磁法勘探-磁异常的数据处理
磁法勘探-重磁异常的地质解释与应用
第十一章重磁异常的地质解释与应用一、重磁异常的地质解释1、地质解释的主要内容1）重磁资料的预分析：使资料的解释建立在资料完整、可靠、便于解释的基础上。
→→有用异常是否得到明显反映。
2）数据处理将有意义的异常从叠加异常中分离出来，去掉与任务无关的异常。
其他：延拓，化极，求导等。
3）定性解释ⅰ：初步解释引起磁异常的地质原因。
ⅱ：大体判定异常源的形态、分布范围、异常界面的起伏变化等。
4）定量解释得到异常源的形状大小，界面深度等几何参数。
5）地质结论和图示2、重磁异常的多解性：1）不同岩石的同一物性参数。
可以具有同一数量级，可能在地表引起相同的异常。
2）地表观测的异常分布不是全部空间场值的分布。
二、重力和磁法勘探的主要应用：1、重力勘探的主要应用：①研究地壳深部结构和划分大地构造单元。
②研究区域地质构造：基岩顶界面的深度起伏变化。
③查明沉积岩内部的局部构造和岩相变化：④圈定隐伏的岩浆岩体：⑤探明矿井下和地下浅部的某些地质问题：岩溶、采空区、破碎带、老窑等⑥金属矿床。
2、磁法勘探的主要作用：①研究结晶基底的起伏变化：预测含煤远景区。
②圈定不同类型岩石的分布范围：③确定断层构造。
④研究褶皱构造。
⑤煤层燃烧带。
三、实例1) 圈定含煤岩系的岩浆岩体我国许多煤田不同程度的受到岩浆岩侵入体的影响。
目前，主要是应用磁法勘探来解决岩浆岩的圈定问题。
1980年，中国矿业大学物探教研室曾在甘肃窑街煤田进行过圈定超基性岩的磁测工作，目前是研究该区煤矿开采过程中二氧化碳气体突然涌出的原因。
同时，磁测结果还提供了断裂构造和烧变岩石的边界位置等资料。
窖街煤田是中生代山间盆地性煤田，盆地基底是弱磁性的前震旦系变质岩，含煤岩系为侏罗纪地层，煤系上覆的层为白垩纪、第三纪红色地层或直接为第四系黄土覆盖。
区内断裂发育，岩浆活动频繁，岩浆岩主要是中等磁化强度的超基性岩，它与周围岩石磁性差异明显。
图13—9是窖街煤田磁异常平面等值线图。
对其中四个局部正磁异常(编号为M1、M2、M3、M4)进行了更大比例尺的详测。
磁测数据处理那些事必须做的
磁测资料处理方法：1、收集磁性资料，并对野外整理后的数据进行检查、消除畸变点、网格化等预处理工作。
2、实测△T异常是斜磁化条件下的总场异常，它与磁性体的实际位置有偏移。
必须将斜磁化条件下的磁异常换算为垂直磁化条件下的磁异常，即进行磁异常的化极处理。
3、磁异常的延拓可以划分不同深度的磁场区，帮助判断磁性体的延伸。
因此，必须对磁异常做向上延拓100米、200米、300米、500米、1000米、2000米计算。
4、磁异常的方向求导能够压制区域背景、突出局部异常、分离叠加磁性体、确定磁性体边界等。
资料处理中必须根据解释需要对磁异常进行0°、45°、90°、135°及垂直方向求导计算。
5、资料的处理还应根据提取和解释异常的需要组合使用延拓、求导、分离、圆滑、各种滤波、趋势分析、多次切割等方法的计算。
6、通过数据的处理，分离工作区纵、横向迭加的变化磁异常△T，提取出目标磁性体的信息，并结合地质、化探、岩石磁性统计资料进行综合分析。
磁异常解释：1、定性解释可采用从已知到未知的类比法、模型对比法及统计解释法等，通过实测物性、地质及其它物探资料的综合解释减少多解性。
定性解释既要用未经过处理的基础图件，也要用经过处理后的图件，达到全面分析所有信息的目的。
2、定性解释一般从磁场的分区入手，将工作区的磁场置于更大范围场的背景中加以研究，并与邻区对比，按照磁场特征进行岩性分区和构造分区研究。
