(Escuela de Ingeniería de Recursos, Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, Beijing 100083)
Guan Zhining
(Departamento de Exploración Geofísica, Universidad de China Geosciences, Beijing 100083)
Basado en el análisis de métodos anteriores de inversión de la interfaz gravedad-magnética, este artículo propone una función de magnetización que se ajusta a la distribución de magnetización de la corteza terrestre y, además, propone los métodos directo e inverso para invertir la curva de Curie. profundidad y la profundidad de la interfaz magnetoestratigráfica. Este método supera las deficiencias de los métodos anteriores, ahorra tiempo y tiene una alta precisión y exactitud de inversión. En el trabajo de investigación del proyecto nacional "Climbing Plan-B" para buscar depósitos minerales grandes y ultragrandes, se han logrado resultados valiosos en la investigación geológica en el borde norte de la Plataforma del Norte de China y en la prospección de metales preciosos.
Función de magnetización; interfaz estratigráfica de alta precisión
1 Función de magnetización y modelo de interfaz de capa magnética
En cuanto al mecanismo de formación y rango de distribución de las fuentes de campo magnético en el corteza, diferentes investigadores han propuesto diferentes hipótesis. El conocimiento actual proviene de estudios litosféricos y perforaciones científicas continentales. Con base en los parámetros integrales del perfil físico de la corteza profunda y los datos del punto Curie de los minerales magnéticos, creemos que el magnetismo de las rocas cambia con la profundidad y se vuelve paramagnético cuando la temperatura es más alta que el punto Curie de los minerales magnéticos (denominado Curie). profundidad). Al mismo tiempo, la magnetización de las rocas varía lateralmente con la litología y las unidades geotectónicas. Ésta es la característica básica de la distribución de la magnetización de la corteza terrestre. Proponemos una función de magnetización que puede adaptarse bien a las características magnéticas de esta roca de la corteza terrestre, como se muestra en la Figura 1a. La expresión es:
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Donde J (ξ, η, ζ) es una función de la intensidad de magnetización, n=1 o 2, a(ξ, η), b(ξ, η) > 0, c(ξ, η) ≥ 0 son variables que cambian lateralmente con diferentes unidades estructurales geológicas magnéticas.
Utilizamos el modelo magnetoestratigráfico que se muestra en la Figura 1b para explicar las anomalías magnéticas regionales. Este es un modelo de capa magnética con interfaces superior e inferior onduladas. El medio por encima de la interfaz superior del modelo es roca sedimentaria débilmente magnética o no magnética, y la roca debajo de la interfaz inferior (profundidad de Curie) se vuelve paramagnética. Existen diferencias magnéticas verticales y horizontales en la capa magnética que se describen mediante la función de magnetización.
2 Método iterativo para invertir la profundidad de la interfaz magnética
Figura 1 Diagrama esquemático de la función de magnetización y modelo de magnetoestratigrafía
a - Estructura de la corteza terrestre, cambios de magnetización y función de magnetización; b Modelo de Magnetosfera
Para utilizar datos aeromagnéticos para explicar estructuras geológicas profundas y comprender los cambios en la profundidad de Curie y la profundidad superior del Arcaico, combinamos el trabajo del proyecto nacional "Climbing Plan-B" para estudiar el pasado. métodos de inversión. La exactitud y precisión de los resultados de la inversión están limitadas debido a la baja aproximación de los supuestos magnéticos de la corteza mediante métodos tradicionales o al filtrado de anomalías magnéticas o valores de profundidad durante el proceso de inversión. Por lo tanto, basándonos en la función de magnetización y el modelo de magnetosfera anteriores, estudiamos y propusimos un método que combina iteración directa e inversa para invertir la profundidad de la interfaz magnética, que se abrevia como MIDI en inglés. Para ahorrar espacio, aquí se proporciona la fórmula de cálculo directo cuando n = 1, c (ξ, η) = 0.
