磁法深部找礦新方法1(劉天佑)

全國礦產(chǎn)資源深部勘查與整裝勘查物探新技術(shù)新方法研修班磁法深部找礦的新方法技術(shù)及應(yīng)用實例（1）劉天佑中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）2011年10月授課提綱磁法勘探新方法技術(shù)概述磁法勘探新方法技術(shù)應(yīng)用實例授課提綱磁法勘探新方法技術(shù)概述磁法勘探新方法技術(shù)應(yīng)用實例1特斯拉（T）＝109納特（nT）nT常用單位機械式磁力儀精度5nT刃口式,懸絲式,相對測量儀器質(zhì)子磁力儀精度0.1nT,T＝23.4874f(nT)f－拉摩爾旋進(jìn)頻率，絕對測量儀器磁通門磁力儀精度10～20nT，高磁導(dǎo)率坡莫合金，利用電磁感應(yīng)信號來測△T,Za，相對測量儀器光泵磁力儀精度0.01nT，T＝0.035684f，f－躍遷頻率，絕對測量儀器超導(dǎo)磁力儀精度10-6nT，能測出10-3nT梯度儀航空、海洋、衛(wèi)星磁力磁法勘探儀器

該儀器為用來測量垂直分量相對值的機械式儀器，磁系是一根圓柱形磁棒，懸吊在恒彈性扁平金屬絲中央,利用地磁場的垂直強度力、重力、及懸絲扭力三個力矩的平衡來測量磁場。觀測精度±5nT測程18000-±33000nT磁法勘探儀器、采集方法當(dāng)沒有外界磁場作用于含氫液體時，其中質(zhì)子磁矩?zé)o規(guī)則地任意指向，不顯現(xiàn)宏觀磁矩。若垂直地磁場T的方向，加一個強人工磁場H０，則樣品中的質(zhì)子磁矩，將按H0方向排列起來，如圖所示，此過程稱為極化。然后，切斷磁場H０，則地磁場對質(zhì)子有μｐ×T的力矩作用，試圖將質(zhì)子拉回到地磁場方向，由于質(zhì)子自旋，因而在力矩作用下，質(zhì)子磁矩μｐ將繞著地磁場T的方向作旋進(jìn)運動(叫做拉莫爾旋進(jìn)).

質(zhì)子旋進(jìn)示意圖

該儀器是一種帶微機處理的高分辨率質(zhì)子磁力儀。以0.1nT的分辨率進(jìn)行總場和垂直梯度測量。儀器由主機，探頭及電池盒組成。

磁法勘探儀器、采集方法ENVI質(zhì)子磁力儀（加拿大產(chǎn)）1.分辨率：0.1nT2.調(diào)諧范圍：20000nT-

100000nT3.采樣率：4s-999s4.梯度容限：5000nT/M5.精度：0.5nT6.電源：內(nèi)置12V

4.4AH充電鋰電池7.顯示器：雙排顯示（LED）8.操作臺：18X27X9cm；1.8kg9.傳感器：9X13cm；1.6kg10.工作溫度：-20度~50度11.數(shù)據(jù)輸出：USB接口輸出數(shù)據(jù)12.WINDOWS環(huán)境下的數(shù)據(jù)輸出與日變自動改正系統(tǒng)13.基站測量可存12000組數(shù)據(jù)，野外手動測量可存5700組數(shù)據(jù)G856F磁力儀

·測量范圍：20,000-100,000nT·分辨率：0.1nT·梯度范圍：5,000nT/m·可進(jìn)行梯度測量（水平或垂直）·高分辨率，分辨率為0.1nT，符合原地礦部發(fā)布的《地面高精度磁測工作規(guī)程》要求·內(nèi)存大，可存1萬個測點·可用于野外作業(yè)，也可用做基站測量PMG質(zhì)子磁力儀（捷克產(chǎn)）將帶有不成對電子的特殊液體與氫原子結(jié)合并置于射頻（RF）磁場之中進(jìn)行極化，隨之被極化的不成對電子便會將其極化信息傳遞給氫原子，于是就產(chǎn)生了進(jìn)動信號。這種進(jìn)動信號對總磁場強度的變化有很高的靈敏度，因此特別適用于高精磁測地質(zhì)調(diào)查。測量范圍：20000-100000nT分辨率：0.001nT靈敏度：測量速度為3秒時，0.01-0.02nT；測量速度為1秒時，0.05-0.1nT絕對誤差：±0.5nT梯度容量：20000nT/M采樣間隔：1.0，2.0，3.0…秒或外觸發(fā)POS系列質(zhì)子進(jìn)動磁力儀（俄羅斯產(chǎn)）光泵磁力儀G858銫光泵磁力儀超導(dǎo)磁力儀它是利用超導(dǎo)技術(shù)于20世紀(jì)60年代中期研制成的一種高靈敏磁力儀。其靈敏度高出其他磁力儀幾個數(shù)量級，可達(dá)10-6nT，能測出10-3nT級磁場。760超導(dǎo)磁力儀

