高精度磁测资料的数据处理解释推断和报告编写.doc
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1、高精度磁测资料的数据处理解释推断和报告编写一、磁测资料的数据处理(一)基本要求1.概念在磁测资料解释前和解释过程中,为某种目的(有效突出目标场源体信息,压制非目标体信息,实测单参量转换成解释需要的多参量)对磁异常数据进行必要的加工处理,这就是数据处理。2.数据处理的目的使实际异常满足或接近解释理论所要求的假设条件。例如把分布在曲面上的异常换算成分布在同一平面上的异常;把叠加异常分解为弧立异常;把复杂异常处理成简单异常。使实际异常满足解释方法的需要。例如由某分量测量结果转换成其他分量值;斜磁化换算成垂直磁化;由磁场值转化成频谱值,从而多方面提供异常信息来满足一些解释方法本身的要求。突出磁异常某一
2、方面的特点。例如通过向上延拓来压制浅部磁性体异常而相对突出深部磁性体异常;通过方向滤波和方向导数来突出某一走向方向的异常特征。消除浅层不均匀体的干扰及各种测量和改正误差而引起的异常的“突跳”3.数据处理的内容圆滑和划分异常:区域场和局部场的分离,深源场与浅源场的分离,已知地质体和未知地质体引起的叠加异常的分离等。磁异常的空间换算:由实测异常换算成其他无源空间部分的磁场。分量转化:由实测异常进行T、Za、Ha及Ta之间的分量转化。导数换算:由实测异常计算垂向导数、水平方向导数等。不同磁化方向之间的换算:化磁极。“曲化平”4.数据处理必须注意和明确的问题应合理地选择处理和转换的方法应当认真分析磁异
3、常特征,测区内地质、物性情况和所要解决的地质问题,根据各种处理方法的特点、作用和方法各自特定的适用条件等来选择合适的方法。磁异常的处理和转化只是一种数学加工处理,它只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。即数学处理只能改变异常的信噪比,而不能提供新信息。数据处理一定要目的性强和有针对性,切忌不可盲目的玩弄“数学游戏”,而使解释走入误区。(二)常见自然干扰及观测误差的处理1.常见自然干扰人工堆积的矿石堆、废矿渣、燃烧过的煤渣及各种地面、地下工程,如水管线、机场、地下和地面铁道、高压线、建筑物等,其磁异常特征是:此起彼伏、杂乱无章、范围很窄等。磁性覆盖层(红土、黄土
4、、磁性砾石等磁性表土,以及流纹岩、安山岩、玄武岩等)磁异常特征表现为:锯齿状跳跃的随机干扰;有一定埋深的规则异常干扰。前者可通过数据处理得以一定克服,后者为区分矿与非矿异常的范畴和方法。各种观测及改正误差引起的干扰异常特征:无规律的随机干扰。2.处理方法徒手圆滑法根据有用异常的变化趋势及其具体的地球物理特征,徒手勾绘出有用异常形态,仅适用于剖面圆滑。特点及注意事项:方法简便、迅速,应用较广;但是人为因素影响较大。注意圆滑后的曲线与实测曲线尽可能靠近,且二者所包围的面积大致相等。最小二乘圆滑剖面圆滑:线性平滑、二次曲线平滑,参阅地面磁测资料解释推断手册(以下简称手册)有关公式。平面圆滑:线性平滑
5、、二次曲面平滑,参阅地面磁测资料解释推断手册(以下简称手册)有关公式。特点及注意事项:采样点距X(或Y)越大,采样点数(n)越多,光滑的效果越好;多项式阶次越低,光滑作用越显著;采用低阶次而少点数与高阶次多点数的公式有可能得到相同的光滑效果,因此经常使用阶次并不高的光滑公式,同时点数也不应太多,这样既不加大计算工作量,边界损失也不过大;采样点距X既要比去掉的干扰异常宽度大,又要比需保留的异常窄得多。(三)“曲化平”处理1.多数正问题理论、反问题方法、位场转换及延拓等都是假设已知场分布在同一水平面上,然而大多数情况下地面磁测的实测结果都是在起伏地形上进行的,而地形起伏时磁异常的影响又是肯定的,因
