利用Surfer軟件進(jìn)行海底磁性物質(zhì)探測(cè)方法探討

龍強(qiáng)　于燕華　劉孝明

摘要：在當(dāng)前的海洋調(diào)查中，磁勘測(cè)法廣泛的應(yīng)用于查找海底的磁性物質(zhì)。趨勢(shì)面分析法可以把磁力數(shù)據(jù)分解為整體趨勢(shì)和局部異常兩部分，從而把磁異常提取出來(lái)，通過(guò)磁異常分布來(lái)查找磁性物質(zhì)。文章運(yùn)用實(shí)例說(shuō)明怎樣利用Surfer軟件分析磁異常，從而實(shí)現(xiàn)海底磁性物質(zhì)的探測(cè)。

關(guān)鍵詞：趨勢(shì)面分析，磁異常，磁探測(cè)，surfer

引言

海底的地層由不同巖性的底層組成，不同的巖性，以及巖石中蘊(yùn)藏的不同的礦床都具有不同的導(dǎo)磁率和磁化率，因而產(chǎn)生不同的磁場(chǎng)，以致在正常的磁場(chǎng)背景下，出現(xiàn)磁異常現(xiàn)象。海洋磁力測(cè)量主要采用海洋磁力儀探測(cè)海底磁場(chǎng)的分布特征，發(fā)現(xiàn)由構(gòu)造或礦產(chǎn)引起的磁力異常 [1]。近年來(lái)，隨著磁力儀的發(fā)展，磁法勘測(cè)也在海洋工程中得到了新的應(yīng)用，如在光纜的路由調(diào)查、找尋海底磁性物質(zhì)等[2]。任來(lái)平等已經(jīng)探討了海底管線的計(jì)算模型[3]。但由于磁力數(shù)據(jù)的復(fù)雜，目前的研究大多是在理想情況下進(jìn)行的，還沒(méi)有具體的方法來(lái)利用磁異常探測(cè)磁性物質(zhì)。本文中則根據(jù)現(xiàn)在的理論在具體探測(cè)磁性物質(zhì)的方法上進(jìn)行一些嘗試。

1 Surfer介紹

Surfer是在Windows和NT操作系統(tǒng)下最強(qiáng)大、最靈活的和較易使用的繪制等值線及三維立體圖的軟件包。自推出以來(lái)，已經(jīng)在地質(zhì)工作者取得了廣泛的應(yīng)用。

Surfer因?yàn)槠鋸?qiáng)大的插值功能，已經(jīng)使它成為用來(lái)處理XYZ數(shù)據(jù)首選的軟件，能對(duì)離散的XYZ數(shù)據(jù)格網(wǎng)化，生成規(guī)則的格網(wǎng)數(shù)據(jù)。Surfer能迅速的將離散點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)插值轉(zhuǎn)換成連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，進(jìn)一步簡(jiǎn)單、正確地把XYZ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成豐富多彩的等值線圖、粘貼圖、影像圖、地貌暈渲圖、矢量地圖、線框圖和表面圖等。Surfer除具有簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、平滑、濾波、微分、積分、傅立葉和譜分析等數(shù)據(jù)分析功能外，還具有趨勢(shì)面分析、體積、面積計(jì)算、地形分析、剖面計(jì)算等三維空間分析功能。

2趨勢(shì)面分析磁異常的模型

在趨勢(shì)面分析法中，可以將地球磁場(chǎng)分為三部分：一是反應(yīng)整體性變化的，即地球的正常磁場(chǎng)；二是反應(yīng)區(qū)域性變化的，即地磁場(chǎng)的區(qū)域性異常；三是局部異常，由淺層的磁性物質(zhì)產(chǎn)生。在實(shí)際應(yīng)用中短時(shí)間內(nèi)我們可以認(rèn)為一和二兩部分的變化是比較小的，磁異常主要是有于淺層的磁性物質(zhì)產(chǎn)生的。因此要探測(cè)海底磁性物質(zhì)就必須將磁力數(shù)據(jù)分為區(qū)域分量和局部分量?jī)刹糠帧?/p>

常用的趨勢(shì)面式多項(xiàng)式趨勢(shì)面，因?yàn)槎囗?xiàng)式能逼近任何連續(xù)函數(shù)，因此，用多項(xiàng)式作趨勢(shì)面能較好的反映連續(xù)變化的分布趨勢(shì)。地質(zhì)學(xué)中趨勢(shì)分析所采用的趨勢(shì)面函數(shù)常常式整冪級(jí)多項(xiàng)式，常見(jiàn)形式是：

一般來(lái)說(shuō)，多項(xiàng)式的次數(shù)越高，趨勢(shì)面與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏差越小。但實(shí)踐表明，變化較為緩和的資料配合較低次數(shù)的趨勢(shì)面，可以較好地反映區(qū)域背景；而變化復(fù)雜、起伏較多的資料，配合多項(xiàng)式的階次可以適當(dāng)高一些。

3方法應(yīng)用

下面以某處實(shí)測(cè)的海洋數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明是怎樣通過(guò)趨勢(shì)面分析法來(lái)探測(cè)磁異常進(jìn)而分析海底磁性物質(zhì)的位置。

3.1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)資料

從統(tǒng)計(jì)資料可以看出測(cè)區(qū)海底地形的起伏變化并不大，但磁場(chǎng)的跳變較大。從側(cè)面說(shuō)明了由于磁力數(shù)據(jù)的跳變較大，所以從單一測(cè)線進(jìn)行研究很難找出其變化的規(guī)律，從面的角度去研究更容易確定出磁異常的區(qū)域。

3.2海底的三維立體圖

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在Surfer中畫(huà)出了測(cè)區(qū)海底地形的三維立體圖。

3.3實(shí)測(cè)磁力數(shù)據(jù)的三維圖

3.4去除趨勢(shì)面后的磁異常的等值線圖

從圖中可以看出圖中沿對(duì)角線方向有一條明顯的磁異常帶，由于淺層海域的磁性物質(zhì)會(huì)引發(fā)磁異常，所以可以推斷這一區(qū)域海底可能有磁性物質(zhì)存在，由形狀推斷可能是一條海底管線。

4結(jié)語(yǔ)

本文以實(shí)測(cè)資料為例，探討如何在Surfer中利用趨勢(shì)面分析來(lái)確定磁異常，進(jìn)而利用磁異常圖來(lái)尋找海底的磁性物質(zhì)，并給出了具體的方法。在使用Surfer處理磁力數(shù)據(jù)的過(guò)程中應(yīng)注意，Surfer對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值時(shí)，邊緣的誤差會(huì)明顯的較大，所以建議測(cè)區(qū)的面積最好比分析的海域的面積要大。由于磁力數(shù)據(jù)的跳變較大，海底環(huán)境的復(fù)雜，所以為了更加準(zhǔn)確的確定海底磁性物質(zhì)的位置，最好能在數(shù)據(jù)處理前得到測(cè)區(qū)的磁場(chǎng)背景資料，并結(jié)合其他觀測(cè)手段得到的資料進(jìn)行綜合分析，從而快速且準(zhǔn)確的來(lái)進(jìn)行海底磁性物質(zhì)的分析。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙建虎 現(xiàn)代海洋測(cè)繪[M] 下冊(cè) 武漢大學(xué)出版社 2008

[2] 裴彥良等 磁法勘察在海洋工程中的應(yīng)用 海洋科學(xué)進(jìn)展 2005

[3] 任來(lái)平等 海底管線磁場(chǎng)計(jì)算模型 海洋測(cè)繪 2007