磁法勘探儀器發(fā)展趨勢

目前美國和俄羅斯等國科學(xué)家正在積極研究和開發(fā)另一種量子磁力儀———原子磁力儀。新型原子磁力儀,靈敏度達(dá)到0.54fT/Hz1/2(1fT=10-15T,fT,飛特),經(jīng)過改進(jìn)后還可提高到10-2~10-3fT/Hz1/2,空間分辨率達(dá)到毫米級。在弱磁場中工作時,這種磁力儀的靈敏度可能達(dá)到10-18T(10-18T=1aT,aT,阿特)的數(shù)量級,那將比SQUID靈敏1000倍。這種磁力儀不需要低溫條件。

1、地面三分量磁力儀用于地磁臺站或固定場所(如船塢、實驗室)高穩(wěn)定性三分量磁力儀和多通道(總通道數(shù)可達(dá)數(shù)百道)的磁通門探測系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。如BD10-15臺站型三分量磁通門磁力儀（圖3-6-2），適用于地磁臺長期觀測地磁場變化。主要特點是，傳感器和補償線圈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受溫度影響小，分辨率為0.1nT。圖3-6-2BD10-15臺站型三分量磁通門磁力儀FVM-400三軸磁通門磁力儀可用于地面三分量磁測，它能在選用直角坐標(biāo)模式下顯示磁場的大小，磁傾角和磁偏角三個參數(shù)，且不需要再進(jìn)行手工的計算，使用便捷，效率較高，不過精度較低，為1nT。圖3-6-3FVM-400三軸磁通門磁力儀(美國)2、磁力梯度儀圖3-6-7Grad601梯度磁力儀磁力梯度測量有兩種方式，一種是水平梯度測量，一種是垂直梯度測量。均是用兩個探頭以一定的間隔水平或垂直放置測定其差值，使用的儀器類型有磁通門、質(zhì)子旋進(jìn)與光泵等磁力儀。Grad601是一款垂直分量的磁通門磁力儀，由一只或兩只狀探頭組成，每一個探頭包含兩個垂直相隔1米的磁通門磁力計。Grad601用于管線、電纜、廢棄垃圾桶和考古點等定位應(yīng)用。

3、SQUID(超導(dǎo)量子干涉儀，SuperconductingQuantumInterferenceDevice，SQUID)磁力梯度張量測量系統(tǒng)上世紀(jì)九十年代末以來，美國，德國，澳大利亞等國研制成功用于測量磁力梯度張量儀器。主要有磁通門磁力儀和超導(dǎo)磁力儀，后者又分為高溫(77°k，液氮冷卻)和低溫(4°k，液氦冷卻)兩種。德國1997年開始研究和開發(fā)航空全張量磁力梯度儀，利用液氦冷卻的薄膜技術(shù)制成低溫超導(dǎo)量子干涉儀。于2004年在南非用直升飛機和固定翼飛機進(jìn)行了全張量磁力梯度儀系統(tǒng)的飛行試驗，測得了約100km(線距100m)的梯度張量數(shù)據(jù)。4、磁力梯度張量測量地磁場是具有方向和幅值的矢量場，在三維空間中，可以用由9個（3×3的矩陣）空間梯度組成的張量來表示。磁法勘探經(jīng)歷了標(biāo)量測量，梯度測量和矢量測量的幾個階段。直接進(jìn)行磁場的垂直梯度和水平梯度測量，能獲得更多的反映場源特點與細(xì)節(jié)信息，對磁異常的解釋十分重要，磁力梯度技術(shù)也日益得到人們的重視，2006年TheLeadingEdge上有特刊專門介紹磁力梯度技術(shù)方法。

超導(dǎo)量子干涉儀(SuperconductingQuantumInterferenceDevice，SQUID)技術(shù)的突破，各種超高靈敏度的和精度的磁力儀廣泛應(yīng)用于磁場測量中，SQUID磁力儀靈敏度高出其他磁力儀幾個數(shù)量級，達(dá)10-5～10-6nT。世界上多個國家（德國，美國，澳大利亞等）正在積極研究SQUID磁力梯度張量測量系統(tǒng)。

