地质矿产磁异常研究论文

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中文摘要】本文依托南秦岭平利地区南北4幅1:5万矿产远景调查,在充分搜集研究前人资料的基础上,通过野外实际路线和矿点调查及重要样品实验测试研究,重点对平利地区的区域地质和矿产特征、重要矿化类型及成矿特点进行了研究,探索了以花桥钛磁铁矿为代表的重要成矿类型,并研究分析了平利地区主要矿化类型的找矿远景。取得了以下主要成果和进展。1.平利地区地处扬子陆块与秦岭造山带结合部位,主要出露有基底中元古界杨坪组,由绢云绿泥片岩和绢云钠长片岩等组成,上覆有南华系耀岭河组的变质火山岩系、震旦系陡山沱组的碳硅质板岩和灯影组白云质灰岩等,早古生代主要沉积了一套被动大陆边沿还原相的硅质岩、灰岩和碳质板岩等,自泥盆纪以后地层缺失;区内岩浆作用微弱,岩浆岩出露有限,主要发育有南华系基性火山岩和奥陶纪碱性辉长岩类两期岩浆事件,分别代表Rodinia超大陆裂解在秦岭地区的响应和早古生代大陆板内构造—岩浆事件。现有构造和地形地貌是印支期构造运动的结果。2.平利地区整体矿化较弱,仅发现有一些工作程度较低的矿点、矿化点,主要成矿类型为与奥陶纪碱性辉长岩类有关的岩浆分异型钛磁铁矿,产于震旦纪灯影组灰岩中的MVT型铜铅锌矿和主要分布于冷武纪鲁家坪组碳硅质岩中的沉积改造型钒钼矿等。其中,钛磁铁矿有较好找矿远景,已发现有中小型成矿潜力的花桥矿点;产于灯影组灰岩中的铜铅锌矿化,区域成矿分析与扬子北缘MVT型铅锌矿处于同一层位,可能是该类型矿产在本研究区的表现,但研究区产于灯影组灰岩中的罗家院子矿点,以铅锌含量较低(—),铜含量高(—)为特点,与区域上扬子型MVT铅锌矿在矿种上有明显差异;冷武系中的钒钼矿目前尚未见有产业意义的矿化,可能是成矿元素富集不足。3.花桥钛磁铁矿作为区域上较有价值的与碱性辉长岩类有关的金属成矿类型,本论文进行了较为深进的研究。花桥钛磁铁矿可见赋矿岩体长约250m,宽8—10m,面积约2500m~2,岩体呈透镜体状,岩石类型主要为辉石岩、辉长岩等,主要含矿岩相为黑云母辉石岩,岩石主要由含钛普通辉石组成,其次为黑云母。含钛普通辉石呈自形一半自形晶,见微量磷灰石和榍石,岩石绿泥石化、碳酸盐化明显。钛磁铁矿体产于岩体中部,与岩体呈过渡关系,无清楚界线,矿石主要为稠密浸染状,主要金属矿物为钛磁铁矿、钛铁矿、磁铁矿和少量黄铁矿。4.花桥钛磁铁矿赋矿岩石岩石地球化学全碱—硅图解投图,主要落进碱性辉长岩中,但与一般碱性辉长岩相比,SiO_2较低,已获样品SiO_2在—(wt%)之间,Na20＞K_2O,Na_2O/K_2O在—之间,属典型钠质型碱性岩类;MgO含量—为—为—;m/f比值为—,属富铁质系列。Pearce(1977)的FeO—MgO—Al_2O_3图解,落进大陆板内。稀土元素总量较高,∑REE为—×10~(-6),呈明显轻稀土富集特点,(La/Yb)N=—,δEu为—,铕呈稍微正异常。矿石矿物钛磁铁矿TiO_2含量—含量—含量—。上述特征表明研究区钛磁铁矿是扬子陆块北缘早古生代幔源低程度部分熔融产物上侵分凝成矿作用结果。5.平利地区南北长80余公里,东西宽20余公里,约1700km~2范围内,运用综合分析方法,对岩浆分异型钛磁铁矿、MVT型铜铅锌矿和沉积改造型钒钼矿找矿远景进行猜测。钛磁铁矿以碱性辉长岩类矿化,特别是辉石岩的产出为有利找矿标志,有明显磁异常和Ti元素地球化学异常,在研究区共圈出3个找矿远景区,以花桥远景区最具找矿远景;MVT型铜铅锌矿,主要找矿标志为震旦纪白云质灰岩及后期构造裂隙发育为典型特征,Cu、Pb、Zn元素地球化学异常为重要找矿指示,在研究区圈出6个找矿远景区,其中以罗家院子远景区最具找矿潜力。');【Abstract】 On the basis of 4 one to fifty thousand of mineralization and prospective survey in Pingli area in South Qinling,the author collected and researched many datas of the the former geological workers in the area,and then through investigating field routes and ore occurrences and testing on important samples,especially researched the characters of regional geology,mineralization,important mineralization types in Pingli quest for the important mineralization types which representative of Huaqiao titanomagnetite occurrence in the research area,then analyse and predicate the ore deposit of the major mineralization types in Pingli major inclusion and advances as Pingli area is located in the region of the joints of Yangtze block and Qinling orogenic outcrops are mainly fundus of Yangping Group of Middle Algonkian, which is composed of sericite chlorite-schist and sericite roof rock consist of metamorphic lava of Nanhuaan System,Doushantuo Group carbonaceous-siliceous rocks and Dengying Group dolomitic-limestone of Sinian Period,and a set of siliceous rocks, limestone and carbonaceous slate in deoxidize environment on the edge of passive continental margin in Early the strata were lost began from magmatism were faint and the magmatic rock are exiguous exposed in the Pingli area,and mainly developed two times of magma events of basic lava of Nanhuaan System and alkaline-gabbro of Ordovician,The basic lava of Nanhuaan System represents the corresponding to the breakup of the Rodinia super-continent in Qinling,and the alkaline gabbro of Ordovician represents the intracontinental tectonic- magmatism in Early mineralization is faint in the whole Pingli area,and only found some mineralization occurrences which were inadequate exploration in this main mineralization types of them are Magmatic Differentiation-type of titanomagnetite occurrence related to the alkaline-gabbro of Ordovician,the MVT-type of Cu-Pb-Zn