重磁方法在地质找矿工作中的应用

安徽省勘查技术院兰学毅2008年8月26日安徽省地质勘查技术培训班交流材料内容提要：1、对重磁勘探的方法作一系统介绍，保持交流材料的完整性2、通过理论模型与实例分析介绍重磁各种常用数据处理方法的特点、作用，但不讨论其数学原理3、通过实例分析介绍重磁勘探的定性解释、地质解释方法与解译标志，举例说明解释过程中应当注意的问题；对定量解释不作讨论4、对当前普遍关注的异常筛选与异常查证方法给出具体建议5、列举几个重磁勘探的难点问题（不加讨论），与同行共勉磁力勘探又称磁法勘探，它是通过观测和分析由岩石和矿石或其它探测对象磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源或其它探测对象分布规律的一种地球物理方法。它研究的磁异常是指磁性体产生的磁场叠加在地球磁场之上而引起的地球磁场畸变。优点：1、轻便易行、效率高、成本低，在许多情况下效果良好2、工作不受地域限制，能提供全球磁异常信息3、古地磁研究。4、广范应用于矿产地质勘查与水文、环境监测等各方面一、重磁勘探及其特点重力勘探所观测、研究的是天然的地球重力场，引起重力场变化的因素包括从地表附近一直到地球深部的物质密度分布的不均匀重力勘探是通过测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常﹐以确定这些地质体存在的空间位置﹑大小和形状﹐从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。由于野外测量中使用的重力仪轻便、观测简单、采集数据方便，重力勘探相对来说具有经济、勘探深度大、以及快速获得面积性信息等优点，因而获得了比较广泛的应用。（一）重力仪主要是指进行相对重力测量的仪器。按照其弹性系统的性质分为石英弹簧重力仪和金属弹簧重力仪两类。1、石英弹簧重力仪区域重力调查中使用的重力仪大多为石英弹簧重力仪。其型号有国产的ZSM—Ⅲ、IV、V型和Z—400型四种。他们的精度为±40×10-8m/s2。ZSM—Ⅲ、Ⅳ型重力仪测程为100×10-5m/s2。ZSM—Ⅴ型重力仪测程为150×10-5m/s2。Z400型重力仪测程为200×10-5m/s2。国内还有上世纪进口的加拿大CG—2和美国Worden（渥尔登）重力仪。他们的精度也是±40×10-8m/s2，测程为100×10-5m/s2。除此而外还有加拿大先得利公司生产的CG—5（含CG—3）重力仪，精度为±10×10-8m/s2，测程为7000×10-5m/s2。2、金属弹簧重力仪上世纪八十年代引进的金属弹簧重力仪为美国拉柯斯特—隆贝格公司生产的Lacoste—Rembeg（简称ＬＣＲ）D、G型重力仪。他们的精度为±10×10-8m/s2。Lacoste—D型重力仪测程范围为200×10-5m/s2。Lacoste—G型重力仪测程范围为7000×10-5m/s2。二、常用仪器设备及其技术参数（二）磁力仪目前地质勘查工作中常用的仪器主要有：1、质子磁力仪以IGS2/MP-4为代表，分辨率0.1nT，可同时进行总场和垂直梯度测量。类似精度的仪器还有GEOMETRICS的G-856AX型以及国产的CZM-3型质子磁力仪2、光泵磁力仪以GEOMETRICS的G-858型铯光泵磁力仪为代表，当测速为1s时其灵敏度为0.01nT，测速为0.1s时其灵敏度为0.05nT；国产HC-85磁力仪灵敏度同样为0.01nT，而HC-95磁力仪灵敏度达0.0025nT。3、测定岩石磁参数的专门磁力仪：无定向磁力仪和旋转磁力仪(当对一个地区的磁性参数精度有要求时，建议采用)。