磁力梯度張量測量測量的是磁場分量Bx，By，Bz的空間變化率，共9個元素，Bxx，Bxy，Bxz，Byx，Byy，Byz，Bzx，Bzy，Bzz。所使用的儀器主要是由SQUID磁力儀組成的磁梯度張量系統(tǒng)。美國橡樹嶺國家實驗室（OakRidgeNationalLaboratory，ORNL）的一個小組，執(zhí)行一項由戰(zhàn)略環(huán)境研究發(fā)展計劃資助的研究項目，開發(fā)航空全張量磁力梯度儀系統(tǒng)，用來探測和圈定UXO。該小組公布了地面試驗的結(jié)果，用一個小型載流回線形成垂直的偶極子，模擬目標(biāo)特征。用儀器在上方測量四條剖面，畫出實測圖形，與理論計算結(jié)果相比。圖1-3-2垂直偶極子的解析信號與SQUID的測量結(jié)果；第一列：計算的Bx，By，Bz；第二列：測量的Bx，By，Bz；第三列和第四列：計算的張量元素Bxx，Byx，Bxz，Byz，Bzz；第五列和第六列：計算的張量元素Bxx，Byx，Bxz，Byz，Bzz澳大利亞利用磁力梯度張量儀GETMAG的測量結(jié)果。圖中的兩條相距50m的虛線是兩條測線，分別進(jìn)行了梯度張量和總場測量。虛線框表示了由總場測量結(jié)果反演的地質(zhì)體走向，兩個實線框是由磁梯度張量數(shù)據(jù)的反演結(jié)果。而彩色標(biāo)識的是實際地質(zhì)體?？梢钥吹剑瑢嶋H地質(zhì)體由一條斷層錯開成南北兩部分，局部走向不同。磁梯度張量數(shù)據(jù)反演結(jié)果很好的反映了這一結(jié)構(gòu)，而總場反演結(jié)果沒有反映出南北兩部分的不同。磁梯度張量數(shù)據(jù)和總場數(shù)據(jù)反演結(jié)果比較磁法勘探處理解釋新方法概述

1、起伏地形磁異?；?、磁異常小波分析3、歐拉（Euler）齊次方程方法快速反演4、2.5D、3D人機交互反演5、井-地聯(lián)合反演方法（1）井地2.5D、3D人機交互反演（2）井地粒子群自動反演（3）井地視磁化強度成像（4）井地多分量聯(lián)合反演上式就是第一類Fredholm積分方程，若能根據(jù)已知曲面上的位場值求出偶層密度，就能由獲得任意平面上的位場值。在區(qū)域內(nèi)均為調(diào)和函數(shù)，和是單層面密度和偶層面密度，1為偶極方向，它們都是定解問題的解。若能根據(jù)邊界條件求出或，則就可以用單層位勢或偶層位勢來表示區(qū)域內(nèi)的位函數(shù)。一、起伏地形重磁異?；轿覈且粋€多山的國家，尤其是中西部地區(qū)，起伏地形不僅給野外地球物理勘探帶來很大的困難，而且也給資料的處理解釋帶來不便。為了便于對所得到的磁異常進(jìn)行解釋，需要將這些起伏地形測點上的磁異常值換算成某一水平面相應(yīng)點上的異常值，即所謂曲化平處理。偶層位勢：圖2-3-1為起伏地形上水平圓柱體重力值及曲化平結(jié)果，圓柱體埋深200米。曲化平參數(shù)如下：偶極子個數(shù)：10個；偶極子方向按缺省值；偶層面高程：-100米；延拓高度300米；延拓點數(shù)18個；點距：50米；第一擴邊參數(shù)：0.9；第二擴邊參數(shù)：50。起伏地形上的觀測值曲化平之后的結(jié)果圖2-3-1起伏地形上水平圓柱體重力值及曲化平結(jié)果二、重磁異常小波分析

多尺度分析又稱多分辨分析，對于離散序列信號f(t)L2（R），經(jīng)尺度j=1,2,…，J層分解后，得到L2（R）中各正交閉子空間（W1、W2、…、WJ、VJ），若AjVj代表尺度為j的逼近部分，DjWj代表細(xì)節(jié)部分，則信號可以表示為f(t)=Aj+，據(jù)此函數(shù)可以根據(jù)尺度j=J時的逼近部分和j=1，2，…，J的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行重構(gòu)，右圖為三層多尺度分析結(jié)構(gòu)圖。