mineralization produced in the Dengying Group dolomitic-limestone of Sinian Period and the Sedimentary Reformation-type of V-Mo mineralization mainly distributed in the Lujiaping Group carbonaceous-siliceous rocks of Cambrian et titanomagnetite occurrence has the long-range view in these mineralization types and it has found the Luojiayuanzi Cu-Pb-Zn ore occurrence,which has the long-term view of becoming small-middle sized to the regional mineralization analysis,the Cu-Pb-Zn mineralization occurs in the Dengying Group limestone is found in the same strata horizon to the MVT-type of Cu-Pb-Zn mineralization in the edge of Yangtze block,it maybe the behaviour of MVT-type of Cu-Pb-Zn mineralization in Pingli the Luojiayuanzi is characterd by low-grade of Pb/Zn(—),high-grade of Cu(—),it is different to the ore of MVT-type hasn\'t found economic value of V-Mo mineralization in the Cambrian system,it is probably because of the inadequate enrichment of mineralization titanomagnetite occurrence,as has the economic value of the metal mineralization type related to the alkaline-gabbro in the region,the author made embedded study on visible ore-body of Huaqiao titanomagnetite occurrence is about 250m long and 8—10m wide,and the area is about 2500m~ was lens shape,and the ore type are mainly pyroxenite and gabbro et ore-bearing lithofacies is biotite- rock mainly consists of titaniferous-pyroxene,the others is the rock the titaniferous-pyroxene is automorphic-hypautomorphic,and there is a little of apatite and sphene in chloritization and carbonatization are distinct in the titanomagnetite occurrence is occured in the middle part of the pyroxenite body,and is gradual changed of no obvious borderline between the ore body and the country ore is mainly of dense-disseminated and consists of titanomagnetite,mohsite,magnetite and little petrogeochemistry of Whole alkali-Silicon schema of Huaqiao titanomagnetite occurrence reveals it is in the alkaline-gabbro range,but it has lower content of SiO_2 than the common gabbro,the SiO_2 is —(wt%) of the now get Na_2O＞K_2O, (Na_2O/K_2O = —),so that it is typical natrium-type alkali = — = — = — value of m/f= — it is belongs to Fe-rich rock FeO—MgO—Al_2O_3 schema(Pearce,1977) of the samples\' data revels it is within the ∑REE = —×10~(-6),shows the LREE-rich character.(La/Yb)_N =—.δEu =— a faint positive anomaly trend of TIO_2=— = — = — the the characters above show that the titanomagnetite occurrence is the result of magmatic segregation when the low-degree of partly fusing outcome of mantle origin in the north edge of the Yangtze block in the early investigation area of this *** is about 80 km long and 20 km wide,the area is about 1700km~ the integrate analysis,the author predicate the prospective ore deposit to the Magmatic Differentiation-type of titanomagnetite mineralization,the MVT-type of Cu-Pb-Zn mineralization and the Sedimentary Reformation-type of V-Mo suggest in this *** that the mineralization of alkaline-gabbro,spatially the emergence of pyroene is the effective symbol indicating the titanomagnetite mineralization,and there are distinct magnetic and Ti petrogeochemistry abnormity,and predict 3 prospective zones,the Huaqiao zone is the best major orefinding symbols of MVT-type of Cu-Pb-Zn mineralization are dolomitic-limestone of Sinian Period and development of Later tectonic break,and the Cu/Pb/Zn petrogeochemistry abnormity are important oresearch indicator,and predict 6 prospective zones,the Luojiayuanzi zone is the best one.

