重磁勘探是传统的地球物理勘探方法，至今已有70多年的历史，在方法理论和应用方面都较为成熟.自20世纪80年代至今，重磁勘探技术经历了一个高速发展时期，尤其是在重磁数据处理及反演方面有了很大的突破(管志宁等，2002)，涌现出一批优秀的重磁数据处理和反演软件.这些软件不仅融入了先进的二、三维的重、磁处理及反演算法，同时在三维可视化表达、定量化分析、数据管理及软件开发等方面都有许多卓越的成绩.本文对国内外重磁处理及反演软件的发展现状进行概括和总结，从软件功能、开发方式、数据管理、GIS功能、三维建模方式和效果等方面对其基本功能和性能进行总结，并对未来在软件集成化、大数据管理、三维可视化及GIS分析等方面的发展趋势进行阐述和分析.

国外重、磁方法的处理及反演软件起步较早，在理论、方法、技术、软件功能及系统性能方面都比较成熟.有一些大型的商业性软件，综合性和实用性较强；也有一些小型的、独特的专业软件，能够在特定条件下解决重、磁处理及反演问题(表 1).

表 1 (Table 1)

表 1 国外有代表性的重磁处理及反演软件 Table 1 Foreign typical softwares for gravity and magnetic data processing and inversion

表 1 国外有代表性的重磁处理及反演软件 Table 1 Foreign typical softwares for gravity and magnetic data processing and inversion

Oasis montaj软件(Smith et al., 1998；Cheesman et al., 1998；胥值礼等，2014；汤乐峰，2015)由加拿大Geosoft公司研发，它是一款综合的重、磁、电数据输入、处理成图、地质解释和成果共享的集成软件.在重磁方面具有全面的重力、磁力数据预处理、处理功能，并可实现重磁二、三维半定量及定量反演；具备二维、三维成图技术，提供三维可视化功能，可对模型进行简单操作及一定程度的GIS分析，现支持三维重、磁物性反演，在云平台为用户提供服务.Oasis montaj软件采用平台(主程序)+插件的系统构架，基于ArcGIS的组件技术进行开发，自身带有GX Developer二次开发包，GX语言类似于C语言，GX二次开发支持C、C++、C#等语言开发的API及Windows dll文件(江霞，2015).数据库采用一种独特的二进制数据架构，以测线\\组的方式进行组织，可处理大数据量的数据(最高可达到10GB).此外，Oasis montaj软件中的GM-SYS Modelling(王林飞等，2011；Geosoft Co.，2016) 可与地震及地质资料协同、交互式综合解释，基于复杂地形进行重、磁二维剖面模拟、三维正反演模拟，具有其核心数据处理及绘图功能，支持大数据量的数据处理及反演运算.

Encom Model Vision(张洪瑞和范正国，2007；马腾飞和刘彦，2013；陈应军和严加永，2014)是由美国Pitney Bowes公司开发的一款重磁数据处理及模拟解释软件，已具有22年持续研发的历史.它具备全面的重、磁处理方法，能够人机交互的创建块状三度体及层状二度体，对实际三维地质体进行模拟，并进行重、磁联合约束反演.软件风格与Windows操作方式相似.ModelVision能够在一个环境下同时进行二维、三维模拟，具有较强的三维建模功能，并可与其他格式的三维模型相互转换及输入输出，支持模型反演回退，反演结果可获得众多重要的地质属性，如深度、位置、倾角、宽度、方位角、密度、磁化率和剩磁等(Encom Co.，2016).Model Vision采用主程序+模块的构架，可选模块包括Encom AutoMag和UBC MAG3D和GRAV3D.Model Vision具有64Mbytes的空闲存储器以用于数据处理，通过外部链接执行程序，能够直接调用Oasis montaj等其他软件的数据库，对其数据进行访问和导入导出.此外，Model Vision通过Geosoft GX的一个外部程序调用链接可嵌入Oasis montaj作为一个菜单运行.

UBC MAG3D and GRAV3D(Li and Oldenburg, 1996, 1998, 2003；Oldenburg and Li, 2015)是加拿大不列颠哥伦比亚大学地球物理反演方法研究组研发的重、磁体元三维反演软件，它是基于体元的真三维正反演，在反演时可加入已知地质信息进行约束反演，提高反演精度.模型可根据反演精细度设置不同的体元大小，从而优化计算时间和计算精度.它采用小波方法对大数据量进行压缩处理，提高了效率.UBC MAG3D and GRAV3D是Encom ModelVision的扩展程序，可应用MedelVision输出的三维模型作为约束模型供UBC程序计算.

