C)计算形状参数n,简单规则形体磁异常的极大值与 埋探h之间有以下关系式:

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式中:c为与磁性体形状、产状和磁性有关的常数;n为仅与磁性体形状和大小有关的指 数。磁性体规模愈大,则n值愈小,见下表

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(D)Za-Ha参量曲线判断形状。以Za值为纵坐标,以Ha为横坐标,将各点的磁 场值Za值与Ha分别点出后连成曲线,根据参量曲线图的形态可以判断磁性体的形状。无限延深薄板状体Za-Ha参量图为—圆;水平圆柱体为—心形线;无限延深厚板为—椭圆;有限延深厚板为椭圆心形线;有限延深薄板参量曲线形状接近水平圆柱体。 球体的参量图为Za 轴方向拉长的心形线。

(2)磁性体倾向的初步判断

A. 根据 Za 异常特征判断倾向。 为简化起见, 讨论中忽略剩磁的影响。

(A)南北走向长椭圆状异常。 异常南北走向, 反映磁性体走向为南北向;在垂直异 常走向剖面内, 有效磁化强度为垂直向下。下图是某矿区实测Za曲线, 其特征是 东侧下降较缓, 西侧下降较快, 并有负极值。 考虑到垂直磁化特征, 判定矿体东倾, 东侧远处有负值, 表明由矿体下端引起。

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此类异常特征与磁性体产状的关系可概括为: 当Za正异常一侧下降缓慢, 另一侧下 降较快, 并出现负极值;则磁性体倾向 Za下降较缓的一侧。 在此侧较远处若出现负异常, 其由磁性体下端所引起。 当 Za曲线对称时,则表明磁性体直立。 若两侧无负值或负值不明显, 则说明磁性体下延较大;反之若有负值存在, 系下端延深较小所致。

(B)东西走向长椭圆异常。 在南北向剖面内, 忽略剩磁, 则其磁化方向即为当地地磁场方向。 下图为河南某矿区磁异常, 磁化倾角约为50° ,其Za等值线呈东西走向, 反映矿体为东西走向。 由平面图的西段异常看, 正值范围很大, 南侧下降缓慢, 在很远时才出现负值;而北侧下降很快并出现 较强的负值。 判断磁化方向与倾向的夹角γ 角较大,表明矿体南倾(可以定量计算γ角以便更确切地判断倾向)。

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此类异常特征与磁性体、 产状的关系可 概括为:

①若 z. 曲线近于对称(特别是正异 常部分), 说明磁性体向北倾斜, 且倾角与地磁倾角相近, 相当于顺层磁化。 若北侧较 远处出现负值, 系矿体下端延深有限引起。

②若Za曲线北侧下降较快, 有明显的负极值, 南侧下降较缓, 这是磁性体倾角大于磁 化倾角的板状体异常特征。 若北侧下降急剧, 且负值与正值相比所占比例较大, 则磁性体南倾;南侧远处如有负异常,则系由下端延深有限引起。反之如果北侧Za下降只比南侧略陡,则板体近于直立或略向 北倾;此时最好计算其γ角,以便正确 确定其倾向。

(C)任意走向的长椭圆状Za异常。 磁性体走向既不是东西又不是南北向时,在垂直异常走向的剖面内,有效磁化倾角应小于90°,但大于地磁倾角,其磁→异常特征应界于上述南北走向与东西走向两种情况之间。图34-3是一个北东走向,倾向北西的矿体上的Za异常。

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B.根据Ta异常特征判断倾向。利用矢量强度无标题6.png判断磁性体倾向,将不受磁化方向的影响,无需已知磁化强度方向即可判断磁性体的倾向,在第三篇第一章中已进行了讨论。图34 4是山东某矿区的磁异常剖面,由Za换算Ha并合成孔,显然Ta北西侧曲线较缓,南东侧较陡,可见矿体倾向北西。

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(三) 磁异常的定量解释

定量解释通常是在定性解释基础上进行,但其结果常可补充初步解释的结果。定性和定量解释两者是相辅相成的,并无严格的分界。定量解释的目的在于:根据磁性地质体的几何参数和磁性参数的可能数值,结合地质规律,进一步判断场源的性质;提供磁性地层或基底的几何参数(主要是埋深、倾角和厚度)在平面或沿剖面的变化关系,以便于推 断地下的地质构造;提供磁性地质体在平面上的投影位置、埋深及倾向等,以便合理布置探矿工程。

