基于综合物探数据融合的隐伏铜金矿靶区三维定位方法

本发明涉及量子磁场测量，具体为基于综合物探数据融合的隐伏铜金矿靶区三维定位方法。

背景技术：

1、随着浅表矿产资源勘查程度的提高，地质找矿工作逐渐向深部隐伏矿床转移。隐伏的硫化物铜金矿体或充水溶腔相较于围岩通常表现出低阻异常特征，因此电磁法成为划定异常边界和定位靶区的主要探测手段。目前在野外施工中，常采用可控源音频大地电磁法和瞬变电磁法进行探测。

2、现有的可控源音频大地电磁法在接收电磁信号时，多依赖传统的感应磁棒。该接收装置基于电磁感应定律工作，在复杂的矿区环境中容易受到地表高压线路和地下杂散电流的干扰，造成低频频点数据畸变，降低了深部目标体的探测精度。同时，常规瞬变电磁法在探测浅中部地层时，其发射线圈关断瞬间会产生强一次场感应电动势，这种现象会直接掩盖地质体产生的微弱二次场信号，形成探测盲区。

3、除了传统的感应磁棒外，现有技术中也尝试采用其他高精度磁测量设备，但均存在显著局限性：超导量子干涉仪虽然具备极高的探测灵敏度，但需要依靠液氦或液氮进行极低温制冷，体积庞大且维护成本极高，在野外复杂地形的大面积连续布线采集中缺乏工程实用性；磁通门磁力计虽然体积小巧且适合极低频测量，但其噪声基底较高，高频响应差，无法满足音频大地电磁法对微弱高频信号的分辨要求；传统光泵磁力仪存在测量盲区（死区），且容易受温度漂移影响，在强电磁背景噪声的矿区环境中，其测量数据容易产生基线漂移。因此，如何寻找一种既能在常温野外环境下稳定工作，又能覆盖音频段（千赫兹至赫兹级），且对强电磁噪声具备免疫力的磁场传感器，成为了深部隐伏矿靶区精确定位的关键瓶颈。

4、在获取观测数据后的反演处理阶段，常规方法多采用单一电磁法数据进行一维或二维反演。由于地球物理反演本身具有多解性，单一手段的观测数据往往无法提供足够的约束条件，导致反演得到的电阻率剖面与真实地质情况存在偏差。目前的数据处理流程通常未能将时域数据与频域数据在深度域进行有效拼接与融合，缺乏利用浅部高分辨结果约束深部反演的机制。这种由于硬件接收干扰和单一算法多解性叠加带来的技术缺陷，使得现有方法难以构建准确的三维电性数据体，从而导致对深部隐伏靶区的空间边界圈定、顶底板埋深以及体积等形态参数的计算不够准确，难以满足深部实体钻探工程对三维定位精度的要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了基于综合物探数据融合的隐伏铜金矿靶区三维定位方法，解决强背景电磁噪声下深部微弱信号提取困难，以及单一电磁法多解性强、常规二维解译难以精确空间定位的技术问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明提供基于综合物探数据融合的隐伏铜金矿靶区三维定位方法，包括以下步骤：

3、根据勘查区地质背景建立初始地质-地球物理模型，结合地形地貌及已知信息布设多条综合物探测线；

4、采用可控源音频大地电磁法沿各条所述综合物探测线进行数据采集，在电磁场信号接收环节，采用基于金刚石nv色心技术的量子磁力计进行磁场测量，获取各频点的大地电磁场响应数据；

5、在各条所述综合物探测线上，采用瞬变电磁法进行同点位的二次场数据采集；所述瞬变电磁法为等值反磁通瞬变电磁法，测量时将接收线圈置于一次场零磁通平面上，以消除一次场感应电动势干扰，接收所述二次场数据；

6、对采集的所述大地电磁场响应数据和所述二次场数据进行预处理，并分别进行反演以获取可控源音频大地电磁法的一维反演结果以及瞬变电磁法的一维反演结果；将所述一维反演结果与所述瞬变电磁法的一维反演结果在深度域进行拼接融合，作为初始模型建立二维约束条件，通过联合反演获取对应于各条所述综合物探测线的二维电阻率剖面；

7、基于获取的各所述二维电阻率剖面提取隐伏铜金矿靶区的高低阻异常边界，构建三维视电阻率数据体，实现所述隐伏铜金矿靶区的三维定位与形态参数计算。

8、进一步地，采用基于金刚石nv色心技术的量子磁力计进行磁场测量具体包括：利用金刚石中氮-空位缺陷的电子自旋磁共振特性，通过光探测磁共振技术实现对微弱电磁信号的绝对测量，将所述量子磁力计作为量子磁场强度计或量子地磁场强度计，获取高精度的量子磁场测量和量子地磁测量数据。此外，所述量子磁力计兼容量子生物磁测量和生物磁测量应用，可作为量子生物磁场强度计进行信号拾取。传统的感应磁棒在城乡结合部或高压电线密集区易受游离干扰信号叠加导致信号衰减，本发明利用量子能级跃迁对磁场的极高敏感性，有效克服了常规勘探中深部信号的衰减与失真。

