1、 地球探测科学与技术学院沈 阳 及 其 附 近 地 区 重 磁 数 据 处 理 与 解 释报 告姓 名：李雪垒学 号：62090404班 级：四班专 业：勘查技术与工程（应用地球物理）指导教师：吴燕冈教授2011.12.26 1 目 录前 言 2第一章 重磁数据处理基本原理与方法3一 、重力场与磁场的波谱介绍3二 、数据处理的基本方法 3三 、Surfer、Grapher 简介3第二章 地质概况 5一、东北及其附近地区地质概况5二、实验区内的地质概况5第三章 区内重磁异常综合解释 2 8一、重力数据异常处理与解释 8二、磁异常数据异常处理与解释 12三、重磁异常场综合分析 15第四章 本次实验
2、的初步结论 16主要参考文献 16 3 前 言重力勘探是测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常以确定这些地质体存在的空间位置大小和形状，从而对工作地区的地质构造和矿产分布情况作出判断的一种地球物理勘探方法。磁法勘探是通过观测和分析由岩石、矿石（或其他探测对象）磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源（或其他探测对象）的分布规律的一种地球物理勘探方法。二者有广泛的应用，如研究地壳深部构造；研究区域地质构造，划分成矿远景区；掩盖区的地质填图，包括圈定断裂断块构造侵入体等；广泛用于普查与勘探可燃性矿床(石油天然气 煤) ；查明区域构造，确定基底起伏，发现盐丘背斜等局部构造；普查
3、与勘探金属矿床(铁铬铜多金属及其他)，主要用于查明与成矿有关的构造和岩体，进行间接找矿；也常用于寻找大的近地表的高密度矿体，并计算矿体的储量；工程地质调查；如探测岩溶，追索断裂破碎带等。随著电子技术的发展和微处理机的广泛应用，测量磁场 3 个分量及其梯度的高精度航空磁力仪已经制成。加上高精度的导航和数据处理，绘图和资料解释推断的自动化，今后航空磁法勘探将代替部分地面磁法勘探，并在工作过程中自动作出解释，绘出磁性体空间分布图。利用这些图件，再结合其他资料，能可靠地对工作地区的地质构造作出推断，供找矿找地下水工程建设和地震预报等方面应用。我国在改革开放以后，随着科学技术的飞速发展，在重磁勘探领域取
4、得了令人瞩目的成就，在测量精度方面大大提高。由于重磁法勘探应用广泛，成本不高，因此在勘探领域一般是其他勘探方法之前的首选方法。由于地球区域复杂，通常要对所采集的数据进行各种处理，以去除各种无关影响，提取所要的结果。同时根据处理结果对其进行解释，其中解释又分为定性解释与定量解释，其处理方法与解释方法在本次实验中均有所简单涉及。在本次课程中，我们主要学习了重磁异常的空间域处理与转换，重磁异常的波数域处理，重磁异常的反演方法以及重磁资料的地质解释和在勘探中的应用等。基于本学期学习的内容及理论知识，结合自己的理解对东北地区的重磁异常做初步的处理及解释。本次实验作图工具使用的为 Surfer 和 Gra
5、pher，同时也参考了一些前人的研究成果，以此作为基本出发点，进而得出一些初步的结论。 4 第一章 重磁数据处理基本原理与方法一、 重力场与磁场的波谱介绍重磁数据的处理分为空间域和波数域，在空间域中重磁数据的处理十分复杂，而经过傅里叶变换到波数域中后就变得十分简单方便。在波数域中对数据所有的处理都是一些因子的乘积；而且由于快速傅里叶变换的出现运算速度明显加快；除此之外波数域处理的另一个优点是没有了边缘损失。鉴于上述优点重磁数据处理都是在波数域中进行的。在波数域数据处理时要先把数据扩充到 2 的整数幂倍，然后利用 FFT 计算原始数据的谱，再将原始异常的谱乘以处理过程的权因子求转换谱，最后用逆F