张玉君

（地质矿产部航空物探遥感中心，北京100083）

摘要：用图像处理技术对下述与油气田异常有关的问题进行了研究：快速提取高频弱磁异常，估算高频磁异常源的埋深，放射性异常性质的归一化处理，典型异常剖面的分析，以及油气远景评价，提出了4个有希望含油气的异常。经验证，这4个异常中有3个见到油气显示，其中1个为工业气流。

关键词：油气田，烟囱效应，图像处理，航放Th归一化处理，油气远景评价。

一、前言

近10年，非地震物探方法寻找油气田的工作越来越受到人们的重视[1-8]，原因之一是地震勘探生产费用日益昂贵；另一方面，近10年航磁、航放测量技术发生了重大变化，航空光泵磁力仪的灵敏度从1nT提高到～，大体积方柱形NaI（Tl）晶体和数字电路被引入航空放射性测量仪，不仅使其灵敏度提高了10多倍，而且使强度测量被4道（K、Th、U及总道）或多道（256或512道）能谱测量所取代。这一切促使物探工作者在油气勘查中更加注意应用具有大面积低消耗特性的航空物探技术。

柴达木中部地区的高灵敏度航磁、航空伽马能谱测量飞行线距1km，飞行高度约90m；安装在双水獭型飞机上的航放、航磁综合站包括GAD-6型4道能谱仪、MAP-4型质子旋进磁力仪、磁带收录机及多普勒雷达、航空摄影两种导航定位设备。能谱仪使用了3箱NaI（T1）晶体，总体积为48L，磁力仪的灵敏度为。

放射性伽马测量普查油气已有50多年的历史，实践表明，在油气田上方有偏低的放射性异常，并在油气构造边缘存在比本低高的异常峰值。1979年美国Donovan .等人在Cement油田发现了高频磁异常[13],10多年来人们公认了这种与油气田相关的高频磁异常[9]的存在。尽管对产生这些异常的机制存在不少争议，但最被接受的假说是烟囱效应，通常认为几乎所有的储油构造都从深部排出水份，烟囱效应将碳氢化合物和其他有机衍生物通过喷溢、溶液散逸、气体扩散等三种渗漏作用带到地表；地层中的液体和气体在从油、气层向上运移过程中，由于后成作用形成磁铁矿并沉淀放射性元素，从而形成可被航测发现的航磁航放异常，并作为判断地下赋存有碳氢化合物的标志。

提出用图像处理技术来研究这一问题，基于两点考虑：航空物探的大面积宏观数据通过图像处理可以快速获得直观结果；图像系统具备既适合位场数据（航磁）又适合统计学性质数据（航放）的处理功能。本文所做基础图像网度为×。除航磁、航放外还利用了陆地卫星影像 MSS（7、5、4波段）数据。

二、异常特征研究

1.高频弱磁异常的快速提取

柴达木盆地是我国重要的含油气盆地之一，在测区内已有多处井下油气显示，测区内人烟罕见，人文干扰较少，为研究油气田后成磁铁矿引起的高频弱磁异常特征的理想试验场地。

测区磁场动态范围为0～533 nT，在0～127 nT的低端仅有12个像素，占全图面的5/100000，并集中在东北部的局部负异常内，故采取限幅拉伸的方法：

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式中 z（x,y）为磁场异常，单位nT,l（x,y）为图像灰度级或称灰阶。

每一灰阶代表 nT，可见经限幅拉伸处理，使磁原始图像保留了更多的弱异常信息，再按（2）式[10]制作立体阴影图（彩版附图9（A））。

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式中 θ为光源方位角；φ为光源高度角；λ为磁面法线矢量与光源矢量的夹角。

测区磁场彩色立体阴影图显示出沿着从西北角到东南角对角线两侧成群地存在着高频弱磁异常，其宽度为1～2km，幅度为2～15 nT，在黑白图像上有3～20灰阶的变化。

文献[2]认为，钻井套管和井盖可能引起幅度为2～5 nT的异常，但其波长更短（＜300m），也就是说在×网度的图像上，套管和井盖所引起的异常仅表现为孤立点。为了突出有用弱磁异常，用图1中的模板通过褶积功能制作了水平二次导数图像，通过邻域滤波消除孤立异常点。

彩版附图9（B）为航磁二次导数、经归一化处理U及油气异常分布叠加图像。青色点群为航磁水平二次导数异常；红色为经归一化处理 U；绿色和蓝色椭圆为已知异常位置；红色椭圆为新发现的有希望异常。10个已知油气显示全部都具有高频弱磁异常，这有力地表明这种仅用数分钟即可完成的磁场二次水平导数图对于提取与油气田有关的高频异常具有重要意义。

图1求导褶积模板

2.高频弱磁异常的磁源埋深

对磁场（经镜像对称扩边）进行快速富氏变换，然后对变换结果计算功率谱，从功率谱图像上取径向剖面值，最后做径向功率谱图（图2），为了做图方便直接用图像上的点数作为横坐标。

该谱图表明全图由低频功率谱Pl和高频功率谱Ph组成，低频部分在该区主要由前泥盆系变质岩的磁性引起，高频部分主要由浅部后成作用局部矿化引起，用参数法求磁源埋深[14]