(一)岩性分区研究应根据工作区主要岩性磁性测定统计结果与实测磁异常的分析，对磁性差异较明显的岩性，确定其对应的磁场强度变化范围，进行磁场强度划分研究，尤其是划分火山岩分布区。
(二)构造分区研究应根据不同磁场区与构造区的特征对比，研究磁场与构造区的对应关系，探索划分成矿带的展布特征。
3、局部高磁异常解释工作一般先从强度大的、形态简单、干扰小的或有岩石露头的异常入手，异常划分原则可参照以下三点：(一)异常下限按超过误差2.5倍即13nT视为可信弱磁异常的下限;(二)2条以上测线有显示，沿测线方向有3个点高于背景场；(三)形成明显的局部磁力高圈闭。
磁法数据处理过程
磁法数据处理过程基点（日变站）的选择与基站T0的测定按照《地面高精度磁测技术规定》和《青海省当江地区地质矿产调查项目总体设计书》的要求，项目组于2008年7月15日和2009年07月29日开工前选择了日变站（分基点），日变站（分基点）位于平稳场内，且远离帐篷，高压线等干扰源，并在探头周围设置防护围栏，以防人畜干扰。
利用十子剖面法，在半径为2.5m的范围内,做了正南北,正东西两条剖面,经计算所得结果：08年总场梯度变化为：1.8nT，符合规范及设计要求。
09年总场梯度变化为：北——南：ΔVi =1.4nT东——西：ΔVi=-1.5Nt总场梯度变化均小于总均方误差的1/2,符合设计及规范要求。
2、校正点的选择为了检验仪器每天工作是否正常，就必须建立校正点进行早晚基读数，仪器校正点选择在日变站或住地附近，并避开人文干扰，为了避免探头相互磁化造成影响，校正点离日变站点距大于20m设立，校正点打有木桩作标记。
测点观测采用总场测量方式，观测参数为地磁场总场强度，探头高度为1.70米（三节探杆）。
野外测量采用早校正点→观测点→晚校正点的闭合方式进行；每个测点均作两次读数，两次读数之差在2nT内方可储存；野外工作严格执行设计及规范要求，在外业生产前对磁力仪操作人员进行“去磁”，禁止磁力仪操作人员携带任何磁性物品；在磁力测量过程中，非操作人员远离测点。
对无GPS定位坐标的磁测数据或不符合设计规范要求的数据、干扰大的磁测数据经室内有关人员审核确定后，均予报废或次日补测处理。
每日野外测量工作结束后，对野外测量数据进行回放、日变改正和数据备份工作。
野外磁测资料整理的顺序是：第一、采用质子磁力仪实地采集野外数据；第二、将采集的数据回放到电脑中，根据现场记录和GPS行迹对数据进行编辑，前后对比检查实测数据是否合理，对于突变数据要求操作员进行重复观测，确保数据可靠，然后进行日变改正；第三、进行正常梯度改正、高度改正和总基改正，最后求出△T值。
井中三分量磁测数据处理方法
学 φ= θ＋ Φ
（5）
地 式中的θ角由下列公式算出： 海tg −1 | X | (X≥0 ，Y＞0)
Y
上 π − tg −1 | X | (X＞0，Y≤0)
Y
θ=
π + tg −1 | X | (X≤0，Y＜0)
Y
2π − tg −1 | X | (X＜0，Y≥0) Y
（6）
（5）由 ΔH 模值和φ角即可作出ΔH 的矢量图。
H∥= －H 0 sinA
（8）
4、磁异常总矢量在横剖面和纵剖面中的投影
磁异常总矢量在横剖面和纵剖面中的投影分别以ΔT⊥和ΔT∥表示。作ΔT⊥和ΔT∥矢
量图时，应取在横剖面和纵剖面中的投影ΔH⊥、ΔH∥和ΔZ 来合成。
画ΔT⊥矢量线时，其中ΔZ 为纵坐标，向下为正，向上为负，ΔH⊥正值为剖面 A 的方
器 3、 地面三分量磁测，在地面可以很精确地给仪器定向，测量结果相对更准确。井中三 分量磁测定向是靠仪器自动进行，而且要依赖与陀螺测斜等资料的准确性。
仪 4、 井中三分量磁测仪器受体积限制，灵敏度较低。