三、作业流程及其重点环节选区，确定地质任务选择方法编写施工设计书野外施工资料处理地质解释编写成果报告、图件钻探验证物探资料再解释选区，确定地质任务选择方法设计施工资料处理地质解释成果报告、图件钻探验证1、仪器准备与性能试验2、省（区）级格值标定场的建立（重力）3、基点选择与联测4、测点布设、观测与记录5、基、测点平面位置和高程的测定（对精度至关重要）6、物性（密度与磁性）工作（解释的基础）7、精测剖面与综合剖面（提高解释精度）地面重、磁力勘探工作的主要环节（一）重力资料整理主要内容（区域重力工作主要围绕重力工作五统一要求进行，大比例尺重力资料整理工作一般参照此要求进行，但允许对地改半径和中间层密度按照实际情况进行选择）1、格值标定、结果整理及精度计算2、重力仪性能（静态、动态、一致性）试验结果整理3、重力固体潮改正4、测点重力值计算及精度5、基点网平差及精度6、地形改正及精度7、正常重力值改正及精度8、高度改正、布格改正及精度9、自由空间重力异常及精度10、布格重力异常及精度11、均衡重力异常计算12、密度统计及精度四、资料整理内容——成果数据与精度评定1、磁力仪性能（噪声、动态、一致性）试验结果整理2、日变改正3、地磁正常场改正（国际地磁参考场IGRF1990.0模型）4、高度改正5、地磁力异常及精度6、磁性参数（磁化率、剩余磁化强度）统计及精度（二）地面磁测资料整理主要内容五、数据处理内容数据处理与参数转换是重磁勘探解释理论的重要组成部分。实测重、磁异常是地下地质体的综合效应，为了更有效的突出目标体信息，压制非目标体信息，将实测单参量转换成解释需要的多参量，数据处理与参数转换工作十分重要。重力主要计算小波变换局部异常、带通滤波、剩余异常、解析延拓及其不同高度的垂向二次导数、水平方向导数等。磁法主要计算化极、向上延拓、剩余异常、方向导数、垂向导数和重磁相关分析等。实际工作中一般根据项目不同的地质任务、针对不同的地质特点选择处理方法，根据解释需要，适当变换处理参数，对计算结果进行对比分析，直至计算成果满意为止1、解析延拓解析延拓是重磁场的空间转换方法。重磁异常随着观测高度的变化将发生明显的变化，并且其变化程度与异常体形态、大小有关。向上延拓，将使小而浅的物体产生的具有“高频”特性的异常比大而深的物体产生的具有“低频”特性的异常更快地衰减，有利于相对突出大而深的物体产生的重力异常。向下延拓则相反。为了深入研究测区不同规模、不同埋深的构造目标，使有效信息不受损失，需完成多种不同高度的延拓计算。必须指出的是向上延拓会产生“群体叠加效应”。由于随着观测面距多个相邻而规模相近物体群越远，多个物体场的叠加效应将使重磁场呈现一体化，以至不可能分辨出单个物体产生的局部异常，这种现象称为物理场的“群体叠加效应”。因此，向上延拓产生的“群体叠加效应”，在定性解释中将产生误导，例如，把浅部多个小物体异常群上延结果误认为是深部大物体的异常；或把相对孤立的小物体群误认为是形态复杂的物体等等。“群体效应”示意图群体由3个埋深相同、直线排列的球体组成剖面为3球体共同的中心剖面（a）密度体埋深加大产生的“群体效应”（b）向上延拓形成的“群体效应”在重(磁)力高及重(磁)力低之间往往存在明显的梯级带，这些梯级带应主要是深大断裂的反映方向导数水平梯度图模2、水平方向导数及水平梯度计算不同方向的重、磁场水平方向导数图及水平总梯度图，能将与该方向呈大致垂直相交的断裂构造引起的重、磁场信息突出出来，利用此特点可以研究断裂的平面展布，并可判断断层两侧的升降关系以及地质体的平面展布特点，对比不同延拓高度异常的方向导数还可定性了解断层的产状或地质体的空间展布特征。3、垂向导数计算重磁异常的垂向导数有较高的分辨率，利用它可以从复杂的叠加异常中提取出目标异常。其主要目的在于消除区域场的影响，突出局部异常，大致圈定地质体的接触边界。为了突出不同深度和大小的地质体引起的局部异常，对不同高度的重、磁异常均需开展不同阶数的求导计算。4、剩余异常计算实测重、磁场都具有叠加效应，在研究局部构造时难以使用。选用合适的资料处理方法，如频率域异常分离法、空间域的网格法和趋势分析法以及正演计算剥离法等，都可以有效突出局部研究目标的重、磁效应，以利于对局部异常的定性分析与定量计算。它们可以是局部异常，也可能是仍含有区域场的叠加场，但更简单直观罗河、大包庄铁矿重磁异常及其剩余异常对比图5、小波变换近些年来发展起来的小波分析，在信号处理、地震勘探等众多非线性科学领域逐步得到广泛的应用。