航空磁法調(diào)平方法的研究與應(yīng)用

鄭 偉 許 石 孫海龍 范玉海

（西安煤航遙感信息有限公司,陜西 西安 710199）

航空磁法測量具有效率高、周期短、不受地表條件約束、不受地形影響、可在不同高度測量及能大面積作業(yè)的優(yōu)點,這些優(yōu)點使航空磁法廣泛應(yīng)用于地質(zhì)區(qū)域調(diào)查、金屬探礦、尋找油氣藏、推斷地球深部構(gòu)造等領(lǐng)域。航空磁法測量時按照預(yù)設(shè)的測線飛行,其測量方式?jīng)Q定了相鄰測線間存在著視水平漂移,需要進行調(diào)平處理,調(diào)平的質(zhì)量直接決定了航磁資料的質(zhì)量,對數(shù)據(jù)處理和解釋具有重要的意義[1-3]。

1 調(diào)平方法研究

調(diào)平誤差可分為系統(tǒng)誤差和系統(tǒng)噪聲兩大類。系統(tǒng)誤差源包括地球日變磁場的變化、飛行器和探測器之間的滯后誤差、探頭的方向差等,系統(tǒng)誤差可以通過簡單的加減算法校正；系統(tǒng)噪聲是校正系統(tǒng)誤差以后所保留的誤差,它通常是由數(shù)據(jù)中的梯度和高度誤差引起的,該誤差通過調(diào)平方法進行校正[4-6]。筆者利用Geosoft 公司Oasis montaj 軟件附帶的航磁資料為例對航磁調(diào)平的方法進行了研究（原始未處理磁場圖如圖1）,后應(yīng)用于山陽地區(qū)航磁資料處理中,為地質(zhì)找礦提供了磁法依據(jù)。

圖1 實驗數(shù)據(jù)原始未處理磁場圖

1.1 預(yù)處理

航磁調(diào)平的預(yù)處理包括日變磁場改正、正常場改正及飛行海拔高度校正。航磁預(yù)處理與地磁處理方法基本相同,分別根據(jù)日變觀測得到的日變數(shù)據(jù)、國際地磁參考模型及測量飛行出現(xiàn)幾率最多的某一海拔高度進行逐點校正。

1.2 滯后校正及飛行方向差校正

飛機上GPS 與磁探頭并不在同一位置,使得測量存在滯后偏差,需對數(shù)據(jù)進行滯后校正。校正方法為利用反向重復(fù)線峰值之間的距離的一半與平均地速的比值求取滯后時間,計算公式如公式（1）。

式中：t-滯后校正時間；δS-磁異常的位置差；V-飛機每秒的平均地速。

通過對比圖2 中A、B 兩幅圖（為對比效果明顯截取部分區(qū)域作對比）可以發(fā)現(xiàn)通過滯后校正使得相鄰測線峰值趨勢平滑,“V”型誤差消失。

圖2 截取的磁場分布對比圖

磁探頭在不同方向通過同一點時測量值會有一定變化,因此需要進行飛行方向差校正。根據(jù)不同方向通過同一點的飛行實驗數(shù)據(jù)完成飛行方向差校正。通過對比圖2 中A、B 兩幅圖可以發(fā)現(xiàn)校正后圖中條帶性誤差得到很大的壓制,但仍存在一些系統(tǒng)噪聲。

1.3 常規(guī)調(diào)平

調(diào)平方法發(fā)展迅速,按照數(shù)據(jù)調(diào)平和網(wǎng)格化的順序可分為基于測線數(shù)據(jù)的調(diào)平和基于網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的調(diào)平兩大類。調(diào)平的基本原理為以最小二乘法為基礎(chǔ),使測線和切割線在其交點處的平方和最小。大致流程如下[7]：

1.3.1 求取切割線修正值

ΔTci為磁場平靜區(qū)第i 條切割線與所有和它相交的測線的交點的差值的算術(shù)平均值,n 為此切割線上與它所相交測線交點的數(shù)量,Tci為切割線原場值,Tj為交點處測線上的場值,以上場值的單位都是nT。

