首鋼秘魯馬爾科納鐵礦區(qū)磁異常的數(shù)據(jù)處理

李文成

（首鋼地質勘查院地質研究所，北京 100144）

0 引言

磁法勘測是大地構造研究和礦產資源勘探的主要技術方法之一，而總強度異常ΔT（沿地磁場方向觀測的ΔT＝T－T0，式中T0為正常地磁場的模量，T為觀測點地磁場強度的模量）又是目前使用最為廣泛的基礎磁異常數(shù)據(jù)之一。

通常我們測量的ΔT異常是地質體產生的磁異常沿地磁場方向投影的標量異常。受斜磁化的影響，磁性體引起的ΔT異常中心在空間位置上常偏離磁性體上方，為方便磁測資料解釋，以及更直觀地反映磁性地質體空間位置及形態(tài)等信息，磁異?；瘶O就顯得十分必要。

首鋼秘魯馬爾科納鐵礦位于南半球低緯度地區(qū)，1999年由首鋼總公司購得。礦權歸屬美國公司時，1957年美國HYCON公司曾進行過199 km2的1∶10 000航磁測量；后來礦權被秘魯政府收為國有。隨著美國公司的離去，技術資料幾乎全被帶走，只存有礦區(qū)航磁圖1張。首鋼收購該鐵礦礦權后，并未投入大范圍的鐵礦普查工作，但隨著近年來鐵礦石價格的不斷上漲，在礦權區(qū)內進行資源地質勘查工作已被提上日程。

利用收集到的礦權區(qū)范圍的航磁資料指導鐵、銅礦資源的普查工作，以最少的投入獲得效益的最大化是我們需要研究的重要課題。秘魯?shù)暮酱女惓D與中、高緯度地區(qū)航磁異常圖有很大差別，以往國內的工作經(jīng)驗很難直接借鑒。本文將對首鋼秘魯馬爾科納礦權區(qū)磁異常的轉換處理方法進行探討，使異常的解釋趨于簡單化，最大限度地發(fā)揮已有資料的利用價值。

1 常規(guī)化極

化極，即將磁異常ΔT或ΔZ轉換為磁性體處于磁極位置的磁異常（此時地磁場方向垂直向下，當磁性體不存在剩磁和退磁效應時，磁化方向亦垂直向下）。此時的磁異常與磁性體的空間關系對應，用磁異常確定礦體的邊界非常容易，是最易于處理、解釋的一種轉換。但是由于轉換方法和磁測數(shù)據(jù)等方面的原因，常常會影響化極的效果，有時甚至會產生嚴重的畸變，使得異常更加難于解釋。原因有二：其一，頻率域位場轉換中進行傅立葉變換要求被積函數(shù)是連續(xù)的，且積分上下限為正負無窮，而通常我們所獲得的磁異常數(shù)據(jù)總是離散的，且測區(qū)也總是有限的范圍，因此轉換中容易產生假頻而引起高頻振蕩，同時吉布斯效應也引起邊部畸變；其二，磁異?；瘶O需要知道地磁場方向和磁性體的磁化方向，一般來說，磁性體磁化方向是很難確定的，化極時通常假定磁化方向與地磁場方向一致，但是由于剩磁的存在和磁性體退磁作用的影響，磁性體的磁化方向與地磁場方向幾乎總是不一致，致使化極結果出現(xiàn)畸變。

數(shù)據(jù)的離散性、有限性和磁化方向不準是影響化極結果的兩個主要原因，但在處理過程中，采用一定的技術手段，遵循一定的準則，結果還是可以接受的［1］。

2 常用的低緯度化極方法

低緯度地區(qū)的磁測數(shù)據(jù)處理、解釋是很困難的。在低緯度地區(qū)，磁性體處于地球磁場的低值區(qū)和以水平磁化為主的斜磁化條件下，磁性體所引起的ΔT異常以負異常為主，多數(shù)伴有2個較弱的正異常；當磁性體剩磁較大，且磁化方向明顯與地磁場方向不一致，或磁性體形態(tài)特殊時，還會伴生多個負異常及正異常。為了簡化磁異常需進行化極處理，但化極因子屬于放大性一類轉換因子，緯度越低，其放大作用越強，在磁赤道處，放大作用達到極點。

將常規(guī)化極運算應用于低緯度地區(qū)，得到的結果會有較大的誤差，異常走向也會發(fā)生變化。因此在低緯度地區(qū)進行化極運算，必須進行特定的處理以壓制干擾和畸變，但數(shù)據(jù)處理時賦值復雜，有時的計算量很大，很難取得滿意的效果。

2.1 低緯度區(qū)化極的不穩(wěn)定因素［2］

設頻率域磁化方向轉換的算子為：

令μ＝rcomθ，ν＝rsinθ，，將直角坐標化為極坐標。假設剩余磁性可以忽略，即轉換前的磁場方向與磁化方向一致，轉換后的磁場分量方向也與磁化方向一致，則有

如地磁場、磁化強度方向一致，則g0＝g1；當進行化極時，I2＝I3＝90°，所以有g2＝g3＝r，在赤道附近時，I0＝0°，假設D＝0°；則有

當θ＝±90°時，H0（γ，θ）→∞，計算結果很不穩(wěn)定，化極因子的放大作用造成化極結果沿磁偏角方向D（D＝0°）表現(xiàn)為條帶狀，為此需要對化極因子進行改造。

