CN114488344B - 用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法及系统，涉及热液型铀矿找矿技术领域，该方法包括首先基于热液型铀矿区各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息绘制交会图；其次基于生成的各个地层顶界面平面网格以及各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，生成约束信息模型和权重信息模型；接着基于获取的重力剩余异常数据、磁力剩余异常数据、约束信息模型和权重信息模型进行三维反演计算，生成重磁三维反演结果；最后将该重磁三维反演结果与交会图对比分析，推断热液型铀成矿环境三维结构。本发明能够准确获得地下密度和磁化率三维空间结构，可靠反映探测区域的铀成矿环境特点，达到热液型铀矿找矿的目的。

Description

用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法及系统

技术领域

本发明涉及热液型铀矿找矿技术领域，特别是涉及一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法及系统。

背景技术

热液型铀矿找矿的关键在于查明地下铀成矿环境特征，包括火山地层和基底地层起伏情况、断裂构造展布情况和岩体空间分布情况等。热液型铀矿勘查区的各地质单元通常具有明显的物性差异，可利用重磁三维反演来获取地下密度和磁化率三维空间结构，并据此推断铀成矿环境特征，从而达到热液型铀矿找矿的目的。然而，常规的重磁三维反演由于多解性过强，其成像结果往往不能符合实际地质情况，导致该方法难以推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法及系统，能够获得准确的地下密度和磁化率三维空间结构，可靠的反映探测区域的铀成矿环境特点，从而达到热液型铀矿找矿的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法，包括：

基于热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图；

确定所述热液型铀矿勘查区的重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；所述重力剩余异常数据包括重力剩余异常平面网格数据以及所述重力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；所述磁力剩余异常数据包括磁力剩余异常平面网格数据以及所述磁力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；

基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面平面网格；其中，不同的所述地层顶界面平面网格对应不同的埋深；

基于各个所述地层顶界面平面网格以及各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，采用逐层累积合并法，生成约束信息模型和权重信息模型；所述约束信息模型包括相对密度约束信息模型和磁化率约束模型；

基于所述重力剩余异常数据、所述磁力剩余异常数据、所述约束信息模型和所述权重信息模型，采用固定点迭代法进行三维反演计算，生成所述热液型铀矿勘查区的重磁三维反演结果；

将所述密度-磁化率交会图与所述重磁三维反演结果进行对比分析，推断热液型铀成矿环境三维结构。

可选的，所述基于热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图，具体包括：

对热液岩型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石采样标本的密度物性参数和磁化率物性参数进行测量，得到各所述地质单元的测量结果；

基于各所述地质单元的测量结果和已有的所述热液型铀矿勘查区的物性资料，确定各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息；

基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图。

可选的，所述确定所述热液型铀矿勘查区的重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据，具体包括：

获取所述热液型铀矿勘查区的大比例尺的重力扫面数据和磁力扫面数据；所述重力扫面数据包括重力数据以及所述重力数据对应的高程数据；所述磁力扫面数据包括磁力数据和所述磁力数据对应的高程数据；

对所述重力扫面数据和所述磁力扫面数据分别进行处理，得到布格重力异常数据和磁场总量异常数据；

采用离散平面数据网格化算法分别对所述布格重力异常数据和所述磁场总量异常数据进行处理，得到布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据；

对所述磁场总量异常平面网格数据进行化极处理；

采用趋势面分析法分别对所述布格重力异常平面网格数据和化极处理后的磁场总量异常平面网格数据进行处理，得到重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据。

可选的，所述基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面平面网格，具体包括：

收集所述热液型铀矿勘查区的地质图和已有的各所述地质单元的勘查资料；

制作用于重磁反演的规则长方体三维网格；

基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成所述热液型铀矿勘查区对应的各个地层顶界面平面网格。

可选的，所述基于各个所述地层顶界面平面网格以及各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，采用逐层累积合并法，生成约束信息模型和权重信息模型，具体包括：

采用添加地形方式，对各个地层顶界面平面网格进行处理，得到多个三维网格；

将所有所述三维网格合并，以得到总体三维网格；

对所述总体三维网格中的各个地质单元进行权重赋值，形成权重信息模型；

基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，对所述总体三维网格中的各个地质单元进行密度赋值和磁化率赋值，形成密度约束信息模型和磁化率约束信息模型；

将所述密度约束信息模型整体减去背景密度值，得到相对密度约束信息模型。

一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演系统，包括：

密度-磁化率交会图绘制模块，用于基于热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图；

重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定模块，用于确定所述热液型铀矿勘查区的重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；所述重力剩余异常数据包括重力剩余异常平面网格数据以及所述重力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；所述磁力剩余异常数据包括磁力剩余异常平面网格数据以及所述磁力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；