1.3.2 對切割線進行修正

Tcij為切割線改正后的值,Tc0ij為切割線未修正前的原場值,單位為nT。

1.3.3 對測線進行修正。

ΔTj與ΔTci數(shù)值相同,T0ij為測線未修正前的原場值,Tij為一次調(diào)平后得到的場值,若進行反復(fù)迭代,可以使結(jié)果更為可靠,提高精度,達到設(shè)計的總精度標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 微調(diào)平

經(jīng)過常規(guī)調(diào)平后的數(shù)據(jù)資料仍會存在一些水平差,需要經(jīng)過微調(diào)平處理。微調(diào)平采用頻率域和空間域組合濾波,在無切割線的條件下通過分離地質(zhì)信息與噪聲實現(xiàn)航磁資料的調(diào)平,在數(shù)據(jù)處理中起到了重要的作用。微調(diào)平步驟如下：

1.4.1 條帶狀干擾的提取

條帶干擾提取沿測線方向采用低通濾波、垂直測線方向采用高通濾波的方法。可采用巴特沃斯濾波結(jié)合余弦方向濾波結(jié)合的方法提取條帶干擾。

1.4.2 水平調(diào)整

將分離出的條帶干擾從測線中去除即可獲得微調(diào)平處理后的結(jié)果,若測線間仍存在一定的水平差,可重復(fù)微調(diào)平過程直至取得合理的效果。

通過常規(guī)調(diào)平和微調(diào)平的結(jié)果與原始數(shù)據(jù)對比（圖3）發(fā)現(xiàn),調(diào)平處理在保持原始資料分辨率的同時,沒有移動或歪曲有意義的地質(zhì)異常,去除了系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)誤差,提高了資料的信噪比。

圖3 磁場分布對比圖

2 調(diào)平方法在山陽航磁資料處理中的應(yīng)用

山陽地區(qū)位于秦嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶東段中部,區(qū)內(nèi)地層主要由泥盆系及石炭系以淺海相、濱海相的碎屑巖占優(yōu)勢的淺變質(zhì)巖系構(gòu)成區(qū)域地質(zhì)總體。區(qū)內(nèi)褶皺斷裂發(fā)育,中酸性小巖體廣泛分布,圍巖接觸變質(zhì)普遍,與中酸性小巖體有關(guān)的以Cu,Mo 為主的礦產(chǎn)及受泥盆系青石埡組層控的菱鐵多金屬礦產(chǎn)比較豐富,與小巖體及泥盆系地層關(guān)系密切的Au 異常廣泛分布[8-11]。

成礦類型集中地表現(xiàn)為矽卡巖型和熱液型,其控礦因素主要為巖漿巖體、成礦圍巖與地質(zhì)構(gòu)造。在空間位置上,已發(fā)現(xiàn)的礦體或礦化體距離巖體一般不超過200m,且已知巖體周邊因圍巖或構(gòu)造強度不同,其礦化強度及規(guī)模雖不盡相同,但都發(fā)生了不同程度的礦化,說明礦（化）體與巖體之間已是一種“有巖有礦”的相互對應(yīng)關(guān)系。巖漿巖體已然成為區(qū)內(nèi)礦體尋找最有力的標(biāo)志。因此利用磁法資料圈定巖體對進一步找礦有很大幫助。筆者根據(jù)研究的調(diào)平方法對山陽地區(qū)航磁資料進行了處理,圈定了8 處巖體、分析出5 處斷裂（如圖4）,為該區(qū)找礦提供了磁法依據(jù)。

圖4 山陽地區(qū)航磁等值線分布及巖體、斷裂推斷圖

3 結(jié)論

本文通過分析航磁資料的調(diào)平原理和應(yīng)用,以實際航磁資料處理為例,指出了調(diào)平處理的關(guān)鍵性步驟和技術(shù)手段（滯后校正、飛行方向差校正、常規(guī)調(diào)平及微調(diào)平）,討論了每項處理對結(jié)果的影響：其中滯后校正可以使相鄰測線峰值趨勢平滑,消除"V"型誤差,方向差校正可以壓制條帶性干擾,常規(guī)調(diào)平及微調(diào)平使數(shù)據(jù)的系統(tǒng)噪聲進一步壓制,這些使我們深入理解了調(diào)平對航磁資料處理的實際意義。之后筆者把研究的技術(shù)方法應(yīng)用到山陽航磁資料的處理中,圈定了幾處巖體,為尋找該區(qū)多金屬礦產(chǎn)提供了方向。