美国Fugro公司的LCT软件(曲寿利和戴明刚，2009；薛彬等，2013)是一个集重、磁处理和解释于一体的软件，界面友好便捷，功能包括数据管理、网格化、数据改正、导数计算、滤波、化极、位场分离、磁源深度反演、二维和三维重磁震联合交互建模及反演等功能，可考虑复杂地形.该软件具有功能齐全的滤波器工具箱，可实现多种滤波计算，可对多种数据和模型进行动态交互编辑，可实现重磁震联合反演.

英国ARKeX公司的Arkfield(曲寿利和王鑫，2003)是一款完全可与地震软件联合解释的重、磁成像与模拟软件，由主界面(Field View)，重、磁网格数据显示与处理(Grid)，重、磁模型正演(Model)及地震剖面显示(Seismic)四部分组成，将重、磁和地震资料有机结合，提高了解释精度，在油气勘探方面的应用非常成熟.

澳大利亚Intrepid Geophysics公司的Intrepid软件(杨金玉等，2007；王林飞等，2011；江霞，2015；郭灿灿，2016；Intrepid Geophysics Co.，2016) 是一款重、磁及放射性数据处理软件，提供多种数据处理及综合制图功能，支持全张量数据.Intrepid软件以关系型数据库为基础，支持多种数据格式的导入导出，能直接运行一些本专业及相关领域的常用数据格式(如地球物理软件Geosoft、图像处理软件ERMapper、网络共用数据格式软件NetCDF及GIS软件ESRI等的基本格式；可实现三维可视化，对模型进行缩放、平移、旋转等简单操作，可查看属性数据集；Intrepid软件与Model Vision、Oasis montaj等地球物理软件和一些GIS软件具有良好的兼容性；可实现数据记录的批处理操作.

EMIGMA软件(PetrosEikon Co.，2014，2015) 是加拿大Petros Eikon公司的一款重磁电数据处理和解释软件，经过数十年发展，逐步演变为公开销售的商业化软件.EMIGMA集重、磁、激发极化、电磁法的数据处理为一体，以异常、导数及张量的正演算法为基础，为不同方法提供不同的反演算法.重、磁数据处理包括日变改正、网格化、延拓、化极及带高程的正反演等，可实现三维可视化建模，支持多探头、多分量、梯度数据.它以数据库的形式管理数据，可实现多种方法联合反演.

美国Pitney Bowes公司的QuickMag软件(陈建国等，2012；Encom Co.，2016) 基于磁异常，用自动快速匹配技术创建反演初始模型，再利用反演迭代算法逐步优化模型，实现从磁异常到地质体模型的直接转化，模型属性可编辑，其输出结果和ModelVision可直接使用.

GeoMedeller(Intrepid Geophysics Co.，2016) 是Intrepid Geophysics公司另一款三维地质建模软件，其功能包括三维地质体模型编辑，钻孔数据及网格数据的数据处理、网格计算、模型切片，重磁二维剖面反演及三维正反演模拟等，GeoMedeller可从反演结果出发对模型结果进一步改正和精细化.

Mira Geoscience公司研发的VP Suite(Mira Geoscience，2016)是一款针对重、磁数据及TEM数据的正反演及三维模拟软件套装，包括VPem3D(TEM三维模拟及反演模块)、VPem1D(TEM一维反演模块)和VPmg(重磁三维反演模块).VPmg可对重力及其梯度、磁力及其梯度、TMI数据做反演和三维模拟(汤乐峰，2015)，可进行无约束反演，也可进行有约束反演.这些模块均可单独使用，也可作为插件加载到Mira Geoscience公司研发的其他软件上使用.

国内在重、磁方法的处理和及反演研究方面起步较晚，但发展迅猛.主要的研发机构为各高校、科研院所及一些生产单位.有一些软件已在国内广泛使用并取得了很好的应用效果，国内主要的重、磁软件如表 2.