地层顶界面平面网格生成模块，用于基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面平面网格；其中，不同的所述地层顶界面平面网格对应不同的埋深；

约束信息模型和权重信息模型生成模块，用于基于各个所述地层顶界面平面网格以及各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，采用逐层累积合并法，生成约束信息模型和权重信息模型；所述约束信息模型包括相对密度约束信息模型和磁化率约束模型；

重磁三维反演结果生成模块，用于基于所述重力剩余异常数据、所述磁力剩余异常数据、所述约束信息模型和权重信息模型，采用固定点迭代法进行三维反演计算，生成所述热液型铀矿勘查区的重磁三维反演结果；

推断模块，用于将所述密度-磁化率交会图与所述重磁三维反演结果进行对比分析，推断热液型铀成矿环境三维结构。

可选的，所述密度-磁化率交会图绘制模块，具体包括：

测量结果确定单元，用于对热液岩型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石采样标本的密度物性参数和磁化率物性参数进行测量，得到各所述地质单元的测量结果；

岩石密度统计信息和磁化率统计信息确定单元，用于基于各所述地质单元的测量结果和已有的所述热液型铀矿勘查区的物性资料，确定各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息；

密度-磁化率交会图确定单元，用于基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图。

可选的，所述重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定模块，具体包括：

重力扫面数据和磁力扫面数据获取单元，用于获取所述热液型铀矿勘查区的大比例尺的重力扫面数据和磁力扫面数据；所述重力扫面数据包括重力数据以及所述重力数据对应的高程数据；所述磁力扫面数据包括磁力数据和所述磁力数据对应的高程数据；

布格重力异常数据和磁场总量异常数据确定单元，用于对所述重力扫面数据和所述磁力扫面数据分别进行处理，得到布格重力异常数据和磁场总量异常数据；

布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据确定单元，用于采用离散平面数据网格化算法分别对所述布格重力异常数据和所述磁场总量异常数据进行处理，得到布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据；

化极处理单元，用于对所述磁场总量异常平面网格数据进行化极处理；

重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定单元，用于采用趋势面分析法分别对所述布格重力异常平面网格数据和化极处理后的磁场总量异常平面网格数据进行处理，得到重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据。

可选的，所述地层顶界面平面网格生成模块，具体包括：

信息收集单元，用于收集所述热液型铀矿勘查区的地质图和已有的各所述地质单元的勘查资料

规则长方体三维网格制作单元，用于制作用于重磁反演的规则长方体三维网格；

地层顶界面平面网格生成单元，用于基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成所述热液型铀矿勘查区对应的各个地层顶界面平面网格。

可选的，所述约束信息模型和权重信息模型生成模块，具体包括：

三维网格确定单元，用于采用添加地形方式，对各个地层顶界面平面网格进行处理，得到多个三维网格；

总体三维网格确定单元，用于将所有所述三维网格合并，以得到总体三维网格；

权重信息模型获取单元，用于对所述总体三维网格中的各个地质单元进行权重赋值，形成权重信息模型；

密度约束信息模型和磁化率约束模型确定单元，用于基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，对所述总体三维网格中的各个地质单元进行密度赋值和磁化率赋值，形成密度约束信息模型和磁化率约束信息模型；

相对密度约束信息模型确定单元，用于将所述密度约束信息模型整体减去背景密度值，得到相对密度约束信息模型。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法及系统。本发明采用考虑约束效应的重磁三维反演方法对热液型铀成矿环境进行探测，具体为首先采用大比例尺重磁数据来形成平面网格数据，同时使用逐层累积合并法生成约束信息模型和权重信息模型，接着使用固定点迭代法来求解重磁三维反演问题，最终得到符合地质实际的重磁三维反演结果，从而得以推断热液型铀成矿环境三维结构，实现为热液型铀矿找矿提供依据的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法的流程示意图；

图2为本发明用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明研制一种能引入地质先验信息的重磁三维反演方法，考虑约束效应后反演多解性将大大降低，从而提高反演精度，获得符合地质实际情况的密度和磁化率三维反演结果，准确的反映地下热液型铀成矿环境三维结构，进而为热液型铀矿找矿提供更好的资料支撑。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法，包括以下步骤：

步骤101：基于热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图；具体包括：

步骤1.1：对热液岩型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石采样标本(包含地表采样标本和岩心采样标本)的密度物性参数和磁化率物性参数进行测量，得到各所述地质单元的测量结果。

