曾 杰，鄧耀輝，呂天江

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 物化探總隊(duì)，貴州 都勻 558000;2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 七總隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550005;3.貴州省地礦局 物化探院，貴州 貴陽(yáng) 550018)

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強(qiáng)剩磁地區(qū)磁法勘探應(yīng)用研究

曾 杰1，鄧耀輝2，呂天江3

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 物化探總隊(duì)，貴州 都勻 558000;2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 七總隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550005;3.貴州省地礦局 物化探院，貴州 貴陽(yáng) 550018)

在剩磁較強(qiáng)的工區(qū)中采集的野外磁測(cè)數(shù)據(jù)包含了顯著的剩磁效應(yīng)，不僅影響了總磁化強(qiáng)度的大小，也影響了其方向。如果在剩余磁化效應(yīng)比較強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行磁測(cè)工作時(shí)不考慮剩余磁化強(qiáng)度的影響，會(huì)對(duì)資料的處理解釋結(jié)果造成較大的影響。為證明此觀點(diǎn)，本文通過(guò)模型試驗(yàn)計(jì)算，分析了剩余磁化效應(yīng)對(duì)于磁異常曲線和平面等值線圖的影響，得出了隨著剩余磁化強(qiáng)度的增大，磁異常曲線畸變變?cè)酱蟮慕Y(jié)果。此時(shí)在沒(méi)有確定工區(qū)總場(chǎng)大小和方向的情況下，不宜采用化極方法處理數(shù)據(jù)。

剩磁效應(yīng)；化極；磁化傾角

1 引 言

剩余磁化強(qiáng)度指巖石在成巖過(guò)程中獲得的天然剩余磁化強(qiáng)度，它是巖石磁性的重要的一個(gè)組成部分[1]。一般情況下在實(shí)際的高精度磁測(cè)資料的處理過(guò)程中，人們常常認(rèn)為磁性體的剩余磁化強(qiáng)度很小，已經(jīng)到了可以忽略不計(jì)的程度。以上的假設(shè)在磁性體剩磁強(qiáng)度不大的情況下是合理的，但當(dāng)剩余磁化強(qiáng)度逐漸變大時(shí)，對(duì)磁測(cè)資料的處理結(jié)果的影響會(huì)變得越來(lái)越顯著，尤其對(duì)于化極效果的影響更加大[2]。地質(zhì)體在內(nèi)部剩余磁化效應(yīng)的影響下，巖礦體感磁強(qiáng)度的大小和方向都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，在剖面高精度磁測(cè)中，直接使剖面的磁測(cè)曲線形態(tài)發(fā)生明顯的畸變。

2 剩余磁化效應(yīng)的影響分析

2.1 剩余磁化效應(yīng)的概念

物體內(nèi)的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

B=μ0H+μ0κH=μ0(1+κ)H=μ0(H+M)

(1)

式中：μ=μ0(1+κ)；1+κ=μr；κ為磁物質(zhì)的磁化率；μ0為真空的磁導(dǎo)率；μ稱(chēng)為絕對(duì)磁導(dǎo)率；μr稱(chēng)為相對(duì)磁導(dǎo)率；磁感應(yīng)強(qiáng)度B在國(guó)際單位制(SI)中為特斯拉(T)[3]；H為外部磁場(chǎng)；M為總的磁化強(qiáng)度；Mi為感應(yīng)磁化強(qiáng)度；Mr為剩余磁化強(qiáng)度；T為地磁場(chǎng)總強(qiáng)度。

地殼上部的大部分巖(礦)石除了由現(xiàn)代地磁場(chǎng)感應(yīng)以后產(chǎn)生的感應(yīng)磁化強(qiáng)度Mi以外，還有剩余磁化強(qiáng)度Mr。巖石的剩余磁化強(qiáng)度與當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)無(wú)關(guān)，它是巖礦石在形成時(shí)，在一些特定的條件下，受當(dāng)時(shí)地磁場(chǎng)磁化后所保留下來(lái)的磁性。用M表示巖石總的磁化強(qiáng)度，它與巖石的感應(yīng)磁化強(qiáng)度Mi和剩余磁化強(qiáng)度Mr的關(guān)系可以表示為：

