（壹）重力勘探簡介
重力勘探是以地殼中其他巖石與煤巖層之間的密度差異為基礎，通過觀測與分析重力場的橫向變化規律，查明地質構造和尋找煤炭資源的壹種地球物理方法。
重力測定的方法有絕對值測量和相對值測量兩種，相對重力測量是重力勘探的主要方法。由於重力測量受觀測點經緯度、高度以及地形和中間層的影響，所以為了得到反映地下介質密度不均勻性的重力場的細微變化，需要對這些影響因素加以校正。
重力勘探的使用條件：以被探測巖體與圍巖體具有明顯密度差異為宜，差值最好在0.2～0.3g/cm3以上，密度分界面傾角大於50°，埋藏深度小於3000m，上覆松散沈積物比較均勻，且地形平坦等。
重力勘探的成果主要有重力異常等值線圖，可以用於識別盆地以及盆地邊界，進行構造分區和研究基巖的起伏情況；也可以用於確定煤田邊界，含煤沈積的厚度和基底起伏情況，直接確定煤系的分布邊界以及建立找煤模式等。
（二）磁法勘探簡介
磁法勘探與重力勘探比較類似，是以地殼中巖石和煤層的磁性差異為基礎，通過航空與地面磁力儀測定磁力異常，觀測和分析地磁場在橫向和縱向上的變化特征，查明研究對象地質特征和性質的壹種地球物理勘探方法。經過換算校正以後的地磁場平面和剖面圖，結合礦物巖石的磁性情況以及各種地質資料，便可推斷地區的地質構造和礦產分布情況。
磁法勘探的使用條件與重力勘探使用條件也比較類似，要求煤系地層與其上覆以及下伏巖層具有明顯的磁性差異，同壹地區的磁性相對穩定，巖層傾角越大越好。
通常煤系地層上下巖層的磁性差異不大，因此在煤炭地質勘探過程中，磁法勘探主要是為了確定具有磁力的明顯異常區域。如：區分含煤巖系和具有較強磁性的基底古老變質巖系，從而確定結晶基底的起伏情況；圈定侵入含煤巖系的高磁性巖漿巖或巖漿巖蓋層；確定經過高溫燃燒後具有磁性的煤層中的鐵礦等。磁法勘探具有效率高、成本低、不受地形條件限制等優點。
（三）重力、磁法勘探發展趨勢
20世紀30年代，重力、磁法勘探開始應用於我國的地質找礦試驗工作，此後隨著地質工作的不斷深入開展以及現代數學理論與計算機科學的迅速發展，促使重磁勘探在儀器、方法技術、解釋理論以及實際應用等各方面得到了全面系統的發展，已成為現代地球物理方法中的重要方面軍。基於重磁方法能在地面、海洋、空中以及衛星獲取大量觀測數據，可以提供莫霍面以上深部構造的大量信息，從而為大地構造分區、礦產資源的勘查以及基礎地質研究提供重要的地球物理依據；特別是海洋條帶狀磁異常與古地磁研究為海底擴張、大陸漂移提供了地球物理依據；在礦產勘察中應用磁法直接尋找磁鐵礦及其***生的磁性礦產工作起到了其他方法不可替代的作用。這些成就充分顯示了重磁方法在區域地球物理工作中的先導作用和直接尋找磁鐵礦的主導作用。目前我國重磁勘探主要表現出以下發展趨勢。
1.發展高精度多參數重磁測量儀器，提高綜合信息采集能力
20世紀90年代以來，GPS及高靈敏度、高穩定航空重力儀的使用導致航空重力測量的研究取得了突破性進展，使航空重力測量技術進入實用化階段，預計21世紀將得到廣泛的應用。
由於航空重力在大地測量方面的特殊作用，國際上許多國家開展了航空重力測量的研究，國際大地測量協會（IAG）也設立特別研究組對重力測量儀器、原理和數據處理方法等進行專門研究，從而使傳統航空重力儀的精度和性能得到顯著改善。Lacoste ＆Romerges型海洋/航空重力儀、ZLS重力儀及Bell BGM－5重力儀已被廣泛應用於航空重力測量系統；發展了多種航空測量系統，航空重力標量測量技術已進入實用化階段。
（1）航空標量重力測量
將重力儀安裝在陀螺穩定平臺上測量垂向加速度的航空重力測量系統屬於標量重力測量，實際上是測重力加速度的壹個分量。這方面重力測量的精度壹般達到2mGal（1mGal＝10－5 m/s2），分辨率為10～15km。加拿大正在研制壹種以3個加速度儀為基礎的旋轉不變式標量重力測量（RISG）系統，該系統的實現可望使航空重力測量系統不需要定向平臺。