步骤1.2：基于各所述地质单元的测量结果和已有的所述热液型铀矿勘查区的物性资料，确定各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息。

步骤1.3：基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图。

步骤102：确定所述热液型铀矿勘查区的重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；所述重力剩余异常数据包括重力剩余异常平面网格数据以及所述重力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；所述磁力剩余异常数据包括磁力剩余异常平面网格数据以及所述磁力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；具体包括：

步骤2.1：获取热液型铀矿勘查区内采集的大比例尺的重力扫面数据和磁力扫面数据；所述重力扫面数据包括重力数据以及所述重力数据对应的高程数据；所述磁力扫面数据包括磁力数据和所述磁力数据对应的高程数据。

步骤2.2：按照《重力调查技术规范(1:50000)》(DZ/T 0004-2015)和《地面高精度磁测技术规程》(DZ/T 0071-93)的规定方法，对所述重力扫面数据和所述磁力扫面数据分别进行处理，得到布格重力异常数据和磁场总量异常数据。

步骤2.3：采用离散平面数据网格化算法分别对所述布格重力异常数据和所述磁场总量异常数据进行处理，得到布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据。

步骤2.4：用Oasis Montaj、GeoIPAS等软件对对所述磁场总量异常平面网格数据进行化极处理，其中，地磁场的磁倾角、磁偏角是通过国际地磁参考模型IGRF查询获取。

步骤2.5：采用趋势面分析法分别对所述布格重力异常平面网格数据和化极处理后的磁场总量异常平面网格数据进行处理，得到重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；其中，重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据作为反演输入数据。

步骤103：基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面平面网格；其中，不同的所述地层顶界面平面网格对应不同的埋深；具体包括：

步骤3.1：收集热液型铀矿勘查区的地质图和已有的各地质单元的勘查资料，如火山盖层厚度图、基底埋深厚度图。

步骤3.2：制作用于重磁反演的规则长方体三维网格。其平面规模要覆盖整个热液型铀矿勘查区，垂向深度可取约水平长边的1/2左右。此外，该规则长方体三维网格还需向外、向下进行适当的拓宽处理，拓展宽度可取原网格规模的1/10到1/5。

步骤3.3：基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及所述规则长方体三维网格的尺寸信息，生成所述热液型铀矿勘查区对应的各个地层顶界面平面网格；此平面网格的规模和大小与规则长方体三维网格保持一致。

步骤104：基于各个所述地层顶界面平面网格以及各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，采用逐层累积合并法，生成约束信息模型和权重信息模型；所述约束信息模型包括相对密度约束信息模型和磁化率约束模型，具体包括：

步骤4.1：将各个地层顶界面平面网格按照埋深关系编号排序，编号由深向浅依次递增，形成一号地层顶界面平面网格、二号地层顶界面平面网格...。如果上覆网格在区域内尖灭，则用下部网格相应位置的幅值代替。

步骤4.2：使用MeshTools3D程序加载步骤3.2所生的规则长方体三维网格，然后采用添加地形的方式对一号地层顶界面平面网格进行处理，以生成第一三维网格。

步骤4.3：使用MeshTools3D程序加载步骤3.2所生的规则长方体三维网格，然后采用添加地形的方式对二号地层顶界面平面网格进行处理，以生成第二初步三维网格，接着将该第二初步三维网格中与第一三维网格重复的部分去除，得到最终的第二三维网格。

步骤4.4：对上覆平面网格重复步骤4.3的过程，最终得到所有地层的三维网格，然后将所有三维网格合并，得到总体三维网格。

步骤4.5：使用MeshTools3D程序的垂向剖面切片工具对总体三维网格进行逻辑检查，如有层位重叠或错位，使用局部单元赋值的方法进行修正。

步骤4.6：对总体三维网格中的各个地质单元进行权重赋值，形成权重信息模型，地表已知区域单元幅值为100，地下单元幅值根据随深度衰减，直至幅值为1。

步骤4.7：根据各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，对总体三维网格中的各个地质单元进行密度(剩余密度)赋值和磁化率赋值，赋值完毕后使用光滑工具将尖锐边界转化为光滑过渡，形成密度约束信息模型和磁化率约束信息模型；然后将密度约束信息模型整体减去背景密度值2.67×10^-3kg/m³，即从密度约束信息模型剔除背景密度值，得到相对密度约束信息模型。

步骤105：基于所述重力剩余异常数据、所述磁力剩余异常数据、所述约束信息模型和所述权重信息模型，采用固定点迭代法进行三维反演计算，生成所述热液型铀矿勘查区的重磁三维反演结果；包括如下步骤：