(2)

式中：Mr的方向與Mi的方向可能一致，也有可能方向不一致，有時(shí)甚至于和Mi的方向相反。

2.2 模型試驗(yàn)分析

針對(duì)表1所示相關(guān)模型參數(shù)，研究不同的剩余磁化強(qiáng)度對(duì)磁異常觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響大小。將球體的剩余磁化強(qiáng)度的大小依次設(shè)置為感應(yīng)磁化場(chǎng)強(qiáng)度大小的10%、50%、100%、200%，同不考慮剩余磁化強(qiáng)度情況下的ΔT異常曲線進(jìn)行比較和分析。側(cè)線方向設(shè)置為正北(即0°)。通過(guò)余弦定理計(jì)算感磁和剩磁合成的總磁場(chǎng)強(qiáng)度，通過(guò)正弦定理計(jì)算總磁場(chǎng)強(qiáng)度的傾角。計(jì)算結(jié)果示如圖1到圖4所示。

表1 模型試驗(yàn)參數(shù)

圖1 磁異常曲線(無(wú)剩磁)Fig.1 The magnetic anomaly curve (no residual magnetism)

圖2 磁異常曲線(剩磁占比50%)Fig.2 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 50%)

圖3 磁異常曲線(剩磁占比100%)Fig.3 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 100%)

圖4 磁異常曲線(剩磁占比200%)Fig.4 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 200%)

由圖1到圖4可以看出，隨著剩余磁化強(qiáng)度的不斷增大，磁異?？倛?chǎng)無(wú)論在大小還是方向上都受到影響，當(dāng)剩余磁化強(qiáng)度為感應(yīng)磁化場(chǎng)磁化強(qiáng)度的百分之一時(shí)，兩條曲線幾乎完全重合，考慮剩磁與否，都不影響計(jì)算結(jié)果[4]。當(dāng)剩余磁化強(qiáng)度達(dá)到感應(yīng)磁化場(chǎng)磁矩的百分之五十時(shí)，兩條曲線開(kāi)始出現(xiàn)顯著的不同，當(dāng)剩磁磁矩增加到和感應(yīng)磁化場(chǎng)強(qiáng)度相同時(shí)，剩磁效應(yīng)顯著。已經(jīng)成為影響磁異常的重要因素，在地質(zhì)解釋和推論時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)注意剩磁效應(yīng)的影響。由圖1到圖4變化的規(guī)律可以看出，隨著剩磁的增大，異常曲線逐漸向南移。剩余磁化效應(yīng)不僅使磁化強(qiáng)度大小發(fā)生改變，而且使磁化強(qiáng)度的方向也發(fā)了變化。變化情況如表2所示。

表2 剩余磁化強(qiáng)度對(duì)總磁化強(qiáng)度的影響

2.3 化極后的效果

對(duì)圖1和圖4的異常曲線進(jìn)行化極處理后，得到的結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，在剩余磁化效應(yīng)的影響下，總磁化傾角變成了135°，這時(shí)如果不考慮剩磁的影響，用45°進(jìn)行化極，磁異?；瘶O曲線就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的畸變。根據(jù)曲線形態(tài)可以看出，考慮剩磁情況下的化極曲線的負(fù)異常大大增大，這會(huì)影響到后面反演處理中對(duì)異常體產(chǎn)狀的計(jì)算。同時(shí)兩條曲線的極大值的大小的改變也比較大，在沒(méi)有剩磁的情況下，異常的最大值為15 nT左右，在剩磁的影響下，異常的最小值變?yōu)?25 nT，兩條曲線畸變嚴(yán)重，異常極值的位置也發(fā)生了偏移[5],這種變化對(duì)于計(jì)算磁性體的中心埋深會(huì)產(chǎn)生很大的影響。同時(shí)，從曲線的形態(tài)上來(lái)說(shuō)，當(dāng)沒(méi)有剩磁時(shí)，曲線是大體對(duì)稱(chēng)的，然而在剩磁效應(yīng)的影響下，曲線不對(duì)稱(chēng)了，在地質(zhì)解釋時(shí)，這會(huì)影響對(duì)地質(zhì)體產(chǎn)狀的判斷[6]。

