1、重、磁异常数据处理与解释部分重、磁异常解释：定性解释定量解释 重磁异常反演问题：1.观测重、磁异常为叠加异常 2.重、磁异常反演的不唯一性 第1页，共111页。重、磁异常反问题的多解性例子：重力异常第2页，共111页。采用综合分析方法，利用各种地球物理 资料与地质、钻井资料，以增加约束条件，减少解释的多解性。解决途径解决途径：将复杂异常进行简化 重、磁异常的划分 第3页，共111页。第1 1章 重、磁异常解释的标志 1.梯度带：表现为某一方向递增（减）的等值线密集带，反映了密度界面深度上的突然变化。1.1 断裂带的重磁异常标志：1.1.1 重力异常主要标志：第4页，共111页。黄骅坳陷及邻区布
2、格重力异常与沧东断裂第5页，共111页。K85-70K85-120K85-146S87-229N84-509W92-96ESESESESESWN第6页，共111页。主要指长轴比短轴长得多的异常，即使异常变化不大，也往往是断裂的反映。2.2.狭长异常带，或线性异常带：狭长异常带，或线性异常带：第7页，共111页。表现为异常轴的水平错动，往往与平移断裂有关3.3.异常轴的平面位移：异常轴的平面位移：第8页，共111页。重力水平梯度（模数）异常及其被错断的情况第9页，共111页。包括两种情况：1）同性扭曲或同形扭曲；2）等值线的收敛，即等值线在某一 部位急剧扭曲、异常宽度突变。4.4.等值线有规律的
3、扭曲：等值线有规律的扭曲：第10页，共111页。黄骅坳陷及邻区布格重力异常第11页，共111页。反映了两侧构造特征上的巨大差异，往往是规模较大的区域断裂5.5.两侧异常明显不同的两侧异常明显不同的分界线分界线第12页，共111页。1.串珠状磁异常：往往是基底深大断裂的反映，与岩浆沿断裂侵入或火山喷发沿断裂填充有关 前者在磁场上往往表现为带状高磁异常或串珠状异常；后者在磁场上表现为杂乱、正负磁场波动很大1.1.2 磁异常主要标志磁异常主要标志第13页，共111页。33号断裂：断裂形成后，岩浆沿断裂侵入或喷出，当这些侵入体或喷出的火山岩具有一定磁性时，在磁场上显示为串珠状磁异常带串珠状磁异常：基底
4、断裂第14页，共111页。库车轮台草湖学堂库尔勒尉犁群克尔铁干里克阿拉干罗布庄米兰若羌向阳村团结村辛格尔兴地陷车泉红柳井塔中1满参1安迪尔休堂且末ddz-20100km-200-1000100200nT/km2河车库 鲁 克 塔 格阿 尔 金 山罗布泊孔雀河臣尔塔里木盆地东部 Za（化极）垂向二阶导数第15页，共111页。Za（化极）垂向一阶导数河库 鲁 克 塔 格罗布泊孔雀塔里木盆地东南边缘 沿休堂、且末至罗布庄也存在明显正磁异常带，与重力对应很好，有雁列分布特征（车尔臣断裂）罗布庄以东有转为NEE向正磁异常带 盆地边缘还存在几乎平行的另一条高磁异常带，向南有两条NEE向高磁异常带在且末的南
5、部与之相交第16页，共111页。17盆地东北边缘Za（化极）垂向二阶导数有四条高磁异常带 从尉犁向SEE延伸经兴地南转向近EWNEE向；自兴地东开始，近EW向延伸；从辛格尔向东延伸，延伸方向近EW向；辛格尔北NWW向延伸异常与中间EW向异常在东端相交第17页，共111页。18 2.两个不同特征的磁场界限，往往是断裂存在的表现不同构造单元的地质情况不同，磁场也显示出明显不同的特征。不同构造单元的边界存在断层第18页，共111页。8号断裂（深断裂）由于断裂两侧岩浆岩发育的差异，造成断裂两侧磁异常特征与强度都有明显不同。由于断裂切割深，岩浆多次侵入或喷出，形成主要由火成岩引起的剧烈变化的强磁异常带。