多尺度小波分析方法

把上圖多尺度分析方法應(yīng)用于磁法勘探資料處理，野外觀測值經(jīng)一階小波分解，得到局部場和區(qū)域場作二階小波分解得到和，再把作三階小波分解可得和

，……，如此分解下去，我們以三階為例表示為如圖3.2.2a－h(huán)和下式:為了闡述各階小波細(xì)節(jié)的地質(zhì)意義和小波多尺度分解用于提取深部弱信號的效果，我們設(shè)計了由四個球體組成的模型。

CUGInstituteofGeophysicsandGeomatics大冶鐵礦△Z磁異常平面等值線圖InstituteofGeophysicsandGeomatics大冶鐵礦△Z異常小波多尺度分解一階細(xì)節(jié)一階細(xì)節(jié)功率譜分析場源似深度26m，局部異常反映露天礦及淺表磁性不均勻以及人文活動干擾（如鐵礦開采、鉆探等鋼鐵制品干擾）CUGInstituteofGeophysicsandGeomatics大冶鐵礦△Z異常小波多尺度分解二階細(xì)節(jié)二階細(xì)節(jié)場源似深度144mCUGInstituteofGeophysicsandGeomatics大冶鐵礦△Z異常小波多尺度分解三階細(xì)節(jié)三階細(xì)節(jié)場源似深度235m，反映地表至200多米深鐵礦體的磁異常，異常特征為正負(fù)伴生，兩側(cè)都有負(fù)值，表明鐵礦體是下延有限的形體CUGInstituteofGeophysicsandGeomatics大冶鐵礦△Z異常小波多尺度分解四階細(xì)節(jié)四階細(xì)節(jié)場源似深度488m，圖中磁異常正負(fù)伴生，正異常幅值大于1000nT，兩側(cè)有負(fù)異常伴生，表明500m左右深仍有磁性強的鐵礦體存在InstituteofGeophysicsandGeomatics大冶鐵礦△Z異常小波多尺度分解五階細(xì)節(jié)五階細(xì)節(jié)場源似深度912m已經(jīng)看不出明顯局部異常，推測在1000m深以下不太可能有鐵礦體存在。大冶鐵礦△Z異常小波多尺度分解五階逼近五階逼近為西南負(fù)、東北正的磁場特征，反映大冶鐵礦區(qū)西南部為無磁性大理巖，而東北部為具磁性的閃長巖體。三、歐拉（Euler）齊次方程方法快速反演

歐拉（Euler）齊次方程法又稱歐拉反褶積方法。該方法是一種能自動估算場源位置的位場反演方法，它以歐拉齊次方程為基礎(chǔ)，運用位場異常、其空間導(dǎo)數(shù)以及各種地質(zhì)體具有的特定的“構(gòu)造指數(shù)”來確定異常場源的位置。自20世紀(jì)80年代中后期以來，歐拉方法已得到了較為廣泛的應(yīng)用，尤其是適用于大面積重磁測量數(shù)據(jù)的解釋。式中：為觀測點的笛卡兒坐標(biāo)系的三個正交坐標(biāo)軸；為場源中心點的坐標(biāo)；

