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1、物探资料处理方法 与物探资料处理方法 与MORPAS软件软件陈建国陈建国陈建国陈建国 （中国地质大学数学地质遥感地质研究所） Wuhan430074 (e-mail: )关于重磁资料?物探资料不仅反映浅部的物性分布特征，而且也同时 反映深部地质体空间展布的信息。对推测隐伏地质异 常如隐伏基底（可能的矿源）、隐伏构造、隐伏岩体 和隐伏矿床等都具有重要作用。?物探信息特点： 叠加场：地下所有重磁物性异常体的综合反映 多解性：不同的地质体可以有相近的地球物理场，也就是说 地质体的大小、形状、深度与产状等参数的不同组合能引起 相同或相近的地球物理异常。?处理目的: 实现不同性质地质体的场分解，从多角度
2、将场源与地质体相 联系，从各个侧面显示地质构造特征，使多解趋向于单一， 此外还要结合地质、地球化学等其他地学信息的研究，来达 到不同地质体识别的目的。重磁资料的共性/区别?共性: 天然场 位场原理 反演的多解性?区别 重力异常:密度差引起 磁力异常:磁性差引起处理方法?滤波与圆滑: 圆滑处理、窗口滑动平均、高低通滤波、递归滤波?位场转换： 空间域频率域 解析延拓：上延、下延 空间导数：一阶方向导数、水平梯度；一、二阶垂向导数 磁场化极 参量转换：T和Z的三分量转换，伪重力异常换算?分离场： 滑动窗口法、趋势分析法、平均场法、匹配滤波法?界面反演 单界面二维、三维反演(包括Parker方法三维重
3、力界面反演) 多界面二维、三维反演 变物性反演 局部体重磁二、三维人机联作反演?似磁化率填图圆滑?圆滑处理方法是采用二维多项式函数来拟合局部二维多项式函数来拟合局部 范围内数据范围内数据这一原理这一原理，利用最小二乘法确定多项 式的系数，从而用多项式的函数值作为数据的圆 滑值。1）五点线圆滑 2）九点线圆滑 3）九点二次圆滑 4）25点二次圆滑 5）49点二次圆滑滑动平均?窗口滑动平均是压制浅部和局部干扰异常最有效 的方法之一，它是把窗口内数据的平均值作为其把窗口内数据的平均值作为其 中心处的圆滑值中心处的圆滑值，逐点计算。不同尺度窗口的平 均结果，与一定深度上的异常体有着密切的联系 。补偿圆
4、滑?补偿圆滑是一种傅立叶频率域低通滤波方法，其特点是能产生“圆 滑”的滤波器，可压制或避免振荡效应的出现。其原理是利用一系 列频率的指数函数的递归来构造滤波器进行滤波。位场转换的方法原理重磁位场的各种转换可以写为褶积形式()() ()()()yxyxfddyxfyxfaab,= 傅氏变换的褶积定理()()()vuvuFvuFab,=式中Fa(u,v), Fb(u,v)和(u,v)分别为fa(x,y),fb(x,y)和(x,y)的频谱，u,v分别为x和y方向 上的圆频率，(u,v)称为权函数频谱，亦称为滤波器的频率响应函数。延拓将观测平面或剖面上已知的重磁异常换算出高 于它的平面或剖面上的异常值
5、的过程称为向上 延拓，反之称为向下延拓(下延稳定性差，实 际应用较少)。向上、向下延拓转换计算的频率响应函数 (u,v)为向上、向下延拓转换计算的频率响应函数 (u,v)为（其中h为延拓高度，向上为负，向 下为正） ：()22,vuhevu+=延拓的主要目的延拓的主要目的向上延拓向上延拓1、分离异常（局域场与区域场、提取局部异常）；2、揭示深部地质构造信息，如基底特征、深部构造、 壳幔起伏等；向下延拓向下延拓3、揭示目标地质体深度、形态特征等。下延的数学不适定问题下延的数学不适定问题布 格 重 力 异 常 图布 格 重 力 异 常 图上延2KM上延2KM上延6KM上延6KM导数导数主要作用主要