6、基底断裂第19页，共111页。实例：由于断裂使磁异常的轴线发生水平错动 3.磁异常带轴向的水平错动。第20页，共111页。4.挤压破碎带可表现为狭长的负异常带第21页，共111页。断裂带的重、磁异常主要标志（1）梯度带（2）狭长异常带，或线性异常带（3）异常轴的平面位移（4）等值线有规律的扭曲（5）两侧异常明显不同的分界线（6）串珠状磁异常第22页，共111页。1.2 1.2 岩体的重、磁场特征岩体的重、磁场特征 1.火成岩侵入体的重磁异常特征：异常形态规则、幅度大，明显存在磁源重力异常2.火山岩的重磁场特征：异常零乱，幅度变化大，垂向导数异常明显，磁源重力异常不大第23页，共111页。利用航
7、磁异常圈定了花岗闪长岩侵入体，并区别了周围的熔岩。第24页，共111页。苏北大陆科学钻探靶区重磁异常反演解释余钦范等，地球物理学报，2001，44（6）江苏东海县毛北地区:目标体榴辉岩与围岩有0.9103kg/m3的密度差3.岩体的重力异常特征 异常取决于岩体与围岩的密度第25页，共111页。1.3 1.3 基底、莫霍面起伏的重、磁异常特征基底、莫霍面起伏的重、磁异常特征 异常幅度较大，异常相对宽缓，反映区域特征。鄂尔多斯及邻区磁异常第26页，共111页。2.重、磁异常数据处理的目的 将各种场源引起的异常分开，用于定量反演计算与定性解释第2章 重、磁异常数据处理2.1 重、磁异常数据处理的目的
8、与思路问题的提出 重、磁异常是叠加异常，来源于地下不同的物质源，解释中希望将不同场源的异常分开第27页，共111页。根据重磁异常特点 异常体埋深、规模大，异常宽缓，异常值幅度大，在频率域中表现为低频成分多 一般异常体规模、埋深小，异常宽度窄，幅值变化大，在频率域中表现为高频成分多3.数据处理的思路 按照异常特征划分：局部异常、区域异常第28页，共111页。重、磁异常分布一般规律地质异常体 重力异常 磁异常有明显走向 （二度体）无明显走向 （三度体）平面等值线沿一定方向延伸，长轴方向与地质走向一致。平面等值线也无明显走向，称等轴状异常。有相似的特征。有相似的特征。物性、规模剩余密度大，异常值大。
9、异常体规模大，异常规模大。磁化强度大，磁异常值大 有相似的特征。埋藏深度大异常值变小，异常曲线宽度变大，梯度变小。有相似的特征。球体：0，g正异常（无负值）0，g负异常（无正值）M 垂直向下，Za主要为正，周围有负值，对称。M 斜磁化，Za 正负相伴，不对称。第29页，共111页。重、磁异常划分 空间域划分 频率域划分 区域异常 局部异常 低频异常 高频异常 解释深部的、大范围的地质体 解释浅部的、小范围的地质体数据处理的思路第30页，共111页。2.2 重、磁异常划分的一般概念1.局部异常与区域异常：局区 ggg区域异常：指分布范围大，幅度大，变化幅度比较平缓的异常局部异常：指分布范围小，幅
10、度小，变化梯度较大的异常例如：第31页，共111页。2.2.重、磁异常划分的任务：重、磁异常划分的任务：根据不同的研究目的，需从叠加的异常中提取出我们的研究对象，作为有用信息。3.重、磁异常划分方法：分解法：如 异常曲线平滑法、平均场法、小波变换方法场变换法：如 重磁异常导数变换、解析延拓剥层法：第32页，共111页。重、磁异常数据向上延拓：由地表值，换算到空中或地下某一深度的重、磁场值导数变换：水平导数、垂向一阶导数垂向一阶导数 分量间的变换：T Za、Xa、Ya化极：Za Za 向上延拓抑制浅部异常体的干扰，突出深部异常体的磁异常突出线性异常带突出浅部重磁异常，抑制深部磁异常。具有较高分辨
11、率 使异常场特征简化，便于综合分析 减弱由斜磁化造成的影响 重、磁异常定性分析与反演分析重、磁异常资料的处理常规方法第33页，共111页。2.3.1 2.3.1 平均场法平均场法1.图解法：2.3 重、磁异常数据处理方法特点：根据异常特征（形态、强度、分布）分解，不改变场的原有形式与空间位置第34页，共111页。第35页，共111页。2.2.圆周平均法：(1)区域异常niigndrgrg1201),(21)(2)剩余异常niignogrgogog11)()()()(3)最佳半径选择区最佳半径grgRr)()(第36页，共111页。3.面积平均法第37页，共111页。实例：第38页，共111页。
