航磁梯度數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)與計(jì)算對(duì)比研究

賈志業(yè) 安戰(zhàn)鋒 趙廷嚴(yán)

摘要：通過對(duì)比AGS-863航磁全軸梯度勘查系統(tǒng)實(shí)測(cè)航磁梯度數(shù)據(jù)與由航磁ΔT計(jì)算出的梯度數(shù)據(jù)，二者在變化趨勢(shì)上基本一致，異常形態(tài)相似。由于航磁梯度勘查系統(tǒng)相比單探頭的航磁勘查系統(tǒng)獲取了更多地面磁性體信息，橫向梯度、垂向梯度上出現(xiàn)了更多的異常信息，為地質(zhì)解釋提供的信息更豐富，在現(xiàn)階段由航磁ΔT計(jì)算出的梯度數(shù)據(jù)還無(wú)法替代實(shí)測(cè)梯度數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：實(shí)測(cè)航磁梯度；計(jì)算航磁梯度；遼寧瓦房店；42號(hào)金伯利巖管

引言

航磁梯度測(cè)量是航磁磁測(cè)技術(shù)的發(fā)展，具有分辨率高、不受日變影響、壓制背景場(chǎng)、突出磁異常地質(zhì)體邊界等優(yōu)點(diǎn)，在礦產(chǎn)資源勘查以及軍事探測(cè)等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，自20世紀(jì)70年代以來(lái)得以迅速發(fā)展，受到了廣泛的關(guān)注。國(guó)內(nèi)20世紀(jì)90年代開始，核工業(yè)航測(cè)遙感中心、中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心、中國(guó)冶金地質(zhì)總局地球物理勘察院等單位先后在冀東、甘肅潮水、河北保定、吉林磐石、新疆哈密等多地區(qū)開展了航磁梯度測(cè)量工作，使用儀器有國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的。對(duì)實(shí)測(cè)與計(jì)算的航磁梯度數(shù)據(jù)也進(jìn)行過對(duì)比，主要針對(duì)的是進(jìn)口航磁梯度儀，針對(duì)國(guó)產(chǎn)AGS-863數(shù)字式航空氦光泵磁梯度儀的對(duì)比較少。AGS-863數(shù)字式航空氦光泵磁梯度儀由中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心自主研制，先后在內(nèi)蒙古錫林浩特-西烏旗、河北保定、黑龍江哈爾濱、吉林磐石、遼寧瓦房店等地開展了測(cè)量工作，獲取了大量的實(shí)測(cè)梯度數(shù)據(jù)。研究該系統(tǒng)下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)之間的異同，為航磁梯度資料應(yīng)用提供幫助，選用2016年在遼寧瓦房店地區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究對(duì)比工作。該區(qū)有1：1萬(wàn)航磁ΔT、橫向梯度、縱向梯度、垂向梯度數(shù)據(jù)。

1.航磁梯度數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)與計(jì)算原理

航磁實(shí)測(cè)梯度的獲取是通過一定間距磁探頭測(cè)量值的差值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。4個(gè)氦光泵磁探頭的靈敏度為0.00025nT，磁探頭安裝示意圖見1，左、右兩個(gè)探頭距離（Δx）為22.14m，上、下探頭距離（Δy）為2m，下探頭與左、右兩探頭的連線垂直距離（Δz）為12.82m，T_L、T_R、T_D、T_T依次代表左探頭、右探頭、下探頭、上探頭測(cè)量的地磁場(chǎng)強(qiáng)度。其梯度計(jì)算公式為：

測(cè)區(qū)橫向梯度總精度為0.052nT/m，縱向梯度總精度為0.055nT/m，垂向梯度總精度為0.068nT/m。

航磁梯度的轉(zhuǎn)換計(jì)算可以在空間域和頻率域內(nèi)進(jìn)行，但空間域算法較費(fèi)事，一般多利用快速富氏變化，在頻率域內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。計(jì)算的縱向梯度、垂向梯度是通過在測(cè)線剖面上開展頻率域一維FFT快速傅氏變換算法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換計(jì)算，其中縱向梯度通過沿測(cè)線方向進(jìn)行方向?qū)?shù)計(jì)算獲取，垂向梯度通過壓制干擾的一階垂向?qū)?shù)計(jì)算獲取。橫向梯度無(wú)法通過剖面頻率域位場(chǎng)轉(zhuǎn)換處理獲取，在AT網(wǎng)格數(shù)據(jù)上（網(wǎng)格距為30m×30m）采用頻率域FFT算法換算出橫向梯度，為了更好地對(duì)比，將其沿測(cè)線采樣回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。至此，我們獲取到了計(jì)算的橫向梯度、縱向梯度、垂向梯度數(shù)據(jù)。以上操作在Geoprobe Mager地球物理數(shù)據(jù)處理解釋系統(tǒng)下完成。

2.對(duì)比分析

從位場(chǎng)理論可知，由AT值換算出的梯度值與實(shí)測(cè)的梯度值在理論上應(yīng)該是等價(jià)的。但是通過實(shí)際測(cè)量結(jié)果分析，二者之間具有一定的差異。