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取对数

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图2径向功率谱

如果用半对数坐标成图，式（4）为线性方程，－2H与－2h分别为低频段（1～8点）与高频段（12～50点）的直线斜率，lna与lnb分别为二直线的截距，△r为径向频率间隔。

r=2π/（点数×点距）（5）

本测区点数为512，点距为 m，∆r=×10-6m，用最小二乘法求得二直线的截距和斜率分别为

a=, b=，

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式中S被导入是因为图像处理所显示的对数功率谱值仅有相对意义，S的单位为m，其值可通过某已知异常源埋深求得。已知低频磁异常系由埋深为－5000至－15000m的前泥盆系变质岩引起，则

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将H代入，S为～。

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即高频弱磁源埋深在～1km之间。

3.航放图像对油气藏的反映

航放三元素合成图像[11-12]示于彩版附图9（C），叠加于其上的还有航磁二次水平导数异常。红为K，其含量变化为0～；绿为Th，其含量变化为—39×10-6；蓝为U，其含量变化为0～×10-6，彩版附图9（D）的上图为其色标；黄色点群为航磁水平二次导数异常。航放图像较之航磁水平二次导数对于油气显示的相关性要复杂得多，虽然并非所有已知油气显示都有清楚的航放异常，但还是有一些含油气构造反映较清楚，如彩版附图9（C）上的5号异常为已知鸭湖含油气穹隆。在双元素图像（彩版附图10（A），彩版附图9（D）的下图为其色标）上鸭湖构造也十分明显；在该图上部为R—Th,G—K,B—K合成图像，箭头所指为已知东台吉乃尔含油气构造；下部为R—Th,G—U,B—U合成图像，箭头所指为已知涩北1、2号含油气构造，它们都表现为周边高中间低的放射性异常。

如何增强或突出航放数据中与油气有关的信息，关键在于减少或压制岩性影响，为此，我们采用了主分量分析（在图像处理中称之为KL变换）和Th归一化处理[15]。

彩版附图10（B）为航放三元素主分量分析（即KL变换）图像，彩版附图9（D）的上色标亦为其图例；图中a、b、c分别为第1、第2、第3主分量，以KL（1）、KL（2）、KL（3）表示，d为其合成图像。各主分量的组成为：

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式中，Xk、XTh、X。分别代表某像素K、Th、U之含量值。

在第1主分量ξ1中以K为主，减少了Th的作用；由于在大部分沙岩、砾岩中K和Th有正相关性，故经此处理的KL（1）大大压制了岩性的影响，突出了K与Th不相关的地质过程的反映，如钾盐的沉积及烟囱效应等。

ξ2综合了K、Th、U的变化，反映全区地质环境，对研究油气局部异常作用不明显。

ξ3中以U为主，又减弱了Th和K的作用，大大压制了岩性影响，对研究油气局部异常很重要。

为减少岩性影响，根据文献[15]，在整理地面或航空放射性测量数据时，常常除以Th含量值，称之为Th归一化处理。在做这种处理时，认为Th能较多地代表砂砾沉积物中岩性的变化，K、U与Th在这些沉积物中有一定正相关关系，除以Th值便减少了或压制了岩性的影响。我们的改进在于在归一化处理之前，先做相关分析，求出相关系数，再按相关系数做Th归一化处理。彩版附图10（C）即为K和U经归一化处理前后的对比图像，左边为原始图像，彩版附图9（D）的上图为其色标；右边为归一化处理结果。

表1为已知及新发现异常统计表，共8项特征：K原始图像、K经KL变换、K经Th归一化处理、U原始图像、U经KL变换、U经Th归一化处理、U晕圈及MSS（7、5、4波段）图像上的晕圈反映。已知10处油气显示中有8个（占80%）有明显或较明显的航放异常；其典型特征是：在Th归一化图上中心部位K低、U低和U高值的外围晕圈。

Th归一化处理的作用对下述含油气构造的异常十分明显：使V1、V2、V5的K高变为K低，使V1、V5的U高显著降低。故Th归一化处理对于统一异常性质有明显效果。

4.典型异常的剖面图像

以鸭湖（V2）和红三旱四号（V1）做为典型的已知异常进行剖面研究。

鸭湖异常有以下典型特征（彩版附图10（D））:

（1）U在归一化处理前后（彩版附图10（D）右图中之蓝色曲线）异常中心部位都是低值；

（2）K在异常中心部位原为高值，经归一化处理后也获低值（彩版附图10（D）右图中之红色曲线）；

（3）在异常周围U有明显的高峰和晕圈现象；

（4）有明显的高频弱磁异常，且中心处更强（彩版附图10（D）右图中之绿色曲线）。

表1已知及新发现异常统计表

红三旱四号的异常特征为：

（1）U在归一化处理前异常中心部位为强高值，经归一化处理后显著降低；

（2）K在归一化处理前为高值，经归一化处理后为低值；

（3）经归一化处理后在异常周围U有明显的高峰，反映出晕圈现象；

图3红三旱四号地面能谱测量剖面

（4）也有明显的高频弱磁异常。

综合典型异常分析，与油气藏有关的航磁航放异常识别标志为：航磁局部高频弱变化；Th归一化处理后局部低钾、低铀（也有达不到低值）；以及铀在异常周边的高值晕圈现象。

我们对红三旱四号异常进行了地面检查，用4道能谱仪进行了剖面测量，总长10km，点距100～200m。所获剖面（图3）与空中测量结果一致，在异常中心部位为K高、U高和Th高，从中心向两侧先降低后又升高。