12、实例：第39页，共111页。2.3.2 重、磁异常的导数变换导数变换可包括：1）垂向导数（Vzz、Vzzz）2）水平导数（水平梯度）（Vxz）1.导数变换的作用第40页，共111页。第41页，共111页。1）垂向导数的作用第42页，共111页。不同阶次的重力导数对不同埋深地质体的反映不同（1）突出浅而小异常体的异常特征，压制区域性深部物质引起的异常特征 一定程度上划分了不同深度和大小的异常源产生的叠加异常（2）导数阶次越高，对浅部异常体反映越敏锐第43页，共111页。（3 3）提高了对异常的分辨能力提高了对异常的分辨能力第44页，共111页。2）水平导数的作用 突出线性异常带第45页，共111
13、页。第46页，共111页。2.垂向二阶导数计算重、磁场满足拉普拉斯方程02 W0222222zWyWxW对 z 求偏导数，得0332323zWzyWzxWzWg0222222zgygxg利用222222ygxgzg1）计算原理（以重力为例）第47页，共111页。2）垂向二阶导数计算举例近似公式：)5()2()()0(14321222rgArgArgAgArzg)()0(44)()0(4)()0(41)0(222rggrrggrrggrgzz其中：g(nr)为nr半径圆周上重力值之和第48页，共111页。实例：第49页，共111页。东海长江坳陷及邻区布格重力异常图实例：第50页，共111页。东海
14、长江坳陷及邻区重力异常垂向一阶导数图东海长江坳陷及邻区重力异常垂向二阶导数图第51页，共111页。jyyxgixyxgng),(),(3.水平梯度计算（以重力为例）),(jin水平梯度模数2122),(),(),(-),(yyxgyyxgxyxgyxxgngxyxgyxxgxg),(-),(yyxgyyxgyg),(-),(或第52页，共111页。实例：塔里木盆地东部及邻区布格重力与重力水平梯度第53页，共111页。54塔东重力水平梯度第54页，共111页。2.3.3 重、磁场的解析延拓重、磁场的解析延拓1.重、磁异常解析延拓概念：oxzZ=-hZ=h观测面向上延拓：),g)0,(hyxyxg
15、（数学变换向下延拓：),g)0,(hyxyxg（数学变换第55页，共111页。2.2.解析延拓的作用解析延拓的作用 向上延拓突出埋藏较深、体积较大的场源 引起的异常（突出区域异常）。向下延拓使浅部异常的影响相对加强 （突出局部异常）。第56页，共111页。向上延拓抑制浅部磁性体的异常第57页，共111页。ddhghhg)()0,(2),0,0(222zyxz=-ho(,0)(x,y,-h)取柱坐标，作坐标变换：dddd222换元得：dhhgdhhdgddhhghg23220202322020 02322)()0,()()0,(21)()0,(21),0,0(3.向上延拓计算举例：第58页，共1
16、11页。dhhghg23220)()0,(),0,0(与圆周半径、间隔和延拓高度有关。i iK(i,1)K(i,2)K(i,3)K(i,4)0 o0.111930.040340.019610.01141 1 1 0.321930.129880.065920.03908 220.060620.075880.052610.03566 3 50.152060.145590.105630.07449 4 80.053350.076510.071460.05841 5130.065860.099020.102260.09173第59页，共111页。鄂尔多斯及邻区航磁T 与上延30km图实例：第60页，共
