航空磁測數(shù)據(jù)常用轉(zhuǎn)換處理方法

田 亮，李亞南

（中國冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院，河北 保定 071051）

航空物探測量所得到的數(shù)據(jù)是地下所有地質(zhì)體的綜合反映，△T 原始數(shù)據(jù)是由各種不同空間位置、不同形態(tài)的磁性地質(zhì)體磁場信息綜合疊加反映的結(jié)果。為了更好提取有用的磁場信息，提高磁異常解釋地質(zhì)效果，根據(jù)研究區(qū)域航磁異常和地質(zhì)特點(diǎn)及地質(zhì)解釋的需要，使用地球物理專業(yè)軟件，做平面數(shù)據(jù)處理，已達(dá)到解決不同的地質(zhì)問題的效果。常用的航磁△T 測量原始數(shù)據(jù)處理方法有原觀測面化極、上延、剩余異常提取、垂向和水平方向一階導(dǎo)數(shù)、解析信號等幾種位場轉(zhuǎn)換處理[1]。下面以北半球中緯度某區(qū)域?yàn)槔M(jìn)行闡述。

1 航磁△T化極處理

本區(qū)處于北半球中高緯度地區(qū)，由于傾斜磁化的影響，可能造成磁異常正值范圍不是正好對應(yīng)磁性地質(zhì)體的正上方，而是相對于磁性地質(zhì)體位置向南產(chǎn)生一定的偏移，這給磁性地質(zhì)體的地面位置、形態(tài)及范圍的確定均帶來一定影響。為了消除傾斜磁化對異常造成的影響，將實(shí)測的斜磁化△T 化到垂直磁化的垂直分量磁異常，簡稱化極，這樣磁異常與場源的空間位置關(guān)系更為直觀，有利于準(zhǔn)確的確定異常場源的位置[2]，提高異常源的定位精度。

研究區(qū)內(nèi)地磁參考場采用2017 年10 月1 日、東經(jīng)118°45′00″北緯30°40′00″、海拔高度500m 計(jì)算的正常地磁要素（IGRF）：

地磁場傾角I0=46.7°；

地磁偏角D0=-5.3°；

地磁正常場強(qiáng)度T0=49093.82nT。

從項(xiàng)目組野外標(biāo)本物性測量結(jié)果看，區(qū)內(nèi)巖石磁性多數(shù)以感磁為主，剩磁普遍較小。經(jīng)化極處理后，將研究區(qū)航磁△T 化極磁場數(shù)據(jù)與原始△T 測量磁場數(shù)據(jù)對比，可以看出，全區(qū)磁場形態(tài)發(fā)生顯著變化，由于消除了斜磁化的影響，化極圖上正磁異常強(qiáng)度明顯增加而面積變大，正異常中心位置都不同程度的向北偏移，大部分異常的形態(tài)和分布范圍與出露的地質(zhì)體，邊界和走向更加吻合[3]，尤其中酸性侵入巖體較為明顯。另外，經(jīng)過化極處理后，可以消除部分正負(fù)伴生異常中的負(fù)異常。

2 航磁△T化極上延處理

磁場向上延拓是將原觀測面看成平面，將原觀測面看上的實(shí)測磁場值換算到實(shí)測面之上的另一個平面上的磁場值。根據(jù)上延的相關(guān)理論，增加不同上延的高度，磁性體引起的異常幅度是按照距離的冪次方衰減，其中體積小、埋深淺的磁高頻異常成份衰減最快，然而磁性地質(zhì)體引起的體積大、埋藏深的低頻異常成份衰減的較慢。由此可見，我們采用化極后上延的方法，可以達(dá)到壓制磁性地質(zhì)體引起的小規(guī)模、淺部異常的疊加影響，從而更加突出深部的、大規(guī)模的地質(zhì)體引起的異常。

