磁测数据的处理与解释

(一)磁测数据的处理

在环境与工程测量中获得的磁测数据的处理与解释方法与矿产勘查中数据处理与解释方法基本相同。数据处理大体上可分为滤除干扰的一般处理和提取信息的专项处理两类。一般处理的目的在于滤除干扰，得到能客观反映磁场面貌特征的基础图件;专项处理的目的在于尽可能多地提取有效信息，或改变异常形式，以便于解释及与地质等综合信息的对比分析。

专项处理方法大致分成三类:

1)位场转换处理方法，如化极处理、磁重转换等;

2)突出“平缓场”弱变化的处理方法，如自适应滤波、互相关滤波等;

3)划分区域场与突出局部异常的方法，如上、下延拓，求导与积分，匹配滤波等;

需要指出的是，上述处理方法的应用应根据实际情况进行取舍。

另外针对某些特殊情况，常用以下与高精度磁测相匹配的数据处理技术，避免处理精度不够对有用信息的损失。

1.磁异常弱信号提取技术，增强异常分辨能力

在利用磁异常进行地质问题调查中经常会遇到有用异常被干扰所淹没而难于分辨，所以弱异常的提取在磁异常解释中具有十分重要的意义。由于有用异常经常与干扰频率相近，所以采用统计方法可能更合适。如采用最佳检测系统与自调节 滤波提取弱信号等。

2.航磁低纬度化极与变磁倾角化极

为解决低磁纬度化极的不稳定性问题，人们研究了许多方法，综合起来可分为两类:一类是频率域方法;另一类是空间域方法。比较起来，频率域方法计算速度较快，但化极精度不够高;空间域方法精度较高，但由于涉及求解大型方程组问题，只能处理小面积数据，实用性差。近年来对空间域方法作了进一步改进，但在提高速度的同时也降低了精度，总的来说这类方法速度提高很有限。对于频率域方法提出了各种改进措施，这些方法在一定程度上使低纬度化极效果得到改善，但其精度仍有待提高，所以简便高精度低纬度化极方法的研究仍是今后需要研究的方向。

当航磁测区南北方向跨度大时，全区按一个磁倾角处理就会产生较大误差，所以必须考虑按实际地磁倾角变化的变磁倾角化极。目前，在频率域解决此问题的途径有两个:一是把全区磁化倾角变化作统一处理的全变倾角化极;二是把测区划分为若干条带的小区，小区内地磁倾角取平均值，而后依次用每一小区的磁倾角对全测区数据作化极，最后将各带的处理结果拼接起来得到分带变倾角化极。由于全变倾角化极中对倾角变化规律的简化和分带化极的拼接处理等都将影响结果的精度，进一步研究高精度实用的变倾角化极方法仍是十分必要的。

3.磁异常曲面延拓

位场曲面延拓对中高山区磁场的解释特别重要。国内外专家已提出过多种基于等效源层(空间域)曲面位场延拓方法。实际工作中由于磁测数据量大，特别是航磁在处理大量数据时常要花费大量计算机时与分块处理拼图造成的不够精确等问题，因此，这些方法还不便在生产实际中推广应用。在频率中研究快速实用的曲化平方法是一个有前景的方向，将位场表示为泰勒级数谱，采用迭代法逐次逼近求出平面上的场值，平面可以通过起伏面，但只有当延拓高度较小时才适用。

4.不同深度磁场的划分

为了提高磁场的垂向分辨率，研究沿深度的分场方法具有十分重要的意义。虽然目前已有匹配滤波、正则化滤波、补偿圆滑滤波等多种方法，但所得结果还不能与深度有定量的对应关系，可采用适合位场特点的小波变换方法以及深度滤波方法。

(二)磁异常的推断解释

磁异常的解释比较复杂，因为磁异常形态取决于诸多因素，如物体的几何形态、物体所处位置上的地磁场方向、组成物体岩土的磁化方向、相对于物体轴向的测线方位等，因此，在解释磁异常时，要特别注意分析磁异常的平面特征和剖面特征。磁异常反演可以采用比较成熟的一些反演方法，如特征点法、切线法、梯度积分法、矢量解释法、线性反演法等。

1.几种简单形体的磁异常特征

(1)柱状体的Z_a曲线特征

在自然界中的火山颈、筒状体等均可看作柱状体。在北半球，向北倾斜的柱状体基本上都是顺轴磁化，磁化方向由柱顶指向柱底，即柱顶为负磁极，柱底为正磁极，其他地方无磁极分布。当柱体截面积很小并向地下延深较大时，柱底正磁极在地表产生的磁场可以忽略，这时就相当于一个负点磁极(单极)产生的磁场。在通过它正上方的剖面上，Z_a曲线的特征如图4－3a。由图可见在柱顶上方出现Z_a极大值，曲线两侧对称，且向两侧逐渐减小，远处趋于零，但不出现负值。柱顶上方的Z_a平面等值线特征是以柱顶在地面投影为圆心的一系列同心圆(图4－3b)。若柱体延深有限(双极)或斜磁化时，Z_a曲线呈不对称状，且在倾斜一侧，或在产生正磁荷的一侧出现负值。