6、此为满足正反问题、位场转换、延拓等的假设前提,提高解释的可靠性,进行起伏地形上异常换算到同一水平面的处理是十分必要的,这种处理称为“曲化平”或“地形改正”(与重力地形上概念不同)。2.保角映射(或变换)计算法这种方法的基本原理是利用调和函数的保角映射特征,将简单、规则地形上的场值换算到同一平面上的场值,而得以消除地形对磁测成果的影响。具体的方法、步骤参阅有关的教科书或手册有关内容。此方法仅适用于简单、规则的地形,如单斜坡、角形(山谷、山脊、斜坡)、抛物线、圆弧、半圆弧、半椭圆弧、阶梯、平凹面、平凸面等。计算麻烦和计算工作量大是方法的缺陷,一般需作定量解释的剖面才作此项处理。3.电模拟法此方法是
7、把地形线作为带电体,而测定它的等位线u和电力线v,利用u与v的正交关系进行保角映射,将起伏地形观测值换算为同一水平面的观测值。具体的方法、步骤参阅教科书和手册有关内容。此方法一般只适用于二度异常的“曲化平”。注意:应选取合适的水平改正线和坐标比例尺;地形剖面逐段光滑;h应尽可能小。4. 积分延拓量板法(柯西积分延拓)具体的方法、步骤参阅教科书和手册有关内容。应用前提:要求同时有实测的Za、Ha两个磁异常观测值。此方法只适用于二度异常的“曲化平”;且只能将实测磁异常改到地形线上最高的水平线。注意:必须注意选择剖面的作图比例尺,使量板上小圆半径小于计算点与地形线间的最小距离。5.三度异常的“曲化平
8、”方法,如差分迭代法、调和级数延拓法、等效源法等。这些方法对一些理论模型都取得一定效果,但对实际资料的应用效果就不好,尚待进一步完善。(四)区域异常和局部异常的划分1.有关概念区域异常是指由分布范围较广、相对深的地质因素引起的异常,其特征是:有一定异常幅值,范围较大,梯度较小,具有“低频”特征。局部异常是指比区域地质因素范围较小的研究对象引起的范围较小、梯度较大的异常,具有较“高频”的特征。从实测异常中去掉区域异常的剩余部分称为剩余异常,习惯上即作为局部异常。区域异常和局部异常是相对的,没有绝对划分标准,应视研究的对象而定。现有的大部分划分方法都有一个共同应用前提:不同异常在空间“频率”上存在
9、差异。这种差异越大,划分的效果越好;如果差异很小,不同地质体引起的异常很难分开。2. 徒手平滑法在充分了解和掌握区域异常变化特征的基础上,用徒手的方法勾绘出区域异常,从而划分出局部异常。此法仅用于剖面上异常的划分,特别适用于区域异常简单、明显、测区范围大,剖面长度足够大的情况。在勾绘区域异常时,一定要注意区域异常勾绘误差对有用异常(局部异常)的幅度和位置的影响。此法简便、快速、应用较广,但人为主观因素影响较大,要求解释人员有较高的技术素质和实践经验。3.插值法利用实测剖面两端受局部异常干扰较小,能代表区域异常特征的(n+1)点组成插值公式来逼近区域异常,然后将欲求区域异常各点的X坐标值代入插值
10、公式即可求得各点的区域异常值。用实测异常值减去区域异常值即为局部异常值。常用插值法主要有拉格朗日公式内插法及牛顿公式内插法。具体的方法及公式参阅教科书及手册有关内容。方法简便、快速,但在剖面较长、表层干扰较小、区域异常简单明显的情况下方能取得较好的效果。4.函数逼近法函数逼近法就是用一个简单函数(通常是多项式)按一定误差标准去近似地表示一个比较复杂的函数(区域异常),再由此多项式求出整条剖面区域异常值,用实测异常相减即求得局部异常。根据误差标准的不同,方法可分为一次逼近和平方逼近两种。具体方法、公式及计算步骤参阅教科书及手册有关内容。与插值法不同,一次逼近法可以消除一部分测量误差的影响,且逼近
11、误差是均匀的;平方逼近法的优点是不受偶然误差的影响。5.趋势分析法趋势分析是根据数理统计的原理,用一定的函数对区域异常在空间的分布进行分析,从而将实测异常划分为趋势部分(即区域异常)和偏差部分(即局部异常),以便清晰地发现和表达异常。就其实质而言,趋势分析就是二维(x、y)或三维(x、y、z)空间函数的平方逼近问题,即用二维或三维空间函数所代表的面来逼近区域异常。具体的方法、步骤参阅教科书即手册有关内容。当测区范围较大、地质情况比较复杂时不宜用此法。方法的效果取决于所选数学模型,即多项式与实际区域异常的逼近程度。虚假异常的出现是方法存在的主要问题。与前述方法的区别:趋势分析利用全测区的数据,而
