航磁數(shù)據(jù)處理資料

航磁T測量數(shù)據(jù)是不同深度、不同形態(tài)、規(guī)模的磁性地質(zhì)體磁場信息在觀測面上的綜合反映。由于場的疊加效應，使得某些具有一定地質(zhì)意義的異常變得復雜，在原始圖件上很難識別，給地質(zhì)解釋工作帶來了難度。為了提高對航磁異常的分辨能力，突出更多有用信息，根據(jù)測區(qū)航磁異常特征和地質(zhì)解釋需要，對原始測量數(shù)據(jù)進行了原平面化極、上延、垂向一階導數(shù)以及剩余異常提取等幾種位場轉(zhuǎn)換處理。第一節(jié)位場轉(zhuǎn)換處理及效果航磁平面網(wǎng)格數(shù)據(jù)位場轉(zhuǎn)換處理采用表達式簡單、運算速度快捷的頻率域算法，進行化極、導數(shù)換算、解析延拓等處理。頻率域轉(zhuǎn)換的過程是：首先對異常資料進行傅立葉正變換，以得到異常資料的頻譜；而后把異常的頻譜和與轉(zhuǎn)換相應的頻率相應函數(shù)點積，得到處理后異常的頻譜；最后對處理后異常的頻譜進行傅立葉反變換，從而得到處理后的異常。位場轉(zhuǎn)換處理使用的軟件是中國國土資源航空物探遙感中心自主開發(fā)的WINDOWS系統(tǒng)下地球物理數(shù)據(jù)處理解釋軟件(GeoProbeMage)及航空物探彩色矢量成圖系統(tǒng)化極，即化磁極，就是把斜磁化異常轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪贝呕惓?，相當于在磁北極觀測異常。測區(qū)處于中緯度地區(qū)，由于傾斜磁化的影響，造成磁異常中心不是正好對應在地質(zhì)體的正上方，而是相對于地質(zhì)體的中心向南部產(chǎn)生一定的偏移。這對于確定磁性地質(zhì)體的空間位置、形態(tài)、分布范圍以及對磁異常的定性定量解釋均帶來一定的困難。化極可用于消除由于非垂直磁化引起的異常不對稱性，在剩磁很小或感磁遠大于剩磁且兩者方向一致的情況下，將實測的斜磁化異常轉(zhuǎn)化為垂直磁化異常，這樣可以較為準確的確定異常的場源位置，提高異常解釋的定位精度。從而使異常形態(tài)簡化，并與磁性體位置保持一致，有利于圈定磁性體邊對于那些剩磁遠遠大于感磁且剩磁方向與地磁場方向不一致的磁性體就不符合這一假設條件，特別是測區(qū)中的火山巖分布區(qū)，由于剩磁較大會出現(xiàn)磁場畸變現(xiàn)象，使用時應注意甄別。從項目組野外物性測量結(jié)果看，區(qū)內(nèi)多數(shù)巖石以感磁為主，剩磁方向與感磁方向接近，符合化極的前提條件。全區(qū)采用"頻率域偶層位變傾角磁方向轉(zhuǎn)換方法"實現(xiàn)磁場全變傾角化極。在觀一分布在觀測面下方z=h平面上的偶層磁荷面引起的。它在觀測點P(x,y,z處產(chǎn)生的磁位U與磁場T分別為T1MgddrX'yoo式中M表示偶層磁荷面的磁化強度矢量;均o表示他們的變化值。將(4)式代入(2)式并進行傅氏變換得：移項得uo對(1)式兩端作傅氏變換得：to、lo表示均為常矢量研究區(qū)t、I的平⑺°°同樣的，將(5)式代入⑶式進行傅氏變換后代入(8)式得:oo移項得1ogo(7)式、(9)式即為頻率域變傾角磁方向轉(zhuǎn)換的兩個基本公式。已知觀測場極極o經(jīng)傅立葉反變換后可得化磁極長Zofe2fhzFM假設要換算的場為T，其磁場方向單位矢為t,磁化方向單位矢為I，則只要把p他們代入⑺,令to、Io偏差為零，即得FU的初值FoU:o差小于給定的標準為止。求得FU后，類似地取FU為ooo反變換求得M，把M代入(9)式，求得FM，如此反復可最后求得FM，并代入(11)oo磁場數(shù)據(jù)進行化極處理后，在垂直磁化的條件下，磁異常的形態(tài)以及磁異常與磁性體的關系都比較簡單，便于進行地質(zhì)解釋。對比航磁T等值線平面圖和航磁T化極等值線平面圖，航磁化極處理作用非常明顯(圖1):局部異常整體向北偏移，表明通過化極處理，使異?