步骤5.1：将重力剩余异常数据按平面位置顺序排列形成向量d₀，相应协方差矩阵C_d为单位对角矩阵与布格重力总精度的乘积。相对密度约束信息模型中的各个网格单元按由上到下，由西向东，由南向北的先后顺序排列为向量m₀，并赋予初始模型m_i＝m₀。令k＝1，且m_k＝m_i。模型对应的权重采取和m₀同样的方式排列为向量并将其拓展为对角矩阵C_m。

步骤5.2：根据重力正演公式d＝Gm，计算m_k的重力正演响应d，其中G为重力正演矩阵。

步骤5.3：比较d₀和d在协方差C_d作用下的残差(d₀-d)^TC_d ^-1(d₀-d)，若小于给定阈值(可设置为d₀向量中元素个数)，则m_i即为最终结果；若不满足，则按下式进行迭代：

m_k+1＝m_k+M^-1v (1)；

式中，m_k为第k次迭代结果，m_k+1为第k+1次迭代结果，M和v分别为迭代矩阵和向量，具体计算公式如下：

M＝G^TC_d ^-1G+W_z ^TD^TC_l ^-1DW_z+W_z ^TC_m ^-1W_z (2)；

v＝G^TC_d ^-1(Gm_k-d₀)+W_z ^TD^TC_l ^-1DW_zm_k+W_z ^TC_m ^-1W_z(m_k-m₀) (3)；

式中，W_z为深度加权矩阵，C_m为模型协方差矩阵，C_l为光滑协方差矩阵，可设置为单位对角阵与正则化系数乘积，D为光滑差分矩阵。求解计算公式(1)，得到第k+1次计算结果m_k+1。

步骤5.4：根据重力正演公式d＝Gm，计算m_k+1的重力正演响应d_k+1。之后重复步骤5.3内容。

步骤5.5：在得到重力反演结果后，将磁力剩余异常数据和磁化率约束信息模型做与步骤5.1同样的数据处理，相应参数的计算由重力模式改为磁力模式，重复步骤5.1到步骤5.4的内容，最终得到磁力反演结果。

步骤7：将所述密度-磁化率交会图与所述重磁三维反演结果进行对比分析，推断热液型铀成矿环境三维结构。

根据所述密度-磁化率交会图对所述重磁三维反演结果进行分析，确定三维网格上密度和磁化率变化所表征的各个地质单元空间分布情况，综合根据密度和磁化率的变化对各个地质单元进行划分，形成最终的热液型铀成矿环境三维结构推断结果。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演系统，包括：

密度-磁化率交会图绘制模块201，用于基于热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图。

重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定模块202，用于确定所述热液型铀矿勘查区的重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；所述重力剩余异常数据包括重力剩余异常平面网格数据以及所述重力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；所述磁力剩余异常数据包括磁力剩余异常平面网格数据以及所述磁力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据。

地层顶界面平面网格生成模块203，用于基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面平面网格；其中，不同的所述地层顶界面平面网格对应不同的埋深。

约束信息模型和权重信息模型生成模块204，用于基于各个所述地层顶界面平面网格以及各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，采用逐层累积合并法，生成约束信息模型和权重信息模型；所述约束信息模型包括相对密度约束信息模型和磁化率约束模型。

重磁三维反演结果生成模块205，用于基于所述重力剩余异常数据、所述磁力剩余异常数据、所述约束信息模型和所述权重信息模型，采用固定点迭代法进行三维反演计算，生成所述热液型铀矿勘查区的重磁三维反演结果。

推断模块206，用于将所述密度-磁化率交会图与所述重磁三维反演结果进行对比分析，推断热液型铀成矿环境三维结构。

所述密度-磁化率交会图绘制模块201，具体包括：

测量结果确定单元，用于对热液岩型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石采样标本的密度物性参数和磁化率物性参数进行测量，得到各所述地质单元的测量结果。

岩石密度统计信息和磁化率统计信息确定单元，用于基于各所述地质单元的测量结果和已有的所述热液型铀矿勘查区的物性资料，确定各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息。

密度-磁化率交会图确定单元，用于基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图。

所述重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定模块202，具体包括：

重力扫面数据和磁力扫面数据获取单元，用于获取所述热液型铀矿勘查区的大比例尺的重力扫面数据和磁力扫面数据；所述重力扫面数据包括重力数据以及所述重力数据对应的高程数据；所述磁力扫面数据包括磁力数据和所述磁力数据对应的高程数据。