17、111页。-10-8-6-4-20246810121416182022242628长 江 坳 陷虎 皮 礁 隆 起海 礁 隆 起闽浙隆起带西 湖 凹 陷美人峰1井10 g.u.东海长江坳陷及邻区布格重力异常图东海长江坳陷及邻区重力异常向上延拓 25km 图45678910111213141516171810 g.u.长 江 坳 陷虎 皮 礁 隆 起海 礁 隆 起闽浙隆起带西 湖 凹 陷美人峰1井实例：第61页，共111页。62设空间域重（磁）异常值 g(x)或 g(x,y)的傅氏变换为 dxexguguxi2)()(dydxeyxgvugvyuxi)(2),(),(重（磁）异常g(x)的傅氏变
18、换 g(u)把空间域的复杂波形分解为不同频率的简谐波的迭加。dueugxguxi2)()(dvduevugyxgvyuxi)(2),(),(傅氏反变换2.4 重、磁异常数字滤波原理及其特性 2.4.1 基本原理第62页，共111页。傅立叶变换定理：1）线性迭加原理：2）平移定理：)()()()()()()()()()(221122112211FaFaFxfaxfaxfFxfFxf则：若：)()()()(00FexxfFxfxi则：若：第63页，共111页。3）微商定理：4）褶积定理：)()()()()()()(FixxfFixxfFxfnnn则：若：)()()()()()(*)()()()()
19、()(2121212211FFFdxffxfxfxfFxfFxf则：当：若：第64页，共111页。2.4.2 重、磁异常的数字滤波原理1.滤波原理观测值 g0(x)是有用信号g(x)与干扰信号n(x)的叠加)()()()()()(00NGGxnxgxg重磁异常中数字滤波过程即要提取有用信号 g(x)滤波器)(0 xg)(0G)(xg)(G)(xH)(其中，H(x)滤波因子，(x)频率响应第65页，共111页。2.重磁异常数字滤波过程1）空间域中的处理 空间域中重磁异常变换可看成权系数 H(x)与异常值 g0(x)的褶积iiigHxgxHxg00)(*)()(2）频率域中的处理)()()()(*
20、)()(00GGxgxHxg第66页，共111页。3）空间域处理与频率域处理的对比实测重磁异常 g0(x)处理后重磁异常 g(x)实测重磁异常谱 G0()处理后重磁异常谱 G()(*)(0 xgxH)()(0GFFTRFFT第67页，共111页。4)滤波器的设计（1）理想低通滤波器0001)(（2）理想高通滤波器0010)(其他01)(ba（3）理想带通滤波器第68页，共111页。69 几种均匀规则物体的重力异常波谱表达式1）球体 g(u,v)2GM e2 fzei2(uv)2）水平圆柱体 g(u)2Gl e2|u|zei2u3）单一密度界面g(u,v)2G2f()n1n!n1F s(,)Hn
21、(,)2.4.3 重、磁异常处理的滤波作用第69页，共111页。1.重磁异常的频谱特征 深度参数的影响：埋深大，低频成分多 水平尺度参数的影响：水平尺度大，低频成分多2.几种重磁异常处理的滤波作用向上延拓：垂向导数：he)(上延)(垂向一阶导数2)(垂向二阶导数3.注意的问题 频谱成分的分析，遏制振荡现象，边缘效应等第70页，共111页。实例：（a）布格重力图（b）低通滤波（c）高通滤波第71页，共111页。第3章 重、磁异常反演与解释实例3.1 常用反演思路输入实测曲线g建立初始模型：几何参数：形状、位置。物性参数：密度差、磁化强度 M正演计算理论值g理，显示曲线对比 g理 g实是否拟合？模