6、FT 转换回空间域异常。用到泊松公式波数谱，其中重磁异常波数谱由水平尺寸、深度因子、位移因子和磁化因子乘积构成。二、数据处理的基本方法1、 解析延拓：根据某观测平面上的实测异常，换算场源以外其它空间位置的异常称为解析延拓。换算平面位于实测平面之上，称为向上延拓，换算平面位于实测平面之下，称为向下延拓。向上延拓可以突出深部异常，压制浅部异常；计算形状参数勾绘断面图。而向下延拓可以突出局部异常，压制深部异常；划分水平叠加异常；评价低缓异常；增加解释推断的信息。延拓的波数谱只与深度因子有关，h0 为向上延拓， h0 为向下延拓。下面以无限长直立台阶为模型说明解析延拓的作用：模型参数：埋深 H=10k
7、m ，h=8km ，台阶厚度 t=H-h=2km ，剩余密度=0.9g/cm 3 ，剖面线从 x 从-100km 到+100km ，y 为 1 到 128km，间隔均为1km 。 5 图 1-1（黑色为原始数据，蓝色向下延拓 2km，红色为向上延拓 2km）由图 1-1 对比可知，向上延拓后重力异常幅值变小了，向下延拓后重力异常幅值变大了，当在边界时会出现局部振荡。 2、导数异常的计算：（1）垂向导数的计算：求垂向导数就是要根据实测重磁场 T 的分布来计算在该平面上的分布。n 为求导的阶数，常用的是 n=1 和 n=2，即计算垂向Tz一阶导数或垂向二阶导数。因为 ，所以 是计算年 n 阶垂向导
8、数的波nTrznr数响应。即垂向一阶导数的波数响应为 r, 垂向二阶导数的波数响应为 r2。垂向导数异常能区分相邻异常体的异常，减少其相互迭加的影响。或者减轻围岩的干扰，分离迭加在背景场中的局部场。从理论上分析用垂向二阶导数的零值线可以圈定异常体韵范围和位置。 （2）水平导数的计算：水平导数即对 x 方向的导数 和 y 方向的导Tiux数若 s 是实测平面上某一任意方向，它与 x 方向的夹角为 ，则Tivy。方向导数可以用来突出某一方向coin(cosin)TiuvTsxy的异常特征。x 方向的方向导数对于 x 方向的高频成分有放大作用，y 方向的方向导数对于 y 方向的高频成分有放大作用，因
9、此实践中常用方向导数来分析区内某一方向的构造线特征。 3、区域场与局部场的分离匹配滤波：区域场与局部场的分离是区域重磁场数据处理的一个重要方面。在实际资料解释中也有重要意义。区域场以低频成分为主，局部场则以高频成分为主。采用提取不同波数成分的场就可以完成场的分离。 6 匹配滤波：当实测场是由区域场与局部场迭加而成时，从径向平均对数功率谱曲线土就会显示两个拟合直线段，它们分别反映了区域场和局部场的主频段。因而采用一般的波数滤波方法就可以进行场的分离。由于在本学期的课程中对这方面的内容涉及较少，并且在实验中也并未尝试，因此此种方法在本次报告中就不再详细介绍，在数据处理时暂时不做此方法的处理。4、化
10、磁极：化极是将斜磁化的 Za、T 转换成垂直磁化的垂直磁异常。它消除由于磁化场的倾角和偏角引起的磁异常不对称性的一种滤波技术，以便使异常似乎是在磁极处获得的，从而异常形态简化，利于推断解释。由于在本学期的课程中并未对该种方法做详细的介绍，因此在以下数据的处理中不再应用。三、Surfer、Grapher 简介。Surfer 主要用于画等值线图和三维立体图，画等值线图 Countour Map 和三维立体图 surface map 的文件必须是 grd 文件，画图框 Base map 要用 bln 文件，而标明文字和图表的 post map 要用 dat 文件。可以利用 properities 选