三、对含油气远景评价的讨论

本测区内已知含油气构造或点共10处，如表1所列：红三旱四号（V1，气），鸭湖（V2，气），马新高点（V4，油），东台吉乃尔（V5，见工业油气流），南陵丘（V6，油气），驼峰山（V7，油气），涩北1号（V8，油气），涩北2号（V9，油气），涩聂北（V12，气），涩聂东（V3，气）。这10个已知油气显示无一例外都有明显的航磁水平二次导数异常。前8个有明显或较明显的航放异常显示，表现为在经Th归一化处理的K元素图像和U元素图像上为中心部位的低值及U的周边升高的晕圈现象。后两个已知区航放异常不够明显，主要原因是，这两个已知油气显示点处于钾盐类沉积丰富地段，钾引起的放射性变化强于与碳氢化合物有关的弱放射性异常，后者未能明显表现出来。故本测区已知油气显示构造或点与航磁水平二次导数异常的吻合率为100%，与航放K、U异常的吻合率为80%。

李芦玲等李芦玲等.柴达木盆地中部地区航空磁测详查结果报告.地质矿产部航空物探遥感中心，1985。曾用传统的方法对本测区含油气远景进行了评价，圈出8个最有希望的含油气区，图像处理也完全证实了这一评价。经图像处理，我们认为还应补充提出以下4个有希望的含油气异常区：

（1）依克雅乌汝背斜构造（V3），位于鸭湖含油气背斜构造东30km，台吉乃尔含油气背斜北15km。其航磁航放、卫片异常均很典型，且与鸭湖异常极为相似，异常特征依据充分，可做为新发现的最有希望的含油气异常点。

（2）南陵丘西异常（V10），位于南陵丘已知含油气构造西约5km。有局部高频低幅磁异常、低钾、低铀及较明显可辨之周边闭合的高值U晕圈。可做为新发现有希望的含油气异常。

（3）洪上异常（V11），位于台吉乃尔洪积扇上部。除有局部高频弱磁异常外，有低U及隐约可见的周边U高值晕圈，可做为新发现较有希望的含油气异常。

（4）南八仙异常（V14），位于仙西南高点北缘。有局部高频弱磁、低钾和低铀异常。也可做为新发现之较有希望的含油气异常。

如前所述彩版附图9（B）上展示了l0处已知（蓝、绿、黄色椭圆）和4处新发现油气异常（红色椭圆）。并与归一化处理后之U（红）以及航磁水平二次导数异常（青点）叠加在一起。

上述远景评价于1990年完成，根据能源部1991年在柴达木中部地区进行的勘探成果，对比如下，上述4个含油气远景区中的3个见到了油气显示：即依克雅乌汝背斜构造（V3）于“伊中1”井见油气显示，洪上异常于“台中1”井见工业气流，南八仙异常于“仙3”井见油气显示。

本工作所预测的4个含油气远景区中有3个见到了油气显示，说明航磁、航放等综合参数通过图像处理所做油气田异常特征的研究是有效的。常规方法没有发现的异常，却由本方法预测，并已得到验证，说明该方法的价值。

参加野外验证的还有水恩海、史殿林、郭毅，屏幕图像均由杨星虹拍摄，能源部石油勘探开发科学研究院遥感地质所叶和飞给予了支持。在此表示诚挚的谢意。

参考文献

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[15]Alton —a practical exploration Oil Reporter'March,173,1982.

A STUDY OF AERO-MAGNETIC AND ANOMALIES IN SOME OIL-GAS FIELDS BY IMAGE PROCESSING TECHNIQUES

Zhang Yu jun

（Center of Aero-Geophysics and Remote Sensing, Ministry of Geology and Mineral Resources , Beijing 100083）

Abstract

This work represents the results of study of the following problemsby image processing techniques: the quick extraction of weak magnetic anomalies with high frequency, the evaluation of depth for highfrequence magnetic anomalies,the normalization of radiometric anomalies, the analysis of typical anomalous profiles and the prediction of perspective anomalies to find oil and new perspective anomalies for oil gas were study had been finished at the beginning of with the results of exploration in 1991, we have been encouraged by the fact that not only on 3 out of the 4 anomalieas the oil and gas werefound, but also on one of them the gas was found.

Key words Oil-gas filed,The chimney effect,Image processing, The second holizontal gradient of magneticfield, The power spectrum, The Th normalization for aeroradiometrics, The perspective evaluation for oil-gas.