9、进一步地，采用可控源音频大地电磁法沿各条所述综合物探测线进行数据采集具体包括：布设供电的发射极和接收极，使得发射极距的长度小于三分之一的收发距；采用多次叠加技术进行数据采集，测量频率范围设定为7680赫兹至1.2赫兹，并实时评估信号振幅与相位的标准离差以剔除受干扰数据。在此数据采集步骤中，作为质量监控的具体实施方式，系统还可采用卡尼亚视电阻率均方相对误差进行辅助监控，其计算公式如下：

10、

11、式中，为第个测点视电阻率均方相对误差；为检查观测的频点总数；为第测点上原始观测视电阻率值；为第个测点上检查观测视电阻率值。

12、进一步地，采用所述等值反磁通瞬变电磁法进行同点位的二次场数据采集具体包括：将收发天线水平放置，收发天线与仪器主机保持设定距离以避免高频电磁干扰，数据叠加次数不低于200次，并采用重复观测以计算观测道总的平均相对误差进行数据质量监控。所述平均相对误差的计算公式如下：

13、

14、式中，为各观测道总平均相对误差；为第点第道原始观测数据；为第点第道检查观测数据；为与的平均值；为参加统计的测道数。

15、进一步地，对采集的所述大地电磁场响应数据和所述二次场数据进行预处理具体包括：去除受强电磁干扰的飞点数据，针对近地表局部电性不均匀体引起的静态偏移现象，根据已知地质标本物性设定基准电阻率，通过向上或向下平移视电阻率曲线的方式进行静态校正，并辅以地形校正和场源校正。

16、进一步地，通过联合反演获取对应于各条所述综合物探测线的二维电阻率剖面具体包括：采用带地形的二维圆滑模型，基于所述二维约束条件，通过反演拟合视电阻率和相位两条曲线进行二维联合约束反演，输出所述二维电阻率剖面。

17、进一步地，构建三维视电阻率数据体具体包括：将对应于多条相邻的所述综合物探测线的所述二维电阻率剖面映射至三维空间坐标系中；利用插值算法对剖面间的数据进行网格化处理，生成连续的所述三维视电阻率数据体，以表征地下空间介质的整体电性分布特征。

18、进一步地，实现所述隐伏铜金矿靶区的三维定位与形态参数计算具体包括：基于所述高低阻异常边界圈定三维空间内的低阻闭合区域作为推断的所述隐伏铜金矿靶区；计算所述隐伏铜金矿靶区的最大半径、顶板埋深以及底板埋深，并根据所述低阻闭合区域的三维空间积分估算得到所述隐伏铜金矿靶区的总体积。

19、进一步地，所述高低阻异常边界为目标探测体与其围岩之间的电性差异分界面；所述目标探测体为呈现低阻特征的隐伏硫化物铜金矿体。作为本发明的扩展应用，所述目标探测体也可为具有相同低阻物理响应特征的隐伏盐矿充水溶腔。

20、进一步地，布设多条综合物探测线具体包括：根据区域地质构造走向，避开地表高压电线及障碍物，平行布设所述综合物探测线，采用剖面测量方式，每条所述综合物探测线上的测量点距设定为10米至20米。本发明提供了基于综合物探数据融合的隐伏铜金矿靶区三维定位方法。具备以下有益效果：

21、1、对于强背景电磁噪声下深部微弱信号提取困难的技术问题，本发明在可控源音频大地电磁探测中，创新性采用基于金刚石nv色心的量子磁力计进行磁场测量。该方案利用量子自旋磁共振对微弱电磁场的极高敏感性，有效屏蔽了地表高压线路及游离杂散电流的叠加干扰，从根本上提升了隐伏靶区深部响应数据的信噪比。

22、2、对于单一电磁法多解性强及常规二维解译难以精确空间定位的技术问题，本发明通过同点位融合大地电磁与瞬变电磁数据进行联合反演约束，并基于剖面异常边界构建三维视电阻率数据体。该方案消除了反演过程中的等效性偏差，将传统定性推断升级为对隐伏低阻体空间边界、埋深及几何体积的三维定量定位。

23、3、对于单一电磁法多解性强的问题，本发明通过将大地电磁与瞬变电磁结果在深度域拼接进行二维联合约束反演，并构建三维视电阻率数据体，有效降低了反演的等效性偏差，实现了隐伏矿靶区的高精度三维定位。