地球物理數據網格化參數的確定及模型的選擇

王玉敏，馮寧，姚敏

(1.山東省物化探勘查院，山東 濟南　250013；2.山東省地礦工程集團有限公司，山東 濟南　250200)

地球物理數據網格化參數的確定及模型的選擇

王玉敏1，馮寧2，姚敏1

(1.山東省物化探勘查院，山東 濟南250013；2.山東省地礦工程集團有限公司，山東 濟南250200)

根據地質目標體不同，探測深度不同，物探測網所采用的比例尺不同，相同比例尺測量，由于異常細節差異，點線距不同，使得不同比例尺測網采集同一物探數據，由于網格化差異，異常形態不同。為了盡可能準確體現地下地質體的異常范圍、異常形態，正確的選擇網格化方法，使后期異常解釋更準確，該文介紹了如何正確選擇地球物理數據網格化參數的方法。

地球物理數據；網格化參數；模型

引文格式：王玉敏，馮寧，姚敏.地球物理數據網格化參數的確定及模型的選擇[J].山東國土資源，2015,31(10)：86-90.WANGYumin，FENGNing，YAOMin.TheDeterminationabouttheGridParametersofGeophysicalDataandtheSelectionabouttheGridModel[J].ShandongLandandResources, 2015,31(10):86-90.

隨著計算機技術的發展，數據采集化程度的提高，數據采集密度、采集頻率、采集效率、準確率都較以往手工記錄要高。物探數據圖件的草繪、清繪和審核基本上一個技術人員就可以完成，大大節省了時間和人員。由于圖示方法、成圖方法、網格間距的選擇不同，圖件正確與否，數據處理中間過程是否合理變得復雜[1-2]。因此，計算方法的選擇不能太機械化。該文主要討論了在不同測網的比例尺下，數據網格化的合理選取，網格化模型的選取及適當的數據處理。

1　磁場的圖示方法

磁法基礎圖件有沿觀測線(剖面、線路)所觀察到的磁異常曲線圖，磁異常平剖圖，磁力異常等值線平面圖。其他地球物理場繪制同類圖件，可以類同[3-4]。

1.1磁力異常曲線圖

繪制磁力異常曲線圖，要變換一下比例尺，然后再繪制△T曲線。在水平軸上(沿測線)為相應于測量比例尺的距離坐標尺，而沿垂直軸上的比例尺由儀器靈敏度和野外觀測精確度確定。

為了使曲線的每一變化能和現實存在的異常聯系起來，應當把可能發生的偶然誤差帶的寬度減小到一條線。此時在磁力異常圖上就不會出現偶然誤差。為了用作圖法消除觀測時的偶然誤差，剖面圖垂直比例尺應該選擇得使其1mm大約等于2倍野外測量精度。

作圖時用平滑線來聯結這些點，因為磁場由一點到另一點的變化是平滑的，同時整個圖應當是曲線性的，然而這種情況只有在觀察網非常密以致能保證不漏過觀察點之間極值的場合下才是正確的，只有在這種情況下才能肯定所繪的圖是反映磁場沿剖面線變化的真正規律，所以把各點之間以直線相連是比較正確的。此時作一個假設：即各點間場的變化是線性的。但又很難肯定，各點間磁場的這種分布規律是較其他的規律更現實些，畢竟各點之間磁場分布的真正特性是未知的。

當然如果觀察網足夠密，那么各點之間的短直線將非常精確并均勻地描出整個曲線。如果測網很稀，并且不能顯示出磁場變化的一切規律時，則曲線將呈鋸齒形，這正是強調指出測網不夠稠密，以致不能夠充分地說明沿剖面線的磁場的變化。當然，這也并不意味著：在用來解決地質問題時，這樣的測網是不夠稠密的。測網網度是由地質任務決定的。

在繪制磁力異常曲線圖時，水平軸上距離比例尺為測量比例尺，垂向軸上比例尺為1mm代表兩倍以上野外測量精度。相鄰點之間用光滑的直線連接。如果曲線呈鋸齒形，說明測網太稀，需要縮小垂向軸的比例尺。

