磁异常数据创新性处理发现棋盘状构造格局

孙中任，赵雪娟

（沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110034）

磁异常数据创新性处理发现棋盘状构造格局

孙中任，赵雪娟

（沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110034）

针对近两年笔者为客户开展的磁测资料解释研究工作成果，总结利用磁测数据研究和划分棋盘状构造格局，为以后相关工作总结经验.通过此次研究性工作，笔者认识到：很多数据在做初步解释以后，还可能有隐伏的、微弱的信息有待于提取.不能一劳永逸，更不能满足现状.一些创新性数据处理工作是必要的.前人没有发现更多的信息，很重要的原因就是没有应用创新性数据处理，因为没有认识到，或者不掌握新的处理方法.在新认识提出以后，还可以返回去使用常规数握处理手段，利用新思路总结和发现新信息、新认识.磁异常解释不仅对于规模大、异常强的构造有所反应，对微弱的、交叉、凌乱的小规模棋盘状构造格局也会有很好的识别和指示.这些棋盘状构造格局控制了M2区内岩脉的产出，从而形成了岩脉交叉、凌乱，局部走向难以确定的问题.地质上观测的结果大部分与磁测推断的结果相吻合.但是，由于研究区的覆盖原因，地质观察不够直接.同时，研究区不少中等磁性岩性目前还没有，或者不能利用磁测手法加以区分.因此个别地质认识与磁测解释推断发生冲突是正常的，也是必然的.

磁异常；创新性数据处理；隐伏信息；微弱异常；棋盘状构造

0 引言

在地球稳定磁场中，有80%来自地球中心的偶极子磁场.另外20%稳定磁场不是来自地球中心磁偶极子的，称大陆磁场.稳定地磁场中剔除基本地磁场以外的小部分磁场主要是来自地壳岩石被外界磁场磁化而产生的磁感应磁场.这部分磁场的大小主要取决于某一地区的岩石组分、规模、位置因素.这些地壳岩石磁化产生的磁场就是我们研究的磁异常［1］.

我们还知道，在地球中，元素构成矿物，矿物构成岩石.每一种岩石都有其特定的化学组分特征，即元素特征.美国地球化学家H·E·霍克斯等认为❶❶谢学锦，译.矿产勘查的地球化学.1984.：按地质条件，每一地质单元中或多或少地构成其独特的地球化学景观.那么，每一个地球化学景观又都有其因为组分不同从而导致地球物理性质的不同.这也自然包括磁性质.

我们很多人目前依然对磁法有不甚合适的看法：一是认为磁法一定是只对存在明显磁性差异的目标体有所作为；二是磁性差异要足够大，磁法才能够识别.2个看法看似一个，其实它们是2个不同的角度看问题而得出来不同的看法.

第一，“磁法一定是只对存在明显磁性差异的目标体有所作为”是没有正确理解磁法是不是能够间接作用的问题.就是说这些人认为磁法只要不能够直接地发挥作用，就不会间接达到目标.

第二，“磁性差异要足够大，磁法才能够识别”是没有正确理解高精度磁测的“精度”问题.

总结地看，我国的磁法勘探发展可分为起步阶段（1949年以前）、全面开展阶段（1949～1960年）、发展仪器和理论基础阶段（1960～1980年）、提升阶段（1980年～）.尤其在1980年以后，由于计算机的出现，有了各种微机磁力仪，而且计算机还参与了资料整理、正反演计算等.数据采集的精度提高了，推断解释的可信度也提高了［2-4］.

新型第二代磁力仪（质子磁力仪、光泵磁力仪）的出现，不仅仅是仪器的改变，而是由于测量原理的改变［5］，从而改变的是仪器测量参量、操作形式、工作效率、工作精度、稳定性、分辨率［6-7］.所认，高精度磁法测量的地球物理工作前提就不是传统中我们认为的“只对存在明显磁性差异的目标体有所作为”、“磁性差异要足够大，磁法才能够识别”，而是广泛的应用到各个领域中［8］.而且越来越多的实例说明［9-10］，很多地质问题反应到高精度磁测数据当中的特征不是没有［11］，而是我们尚未提取出来.