為磁異常及其在方向的梯度；N為構(gòu)造指數(shù)；B為區(qū)域場或背景場。

歐拉方程法確定磁源體位置與深度反演不同顏色的圈代表不同深度。反演的中心位置和埋深結(jié)果與兩個埋深為50m球體的理論模型接近。

四、2.5D、3D人機交互反演磁異常反演的人機交互（又稱人機聯(lián)作）選擇法，就是根據(jù)選定數(shù)學(xué)地質(zhì)模型及磁場正演計算公式，由給定的初始模型參數(shù)計算的理論場值，與實際觀測場值進(jìn)行對比，利用輸出曲線圖形對比不一致性或殘差，依靠解釋人員的經(jīng)驗和技能來修改模型及參數(shù)，重新計算理論場值進(jìn)行下一次對比，反復(fù)多次直至達(dá)到滿意為止。剖面人機聯(lián)作的數(shù)學(xué)地質(zhì)模型的基本形態(tài)選擇為多邊形截面水平棱柱體。利用面向?qū)ο缶幊陶Z言VisualC++6.0以及OpenGL技術(shù)，可實現(xiàn)磁測資料交互反演解釋。對于磁測資料，為解釋直觀方便起見可以先作化極處理，解釋人員可以根據(jù)鉆探、地質(zhì)等資料，直接在屏幕上用鼠標(biāo)畫出所推斷的地質(zhì)體，也可以用勘探剖面控制的礦體形態(tài)建立礦體角點的坐標(biāo)文件輸入，利用程序的各種功能實時修改模型和顯示的正演計算結(jié)果，不斷修改模型直到滿意為止。對解釋的結(jié)果可以保存以供下一次修改使用。采用三種模式圖形顯示：活動截面平面模式（可編輯狀態(tài)）、三維斷面排列模式以及三維立體顯示模式，通過切換按鈕進(jìn)行切換顯示?；顒咏孛嫫矫婺Ｊ饺S立體顯示模式三維斷面排列模式五、井-地聯(lián)合反演方法1、井地2.5D、3D人機交互反演2、井地粒子群自動反演3、井地視磁化強度成像4、井地多分量聯(lián)合反演開展井地磁測聯(lián)合反演方法研究的意義近年我們承擔(dān)了一些與深部找礦有關(guān)的項目，在工作中我們認(rèn)識到開展井中磁測與井地聯(lián)合反演解釋是解決深部找礦的一條重要的途徑。1、國土資源部公益性行業(yè)科研專項“井－地磁測聯(lián)合解釋技術(shù)研究與完善”（深井物探和抗干擾電法技術(shù)研究與應(yīng)用示范二級專題，No.200911017-03）2、全國危機礦山接替資源找礦項目“井-地磁測聯(lián)合反演技術(shù)示范”（No.200799084）；3、國土資源部十二五項目“井中多分量高精度磁測處理解釋新方法技術(shù)及應(yīng)用示范”（No.

1212011120195）二級課題“深井多分量磁測處理解釋新方法及軟件研制”4、全國危機礦山接替資源找礦專項方法技術(shù)總結(jié)（No.

20089928）磁法專題5、武漢鋼鐵集團(tuán)項目“武鋼南澳大利亞礦石資源開發(fā)合作項目南澳CXM礦權(quán)區(qū)中部礦區(qū)鐵礦資源遠(yuǎn)景評估”；6、武漢鋼鐵集團(tuán)項目“武鋼南澳大利亞礦石資源開發(fā)合作項目南澳CXM礦權(quán)區(qū)南部礦區(qū)鐵礦資源遠(yuǎn)景評估”；7、青海省科技廳科研項目（2009-G-118-02）“青海省格爾木市尕林格鐵多金屬礦床深部找礦物探方法應(yīng)用研究”存在的問題1：老礦山人文干擾嚴(yán)重，制約地球物理采集和識別深部礦體產(chǎn)生的弱信號人文干擾十分嚴(yán)重消除-400m標(biāo)高以上的已知磁性體的影響，在1-50號點間存在著500nT的剩余異常，這個剩余異常是深部礦體等地質(zhì)因素引起。存在的問題2：深部礦體的信號弱，呈區(qū)域場特征，識別困難19-1-15、17孔孔位及見礦點分布圖19-1-1519-1-1719-1-17孔，井位與19-1-15孔相同，鉆進(jìn)方向北偏東。紅色線段表示19-1-15孔鉆進(jìn)方向，于標(biāo)高-655m見礦，粉色線段表示19-1-17孔鉆進(jìn)方向，于標(biāo)高-460m見礦。

1、2.5D、3D人機交互反演1、井地2.5D、3D人機交互反演2007年，“湖北省黃石市鐵山礦區(qū)深部鐵礦勘查井中磁測工作總結(jié)報告”中介紹了2005.4~2007.6期間，井中三分量磁測工作的情況。在19-1線布置打鉆4孔（19-1-11、19-1-12、19-1-15、19-1-16），其中19-1-15孔見礦，并于井深595m（標(biāo)高-419m）和井深745m（標(biāo)高-569m）之間井段異常明顯，其反延交點位于井深745m（標(biāo)高-569m）北側(cè)約105m處向南偏西傾斜，井旁異常屬近于東西走向的磁性體所引起。

