航磁梯度数据实测与计算对比研究

贾志业 安战锋 赵廷严

摘要：通过对比AGS-863航磁全轴梯度勘查系统实测航磁梯度数据与由航磁ΔT计算出的梯度数据，二者在变化趋势上基本一致，异常形态相似。由于航磁梯度勘查系统相比单探头的航磁勘查系统获取了更多地面磁性体信息，横向梯度、垂向梯度上出现了更多的异常信息，为地质解释提供的信息更丰富，在现阶段由航磁ΔT计算出的梯度数据还无法替代实测梯度数据。

关键词：实测航磁梯度；计算航磁梯度；辽宁瓦房店；42号金伯利岩管

引言

航磁梯度測量是航磁磁测技术的发展，具有分辨率高、不受日变影响、压制背景场、突出磁异常地质体边界等优点，在矿产资源勘查以及军事探测等方面具有重要的应用价值，自20世纪70年代以来得以迅速发展，受到了广泛的关注。国内20世纪90年代开始，核工业航测遥感中心、中国国土资源航空物探遥感中心、中国冶金地质总局地球物理勘察院等单位先后在冀东、甘肃潮水、河北保定、吉林磐石、新疆哈密等多地区开展了航磁梯度测量工作，使用仪器有国产和进口的。对实测与计算的航磁梯度数据也进行过对比，主要针对的是进口航磁梯度仪，针对国产AGS-863数字式航空氦光泵磁梯度仪的对比较少。AGS-863数字式航空氦光泵磁梯度仪由中国国土资源航空物探遥感中心自主研制，先后在内蒙古锡林浩特-西乌旗、河北保定、黑龙江哈尔滨、吉林磐石、辽宁瓦房店等地开展了测量工作，获取了大量的实测梯度数据。研究该系统下实测数据与计算数据之间的异同，为航磁梯度资料应用提供帮助，选用2016年在辽宁瓦房店地区实测数据进行研究对比工作。该区有1：1万航磁ΔT、横向梯度、纵向梯度、垂向梯度数据。

1.航磁梯度数据实测与计算原理

航磁实测梯度的获取是通过一定间距磁探头测量值的差值来实现的。4个氦光泵磁探头的灵敏度为0.00025nT，磁探头安装示意图见1，左、右两个探头距离（Δx）为22.14m，上、下探头距离（Δy）为2m，下探头与左、右两探头的连线垂直距离（Δz）为12.82m，T_L、T_R、T_D、T_T依次代表左探头、右探头、下探头、上探头测量的地磁场强度。其梯度计算公式为：

测区横向梯度总精度为0.052nT/m，纵向梯度总精度为0.055nT/m，垂向梯度总精度为0.068nT/m。

航磁梯度的转换计算可以在空间域和频率域内进行，但空间域算法较费事，一般多利用快速富氏变化，在频率域内进行转换处理。计算的纵向梯度、垂向梯度是通过在测线剖面上开展频率域一维FFT快速傅氏变换算法实现转换计算，其中纵向梯度通过沿测线方向进行方向导数计算获取，垂向梯度通过压制干扰的一阶垂向导数计算获取。横向梯度无法通过剖面频率域位场转换处理获取，在AT网格数据上（网格距为30m×30m）采用频率域FFT算法换算出横向梯度，为了更好地对比，将其沿测线采样回数据库。至此，我们获取到了计算的横向梯度、纵向梯度、垂向梯度数据。以上操作在Geoprobe Mager地球物理数据处理解释系统下完成。

2.对比分析

从位场理论可知，由AT值换算出的梯度值与实测的梯度值在理论上应该是等价的。但是通过实际测量结果分析，二者之间具有一定的差异。

从实测与计算的梯度数据，我们可以看出，二者变化的总体趋势基本一致，异常形态较相似，但也具有一定的差异。图2是测区内典型剖面局部实测与计算梯度的对比图。

（1）横向梯度上，实测的比计算的在部分地区局部异常更明显（图2a），对弱异常有较好反映，这一现象在测区具有多处。实测的横向梯度是由两个相距22.14m的探头实测磁场值计算得到的，相当于增加了一条测线，导致获取的测线之间磁场信息更多，所以实测的横向梯度比计算的异常更明显，部分地区甚至增加了异常。

（2）纵向梯度上，计算与实测基本相同，只是数值的差异（图2b）。

（3）垂向梯度上，计算的比实测的光滑（图2c），细节信息更丰富。计算的垂向梯度受AT总场效应的影响，异常相对连续、光滑，导致掩盖掉部分具有异常信息。而实测的垂向梯度不受AT总场影响，且具有较好的水平分辨率，可以较完整的反映局部磁异常的变化。正是这一差别，实测垂向梯度获取了更丰富的磁场信息。

（4）除了上述引起差异的原因，还有其他原因，如实际飞行采用的是沿地形缓起伏飞行，这样飞机在测量过程中不可避免地要进行仰俯、侧滚、摇摆等操作，那么梯度测量的4个磁探头所处的层面就会发生变化，而且相对于大地坐标轴的方向及探头之间的几何关系也发生了变化，这时所测得的梯度值是不准确的。

为了更好地对比实测与计算梯度数据在地质体之间的差异，选取了辽宁瓦房店地区42号金伯利岩管一带的数据开展了对比分析。

42号岩管为瓦房店地区规模最大的岩管，地表出露总面积约41200m²，由3个岩管组成：42-1号岩管最大，为主要岩管，位于矿区东部，地表出露面呈不规则状，面积约31000m²；42-2次之，位于矿区西部，地表出露面为近椭圆形；42-3号岩管最小，孤立出露于矿区南部。出露地层为青白口系石英砂岩、粉砂岩、页岩，产状平缓，岩管周围出露有流纹岩、安山岩、辉绿岩等，呈岩脉状和岩床状产出，并切穿金伯利岩管。42号岩管呈陡直筒状，由地表向深部延伸整体规模变化不大，总体倾向北北西。金刚石平均品位0.5ct/m³。图3～图5中白色的曲线为42号岩管在地表的出露情况。

从图3～图5中可以看出，实测与计算的梯度在宏观上具有相似性，纵向梯度、垂向梯度在形态和分布范围上特征基本一致，横向梯度在幅值和细节上存在一定的差异，异常中心位置也有偏差。图3中可以看出，实测的横向梯度对岩管的边界、形态反映的更准确，岩管西侧的北北东向断裂的磁场特征更明显，当然这一北北东向断裂在垂向梯度上反映得非常明显。

3.讨论

通过上述对比分析，可以看出，由ΔT计算出的与实测的横向梯度、纵向梯度、垂向梯度变化趋势基本一致，异常形态相似。在部分地段横向梯度、垂向梯度出现了一些差异，主要是由于航磁梯度勘查系统相比单探头的航磁勘查系统获取了更多地面磁性体信息，对异常的细节刻画的更为精细，为地质解释提供的信息更丰富，为矿产勘查提供磁场资料的精度更高。因此，实测的航磁梯度比由AT计算的效果更好，在解释精度要求高的地方，目前来说具有不可替代性。