图4－3 柱状体的Z_a曲线异常

(2)球体的Z_a曲线特征

自然界中的囊状体、透镜体、充有磁性矿物的溶洞都可以近似看作球体。一个均匀磁化球体的磁场等效于一个磁偶极子的磁场。图4－4和图4－5分别为垂直磁化和倾斜磁化Z_a异常曲线图及断面上磁力线的示意图。垂直磁化的Z_a异常曲线呈对称状，极大值在球心正上方，两侧逐渐减小，且出现负值，远处趋于零。球顶上的平面Z_a等值线形状是以球心在地面投影为圆心的一系列同心圆，中间部分为正值，外围等值线为负值。斜磁化的Z_a异常曲线呈不对称状，两侧负值不相等，当磁化强度向右下倾斜时，Z_a极大值向左移，右侧负值幅度较大。其等值线形状倾斜侧变密，另一侧变疏。

图4－4 垂直磁化球体的Z_a曲线

图4－5 倾斜磁化球体的Z_a曲线

(3)板状(脉状)体的Z_a曲线特征

自然界中的层状体、脉状体都可近似地看作板状体。当板状体的顶面埋深小于上顶面宽度时，为厚板，反之为薄板，薄板和厚板的磁场特征基本类似。当M的方向与层面平行时，称为顺层磁化，斜交时，称为斜磁化。

当板状体无限延深且顺层磁化时(单极线)，主剖面上Z_a曲线特征同单极的异常形态类似(图4－6)，只是异常梯度变缓，宽度增大。在平面上，Z_a等值线的形状呈条带状。在斜磁化时，Z_a异常曲线呈不对称状，当板状体倾角小于地磁场倾角时(图4－7)，Z_a曲线极大值向右偏移，左侧出现负值。其他情况可自行分析。在等值线平面图上，Z_a等值线呈具有一定走向的条带状，一侧为正值，另一侧为负值。

(4)接触带的Z_a曲线

垂直接触带走向的测线上，Z_a异常曲线的特征(图4－8)，在磁性岩层一侧出现正值，且延续较长范围，非磁性岩层一侧出现负值。

图4－6 顺层磁化板状体Z_a曲线

图4－7 斜磁化板状体Z_a曲线

图4－8 接触带的Z_a曲线

2.磁异常的定性解释

(1)磁异常解释的步骤

在磁异常图上，首先是根据勘探任务，从异常的规模、形态、梯度、峰值高低等异常特征入手，确定哪些是与勘探任务有关的有用异常，哪些是与勘探任务无关的干扰异常。然后用区域校正的方法消除干扰，突出并绘制出有用异常。在解释过程中还应密切结合工区的地质和其他物探资料，综合对比分析，从中找出引起磁异常的地质因素。最后对有意义的异常，可作定量或半定量计算。

(2)磁异常特征与地质体之间的关系

磁异常的形态与地质体的形状、磁性强弱、产状等的关系，可综合如下:

如果在等值线平面图上磁异常沿某一方向延伸较远，说明该磁性体为二度体，长轴方向即为磁性地质体的走向。当磁异常无明显走向时，说明磁性体可能为球、柱等二度体。磁性地质体的规模可根据异常范围大致确定。

在Z_a等值线平面图上，如果发现在正异常周围有负异常，一般为有限延深的磁性地质体引起;如果只在一侧出现负值，则为无限延深斜磁化地质体引起;如果在正异常周围不出现负异常，则为顺层(轴)磁化无限延深的地质体。

磁异常幅值的大小与地质体的磁化强度成正比，且随地质体的体积增大而增加。当M和体积一定时，磁异常随地质体的埋深加大而减小，且曲线梯度小，异常范围加宽。

另外，根据磁异常等值线平面图还可以圈定地质体在地面上的投影位置。当Z_a曲线呈对称状时，高值带一般出现在磁性地质体正上方;当异常曲线不对称时，极大值相对于地质体中心有偏移，这时地质体中心在地面的投影位于极大值和极小值之间。

3.磁异常的定量解释

(1)特征点法

该法主要用于简单形体求解。对于无限延深顺层磁化的柱体(单极)，可用下式来求顶面埋深h:

环境与工程地球物理勘探

式中:x_1/2为原点(极大值点)到半极值点距离。

对于无限延深顺层磁化的板状体顶板埋深h，则有

环境与工程地球物理勘探

水平圆柱(偶极线)中心埋深h为

环境与工程地球物理勘探

(2)切线法

切线法是一种近似的经验方法。其特点是，方法精度不高但速度较快。具体做法是通过曲线极大值、极小值及曲线两翼拐点分别作五条切线，如图4－9所示。利用拐点切线与极值点切线交点的横坐标来求磁性体埋深h，其关系式为

环境与工程地球物理勘探

图4－9 切线法原理

式中:x_j、x'_j为极大值点切线与拐点切线交点的横坐标;x₀、x'₀分别为两个极小值点切线与拐点切线交点的横坐标。

(3)选择法

该方法也称理论曲线与实测曲线对比法。它是通过对实测曲线和地质资料的分析，初步确定地下磁性体的产状、体积及埋深，然后利用理论公式计算出异常曲线，并用此理论曲线与实测曲线进行对比。如果两曲线基本特征一致，说明原确定的磁性体参数符合实际情况;若差别较大，需要进一步修改有关参数再计算理论曲线;再对比，以逐步逼近实测曲线，直至两曲线吻合为止。此时假定的各参数即为实测磁性体参数。具体计算方法多采用量板法或计算机处理。