異常范圍ZK19-1-15ΔT(nT)根據(jù)井中三分量磁測的解釋結(jié)果，引起井深595m和井深745m之間異常的磁性體就是2005年對19-1線作精細(xì)處理解釋所推斷出的Fe3礦體，而Fe3磁性體并不在19-1剖面內(nèi)。Fe3礦體單獨依靠井中三分量磁測資料來解釋和推斷，根據(jù)矢量線的特征，僅能夠確定礦體的礦頭、礦尾的位置，仍然不能確定礦體的空間形態(tài)和具體位置。為了解決上述問題，我們利用井地聯(lián)合反演來對地面磁測資料和井中磁測資料進(jìn)行聯(lián)合反演。礦坑及回填區(qū)造成高磁異常ZK19-1-15見礦Fe5旁側(cè)礦體Fe4旁側(cè)礦體Fe3ZK19-1-15井中磁異常

藍(lán)色曲線為由原始觀測值減去Fe1、Fe2、矽卡巖、礦化矽卡巖、閃長巖以及回填區(qū)所得到的剩余異常。井中異常和地面異常的擬合情況均很好，其中550-850m的地面異常比較尖銳，為回填區(qū)復(fù)雜回填物所引起。19-1-15孔剩余異常2.5D人機交互反演結(jié)果觀測值擬合值通過本次2.5D井地聯(lián)合反演，我們推斷了19-1線及ZK19-1-15孔在標(biāo)高-220~-320m之間的旁側(cè)礦體（Fe4）,位于19-1剖面SE約10m處；在標(biāo)高-400~-600m之間的旁側(cè)礦體（Fe3）,位于19-1剖面NW約35m處，并穿過19-1剖面向東延伸，與22線標(biāo)高-400~-600m的鐵礦體相連；標(biāo)高-655m處有一礦體Fe5，為19-1-15孔底部所見鐵礦體，厚0.4m。前人根據(jù)井中三分量磁測資料推斷在標(biāo)高-220~-320m之間和-400~-600m之間分別有一旁側(cè)礦體（Fe4和Fe3），但沒有確定其空間位置，并認(rèn)為Fe3礦體在19-1剖面的旁側(cè)。我們通過對相鄰的18、21、22線的分析，發(fā)現(xiàn)在與Fe3對應(yīng)的標(biāo)高位置，各測線均有一鐵礦存在，而且鐵礦的形狀、產(chǎn)狀均與Fe3非常相似。接觸帶ZK19-1-17ZK19-1-15考慮到從18線到22線，接觸帶發(fā)生“S”形扭曲，對應(yīng)標(biāo)高位置的鐵礦也隨之發(fā)生扭曲。標(biāo)高-400~-600m之間的邊坡礦體在走向上是連接在一起的，也就是說Fe3礦體實際上是穿過了19-1剖面，而19-1-15孔只不過是從Fe3的旁邊穿過，并沒有打到Fe3。2008年布置鉆孔19-1-17孔，在井深638.32~689.40m處打到一厚層鐵礦，視厚度約40m，證實了上述推斷。19-1-15孔3D人機交互反演各截面圖示19-1線西側(cè)50m截面A19-1線西側(cè)35m截面B19-1線截面19-1線東側(cè)50m截面19-1-15孔3D模型分布圖（a）（b）19-1-15孔3D人機交互反演三維圖示根據(jù)3D反演的結(jié)果，F(xiàn)e3在19-1線與19-1線西側(cè)35m之間尖滅，但是向西延伸，并穿過到19-1線西側(cè)50m剖面

；Fe4推測為18線所見礦體，在19-1線尖滅，其位置應(yīng)在19-1線西側(cè)；Fe5為19-1-15孔所見礦體，沿19-1線對稱分布。19-1-15孔3D人機交互反演三維立體切片19-1-15孔3D人機交互反演井中異常曲線觀測值擬合結(jié)果19-1-15孔3D人機交互反演地面異常曲線觀測值擬合結(jié)果1.原始粒子群算法思想那么找到食物的最優(yōu)策略是什么？設(shè)想這樣一個場景：一群鳥在隨機的搜索食物。在這個區(qū)域里只有一塊食物，所有的鳥都不知道食物在哪。但是它們知道自己當(dāng)前的位置距離食物還有多遠(yuǎn)。最簡單最有效的就是搜尋目前離食物源最近的鳥的周圍區(qū)域2、井地粒子群自動反演在一個D維的目標(biāo)搜索空間中，由m個粒子組一個群落，其中第i個粒子表示為一個D維的向量：