Espectro del campo de polarización utilizando la componente vertical Z(x, y) del campo magnético plano,
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Donde Z()uv y F{} representan la transformada o espectro de Fourier. J(ξ, eta, ζ) es la magnetización de la capa magnética. H(ζ, η) = H + δH(ζ, η), H(ζ, η) = h + η h (ζ, η), respectivamente, son las profundidades de las interfaces superior e inferior. H, H es la profundidad promedio de las interfaces superior e inferior. δ h (ζ, η) y δ h (ζ, η) son los rangos de fluctuación de las interfaces superior e inferior respectivamente.
R(x—ξ,y—η,ζ)=[(x—ζ)2+(y—η)2+ζ2]-1/2 .f { R } = exp(-2πf)exp[-2πj( uξ+vη)]/f .
Utilizando la expansión de funciones exponenciales en serie de Taylor, se encuentran:
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Sustituimos la expresión de magnetización (1) en la expresión (2), y finalmente derivamos la expresión del espectro del campo magnético de la capa magnética cuyo magnetismo cambia con la función de magnetización y las interfaces superior e inferior fluctúan de la siguiente manera:
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La componente vertical Z(x, y) del campo magnético se puede obtener mediante medición real o δ t (x, y) conversión.
Según la fórmula de modelado directo, si se conoce la profundidad de una interfaz, el cambio de profundidad de la otra interfaz se puede invertir. La parte que excluye los términos de la serie se puede invertir directamente, lo que se denomina fórmula de inversión directa. La inversión iterativa se puede construir combinando la fórmula de inversión directa con términos de serie. Cuando la diferencia entre el valor de profundidad de la interfaz de la n-ésima inversión y el valor de profundidad de la n-1ª inversión, o la diferencia entre los valores espectrales de dos campos magnéticos intermedios adyacentes, cumple con los requisitos de precisión, el cálculo iterativo es finalizado.
3 Precisión del método de cálculo
La situación de magnetización constante es un caso especial de MIDI en este artículo. En este caso, el método MIDI es coherente con el método existente. En condiciones de magnetización variable, los cálculos de inversión en modelos teóricos muestran que la inversión MIDI puede ser precisa y relativamente rentable, independientemente de si se trata de una interfaz de ondulación continua, una interfaz de ondulación de salto (especialmente la ondulación de la interfaz causada por grandes grietas) o la forma y amplitud de las fluctuaciones converge al valor verdadero teórico conocido en el tiempo y el lugar, pero cuanto mayor sea la precisión del resultado de la inversión, mayor será el tiempo de iteración del cálculo. La Figura 2a es un ejemplo en el que se requiere que la precisión de la iteración alcance el 5% y luego finalice. Se repitió 355 veces en una microcomputadora 486 con memoria de 4 M, lo que tomó 22 minutos. De la figura se desprende claramente que el contorno de profundidad de inversión (línea discontinua) es casi consistente con la profundidad teórica del modelo (línea continua).
Una característica del método MIDI es que no es necesario filtrar los valores del campo de área y no es necesario filtrar los valores de profundidad o campo durante el proceso de inversión, lo que puede cambiar las características. de la fuente de campo. Por lo tanto, la velocidad de cálculo de la inversión es rápida y la capacidad de resolución de profundidad es sólida. El método MIDI se compara con el método Parker [4, 10] utilizando la interfaz en forma de onda que se muestra en la Figura 2b. Los valores del campo magnético se calculan utilizando la misma magnetización y luego la fluctuación de profundidad de la interfaz se invierte respecto del campo magnético. Los resultados de la inversión se muestran en las Figuras 2c y 2d respectivamente. El tiempo de cálculo para ambos métodos está limitado a 20 minutos. Obviamente, el método MIDI tiene fuertes capacidades de resolución de profundidad.
