磁場梯度測量及重磁聯(lián)合解釋與應(yīng)用

楊海磊　王森

[摘要]近二十余年來，磁測技十發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了高精度的光泵磁力儀和超導磁力儀，為開展磁場梯度測量打下了物質(zhì)基礎(chǔ)。在某些地質(zhì)條件下，磁場梯度測量有可能解決一般磁測難于解決的復雜問題，可以查明場源的更多特點和細節(jié)。

[關(guān)鍵詞]超導磁力儀 磁場梯度 重磁異常等

[中圖分類號] P5 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-167-1

1概述

磁場梯度測量：測量磁場在空間的變化率（單位為納特/米或納特/千米）稱為磁場梯度測量，在生產(chǎn)實際中應(yīng)用的有垂直梯度測量與水平梯度測量兩種。垂直梯度測量的接收部分為兩個垂直安置的探頭。如果在飛機上測量，探頭的垂直距離可以設(shè)計得較大，約30～60米，測量儀器一般選用極高靈敏度的光泵磁力儀，兩個探頭同時讀數(shù)。如果在地表測量，探頭的垂直距離約為2米，測量儀器以核子旋進磁力儀為主。在地表測量中，為了克服兩個探頭激發(fā)時產(chǎn)生的磁場相互干擾，常采用上、下兩個探頭分兩次激發(fā)讀數(shù)，間隔為2秒。用兩個探頭讀數(shù)值除以探頭間距離即為該點上的垂直梯度。局部磁異常的垂直梯度變化比區(qū)域異常的明顯，故垂直梯度測量適合于在具有強區(qū)域干擾地區(qū)實施，以便獲得有用的局部異常的信息。水平梯度測量常見于海上，接收部分同樣是兩個探頭，但為水平放置。同時記錄兩個探頭的讀數(shù)，其瞬時差就是水平梯度。

2重磁聯(lián)合反演的應(yīng)用

磁力勘探是發(fā)展最早，應(yīng)用廣泛的一種地球物理勘探方法，也是最為經(jīng)濟，快捷的方法之一。早在兩千多年以前，我們的祖先就知道并利用了天然磁石的吸鐵性和指極性。中國古代的四大發(fā)明之一的指南針傳入歐洲后，人們開始關(guān)注地磁現(xiàn)象，并開始應(yīng)用磁力探測儀器來尋找鐵礦。

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的進步，磁力勘探儀器已從機械式發(fā)展到電子式，磁力勘探的范圍也逐漸擴展到空中、海洋。在上世紀60年代發(fā)展起來的高靈敏度磁力傳感器，使得人們能夠快速、準確地測量地磁總場的幅值。在地球物理工作中根據(jù)利用的不同類型的物性差異課將具體方法分為重磁電震等，重磁是位場屬于同源場，往往利用單一方法進行探測工作時會因為問題的復雜性而無法得到較好的解，因此采用重磁這兩種同源場，同時聯(lián)合處理反演會得到較好的結(jié)果，而且他們都是位場，聯(lián)合反演的結(jié)果也更趨向于真實。

聯(lián)合反演是地球物理數(shù)據(jù)分析的理想工具，它包括同步反演、順序反演、剝離法反演和伸展法反演。前人針對MT與地震聯(lián)合反演開展了相關(guān)研究，利用了最速下降法、遺傳算法、廣義逆法等手段。一般認為，順序反演優(yōu)于單獨反演，而同步反演效果最優(yōu)，且非線性反演法比廣義線性法更優(yōu)越。