圖5 剩余磁化效應(yīng)對(duì)異常曲線化極的影響Fig.5 The effect of residual magnetization on reduction to the pole of abnormal curve

3 剩磁影響下平面上磁異常的計(jì)算

模型參數(shù)見(jiàn)圖6和圖7及表3。

模型試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖8～圖11。

圖8是正常情況下模型磁異常的平面等值線圖，圖9、圖10和圖11是考慮剩磁情況下模型磁異常的平面等值線圖。

對(duì)比圖8、圖9、圖10和圖11，能夠看出，若不考慮剩磁效應(yīng)，磁異常存在很大的誤差。

從圖8可知，在沒(méi)有剩磁的情況下，正異常中心的坐標(biāo)為(500，400)，正異常最大值為1 200 nT。負(fù)異常位于北部，最小值為-450 nT。

從圖9可知，在剩磁為感磁的一半的情況下，正異常周?chē)樯素?fù)異常，正異常最大值的坐標(biāo)變?yōu)?500，450)，向正北方向偏移了大約50 m，正異常最大值為700 nT，北部的負(fù)異常區(qū)域減小。

從圖10可知，當(dāng)剩磁和感磁相等時(shí)，正最大值的坐標(biāo)變?yōu)?50，550)，向北東方向偏移了100 m，正異常最大值變?yōu)?50 nT。北部的負(fù)異常圈閉消失，在正異常南部形成了一個(gè)負(fù)異常圈閉，最小值為-200 nT。

圖6 模型平面示意圖Fig.6 The plane sketch of model

圖7 總磁場(chǎng)方向計(jì)算示意圖Fig.7 The schematic diagram of total magnetic field direction

模型體形狀正方體中心點(diǎn)x坐標(biāo)/m正方體中心點(diǎn)y坐標(biāo)/m正方體中心點(diǎn)z坐標(biāo)/m正方體中心點(diǎn)x方向長(zhǎng)度/m正方體中心點(diǎn)y方向長(zhǎng)度/m正方體中心點(diǎn)z方向長(zhǎng)度/m磁化強(qiáng)度/10-3A·m-1正方體5005001002002005010000

圖8 異常平面等值線Fig.8 The contour map of abnormal plane

圖9 平面等值線(剩磁50%)Fig.9 The contour map of plane (residual magnetism accounted for 50%)

圖10 平面等值線(剩磁100%)Fig.10 Contour map of plane(residual magnetism accounted for 100%)

圖11 平面等值線(剩磁200%)Fig.11 Contour map of plane (residual magnetism accounted for 200%)

從圖11可知，當(dāng)剩磁為感磁的兩倍時(shí)，在南部和北部產(chǎn)生了兩個(gè)正異常圈閉，已經(jīng)無(wú)法通過(guò)正異常的位置推斷磁性體的位置。中部產(chǎn)生一個(gè)異常值很大的負(fù)異常圈閉，最小值為-750 nT。從圖11中還可以得出，在剩磁時(shí)增加到地磁的兩倍時(shí)，在如圖9所示模型設(shè)置的剩磁和地磁的角度關(guān)系下計(jì)算出的的異常的負(fù)異常中心與模型體中心對(duì)應(yīng)較好，這一觀點(diǎn)可以指導(dǎo)人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中對(duì)異常的推斷。

表4為模型中不同剩磁強(qiáng)度對(duì)于總場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向的影響計(jì)算結(jié)果示意圖。