原载《地球物理学报》，1994,。

我这里有重磁的正反演……刚刚写完~不过我的重点是重磁异常正反演的数学研究呃 刚刚发现 图片都发不上来的说……公式都是图片……引言重力勘探是利用地球内部各种岩(矿)石间因密度差异而引起的重力场变化来查明地质构造和寻找有用矿产的一种地球物理勘探方法。磁法勘探是利用地壳内各种岩(矿)石间磁性差异所引起的磁场变化(称为磁异常)来寻找有用矿产和查明地下地质构造的一种地球物理勘探方法。这两种方法观测的是天然地球物理场的变化，都属于天然场方法。在地球物理勘探中都是应用广泛的物探方法。然而，岩石物性研究曾是我国地球物理工作的薄弱环节，随着石油重磁勘探从区域向局部、从低精度向高精度、从定性解释到定量解释、从构造解释到岩性解释、从单一方法到多方法综合勘探的发展，对岩石物性及物理-地质模型的研究提出了越来越高的要求。重磁场的正演问题是重磁勘探解释的理论基础给定地下地质体中密度不均匀体和磁性体的几何参数（位置、形状、产状等几何要素）和物性参数（密度差和磁化强度矢量），求它在外部空间任意点的重磁场，称为重磁场的正演问题。反之，由重磁场来推测地下密度不均匀体和磁性体的几何参数和物性参数，则称为重磁场的反演问题。研究正反演问题的方法有许多，常用的有数学场论分析、数值分析、解析延拓等数学方法和频谱分析、界面迭代、物性不均匀时界面等地质方法。本文主要就重磁场异常时的正反演研究中的数学方法做归纳总结。一．重力异常的正反演方法：重力异常（gravity anomaly）指地球表面一点的实测重力值归算到大地水准面上与该点理论重力值之差。它可以反映出地球的自然表面与大地水准面不符，也可以反映地球内部质量分布的不均匀。在地质勘探中：是把地下物质及其密度分布不均匀引起重力的变化称为重力异常。它往往与地质构造(例如背斜、向斜，盐丘、断裂、岩体等)及矿体的存在有关。根据对地球表面重力异常分布的研究，可以获得有关地质资料，因对实测重力值归算方法不同，重力异常分为空间异常、布格异常、均衡异常。具体如下图所示： a: 表示正常重力值所对应的地质质量分布；b: 表示在地球自然表面上A点进行重力观测的观测值；c: 自由空间异常值 ； d: 地形改正，也称法依异常；e: 布格异常； f: 均衡重力异常；为了解决上述问题，我们这样来考虑，假设已知各种简单性体的地质体，分析其异常特点，解决的办法是用数学将不同形体的异常计算出来，分析其异常特点，找出异常和地质体的性质，产状，位置，大小之间的联系，达到地质解释的目的，前者根据已知形体，计算其异常，称之为正演问题，反之根据异常特点，说明地址特点，称之为反演问题，对我们来说，反问题是目的，正演问题是基础，两者亲密相关，不可分割。1. 有关场论知识设有一任意形状的地质体，其体内任一点的坐标我们用A表示，p点的坐标用P表示，如图，根据万有引力定律，物体中的任意质量单元dm由场论可知，物体Q在其外部某一点p的引力为:式中 G为引力常数（ CGS）；是物体Q的剩余密度；dv是物体的Q内的体积元；R是小体积元到P点的距离；下标Q表示积分是对地质体Q进行的。设r为dm到任一点的距离，设A坐标是（ζ，η，ε）,任意点p的坐标是（x,y,z）表示，则式中的：对其求一次导数得：分别对三式求x,y,z的导数:将上式中的三式相加得：v而 =所以得到： 0上式为拉普拉斯方程，对产生引力物体以外的任意一点都适合。2. 解正演问题的基本公式在正演问题中，一般令r为dm与P点之间的距离,dm的坐标是（ζ，η，ε），p点坐标是（x,y,z）,所以有r=dm的重力异常为de的铅垂分量，即式中 表示质量单元在P点的引力与铅直方向的夹角。考虑到dm= 为剩余质量与体积单元的乘积，于是整个地质体在该点引起的重力异常应当是对它的全部体积的积分，即：3、简单形体重力异常的正反演问题（以球体为例）对于一些等轴状，球体可近似看成是均匀的地质体，如穹窿，盐丘，侵入体等具有实际意义，另一方面，是为了方便讨论其他形体的正反演问题。设有一球体，剩余质量为M，半径为R，求埋藏深度为D，采用直角坐标，则由球体引起在xoy平面上的引力。如上图，计算得：式中r为球心到p点的距离，当观测点是沿x轴上分布，则y=0，那重力异常沿x轴上的值可用下式表示：（1）从上述两式，不难看出，穿过球体中心的任意剖面上的重力异常曲线的形状都是一样的，并且曲线对纵轴是对称的，那么在平面图上，曲线为一系列同心圆，在球体顶部及外部，等异常线较稀，而球体边缘部分等异常曲线较密，根据已知产状的地质体，利用公式计算得到的异常曲线，我们称之为理论曲线，根据这曲线，我们可以研究地质体的埋藏深度，范围大小。同时按公式（1），令x=0,即观测点在球体正上方0点， 最大，用 表示，则当x远离o点时，引力作用逐渐减小， 也随之减小，当x趋于无穷大时， 趋于0，但在实际工作中，由于观测系统精度的限制， 减小到一定程度时，就测不出了，在此为了说明异常范围的大小，我们规定：当 减小到最大值的倍以下时，可以认为异常没有显示，令g= ，有上述（1）式有：解上式得： =2D这就是说，当观测点远离原点时，其水平距离为二倍于球体的埋藏深度，这时观测到的重力异常可以忽略不计，由此可见，地质体引力大小和其埋藏深度之间关系是：当D越大时， 越小，异常范围越大， 曲线变化越平缓，D越小 越大，异常范围越窄，曲线变化越陡。还有地质体的剩余质量越大，重力异常值越大，异常范围显示亦越大。讨论了正演问题，下边简单分析一下反演情况。为求得球体的埋藏深度，我们利用了重力异常曲线上的半极点，设半极点的横坐标是x1,然后将重力异常的半幅值和x1代入上述公式得：解上式得：D=由此可见只要找出异常半幅值的横坐标再乘以即得球体的埋藏深度，再将上述结果带入 = 可得剩余质量M值。如果知道球体对围岩的剩余密度 ，我们还可以求出下式求出球体的半径R值。由于 , ，有了球心深度D和球体半径R，我们还可以求得球体顶部的埋藏深度H:H=D-R在这里需要指出的是：球体和围岩的密度差，实际上经常是不知道的，这样球体的半径就不能确定，这时如果我们还要问：球体的半径是多大，那么其解答是非单一的，因为只要保持M不变，不论球体的大小，其异常曲线完全相同，就是说，同一异常曲线，可以解释为大球体或小球体所引起，这就是物探解释人员所说的多解性，为此在作物探资料解释时，应尽可能确定有关参数，如密度等。由上所述，对于简单的规则形体，可导出其简单的函数关系，计算其引力引起的异常，但实际上，地质体的形状是复杂的，想找出其函数关系是困难的，为了解决这类问题，人们采用了很多新的方法，如量板法等等，这些方法很复杂，我们现有的知识不能完全了解并接受，因此这里没有办法做详细的介绍，希望以后能够多接触到这些知识，并且能灵活的掌握和运用。