布格重力异常数据和磁场总量异常数据确定单元，用于对所述重力扫面数据和所述磁力扫面数据分别进行处理，得到布格重力异常数据和磁场总量异常数据。

布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据确定单元，用于采用离散平面数据网格化算法分别对所述布格重力异常数据和所述磁场总量异常数据进行处理，得到布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据。

化极处理单元，用于对所述磁场总量异常平面网格数据进行化极处理。

重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定单元，用于采用趋势面分析法分别对所述布格重力异常平面网格数据和化极处理后的磁场总量异常平面网格数据进行处理，得到重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据。

所述地层顶界面平面网格生成模块203，具体包括：

信息收集单元，用于收集所述热液型铀矿勘查区的地质图和已有的各所述地质单元的勘查资料。

规则长方体三维网格制作单元，用于制作用于重磁反演的规则长方体三维网格。

地层顶界面平面网格生成单元，用于基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成所述热液型铀矿勘查区对应的各个地层顶界面平面网格。

所述约束信息模型生成模块204，具体包括：

三维网格确定单元，用于采用添加地形方式，对各个地层顶界面平面网格进行处理，得到多个三维网格。

总体三维网格确定单元，用于将所有所述三维网格合并，以得到总体三维网格。

权重信息模型获取单元，用于对所述总体三维网格中的各个地质单元进行权重赋值，形成权重信息模型。

密度约束信息模型和磁化率约束模型确定单元，用于基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，对所述总体三维网格中的各个地质单元进行密度赋值和磁化率赋值，形成密度约束信息模型和磁化率约束信息模型。

相对密度约束信息模型确定单元，用于将所述密度约束信息模型整体减去背景密度值，得到相对密度约束信息模型。

重磁三维反演结果生成模块205的实施过程为：

步骤1.1：将重力剩余异常数据按平面位置顺序排列形成向量d₀，相应协方差矩阵C_d为单位对角矩阵与布格重力总精度的乘积。相对密度约束信息模型中的各个网格单元按由上到下，由西向东，由南向北的先后顺序排列为向量m₀，并赋予初始模型m_i＝m₀。令k＝1，且m_k＝m_i。模型对应的权重采取和m₀同样的方式排列为向量并将其拓展为对角矩阵C_m。

步骤1.2：根据重力正演公式d＝Gm，计算m_k的重力正演响应d，其中G为重力正演矩阵。

步骤1.3：比较d₀和d在协方差C_d作用下的残差(d₀-d)^TC_d ^-1(d₀-d)，若小于给定阈值(可设置为d₀向量中元素个数)，则m_i即为最终结果；若不满足，则按下式进行迭代：

m_k+1＝m_k+M^-1v (1)；

式中，m_k为第k次迭代结果，m_k+1为第k+1次迭代结果，M和v分别为迭代矩阵和向量，具体计算公式如下：

M＝G^TC_d ^-1G+W_z ^TD^TC_l ^-1DW_z+W_z ^TC_m ^-1W_z (2)；

v＝G^TC_d ^-1(Gm_k-d₀)+W_z ^TD^TC_l ^-1DW_zm_k+W_z ^TC_m ^-1W_z(m_k-m₀) (3)；

式中，W_z为深度加权矩阵，C_m为模型协方差矩阵，C_l为光滑协方差矩阵，可设置为单位对角阵与正则化系数乘积，D为光滑差分矩阵。求解计算公式(1)，得到第k+1次计算结果m_k+1。

步骤1.4：根据重力正演公式d＝Gm，计算m_k+1的重力正演响应d_k+1。之后重复步骤1.3内容。

步骤1.5：在得到重力反演结果后，将磁力剩余异常数据和磁化率约束信息模型做与步骤5.1同样的数据处理，相应参数的计算由重力模式改为磁力模式，重复步骤1.1到步骤1.4的内容，最终得到磁力反演结果。

实施例三

以中国南方某铀矿勘查区为例，本发明实施例提供的一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法，依次包括以下步骤：

步骤1：获取勘查区内各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，并基于岩石密度统计信息和磁化率统计信息绘制密度-磁化率交会图。

采集热液岩型铀矿勘查区各个地质单元的岩石采样标本(包含地表采样标本和岩心采样标本)，对岩石采样标本的密度、磁化率等物性参数进行测量，结合已有物性资料，统计勘查区岩石物性的密度数据、磁化率数据，并基于密度数据和磁化率数据绘制交会图，得到各个地质单元的典型密度和磁化率参考值。岩石密度和磁化率数据单位均采用国际单位制。