；貧w到磁性地質(zhì)體上方；減小或消除了由于斜磁化而引起的多數(shù)局部異常正負異常伴生現(xiàn)象，為進一步圈定巖體邊界創(chuàng)造條件；使異常帶及梯度帶更加明顯，有利于揭示出不同地質(zhì)體的分布與形態(tài)，對圈定各種不同類型的斷裂、確定磁性體的性質(zhì)及邊界航磁局部異常通常是疊加在區(qū)域背景場上的次級異等基礎圖件中表現(xiàn)并不明顯，需要通過一定的數(shù)學處理手段來突出其特征。垂向?qū)?shù)處理是解決這個問題的一種有效手段，它反映了磁場在垂直方向上的梯度變化，在增強由淺部磁性體引起的局部異常、壓制長波區(qū)域場有很強的功能，可以突出在總場圖上不明顯的細節(jié)，并能分解橫向疊加異常，理論上導數(shù)的次數(shù)越高，這種分辨能力就越強。磁異常垂向?qū)?shù)換算公式如下:女口果令SzxX,y,z、Szyx,y,z、爲x,y,z及2zx,y,z、Szyyx,y,z、Szzzx,y,z分別為Zax,y,z對X、y、z的一階導數(shù)及二階導數(shù)的頻譜，則有微分定力易于得到:zxzy22e2ee2e2u2v22u2v2221/2gzu2v221/22u2v21/2gz同理，可以寫出:SS2222由此可知，求磁場的n階垂向?qū)?shù)的頻譜，應乘上的導數(shù)因子為而求磁場沿x方向或y方向的n階水平導數(shù)的頻譜，應乘上導數(shù)因子為頻譜（即求x,yxnyzmx,yxnyzm航磁T垂向一階導數(shù)已經(jīng)廣泛地應用于磁異常的解釋，它能區(qū)分相鄰磁性體異常，減少其相互疊加的影響，并把疊加在背景場中的局部異常分離出來，是壓制區(qū)域場，圈定局部異常，分離疊加異常的常用方法。在實際磁場轉(zhuǎn)換處理中，由于垂向一次導數(shù)相波器，在突出高頻異常的同時，也突出了測量、磁場調(diào)平等干擾誤差。對本區(qū)化極場的數(shù)據(jù)后的圖件與原磁場圖相比（圖2a、b）,突出了淺部磁性體信息，而壓制了深層區(qū)域場的影響。該處理也消除或減弱了局部異常之間的疊加和干擾現(xiàn)象。因此，航磁T化極垂向一階導數(shù)處理在提取強背景場中的弱緩異常，圈定局部異常、火山構(gòu)造、劃分構(gòu)造邊界等方面具有根據(jù)厚板狀磁性體異常公式，垂向二階導數(shù)的零值線為磁性體邊界位置。因此，航磁T化極垂向二階導數(shù)處理的主要目的是利用航磁異常垂向二次變換率來圈定磁性體的范圍和邊界。本區(qū)航磁T垂向二階導數(shù)處理是在化極處理的基礎上，對化極后的網(wǎng)格數(shù)據(jù)采用頻率域位場轉(zhuǎn)換方法求取磁異常沿垂直方向上的二次變換率，并編制了航磁T垂向二階導數(shù)等值線平面圖（圖2c）。在理論上，經(jīng)垂向二階導數(shù)處理后，區(qū)域場得到了進一步的壓制，很大程度上消除了深部磁性體的影響，使得磁性體的范圍和邊界更加明顯，僅供參考使用。三、化極0°方向水平一階導數(shù)處理化極0°方向水平一階導數(shù)處理的目的是突出異常在東西向的線性特征，分辨東西方向上構(gòu)造線的展布，以準確的劃定淺層構(gòu)造、斷裂構(gòu)造，以便推斷區(qū)內(nèi)的構(gòu)造格架。磁異常水平導數(shù)換算公式如下：女口果令SzxX,y,z、Szyx,y,z、Sx,y,z及Szxxx,y,z、Szyyx,y,z、Szzzx,y,z分別為Zzx,y,z磁T化極垂向二階導數(shù)等值線平面圖；對X、y、z的一階導數(shù)及二階導數(shù)的頻譜，則有微分定力易于得到：SzxSzy22e2222uv2e1/2gzgSzz同理，可以寫出:2u2v2u1/2gzSS22222222nn而求磁場沿x方向或y方向的n階水平導數(shù)的頻譜，應乘上導數(shù)因子為nI是實測平面上任一方向，它與X軸的夾角為a，則有:Ixy兩邊作傅氏變換并應用微分定理，得知利用(13)式即可實現(xiàn)磁場的頻率域方向?qū)?shù)計算，當a0，代入(13)式即可求得0航磁T化極0°方向水平導數(shù)處理結(jié)果顯示(圖3)，局部域近東西向的線性異常特征及弧形異常特征都非常明顯，為該區(qū)劃分淺層構(gòu)造、近東西向斷裂構(gòu)造等提供依據(jù)。