（2）航空矢量重力測量
硬架式慣性測量系統是矢量重力測量，它通過正交的3個加速度計測量b參照系中的加速度矢量（重力與運動產生的加速度之和），通過GPS及測高計等測量並計算飛機運動中的速度及加速度，經壹系列計算校正處理求出三分量重力異常。美國在航空重力矢量測量研究方面作了較多工作，將航空重力測量結果與地面重力數據作比較，表明航空重力矢量測量的水平分量精度可達7～8mGal，垂直分量的精度為3mGal。挪威、丹麥、德國和葡萄牙合作實施了聯合航空測量系統和測高系統的研究，發展了壹種航空大地水準面測量系統，應用於沿海海洋學的研究。
（3）航空重力梯度測量
近年，美國、加拿大、澳大利亞等國地球物理公司已進行航空重力梯度測量研究試驗工作，由於該測量技術屬西方國家限制出口的尖端技術，尚不能引進，只能予以密切關註。
a.航空全張量重力梯度測量
美國、加拿大等國3個公司聯合進行全張量重力梯度儀的可行性實驗，測量系統有12個加速計安裝在3個圓盤上（壹個為垂直，其余兩個為水平）。每個圓盤上安裝兩對加速度計，靈敏元件全部安裝在防震平臺上。試驗區選擇在包含金伯利巖、磁性鎳硫化礦和斑巖地區。美國Bell Geospace公司研制了三維全張量梯度測量系統，並與海軍壹起在墨西哥灣道進行試驗船位油氣勘探，取得200塊段數據，完成了地震與全張量梯度測量綜合研究。結果表明利用重力梯度測量可以優化地震解釋結果，兩者綜合可以得到梯度優化的地震數據，可以用來確定鹽丘的大小、形狀及厚度與結構。實際資料表明在深度為1000～1500m深度範圍內的密度差分辨率可達0.05g/cm3。
b.部分張量梯度測量系統
澳大利亞BHP公司的測量系統，包括8個加速度計安裝在壹個水平圓盤上，只測量水平梯度Uxx、Uyy，Uzz可以通過前兩者計算得到。該系統已用於澳大利亞的銀、鉛、鋅礦及加拿大的金剛石礦的探測工作，已發現壹處可能含金剛石的礦藏。
上述測量系統壹般與磁力測量組成重磁測量系統進行。
2.發展磁力多參數測量，實現GPS壹體化
在磁測同時收錄測點位置數據，如Geometries公司的便攜式地面銫磁力儀G822L、G858已GPS化。澳大利亞的Geo Instruments Pty公司將GPS天線放在直升機磁測系統的吊艙上，實時測出傳感器的位置（管誌寧，1997a）。可以預計在21世紀重磁儀器都將與GPS壹體化。
磁力儀在測總磁場異常時同時觀測其水平及垂直梯度（全梯度），進行多參數綜合解釋，可以提高探測效果。如G858地面銫磁力儀（靈敏度0.01nT）可同時測量ΔT其水平、垂直梯度，並配有GPS系統，這種多參數測量並與GPS壹體化的儀器將是21世紀發展的方向，特別是在以下兩方面需要重點發展。
（1）航空全梯度磁力測量
20世紀80年代，美國、加拿大分別開展了航空水平磁梯度與垂直磁梯度測量儀的研制，並使其進入實用階段。我國引進航空垂直磁梯度測量儀並在冀東及長江中下遊開展了1∶50000的面積性航磁垂直梯度測量，提高了地質填圖的質量，細化了地層、巖體、地質構造的界線。我國同時開展了航空水平磁梯度儀的研制，已完成實驗樣機並在湖南典型區試飛取得了預期結果，尚需進壹步完善。鑒於全梯度（水平與垂直三軸向梯度）測量可以獲取梯度綜合信息更有利於解釋，這是21世紀航空磁測的壹個重要發展方向。
（2）航空（地面）三分量磁力測量
目前，雖然已有將磁場轉換為磁場三分量的方法，但由於假設條件與影響因素等原因，還不能精確的代替實測結果，而獲取磁場三分量將能提供更多參數而有助於提高解釋地質效果。地面、航空磁場三分量測量的關鍵在於提高精度，如何研制出高精度三分量磁力儀，是21世紀需要解決的壹個重要課題。