22、型参数为推断的 地质体的参数输出模型参数修改模型地质资料、地球物理资料（重、磁、电、震）钻井资料等。第72页，共111页。第73页，共111页。第74页，共111页。1.引起布格重力异常的地质因素 (1)Moho 面起伏；(2)变质基底起伏；(3)沉积盆地基底起伏；(4)岩体；(5)矿体等。3.2 重、磁异常解释实例3.2.1 利用布格重力异常反演地壳厚度第75页，共111页。地壳下界面是全球性的密度界面。由地壳厚度变化、以及上地幔密度的不均匀，将引起布格重力异常变化 特征是：分布范围大，异常幅度大，变化平缓2.平均重力异常与地壳厚度有很好的相关性 常用区域布格重力反演计算Moho面起伏第76
23、页，共111页。布格异常由东向西逐渐减小，东部约30 mgal，至西藏降至520 mgal。规模巨大的重力梯度带与我国的主要褶皱山脉分布一致。重力梯级带间分布着一系列不同规模的区域重力高和重力低。第77页，共111页。我国地壳厚度从东向西逐渐增厚，东部沿海地区Moho深度约 30km，向西加深，西藏达 70km。第78页，共111页。3.2.2 利用重、磁异常研究地质构造利用重、磁异常研究地质构造主要解决的问题有：1.划分大地构造单元，圈定块体边界；2.研究结晶基底面的起伏和内部构造；3.确定断层位置及其分布规律；4.圈定岩体、矿体。第79页，共111页。塔里木盆地东部 基底分析 （基底分区）
24、1.划分大地构造单元，圈定块体边界第80页，共111页。东海长江坳陷及邻区重力异常垂向一阶数图-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.01.21.41.61.810 g.u./km长 江 坳 陷虎 皮 礁 隆 起海 礁 隆 起闽浙隆起带西 湖 凹 陷美人峰1井2.研究结晶基底面的起伏和内部构造研究盆地底部起伏第81页，共111页。第82页，共111页。第83页，共111页。长江坳陷重力异常垂向一阶导数立体图昆山凹陷低值带中部凹陷低值带南部凹陷低值带第84页，共111页。3.确定断层位置及其分布规律第85页，共111页。黄
25、骅坳陷及邻区重力水平梯度图第86页，共111页。阿克苏巴楚麦盖提莎车英吉沙叶城和田拜城轮台塔中1且末若羌库尔勒红柳沟阿合奇阿图什伽师民丰喀什皮山策勒于田尉犁铁干里克库车阿瓦提柯坪阿拉干罗布庄和1井和2井塔中4满参10100 km水平梯度（0）阿克苏巴楚麦盖提莎车英吉沙叶城和田拜城轮台塔中1且末若羌库尔勒红柳沟阿合奇阿图什伽师民丰喀什皮山策勒于田尉犁铁干里克库车阿瓦提柯坪阿拉干罗布庄和1井和2井塔中4满参10100 km水平梯度（45）阿克苏巴楚麦盖提莎车英吉沙叶城和田拜城轮台塔中1且末若羌库尔勒红柳沟阿合奇阿图什伽师民丰喀什皮山策勒于田尉犁铁干里克库车阿瓦提柯坪阿拉干罗布庄和1井和2井塔中4满
26、参10100 km水平梯度（45）阿克苏巴楚麦盖提莎车英吉沙叶城和田拜城轮台塔中1且末若羌库尔勒红柳沟阿合奇阿图什伽师民丰喀什皮山策勒于田尉犁铁干里克库车阿瓦提柯坪阿拉干罗布庄和1井和2井塔中4满参10100 km水平梯度（135）阿克苏巴楚麦盖提莎车英吉沙叶城和田拜城轮台塔中1且末若羌库尔勒红柳沟阿合奇阿图什伽师民丰喀什皮山策勒于田尉犁铁干里克库车阿瓦提柯坪阿拉干罗布庄和1井和2井塔中4满参10100 km水平梯度模数(a)(b)(c)(d)(e)塔里木盆地重力异常不同方向的水平梯度第87页，共111页。塔里木盆地基底和深部断裂分布图 （背景是重力水平梯度模数图）阿克苏巴楚麦盖提莎车英吉沙叶
27、城和田拜城轮台塔中1且末若羌库尔勒红柳沟阿合奇阿图什伽师民丰喀什皮山策勒于田尉犁铁干里克库车阿瓦提柯坪阿拉干罗布庄和1井和2井塔中4满参10100 km基底断裂FA1FA2FB1FB2FB2FB1FB3FB4FA3FA4FA5FC1FC2FC2FC3FC4FC5FD1FD2FD3FD4FD5第88页，共111页。4.圈定岩体、矿体第89页，共111页。岩体：第90页，共111页。3.3.33.3.3 其他方面的应用其他方面的应用 古墓探测：明茂陵地下陵殿探测古墓探测：明茂陵地下陵殿探测（微重力测量实例）（微重力测量实例）第91页，共111页。第92页，共111页。第93页，共111页。第94页