本文试就近两年笔者为客户开展的磁测资料解释研究工作成果［12］，总结利用磁测数据研究和划分棋盘状构造格局，以求征得同仁认可，为以后相关工作总结经验.

1 研究区的地质特征

研究区位于大兴安岭北段东坡，行政区隶属内蒙古自治区莫力达瓦旗管辖，面积约1003 km2.

研究区出露主要地层有光华组（K1gn）英安岩、英安质破碎角砾岩、流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、流纹质火山凝灰岩、流纹质火山角砾岩、流纹质岩屑玻屑凝灰岩；甘河组（K1g）杏仁状、致密块状玄武岩，以及新生代冰缘堆积、洪冲积层、现代河谷冲积❶❶吉林大学.内蒙古莫力达瓦旗塔温敖宝地区矿产远景调查总体设计..侵入岩主要为花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩类.但出露不多（图1）.

2 研究区的物性特征

研究区在1∶100万布格重力异常平面图分为西部花岗岩分布区的重力低，东部火山岩（玄武岩）大面积分布区相对重力高两类区域.

图1 工作区地质图Fig.1Geologic map of the study area

1∶100万航磁异常呈现西低东高的特征.其中西部花岗岩出露区负磁异常变化相对较小，等值线稀疏、平缓.东部正磁异常区则相对梯度较大.另外，在研究区的中部发育有两处高磁线性异常带，呈北东向横穿研究区.结合区域磁场特征，推测其为北东向超壳断裂，异常为沿其上侵的基性岩等系列火山岩所引起［13］.

分析研究区采集的岩矿磁性参数（表1），研究区岩石磁性变化很大.从中强磁性的玄武岩、安山岩、闪长岩到弱磁性的次安山岩、砂岩、花岗斑岩等均有出露.

表1 研究区采集的岩矿磁性参数统计表Table 1Magnetic parameters of rocks and ores from the study area

该区物性资料显示：玄武岩磁化率从1104（4π×10-6SI）到6531（4π×10-6SI）.极值相差6倍，但数值相对集中，总地看相对稳定.次安山岩磁化率从126（4π×10-6SI）到1130（4π×10-6SI）、砂岩磁化率从126（4π×10-6SI）到2135（4π×10-6SI）、花岗闪长岩磁化率从251（4π×10-6SI）到4521（4π×10-6SI）、花岗斑岩磁化率从126（4π×10-6SI）到1884（4π×10-6SI），它们的极大、极小相差10余倍.花岗闪长岩极值差18倍.说明这些岩性组分不一，磁性矿物不匀，磁性变化大.

综合分析，笔者认为本区玄武岩磁性虽然不是很强，但与其他岩性比，还是有足够的磁性差异，使其在本区鹤立鸡群.花岗闪长岩因其成分，以及风化等原因，磁性变化大.反映到磁场图上就可能出现中等幅值跳跃状异常.

3 磁测异常特征

从研究区地面磁测数据可以看到：以红色虚线为分界线［100线560点（560/100）至174线820点（820/ 174）］基本上把工区分成东西两半，东半部为正负相间的乱磁场，定名为M1；西半部为较平稳的弱磁场，定名为M2（图2），图中虚线也与1∶100万航磁推断断裂吻合.鉴于本文主题，笔者只讨论西半部的较平稳的弱磁场（M2）.

该区磁场总体上呈现平稳的弱磁场，一般ΔT场值为-200～200 nT，负磁场与正磁场面积之比约为2∶5.在较平稳的弱磁场中，负磁场未发现明显的规律，只在平缓正磁场中出现500～2000 nT的正条带状异常.这些正异常较有规律地呈条带状出现，大体上呈北东向展布.仅在研究区的西北角局部地区条带状正异常则呈现南北向展布.

4 棋盘状构造格局解释

从目前的磁场特征看，2个分区明显，东区符合玄武岩磁性特征清楚.西部磁性特征符合花岗岩物性特点.局部北东向条带状高磁异常特征符合闪长岩脉，地质上部分地段已见闪长岩脉.因此，整个西部地区宏观磁场特征为花岗岩、闪长岩脉表现昭然.

