近日，国际权威期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth在线发表团队最新研究成果“Can targeted source information be extracted from superimposed magnetic anomalies?”。该论文提出了基于低秩分解框架的磁异常提取方法，第一作者为朱丹博士，通讯作者为胡祥云教授。

       地球磁场是多尺度、多频率混合的地球物理场，蕴含由浅部到深部极其丰富的地质信息。观测的磁场数据是位于不同深度和不同水平位置所有磁性场源的共同反映，即磁异常是各磁性场源引起异常的叠加。从叠加磁异常中恢复目标场源磁性信息（包括感应磁化强度、剩余磁化强度和磁化方向）是地质研究的关键。叠加场源使得磁异常信息冗余，增加磁异常解释难度。因此，从总磁异常中提取目标场源引起的磁异常对识别目标磁性结构信息具有重要意义。然而，现有位场分离方法仅能提取垂向叠加场源引起的磁异常，而横向叠加磁异常同样造成数据处理和反演困难。

       该研究成果的提出为了实现从复杂磁异常叠加及相干环境中恢复目标场源引起的磁异常。其中，磁异常叠加的复杂性主要体现在以下三种情况：（1）复杂剩磁环境中各场源间总磁化方向不同且未知；（2）目标场源引起的磁异常受旁侧强磁性场源干扰发生严重结构性畸变；（3）不同埋深磁性场源引起的多频段磁信号叠加。

       该论文从理论上推导了复杂磁性环境中叠加磁异常的奇异谱特征。得到重要基础性结论：磁异常延滞矩阵的奇异值不仅与场源深度有关；还受到场源数量的影响。进一步，通过建立优化模型，控制磁异常延滞矩阵Shatten-p范数值，以降低奇异谱包含的场源数量信息。该研究目标的实现还需将目标场源位置信息引入优化系统中。考虑对目标场源的大致位置作系统约束。将磁偶极子作为等效源嵌入约束区域（图1）。当隐伏场源剩磁信息缺失时，可将磁偶极子设置为随机磁化方向，利用非线性共轭梯度法计算每个磁偶极子的磁化强度，最终实现任意剩磁方向场源的磁异常提取。

       一维和二维理论模型实验表明，本文方法能够高精度恢复目标场源引起的磁异常。利用本文提出的方法，能够依次将场源1、场源2和场源3引起的磁异常准确提取（图2）。传统位场数据处理方法无法实现图2磁异常分离。同样，二维理论模型在噪声干扰下，亦能实现各目标场源磁异常的高精度提取。

       本文方法被用于实际磁异常研究。研究区中心磁异常（见图3）整体呈北正南负，与地磁场方向相反，并受西低东高背景场叠加。此外，可以看出该倒转磁异常由多个不同磁化方向场源共同引起。利用磁异常提取先后获得5个不同场源（分别由场源A-E表示）引起的磁异常，采用矢量反演分别得到场源A-E的空间磁性矢量分布（图3）。根据反演得到的各场源磁化强度和方向，并结合研究区岩石样本物性统计特征，推断场源A和C为具有强磁性和强剩磁的玄武岩，场源B和E为辉绿岩，场源D为花岗闪长岩。最终，得到地下隐伏空间火成岩分布如图4所示。

       综上所述，这篇论文提出的方法可以从复杂磁异常叠加和相干环境中有效恢复目标场源引起的磁异常。在提取磁异常基础上，进一步结合相关数据处理和反演方法，依次获得各叠加场源总磁化强度和方向。该研究成果可以有效抑制叠加异常引起的冗余信息干扰，有利于目标磁性结构信息识别，增强磁法勘探探测能力，为地质结构和地质过程研究提供技术支撑，具有重要实际意义和理论价值。

 图1 本文方法参数设置示意图

图2 理论模型实验及结果

图3 江苏冶山倒转磁异常的解析剖分和矢量反演

图4 研究区火成岩分布及岩性解释

       本文研究获国家自然科学基金（No. 41874122, 42104137, U1812402）联合资助。

       论文信息：Dan Zhu, Xiangyun Hu, Shuang Liu, Hongwei Li, & Boxin Zuo. (2022). Can Target Source Information be Extracted from Superimposed Magnetic Anomalies?. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, e2022JB024279.

       论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2022JB024279

       论文数据和代码链接：http://dx.doi.org/10.17632/vvgd7325wg.4