步骤2：获取热液型铀矿勘查区内的重力数据和磁力数据。所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：在热液型铀矿勘查区采集大比例尺的重力扫面数据和磁力扫面数据。为保证反演质量，勘查比例尺应不小于1:5万，重力测量总精度优于0.2×10^-5m/s²，磁力测量总精度优于2nT。

步骤2.2：首先按照《重力调查技术规范(1:50000)》(DZ/T 0004-2015)和《地面高精度磁测技术规程》(DZ/T 0071-93)的规定方法，基于重力扫面数据和磁力扫面数据，计算布格重力异常和磁场总量异常。其次使用克里格法将离散的布格重力异常、磁场总量异常及相应的高程数据转换为平面网格。然后对磁场总量异常的网格化数据用Oasis Montaj软件进行化极处理，其中，应用到的地磁场的磁倾角、磁偏角参数通过国际地磁参考模型IGRF查询获取。最后使用GeoIPAS软件的趋势面分析法求取重力剩余异常和磁力剩余异常的平面网格，并将其作为反演输入数据。

步骤3：制作用于重磁反演的规则长方体三维网格。

制作用于三维反演的规则长方体网格；其平面规模要覆盖整个热液型铀矿勘查区，垂向深度可取约水平长边的1/2左右。网格单元的水平长度与垂向长度均与平面网格化间距相当。随后将网格向外、向下进行拓宽处理，水平方向拓宽延伸约1/10左右，垂直方向向下拓宽约1/5左右，网格间距可适当放大。

步骤4：生成各个地层顶界面埋深的平面网格。具体为：

基于收集的热液型铀矿勘查区地质图和已有地质单元的勘查资料，如火山盖层厚度图、基底埋深厚度图等，以及步骤3所述的规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面埋深的平面网格。平面网格的规模和大小与步骤3所生成的三维网格水平方向规模和间距相同。

步骤5：使用逐层累积合并法生成约束信息模型和权重信息模型。逐层累积合并法的过程如下：

步骤5.1：将步骤4生成的地层顶界面平面网格按照埋深关系排序，埋深最深的编号为1，其上覆网格为2，以此类推，形成1号地层顶界面平面网格、2号地层顶界面平面网格....。如果上覆网格在区域内尖灭，则用下部网格相应位置的幅值代替。

步骤5.2：使用MeshTools3D程序加载步骤3生成的规则长方体三维网格，将1号地层顶界面平面网格采用添加地形的方式生成三维网格，命名为1号三维网格。

步骤5.3：使用MeshTools3D程序重新加载步骤3生成的规则长方体三维网格，将2号地层顶界面平面网格采用添加地形的方式生成三维网格，并将该三维网格与1号三维网格重复的部分去除，命名为2号三维网格。

步骤5.4：对3号、4号及以上的平面网格逐个重复步骤5.3的过程，最终得到所有地层的三维网格。将所有三维网格合并，得到总体三维网格。

步骤5.5：使用MeshTools3D程序的垂向剖面切片工具对总体三维网格进行逻辑检查，如有层位重叠或错位，使用局部单元赋值的方法进行修正。

步骤5.6：对总体三维网格各个地质单元进行权重赋值，形成权重信息模型，地表已知区域单元幅值为100，地下单元幅值根据随深度衰减，直至幅值为1，具体公式为：取垂直向上为正，当h>2-c时，g＝100；当0<h-c<2时，g＝10^h-c；h<c时g＝1；。式中g为权重值，h为权重对应深度，c为权重衰减至1时深度。

步骤5.7：根据步骤1所得各个地质单元的密度和磁化率统计结果，对总体三维网格各个地质单元进行密度(剩余密度)和磁化率的赋值，赋值完毕后使用光滑工具将尖锐边界转化为光滑过渡，形成密度和磁化率约束信息模型。将密度约束信息模型整体减去背景密度值2.67×10^-3kg/m³，得到相对密度约束信息模型。

步骤6：将步骤2生成的重力数据和磁力数据、步骤5生成的相对密度约束信息模型和磁化率约束信息模型作为输入数据，按照固定点迭代法进行三维反演计算。

所述步骤6包括如下步骤：

步骤6.1：将重力数据按平面位置顺序排列形成向量d₀，相应协方差矩阵C_d列为单位对角矩阵与布格重力总精度的乘积。相对密度约束信息模型各个网格单元按由上到下，由西向东，由南向北的先后顺序排列为向量m₀，并赋予初始模型m_i＝m₀。令k＝1，且m_k＝m_i。模型对应的权重采取和m₀同样的方式排列为向量并将其拓展为对角矩阵C_m。