12、其他方法仅利用计算点附近的一部分数据。(五)叠加异常的分解1.实测磁异常往往包括在垂直方向和水平方向、或同时兼有上述两种情况的多个磁性体叠加所产生的异常。当叠加磁性体规模和埋深相差较大,或彼此间水平距离相距较远,各个磁性体所产生的异常能明显分辨,只在部分地段发生叠加的情况下,可将其进行分解;否则,就不能分解,而只能根据实测磁异常的特征推断磁性体“群”的总体形态。此处所指叠加异常不包括区域异常和局部异常的叠加,而仅指大致近似的场源体在垂直和水平方向叠加所形成的叠加异常。叠加异常的分解其实质是复杂异常的分解。叠加异常分解的方法主要有:徒手分解、负幂级数延拓、解析延拓、求导、剩余异常法等。2.徒手分
13、解法根据已有的地质及物化探资料,应用已有的正演概念,对叠加的各个磁异常进行分析,估计出它们的各自在“叠加”地段的曲线特征,然后按照上述特征,徒手勾绘出每个磁性体的磁异常。此法仅适用于剖面叠加异常的分解。分解过程中,一定要遵守各个异常的和与原实测异常相等的原则。此法简便、快速、应用较广,但人为主观因素影响较大,要求解释人员有较高的技术素质和实践经验。3.负幂级数延拓法利用叠加异常中主要异常场源体(C1)附近几个点(其他异常可以忽略的情况下)的场值和坐标值代入磁异常负幂级数展开式中求取负幂级数的系数,再利用系数和给定点的参数值(和值)即可求得该点的场值,此即C1场源体引起的异常。从实测异常中减去C
14、1引起的异常即求得其它场源体(C2、 )的异常。方法适用于埋深较大、延伸较小的二度或三度水平叠加或水平兼垂直叠加磁性体异常的分解。具体方法、步骤参阅手册有关内容。注意事项:选择异常求负幂级数系数时应利用较大的那个异常,不受或少受其他磁性体影响的那个异常,三个复杂异常选中间那个异常;当磁性体相距较近,各磁性体所产生的异常不能明显分辨时,可对异常进行向下延拓或进行必要的微分变换,然后对变换后的异常进行分解。4.向上延拓利用磁异常所具有的调和函数性质,根据实测磁异常求磁性体上部空间磁异常的分布,称为磁异常向上延拓。向上延拓可以消除或压低地表及浅部磁性体的叠加异常,突出埋深较大的磁性体异常。它不仅可以
15、分解垂向叠加的深部磁异常,还可以利用磁异常的空间分布特征来研究磁性体的形态和产状。延拓的方法、步骤参阅教科书及手册的有关内容。注意事项:当浅部存在大规模磁性体时,应用向上延拓难以消除其影响;一般情况下,不同高度的延拓场与不同深度的磁源并不存在延拓高度与磁源深度的简单定量关系;它还将使中浅部多个局部场源体的叠加场呈现一体化,增加解释的困难;上延换算的准确度主要取决参与计算的场的面积或剖面长度;上延换算边界损失较大。5.向下延拓与向上延拓相反,下延是根据实测磁异常求下部空间(向磁源方向)磁场分布的一种方法。它的主要作用是:突出浅部磁性体的异常,压制深部磁性体的异常;亦可用磁异常向下空间分布特征研究
16、磁性体形态、产状;同时还可以突出低缓异常不够明显的特征,进而评价低缓异常。向下延拓的方法、步骤参阅教科书及手册有关内容。应用条件:要求实测异常应该具有叠加异常的某些“信息”,并且在对异常进行光滑后这些“信息”要能仍然保存下来。注意事项:向下延拓是向场源方向延拓,而场源的情况又是未知的(下延空间域边界值只知道一半),不象上延的边界值已全知,而且也不象上延那样有严格的理论公式,其解也是近似的;向下延拓还可能使观测误差和高频随机干扰放大,从而导致延拓结果的不收敛,故往往应将滤波(即光滑)与延拓同时使用;下延前应事先估计磁性体顶界面最小埋深,不要使延拓深度进入磁性体,也不要使单次延拓深度过大;要求实测
17、的异常有足够的范围,足够密的测点,以使异常在幅度和梯度之细致特征及正常场清楚易辨;向下延拓的深度受延拓系数和点距的控制,一定要按照干扰异常的宽度及需延拓的深度来选择合适的点距。6.垂向二阶导数法利用导数异常比磁异常更窄、衰减更快、与磁性体关系密切、分辨率高、受邻近磁性体影响小等特点,来分离叠加异常,其作用主要是:突出叠加在背景场中的局部异常;分离旁侧叠加异常;用垂向二阶导数圈定磁性体范围和位置。导数换算的方法、步骤见教科书有关内容。由于导数异常的计算与计算时所使用的方法技术及参数选择有很大的关系,因此应用到定量方面还存在很大的局限性,而主要用于作定性解释。7.剩余异常法当实测异常由某些已知的地
