基于磁异常模量的三维磁化率成像研究

论文摘要

磁法勘探是一种最常用的地球物理勘探方法,磁异常三维反演是一种定量解释方法,广泛应用于矿产勘查。磁异常反映的是地下磁性特征的变化,包括磁性体的分布和其磁化强度。然而,地下磁性体的磁化方向通常是一个未知量,当剩磁方向与地磁场方向不一致时,直接利用磁异常数据进行解释或反演将导致解释结果与实际地质情况产生偏差,地下磁性体剩磁越强,这种偏差就越大。本文介绍一种适于强剩磁影响的磁异常转换数据的解释方法,即磁异常模量。理论上二度体的磁异常模量形态完全不依赖于异常体的磁化方向,而三度体的磁异常模量形态微弱地受异常体磁化方向影响。因此,即使存在强剩磁的影响,也可以直接利用磁异常模量进行磁法解释,如利用磁异常模量进行磁化率成像等。另一方面,虽然磁异常模量融合了磁异常三个方向上的分量信息,但由于它是标量,只体现了各分量信息中的幅值信息,而缺失了相位（符号）信息。对此,本文还提出了基于磁异常三分量数据的联合反演方法。由于磁异常模量是磁化率的非线性函数,所以磁异常模量反演是一个非线性间题。对于非线性目标函数,利用高斯-牛顿法对其进行优化；磁异常三分量数据联合反演属于线性问题,两者的反演问题均归结于求解高维的线性方程组。本文基于Occam’s反演方法,将粗糙度引入目标函数,对模型参数进行约束,建立了磁化率成像的光滑反演目标函数,同时引入深度加权函数克服位场反演中的“趋肤效应”,采用共轭梯度算法（CG）求解高维线性方程组。在反演过程中,根据Tikhonov曲线确定正则化参数,最终给出反演结果。通过非线性变换法逐步实现对磁化率取值范围的约束。结果明显比无约束反演结果更可靠,成像的异常体边界更清晰,“能量”更聚焦。模型实验可知,磁异常模量反演最能压制强剩磁的影响,但是反演结果垂向分辨力较低；磁异常三分量联合反演,能压制弱剩磁的影响,磁化率成像结果垂向分辨力较强。通过大量理论模型计算与结果对比分析,讨论了反演算法的分辨力和可靠性,并归纳了反演流程中各种参数的使用条件及影响范围。本文给出基于磁异常模量和磁异常三分量联合反演的完整算法,反演方法不依赖初始模型且适于剩磁条件下的磁异常反演。将该反演算法应用于程潮铁矿区实际磁测资料剖面反演。磁化率成像结果铁矿体的位置对应的较好,验证了该反演算法的有效性和实用性。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概论
• §1.1 研究背景、目的和意义
• §1.2 研究现状和存在的问题
• 1.2.1 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.2 存在的主要问题
• §1.3 研究内容和技术方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术方法
• 1.3.3 创新点
• 第二章 地磁场与磁异常
• §2.1 地磁场和岩石的磁化强度
• 2.1.1 地磁场
• 2.1.2 岩石的感应磁化强度
• 2.1.3 岩石的剩余磁化强度
• §2.2 磁异常ΔT
• §2.3 磁异常模量
• 2.3.1 磁异常模量的计算原理
• 2.3.2 磁异常模量非线性叠加性
• 2.3.3 磁异常模量与磁化方向的关系
• §2.4 磁异常三分量
• 第三章 磁化率成像的Occam's反演理论
• §3.1 引言
• §3.2 数据拟合日标函数
• §3.3 模型目标函数
• §3.4 深度加权函数
• §3.5 其他参量的确定
• 3.5.1 止则化参数的确定
• 3.5.2 α系数的确定
• 3.5.3 数据误差的估计
• 3.5.4 参考模型和ω权重系数
• §3.6 小结
• 第四章 磁异常三维反演目标函数的优化
• §4.1 磁异常ΔT的反演目标函数
• §4.2 磁异常模量的反演目标函数
• 4.2.1 高斯-牛顿法求解非线性问题
• 4.2.2 磁异常模量的敏感度矩阵
• §4.3 磁异常三分量联合反演的目标函数
• §4.4 线性问题迭代法反演目标函数
• §4.5 磁化率大小约束反演
• §4.6 共轭梯度算法
• §4.7 小结
• 第五章 磁异常三维反演模型实验
• §5.1 直立长方体模型实验
• 5.1.1 忽略剩磁的影响
• 5.1.2 存在强剩磁的影响
• §5.2 复杂模型实验
• 5.2.1 忽略剩磁的影响
• 5.2.2 存在强剩磁的影响
• §5.3 小结
• 第六章 磁异常反演在程潮铁矿区的应用
• §6.1 程潮铁矿区磁异常的特征
• §6.2 程潮铁矿区剖面磁化率成像结果
• §6.3 程潮铁矿区三维磁化率成像结果
• 第七章 结论与建议
• §7.1 结论
• §7.2 几点建议
• 致谢
• 参考文献