3.開展衛星重磁測量，綜合衛星、航空（海洋）與地面重磁資料研究地球結構與構造
利用衛星磁測與各年代地磁場測量資料，研究地磁起源與大陸磁場漂移有關核、幔的地球動力學問題。利用地球重力場模擬的球諧系數計算不同階數的重力異常，並通過流體運動方程計算巖石層底部不同尺度地幔流引力場，可以用於解釋大尺度構造及動力學問題（王懋基，1997）。
4.發展與高精度重磁測量相匹配的數據處理技術，提高測量結果可靠性
目前壹般磁力儀精度可達0.01nT，重力測量達到μGal級，為了充分發揮高精度重磁信息的作用，必須發展與此相適應的高精度處理技術，避免處理精度不夠對有用信息的損失。
（1）研究重磁異常弱信號提取技術，增強異常分辨能力
在利用重磁異常進行地質填圖或資源勘查中，經常會遇到有用異常被幹擾所淹沒而難以分辨，所以弱異常的提取在重磁異常解釋中具有十分重要的意義。由於有用異常經常與幹擾頻率相近，采用統計方法可能更合適。如采用最佳檢測系統與自調節濾波提取弱信號（王懋基，1992）等，但這方面的工作尚未深入開展，需要加強。
（2）航磁低緯度化極與變磁傾角化極
為解決低磁緯度化極的不穩定性問題，人們研究了許多方法，綜合起來可分為兩類：壹類是頻率域方法；另壹類是空間域方法。比較起來，頻率域方法計算速度較快，但化極精度不夠高；空間域方法精度較高，但由於涉及求解大型方程組問題，只能處理小面積數據，實用性差。近年來對空間域方法作了進壹步改進，但在提高速度的同時也降級了精度，總的來說這類方法速度提高很有限。對於頻率域方法提出了各種改進措施，這些方法在壹定程度上使低緯度化極效果得到改善，但其精度仍有待提高，所以研究簡便高精度的低緯度化極方法仍是今後需要解決的問題（管誌寧，1996a）。
當航磁測區南北方向跨度大時，全區按壹個磁傾角處理就會產生較大誤差，所以必須考慮按實際地磁傾角變化的變磁傾角化極。目前在頻率域解決此問題的途徑有二：壹是把全區磁化傾角變化作統壹處理的全變傾角化極；二是把測區劃分為若幹條帶的小區，小區內地磁傾角取平均值，然後依次用每壹小區的磁傾角對全測區數據作化極，最後將各帶的處理結果拼接起來的分帶變傾角化極。由於全變傾角化極中對傾角變化規律的簡化和分帶化極的拼接處理等仍然影響結果的精度，進壹步研究高精度實用的變傾角化極方法仍是十分必要的。
（3）重磁異常曲面延拓
位場曲面延拓，對中高山區重磁場的解釋特別重要。國內外專家已提出過多種基於等效源層（空間域）曲面位場延拓方法。實際工作中由於磁測數據量大，特別是航磁在處理大數據量時常要花費大量計算機時與分塊處理拼圖造成的不夠精確等問題，因此這些方法還不便在生產實際中推廣使用，采用疊代法主次逼近求出平面上的場值，平面可以通過起伏面，但只有當延拓高度較小時才適用。為此研究采用等效源原理適用範圍更寬的頻率域曲化平與曲化曲方法是壹重要的發展方向，有應用前景，需進壹步加強這方面的研究。
（4）不同深度重磁場的劃分
為了提高重磁場的垂向分辨率，研究沿深度的分場方法具有十分重要的意義。雖然目前已有匹配濾波、正則化濾波、補償圓滑濾波等多種方法，但所得結果還不能與深度有定量的對應關系，所以進壹步研究有效的深度濾波方法仍然是壹個艱巨任務。深入研究適合場位特點的小波變換方法以及深度濾波方法可能是有效的途徑。
5.發展復雜條件下中磁場多參數綜合三維反演可視化解釋技術
復雜地質地形條件下重磁三維反演可視化解釋是重磁學科發展的壹個重點。
（1）發展反演物性（重磁）結構的“層析”成像技術