重磁異常是同源場，可通過重磁聯(lián)合反演來減少重、磁單一方法反演的多解性，提高反演結(jié)果的可靠性。地球物理聯(lián)合反演就是聯(lián)合應(yīng)用多種地球物理觀測數(shù)據(jù)，通過地質(zhì)體的巖石物性和幾何參數(shù)之間的相互關(guān)系求得同一個地下地質(zhì)、地球物理模型。重磁聯(lián)合反演方法的研究開始于20世紀后期。用一個等效層的方法來計算磁化率與密度的比值的變化來實現(xiàn)重磁聯(lián)合反演。為了減小重、磁異常反演的多解性問題，在重、磁異常由同一場源引起的情況下，研究了使用廣義反演方法來實現(xiàn)2.5維重、磁聯(lián)合反演，反演參數(shù)為異常體多邊形的角點坐標及每一礦體的密度差及磁化率，結(jié)果說明這種類型使用廣義反演算法是合理的，并且說明了方法的實用性。用最小二乘反演方法來解決2.5維模型的頂點和物理參數(shù)，為了獲得算法的穩(wěn)定，他們通過固定某些參數(shù)來反演其他參數(shù)。在具有先驗信息的基礎(chǔ)上，如密度、磁化率、剩余磁化強度等，對重、磁場的聯(lián)合反演問題進行了研究，而張貴賓等人以BG理論為基礎(chǔ)，研究了一種綜合重、磁異常聯(lián)合反演既是磁界面也是密度界面的方法，并建立了重、磁廣義線性綜合反演系統(tǒng)，擴展了3維的方法，將隨深度變化的密度和磁化率作為未知的參數(shù)。在一個統(tǒng)計的框架下，將蒙特卡羅方法用于重磁的聯(lián)合反演，產(chǎn)生一個可能的密度函數(shù)來描述一組可接受的模型。2006年，又提出了新的界面重磁聯(lián)合反演方法，利用阻尼最小二乘法在常密度差與常磁性差的條件下實現(xiàn)的。

綜合應(yīng)用重磁方法的基本原理解反演問題，獲得了具有較高分辨率的磁化強度和密度隨深度的分布模型！在解反演問題時，必須具有垂直向位場數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，這對于提高垂向深度分辨率具有決定性作用，這種垂向深度分布的結(jié)果僅取決于位場數(shù)據(jù)的分布。重磁資料的順序反演可進一步修改地震資料品質(zhì)差或解釋不清之處，減少不確定因素，使模型解釋更趨合理，起到相互修正反饋、提高解釋精度和減小多解性的效果。應(yīng)用重磁人機聯(lián)作2.5維體正反演計算系統(tǒng)，其中，重磁力正演采用2.5維體多邊形截面的數(shù)值計算公式，計算中根據(jù)物性變化規(guī)律及地震和電性層特征，修改密度、磁化強度以及界面深度等參數(shù)，對地震和MT 資料解釋確定的地層，在重磁反演中作為界面深度的控制，通過改變密度和磁化強度的數(shù)值，對地震或MT資料解釋不確定的界面。

通過正反演計算加以修正，以達到模型正演異常與實測異常的最佳擬合。磁力資料反演的權(quán)重系數(shù)。聯(lián)合反演用到重力和磁力兩種不同的資料，每一種資料對于反演待求的地質(zhì)體作用可能是不一樣的，因此可以對不同類型的資料進行加權(quán)處理

應(yīng)該指出的是，目前的重磁反演方法還缺乏對孤立火成巖體與連續(xù)的結(jié)晶基底面兩類不同的模型同時反演的方法技術(shù)。重磁反演方法按模型來分類，可以分為兩類：一類是孤立模型，通常用最優(yōu)化方法，該方法把模型函數(shù)線性化，再用迭代方法求解；另一類是界面模型，通常在頻率域用泰勒級數(shù)展開，如帕克法，或用近似線性公式在空間域求解，如矩陣法等。這兩類方法都無法兼顧較復雜的地質(zhì)模型（如孤立形體與連續(xù)界面同時存在）的反演。

3結(jié)語

加強巖石物性的統(tǒng)計和分析工作是重要的. 重磁電震聯(lián)合反演在該研究區(qū)的應(yīng)用可發(fā)揮不同物探方法的優(yōu)勢，相互補充，減少反問題解的非唯一性.研究結(jié)果初步建立了研究區(qū)的地質(zhì)、地球物理模型，綜合地質(zhì)地球物理解釋，全面揭示了研究區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，說明了聯(lián)合反演的必要性和應(yīng)用效果。

參考文獻

[1]楊文采.地球物理反演的理論與方法[M].北京：地質(zhì)出版社，2013.

[2]秦葆瑚；磁法勘探中的梯度測量[J]；物探與化探；2014年02期

[3]王書惠；關(guān)于用有限元法作磁法勘探正演計算的理論問題[J]；地球物理學報；2013年02期 .

[4]張重光；沿走向傾斜磁性體的異常特征[J]；地質(zhì)與勘探；2014年05期 .