根据异常或宏观磁场的特征，再从已知的地质条件，推向未知的地质环境，达到解释异常或磁场的目的，这是一般的通用做法.但是，常规做法M2就很难再得到更多的地质信息.

再做大胆的推断，也只能对花岗岩区做“相”的划分，将暗色矿物的相对发育区和相对贫缺区划分开来.如果仅仅这样，我们的研究工作也就没有特殊意义了.为此，笔者尝试对原数据做求导、信号增强技术、中频提取等技术处理.

图2 工作区ΔT等值线平面图Fig.2The ΔT isopleth map of the study area

从提取的中频异常中［14-18］，笔者得出这样的认识：M2区磁异常呈明显条状规律性，说明该区地质体磁性物质不仅具有一定的规模，而且其形成受方向性动力控制作用明确，故呈条状产出.

分析构造增强信号和导数增强信号，笔者同样得出上述结论.

怎样能更好地表现出这种条状异常，笔者使用了最传统的垂向一阶导数和水平一阶导数.一般而言，一阶导数是为了求得浅部的地质信息，但是，一阶导数同样具有突出方向性、线性异常的特点和能力.导数也是为了观察不同方向上岩石磁性的变化幅度，也就是观察不同方向上可能存在的构造从而引起的磁性变化.这是其常被人忽略了的数学作用.笔者这里恰恰在利用多种处理手段，得出可能存在条状磁性分布特征后，转而使用最常规的数学处理方法，去总结这种条带状异常规律，做综合地质解释.

在前面我们总结出M2可能存在条状异常体后，再观察水平一阶导数图，对于0°、45°、90°、135°几个方向，虽然不十分明显，但是仔细联合观察，条带异常确实有规律、有规模、相互吻合、相互认证.在0°水平一阶导数图上，北东向条带异常十分明显.正负相间的长条状异常表明了原位场的条带状异常极值形态.在45°水平一阶导数图上，北西向异常得到了突出，北西向构造揭示十分清晰.尽管在45°水平一阶导数图上详细、准确划出北西向构造的位置不很容易，但是北西向构造的存在却特征明显.同样的道理在135°水平一阶导数图上北东向构造特征也很明显.

与0°水平一阶导数图一样，是非目标方向的水平一阶导数，即135°水平一阶导数图对一些线性异常具有良好的指示作用.在135°水平一阶导数图上，北东向、北西向构造的存在信息不仅清晰，而且位置明确（图3）.

为了验证分析出隐形的线性构造，笔者又做了构造增强处理.在构造增强后异常上，可以看到：M2区线性异常突出、明确.主要为北东（北北东）向和北西向.这种方向性明显、线性清楚的异常以M2的南部区尤为突出.

为了便于对比，把M2中提取出来的隐形条状异常的特征归纳，并以推断的断裂构造名称区别它们，列于表2.

串联这些条带状异常我们可以做出推断构造图（图4）.

分析该成果图，f1～f6形成了网状格局.只是这种格局被后期的东西向断裂F5错断，格局稍显凌乱.抛开F5的影响，f1～f6联合起来观察，就是典型的地质上棋盘状构造.这种格局推断出来以后，地质专家不仅认可，而且解释了M2区内岩脉正交的问题.

5 结论

图3 研究区4方向一阶导数平面图Fig.3The first derivatives of the study area

表2 研究区西部条状异常（断裂构造）特征统计表Table 2Statistics for the banded anomalies（faults）in the west of the study area

图4 研究区推断地质成果图Fig.4Inferred geologic map of the study area

（1）通过此次研究性工作，笔者认识到：很多数据在做初步解释以后，还可能有隐伏的、微弱的信息有待于提取.不能一劳永逸，更不能满足现状［19］.

（2）一些创新性数据处理工作是必要的.前人没有发现更多的信息，很重要的原因就是没有应用创新性数据处理，因为没有认识到，或者不掌握新的处理方法.

（3）在新认识提出以后，还可以返回去使用常规数握处理手段，利用新思路总结和发现新信息、新认识.