表 2 (Table 2)

表 2 国内有代表性的重磁处理及反演软件 Table 2 Domestic typical softwares for gravity and magnetic data processing and inversion

表 2 国内有代表性的重磁处理及反演软件 Table 2 Domestic typical softwares for gravity and magnetic data processing and inversion

RGIS软件(张明华等，2009)是2006年中国地质调查局发展研究中心研发的基于MapInfo二次开发技术和Windows平台的一套地面重、磁、电数据处理及反演系统，它利用VB、VC语言和混合语言编程技术与OLE集成技术，集成物探专业数据库和数据处理程序模块.该系统兼容多种数据格式和数据库，能够实现基于GIS的空间数据集和图形管理，数据投影转换和预处理，重、磁、电数据处理及转换，重、磁异常二、三维正反演解释，图件制作和输出等(Zhang et al., 2011).重、磁数据处理具体包括滤波、延拓、导数计算、化极、分量转换、解析信号振幅、梯度模、曲化平、磁源深度计算、伪重力(磁)异常计算等，重、磁反演包括2.5维可视化重磁联合反演、三维物性反演、三维重磁模型编辑，三维人机交互正反演.电法数据处理包括地形改正，电法数据反演包括一维、二维测深反演，二维自动反演和人机交互反演等(张明华等, 2011a, b).

2002年中国国土资源航空物探遥感中心研发了GeoProbe1.0软件，后在其基础上进行扩展和更新研发了GeoProbe2.0(王林飞等，2013).这是一款航空物探综合处理解释系统软件，它采用“插件技术”和分层系统构架，采用.NET技术和ArcGIS Engine组件技术，在多语言混合编程技术支持下实现重、磁、电磁及伽马能谱数据质量分析、数据校正、数据处理与转换、重磁数据2.5D/3D正反演、综合地质解译评价及数据成图等功能(王林飞和何辉，2010；佟晶等，2013).其特点是：(1) 采用“插件技术”可实现系统基础平台的分解与集成，平台和插件之间利用接口联通，可“即插即用”的扩展软件功能，支持软件二次开发；(2) 该软件包含航磁、航重、航电、航放方法技术共计300多个模块，有效集成了国内多家科研机构的先进数据处理和解释技术，功能全面；(3) 利用大型关系型数据库+ArcSDE空间数据库引擎对海量多源空间数据进行统一管理，并融入GIS空间分析和计算功能，辅助综合解译和矿产评价预测.

新疆地质矿产开发局和乌鲁木齐金维图文信息科技有限公司于2004年共同开发的GeoIPAS软件——金维地学信息处理研究应用系统(李万忠等，2008)，采用结构化程序设计模式，选用综合Fortran、C、C++等多语言跨平台软件开发技术，Frotran语言主要用于数据处理程序，C和C++主要用于图形图像处理和系统输出程序，采用Qt为GUI开发工具，可在Windows系统和Linux系统上运行.软件集成了相对独立的12个子系统近300多个应用程序，涵盖物探(重磁电)、化探、数学地质、水文地质等多个领域，重、磁实现了数据预处理、数据校正、一维和二维数据处理和转换、二维剖面反演、二度半及三度体重磁联合可视化交互反演，化探实现了多元数据统计分析和专题图件绘制(韩小明等，2007)，图件成果可与MapGIS兼容.

中国地质科学院物化探研究所开发的Mgdiscover重磁异常三维可视化交互反演软件(田黔宁等，2001；吴文鹂等，2005)包含了频率域位场转换处理、位场曲面延拓(Taylor级数法和迭代延拓法)、三维可视化交互反演和三维物性反演.它采用OpenGL函数，在Windows环境下用Visual C++语言进行软件开发，设计了三角形多面体模型(吴文鹂等，2009)和独特的数据结构，结合三维可视化技术及重、磁异常三维正反演方法，实现重磁异常三维交互反演和三维物性反演，并在其基础上研究了起伏地形下的反演算法及并行计算的问题.

2005年中国地质大学(北京)研发的Imageo软件是一个重磁数据处理和转换系统，可进行重力数据的延拓、正则化滤波、求导、深度界面信息提取、重力差值场异常计算和水平总梯度模计算等，磁力数据可实现化极、延拓、滤波、导数计算、深度界面信息提取等功能(刘斌，2005；江霞，2015)；在软件开发方面，该软件基于Windows操作系统下利用C++编程开发，先后在VC6、VS.net2002和VS.net2003下编译程序.

