磁異常數據創新性處理發現棋盤狀構造格局

孫中任，趙雪娟

（沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110034）

磁異常數據創新性處理發現棋盤狀構造格局

孫中任，趙雪娟

（沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110034）

針對近兩年筆者為客戶開展的磁測資料解釋研究工作成果，總結利用磁測數據研究和劃分棋盤狀構造格局，為以后相關工作總結經驗.通過此次研究性工作，筆者認識到：很多數據在做初步解釋以后，還可能有隱伏的、微弱的信息有待于提取.不能一勞永逸，更不能滿足現狀.一些創新性數據處理工作是必要的.前人沒有發現更多的信息，很重要的原因就是沒有應用創新性數據處理，因為沒有認識到，或者不掌握新的處理方法.在新認識提出以后，還可以返回去使用常規數握處理手段，利用新思路總結和發現新信息、新認識.磁異常解釋不僅對于規模大、異常強的構造有所反應，對微弱的、交叉、凌亂的小規模棋盤狀構造格局也會有很好的識別和指示.這些棋盤狀構造格局控制了M2區內巖脈的產出，從而形成了巖脈交叉、凌亂，局部走向難以確定的問題.地質上觀測的結果大部分與磁測推斷的結果相吻合.但是，由于研究區的覆蓋原因，地質觀察不夠直接.同時，研究區不少中等磁性巖性目前還沒有，或者不能利用磁測手法加以區分.因此個別地質認識與磁測解釋推斷發生沖突是正常的，也是必然的.

磁異常；創新性數據處理；隱伏信息；微弱異常；棋盤狀構造

0 引言

在地球穩定磁場中，有80%來自地球中心的偶極子磁場.另外20%穩定磁場不是來自地球中心磁偶極子的，稱大陸磁場.穩定地磁場中剔除基本地磁場以外的小部分磁場主要是來自地殼巖石被外界磁場磁化而產生的磁感應磁場.這部分磁場的大小主要取決于某一地區的巖石組分、規模、位置因素.這些地殼巖石磁化產生的磁場就是我們研究的磁異常［1］.

我們還知道，在地球中，元素構成礦物，礦物構成巖石.每一種巖石都有其特定的化學組分特征，即元素特征.美國地球化學家H·E·霍克斯等認為??謝學錦，譯.礦產勘查的地球化學.1984.：按地質條件，每一地質單元中或多或少地構成其獨特的地球化學景觀.那么，每一個地球化學景觀又都有其因為組分不同從而導致地球物理性質的不同.這也自然包括磁性質.

我們很多人目前依然對磁法有不甚合適的看法：一是認為磁法一定是只對存在明顯磁性差異的目標體有所作為；二是磁性差異要足夠大，磁法才能夠識別.2個看法看似一個，其實它們是2個不同的角度看問題而得出來不同的看法.

第一，“磁法一定是只對存在明顯磁性差異的目標體有所作為”是沒有正確理解磁法是不是能夠間接作用的問題.就是說這些人認為磁法只要不能夠直接地發揮作用，就不會間接達到目標.

第二，“磁性差異要足夠大，磁法才能夠識別”是沒有正確理解高精度磁測的“精度”問題.

總結地看，我國的磁法勘探發展可分為起步階段（1949年以前）、全面開展階段（1949～1960年）、發展儀器和理論基礎階段（1960～1980年）、提升階段（1980年～）.尤其在1980年以后，由于計算機的出現，有了各種微機磁力儀，而且計算機還參與了資料整理、正反演計算等.數據采集的精度提高了，推斷解釋的可信度也提高了［2-4］.

新型第二代磁力儀（質子磁力儀、光泵磁力儀）的出現，不僅僅是儀器的改變，而是由于測量原理的改變［5］，從而改變的是儀器測量參量、操作形式、工作效率、工作精度、穩定性、分辨率［6-7］.所認，高精度磁法測量的地球物理工作前提就不是傳統中我們認為的“只對存在明顯磁性差異的目標體有所作為”、“磁性差異要足夠大，磁法才能夠識別”，而是廣泛的應用到各個領域中［8］.而且越來越多的實例說明［9-10］，很多地質問題反應到高精度磁測數據當中的特征不是沒有［11］，而是我們尚未提取出來.

本文試就近兩年筆者為客戶開展的磁測資料解釋研究工作成果［12］，總結利用磁測數據研究和劃分棋盤狀構造格局，以求征得同仁認可，為以后相關工作總結經驗.

1 研究區的地質特征

研究區位于大興安嶺北段東坡，行政區隸屬內蒙古自治區莫力達瓦旗管轄，面積約1003 km2.