步骤6.2：根据重力正演公式d＝Gm，计算m_k的重力正演响应d，其中G为重力正演矩阵。

步骤6.3：比较d₀和d在协方差C_d作用下的残差(d₀-d)^TC_d ^-1(d₀-d)若小于给定阈值(可设置为d₀向量中元素个数)，则m_i即为最终结果；若不满足，则按下式进行迭代：

m_k+1＝m_k+M^-1v (1)

式中，m_k为第k次迭代结果，m_k+1为第k+1次迭代结果，M和v分别为迭代矩阵和向量，具体计算公式如下：

M＝G^TC_d ^-1G+W_z ^TD^TC_l ^-1DW_z+W_z ^TC_m ^-1W_z (2)

v＝G^TC_d ^-1(Gm_k-d₀)+W_z ^TD^TC_l ^-1DW_zm_k+W_z ^TC_m ^-1W_z(m_k-m₀) (3)

式中，W_z为深度加权矩阵，C_m为模型协方差矩阵，C_l为光滑协方差矩阵，可设置为单位对角阵与正则化系数乘积，D为光滑差分矩阵。使用求解线性方程组的预处理共轭梯度法计算公式(1)，得到第k+1次计算结果m_k+1。

步骤6.4：根据重力正演公式d＝Gm，计算m_k+1的重力正演响应d_k+1。之后重复步骤6.3内容。

步骤6.5：在得到重力反演结果后，将磁力数据和磁化率约束信息模型做与步骤6.1同样的数据处理，相应参数的计算由重力模式改为磁力模式，重复步骤6.1到步骤6.4的内容，最终得到磁力反演结果。

步骤7：推断热液型铀成矿环境三维结构。

根据步骤1所得密度-磁化率交会图对重磁三维反演结果进行分析，确定三维网格上密度和磁化率变化所表征的各个地质单元空间分布情况，综合根据密度和磁化率的变化对各个地质单元进行划分，形成最终的热液型铀成矿环境三维结构推断结果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法，其特征在于，包括：

基于热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图；

确定所述热液型铀矿勘查区的重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；所述重力剩余异常数据包括重力剩余异常平面网格数据以及所述重力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；所述磁力剩余异常数据包括磁力剩余异常平面网格数据以及所述磁力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；

基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面平面网格；其中，不同的所述地层顶界面平面网格对应不同的埋深；

基于各个所述地层顶界面平面网格以及各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，采用逐层累积合并法，生成约束信息模型和权重信息模型；所述约束信息模型包括相对密度约束信息模型和磁化率约束模型；

基于所述重力剩余异常数据、所述磁力剩余异常数据、所述约束信息模型和所述权重信息模型，采用固定点迭代法进行三维反演计算，生成所述热液型铀矿勘查区的重磁三维反演结果；

将所述密度-磁化率交会图与所述重磁三维反演结果进行对比分析，推断热液型铀成矿环境三维结构；

所述确定所述热液型铀矿勘查区的重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据，具体包括：

获取所述热液型铀矿勘查区的大比例尺的重力扫面数据和磁力扫面数据；所述重力扫面数据包括重力数据以及所述重力数据对应的高程数据；所述磁力扫面数据包括磁力数据和所述磁力数据对应的高程数据；

对所述重力扫面数据和所述磁力扫面数据分别进行处理，得到布格重力异常数据和磁场总量异常数据；

采用离散平面数据网格化算法分别对所述布格重力异常数据和所述磁场总量异常数据进行处理，得到布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据；

对所述磁场总量异常平面网格数据进行化极处理；

采用趋势面分析法分别对所述布格重力异常平面网格数据和化极处理后的磁场总量异常平面网格数据进行处理，得到重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；

所述基于各个所述地层顶界面平面网格以及各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，采用逐层累积合并法，生成约束信息模型和权重信息模型，具体包括：

采用添加地形方式，对各个地层顶界面平面网格进行处理，得到多个三维网格；

将所有所述三维网格合并，以得到总体三维网格；

对所述总体三维网格中的各个地质单元进行权重赋值，形成权重信息模型；

基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，对所述总体三维网格中的各个地质单元进行密度赋值和磁化率赋值，形成密度约束信息模型和磁化率约束信息模型；

将所述密度约束信息模型整体减去背景密度值，得到相对密度约束信息模型。

2.根据权利要求1所述的一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法，其特征在于，所述基于热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图，具体包括：

对热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石采样标本的密度物性参数和磁化率物性参数进行测量，得到各所述地质单元的测量结果；

基于各所述地质单元的测量结果和已有的所述热液型铀矿勘查区的物性资料，确定各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息；

基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图。

3.根据权利要求1所述的一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演方法，其特征在于，所述基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面平面网格，具体包括：