28、，共111页。磁异常处理实例：鄂尔多斯及邻区航磁异常特征及其大地构造意义 王涛（2006年毕业论文）地球物理学报2007，50（1），P163-170，（SCIE收录）第95页，共111页。中国中部晚新生代拉张走滑构造简图（据9，有修改）F1海原断裂，F2昆仑断裂，F3鲜水河断裂，F4甘肃断裂，F5郯庐断裂1逆断层，2正断层，3走滑断层，4挤压应力，5拉张应力，6逆冲推覆方向 鄂尔多斯块体隶属华北克拉通，南缘与秦岭祁连造山带相邻,经受多期构造作用，块体及其周缘地质构造形态极为复杂第96页，共111页。鄂尔多斯及邻区航磁异常图（单位：nT）区：鄂尔多斯磁异常区 区：太原临汾（东边界）磁异常区区：
29、东阿拉善（西边界）磁异常区 区：秦岭祁连（西南边界）磁异常区区：青藏东北缘磁异常区 第97页，共111页。鄂尔多斯及邻区地震分布及航磁Za（化极）垂向一阶导数等值线图（单位：nT/km）第98页，共111页。鄂尔多斯及邻区航磁cos()等值线图 第99页，共111页。鄂尔多斯及邻区航磁Za化极上延30 km 等值线图（单位：nT）结果表明:鄂尔多斯块体虽具有整体刚性，但其内部也存在非均质性 块体东缘的华北克拉通地区经后期改造，产生近SN向的基底软弱带 鄂尔多斯块体及其边界多样化的构造特征反映了不同刚性程度的地质体在外部不同应力作用下产生了显著差异的地质构造形态，这种构造形态具有继承性和叠加性
30、第100页，共111页。实例2：中国东北地区航磁特征 及居里面分析胡旭芝胡旭芝 地球物理学报，地球物理学报，20062006，4949（6 6）：）：P1674-1681P1674-1681（SCIESCIE）第101页，共111页。航磁异常化极ZaZa图 第102页，共111页。航磁Za上延15公里 环形负磁场稳定区揭示松辽盆地内部巨厚的弱磁性沉积地层第103页，共111页。航磁Za上延30公里 磁异常的分区特征反映了不同块体之间深部构造的磁性差异，可能是基底性质的差异造成的。第104页，共111页。Za Za垂向一阶垂向一阶导数主要反映导数主要反映了浅部异常源了浅部异常源造成的磁异常，造成
31、的磁异常，与地壳附近火与地壳附近火成岩体分布相成岩体分布相对应对应第105页，共111页。第106页，共111页。居里面起伏与大地热流值相关性较高的大地热流较高的大地热流值分布在居里面值分布在居里面隆起或隆起边缘隆起或隆起边缘居里面较深处大居里面较深处大地热流值普遍较地热流值普遍较低。低。居里面估算结果居里面估算结果,松辽盆地内居里松辽盆地内居里面有起有伏、隆面有起有伏、隆坳相间，并非简坳相间，并非简单的上隆单的上隆第107页，共111页。居里面起伏与地震、火山活动第108页，共111页。2.3.4 磁异常化极与假重力异常 由于斜磁化影响，使异常形态复杂。将观测异常（通常为斜磁化的）换算到垂直
32、磁化，这种变换统称为“化到地磁极”（化极）1.泊松公式sssWGMWGMWMGU4441MM 这就是说：磁位 U 正比于重力位在磁化方向的负偏导数第109页，共111页。sWGMU4ssgGMzWGMzUZa4402002.假重力异常（磁源重力异常）可见，垂直磁异常正比于重力异常在磁化方向的导数sQZaMGMgd)(4)(00s 由 Za 沿磁化方向积分得到的 g 称为假重力异常，或磁源重力异常第110页，共111页。3.垂直磁化下的垂直磁异常zWMyWMxWMGWMGUzyxss41412222004zWMzyWMzxWMGzUZazyxs当垂直磁化时0yxzzMMMkMMzgGMzWGMZass440220其中 g 为假重力异常第111页，共111页。