研究區出露主要地層有光華組（K1gn）英安巖、英安質破碎角礫巖、流紋巖、流紋質熔結凝灰巖、流紋質火山凝灰巖、流紋質火山角礫巖、流紋質巖屑玻屑凝灰巖；甘河組（K1g）杏仁狀、致密塊狀玄武巖，以及新生代冰緣堆積、洪沖積層、現代河谷沖積??吉林大學.內蒙古莫力達瓦旗塔溫敖寶地區礦產遠景調查總體設計..侵入巖主要為花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖、堿長花崗巖類.但出露不多（圖1）.

2 研究區的物性特征

研究區在1∶100萬布格重力異常平面圖分為西部花崗巖分布區的重力低，東部火山巖（玄武巖）大面積分布區相對重力高兩類區域.

圖1 工作區地質圖Fig.1Geologic map of the study area

1∶100萬航磁異常呈現西低東高的特征.其中西部花崗巖出露區負磁異常變化相對較小，等值線稀疏、平緩.東部正磁異常區則相對梯度較大.另外，在研究區的中部發育有兩處高磁線性異常帶，呈北東向橫穿研究區.結合區域磁場特征，推測其為北東向超殼斷裂，異常為沿其上侵的基性巖等系列火山巖所引起［13］.

分析研究區采集的巖礦磁性參數（表1），研究區巖石磁性變化很大.從中強磁性的玄武巖、安山巖、閃長巖到弱磁性的次安山巖、砂巖、花崗斑巖等均有出露.

表1 研究區采集的巖礦磁性參數統計表Table 1Magnetic parameters of rocks and ores from the study area

該區物性資料顯示：玄武巖磁化率從1104（4π×10-6SI）到6531（4π×10-6SI）.極值相差6倍，但數值相對集中，總地看相對穩定.次安山巖磁化率從126（4π×10-6SI）到1130（4π×10-6SI）、砂巖磁化率從126（4π×10-6SI）到2135（4π×10-6SI）、花崗閃長巖磁化率從251（4π×10-6SI）到4521（4π×10-6SI）、花崗斑巖磁化率從126（4π×10-6SI）到1884（4π×10-6SI），它們的極大、極小相差10余倍.花崗閃長巖極值差18倍.說明這些巖性組分不一，磁性礦物不勻，磁性變化大.

綜合分析，筆者認為本區玄武巖磁性雖然不是很強，但與其他巖性比，還是有足夠的磁性差異，使其在本區鶴立雞群.花崗閃長巖因其成分，以及風化等原因，磁性變化大.反映到磁場圖上就可能出現中等幅值跳躍狀異常.

3 磁測異常特征

從研究區地面磁測數據可以看到：以紅色虛線為分界線［100線560點（560/100）至174線820點（820/ 174）］基本上把工區分成東西兩半，東半部為正負相間的亂磁場，定名為M1；西半部為較平穩的弱磁場，定名為M2（圖2），圖中虛線也與1∶100萬航磁推斷斷裂吻合.鑒于本文主題，筆者只討論西半部的較平穩的弱磁場（M2）.

該區磁場總體上呈現平穩的弱磁場，一般ΔT場值為-200～200 nT，負磁場與正磁場面積之比約為2∶5.在較平穩的弱磁場中，負磁場未發現明顯的規律，只在平緩正磁場中出現500～2000 nT的正條帶狀異常.這些正異常較有規律地呈條帶狀出現，大體上呈北東向展布.僅在研究區的西北角局部地區條帶狀正異常則呈現南北向展布.

4 棋盤狀構造格局解釋

從目前的磁場特征看，2個分區明顯，東區符合玄武巖磁性特征清楚.西部磁性特征符合花崗巖物性特點.局部北東向條帶狀高磁異常特征符合閃長巖脈，地質上部分地段已見閃長巖脈.因此，整個西部地區宏觀磁場特征為花崗巖、閃長巖脈表現昭然.

根據異常或宏觀磁場的特征，再從已知的地質條件，推向未知的地質環境，達到解釋異常或磁場的目的，這是一般的通用做法.但是，常規做法M2就很難再得到更多的地質信息.

再做大膽的推斷，也只能對花崗巖區做“相”的劃分，將暗色礦物的相對發育區和相對貧缺區劃分開來.如果僅僅這樣，我們的研究工作也就沒有特殊意義了.為此，筆者嘗試對原數據做求導、信號增強技術、中頻提取等技術處理.