為了證實正確選擇曲線圖垂直比例尺的重要性，下面來研究一個實際例子。圖1是一個野外隊在工作中畫的一張△T剖面曲線平面圖。由圖可見，曲線是波形的，其振幅為2～3mm，并且在有些地方又可以發現較大的幅度變化。顯然，即使在沒有野外資料的情況下也可以有把握的肯定，作圖時選擇的比例尺沒有考慮到野外觀測精確度。如果把垂直比例尺減小到三分之一，則平面圖的形狀將如圖2所示。此時圖上出現明顯的異常帶，它由一個剖面連到另一個剖面，但是在圖1上分出這種帶是困難的，同時也是不明顯的。

圖1　不考慮野外測量精確度做出的△T曲線

圖2　考慮野外測量精確度做出的△T曲線

1.2剖面平面圖

沿剖面上某一要素的曲線圖能給出磁場沿剖面線的分布情況。為了獲得磁場在空間中分布的概念，常常利用作圖法將磁場表示為剖面平面圖。作剖面平面圖的方法，以測量的比例尺在平面圖上畫下所有的測線，并且在每條測線上，繪出沿測線方向曲線，結果就得到由彼此相鄰線組成的整個系統的磁場分布平面圖，利用這平面圖可以看出整個測區磁場的分布性質。

剖面平面圖是一種客觀的資料。它可以同時顯示某種地球物理場剖面和平面特征的圖件。圖中各測線的異常都用剖面形式表示，通過各測線之間的對比分析能清楚地表示異常平面和剖面的分布規律。

正確的數據比例尺以高磁曲線不被放大或壓縮為宜。一般選擇1mm代表2倍野外測量精度。下面以青海大岔溝高磁數據為例，數據總精度2.05nT，繪制平剖圖，成圖比例尺為1∶1萬，圖3中1mm代表2nT，數據比例尺為1∶200，圖4中1mm代表4nT，數據比例尺為1∶400。可見1∶400圖面比較容易看出異常帶范圍，1∶200數據比例尺平剖圖異常峰值疊壓，使邊界輪廓不清晰。

圖3　平剖面數據比例尺選擇1∶200的例子

圖4　平剖面數據比例尺選擇1∶400的例子

剖面平面圖的缺點在于在圖中只指出磁場沿測線的分布。至于剖面線之間的磁場特征，就要用磁異常等值線平面圖來表示。

1.3磁異常等值線平面圖

做磁異常等值線平面圖時，首先以測量比例尺在平面圖上畫出所有觀測點，并且在每一點旁邊標記測量值及符號。然后選擇做磁異常等值線的間隔。在選擇磁異常等值線間隔時，野外觀察精確度是最基本的標準。因為隨著測量數值的增大，測量的相對誤差仍大致相同，而絕對誤差則加大了，所以做磁異常等值線間隔應該不是恒定的、均勻的，而是隨著測量數值的增加而加大。下面為比較實用并方便的，用來做磁異常等值線間隔的順序：0，±2(或±2.5)，±5；±10；±20(或±25)，±50；±100等單位。但是，如果其他等磁力線將更明確地表示出地質構造的走向和輪廓時，這個順序可以多少改變一些。通常選擇等于2～4倍測量誤差的等磁力線為零線以上的第一條線。選好間隔后，確定用哪些等磁力線來構圖。用閉合光滑線來做等磁力線。

為了看等磁力線圖方便起見，通常以實線表示正等磁力線，以短線與點相間的線表示零線，以虛線表示負等磁力線。在等磁力線中斷、扭轉處標出數值。為了明顯起見，通常正值涂以紅色，負值涂以藍色。異常的強度用加深顏色強調。最小正等磁力線和負等磁力線之間的正常場區域有時涂以黃色。

圖5是等間距繪制等值線，等值線間隔20nT。圖6是不等間距繪制等值線，等值線間隔0，±5，±10，±20，±50，±100，±200，±300，±400nT等。利用不等間距繪制等值線圖件文件大小減半，0值附近過渡帶細節更突出，磁異常變簡單。

圖5　等間距繪制等值線

圖6　不等間距繪制等值線

等磁力線圖可以比較全面地反映出磁場分布的客觀規律，它最接近于磁場分布的真正情況，也就更全面地反映出地區地質構造的主要特征和詳細情況。在狹長測網情況下，將測線點加密而測線放疏時，由于測網密度不夠大，所做的等磁力線就不能正確地表示出測區內磁場的分布。這時，等磁力線有形成垂直于測線的狹長閉合線的趨向。如果異常的走向不垂直于測線，而成一銳角，并且異常的寬度不大，則等磁力線的畸變特別強烈。