5、 井中三分量磁测可能在地质体的上部、下部，四周进行（地面磁测只能在地质体上 部进行），现在国外承包项目增多，在南半球（磁场与北半球相反）应用的情况已
4、《JTL-40DT动调陀螺测斜仪使用说明书》
上海地学仪器研究所
5、《磁法勘探原理》 长春地质学院
3、磁异常水平分量在横剖面和纵剖面中的投影
磁异常水平分量在横剖面和纵剖面中的投影分别以ΔH⊥和ΔH∥表示，计算公式如下：
ΔH⊥= H⊥－H 0⊥
（7）
H⊥= Ycos(Φ－A) －Xsin(Φ－A)
H0⊥= H 0 cosA
ΔH∥= H ∥－H 0∥ H⊥= Y sin(Φ－A) ＋X cos(Φ－A)
磁法数据处理课件
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➢二、反演
3、欧拉反演（2D和3D）
如果是计算出垂向导数，则必须作二度磁异常的假定。方程 中的未知量只是x0, （y0),z0和N。坐标(x0, z0)表示等效点源 对于剖面的深度和位置，而N表示对磁异常模拟得最好的那种 磁源类型。各种简单模型有特定的N值(如下表）。
因此，可以把DT看作是Ta在固定方向 的投影，这样，DT的物理意义与Za、 Ha类似，都是Ta在固定方向的分量！
在高纬度地区DT与Za是近似的！
DT的物理意义
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➢数据处理
剖面内有效磁化强度Ms与有效磁化倾角Is的计算
Mx McosIcosAMscosis McosIsinA
My=McosIsinA’=McosIcosA Mz=MsinI=Mssinis
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➢数据处理
一维、二维和三维（正演计算）或称之为：剖面、平 面、立体
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➢一、正演
根据磁性体和地磁场参数计算磁异常（水平柱体为例）
如图，设水平圆柱体沿走向无限长， 横断面为S，中心埋深为R，有效 磁化强度为Ms，则
Z a2 0 m s(x 2 1 R 2 )2[(R 2 x 2 )s in is 2 R x c o sis]
应用地球物理原理
第二讲 磁法勘探
新疆维吾尔自治区国家三0五项目办公室
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2010年4月
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➢磁法工作方法
• 一、工作设计
• 二、野外施工 • 三、观测结果计算 • 四、数据处理 • 五、报告编写
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第二章 磁法勘探 第一节(一) 地球的磁场及磁异常解读
磁法勘探可用于地质调查的各个阶段。在地
质填图时﹐磁法勘探可以划分沉积岩﹑喷出岩﹑ 基性岩﹑超基性岩及变质岩的分布范围﹔可以研 究沉积岩下面的基底构造﹔查明各种控制成矿的 构造﹐如深大断裂和火山口等。在普查找矿时﹐ 磁法勘探可用来直接寻找磁铁矿床﹐并可与其他 物探方法配合﹐间接寻找或预测石油﹑天然气 ﹑
向上。
由地磁场的基本特征，如地球有两个磁极，
磁极处的地磁场约等于磁赤道上的地磁场的两倍 及地磁场的等强度线，等倾线大致与纬度线平行 等，说明地磁场与一个磁偶极子的磁场相近。确 切地说，现代地磁场与一个磁心位于地心、磁轴 与地理轴夹角为11.5°、磁矩约等于7.9×1022 A.m2的磁偶极子的磁场拟合的最佳。通常称这个 磁偶极子为地心偶极子。