11、项卡对所化图形的各种性质进行调整。除此之外 surfer 还可以画 vector map 向量图(或风向图)、Image map、shaded Relief map、wireframe map。surfer功能是比较强的，但没有各种投影变化是它的一大缺点。尤其是在等高线领域，这不能不说是它的应用受到限制的地方。Grapher 与 surfer 一样也是由 Golden Software 开发，但是它主要是用来画剖面图，支持 txt、dat、xls 等格式，数据按列放置，可以有标题行。Grapher 在导入数据后可以选择 x 轴和 y 轴的数据，利用 Properties 选项卡可以修改图形及坐
12、标轴的长度、位置、范围及标题，曲线的颜色，添加图例标题等。第二章 地质概况一、东北及其附近地区地质概况：本区处于西伯利亚板块与华北板块所挟持的东西向构造带东端。西伯利亚板块影响着该区前寒武纪诸地块的性质和古生代的构造和岩浆作用;而华北板块对本区后期改造,影响着大陆边缘的走滑拼贴作用及造山和盆地的形成。这一区内分布有十分重要的两条巨大岩浆岩火山岩带(大兴安岭岩浆岩带和张广才岭岩浆岩带) 和15 个盆地(松辽盆地与大庆探区外围的14 个中小盆地) ,还有著名的郯庐断裂北延部分的敦化密山断裂和依兰舒兰两条岩石圈断裂。二、实验区内的地质概况：本次我们的测区在北纬41 0到46.5 0,，东京114.5
13、 0到124.5 0之间，包括了辽宁省西北部、吉林省西部和内蒙古东部的大部分地区（即图上黑框所圈得部分） 。这一地区包括华北地台的东北部和天山兴蒙地槽褶皱系的东部。由图2-1可以清晰地看出有两条比较大的构造带穿过本测区即A和D，其中A 7 为天山阴山燕山构造带, 西起天山, 东经阴山、燕山, 及兴蒙褶皱带. 代表塔里木华北克拉通北边界构造带. 构造带包括天山华力西褶皱带, 阴山加里东褶皱带及深大断裂,伴生燕辽沉降带, 白云鄂博、扎尔泰裂谷、同生断裂带。D为大兴安岭太行山雪峰山构造带、地震活动带、重力梯度带。图2-1图2-2这一地区在地质构造上处于中朝壳体和西伯利亚壳体之间,由图2-2可知测区的
14、南部为华北地台，测区的北部是天山兴蒙地槽褶皱系，除此之外还有郯庐断裂带穿过本区。（1）天山兴蒙地槽褶皱系 包括阿尔泰地槽、外准格尔地槽、额尔古纳地槽、兴安地槽、天山地槽、内蒙地槽、吉黑地槽、准格尔中间地块和松辽中间地块。它们环绕西伯利亚地台向南突出弧形展布，愈远离西伯利亚地台形成褶皱带的时期愈新，反映了以西伯利亚地台为核心、陆壳逐渐增长的过程。另一方面，华北地台和塔里木地台对它也有一定的影响，有向北时代变新的趋势，但远不及前者明显。（2）华北地台 华北地台连同朝鲜北部合称中朝地台，北面以阴山山系的 8 北缘为界，西起甘肃玉门以北地区，向东经内蒙的白云鄂博、多伦、赤峰至东北的法库、昌图、敦化一带
15、。西南介界位于合黎山及龙首山之南，并经清水河、六盘山西麓向南延伸至天水附近。华北地台在早元古代末吕梁运动以后长期以来变现为相对稳定的地区。华北地台划分为十个二级构造单元，分别为：蒙古地轴、鲁东地盾、辽东台背斜、陕西台背斜、鲁西台背斜、鄂尔多斯台向斜、辽冀台向斜、燕山台褶带、豫淮台褶带和贺兰六盘台褶带。在图2-3中标出了测区内的一些二级构造单元。图 2-3图中 1-6 是燕山台褶带，1-4 是内蒙古地轴，1-8 是胶辽台隆， 9-1 是大兴安岭优地槽褶皱带，9-2 是内蒙古有地槽褶皱带，10-1 是松辽拗陷（3）郯庐断裂带 郯庐断裂带是东亚大陆上的一系列北东向巨型断裂系中的一条主干断裂带点击此处
16、添加图片说明，在我国境内延伸 2400 多公里，切穿中国东部不同大地构造单元，规模宏伟，结构复杂。是地壳断块差异运动的接合带，是地球物理场平常带和深源岩浆活动带。它形成于中元古代。图 2-4 中的方框内显示了实验区内的穿过的部分郯庐断裂带。 9 图 2-4第三章 区内重磁异常综合解释一、重力场数据异常处理与解释1、解析延拓：图3-1为实验区内实测重力异常图，实验区内大部分为负异常，在沈阳及其附近地区出现正异常。重力异常分布的总趋势是东高西低, 异常自西向东逐渐增大, 与现代地貌基本上成负相关关系。其主要反映了本区深层构造轮廓以及不同构造区的壳幔结构差异。重力异常是岩石层地壳不同层位上质量分布不
