航磁梯度數(shù)據(jù)實測與計算對比研究

賈志業(yè) 安戰(zhàn)鋒 趙廷嚴

摘要：通過對比AGS-863航磁全軸梯度勘查系統(tǒng)實測航磁梯度數(shù)據(jù)與由航磁ΔT計算出的梯度數(shù)據(jù)，二者在變化趨勢上基本一致，異常形態(tài)相似。由于航磁梯度勘查系統(tǒng)相比單探頭的航磁勘查系統(tǒng)獲取了更多地面磁性體信息，橫向梯度、垂向梯度上出現(xiàn)了更多的異常信息，為地質(zhì)解釋提供的信息更豐富，在現(xiàn)階段由航磁ΔT計算出的梯度數(shù)據(jù)還無法替代實測梯度數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：實測航磁梯度；計算航磁梯度；遼寧瓦房店；42號金伯利巖管

引言

航磁梯度測量是航磁磁測技術(shù)的發(fā)展，具有分辨率高、不受日變影響、壓制背景場、突出磁異常地質(zhì)體邊界等優(yōu)點，在礦產(chǎn)資源勘查以及軍事探測等方面具有重要的應(yīng)用價值，自20世紀70年代以來得以迅速發(fā)展，受到了廣泛的關(guān)注。國內(nèi)20世紀90年代開始，核工業(yè)航測遙感中心、中國國土資源航空物探遙感中心、中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘察院等單位先后在冀東、甘肅潮水、河北保定、吉林磐石、新疆哈密等多地區(qū)開展了航磁梯度測量工作，使用儀器有國產(chǎn)和進口的。對實測與計算的航磁梯度數(shù)據(jù)也進行過對比，主要針對的是進口航磁梯度儀，針對國產(chǎn)AGS-863數(shù)字式航空氦光泵磁梯度儀的對比較少。AGS-863數(shù)字式航空氦光泵磁梯度儀由中國國土資源航空物探遙感中心自主研制，先后在內(nèi)蒙古錫林浩特-西烏旗、河北保定、黑龍江哈爾濱、吉林磐石、遼寧瓦房店等地開展了測量工作，獲取了大量的實測梯度數(shù)據(jù)。研究該系統(tǒng)下實測數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)之間的異同，為航磁梯度資料應(yīng)用提供幫助，選用2016年在遼寧瓦房店地區(qū)實測數(shù)據(jù)進行研究對比工作。該區(qū)有1：1萬航磁ΔT、橫向梯度、縱向梯度、垂向梯度數(shù)據(jù)。

1.航磁梯度數(shù)據(jù)實測與計算原理

航磁實測梯度的獲取是通過一定間距磁探頭測量值的差值來實現(xiàn)的。4個氦光泵磁探頭的靈敏度為0.00025nT，磁探頭安裝示意圖見1，左、右兩個探頭距離（Δx）為22.14m，上、下探頭距離（Δy）為2m，下探頭與左、右兩探頭的連線垂直距離（Δz）為12.82m，T_L、T_R、T_D、T_T依次代表左探頭、右探頭、下探頭、上探頭測量的地磁場強度。其梯度計算公式為：

測區(qū)橫向梯度總精度為0.052nT/m，縱向梯度總精度為0.055nT/m，垂向梯度總精度為0.068nT/m。

航磁梯度的轉(zhuǎn)換計算可以在空間域和頻率域內(nèi)進行，但空間域算法較費事，一般多利用快速富氏變化，在頻率域內(nèi)進行轉(zhuǎn)換處理。計算的縱向梯度、垂向梯度是通過在測線剖面上開展頻率域一維FFT快速傅氏變換算法實現(xiàn)轉(zhuǎn)換計算，其中縱向梯度通過沿測線方向進行方向?qū)?shù)計算獲取，垂向梯度通過壓制干擾的一階垂向?qū)?shù)計算獲取。橫向梯度無法通過剖面頻率域位場轉(zhuǎn)換處理獲取，在AT網(wǎng)格數(shù)據(jù)上（網(wǎng)格距為30m×30m）采用頻率域FFT算法換算出橫向梯度，為了更好地對比，將其沿測線采樣回數(shù)據(jù)庫。至此，我們獲取到了計算的橫向梯度、縱向梯度、垂向梯度數(shù)據(jù)。以上操作在Geoprobe Mager地球物理數(shù)據(jù)處理解釋系統(tǒng)下完成。