6、作用主要作用主要作用：重磁异常的导数有较高的分辨率，可以用来从复杂的迭加异常中提 取目的异常，了解异常体（断裂带、构造线、隐伏地层等）的走向。重磁异常的导数有较高的分辨率，可以用来从复杂的迭加异常中提 取目的异常，了解异常体（断裂带、构造线、隐伏地层等）的走向。数理特性数理特性数理特性数理特性：导数异常不受区域场的影响。导数异常不受区域场的影响。位场导数表达式的分母比位场表达式的分母具有距离的更高次方，所以 导数异常更加灵敏地反映着异常体的形状特征。位场导数表达式的分母比位场表达式的分母具有距离的更高次方，所以 导数异常更加灵敏地反映着异常体的形状特征。()()22,vuvuiqvu+=导数导
7、数对于平面异常，沿不同方向进行的方向导数，可以突出垂直该 方向的构造与地质体特征。因而，人们常用方向导数来研究隐 伏构造的走向。对于平面异常，沿不同方向进行的方向导数，可以突出垂直该 方向的构造与地质体特征。因而，人们常用方向导数来研究隐 伏构造的走向。导数异常与求导之前的原始异常相比，具有 1）突出异常体边 部影响；2）突出浅部异常体特征与影响；3）提高相邻异常体 异常迭加分辨率等特点，但较原始异常复杂、零乱，受噪音干 扰较大。导数异常与求导之前的原始异常相比，具有 1）突出异常体边 部影响；2）突出浅部异常体特征与影响；3）提高相邻异常体 异常迭加分辨率等特点，但较原始异常复杂、零乱，受噪
8、音干 扰较大。注意：求导之前要对原始异常进行适当的圆滑处理。通常采用 适当的滤波或向上延拓，达到即消除噪音干扰，又保留目标异 常特征的目的。注意：求导之前要对原始异常进行适当的圆滑处理。通常采用 适当的滤波或向上延拓，达到即消除噪音干扰，又保留目标异 常特征的目的。水平导数水平导数?求取水平方向导数的目的是为了突出线性构造在重 力场中的反映，确定区内线性构造，结合剩余图划 分出区内构造骨架。通常做四个方向的水平导数， 00、450、900、1350，其结果突出于之垂直走向线性 构造。?此外,还可以编制水平导数模量图，它可了解编图区 内各方向构造线特征。水平450方向导数水平1350方向导数水平
9、导数模量图垂向二阶导数垂向二阶导数?不同阶次的重力位垂向导数对不同埋深物质反映不一样，右图所 示为两个大小不一，中心埋深也不相同的球体。浅部小球的异常 在实测中并不明显，但对该异常求二次垂向导数Wzzz后，深部大 球引起的“区域异常”受压制，而浅部小球引起的“局部异常”得到 放大，因此，通常把高次导数异常当作局部异常。 1、哈克公式 2、艾勒金斯公式（） 3、艾勒金斯公式（） 4、艾勒金斯公式（） 5、罗森巴赫公式?布格重力异常垂向二次导数可以反映剩余重力异常难以反映 和区分的地质体界限。垂向二导的零值线用来划分岩体边界 效果最佳。-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4空间
10、域位场换算?用空间域差分方法求水平导数和垂直导数。频率域位场换算?用FFT方法进行延拓、水平导数、垂直导数、高低通滤波磁场化极?磁化方向对磁异常特征有很 大影响。斜磁化影响使异常 变得十分复杂。把斜磁化的 异常化为垂直磁化或顺层磁 化异常，异常形态变得较为 简单，便于定性分析和定量 计算解释。?通常，垂直磁化下的异常垂 直分量Za还用来与重力异 常的导数对比，判别分析引 起异常的地质原因。化极前化极后参量转换/磁源重力异常?计算水平分量()xffmn ef011+=分离场?重磁场的分离往往是解释的一个前提，对迭加异常直 接进行解释比较困难。重磁解释工作中，通常要进行 局部异常与区域场分离、不同
11、规模异常迭加的分离， 以及从整体异常中提取目标地质体异常等工作。?在分离场的计算中，常用的方法有滑动窗口法、趋势 分析法、平均场法、匹配滤波法。?但从本质上讲，他们的效果大同小异。适当调整他们 的参数因子，可以得到几乎完全一样的结果。?划分区域场的目的是为了解决区内构造格架问 题，及时发现深部构造，了解成矿背景，为此 窗口的选取要根据试验来确定，一般1：20万 比例尺的窗口选取40Km，1：100万比例尺窗口 选取160Km。划分区域场的目的是为了解决区内构造格架问 题，及时发现深部构造，了解成矿背景，为此 窗口的选取要根据试验来确定，一般1：20万 比例尺的窗口选取40Km，1：100万比例