定量解释方法的选择,应该选择那些简单、方便、精度高,适用范围广,有抗干扰能力,前提条件少,能自动检验或修 正反演结果的方法。在定量解释工作中应注意下列问题。

1、根据工作目标任务合理选择定量解释方法

对于区域磁测资料,若以配合地质填 图、研究区域构造、基底构造、圈定岩体 和油气区盆地为目标的解释工作,则应选 择能应用于大面积多体磁异常快速反演的 方法。如磁性界面(包括居里面)反演方法、视磁化强度填图方法、拟BP反演方 法、各种快速自动反演深度方法、欧拉法、总梯度模法、Werner法、切线法等。综合利用上列方法,再辅以合适的分场滤波方法即可获得深、浅层位的磁性构造、磁性体的深度、轮廓以及空间展布规律。

对于勘探区磁测资料,若以查明磁性体的三维形态细节为目标,则应选择精细三维正反演方法。如三角形多面体、二度半组合体人机交互可视化正反演方法等。

对于航磁异常检查与小矿山磁测工作,由于一般只作少量剖面磁测,属踏勘性剖面, 可以采用简便的特征点法、切线法等估算磁性体深度。

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

对于区域磁测资料,如南北跨度大的测区、低纬度测区、地形起伏大的测区等,则应针对这些复杂情况,选用变磁倾角化极、低纬度化极以及曲面磁异常化极与曲面延拓、分量、导数转换的方法,对转换后的资料再作反演。也可直接选用在曲面地形上反演的方 法,如已有曲面实测dT及其dT’x、dT’y、dT’z,则可直接在起伏地形下用欧拉法反演、复场强反演与球谐级数展开反演。若在弱地形下,可用拟BP法反演。

对于勘探区磁测资料,若地形起伏、地质体磁性分块均匀,且有多体,则仍可用三角 形、多面体与二度半组合体人机交互可视化正反演方法进行定量解释。

在作处理转换时特别应结合测区的地质情况选择合适的延拓高度与有效的滤波方法, 避免盲目使用处理转换方法,增加不必要的图件与工作量。

3.平面与剖面相结合,合理组合使用反演方法

在进行区域磁测资料解释时,一方面最好选择能控制全区的少量典型剖面作三维精细反演,可采用人机交互可视化正反演方法。在此基础上给出全区磁性界面反演的定解条 件,以此来控制全区界面反演的效果。另一方面可先进行宽约束条件下的拟BP反演,反 演出浅、中、深不同层位的磁化强度分布,进而给出区内磁性体展布的大致轮廓,以此作 为初始模型,提供精细兰维反演作进一步反演。这样把不同特点的反演方法有机结合,可 以提高反演的效果。

(四)地质结论和地质成果图示

地质结论是磁异常地质解释的成果,也是磁测工作的最终成果。它是磁场所反映的全部地质情况的归结,是由定性、定量解释与地质规律结合所得出的地质推论。它不一定与 地质人员的地质推论相同。

地质图示只是磁测工作地质成果的集中表现。因此,磁测成果应尽可能以推断成果图的 形式反映出来,如推断地质剖面图、推断地质略图、推断矿产预测略图等。这些图件不仅 使于地质单位使用,也便于根据验证结果和新的地质成果进行再推断。

根据不同的任务,要求有不同的成果图。现举有代表性的航磁测量成果图介绍于后。 若是区域性航磁或油气航磁测量其成果图一般分三类。

1 .航磁测量基础圈件

④航磁测量剖面图;②航磁测量等值线平面图;③航磁测量测网分布图;④航磁测量飞行高度图。

2.航磁测量数据换算图

①磁性体最小深度图;②其他数据换算图件(选择效果好、作用大的图件)

3.航磁测量解释图件

①推断基底深度土;②推断基底岩相分布图;③推断区域地质构造图;④局部构造异常及油气远景预测图⑤根据具体地质任务和条件编制的其他解释图件。


三、卫星测磁


根据围绕地球的磁卫星观测数据作出的磁异常图, 对研究地壳及上地慢的区域性岩石变化、 地壳厚度及地热扰功等问题有重要意义。 由于磁卫星飞行的平均高度约400 km, 在这样大距离下, 所能反映的是地壳各处垂向磁化强度与各处地壳厚度乘积所形成的磁矩 强度的分布, 也相当于反映的是磁性层厚度与磁化率的乘积, 也有人把其称为 “ 积成磁化率” 。据此,若设地壳厚度为一定值, 则可求出地壳的磁化强度或磁化率分布, 相当于 厚度固定的等效层的磁性分布。若设等效层磁性为一定值, 则可求出地壳厚度变化。 在卫 星磁测资料的解释中, 目前一般反演 “积成磁化率”。由于卫星磁测工作开展较少, 卫星 磁异常的定量解释与地质分析尚处于起步阶段, 需要进一步研究。 下面介绍一些有代表性 的工作。