力ee磁場向上延拓處理就是將原觀測面上的磁場值向上換算到另一個高度面上。隨著上延高度的增加，磁性體引起的異常幅度按指數(shù)規(guī)律衰減。衰減最快的為淺部局部磁性體引起的高頻異常成分，而具有一定延伸的大規(guī)模磁性體引起的低頻異常成分衰減較慢?？梢姡蛏涎油靥幚砥鸬綁褐茰\部小規(guī)模磁性體異常而突出深大地質(zhì)體異常的作用。設場源位于z=H平面一下(H>0)，則磁場在z=H平面以上是對x、y、z的連續(xù)函數(shù)。若z=0觀測平面上的磁場Tx,y,0為已知，可以得到向上延拓公式為y/32由褶積積分公式可知，上式為Tx,y,0與1zy2z23/2關于變量x,y3/2二維褶積。空間域的褶積與頻率域的乘積相對應。下面分別求Tx,y,0及223/2傅立葉變換，設Tx,y,z對于變量x,y的傅立葉變換為Spu,v,z，有則利用上式可以由已知的Tx,y,0求出其頻譜Sru,v,0。進一步求z的2x2y2z23/2傅立葉變換，應用Erdelyi(1954)給出的積分變換表可以得到：z2u2v21/2gzu2v21/2gzr(19)式即為向上延拓的頻譜表達式。通過磁場向上換算，相當于加大了觀測面與場源的距離，可以使局部小規(guī)模異常隨換算高度的增加而減小，而深部規(guī)模較大的磁性體所產(chǎn)生的異常更加凸出。為了了解深源磁性體的特征及航磁異常隨高度衰減變化特征，判斷磁性體的埋深及延伸情況，在化極基礎上進行了0.5km、1.0km、3.0km、5.0km四種不同高度的向上延拓處理。通過不同高度的向上延拓，消除了高頻磁異常的干擾，使得磁場面貌逐漸單調(diào)，達到了突出低頻區(qū)域異常的目的，對了解深源磁性體的特征和基底構(gòu)造具有一定的對比測區(qū)上延高度磁場圖可以看出(圖4)：化極上延0.5km后，高頻干擾異常被壓制，有意義的局部異?；颈Ａ?；化極上延1.0km后，規(guī)模較小的局部異常衰減得很快，中等規(guī)模的異常明顯突出，區(qū)域磁場面貌反映得更加清晰；化極上延3km后，由于測區(qū)覆蓋較淺，而引起局部異常的磁性地質(zhì)體延伸有限，高頻異常幾乎消失；化極上延5km后，有效的壓制了淺部磁性體引起的異常，突出了深源低頻磁異常。因此，化極上延0.5km或1.0km磁場圖，對研究本區(qū)區(qū)域構(gòu)造、劃分隱伏巖體非常有效；上延3.0km后仍然存在的磁異常則反映出了規(guī)模較大、延伸較深或埋深較大的磁性地質(zhì)體；上延5.0km后反映的深源低頻磁異常，對于確定磁性基巖、深大斷裂及區(qū)域構(gòu)造格架有著重要意義。五、化極匹配濾波求取局部及區(qū)域場區(qū)域場和局部場的分離問題是航磁數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容之一，對實際資料的解釋有重要意義。利用匹配濾波算法可對航磁數(shù)據(jù)進行區(qū)域場和局部場的分離，進一步達到突出淺部異?；蛲怀錾畈慨惓５哪康?。知，這類磁性體可以用隨機分布的偶極源組成的等效層代替。設偶極源等效層的深度為d2，源的偶極磁距為mdp,,d2，其傅氏正變換為mdpu,v,d2；并設觀測面高度為z，則以求出偶極等效層所產(chǎn)生的場的振幅譜為(為簡潔式中略去u0/4，并不影響結(jié)果)Adpu,v,z42.u2v2Mdpu,v,d2e2d2zuv顯然，振幅Adpu,v,d2是和?.u2—v2Mdpu,v,d2e2八丹成正比的。在假定區(qū)域場是由許多下延伸很大的磁性體所引起，它們可以用由隨機分布的電極等效層所代替。設點極等效層深度為di,電極源的磁荷密度為mp,,di，其傅氏正變換為叫u,v,di，則由點極等效層引起場的振幅譜為當不考慮干擾場時，設實測場為區(qū)域場與局部場之和，它的振幅譜為Au,v,z2Mpu,v,die2dl42Ju2v2gMdpu’vQe2d2z^^為了從實測場中提取區(qū)域場，可以設計一個只對區(qū)域場響應的濾波器，即與區(qū)域場匹配的濾波器。