2.地磁要素
地磁场总强度 T 是矢量，为描述地磁场总强
度T 在地表某一点的状态，我们定义若干个地磁
要素。将空间直角坐标系的原点置于考察点，x轴
指地理北(或真北)N，z轴铅直向下。
正，图南中半，球I为T 地上磁倾倾，角规，定北I为半负球；ZT 为下地倾磁，场规垂定直I为
分水理分量平北量，分向，北 量 东 全半 ， 偏 球D球 全 皆为Z球 指为正皆向正，指真，西磁北南偏北，半DY；为为球D负地Z为为；磁地负X场磁；为东偏H地向角为磁分，地场量H磁北，自场H向地 东偏Y为正，H 西偏Y为负。 以上七个量称为地磁 要素，它们的关系如下：
煤﹑铜﹑铝﹑镍和其他金属﹑金刚石等。在勘探 磁铁矿床时﹐结合钻探资料﹐可以推定矿体的形 状﹐指导正确布置钻孔和寻找钻孔旁侧及深部的 盲矿体。此外﹐磁法勘探还可用于研究深部地质 构造和解决其他地质问题﹐以及应用于考古学等 方面。
钒钛磁铁矿
轻型飞机航空磁力/磁梯度测量
磁法勘探06磁异常的处理与换算资料
第一节 磁异常的处理与换算的目的意义
应当指出，磁异常处理和转换时，有两个问题必须要明确： 1.应当合理的选择处理和转换的方法。由于转换、处理方法 较多，具有各自的特点、作用、适用条件，不应盲目的对各 种方法都使用一遍。应当认真分析磁异常特征、测区内地质、 物性情况及所要解决的地质问题，根据各个方法的功能和适 用条件，合理的选择若干种处理方法; 2.磁异常的处理和转换只是一种数学加工处理，它能使资料 中某些信息更加突出和明显。但不能获得在观测数据中不包 含的信息。数学变换只能改变异常的信噪比，而不能提供新 信息；因此，在应用各个方法时必须要注意到实际资料的精
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第二节 磁异常的处理
1.剖面网格化
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第三节 磁异常的空间转换
延拓是把原观测面的磁异常通过一定的数学方法换算到高 于或低于原观测面上,分为向上延拓与向下延拓。向上延拓 是一种常用的处理方法，它的主要用途是削弱局部干扰异 常，反映深部异常。我们知道，磁场随距离的衰减速度与 具磁性的地质体体积有关。体积大，磁场衰减慢；体积小， 磁场衰减快。对于同样大小的地质体，磁场随距离衰减的 速度与地质体埋深有关。埋深大，磁场衰减慢；埋深小， 磁场衰减快。因此小而浅的地质体磁场比大而深的地质体 磁场随距离衰减要快得多。这样就可以通过向上延拓来压 制局部异常的干扰，反映出深部大的地质体。
是很重要的。随着磁测量精度的不断提高，实测异常中所包含 的可靠信息也不断增加。如何有效地提取和利用这些信息，就 成为磁异常解释理论研究的重要课题。早在20世纪40、50年代， 诸如导数异常的计算，磁场解析延拓，化磁极等处理方法已相 继问世。到60、70年代，由于电子计算机的广泛应用，使磁异 常的处理和转换容易实现，从而其理论和方法得到了迅速的发 展，并不断得到完善。由于在实践中磁异常的转换和处理对提 高磁方法解决问题的能力和改善地质效果起到了应有的作用， 因此它已成为当今磁异常推断解释中不可缺少的重要环节。
地质勘探中的磁法勘探技术考核试卷
D.交换磁性矿体
18.磁法勘探中，以下哪些方法可用于磁性异常的识别和分类？（）
A.磁异常特征分析
B.机器学习算法
C.模式识别技术
D.经验判断法
19.下列哪些情况下，磁法勘探的分辨率会提高？（）