17、均衡性的综合反映, 它与相邻层位之间的密度差有关。可以看出重力异常值东高西低, 与地势展布(西高东低) 的特征成负相关关系。 10 图 3-1对重力异常进行向上延拓处理：图3-2如图 3-2 为向上延拓 10km 的重力异常图，延拓之后突出了深部的异常。两张图对比可以看出在内蒙古正镶白旗、太仆寺旗、正蓝旗一带存在深部负的重力异常由地质资料推测这部分异常是由于天山阴山燕山构造带造成的。在鞍山、辽阳、沈阳一带出现深部正异常带，鉴于郯庐断裂带穿过这一区域，推测它是由郯庐断裂带造成的。2、求导处理：（1）垂向求导： 11 图 3-3图 3-3 是重力异常数据垂向二阶导数的结果。垂向二阶导数的 0 值线
18、可以圈定地质体重力异常的边界。（2）水平求导：图 3-4 12 图 3-5图 3-6图 3-7 13 图 3-4 到 7 是重力异常 g 求 00，45 0,900,1350方向上水平导数的结果。0 0方向的导数可以突出 900方向的构造；45 0方向的导数可以突出 1350方向的构造；900方向的导数可以突出 1350方向的构造；135 0方向的导数可以突出 450方向的构造。利用闭合等值线确定各个方向的构造线，进而大致确定出实验区内的主要构造，如图 3-8 所示。图 3-8从图中可以看出测区内有两条近东西的构造线，一条是内蒙古正镶白旗翁牛特旗奈曼旗一线；另一条是丰宁满族自治县隆化敖汉旗一线
19、。还有两条北东向的主要构造线，一条是巴林右旗扎鲁特旗洮南白城一线；另一条是巴彦锡勒牧场乎日林敖包霍林郭勒一线。除此之外在鞍山沈阳一线也有一条较短的北东向构造线。赤峰开源构造线对应着中国布格重力异常图上的天山阴山 燕山构造带的东端部分。3、重力异常数据得出的初步结论：(1) 规模较大的剩余负异常带或兼有局部剩余正异常往往对应陆内板块结合带。具体的如天山阴山燕山构造带。(2) 剩余重力异常特征大范围的区域性变化与不同的构造域相对应, 也反映了各域构造运动应力作用的差异。古亚洲构造域是西伯利亚板块、塔里木华北板块与华南板块反复离散、聚合而成。(3) 各级次剩余异常的分区现象显示了测区内大陆地壳结构构
20、造的区块特征。异常的走向、幅值、形态等特征的变化, 十分清晰地显示出本区大陆异常存在明显的分区特征。 14 (4) 造山带、活动带对应剩余负异常(带)。在造山带、活动带, 地壳缩短增厚, 构造复杂, 并分布有大量的岩浆岩, 地表为正地形, 均衡补偿不足, 在异常图上表现为复杂变化的剩余负异常(带)。(5) 盆地、裂谷(陷) 对应剩余正异常。盆地剩余正异常是由盆地对应地壳较薄、上地幔上拱、均衡补偿过剩等所致, 也可能是由于盆地对应的中下地壳存在相对古老的高密度刚性块体引导。(6) 剩余重力异常对岩浆岩(带) 的反映更清晰。二、磁异常数据处理与解释1、解析延拓：图 3-9 测区内原始磁异常图，由图
21、可以看到构造的大体走向为北东走向，也有少数近南北向和近东西向的构造。图 3-9对磁异常进行向上延拓处理，以突出深部构造特点：图 3-10图 3-10 是原始磁异常向上延拓 10km 后的磁异常图，由图可以看出延拓后出现大范围异常聚集带，其构造走向沿北东方向，这与重力异常有相似之处。 15 2、 求导处理：（1）垂向求导：图 3-11图 3-11 是磁异常数据垂向二阶导数的结果。垂向二阶导数的 0 值线可以圈定磁异常地质体的边界。可以由图中看出，与重力异常相比磁异常更加复杂。（2）水平求导：图 3-12 16 图 3-13图 3-14图 3-15 17 图 3-12 到 3-15 是磁异常求 0