4 Discusión sobre la profundidad promedio
La selección de la profundidad promedio siempre ha sido un problema difícil en la gravedad y la inversión de la interfaz magnética. En el algoritmo MIDI, cuando se conoce una interfaz, dado que el cambio no lineal en la intensidad de la magnetización se da de antemano, la profundidad promedio de la otra interfaz que se va a invertir se puede determinar mediante ajustes de cálculo de inversión. En la Figura 3 se muestra un ejemplo de cálculo del modelo. Dado el valor de profundidad promedio de la interfaz superior h = 2,0 km, la fluctuación de profundidad es el modelo que se muestra en la Figura 2b. La profundidad promedio de la interfaz inferior es H=5,0 km y la interfaz inferior es horizontal. Calcule el campo magnético Z(x,y) para este modelo de magnetosfera. Luego, la interfaz inferior permanece sin cambios y la interfaz superior se invierte. Cuando h toma valores diferentes, el valor promedio (Ria) del valor de amplitud de fluctuación de profundidad invertida δ h (x, y) es diferente. Cuando el valor dado es mayor que el valor verdadero 2.0, Ria es negativo; cuando el valor dado es menor que el valor verdadero 2.0, Ria es positivo. Cuanto más cerca esté un valor de H dado del valor real, más pequeña será Ria. Cuando h toma un valor verdadero, Ria tiende a cero (no a cero debido a un error de cálculo). Ria tiene una directividad obvia con respecto al valor real de h. Por lo tanto, podemos usar Ria como indicador para resolver la profundidad promedio.
Figura 2 Prueba de precisión del método del modelo teórico
A: la línea continua es el contorno de profundidad del modelo dado y la línea de puntos es el contorno del resultado de la inversión MIDI. Se proporcionan los resultados de la comparación entre el método MIDI y el método Parker. Ejemplo 2: modelo de profundidad de interfaz b; los resultados de la inversión C-Parker; los resultados de la inversión D-MIDI son los mismos que los del método Parker. Unidad de profundidad: kilómetros
Figura 3 Ajuste y cálculo de la profundidad promedio de la interfaz
Cuando la profundidad promedio se acerca al valor real, la fluctuación de profundidad promedio (Ria) tiende a 0.
5 Inversión de la profundidad de Curie en el área de Hohhot-Zhangjiakou
La profundidad del límite inferior de la magnetosfera de la corteza terrestre, es decir, la profundidad de Curie, está determinada por el campo de temperatura de la corteza terrestre y es un indicador importante del estado térmico subterráneo. Esto es de gran importancia para el estudio de estructuras geológicas profundas, sismología y predicción de minerales. Seleccionamos el área de Hohhot-Zhangjiakou dentro de un área de 53.200 km2, que tiene importantes estructuras profundas y un valor mineral superior, para realizar una investigación de inversión sobre la distribución de profundidad de Curie. La Figura 4a muestra la distribución de estratos Arcaicos, rocas ígneas y basaltos intrusivos en el área. Las rocas arcaicas y basálticas son muy magnéticas. La Figura 4b es el mapa de anomalías aeromagnéticas de esta zona.
Figura 4 Mapa de distribución estratigráfica arcaica (a) y mapa de anomalías aeromagnéticas (b) en el área de Hohhot-Zhangjiakou.
Unidad atípica: nuevo dólar taiwanés
(1) Según los resultados estadísticos magnéticos de rocas y estratos en esta área y los resultados de profundidad estratigráfica conocidos relacionados, los datos de cambio de magnetización en diferentes Las profundidades se pueden obtener de forma aproximada. La función de magnetización seleccionada por el algoritmo genético [5] es:
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(2) Para extraer. la información del campo magnético de la profundidad de Curie, utilizando filtrado de regularización (factor L = 40 km) para eliminar la influencia de cambios magnéticos superficiales. Se considera que los resultados del filtrado son anomalías integrales de las fluctuaciones de la interfaz de profundidad de Curie y las fluctuaciones del límite superior de la base magnética.
(3) Con base en los datos de profundidad estratigráfica conocidos y la interpretación del perfil sísmico artificial [7, 11, 13], la parte superior del basamento magnético de toda la región se interpola a partir de la posición conocida de la interfaz superior estratigráfica Arcaica. (Ar) La profundidad aproximada del relieve de la interfaz. Su profundidad promedio es de 3,2 kilómetros al oeste de 114 y 3,5 kilómetros al este de 114. Esta distribución de profundidad sirve como interfaz superior de la capa magnética.