12、尺窗口 选取160Km。?剩余重力异常主要反映浅部和规模相对较小的 地质体情况，它与局部构造、岩体等相对应。剩余重力异常主要反映浅部和规模相对较小的 地质体情况，它与局部构造、岩体等相对应。?区域场和局部场的概念是相对的。区域场和局部场的概念是相对的。趋势分析?利用多项式对数据进行拟合，从而得到数据的趋势值或原始值与趋 势值之差剩余值平均场法?又称网格平均法，是用于区分区域与局部特征的有效方法。它是将 平面数据划分成若干单元，每个单元内的数据取平均并作为单元中 心处的区域场值，最后用这些区域场值内插出全区的区域场值。匹配滤波?匹配滤波是基于不同深度的磁性体异常（傅立叶频率域）对数功率 谱与其埋
13、深之间近似关系来实现深源场与浅源场分离的方法。这种 方法也常被用来区分区域场和局部场。匹配滤波：多次分解?密度界面反演?基于Parker的傅立叶频率域正 演公式设计的一种迭代反演方 法。视密度视磁化率填图?视磁化率反演是一种物性填图 方法。它是利用磁等效源原理等效源原理 ，将地下磁性体转换为地表一 定深度范围等效的磁性体分布 （保持磁异常场不变），根据 地表磁性体磁化率的分布，映 射不同地段地下磁性体分布。重磁异常对应分析?综合利用重磁资料，可以做到资料彼此印证， 互相补充，减少多解性，改善解释效果。根据 重磁场关系的泊松公式，把磁测资料化极得到 Za，对重磁资料求垂向一次导数，对它们作 回归
14、分析和相关分析： (M/)称泊松比，A 反 映重磁异常长波成分的差别。?重磁对应分析1 两者的相关关系反映了重力源与磁力源之间的相关关系。基于泊松定理的重磁对应分析（ICA），原理如下。泊松方程iV GJU =其中，U磁位，V重力位，J场源磁化强度， 场源密度差，G引力常数，i磁化强度方向单位矢 量。重磁对应分析2ZaJ Gg z = 当垂直磁化时，在均匀物性条件下，化极磁异常Za 与重力异常垂向一导严格满足线 性关系。因此，通过线性回归分析，可以得到两者的相关系数r 。相关系数反映了重磁资料在给定区域上的线性相关程度。正相关时，r为 +1或接近+1，反映着高密度相应强磁性，或低密度相应弱磁性
15、地质异常 源分布；反相关时，r等于或接近-1，这时反映的是高密度相应弱磁性， 或低密度相应强磁性地质异常源；r的绝对值较小时，则可认为重磁不同 源，或存在临近干扰，或异常源剩余磁性较强。自然，人们往往对r值较大的区域感兴趣。但是，r值的大与小，是一个 相对的概念，使用时，通常视具体情况而定。联合反演1单一地球物理方法的反演都有局限性和多解性。实际地质问题的多样性 和复杂性，要求我们尽量用多种地球物理方法和参量进行联合反演解 释，以接近实际，减少多解。从地质地球物理模型来看，（1）许多地质界面、构造分布、物性不均匀 会不同程度地同时引起不同参量性质的地球物理异常。（2）许多岩石的 各种物理参量之
16、间具有相关性。（3）在某些周围已知条件约束下，目标 参数反演具有唯一性，既所谓局部极值问题解。例如固定界面深度与地层物性时界面起伏的反演，固定地层与构造界线 时地质块体物性的反演，以及极限深度反演等。这些客观地质现象，为 联合反演提供了基础。联合反演2由于不同地球物理方法，其物理参数与异常场之 间的联系方式不同，联合反演问题的基本方程建 立没有固定统一格式。人们大多从地质模型形象 出发，尽量根据物性参数相关来进行联合反演。 因而，联合反演常采用的方法包括相互修正的交 叉反演法、利用已知信息的固定框架法、分别目 标逐层（次）反演的剥离法等。此次数据处理在反演上采取的主要方法是剥离法 和交叉反演法，充分运用了已知地质、构造信 息约束。许多情况都是在复杂约束（强约束）下 求解，因而，反演结