A.磁力仪灵敏度提高
B.数据采集密度增加
C.数据处理技术改进
D.矿体磁性增强
20.磁法勘探中，以下哪些措施可以减少人为干扰对磁测数据的影响？（）
3. ×
4. √
5. √
6. ×
7. ×
8. √
9. ×
10. √
五、主观题（参考）
1.磁法勘探基于地球的磁场特性，通过测量地磁场的微小变化来探测地下磁性矿体。应用包括矿产勘查、地质构造研究等。
2.数据处理包括数据采集、滤波、异常识别、反演计算等，旨在提高数据质量，准确解释地质信息。
3.磁性异常主要由地下磁性矿体引起，反映矿体的存在和性质，对找矿和地质研究有重要指导意义。
D.数据归一化
8.在磁法勘探中，以下哪种方法不常用于磁性异常的解释？（）
A.正演模拟
B.反演计算
C.地质统计
D.线性规划
9.下列哪种磁性矿体磁化方向与地磁场方向一致？（）
A.顺磁性矿体
B.反磁性矿体
C.铁磁性矿体
D.交换磁性矿体
10.磁法勘探中，以下哪种方法用于消除地磁场长期变化的影响？（）
A.基线校正
4.磁法勘探技术在铁矿勘探中效果显著，如某地区通过磁法勘探发现大型铁矿床，对当地经济发展有重要贡献。
4.在磁法勘探中，【】是指磁性矿体对地磁场的响应。
5.磁法勘探数据处理中，【】是识别和解释磁异常的关键步骤。
6.【】是一种不依赖于磁性矿体磁化方向的磁法勘探方法。
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第九章磁异常的数据处理
前面正演计算的假设条件：
形状规则、均匀磁化、观测面水平、单个异常体………
在此条件下建立磁体与异常特征之间的关系作为解释理论。
这与实际情况有很大的偏差，需要对观测数据进行处理
实际：①剩余磁化强度；②地形起伏不平；③测量偶然误差；④地表干扰磁场；⑤多个磁性体。
一、磁异常处理和转换的目的
1、使实际异常满足或接近解释理论所要求的假设条件
例：曲面的观测数据→水平面上的数据
分解叠加异常→独立异常
2、使实际异常满足解释方法的要求
①某分量→其它分量
②磁场值→频谱
提供多方面异常信息
3、突出异常某一方面的特点
如：上延压制浅部磁性体的异常
方向导数突出某一走向方向的磁异常特征
磁异常处理的主要内容：
① 磁异常的圆滑滤波和插值；区域与局部场，深部场与浅源场 ② 异常空间换算：场的空间解析延拓；
③ 磁异常参数之间的换算；由实测异常进行，T ，a Z ，a H ，a T 之间互算
④ 磁异常的导数换算；计算水平、垂向导数
⑤ 不同磁化方向的磁异常换算；
⑥ 频率中磁异常的各种换算和数字滤波；磁异常的地形影响校正等内容。
方法分为：
空间域
频率域：频率域速度快，方法简单，现已成为主要方法。
各种处理方法尤其不同的物理原理和数学方法，处理的目的也不同。
对某一地区而言，并非一定要进行所有的数据处理方法，而应根据具体情况和异常特点，合理的选择，进行恰当的处理，这跟磁异常的解释效果有很大关系。
二、磁异常的圆滑滤波和插值计算
1、主要作用
这种数据处理的主要作用是消除磁测过程中的随机误差，地表附近的随机干扰以及磁化不均匀的影响。
这些影响在磁异常曲线上表现为无规律的高频跳动，影响了主体异常。
所谓高频干扰，是把磁异常曲线类比为电学或波动学上的震动曲线，随机干扰的频率比较高，起伏不规则，这些服从正态分布规律，起伏平均值为零。
特别是这些干扰在进行场的相似解析延拓和导数换算时，还会得到放大，使磁异常发生更大畸变。
2、目前常用的方法
①最小二乘圆滑方法是一个函数的拟合问题，用一个拟和函数
（一般常用多项式）去拟合离散的实测异常值，是多项式与实