小波变换引入了多尺度分析思想，在空间域和频率域同时具有良好的局部分析性质，可以将信号通过伸缩、平移聚集到任意的细节加以分析，具有“数学显微镜”的之称。基于这一特点，自上世纪九十年代以来小波分析在重磁数据处理中受到越来越多的专家的重视，并发挥重要的作用。6、三维欧拉反褶积构造反演计算三维欧拉反褶积构造反演技术是一种能够利用重磁网格数据确定地质体位置(边界)和深度的自动化定量反演方法,这种方法并不需要已知地质信息的控制。位场及其梯度与场源位置之间的联系可以通过欧拉奇次方程表示,而场源的不同形状即地质构造的差异则表现为方程的奇次程度,就是所谓的地质构造指数,地质构造指数实质上表现了场随离开场源距离的衰减率。7、构造增强近几年发展起来的又一新的计算方法，它将位场的三个方向导数进行了重新组合，并引入了3个调整因子，一方面突出了位场的梯度带特征，另一方面压制了平稳场时的震荡，效果十分明显8、其它处理方法重磁对应分析倾斜导数趋势分析方差、均值、中心矩等数据分布特征值分析（场分区、基岩填图，异常分类、特定异常信息提取）曲化平解释信号重磁数据处理的方法多种多样，随着计算技术的发展和计算机硬件功能的换代升级，新的处理方法不断涌现。但必须指出的是：每一种计算方法都不是万能的，都有其特定的使用条件；同时，对一个特定的工作地区来说，也不可能将所有的计算方法都使用一遍。所以要求解释人员在具备基本的物探与地质知识的基础上，尽量收集和熟悉测区相关资料，选择最有效的方法加以应用。目前国内常用的重磁数据处理解释软件主要有RGIS2006---------------------中国地质调查局发展研究中心区域重磁数据处理软件---------------------------吉林大学重磁电震综合解释系统EMGS2.0---------中国石油大学（北京）重磁处理解释系统_2006--------------中国地质大学（北京）OasisMontaj-------------------------加拿大Geosoft公司GMDPro2.0------------------------------------浙江大学；GeoExpl2008-----------------中国地质调查局发展研究中心磁法勘探软件系统（MAGS2.0）----------中国地质大学（武汉）这些软件既有共性，又有自己的特色：六、常用软件及其特色（一）重磁资料定性解释的一般要求1、定性解释的任务是根据初步建立的地质-地球物理模型和标志，对各类重磁场的起因进行说明。是解释工作最重要的一步，也是最后地质解释的基础。2、定性解释经常采用从已知到未知的类比法或模型对比法，以及统计解释法等，有时还需运用定量计算的结果来支持定性的结论，定性解释要经过多次反复，才能更加深化和更为可信。3、定性解释的多解性只有通过实测物性、地质及其它地球物理资料综合解释方能减少。一般重力资料与磁测资料进行综合解释，互为补充和约束。为此，要研究重、磁异常的相关性，划分出不同相关程度的异常分区或具体异常。七、解释方法（定性解释）4、定性解释既要用未经处理的基础图件，也要用经过处理的图件，以充分利用和全面分析所有的信息。对局部异常要与地形进行相关分析，排除中间层和地改不完善引起的假异常。5、定性解释一般从场的分区入手，首先要将测区的场置于更大范围场的背景中加以研究，并与邻区对比。按场的各种特征对测区的重磁场进行场的不同级别分区，这种场的分区为研究地质构造分区提供重要依据，也有利于进一步划分具有不同特征场的小区（异常场区）或局部异常。6、局部异常的定性解释是解释工作的主要内容。一般首先从强度大的、形态简单、干扰小的或有岩石出露的异常入手。局部异常解释主要根据：（1）测区或其它地区在已知各类地质目标物上建立的地质—地球物理概念模型显示的标志（异常强度、形态、梯度、走向、规模、展布特点等）来判断异常的起因。（2）参照地质图所标出的岩性和本区实测物性（特别是异常中心