2.對比分析

從位場理論可知，由AT值換算出的梯度值與實測的梯度值在理論上應(yīng)該是等價的。但是通過實際測量結(jié)果分析，二者之間具有一定的差異。

從實測與計算的梯度數(shù)據(jù)，我們可以看出，二者變化的總體趨勢基本一致，異常形態(tài)較相似，但也具有一定的差異。圖2是測區(qū)內(nèi)典型剖面局部實測與計算梯度的對比圖。

（1）橫向梯度上，實測的比計算的在部分地區(qū)局部異常更明顯（圖2a），對弱異常有較好反映，這一現(xiàn)象在測區(qū)具有多處。實測的橫向梯度是由兩個相距22.14m的探頭實測磁場值計算得到的，相當于增加了一條測線，導(dǎo)致獲取的測線之間磁場信息更多，所以實測的橫向梯度比計算的異常更明顯，部分地區(qū)甚至增加了異常。

（2）縱向梯度上，計算與實測基本相同，只是數(shù)值的差異（圖2b）。

（3）垂向梯度上，計算的比實測的光滑（圖2c），細節(jié)信息更豐富。計算的垂向梯度受AT總場效應(yīng)的影響，異常相對連續(xù)、光滑，導(dǎo)致掩蓋掉部分具有異常信息。而實測的垂向梯度不受AT總場影響，且具有較好的水平分辨率，可以較完整的反映局部磁異常的變化。正是這一差別，實測垂向梯度獲取了更豐富的磁場信息。

（4）除了上述引起差異的原因，還有其他原因，如實際飛行采用的是沿地形緩起伏飛行，這樣飛機在測量過程中不可避免地要進行仰俯、側(cè)滾、搖擺等操作，那么梯度測量的4個磁探頭所處的層面就會發(fā)生變化，而且相對于大地坐標軸的方向及探頭之間的幾何關(guān)系也發(fā)生了變化，這時所測得的梯度值是不準確的。

為了更好地對比實測與計算梯度數(shù)據(jù)在地質(zhì)體之間的差異，選取了遼寧瓦房店地區(qū)42號金伯利巖管一帶的數(shù)據(jù)開展了對比分析。

42號巖管為瓦房店地區(qū)規(guī)模最大的巖管，地表出露總面積約41200m²，由3個巖管組成：42-1號巖管最大，為主要巖管，位于礦區(qū)東部，地表出露面呈不規(guī)則狀，面積約31000m²；42-2次之，位于礦區(qū)西部，地表出露面為近橢圓形；42-3號巖管最小，孤立出露于礦區(qū)南部。出露地層為青白口系石英砂巖、粉砂巖、頁巖，產(chǎn)狀平緩，巖管周圍出露有流紋巖、安山巖、輝綠巖等，呈巖脈狀和巖床狀產(chǎn)出，并切穿金伯利巖管。42號巖管呈陡直筒狀，由地表向深部延伸整體規(guī)模變化不大，總體傾向北北西。金剛石平均品位0.5ct/m³。圖3～圖5中白色的曲線為42號巖管在地表的出露情況。

從圖3～圖5中可以看出，實測與計算的梯度在宏觀上具有相似性，縱向梯度、垂向梯度在形態(tài)和分布范圍上特征基本一致，橫向梯度在幅值和細節(jié)上存在一定的差異，異常中心位置也有偏差。圖3中可以看出，實測的橫向梯度對巖管的邊界、形態(tài)反映的更準確，巖管西側(cè)的北北東向斷裂的磁場特征更明顯，當然這一北北東向斷裂在垂向梯度上反映得非常明顯。

3.討論

通過上述對比分析，可以看出，由ΔT計算出的與實測的橫向梯度、縱向梯度、垂向梯度變化趨勢基本一致，異常形態(tài)相似。在部分地段橫向梯度、垂向梯度出現(xiàn)了一些差異，主要是由于航磁梯度勘查系統(tǒng)相比單探頭的航磁勘查系統(tǒng)獲取了更多地面磁性體信息，對異常的細節(jié)刻畫的更為精細，為地質(zhì)解釋提供的信息更豐富，為礦產(chǎn)勘查提供磁場資料的精度更高。因此，實測的航磁梯度比由AT計算的效果更好，在解釋精度要求高的地方，目前來說具有不可替代性。