我們所做的上延處理，都是在先經(jīng)過化極處理后轉(zhuǎn)換的，一般會根據(jù)具體情況選擇不同高度的上延處理，此次研究區(qū)選取了0.5km、1km、2km 和5km 四個不同高度的觀測面，由此編制的上延磁場圖可以清晰的反映出各類磁性地質(zhì)體在不同觀測面的磁場變化規(guī)律，定性的反映了磁性地質(zhì)體的體積大小及延深等特征。同一磁性地質(zhì)體在不同上延高度磁場圖中的磁場變化規(guī)律，是地質(zhì)解釋的重要依據(jù)。

通過上延磁場數(shù)據(jù)與原觀測面△T 磁場數(shù)據(jù)對比，不難看出，上延處理后的航磁數(shù)據(jù)明顯消除了淺層局部異常的干擾，更加突出了不同深度的區(qū)域場信息。向上延拓0.5km 的磁場數(shù)據(jù)，地表高頻異常受到相當(dāng)程度的壓制，深源及有一定延深的地質(zhì)體更加突出；向上延拓1km、2km 磁場數(shù)據(jù)上，磁場形態(tài)整體變化不大，規(guī)模小且有一定延深的磁性體異常衰減很快，能夠反映出區(qū)域磁場的特征[4]；向上延拓5km 后，與上延1km、2km 磁場數(shù)據(jù)比變化不大，區(qū)域磁場特征反映更為明顯。因此，利用上延數(shù)據(jù)可以更好的判斷磁性地質(zhì)體的規(guī)模、延深，圈定火成巖體等，同時為劃分不同級次的斷裂構(gòu)造提供了依據(jù)。

3 航磁△T剩余異常處理

航磁剩余異常提取使用空間域非線性曲率濾波法，其基本原理是通過空間域非線性濾波算法獲得剖面位場的趨勢異常，再將原始磁場減去趨勢異常得到異常，即所求的剩余異常。研究區(qū)處理使用濾波異常半寬度3km，對剩余異常進(jìn)行提取。從航磁△T 剩余異常圖件上可發(fā)現(xiàn)，明顯的消除了背景場的影響，局部異常的形態(tài)更加完整清晰，突出了湮沒在背景磁場中的弱小異常。另外，可配合其它航磁數(shù)據(jù)處理方法，可有效的應(yīng)用于定局部異常范圍、劃分磁性巖體的邊界、劃分?jǐn)嗔训裙ぷ鳌?/p>

4 △T數(shù)據(jù)求垂向和水平一階導(dǎo)數(shù)

航磁△T 數(shù)據(jù)求垂向一階導(dǎo)數(shù)，首先與向上延拓處理方法一樣，也要先進(jìn)行化極處理[5]，然后求磁場沿垂向一次變化率的數(shù)據(jù)。垂向一階導(dǎo)數(shù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理方法，實(shí)際上相當(dāng)于對數(shù)據(jù)進(jìn)行了一次高通濾波，這種處理方法的意義與向上延拓正好相反，它有壓制低頻成份、突出高頻成份的作用，其主要目的是壓制大規(guī)模、深層區(qū)域背景場，更加凸顯出小規(guī)模、淺層的局部異常。

從處理結(jié)果來看，局部異常圈閉明顯增多，一些異常與出露巖體、火山巖邊界更加吻合，淹沒在區(qū)域磁場中的局部異常得到明顯的反映。因此，在成果解釋中，根據(jù)這一特點(diǎn)，在圈定局部異常范圍、劃分磁性體的邊界、劃分次級斷裂等工作中[6]，亦可以采用此方法，達(dá)到更好解釋地質(zhì)問題的目的。

水平一階導(dǎo)數(shù)的數(shù)據(jù)處理方法，同樣是在化極的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，實(shí)際就是求磁場沿某水平方向一階變化率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理。它側(cè)重于淺層近地表地質(zhì)體的磁效應(yīng)而壓制深層區(qū)域背景場的影響。

從處理結(jié)果來看，不同方向的水平一階導(dǎo)數(shù)對于垂直于該方向的構(gòu)造線走向具有很好的識別效果因此，在磁場解釋中，根據(jù)這一特點(diǎn)，在劃分磁性體的淺部邊界、劃分次級斷裂等有充分的應(yīng)用。

