强剩磁地区磁法勘探应用研究

曾 杰，邓耀辉，吕天江

(1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局 物化探总队，贵州 都匀 558000;2.贵州省有色金属和核工业地质勘查局 七总队，贵州 贵阳 550005;3.贵州省地矿局 物化探院，贵州 贵阳 550018)



强剩磁地区磁法勘探应用研究

曾 杰1，邓耀辉2，吕天江3

(1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局 物化探总队，贵州 都匀 558000;2.贵州省有色金属和核工业地质勘查局 七总队，贵州 贵阳 550005;3.贵州省地矿局 物化探院，贵州 贵阳 550018)

在剩磁较强的工区中采集的野外磁测数据包含了显著的剩磁效应，不仅影响了总磁化强度的大小，也影响了其方向。如果在剩余磁化效应比较强的区域进行磁测工作时不考虑剩余磁化强度的影响，会对资料的处理解释结果造成较大的影响。为证明此观点，本文通过模型试验计算，分析了剩余磁化效应对于磁异常曲线和平面等值线图的影响，得出了随着剩余磁化强度的增大，磁异常曲线畸变变越大的结果。此时在没有确定工区总场大小和方向的情况下，不宜采用化极方法处理数据。

剩磁效应；化极；磁化倾角

1 引 言

剩余磁化强度指岩石在成岩过程中获得的天然剩余磁化强度，它是岩石磁性的重要的一个组成部分[1]。一般情况下在实际的高精度磁测资料的处理过程中，人们常常认为磁性体的剩余磁化强度很小，已经到了可以忽略不计的程度。以上的假设在磁性体剩磁强度不大的情况下是合理的，但当剩余磁化强度逐渐变大时，对磁测资料的处理结果的影响会变得越来越显著，尤其对于化极效果的影响更加大[2]。地质体在内部剩余磁化效应的影响下，岩矿体感磁强度的大小和方向都会发生相应的改变，在剖面高精度磁测中，直接使剖面的磁测曲线形态发生明显的畸变。

2 剩余磁化效应的影响分析

2.1 剩余磁化效应的概念

物体内的总的磁感应强度为：

B=μ0H+μ0κH=μ0(1+κ)H=μ0(H+M)

(1)

式中：μ=μ0(1+κ)；1+κ=μr；κ为磁物质的磁化率；μ0为真空的磁导率；μ称为绝对磁导率；μr称为相对磁导率；磁感应强度B在国际单位制(SI)中为特斯拉(T)[3]；H为外部磁场；M为总的磁化强度；Mi为感应磁化强度；Mr为剩余磁化强度；T为地磁场总强度。

地壳上部的大部分岩(矿)石除了由现代地磁场感应以后产生的感应磁化强度Mi以外，还有剩余磁化强度Mr。岩石的剩余磁化强度与当地磁场无关，它是岩矿石在形成时，在一些特定的条件下，受当时地磁场磁化后所保留下来的磁性。用M表示岩石总的磁化强度，它与岩石的感应磁化强度Mi和剩余磁化强度Mr的关系可以表示为：

(2)

式中：Mr的方向与Mi的方向可能一致，也有可能方向不一致，有时甚至于和Mi的方向相反。

2.2 模型试验分析

针对表1所示相关模型参数，研究不同的剩余磁化强度对磁异常观测数据的影响大小。将球体的剩余磁化强度的大小依次设置为感应磁化场强度大小的10%、50%、100%、200%，同不考虑剩余磁化强度情况下的ΔT异常曲线进行比较和分析。侧线方向设置为正北(即0°)。通过余弦定理计算感磁和剩磁合成的总磁场强度，通过正弦定理计算总磁场强度的倾角。计算结果示如图1到图4所示。

表1 模型试验参数

图1 磁异常曲线(无剩磁)Fig.1 The magnetic anomaly curve (no residual magnetism)

图2 磁异常曲线(剩磁占比50%)Fig.2 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 50%)

图3 磁异常曲线(剩磁占比100%)Fig.3 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 100%)

图4 磁异常曲线(剩磁占比200%)Fig.4 The magnetic anomaly curve (residual magnetism accounted for 200%)