（一）划分不同岩性区和圈定岩体

由于磁异常是由不同地质体间的磁性差异引起的，所以某种地质体的异常特征，与地质体的空间分布、形状、产状及磁性直接相关。理论和实践表明：①磁异常的位置和轮廓可以大致反映地质体的位置和轮廓；②磁异常的轴向，一般能反映地质体的走向；③在地质体出露和埋深较小的情况下，其磁性不均匀常会使异常发生起伏变化；④磁异常的强度和分布范围会随埋深而变化。除以上几点外，在圈定岩体和划分岩性区时，还应注意不同岩石的地质分布特点，岩石磁性的变化规律及其相应的磁场特点，磁性体的磁化特点等。

1.基性超基性岩体的磁场特征

基性与超基性侵入岩，一般含有较多的铁磁性矿物。在出露或埋藏较浅时，在地面可引起数千纳特的强磁异常。由于磁性矿物含量的不均匀，曲线有一定程度的跳跃（图3-8-1）。有时岩体中含有百分之几到百分之十几的磁铁矿，此时岩体磁异常与磁铁矿磁异常往往难以区分。

图3-8-1 基性超基性岩的磁异常

1—碳酸盐化超基性岩；2—辉橄榄岩；3—橄榄岩；4—花岗岩；5—闪长岩

2.玄武岩等的磁场特征

玄武岩体上的磁异常值变化很大，有数百纳特以下的弱异常，也有数千纳特的强异常，以上千纳特的异常较为常见。这些异常常具有锯齿状剧烈跳跃的特点，与其他岩体有明显的区别。

3.闪长岩的磁场特征

闪长岩常具有中等强度的磁性，在出露岩体上可以引起1000nT～3000nT磁异常。当磁性不均匀时，异常曲线在一定背景上有不同程度的跳跃变化（图3-8-2）。当磁性均匀时，曲线跳跃幅度较小。

图3-8-2 磁性不均匀闪长岩的磁异常

1—变质岩；2—第四系；3—闪长岩

4.花岗岩等的磁场特征

花岗岩类一般磁性较弱，在多数出露岩体上只有数百纳特左右的磁异常，有时甚至在百纳特以下。曲线起伏跳跃较小，少数岩体上也有形成数千纳特异常的。花岗岩体有时有不同的岩相带，常形成不同的磁场特征，且边缘相的磁场强度往往相对较高。花岗闪长岩的磁异常常较花岗岩高，而与闪长岩相近。

5.沉积岩类的磁场特征

沉积岩多数只有微弱的磁性，故磁场平静、单调。有些砂岩、页岩或含有磁铁矿的大理岩，因含有少量磁铁矿物而出现磁异常。有的盐丘，因其组成矿物具有反磁性而有数十纳特的负磁异常。