5 解析信號處理

解析信號處理又稱為總梯度模處理。由于磁性體的磁化強(qiáng)度方向受剩磁、退磁的影響，磁性體存在多個不同的有效磁化強(qiáng)度方向，然而我們采用了同一參數(shù)進(jìn)行化極，就會出現(xiàn)化極后，個別磁性體仍然不是垂直磁化或者原本為垂直磁化經(jīng)過化極后反而變成斜磁化，這在實(shí)際工作中造成化極的結(jié)果往往不十分理想。國內(nèi)外學(xué)者已從理論上證明二度體的總梯度模不受磁化方向的影響，對于三度體而言受磁化方向影響最小。具有一定水平尺度的磁性體，極大值與磁性體淺部邊界有較好邊界有較好的對應(yīng)關(guān)系，具有較強(qiáng)的分辨疊加異常的能力，且不受正常場選擇不準(zhǔn)的影響和具有較強(qiáng)的水平分辨能力。

總梯度模計(jì)算公式：

對于解析信號的處理方法，更適合于識別單一邊界地質(zhì)體的邊緣位置；對于多邊界地質(zhì)體，當(dāng)?shù)刭|(zhì)體埋深較淺時，位場解析信號振幅適合于識別地質(zhì)體的邊緣位置，但當(dāng)其埋深較大時，位場解析信號振幅不適合于識別地質(zhì)體的邊緣位置，但適合于識別地質(zhì)體的“中心位置”[7]。也就是說，磁性體的中心總在總梯度模的高值范圍內(nèi)。所以，用化極后梯度?？梢源笾氯Χù判詭r體邊界。

6 反距離加權(quán)插值處理

反距離加權(quán)插值法，是指距離倒數(shù)乘方格網(wǎng)化方法是一個加權(quán)平均插值法，可以進(jìn)行確切的或者圓滑的方式插值。方次參數(shù)控制著權(quán)系數(shù)如何隨著離開一個格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)距離的增加而下降。對于一個較大的方次，較近的數(shù)據(jù)點(diǎn)被給定一個較高的權(quán)重份額，對于一個較小的方次，權(quán)重比較均勻地分配給各數(shù)據(jù)點(diǎn)。它的基本原理是設(shè)平面上分布一系列離散點(diǎn)，已知其位置坐標(biāo)和屬性值，P（x，y）為任一網(wǎng)格點(diǎn)，根據(jù)周圍離散點(diǎn)的屬性值，通過距離加權(quán)插值求P 點(diǎn)屬性值。

研究區(qū)內(nèi)有多條高壓線，直流輸電線路產(chǎn)生的最大超2500nT 的干擾異常以及局部約1Hz 工頻磁場干擾異常。由于不同高壓線電壓的差異以及高壓線與磁探頭距離的遠(yuǎn)近不同，高壓線所產(chǎn)生的航磁異常大小也不同，通常高壓線造成了航磁ΔT異常突變，所產(chǎn)生的航磁異常在±100nT 之間，部分異常值在±500nT 之間，個別極值±2500nT，異常形態(tài)明顯，呈現(xiàn)出尖峰干擾，走向與高壓線走向一致。在航磁ΔT 轉(zhuǎn)換處理中，對測區(qū)明顯由高壓線引起的高頻干擾異常，進(jìn)行了剔除并采用反距離加權(quán)法進(jìn)行插值（見下圖）。

7 結(jié)論

航磁△T 測量數(shù)據(jù)反映的是不同深度、不同形態(tài)、不同規(guī)模磁性體的磁場信息，是在觀測面的綜合反映[8]。根據(jù)不同地質(zhì)解釋工作的需要，更好提取有用的磁場信息，通過利用不同的航磁數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理方法，可以提高對航磁異常辨別能力，進(jìn)而得到更多有用信息，為地質(zhì)解釋工作提供更科學(xué)、更有力的保證。