18、质体和未知的地质体引起的异常叠加而成,可以用剩余异常法将其分开。首先,根据已知地质体的几何参数及磁性参数,选择合适的正演方法计算已知地质体的理论磁异常,然后从实测异常中减去已知地质体理论异常值所得剩余异常即是未知地质体引起的异常。此法特别适用于磁异常的再解释,利用剩余异常有助于发现盲矿和工程间遗漏的磁性体。(六)磁异常的变换1.由于磁异常的复杂性和需解决的地质问题的复杂性,需要利用更多的异常要素进行磁异常的解释,以便更充分地应用所有的有用信息,来提高解释推断的程度,从而演化出不少的磁异常变换的方法。2.磁异常变换包括两大部分内容:不同磁异常分量之间的转换(实测ZaHa、实测TZa、Ha)、化到
19、地磁极(将斜磁化的T、Za垂直磁化的Za)。具体的方法、步骤参阅教科书和手册有关内容。3.磁异常不同分量的换算主要用于复杂磁异常解释推断中。同时使用多个分量要素进行异常解释,会使问题易解,提高解释的可靠性。例如利用Za、Ha及T、Za等的互换作正常场改正,由参量图判断磁性体形态和产状,互相配合作定性、定量解释等。4.化到地磁极可以发现叠加在正异常北测的负异常带中的低缓异常和反映稍浅和规模较小的地质体,这对异常解释是很有好处的。5.注意事项异常变换只能使包含在观测资料中的某些信息更加突出,更加明显,而不能发现不包含在观测值中的各种信息,即异常变换只能提高信噪比,而不能提供新的信息。不少方法还不够
20、成熟,生产实践中应用的经验和体会较少,有待生产实践中进一步总结提高。一些方法受应用条件限制,如计算化到地磁极需要知道磁化方向,这一点往往做不到,使其方法应用受很大的限制。换算的分量不等于实测的分量,所以异常变换资料一般仅用作定性解释。二、磁测资料的解释推断(一)解释推断的任务1.基本任务磁测资料解释推断的基本任务是:根据磁异常和岩矿石的磁性资料以及地质和其他物化探资料,正确地判断引起磁异常的地质体的性质,并确定他们的空间位置和几何参数,同时结合地质规律,对地质构造和矿产分布做出相应结论。2.普查、详查阶段的任务此阶段首要的问题是判断引起磁异常的地质体的性质,其次是概略地判断磁性体的空间位置(指
21、平面位置、埋深、产状等)和几何参数(指磁性体的2L、2b、2l、R等)3.勘探阶段的任务此阶段往往更侧重于确定磁性体的空间位置和几何参数,当然判断引起磁异常的地质体的性质也占有重要地位。(二)解释推断的一般原则1.以地质为依据充分占有地质资料,掌握已有地质规律,建立区内可能的几种地质模型,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,细致对比分析和深入解释,修正或提出新的地质结论,进而深化地质解释。2.以岩矿石物性为基础岩矿石物性资料既是判断磁性地质体性质的重要依据,又是定量解释不可或缺的条件,所以它成为解释的基础。3.循序渐进、
22、逐步深化由于不同比例尺、不同网度和不同精度的磁测工作其解决地质问题的重点和深度不一样,应遵循由浅到深,由区域到局部逐步深入细致的原则,尽量借鉴地质、地球物理条件相似地区的解释经验和方法,指导待研究区的解释工作。4.定性与定量、正演与反演、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,逐步深化;正演与反演相结合可以不断地补充原有解释模型,减少反演解释的多解性;平面与剖面解释相结合,一方面利用典型剖面的精细解释控制、修正平面解释,另一方面也可以利用平面解释的总体规律来指导剖面模型的建立。总之,这是为达到相互借鉴,相互补充,提高解释成果质量的目的。5.综合解释为克服磁异常问题的多解性以
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