2.2 壓制因子法［3］

為了壓制θ0＝D±90°附近的過度放大效應，可設計一個壓制因子F（γ，θ），該因子的特征是在D± 90°附近趨于0，一定范圍以外等于1，形式如下：

∣θ－θ0∣≥α0時，F(xiàn)（γ，θ）＝1

∣θ－θ0∣＜α0時，F(xiàn)（γ，θ）

式中，I0為地磁場方向傾角；Iα為低緯度特征角，表示I0小于該角度就采取低緯度的措施；α＝θ－θ0；θ0＝D±90°；α0為一個較小的角度。

2.3 阻尼因子法［4］

同樣，為改善低緯度地區(qū)化極時，化極因子分母趨于0而產生過度放大的情況，將化極因子的分母加一個很小的值，則化極因子變?yōu)橐粋€有效值，這個附加值起到了阻尼的作用。阻尼因子形式如下：

式中，D為一個很小的量（如0.01等）；化極因子轉變?yōu)?/p>

這樣，在緯度較低的時候進行化極就能較為有效地壓制沿磁偏角方向D條帶狀拉伸，取得較為滿意的化極結果。

2.4 雙曲正（余）弦函數(shù)法［5］

通過給化極因子的分母加上一個校正函數(shù)，使該函數(shù)沿經(jīng)向增強而且與轉換后的磁化方向有關。這一函數(shù)的加入既可壓制高頻干擾，又可改善分母接近0時的不穩(wěn)定性，根據(jù)這一思想，采用雙曲函數(shù)構建校正函數(shù)。

雙曲正弦函數(shù)：

雙曲余弦函數(shù)：。

式中，q＝i（μl＋νm）＋n

3 化赤

化赤與化極一樣，同樣屬于磁異常不同磁化方向之間的轉換處理，化赤為化到磁赤道處。也就是將磁性體所在地區(qū)磁化方向的異常轉換成磁赤道地區(qū)的磁化方向異常，與化極運算一樣，化赤運算也是不穩(wěn)定的。

由前述可知，頻率域磁化方向轉換的算子為當進行化赤運算時，I2＝0°，所以有

由上述2式可知：

（1）由于該算子中含有虛部，表明它是個不平衡算子，在化赤運算時，將使原來的異常形態(tài)和位置發(fā)生較大的改變。

（2）在低緯度區(qū)，I0接近0°，D0也接近D2，當取D0＝D2時，上式是穩(wěn)定的，做化赤運算時，可得到控制并獲取較好的效果。

（3）在高緯度地區(qū)，因I0接近90°，化赤運算時I2＝0°，只有（θ－D2）等于或接近90°時，上式的分子出現(xiàn)0的情況才不穩(wěn)定。

通過上述分析可知，如果不采取改善措施，在低緯度地區(qū)不宜進行化極運算，而化赤運算則大多數(shù)情況下都是可靠的［2］。

南半球低緯度地區(qū)磁異常的處理

鑒于南半球低緯度地區(qū)的工作經(jīng)驗幾近沒有，所見航磁資料甚少，對其異常的認識、異常轉換處理方法更是鮮見，為配合國外礦產資源風險勘查工作，急需從理論到實踐予以解決，為此進行了多種方法的轉換處理嘗試。

4.1 磁異常間的關系

已知磁性體產生的總異常ΔT與其水平分量Ha和垂直分量Za的關系為

ΔT＝ZasinI0＋HaxcosI0sinA＋HaycosI0cosA

對于二度磁性體，當剖面方向與ox軸重合，磁性體走向與oy軸重合時

ΔT＝ZasinI0＋HacosI0sinA

式中，I0為地磁場傾角，A為oy軸的磁方位角，當I0＝0°，A＝90°時，可以得到

ΔT（0°）＝Ha（0°）

由此可以看出ΔT在靠近磁赤道帶的低緯度地區(qū)，以Ha分量為主，ΔT表現(xiàn)為以負異常為主的特征。

對于二度磁性體，如厚板狀體、薄板狀體、水平圓柱體、極線體及三度體等，由磁位U可以推導出任意磁化方向Ha，Za的關系式：

Za＝Ha（90°）cosI0sinA’＋Za（90°）sinI0

Ha＝Ha（90°）sinI0＋Za（90°）cosI0cosA’

ΔT＝Ha（90°）2cosI0sinI0cosA’＋

Za（90°）（sin2I0－cos2I0cos2A’）

式中，Ha（90°），Za（90°）分別為垂直磁化時總異常的水平分量和垂直分量；A’為剖面方向與磁北的夾角。

若I0＝0°，A’＝0°時，則有

Za（0°）＝Ha（0°）

Ha（0°）＝－Za（0°）

ΔTa（0°）＝－Za（0°）

若I0＝90°，A’＝90°時，則有：

Za（0°）＝Za（0°）

Ha（0°）＝Ha（0°）

ΔTa（0°）＝Za（0°）

由此可以得出：ΔTa（0°）＝－ΔTa（0°）

非二度的球體也適用于上式，對于其他非二度磁性體，在航空磁測遠離磁性體條件下，宏觀上均可視為球型磁性體異常。由此可得出，若將低緯度地區(qū)的ΔT異常進行化赤處理后，再倒相180°，使其變成垂直磁化的異常，即可采用以往比較熟悉的垂直磁化ΔT異常解釋方法進行解釋。在緯度較低的區(qū)域，可以直接對原始異常進行倒相處理，定性地進行分析［2］。