测异常的偏差平方和最小，以达到光滑异常曲线的目的。
②插值方法的实质是在不受干扰的异常地段，根据这个地段的异
常值，建立插值函数，根据插值函数去计算受到干扰地段的磁
场异常值，这些异常值就是消除了高频干扰的异常值。
这种方
法主要应用在干扰异常的跨度（相当于波长）和幅度都相对比
较大，已不能用最小二乘光滑方法达到预期效果的地区。
插值方法计算示意图
如果磁异常曲线上的高频跳动正是所需要的有用异常，而低缓的主体异常则反映了有用异常的背景（区域性异常），则用这种方法可以达到分离区
域异常的效果。
三、解析延拓的应用
磁异常的空间解析延拓主要应用有以下几方面：
①磁异常向上延拓可以消除浅部的磁性干扰，突出深部的有用异常。
深部为超基性岩，浅部为玄武岩高频干扰。
②磁异常向下延拓可以提高对旁测叠加异常的分辨能力
当深度相近的多个磁性体之间在地面产生的磁场异常叠加在一起时，常用向下延拓来分辨。
对于不同的磁性体产生的叠加异常进行向下延拓换算后，使浅部磁体的异常明显突出，宽度明显变窄。
向下延拓一定深度后，再用圆滑滤波、插值等方法将深浅两部分场源产生的磁异常进行分离。
③利用向上延拓得到不同高度上磁场空间分布特征和不同高度的磁场剖面曲线，可以较准确地判断磁性体的形状参数。
④对于磁异常是低缓异常的地区，由于面积较大和某些异常特征不明显，往往进行向下延拓，突出叠加在区域场上的局部异常及低缓异常中的某些不明显特征（如极值点、拐点、零值点等），有利于对低缓异常的解释推断。
四、导数异常的应用
导数 x Z a ∂∂ z Z a ∂∂ 22z Z a ∂∂
在高阶导数换算中，目前常用的是垂直二阶导数异常。
① 划分区域异常和局部异常。
在磁异常导数异常图上，局部异常往往有较明显的放映。
图10-4是淮北煤矿区磁异常平面等值线图和二阶导数异常平面等值线图，在二阶导数异常图上突出地反映了几个局部异常地段，圈出了岩浆岩侵入到煤系地层的范围。
② 确定磁性体的边界。
导数异常和磁性体的边界具有较密切的关系，特别是二阶导数异
常能较好的反映磁体位置和边界。
③ 将三度异常可转化为二度体异常进行解释。
有些无明显走向的三度异常，解释比较困难。
如果进行导数换算处理，可以应用二度体的解释方法进行解释。
如图下所示，对磁异常a Z 沿x 方向进行一阶导数x
Z a ∂∂换算之后，就像磁体只剩两侧边缘部分，即相当于两个在磁体边界处厚度为x ∆的薄板产生的异常一样，由于沿y 方向长度无变化，而x 方向上厚度减少为x ∆，因此可以用两个二度体薄板磁体来解释。
如果对在沿着z 方向进行导数换算，便可以绘出z
x Z a ∂∂∂2曲线。
从剖面曲线图中可看出，他准确地指出了边界位置。
如果磁体下部延伸较大，忽略其底部界面的慈荷影响，仅剩下薄板顶部，则可以作为水平圆柱体的异常曲线进行解释。
④ 磁异常的导数异常提高了对相邻场源磁场叠加的分辨能力，较清楚
地反映磁性体的范围和走向方向。
五、磁异常各分量的相互换算
a Z —a H 参量图：
参量图是以磁性体产生的垂直磁异常a Z 和水平磁异常a H 为纵横坐标绘
出的图形。
这种图形的作法是将中心剖面上各点的a Z 值和换算出来的a H 值标在a Z —a H 坐标系中，并联成曲线，该图形就称为a Z —a H 参量图。
不同
形状的磁性体有不同的参量图(图10-7)，所以利用它可以判断磁性体的形状。
参量图的图形由磁性体形状决定，不受磁化方向影响，磁化方向只能改变参量图对称轴的位置。
参量图的形状与磁体的走向长度、下延深度、水平宽度有关。
六、地形起伏对磁场异常的影响
1）地形改正（曲化平）：
把起伏地形上观测的磁场换算到同一水平面上。
9-11。