由图1到图4可以看出，随着剩余磁化强度的不断增大，磁异常总场无论在大小还是方向上都受到影响，当剩余磁化强度为感应磁化场磁化强度的百分之一时，两条曲线几乎完全重合，考虑剩磁与否，都不影响计算结果[4]。当剩余磁化强度达到感应磁化场磁矩的百分之五十时，两条曲线开始出现显著的不同，当剩磁磁矩增加到和感应磁化场强度相同时，剩磁效应显著。已经成为影响磁异常的重要因素，在地质解释和推论时应该重点注意剩磁效应的影响。由图1到图4变化的规律可以看出，随着剩磁的增大，异常曲线逐渐向南移。剩余磁化效应不仅使磁化强度大小发生改变，而且使磁化强度的方向也发了变化。变化情况如表2所示。

表2 剩余磁化强度对总磁化强度的影响

2.3 化极后的效果

对图1和图4的异常曲线进行化极处理后，得到的结果如图5所示。

由图5可以看出，在剩余磁化效应的影响下，总磁化倾角变成了135°，这时如果不考虑剩磁的影响，用45°进行化极，磁异常化极曲线就会发生严重的畸变。根据曲线形态可以看出，考虑剩磁情况下的化极曲线的负异常大大增大，这会影响到后面反演处理中对异常体产状的计算。同时两条曲线的极大值的大小的改变也比较大，在没有剩磁的情况下，异常的最大值为15 nT左右，在剩磁的影响下，异常的最小值变为-25 nT，两条曲线畸变严重，异常极值的位置也发生了偏移[5],这种变化对于计算磁性体的中心埋深会产生很大的影响。同时，从曲线的形态上来说，当没有剩磁时，曲线是大体对称的，然而在剩磁效应的影响下，曲线不对称了，在地质解释时，这会影响对地质体产状的判断[6]。

图5 剩余磁化效应对异常曲线化极的影响Fig.5 The effect of residual magnetization on reduction to the pole of abnormal curve

3 剩磁影响下平面上磁异常的计算

模型参数见图6和图7及表3。

模型试验结果见图8～图11。

图8是正常情况下模型磁异常的平面等值线图，图9、图10和图11是考虑剩磁情况下模型磁异常的平面等值线图。

对比图8、图9、图10和图11，能够看出，若不考虑剩磁效应，磁异常存在很大的误差。

从图8可知，在没有剩磁的情况下，正异常中心的坐标为(500，400)，正异常最大值为1 200 nT。负异常位于北部，最小值为-450 nT。

从图9可知，在剩磁为感磁的一半的情况下，正异常周围伴生了负异常，正异常最大值的坐标变为(500，450)，向正北方向偏移了大约50 m，正异常最大值为700 nT，北部的负异常区域减小。

从图10可知，当剩磁和感磁相等时，正最大值的坐标变为(50，550)，向北东方向偏移了100 m，正异常最大值变为550 nT。北部的负异常圈闭消失，在正异常南部形成了一个负异常圈闭，最小值为-200 nT。

图6 模型平面示意图Fig.6 The plane sketch of model

图7 总磁场方向计算示意图Fig.7 The schematic diagram of total magnetic field direction

模型体形状正方体中心点x坐标/m正方体中心点y坐标/m正方体中心点z坐标/m正方体中心点x方向长度/m正方体中心点y方向长度/m正方体中心点z方向长度/m磁化强度/10-3A·m-1正方体5005001002002005010000

图8 异常平面等值线Fig.8 The contour map of abnormal plane

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

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

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

从图11可知，当剩磁为感磁的两倍时，在南部和北部产生了两个正异常圈闭，已经无法通过正异常的位置推断磁性体的位置。中部产生一个异常值很大的负异常圈闭，最小值为-750 nT。从图11中还可以得出，在剩磁时增加到地磁的两倍时，在如图9所示模型设置的剩磁和地磁的角度关系下计算出的的异常的负异常中心与模型体中心对应较好，这一观点可以指导人们在生产实践中对异常的推断。

表4为模型中不同剩磁强度对于总场强度大小和方向的影响计算结果示意图。

因此，在磁法数据的处理和解释推断的过程中[7]，需要重点考虑当地的岩石的剩余磁化强度，如果剩磁过大，通过实测异常推断解释磁性体构造特征时就会产生误差，这在实际生产和实践中必须加以注意。若条件许可，应采集定向标本，测定剩余磁化强度的大小及其方向，然后确定总磁化强度的大小及其方向，这样就可以对磁测异常做出符合实际地质条件和客观规律的判断[8]。