(一)、 磁卫星用于陆海区地壳磁性特征研究

美国1982年从MAGSAT磁卫星测量数据经改正处理后得到了标量磁异常 dT 3-4 5。 该图是地球2° x2° 网格的dT图, 其范围为50°S72°N, 140°W62°E。 一般认为地 壳中存在长波长磁异常的磁源是深源, 位于下地壳内。在海洋区, 由于地壳很薄, 只有几千米, 故磁异常源也可能位于地幔中, 那里有富含铁磁性的物质。 由于洋壳中海洋沉积物 的低热导率, 洋壳的温度梯度值并不高, 因此居里面可能在莫霍面之下, 而使上地幔的顶 层具有铁磁性。陆壳中的磁性物质与侵入岩浆活动、 地球化学作用、 构造变化特征等有密切关系。陆壳一般有数十千米厚, 根据地下温度变化情况, 居里面可能在莫霍面之上或与之相当, 也可能在莫霍面之下(徐宝慈、 李春华,1995)。 洋壳与陆壳的区域岩石学、 地球化学及地热活动等都有各自的特点, 利用卫星磁异常作出全球磁壳磁性特征图, 对了解地壳主要单元的性质及其演化是很有意义。 为了研究壳磁性特征, 可以将图3 -4 -5dT 经化磁极转换后的MAGSAT化磁极异常换算出 “ 积成磁化率” 。换算时设陆壳厚度为 40 km,洋壳厚度为6km, 求出地球4° ×4°壳块的积成磁化率分布图。 经分析洋壳和陆壳 的区域磁化强度模型后发现, 洋壳与陆壳具有很不相同的磁化强度特征。实际观测到的洋底岩石标本的平均磁化强度(在6 km厚洋壳内)值为0.7-1.5A/m。 根据卫星磁异常得出的洋壳磁化强度接近其上限, 此上限应属下地壳上地幔的蛇纹石化区, 具有与地磁场方向相一致的黏滞剩磁。 在大西洋和东太平洋的磁化率也都接近于 “积成磁化率” 的上限。 这支持了在接近洋壳底部可能有黏滞剩磁物质存在的观点。 在卫星高度上的大陆及海洋区 的磁异常主要反映感磁和黏滞剩磁, 洋壳的条带磁异常在卫星高度已显示不出来了。

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图3-4-6是东亚上空400km高度由MAGSAT磁卫星测得的标量磁异常图。 可见, 西藏有明显的负异常, 东南沿海区也是负异常分布区。 新疆、 华北、 东北和华南为正异常 区。 此图反映了宏观特征, 在一定程度上反映了地壳物质结构的差异。 西藏负异常, 可能 与喜马拉雅山下地壳加厚的原因有关。 推测其主要起因于地壳弱磁的减小和逆掩断层, 在 这些山系之下的高磁下地壳已经下沉到高温上地幔, 厚的上地壳已产生的热覆盖了下地 壳, 并且增强了下地壳热流。 结果, 从热的上地壳扩散到下地壳的热量提高了下地壳的温 度, 热减退了-部分地壳磁性, 从而导致总磁化率减小与喜马拉雅山的低磁性。若把卫星磁异常换算为积成磁化率, 则可以更好地显示出和中国区域大地构造特点的 相关性。 前寒武地台为高磁区, 而山系、 缝合带、 大陆较大规模的磁异常可能产生于下地壳磁化强度的横向变化。沿着主要山系的上地壳加厚部分把下地壳压进高温上地幔,且导 致热退磁。 同样在高热流区, 居里等温线上移, 使部分下地壳被热致退磁。

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近期, 我国学者曾把中国大陆卫星磁异常图与航磁异常反演的磁性层顶面深度、 底面深度(相当于居里面深度)加以综合分析研究,对中国境内的岩石圈磁性结构提出一些有意义的见解:①在塔里木、四川和松辽盆地,地壳呈强磁性,至少可以分为两层,上层磁化强度为IA/m,下层为2A/m或更强一些。上述盆地中央、地幔顶部约10km厚, 也是强磁性的。②西藏高原,中国东南沿海-带以及其他一些褶皱带之下,地壳是弱磁 性的,磁性层在地表以下30km内,磁化强度约为0.66 A/m③地壳的磁性与地质构造关系密切,稳定的地台、隆块、地壳磁性强,造山带磁性弱。这些探索性的结果,对进一步深化研究有一定意义。

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