近年國內外專家分別采用線性反演，約束最優化反演和擬BP網絡反演等方法使密度、磁性層析成像技術得到較大發展。如對三維密度體采用改進的馬奎特技術反演分層密度未知數達千余個，采用易於給定的約束條件，如限定密度值和密度差的變化量，求得了與已知地質結構可比的結果；采用模型目標函數和數據的擬合組成的目標函數的極小來獲得特定問題的解；通過壹個或多個加權矩陣將有關磁化率的先驗信息加入目標函數，用某壹子空間逼近法實現極小化，即可獲得使模型目標函數達到極小的三維磁率分布；把BP算法與位場理論結合，並對物性單元的分割和學習步長的合理確定進行研究的擬BP算法等（管誌寧，1998）。但這些方法各有不足和局限性，因此如何進壹步提高層析成像的精度和減少多解性仍是需要深入研究的課題。
（2）提高反演三維場源幾何參數的能力，發展三維場源空間定位技術
在均勻三維場源情況下，當形體復雜時需要反演眾多的源體幾何參數才能較細致地勾劃出源體的輪廓，解決這壹問題的途徑有二：壹是應用在多參數反演時能收斂於全局極值的優化方法，二是采用高精度空間延拓逼近場源大致圈定源體範圍的方法。對於第壹方面問題，提出將模式搜索法同單純形法有機結合，直接解多參數非線性最優化問題的方法。由於該算法計算量大，收斂速度慢等原因未能形成實用的方法。對於第二方面問題，采用球坐標下位場球諧表達式，由已知位場求解球諧系數，然後計算全空間位場向場源逐步逼近的方法，方法決定於逼近場源位場的精度，要獲得可靠的近場源位場是困難的，所以進壹步完善提高這些方法技術仍是需要研究的課題。
（3）采用人機交互實時三維可視化技術，實現三維場源屏幕正反演解釋
重磁三維正反演人機交互解釋壹直是國內外重磁勘探研究的重點，但由於三維形體可視化的復雜性以及三維反演方法的不成熟等因素至今還未形成實用方法。目前多數的工作是著重在三維復雜形體的正演。采用計算機上的橡膠模技術靈活機制三度體，采用二度半體逼近三度體的校正疊代反演技術與實時正演擬合技術。隨著計算機技術的發展，微機性能的極大提高，為重磁正反演可視化提供了堅實基礎。在可視化環境下直接反演，直觀操作三維源體，實時觀察位場變化，這將是重磁正反演解釋的發展方向（田黔寧，2001）。
（4）研究有機結合的多參數組合反演方法，形成以GIS為平臺的多功能綜合解釋系統
由於三維反演的復雜性，需要對位場及其各分量與各梯度的合理組合采用分階段反演的策略，根據各種反演方法的特點進行順序反演：例如采用空間延拓大致確定源體的位置和範圍，然後采用隨機搜索法等進壹步勾劃源體的輪廓，以此為約束進行層析成像反演確定源體的物性分布，最後采用人機交互三維反演精確修正解釋結果，這種分層次的正反演解釋將會提供較為合理的地質結果，可以提高立體地質填圖和礦體空間定位的效果。在此基礎上把重磁反演結果在GIS平臺上進壹步與地質、其他地球物理解釋結果結合起來進行綜合解釋。
6.發展簡便快速的自動反演方法，提高普查填圖與快速深度評價效果
由於地面、航空重力磁力儀已能高精度測量場及其水平、垂直梯度，因此綜合利用這些參數快速反演場源深度及其產狀將是壹個重要發展方向（管誌寧，1996b）。
（1）發展綜合場及其梯度的自動反演技術，提高快速反演精度
歐拉法利用總場及其梯度，依據歐拉齊次方程組確定場源的位置和深度，並可以得出壹種構造指數對地質體進行識別，方法具有較強的適應性和靈活性。但由於歐拉法采用窗口滑動計算，可以得到壹系列深度點，在眾多的深度點中如何分辨和確定有效的深度點是提高歐拉法反演效果的關鍵。雖然有人提出壹種消除劣質與虛假解，保留穩健解得拉普拉斯歐拉方法，使反演的深度點可靠性得到壹定程度提高，但其精度和應用的局限性尚需進壹步提高和擴展。
（2）研究總梯度模、梯度張量反演方法，充分發揮梯度信息的作用
由於總梯度模具有不受二維或少受磁化方向影響和較好反映淺部磁性體邊界的特性，研究利用總體度模確定磁源深度、產狀和進行地質填圖的工作已受到人們的重視（管誌寧，1997b）。重力歸壹化總體度方法在找油方面已取得壹定效果。磁梯度張量開始於海軍確定潛艇位置的研究，尚未受到人們的註意。隨著梯度磁力重力測量成為可能，預期這方面的解釋研究工作將會得到加強。