即第i個粒子在D維空間的位置。將帶入一個目標(biāo)函數(shù)就可以計算出其適應(yīng)值，根據(jù)適應(yīng)值的大小衡量的優(yōu)劣。第i個粒子的“飛翔”速度也是一個D維的向量，記為，。2.算法的數(shù)學(xué)描述其中，，，為學(xué)習(xí)因子，，為0~1之間隨機數(shù)，m可以根據(jù)公式求出。記第i個粒子迄今為止搜索到的最優(yōu)位置(pbest)為整個粒子群迄今為止搜索到的最優(yōu)位置(gbest)為速度，位置更新公式：3.算法流程理論模型同時，我們在xoy平面內(nèi)(80m,80m)，(120m,120m)位置處設(shè)置兩口垂直井，深度范圍為0~400m，點距為10m，共82個點，根據(jù)正演公式計算出井中磁異常。所選擇的兩口井離異常體的位置較近，這樣計算出的值能夠比較好的反映場源的異常信息。

1：實際礦體位置；2：地面dT反演結(jié)果；3：井中的Za反演結(jié)果；4：井地聯(lián)合反演結(jié)果井地聯(lián)合反演結(jié)果也沒有與實際礦體位置完全一致，其原因可能是地面磁異常不完整，沒有負(fù)磁異常和正常場。3、井地視磁化強度成像用長方體單元離散化地下空間，每一個長方體單元磁化率為常數(shù)，允許不同長方體單元的磁化率不同。假設(shè)長方體寬和長分別等于觀測點在x軸和y軸方向上的點距，●點表示磁測點的位置，位于頂層長方體上頂面中心，觀測面高程為常數(shù)z0，ZK表示鉆井。三維磁化率成像模型示意圖3D井地聯(lián)合磁化率成像假設(shè)我們已經(jīng)將地下三維空間劃分為直立長方體網(wǎng)格單元模型，總數(shù)為M個，每個網(wǎng)格單元內(nèi)的磁化率均勻分布；觀測面上有N個觀測點。那么，第j個長方體在第i個觀測點的磁異常可以表示為根據(jù)位場疊加原理，第i個觀測點的磁異常是地下全部N個直立長方體單元在該點處的磁異?？偤?，即3D井地聯(lián)合磁化率成像即寫成矩陣形式預(yù)優(yōu)共軛梯度算法

33D井地聯(lián)合磁化率成像共軛梯度法是一種用于求解線性或者線性化方程組的迭代算法，優(yōu)點有：1、共軛梯度法是在初始點沿梯度構(gòu)造的共軛方向?qū)δ繕?biāo)函數(shù)的極小點進(jìn)行搜索，迭代次數(shù)少，收斂速度快；2、共軛梯度法是矢量運算，其矢量變量可以在迭代過程中循環(huán)使用，有利于并行算法；3、節(jié)約運算時間和存儲空間。共軛梯度法直接從目標(biāo)函數(shù)出發(fā)，無需形成線性方程組，還可以充分利用系數(shù)矩陣的稀疏性來降低運算成本。目前已有很多較成熟的共軛梯度算法，如不完全分解預(yù)優(yōu)共軛梯度法、預(yù)優(yōu)共軛梯度法、廣義共軛梯度法等等。3D井地聯(lián)合磁化率成像為降低迭代次數(shù)，提高收斂速度，VanDecar和Snieder在1994年提出了通過預(yù)優(yōu)矩陣來改善方程組的條件數(shù)，我們所說的預(yù)優(yōu)共軛梯度法就是將預(yù)優(yōu)矩陣應(yīng)用于共軛梯度法中，以達(dá)到改善方程組條件數(shù)的目的。這種算法在求解大規(guī)模線性方程組的時候非常有效，如果預(yù)優(yōu)矩陣選取合適的話，會使得核函數(shù)的特征值集中分布在對角線上，從而大大降低了迭代次數(shù)。我們在進(jìn)行磁化率成像反演的過程中會發(fā)現(xiàn)，反演結(jié)果有趨于地表的現(xiàn)象，通常我們稱之為“趨膚效應(yīng)”，面對這種情況，我們可以采用合適的深度加權(quán)函數(shù)來克服這種效應(yīng)。深度加權(quán)函數(shù)可以使核函數(shù)隨著深度的變化自然衰減。深度加權(quán)函數(shù)可以補償核函數(shù)隨深度的這種自然衰減。Li和Oldenburg(2000)提出了兩種方法來構(gòu)建3D加權(quán)函數(shù)。第一種是基于敏感矩陣，它依賴于所有數(shù)據(jù)體對某一個方格的整體敏感度。第二種是地面數(shù)據(jù)反演方法的一種推廣。這兩種方法對于地面數(shù)據(jù)、井中數(shù)據(jù)或是地面與井中的聯(lián)合反演，都是有效的。深度加權(quán)函數(shù)