收集所述热液型铀矿勘查区的地质图和已有的各所述地质单元的勘查资料；

制作用于重磁反演的规则长方体三维网格；

基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成所述热液型铀矿勘查区对应的各个地层顶界面平面网格。

4.一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演系统，其特征在于，包括：

密度-磁化率交会图绘制模块，用于基于热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图；

重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定模块，用于确定所述热液型铀矿勘查区的重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；所述重力剩余异常数据包括重力剩余异常平面网格数据以及所述重力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；所述磁力剩余异常数据包括磁力剩余异常平面网格数据以及所述磁力剩余异常平面网格数据对应的高程平面网格数据；

地层顶界面平面网格生成模块，用于基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成各个地层顶界面平面网格；其中，不同的所述地层顶界面平面网格对应不同的埋深；

约束信息模型和权重信息模型生成模块，用于基于各个所述地层顶界面平面网格以及各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，采用逐层累积合并法，生成约束信息模型和权重信息模型；所述约束信息模型包括相对密度约束信息模型和磁化率约束模型；

重磁三维反演结果生成模块，用于基于所述重力剩余异常数据、所述磁力剩余异常数据、所述约束信息模型和所述权重信息模型，采用固定点迭代法进行三维反演计算，生成所述热液型铀矿勘查区的重磁三维反演结果；

推断模块，用于将所述密度-磁化率交会图与所述重磁三维反演结果进行对比分析，推断热液型铀成矿环境三维结构；

所述重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定模块，具体包括：

重力扫面数据和磁力扫面数据获取单元，用于获取所述热液型铀矿勘查区的大比例尺的重力扫面数据和磁力扫面数据；所述重力扫面数据包括重力数据以及所述重力数据对应的高程数据；所述磁力扫面数据包括磁力数据和所述磁力数据对应的高程数据；

布格重力异常数据和磁场总量异常数据确定单元，用于对所述重力扫面数据和所述磁力扫面数据分别进行处理，得到布格重力异常数据和磁场总量异常数据；

布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据确定单元，用于采用离散平面数据网格化算法分别对所述布格重力异常数据和所述磁场总量异常数据进行处理，得到布格重力异常平面网格数据和磁场总量异常平面网格数据；

化极处理单元，用于对所述磁场总量异常平面网格数据进行化极处理；

重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据确定单元，用于采用趋势面分析法分别对所述布格重力异常平面网格数据和化极处理后的磁场总量异常平面网格数据进行处理，得到重力剩余异常数据和磁力剩余异常数据；

所述约束信息模型和权重信息模型生成模块，具体包括：

三维网格确定单元，用于采用添加地形方式，对各个地层顶界面平面网格进行处理，得到多个三维网格；

总体三维网格确定单元，用于将所有所述三维网格合并，以得到总体三维网格；

权重信息模型获取单元，用于对所述总体三维网格中的各个地质单元进行权重赋值，形成权重信息模型；

密度约束信息模型和磁化率约束模型确定单元，用于基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，对所述总体三维网格中的各个地质单元进行密度赋值和磁化率赋值，形成密度约束信息模型和磁化率约束信息模型；

相对密度约束信息模型确定单元，用于将所述密度约束信息模型整体减去背景密度值，得到相对密度约束信息模型。

5.根据权利要求4所述的一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演系统，其特征在于，所述密度-磁化率交会图绘制模块，具体包括：

测量结果确定单元，用于对热液型铀矿勘查区中的各地质单元的岩石采样标本的密度物性参数和磁化率物性参数进行测量，得到各所述地质单元的测量结果；

岩石密度统计信息和磁化率统计信息确定单元，用于基于各所述地质单元的测量结果和已有的所述热液型铀矿勘查区的物性资料，确定各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息；

密度-磁化率交会图确定单元，用于基于各所述地质单元的岩石密度统计信息和磁化率统计信息，绘制所述热液型铀矿勘查区的密度-磁化率交会图。

6.根据权利要求4所述的一种用于热液型铀成矿环境探测的重磁三维反演系统，其特征在于，所述地层顶界面平面网格生成模块，具体包括：

信息收集单元，用于收集所述热液型铀矿勘查区的地质图和已有的各所述地质单元的勘查资料；

规则长方体三维网格制作单元，用于制作用于重磁反演的规则长方体三维网格；

地层顶界面平面网格生成单元，用于基于所述热液型铀矿勘查区的地质图、各个所述地质单元的勘查资料以及规则长方体三维网格的尺寸信息，生成所述热液型铀矿勘查区对应的各个地层顶界面平面网格。