正確繪制等值線最重要的條件是：要全面地考慮所有地質資料，首先是巖層的走向、地質體的形狀及產狀條件等等。并要在等磁力線圖中，一定要注上作為實際資料的數字值。如果沒有第一手的地質資料，可以多成幾個方向的圖，以確定異常走向。

2　影響地球物理圖表質量的因素

2.1首先研究測網的影響怎樣

有了剖面圖和等值線圖以后，首先應該確定解決野外工作方法中測網密度和形狀的實際正確性，關于選擇測線方向正確性的問題?？v長測網是在經濟上最有利的一種，在這種測網中沿測線的點距較小，而線距較大。用這種測網時，以規定數目的測點布于測區只需要最少的時間，因為當點距較小時，每一點移至另一點的時間也縮短了，同時在一定地區的線路總長度也減小了(表1)。

表1　各種測網中以10000個點分布于

但是在伸長形的測網中，得到沿測線上磁場分布特征的詳細記錄，稀疏測線間磁場分布特性不充分的記錄。即完整詳細的剖面圖和不可靠的等磁力線平面圖。十分拉長的測網只有在確實相信可以知道巖層或所找地質對象的走向時才可以采用，但是，即使在這樣的情況下線距也不應該超過點距3～4倍以上。

2.2數據網格化的影響

網格化使用的數學模型是網格化的核心問題，所有的插值方法都希望通過插值加密數據點，使一個粗糙的初始地質模型變成一個新的精確模型，這僅是一種理想狀態。相反，通過插值計算的新模型，相對原始模型總有一定變形。也就是說，相對實測的、準確的原始數據來說，插值點往往會有一定誤差。因此，最大限度地減少這個誤差，使原始數據中包含的客觀特征能無明顯損失地傳遞到內插計算的數學模型中，是所有數學模型的最基本要求[5]。

2.2.1網格化方法的選擇

不同數據由于數據場特征和等值線預期的結果不同，所采用的方法不同。而不恰當的網格化方法會使異常差異很大，偏離原始異常，甚至是錯誤的表示。布格重力異常網格化數據需要具有良好的保持真實效果的網格化處理，一般采用三角剖分法網格化[6]。電法、磁法圖件要求保證網格化的精度、產生的等值線較為圓滑，利于異常解釋等，一般使用克里格法網格化，該方法總是盡可能地去描述原數據所隱含的趨勢特征，以區域化變量理論為基礎，以變差函數為主要工具，在保證研究對象的估計值滿足無偏性條件和最小方差條件的前提下求得估計值?；綌祿话阋蠓从钞惓ｋS距離遠近關系，一般使用克里格、徑向基本函數中的復二次函數網格化方法，其中徑向基函數多重二次函數法被許多人認為是最好的方法，既能反映原始數據的特征，又能光滑等值線。

2.2.2網格化參數的設定

(1)網格化范圍。網格化范圍就是要繪制的等值線范圍，它是由網格節點的最大最小坐標值來確定。如果網格數據是正南北測網，數據擴邊的邊緣效應，空白區填充的值失真很小。如果測線有一定角度，數據網格化建議采用方域網格化，成圖后再利用工區邊界裁剪。當然也可以利用點線號成圖，但是成圖后旋轉和偏移坐標位置不準確。點線號成圖異常形態和邊界與利用大地坐標成圖異常邊界雖然

不重合，但異常形態和幅值基本吻合。利用實際坐標網格化基本上不會引起異常形態變化，同時對異常定位更準確(圖7)。

圖7　點線號成圖與實際點坐標成圖對比

(2)網格間距和網格線數的確定。網格間距和網格線數是離散數據網格化時最重要的參數，它關系到所派生的數據密度、等值線模型的精度，最終影響異常的空間結構特征。網格過大，不僅會丟失一些特征信息，也可能會造成等值線扭曲，使得野外工作達不到一定的效果。當網格達到一定的間隔后，無論再怎么增加網格數，等值線的輪廓幾乎不再發生任何變化。網格過小不僅不會提高精度，反而會產生更多冗余“游離”數據，等值線繪制時使異?？臻g分布特征復雜化，導致一些假的、沒有意義的小閉合圈出現(圖8)。