圖2 工作區ΔT等值線平面圖Fig.2The ΔT isopleth map of the study area

從提取的中頻異常中［14-18］，筆者得出這樣的認識：M2區磁異常呈明顯條狀規律性，說明該區地質體磁性物質不僅具有一定的規模，而且其形成受方向性動力控制作用明確，故呈條狀產出.

分析構造增強信號和導數增強信號，筆者同樣得出上述結論.

怎樣能更好地表現出這種條狀異常，筆者使用了最傳統的垂向一階導數和水平一階導數.一般而言，一階導數是為了求得淺部的地質信息，但是，一階導數同樣具有突出方向性、線性異常的特點和能力.導數也是為了觀察不同方向上巖石磁性的變化幅度，也就是觀察不同方向上可能存在的構造從而引起的磁性變化.這是其常被人忽略了的數學作用.筆者這里恰恰在利用多種處理手段，得出可能存在條狀磁性分布特征后，轉而使用最常規的數學處理方法，去總結這種條帶狀異常規律，做綜合地質解釋.

在前面我們總結出M2可能存在條狀異常體后，再觀察水平一階導數圖，對于0°、45°、90°、135°幾個方向，雖然不十分明顯，但是仔細聯合觀察，條帶異常確實有規律、有規模、相互吻合、相互認證.在0°水平一階導數圖上，北東向條帶異常十分明顯.正負相間的長條狀異常表明了原位場的條帶狀異常極值形態.在45°水平一階導數圖上，北西向異常得到了突出，北西向構造揭示十分清晰.盡管在45°水平一階導數圖上詳細、準確劃出北西向構造的位置不很容易，但是北西向構造的存在卻特征明顯.同樣的道理在135°水平一階導數圖上北東向構造特征也很明顯.

與0°水平一階導數圖一樣，是非目標方向的水平一階導數，即135°水平一階導數圖對一些線性異常具有良好的指示作用.在135°水平一階導數圖上，北東向、北西向構造的存在信息不僅清晰，而且位置明確（圖3）.

為了驗證分析出隱形的線性構造，筆者又做了構造增強處理.在構造增強后異常上，可以看到：M2區線性異常突出、明確.主要為北東（北北東）向和北西向.這種方向性明顯、線性清楚的異常以M2的南部區尤為突出.

為了便于對比，把M2中提取出來的隱形條狀異常的特征歸納，并以推斷的斷裂構造名稱區別它們，列于表2.

串聯這些條帶狀異常我們可以做出推斷構造圖（圖4）.

分析該成果圖，f1～f6形成了網狀格局.只是這種格局被后期的東西向斷裂F5錯斷，格局稍顯凌亂.拋開F5的影響，f1～f6聯合起來觀察，就是典型的地質上棋盤狀構造.這種格局推斷出來以后，地質專家不僅認可，而且解釋了M2區內巖脈正交的問題.

5 結論

圖3 研究區4方向一階導數平面圖Fig.3The first derivatives of the study area

表2 研究區西部條狀異常（斷裂構造）特征統計表Table 2Statistics for the banded anomalies（faults）in the west of the study area

圖4 研究區推斷地質成果圖Fig.4Inferred geologic map of the study area

（1）通過此次研究性工作，筆者認識到：很多數據在做初步解釋以后，還可能有隱伏的、微弱的信息有待于提取.不能一勞永逸，更不能滿足現狀［19］.

（2）一些創新性數據處理工作是必要的.前人沒有發現更多的信息，很重要的原因就是沒有應用創新性數據處理，因為沒有認識到，或者不掌握新的處理方法.

（3）在新認識提出以后，還可以返回去使用常規數握處理手段，利用新思路總結和發現新信息、新認識.

（4）磁異常解釋不僅對于規模大、異常強的構造有所反應，對微弱的、交叉、凌亂的小規模棋盤狀構造格局也會有很好的識別和指示.

（5）這些棋盤狀構造格局控制了M2區內巖脈的產出，從而形成了巖脈交叉、凌亂，局部走向難以確定的問題.

（6）地質上觀測的結果大部分與磁測推斷的結果相吻合.但是，由于研究區的覆蓋原因，地質觀察不夠直接.同時，研究區不少中等磁性巖性目前還沒有，或者不能利用磁測手法加以區分，因此個別地質認識與磁測解釋推斷發生沖突是正常的，也是必然的.

參考聞獻：

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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.編輯：李蘭英．

中國地質調查局大調查項目“大興安嶺成礦帶北段覆蓋區立體勘查程序示范”（12120113090600）資助.

孫中任（1963—），男，博士，教授級高級工程師，現主要從事地質勘查工作中物化遙的應用研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail//syszhongren@cgs.cn