令濾波器的頻率響應函數(shù)為)將(21)、(22)式代入(23)式可得:u,v,z，為使它僅對區(qū)域場響應,p1e2MdpVuv2TUTVd2dip實際上此時u,v,z與z無關，應為u,v。求出頻率相應u,v后，由(23)式求出Au,v,z，用無相移的傅氏反變換(即相位譜不變)，就獲得了區(qū)域場。同樣，如果從實測場中提取局部場，也可以設計個只對局部異常匹配的濾波器，用同樣的方法也可以得到它的頻率響應函數(shù)為2Su^V2d2d式中，X表示點距，k表示直線斜率，h為區(qū)域場與局部場分離的最佳深度。航磁數(shù)據(jù)處理中，匹配濾波法是分離局部與區(qū)域異常場的重要手段之一，因為匹配濾波器是已知相關濾波器，它要求二者具有明顯差異的波數(shù)成分，該工區(qū)的航磁異常特征滿足這個條件（圖5淺部大多為帶狀、塊狀或零散分布的火山巖、侵入巖體，提取區(qū)域場時，它是一個低通濾波器，這與數(shù)學解析向上延拓不同之處在于它有一個較為復雜的類似于漢寧濾波器的窗函數(shù)。在提取高頻成分時，它不會放大導致高頻成分的振蕩效應，因為高通時的濾波器漸近線為1。與向上延拓相比,該方法簡單易行，而且還能夠獲取分析局部場與區(qū)域場的相關窗口。通過匹配濾波算法可以分離淺部異常信息，通過不同的匹配因子，可以逐層剝離異常，為地下異常區(qū)域的分層解析提供了技術(shù)手段。六、剩余異常剖面平面圖對于那些頻率高、幅值低的航磁異常，在航磁T等值線平面圖上受網(wǎng)格化取數(shù)圓滑濾波影響以及成圖精度的制約，往往顯示不清或被漏掉；而在航磁T平面剖面圖上往往疊加在較大異常的背景場上，不容易識別出來。為了從剖面上將一些局部異常和較微弱的短波異常從區(qū)域背景中分離提取出來，采用空間域非線性濾波法對測區(qū)剖面數(shù)據(jù)進行非線性濾波處理計算，提取航磁剩余異常。非線性濾波方法是根據(jù)剖面異常曲線的曲率變化，按一定的異常寬度窗口擬合計算出剖面的區(qū)域背景異常值，然后將其從原始剖面異常中減去，所獲得的剖面異常即為相應的剩余異常。該方法可以有效的提取指定波長的剩余磁異常，具體計算公式如下和迭代步驟如下(圖6)：步驟i用剖面實測異常作為第一次圓滑的原始數(shù)據(jù)，用(26)、(27)、(28)式估計給定濾波窗口寬度WD兩倍內(nèi)異常曲線彎曲方向的特征值。SiTFKmFTFKS<3TF0.5gTFK2步驟2如果Ski、Sk2、Sk3同時滿足下面條件:Q點距(30)、(31)式計算出Kmi、K、Kpi三點區(qū)域異常值，然后向前移動窗口，回到步驟1。TFKmTFKmiSki.0.5TpiSk3.0.5T步驟3如果Ski、Sk2、Sk3不同時買足步驟2的條件，則向前移動窗口，步長等于濾波窗口寬度，回到步驟i,指導整條剖面計算完成為止。步驟4以點距為單位，逐步減少窗口寬度，用新得到剖面異常代替i2、3,共重復WD次，使濾波窗口內(nèi)每一個異常點都得到處理，提高濾波效果。步驟5為保證計算精度，重復上述步驟i2、3、4過程2~5次，獲得剖面區(qū)域異常。為了獲得較好的濾波效果，根據(jù)本區(qū)地質(zhì)解釋的需要，并分析對比不同濾波異常窗口處理結(jié)果信息，經(jīng)過使用對比，本區(qū)最后選用濾波異常半寬度羽000m,沿剖面逐線完成對航磁弱緩異常的提取。從航磁弱緩異常處理效果看，消除了背景場的影響，分離了疊加異常，局部異常的形態(tài)更加完整清晰，并對弱小異常起到增強作用。如圖7中，經(jīng)過弱緩異常處理后，弱小磁異常在數(shù)條測線上反映明顯，異常邊界也更加清晰。目前對起伏地形條件下航磁數(shù)據(jù)進行定量正反演計算主要采用最優(yōu)化算法，原起伏測量面上直接進行解釋。本次研究以最優(yōu)化理論為基礎，使用二維半模型在為了提供模型正演計算的速度