圖8　不同網格間距圖件對比圖

因此恰當地反映異常的空間分布特征，實際采取比較、篩選方法選擇恰當的網格尺寸。從圖8可見，原數據測網100m×20m，利用50m×20m網格化和50m×50m網格化數據后，后者等值線既可以反映其原始的情況，又能滿足要求，圖面冗余的小閉合圈較少。所以網格化時，網格間距要小于原始采集點的分部間隔，但也不能過細。通常采用線距的一半，點距不變。例如100m×40m測網，數據網格化使用50m×40m網格間距比較合適。

(3)搜索類型和搜索半徑的確定。搜索類型決定了所用的數據范圍。搜索類型有對所有點搜索、簡單搜索、四方位搜索、八方位搜索等4種類型。當離散數據分布較均勻時，可選擇所有點搜索類型，即相當于不選擇搜索類型，當數據量較大時(數據點大于200個)，數據分布較離散，應選擇四方位或八方位類型。

搜索半徑決定了所用的離散數據點的范圍，在搜索規則不變的條件下，任意改變搜索半徑的大小，對數值點區域的等值線不產生影響，但要影響到整個空白區的填充。搜索半徑是個很重要的參數，直接影響網格化后的結果。若半徑太小找不到形成網格節點的數據，就不能形成等值線；而半徑太大則空值點變為數據點。因此，搜索半徑確定以能客觀反映實際的地質情況為條件，考慮到擴邊和特殊點，搜索半徑一般為點距的3～6倍。具體應用中要適當的調節。

3　結論

所有的地球物理數據都是為地質服務的，在數據處理同時要反復結合已知地質體出露情況，如果脈體很窄，采用的點距過密，稀疏線距，為了突出異常，根據實際情況繪制等值線。磁法數據、電法數據一般采用克里格法網格化數據，布格重力數據一般采用三角剖分法網格化數據。數據網格化一般采用方域網，網格化間距選擇線距一半。搜索半徑為點距的4～6倍，搜索方向為垂直異常方向。磁法數據圖件標注一般選擇不等間距，電法數據繪制圖件一般標注對數間距，重力數據繪制圖件等間距標注，并標注計曲線和首曲線。首條非零等值線幅值是2倍的野外采集精度。

[1]徐國良,王秀鳳,韓代成.基于MapGIS數字地面模型DTM的各類地球化學圖件的繪制[J].山東國土資源,2013,29(7):61-64.

[2]劉兆平，楊進，武煒．地球物理數據網格化方法的選取[J]．物探與化探，2010，2(15)：93-97.

[3]楊利容，簡興祥．Delaunay三角剖分插值算法在MT成圖中的應用[J]．西北地震學報，2012，3(30)：14-17.

[4]馬艷飛，霍清華，喬天榮．淺談物探圖件在MapGis下的快速生成[J]．科技資訊，2010，10(13):38.

[5]葛智光，宋俊杰．高精度磁法數據網格化方法的選取[J]．工程地球物理學報，2010，7(25):169-172.

[6]李振海，汪海洪．重力數據網格化方法比較[J]．大地測量與地球動力學，2010，30(1):139-144.

DeterminationofGridParametersofGeophysicalDatasandtheSelectionofGridModel

WANGYumin1，FENGNing2，YAOMin1

(1ShandongGeophysicalandGeochemicalExplorationInstitute,ShandongJinan250013,China；2.ShandongGeo-engineeringExplorationLimitedCorporation,ShandongJinan250014,China)

Accordingtodifferentgeologicalobjectsanddifferentdetectingdepths,differentscalesofgeophyicalmeasuringwillbechosen.Duringthesamescalemeasurement,duetotheabnormaldifferencesindetail,abnormalshapeisnotthesamewhencollectingthesamegeophysicaldataswithdifferentscales.Inordertoreflecttheabnormalrangeandshapeofundergroundgeologicalbodiesasaccuratelyaspossible,thegridmodelwillbeselectedcorrectly.Itwillmakelateranomalyinterpretationmoreaccurately.Inthispaper,howtochoosetherightparametersofgeophysicaldatahasbeenintroduced.

Geophysicaldatas；gridparameters；model

2014-12-08；

2014-12-29；編輯：曹麗麗

王玉敏(1978—)，女，遼寧北鎮人，高級工程師，主要從事重磁電野外資料的采集與室內資料處理工作；E-mail:32392164@qq.com

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