從實(shí)測(cè)與計(jì)算的梯度數(shù)據(jù)，我們可以看出，二者變化的總體趨勢(shì)基本一致，異常形態(tài)較相似，但也具有一定的差異。圖2是測(cè)區(qū)內(nèi)典型剖面局部實(shí)測(cè)與計(jì)算梯度的對(duì)比圖。

（1）橫向梯度上，實(shí)測(cè)的比計(jì)算的在部分地區(qū)局部異常更明顯（圖2a），對(duì)弱異常有較好反映，這一現(xiàn)象在測(cè)區(qū)具有多處。實(shí)測(cè)的橫向梯度是由兩個(gè)相距22.14m的探頭實(shí)測(cè)磁場(chǎng)值計(jì)算得到的，相當(dāng)于增加了一條測(cè)線，導(dǎo)致獲取的測(cè)線之間磁場(chǎng)信息更多，所以實(shí)測(cè)的橫向梯度比計(jì)算的異常更明顯，部分地區(qū)甚至增加了異常。

（2）縱向梯度上，計(jì)算與實(shí)測(cè)基本相同，只是數(shù)值的差異（圖2b）。

（3）垂向梯度上，計(jì)算的比實(shí)測(cè)的光滑（圖2c），細(xì)節(jié)信息更豐富。計(jì)算的垂向梯度受AT總場(chǎng)效應(yīng)的影響，異常相對(duì)連續(xù)、光滑，導(dǎo)致掩蓋掉部分具有異常信息。而實(shí)測(cè)的垂向梯度不受AT總場(chǎng)影響，且具有較好的水平分辨率，可以較完整的反映局部磁異常的變化。正是這一差別，實(shí)測(cè)垂向梯度獲取了更豐富的磁場(chǎng)信息。

（4）除了上述引起差異的原因，還有其他原因，如實(shí)際飛行采用的是沿地形緩起伏飛行，這樣飛機(jī)在測(cè)量過程中不可避免地要進(jìn)行仰俯、側(cè)滾、搖擺等操作，那么梯度測(cè)量的4個(gè)磁探頭所處的層面就會(huì)發(fā)生變化，而且相對(duì)于大地坐標(biāo)軸的方向及探頭之間的幾何關(guān)系也發(fā)生了變化，這時(shí)所測(cè)得的梯度值是不準(zhǔn)確的。

為了更好地對(duì)比實(shí)測(cè)與計(jì)算梯度數(shù)據(jù)在地質(zhì)體之間的差異，選取了遼寧瓦房店地區(qū)42號(hào)金伯利巖管一帶的數(shù)據(jù)開展了對(duì)比分析。

42號(hào)巖管為瓦房店地區(qū)規(guī)模最大的巖管，地表出露總面積約41200m²，由3個(gè)巖管組成：42-1號(hào)巖管最大，為主要巖管，位于礦區(qū)東部，地表出露面呈不規(guī)則狀，面積約31000m²；42-2次之，位于礦區(qū)西部，地表出露面為近橢圓形；42-3號(hào)巖管最小，孤立出露于礦區(qū)南部。出露地層為青白口系石英砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖，產(chǎn)狀平緩，巖管周圍出露有流紋巖、安山巖、輝綠巖等，呈巖脈狀和巖床狀產(chǎn)出，并切穿金伯利巖管。42號(hào)巖管呈陡直筒狀，由地表向深部延伸整體規(guī)模變化不大，總體傾向北北西。金剛石平均品位0.5ct/m³。圖3～圖5中白色的曲線為42號(hào)巖管在地表的出露情況。

從圖3～圖5中可以看出，實(shí)測(cè)與計(jì)算的梯度在宏觀上具有相似性，縱向梯度、垂向梯度在形態(tài)和分布范圍上特征基本一致，橫向梯度在幅值和細(xì)節(jié)上存在一定的差異，異常中心位置也有偏差。圖3中可以看出，實(shí)測(cè)的橫向梯度對(duì)巖管的邊界、形態(tài)反映的更準(zhǔn)確，巖管西側(cè)的北北東向斷裂的磁場(chǎng)特征更明顯，當(dāng)然這一北北東向斷裂在垂向梯度上反映得非常明顯。

3.討論

通過上述對(duì)比分析，可以看出，由ΔT計(jì)算出的與實(shí)測(cè)的橫向梯度、縱向梯度、垂向梯度變化趨勢(shì)基本一致，異常形態(tài)相似。在部分地段橫向梯度、垂向梯度出現(xiàn)了一些差異，主要是由于航磁梯度勘查系統(tǒng)相比單探頭的航磁勘查系統(tǒng)獲取了更多地面磁性體信息，對(duì)異常的細(xì)節(jié)刻畫的更為精細(xì)，為地質(zhì)解釋提供的信息更豐富，為礦產(chǎn)勘查提供磁場(chǎng)資料的精度更高。因此，實(shí)測(cè)的航磁梯度比由AT計(jì)算的效果更好，在解釋精度要求高的地方，目前來(lái)說(shuō)具有不可替代性。