33D井地聯(lián)合磁化率成像1、單一傾斜板狀體模型單獨地面磁測資料的反演a理論模型b地面磁測資料反演結(jié)果c地面磁測資料反演結(jié)果d地面磁測資料反演結(jié)果切片圖中磁化率較大的方格和等值線較為集中，它們表示所反演出的地質(zhì)體的大概位置。在使用單一地面磁測資料反演的過程中，雖然我們采用了深度加權(quán)函數(shù)，反演結(jié)果中磁化率隨深度分布較為均勻，沒有很明顯的“趨膚效應(yīng)”，但是我們發(fā)現(xiàn)其位置與理論模型的實際位置偏差較大，而且傾斜板狀體的形態(tài)和產(chǎn)狀也無法分辨，反演結(jié)果分辨率較差。單獨井中三分量磁測資料的反演a理論模型b井中磁測資料反演結(jié)果井位：ZK001（244m，305m），ZK002（820m，305m），ZK003（244m，975m）上圖是三個鉆井的井中三分量磁測曲線的擬合情況。通過對比我們發(fā)現(xiàn)平均絕對誤差為56.9nT，相對誤差為4.55%，擬合精度控制在5%以內(nèi)，擬合結(jié)果較好。c井中三分量磁測資料反演結(jié)果d井中三分量磁測資料反演結(jié)果切片圖中磁化率較大的方格和等值線表示反演出地質(zhì)體的大概位置。從圖中我們可以看出，磁化率較大的方格和等值線位置在粉色線框范圍內(nèi)，且地質(zhì)體的邊界較為清晰，這說明井中三分量磁測資料的縱向分辨率較高，所反演出的地質(zhì)體位置基本在理論模型的范圍之內(nèi)，可以大致反映出的傾斜板狀體的形態(tài)。由于井中磁測資料受鉆孔影響，控制范圍有限，雖然具有很高的縱向分辨率，但在橫向上的分辨率較差，因此從反演結(jié)果中，我們僅能大致看出反演結(jié)果在深度方向的變化，而板狀體的上頂位置卻無法判斷。井地磁測資料的聯(lián)合反演a理論模型b3D井地磁測資料聯(lián)合反演結(jié)果e3D井地聯(lián)合反結(jié)果f3D井地聯(lián)合反演結(jié)果切片從圖中我們可以看出，磁化率較大的方格基本位于粉色方框內(nèi)，在橫向和縱向，都可以清晰地看出地質(zhì)體的邊界，且均在理論模型的范圍之內(nèi)。從磁化率等值線切片上，也可以看出磁化率較高的等值線在橫向和縱向都有著明顯的邊界，可以大致看出板狀體的形態(tài)和位置。以上結(jié)果說明，3D井地磁測資料的聯(lián)合反演，充分利用了地面磁測資料橫向分辨率高和井中磁測資料縱向分辨率高的優(yōu)點，反演出的結(jié)果最接近理論模型，要優(yōu)于單一磁測資料的反演結(jié)果。應(yīng)用實例：山東金嶺應(yīng)用實例：滇南鹽礦4、井地多分量聯(lián)合反演1目標(biāo)函數(shù)的建立大多數(shù)地球物理觀測數(shù)據(jù)都服從或近似服從高斯分布，在這種情況下，把觀測數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)的方差作為目標(biāo)函數(shù)是最合理的。假設(shè)磁場三分量數(shù)據(jù)Hax，Hay，Za與模型參數(shù)m之間滿足GHax、GHay、GZa為核矩陣。把三分量磁測數(shù)據(jù)Hax，Hay，Za聯(lián)合反演的目標(biāo)函數(shù)寫成以垂直磁化的直立長方體作為理論模型。中心坐標(biāo)為(500m，500m，200m)，在X，Y和Z方向上的延伸長度分別為a=100m，b=200m，c=100m?？偞呕瘡姸萂=120000×10-3A/m，測線東西布置。1.井旁異常、三個鉆孔、無噪聲情況三個鉆孔的位置分別為：（200m，300m）；（250m，650m）；（800m，550m），如圖5.2.1所示。每個鉆孔50個測點，點距20m。鉆孔傾斜，方位角為90°，頂角tgα=0.1；初始模型為：X0=200m，Y0=100m，Z0=300m，a=400m，b=1