表4 不同剩磁强度下总磁场大小及方向示意

将图8～图11经过化极处理后，得到相应的图12～图15。

如图12所示，在没有剩磁的情况下，化极后磁性体(北侧比较明显的)负异常消失，只有周围对称分布微弱负异常；化极后异常中心坐标(500，500)和模型体中心坐标(500，500)对应很好，正异常最大值为1 200 nT。

如图13所示，当剩磁强度为感磁的50%时，正异常中心向南偏移， 坐标为(500，450)，与所建立模型体的坐标(500，500)误差50 m。正异常最大值为950 nT。

图12 正演异常化极Fig.12 Abnormal reduction to the pole of forward modeling

图13 正演异常化极(剩磁50%)Fig.13 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 50%)

图14 正演异常化极(剩磁100%)Fig.14 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 100%)

图15 正演异常化极(剩磁200%)Fig.15 Abnormal reduction to the pole of forward modeling (residual magnetism accounted for 200%)

如图14所示，当剩磁强度和感磁强度相等时，化极后正异常中心位置坐标为(500，650)，与模型体中心坐标(500，500)相比，向北偏移了150 m。正异常最大值变为650 nT。

如图15所示，当剩磁强度为感磁强度的两倍时，化极后正异常中心坐标为(500，370)，与模型体中心坐标(500，500)相比，向南偏移了130 m。

综上所述，在剩余磁化强度较强的地区，重点要对工区的岩性进行比较细致的研究，摸清当地各种岩石、矿石的剩余磁化强度，然后就结合磁法野外实测资料、地质情况对目标地质体的情况进行分析，以期得到较好的处理和解释的效果。在没有摸清楚区域岩矿石剩余磁化强度的情况下，盲目地使用化极方法，可能会取得较差的效果。在弄清剩磁对地质体磁化倾角影响的程度后，对原来假定的倾角进行修正后，才可以使用化极方法。

4 实际资料验证

我国大多数地区属于中纬度地区，所以观测到的异常普遍受到斜磁化作用的影响[9]，使得平面实测磁异常等值线图形态特征变得比较复杂，把斜磁化的磁异常通过数值计算换算到垂直方向上可以使磁异常特征变得简单，便于人们推断解释[10]。

如图16和图17所示，实测资料的经过化极处理后，异常形态发生了较大的畸变，图中西南部分正负异常的位置发生了倒转，这在实际的资料解释中，会令解释推断地质体的产状发生偏转，导致和实际地质情况完全相反的推断结果。综合本文图12～图15的模型试验结果可以得到如下判断：在强剩磁的情况下，由于区内各种岩性区域受到的剩磁影响的大小和方向均不尽相同，如果在这时对实测资料进行化极处理，得到的结果和实际情况偏差较大[11]。

图16 实测数据的圆滑Fig.16 Smooth of the measured data

图17 实测数据化极Fig.17 Reduction to the pole of the measured data

5 结 论

1)通过对剩磁条件下正演剖面曲线和模型平面等值线图的结果分析，得出随着剩磁的增大，异常的曲线图和模型等值线图都产生了一定的误差，化极后这些误差会被大大地放大，从而推断在强磁性地区磁测工作中，当没有对工区的物性资料有充分的认识和研究，对工区的总磁场方向不确定时不宜采用化极手段的结论。如果能测定剩磁的大小与方向，用合成后的总磁化强度大小与方向化极，才能够得出正确的化极结果。

2)通过对工区磁测资料的处理，发现剩余磁化效应对化极处理的影响较大，导致了化极后异常的正负区域倒转，对后期解释产生极为不利的影响。原因是化极实质上是把磁性体的磁化强度从斜磁化方向化为垂直磁化方向，而剩磁对总磁化场的方向影响较大，故产生较大误差。

[1]李科强.航磁异常化极后特征分析及应用研究[D].成都：成都理工大学,2014.

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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，助理工程师，学士，主要研究方向为矿产地球物理。E-mail：294102526@qq.com

P631.2

A

2016-08-13