(4) La profundidad de Curie se calcula y se ajusta a 33,0 km. Según los resultados intermedios de la iteración de inversión, la diferencia entre los valores de profundidad antes y después de la iteración es del 5% como condición de finalización de la iteración. Los resultados de la inversión obtenidos se muestran en la Figura 5. Se puede observar que los principales abultamientos en la profundidad de Curie son consistentes con las principales estructuras de fallas grandes y profundas en el área.
Figura 5 Cambios en la profundidad residencial en el área de Hohhot-Zhangjiakou.
Unidad de contorno de profundidad: kilómetros
6 inversión de la cima arcaica en el área de Caijiaying
Hay mucho oro, plomo, zinc, etc. en el borde norte del Los minerales metálicos de la plataforma del norte de China están generalmente estrechamente relacionados con los altibajos, las estructuras de fallas y las actividades magmáticas de los estratos arcaicos (a veces con estratos proterozoicos) (especialmente rocas intrusivas de Yanshan). Los estratos arcaicos son extremadamente gruesos y altamente magnéticos en comparación con los estratos suprayacentes. Por lo tanto, es un buen prerrequisito físico utilizar anomalías aeromagnéticas para estudiar la interfaz superior entre las estructuras ocultas y los estratos arcaicos. Seleccionamos para la investigación el área de Caijiaying de la ciudad de Zhangjiakou, que actualmente se está profundizando y ampliando, con una superficie de 26.112 km2. Filtre anomalías aeromagnéticas de 1/200.000 para eliminar la interferencia de superficies poco profundas [12] y utilice los resultados de profundidad de Curie anteriores para participar en el cálculo. Los resultados de las fluctuaciones de profundidad en la cima del Arcaico en el área de Caijiaying se muestran en la Figura 6. Los cambios de profundidad son casi los mismos que los resultados de la inversión del algoritmo genético de anomalía de gravedad de Bouguer en algunos perfiles [5]. Combinando la estructura geológica, la distribución de la roca magmática y las anomalías de gravedad en esta área, explicamos los resultados de la inversión de la siguiente manera.
(1) Existen antiguos levantamientos estratigráficos en el sur de Caijiaying y Tuchengzi. La mina Caijiaying está ubicada en la depresión elevada alrededor de los estratos antiguos, y la mina Caijiaying actual está ubicada en la sección suave secundaria de la depresión. Esta depresión corresponde a una anomalía de gravedad relativamente baja. Debido a la baja densidad de rocas magmáticas de Yanshan en esta área, debería haber masas rocosas ocultas de Yanshan en esta depresión. La deformación de la roca se puede observar en la superficie. De manera similar, hay secciones suaves similares en la parte sur del levantamiento al sur de Tuchengzi y al oeste de Zhangbei. Estas dos áreas deberían ser áreas prometedoras para encontrar depósitos polimetálicos como oro, plomo y zinc.
(2) La capa de basalto cenozoico entre Shangyi-Zhangbei-Tuchengzi y su noroeste debería ser más delgada. Esto se puede explicar claramente a partir de las imágenes aeromagnéticas y los resultados del filtrado. El levantamiento arcaico en el suroeste de Tuchengzi debería estar debajo de esta capa de basalto.
(3) Debería haber una falla profunda entre Shangyi y Kangbao (Figura 6). Esto se ve claramente en los mapas de anomalías aeromagnéticas y en las inversiones del relieve cenital arcaico. Las características del campo magnético en ambos lados de la falla son completamente diferentes a las de las profundidades Arcaicas.
Con el apoyo y orientación del académico Liu Guangding de la Academia de Ciencias de China, el profesor ha brindado gran ayuda al trabajo de interpretación geofísica en el área de Caijiaying, el profesor Tan Chengze y otros profesores del Laboratorio de Paleomagnetismo de. El profesor de Geofísica de la Academia de Ciencias de la Universidad de Geociencias de China, Yao Changli, y el investigador asociado Hao del instituto brindaron gran ayuda al trabajo de investigación. Me gustaría expresar mi más sincero agradecimiento.
Figura 6 Mapa topográfico arcaico del área de Caijiaying
La línea de puntos es la falla profunda supuesta y la unidad de datos de profundidad es km.
Referencia
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