22、0，45 0,900,1350方向上水平导数的结果。0 0方向的导数可以突出 900方向的构造；45 0方向的导数可以突出 1350方向的构造；900方向的导数可以突出 1350方向的构造；135 0方向的导数可以突出 450方向的构造。利用闭合等值线确定各个方向的构造线，进而大致确定出实验区内的主要构造，如图 3-16 所示。图 3-16由上图可以看出，此区域地质体大概沿北东走向，在重力异常图上的阴山赤峰开源异常带在磁异常图上表现不明显，图上显示的大部分为北东向的构造，其中比较典型的就是赤峰白城的这条构造线，它与重力异常上的显示的基本一样。在盘锦、沈阳一带出现了一个明显的负磁异常。而在内蒙古
23、的正镶白旗到赤峰有一条明显的近东西方向的磁异常，在东西乌珠穆沁旗其间存在水平的构造线，这与重力异常有较大差异。三、重磁异常综合分析实验区内重磁异常从宏观地反映出了本区地层发育及地质构造的特点, 其异常格局特征几乎同构造格局一样。重磁异常不仅反映出了区域构造特征, 还反映出局部构造的特点。重磁异常的梯度带及其变化也是指示地幔热柱和幔隆幔坳转换带、中新生代盆岭构造成的两个重要的地球物理场.有重磁异常对比可知，在凌源附近磁异常较大，而重力异常较小，即密度较小，由此推测这一带为花岗岩侵入。结合地质资料盘锦辽阳沈阳一带为喜马拉雅旋回以来的盆地，为陆相沉积。而在鞍山、辽阳、本溪出现了一个明显的磁异常，而重
24、力异常很小，由地质资料推断这里为白垩纪新生代拗陷。由通辽、白城、霍林郭勒等地区出现的磁异常结合已有的地质资料可知这一带为陆源活化火山岩。 18 第五章 本次实验的初步结论通过对重磁异常的处理可知因为地质体与重磁异常有很好的对应关系, 因此通过重磁异常来确定地下地质构造体, 并通过求异常的水平和垂直导数来确定地下构造体的走向和边界, 进而确定地质体, 通过确定构造体的边界来很精确地确定异常的边界和走向。为了消除局部场的影响要做向上延拓处理。当有断裂等存在的时候也能形成很大的重磁异常。所以可以在结合重磁异常方向导数和垂向二阶导数，并根据一定的地质资料, 来确定梯度带的走向。通过上述的初步处理结果可
25、知在实验区内有几条主要的构造线：（1）北东向的构造：巴林右旗扎鲁特旗洮南白城构造带。（2）近东西向的构造：内蒙古正镶白旗翁牛特旗奈曼旗构造。这一条构造对应着中国布格重力异常图上的天山阴山燕山构造带的东端部分。（3）沈阳鞍山构造带，说明郯庐断裂在此构造带穿过。最后，真诚的感谢吴老师的悉心指导以及学长的帮助！主要参考文献1中国科学院地质研究所，国家地震局地质研究所 .华北断块区的形成与发展 .科学出版社，19802黄汲清 .中国大地构造及其演化 .科学出版社，19833杨林楠，杨巍然 .中国区域大地构造学 .地质出版社，1985 4穆石敏，申宁华，孙运生 .区域地球物理数据处理方法及其应用 .吉林
26、科学技术出版社,19905吴燕冈，窦喜英，杨春成，王恩利. 重磁异常对应分析方法的参数选择及应用. 第二届环境与工程地球物理国际会议论文集，20066涂广红,江为为 ,朱东英,周立宏,肖敦清,高嘉瑞,袁淑琴 . 中国东北地区剩余重磁异常特征与地质构造及成矿带的关系 . 地球物理学进展，2006,21 （3 ）：746-7557江为为，周立宏，肖敦清，高嘉瑞，袁淑琴，涂广红，朱东英.东北地区重磁场与地壳结构特征.地球物理学进展，20068孙鹏飞, 吴燕冈 .利用重磁水平和垂直二阶导数确定东北地区梯度带. 吉林大学学报(地球科学版)，2007,37:27-319杜晓娟,孟令顺,张明仁. 利用重力场研究东北地区断裂分布及构造分区 . 地球科学与环境学报,2009,31(2):200-20610郭华，于长春，吴燕冈. 改进的斜导数方法及应用. 物探与化探 2009 33（2）：212-216