6.变质岩类的磁场特征

沉积岩形成的变质岩一般磁性微弱，磁场平静。由火山岩形成的变质岩的异常与中酸性岩体异常相近。含铁石英岩情况特殊，往往形成有明显走向的强磁异常。

（二）推断断裂、破碎带及褶皱

用磁法能圈定断裂带、破碎带，是因为断裂的产生或者改变了岩石的磁性，或者改变了地层的产状，或者沿断裂带伴有后期或同期岩浆活动，或者沿断裂两侧具有不同的构造特点。断裂或断裂带上的磁异常，按其特征可分为以下几种。

沿断裂有磁性岩脉（岩体）充填，这时沿断裂方向会有高值带状异常（或线性异常带）分布。若沿断裂方向因岩浆活动不均匀，可能产生断续的串珠状异常。有些断裂破碎带范围较大，构造应力比较复杂，既有垂直变化，也有水平变化和扭转现象。在这种情况下会造成雁行排列的岩浆活动通道，因此在这类构造上就会出现雁行状异常带。

当根据磁异常推断断裂构造时，一要注意标出异常轴，二是要有理由肯定异常与岩浆活动有关。另一种情况是，磁性岩石断裂无岩浆活动伴随，当其断裂破裂现象显著时，因磁性变化会出现低值或负的异常带，这就是所谓的“干断裂”异常。

深大断裂是一种特殊的断裂类型。这种断裂常是两个不同大地构造单元的分界线；断裂切割地球的硅铝层，甚至更深；断裂活动和岩浆活动具有多轮回性，它多半是现代地震的活动带。它是一个宽度可达几十千米，长几百千米的复杂断裂束，是一个宽大的岩浆剧烈活动通道。在深大断裂带内，近乎平行的断裂线成组出现，磁异常也是如此。图3-8-3是郯城-庐江深大断裂的磁场图，该断裂长约800 km，宽30 km～50 km，其磁异常以正异常形式出现。

图3-8-3 郯城-庐江深大断裂中部的磁异常图

深大断裂带常可能是一个巨大的金属成矿带，如长江中下游深大断裂带就是一个金属矿成矿带。

断层也是一种断裂构造。规模较大的断层，断层两盘发生了明显的相对位移。一个磁性层或磁性体当其为断层错开时，不论是上下错动还是水平错动，当断距较大时都会使磁异常发生明显变化。一般上盘的磁异常强度小，而范围小；下盘的磁异常反映为缓、宽、弱和较平稳。若为水平错动，磁异常等值线会发生扭曲，异常轴向发生明显变化。

（三）成矿区的圈定与划分

成矿区的圈定与划分，是一项结合地质、地球物理资料而进行的一种综合性研究工作。利用磁测资料时，主要应考虑两方面的条件，一是成矿和控矿条件；二是矿与围岩的磁性差异。即要综合考虑地质和地球物理的可能性。

1.含油气远景区的圈定和划分

根据磁测资料评价含油气远景时，首先要考虑磁性界面深度图，即基底深度图所反映的构造形态（基岩的相对隆起与凹陷）；同时也要研究生油条件、储油条件、构造条件等，其中主要是构造条件。一般来说，只要有比较宽阔的深凹陷存在，就有形成油气藏的可能性；只要在深凹陷内存在着相对隆起，一般应划分为成油气有利地段。

以构造条件为主导的远景评价方法，曾在各个工业油气藏盆地中利用过，一般都是很成功的。如在松辽盆地划分出的大庆长垣，以及在渤海地区、江汉地区都得到了肯定的效果。

2.金属成矿区的圈定

在评价金属矿成矿远景区时，要研究岩浆控制条件、构造控制条件、地层和岩性控制条件、地球化学条件和地貌条件等。其中主要是岩浆、构造和地层控制条件，区域地质构造是控制全局的因素。我们知道，与超基性岩密切相关的矿床有铬、铂和金刚石；与基性岩共生的矿床有钛磁铁矿和硫化镍矿；与中酸性火成岩有关的矿床，有钨、锡、钼、铜、铅、锌、金、铀、钛、锂、铍、铌、钽等各种成因类型的绝大多数内生矿床。区域性地质构造控制着成矿区、成矿带、矿田和矿床的位置。断裂带是岩浆活动的通道，在断裂交叉处往往有可能成矿。在评价内生矿床时，岩浆和构造条件是主要的。在评价海相沉积矿床时，地层及构造则是主要的，锰矿、铀矿、铜矿、铝土矿等沉积型矿床都受地层控制。

根据磁测资料可以圈定侵入体，研究侵入体的形状、产状、岩相和蚀变带等；可以确定断裂和褶皱构造、划分不同岩性区。利用磁测资料对控矿因素的分析结果，再结合地质资料和区内的矿点、矿化点、矿化带、矿床等各种找矿标志（包括各种物化探异常在内）进行综合研究，圈定出成矿远景区。