（4）磁异常解释不仅对于规模大、异常强的构造有所反应，对微弱的、交叉、凌乱的小规模棋盘状构造格局也会有很好的识别和指示.

（5）这些棋盘状构造格局控制了M2区内岩脉的产出，从而形成了岩脉交叉、凌乱，局部走向难以确定的问题.

（6）地质上观测的结果大部分与磁测推断的结果相吻合.但是，由于研究区的覆盖原因，地质观察不够直接.同时，研究区不少中等磁性岩性目前还没有，或者不能利用磁测手法加以区分，因此个别地质认识与磁测解释推断发生冲突是正常的，也是必然的.

参考闻献：

［1］孙中任，赵雪娟.磁异常与地球化学异常关系分析［J］.西北地质, 2011（2）:170—175.

［2］单久库，孙中任.磁法勘探的新应用［J］.黑龙江国土资源,2006（3）: 43—44.

［3］孙中任.磁异常多频段信息的提取及应用研究［D］.北京：中国地质大学,2007:13—45.

［4］孙中任，赵雪娟，黄永卫.浅谈常规数据处理在地面高精度磁测工作中的应用［J］.北京：地质与勘探,2004,40（增刊）:250—256.

［5］秦葆瑚，张昌达，朱文孝，等.高精度磁法勘探［M］.长沙：中南工业大学出版社,1988:12—125.

［6］魏仙样，卢进才，魏建设.高精度重磁测量在商都地区CO2气藏勘查中的应用［J］.西北地质,2008,41（4）:111—117.

［7］管志宁.我国磁法勘探的研究与进展［J］.地球物理学报,1997,40（增刊）:299—307.

［8］孙文珂.我国金属与非金属矿物探的回顾与展望［J］.地球物理学报, 1997,40（增刊）:351—361.

［9］王伟涛，张复新，张健.新疆多拉纳萨依金矿区构造特征与成矿关系［J］.西北地质,2006,39（3）:6—11.

［10］姜永兰，姜建利.对原有地面磁测数据再处理的应用效果［J］.内蒙古地质,2002（2）:78—81.

［11］沈前斌，赵琦，曾祥贵.区域化探深层样异常与物探重力、航磁异常及遥感解译构造的关系［J］.四川地质学报,2003,23（3）:176—178.

［12］孙中任，赵雪娟，黄永卫.浅谈常规数据处理在地面高精度磁测工作中的应用［J］.地质与勘探,2004,40（增刊）:250—256.

［13］孙中任，赵雪娟.东北地区IGRF与实测数年据趋势分析场差别原因的分析［A］//刘代志，主编.空间地球物理环境与国家安全，西安：西安地图出版社,2010:101—105.

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［15］杨文采.应用地球物理数据处理与分析［J］.地学前缘,1998,5（1-2）:227—232.

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CREATIVE PROCESSING OF MAGNETIC DATA FOR CHESS-BOARD STRUCTURE

SUN Zhong-ren,ZHAO Xue-juan
（Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China）

Based on the study of interpretation for magnetic survey data in recent two years,the authors discuss the application of magnetic data for the recognition of chess-board structures.The study shows that,after the preliminary interpretation of data,there might be some hidden weak information remained for further extraction.Thus creative processing for the data is necessary.Magnetic anomaly can respond not only large and strongly anomalous structures,but also weak,crossed and mixed small chess-board structure.In the study area,the chess-board structure controls the occurrence of dikes.Because of the coverage,the strikes of the dikes are difficult to decide by direct geological observation. This problem is solved by the magnetic inference.

magnetic anomaly;creative processing of data;hidden information;weak anomaly;chess-board structure

1671-1947（2015）01-0039-06

P631.2

A

2014－06－20；

2014-11-06.编辑：李兰英．

中国地质调查局大调查项目“大兴安岭成矿带北段覆盖区立体勘查程序示范”（12120113090600）资助.

孙中任（1963—），男，博士，教授级高级工程师，现主要从事地质勘查工作中物化遥的应用研究工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail//syszhongren@cgs.cn