因此，在磁法數(shù)據(jù)的處理和解釋推斷的過(guò)程中[7]，需要重點(diǎn)考慮當(dāng)?shù)氐膸r石的剩余磁化強(qiáng)度，如果剩磁過(guò)大，通過(guò)實(shí)測(cè)異常推斷解釋磁性體構(gòu)造特征時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤差，這在實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)踐中必須加以注意。若條件許可，應(yīng)采集定向標(biāo)本，測(cè)定剩余磁化強(qiáng)度的大小及其方向，然后確定總磁化強(qiáng)度的大小及其方向，這樣就可以對(duì)磁測(cè)異常做出符合實(shí)際地質(zhì)條件和客觀規(guī)律的判斷[8]。

表4 不同剩磁強(qiáng)度下總磁場(chǎng)大小及方向示意

將圖8～圖11經(jīng)過(guò)化極處理后，得到相應(yīng)的圖12～圖15。

如圖12所示，在沒(méi)有剩磁的情況下，化極后磁性體(北側(cè)比較明顯的)負(fù)異常消失，只有周?chē)鷮?duì)稱(chēng)分布微弱負(fù)異常；化極后異常中心坐標(biāo)(500，500)和模型體中心坐標(biāo)(500，500)對(duì)應(yīng)很好，正異常最大值為1 200 nT。

如圖13所示，當(dāng)剩磁強(qiáng)度為感磁的50%時(shí)，正異常中心向南偏移， 坐標(biāo)為(500，450)，與所建立模型體的坐標(biāo)(500，500)誤差50 m。正異常最大值為950 nT。

圖12 正演異常化極Fig.12 Abnormal reduction to the pole of forward modeling

圖13 正演異?；瘶O(剩磁50%)Fig.13 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 50%)

圖14 正演異?；瘶O(剩磁100%)Fig.14 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 100%)

圖15 正演異?；瘶O(剩磁200%)Fig.15 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 200%)

如圖14所示，當(dāng)剩磁強(qiáng)度和感磁強(qiáng)度相等時(shí)，化極后正異常中心位置坐標(biāo)為(500，650)，與模型體中心坐標(biāo)(500，500)相比，向北偏移了150 m。正異常最大值變?yōu)?50 nT。

如圖15所示，當(dāng)剩磁強(qiáng)度為感磁強(qiáng)度的兩倍時(shí)，化極后正異常中心坐標(biāo)為(500，370)，與模型體中心坐標(biāo)(500，500)相比，向南偏移了130 m。

綜上所述，在剩余磁化強(qiáng)度較強(qiáng)的地區(qū)，重點(diǎn)要對(duì)工區(qū)的巖性進(jìn)行比較細(xì)致的研究，摸清當(dāng)?shù)馗鞣N巖石、礦石的剩余磁化強(qiáng)度，然后就結(jié)合磁法野外實(shí)測(cè)資料、地質(zhì)情況對(duì)目標(biāo)地質(zhì)體的情況進(jìn)行分析，以期得到較好的處理和解釋的效果。在沒(méi)有摸清楚區(qū)域巖礦石剩余磁化強(qiáng)度的情況下，盲目地使用化極方法，可能會(huì)取得較差的效果。在弄清剩磁對(duì)地質(zhì)體磁化傾角影響的程度后，對(duì)原來(lái)假定的傾角進(jìn)行修正后，才可以使用化極方法。

4 實(shí)際資料驗(yàn)證

我國(guó)大多數(shù)地區(qū)屬于中緯度地區(qū)，所以觀測(cè)到的異常普遍受到斜磁化作用的影響[9]，使得平面實(shí)測(cè)磁異常等值線圖形態(tài)特征變得比較復(fù)雜，把斜磁化的磁異常通過(guò)數(shù)值計(jì)算換算到垂直方向上可以使磁異常特征變得簡(jiǎn)單，便于人們推斷解釋[10]。