4.2 秘魯馬爾科納胡斯塔銅礦區(qū)地磁異常處理

從收集到的航磁圖來看，其圖件呈現(xiàn)的只是未經(jīng)處理、改正的磁場總強度圖（圖1），如進行異常轉換處理，尚需對航磁異常圖進行數(shù)字化，工作量較大。為研究評估各方法異常轉換處理的效果，選擇了馬爾科納地區(qū)收集到的約10 km2（胡斯塔銅礦區(qū)）的實測地磁總場T數(shù)據(jù)，利用軟件進行了常規(guī)化極、化赤等的多重轉換處理，并對照胡斯塔銅礦區(qū)已有的地質、重力等資料，確認對本區(qū)地磁異常數(shù)據(jù)在經(jīng)過化赤及180°倒相后，可使異常解釋簡單化，正異常與磁性體空間關系對應，基本上可以采用ΔT異常的方法解譯該區(qū)地磁異常。

胡斯塔銅礦區(qū)地磁異常分布表現(xiàn)為上部為低值負異常，中間部位為高值負異常，緊貼高值負異常為正異常，再往下逐漸過渡為負異常。數(shù)據(jù)處理時，選用磁參數(shù)T0＝25 420 n T，I＝－4.39°，D＝0.08°，對比原始觀測數(shù)據(jù)（圖2）及化赤數(shù)據(jù)（圖3），二者異常形態(tài)上一致，說明該地磁性體以水平磁化為主，異常表現(xiàn)為水平異常特征。

而當采用常規(guī)化極的方法處理地磁數(shù)據(jù)時，則使得化極結果非常差，異常條帶狀明顯（圖4），異常產生畸變。

對原始異常直接倒相180°與化赤后倒相180°結果相近（圖5），簡化處理數(shù)據(jù)時可直接應用此方法。

對于本區(qū)大范圍航磁異常圖的處理，可先期進行數(shù)字化，分帶采用如上的方法進行轉換處理，應能取得很好的轉換效果，達到充分、合理利用已有資料的目的。

圖1 秘魯馬爾科納鐵礦區(qū)航磁異常Fig.1 Aeromagnetic anomaly in Shougang Hierro Peru Marcona iron deposit

圖2 原始地磁異常Fig.2 The original geomagnetic anomaly

圖3 地磁異?；郌ig.3 Procession of geomagnetic anomaly by reducing to equator technique

圖4 原始地磁化極Fig.4 Procession of the original geomagnetic anomaly by reducing to pole technique

圖5 化赤倒相180°Fig.5 180°overturn reducing to equator procession

5 剩磁及退磁問題

以上化極及化赤處理方法，都假設了一個前提條件，即不考慮剩磁的影響。一般情況下，剩磁通?？梢院雎圆挥嫞谝恍┦４藕軓姷牡貐^(qū)，即使應用低緯度化極（包括化赤）技術，也很難獲得理想的效果。

因礦體磁化及形態(tài)特征等數(shù)據(jù)無法獲得，數(shù)據(jù)處理過程中同樣也沒有考慮磁性體的退磁效應。

6 結論

對于本區(qū)大范圍的航磁異常，通過小范圍的地磁數(shù)據(jù)轉換處理試驗，得出的結論是：在不考慮剩磁、磁性體形體退磁作用的情況下，可以采用化赤后180°倒相的轉換處理，使得異常簡化，正異常與磁性體空間關系上下基本對應，便于應用原已掌握的北半球中、高緯度區(qū)磁異常規(guī)律進行解釋；待條件成熟時，可適時開展磁參數(shù)工作，以更好地對磁異常特征進行分析，也有助于異常的剖面反演，指導鉆探施工。

［1］ 趙百民，郝天珧，徐亞.低緯度磁異常的轉換與處理［J］.地球物理學進展，2009（1）：124-130.

［2］ 方迎堯，張培琴，劉浩軍.低磁緯度地區(qū)ΔT異常解釋的途徑與方法［J］.物探與化探，2006，30（1）：48-54.

［3］ 姚長利，管志寧，高德章，等.低緯度磁異?；瘶O方法——壓制因子法［J］.地球物理學報，2003，46（5）：690-696.

［4］ 姚長利，黃衛(wèi)寧，張聿文，等.直接阻尼法低緯度磁異?；瘶O技術［J］.石油地球物理勘探，2004，39（5）：600-606.

［5］ 張培琴，趙群友.低磁緯度區(qū)航磁異常變傾角磁化方向轉換方法［J］.物探化探計算技術，1996，18（3）：206-214.