如圖16和圖17所示，實(shí)測(cè)資料的經(jīng)過(guò)化極處理后，異常形態(tài)發(fā)生了較大的畸變，圖中西南部分正負(fù)異常的位置發(fā)生了倒轉(zhuǎn)，這在實(shí)際的資料解釋中，會(huì)令解釋推斷地質(zhì)體的產(chǎn)狀發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致和實(shí)際地質(zhì)情況完全相反的推斷結(jié)果。綜合本文圖12～圖15的模型試驗(yàn)結(jié)果可以得到如下判斷：在強(qiáng)剩磁的情況下，由于區(qū)內(nèi)各種巖性區(qū)域受到的剩磁影響的大小和方向均不盡相同，如果在這時(shí)對(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行化極處理，得到的結(jié)果和實(shí)際情況偏差較大[11]。

圖16 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的圓滑F(xiàn)ig.16 Smooth of the measured data

圖17 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)化極Fig.17 Reduction to the pole of the measured data

5 結(jié) 論

1)通過(guò)對(duì)剩磁條件下正演剖面曲線和模型平面等值線圖的結(jié)果分析，得出隨著剩磁的增大，異常的曲線圖和模型等值線圖都產(chǎn)生了一定的誤差，化極后這些誤差會(huì)被大大地放大，從而推斷在強(qiáng)磁性地區(qū)磁測(cè)工作中，當(dāng)沒(méi)有對(duì)工區(qū)的物性資料有充分的認(rèn)識(shí)和研究，對(duì)工區(qū)的總磁場(chǎng)方向不確定時(shí)不宜采用化極手段的結(jié)論。如果能測(cè)定剩磁的大小與方向，用合成后的總磁化強(qiáng)度大小與方向化極，才能夠得出正確的化極結(jié)果。

2)通過(guò)對(duì)工區(qū)磁測(cè)資料的處理，發(fā)現(xiàn)剩余磁化效應(yīng)對(duì)化極處理的影響較大，導(dǎo)致了化極后異常的正負(fù)區(qū)域倒轉(zhuǎn)，對(duì)后期解釋產(chǎn)生極為不利的影響。原因是化極實(shí)質(zhì)上是把磁性體的磁化強(qiáng)度從斜磁化方向化為垂直磁化方向，而剩磁對(duì)總磁化場(chǎng)的方向影響較大，故產(chǎn)生較大誤差。

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The Application of Magnetic Prospecting to Strong Remanence Area

Zeng Jie1,Deng Yaohui2,Lü Tianjiang3

(1.TheHeadTroopofGeophysicalandGeochemical,GuizhouGeologicalExplorationBureauforNonferrousMetalsandNuclearIndustry,DuyunGuizhou558000 ,China;2.TheSeventhTroop,GuiZhouGeologicalExplorationBureauforNonferrousMetalsandNuclearIndustry,GuiyangGuizhou550005,China;3.TheGeophysicalandGeochemicalInstitute,GuizhouGeologyandMineralBureau,GuiyangGuizhoun550018,China)

In the work area of strong remanent magnetism field,magnetic survey data collected in the field contain significant residual magnetism effect,which not only affects the size of the total magnetization,but also affects its direction. If we don't consider the effect of remanent magnetization,when we make magnetic survey work in the field that the remanent magnetization is stronger,it will have larger influence on the results of data processing and interpretation. To prove this point of view,this paper,through model test calculation,analyzes the influence of the residual magnetization effect on magnetic anomaly curve and plane contour map,and gets a result that the distortion of magnetic anomaly curve will get larger with the increment of remanent magnetization. At this time,in the case of not confirming the size and direction of work area,we should not adopt the method of reduction to the pole to process data.

residual magnetism effect; reduction to the pole; magnetization obliquity

1672—7940(2016)06—0758—07

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.06.012

曾 杰(1987-)，男，助理工程師，學(xué)士，主要研究方向?yàn)榈V產(chǎn)地球物理。E-mail：294102526@qq.com

P631.2

A

2016-08-13