吉林大学研发的GeoProcess软件(吉林大学地球探测科学与技术学院，2012)可对网格化后的重磁数据进行处理，包括磁法数据改正、滤波、延拓、求导、化极、对数能谱、分量转换、统计参数提取、重磁对应分析、场源参数成像、正演模拟等，软件的界面简单直观，数据格式为通用的Surfer文本格式，处理后的结果可直接用Surfer成图.

2005年中国地质大学(武汉)刘天佑教授研发了MAGS磁法数据处理及反演软件(刘天佑，2009)，后经四年的发展推出MAGS3.0版本，它是采用Visual Fortran，Visual Basic，Visual C语言编写开发的一套适合地面重、磁勘探资料处理解释以及固体矿产勘探的软件.其主要功能包括：野外磁测结果整理与预处理；剖面与平面资料的转换处理与正反演，包括小波多尺度分析技术，匹配滤波方法，2.5D与3D人机交互反演等；磁法勘探资料综合解释，包括人工神经网络，模糊数学，灰色系统等综合预测方法；MapGIS成图，可将二度半交互反演结果输出MapGIS出图.

中国地质大学(北京)姚长利教授研发的Mask(姚长利，2004；眭素文等，2004)是在Windows操作系统下开发的具有友好界面的平面重、磁异常实时正反演建模软件.对于面积性重、磁异常，利用2.5D进行三维建模反演技术，对整个平面异常进行可视化建模及正反演，具有Windows多任务环境和统一管理系统资源等机制.

此外，2008年中国地质大学(武汉)陈建国、肖敦辉(肖敦辉等，2007；陈建国等，2012)等人运用面向对象的构建方法利用C++和OpenGL在MFC环境下开发了三维重、磁正反演解释软件，能够实现图形实时三维显示，人机交互和自动反演.2011年中国地质大学(北京)姚长利、郑元满(姚长利等，2007；肖敦辉和董方灵，2009；郑元满和姚长利，2011)等人将“随机子域”反演法与三维图形可视化方法相结合，采用VC2010+MFC10.0为开发工具，以VTK为三维开发库，设计和构建了重、磁三维物性实时可视化反演系统，实现实时可视化交互反演.

结合国内外有代表性的重、磁软件发展现状，从软件方法综合性、数据处理、反演、可视化建模以及软件开发中包含的数据库管理、多语言编程、组件式开发方式、二次开发能力等元素对各类软件进行评价和总结(表 3).

表 3 (Table 3)

表 3 国内外重磁软件对比一览表 Table 3 Comparison of gravity and magnetic softwares at home and abroad

表 3 国内外重磁软件对比一览表 Table 3 Comparison of gravity and magnetic softwares at home and abroad

(1) 从软件功能来看，当前重、磁软件具有鲜明的多样化特征.一是方法的多样化，从单一方法逐渐走向综合方法，一些软件如Oasis montaj具有较高的综合性，可对重磁电数据进行处理、反演和解释，LCT、Arkfield和GM-SYS Modelling软件可结合重磁和地震进行联合反演解释，Intrepid软件还可对放射性数据进行处理.二是功能的多样化，尤其是一些商业化的重磁软件，具备完善的软件功能，从数据导入导出、数据预处理及校正、数据处理和转换到二、三维正反演、图件绘制、数据统计再到数据库管理及空间分析等，实现地球物理软件功能的多样化.(2) 从应用的角度来看，国外软件的研发和应用要先于国内，因此普遍比国内软件在功能上更完备，在用户体验方面也更周详，软件的产品化程度较高，如Oasis montaj、Encom ModelVision等都已经是非常成熟的商业化软件，而国内重磁软件的产品化程度相对较低，比较常用的如RGIS、GeoProbe、geoIPAS等，此外以研究型的重磁软件居多，推广程度较弱.从应用领域来看，目前国内外重、磁软件多面向陆地方面，在海洋和航空领域的专业重、磁软件还较少，国内的GeoProbe软件在这一点上具有很强的特色.从应用体验方面来看，国内外软件之间存在一定的差异，如软件语言、图件规范、数据格式等，因此这在一定程度上影响了软件的体验效果，一些学者就这些方面也做了研究和改进(韩小明，2007；李闪，2013)，使得在使用时更加协调.

(3) 从软件性能来说，国内外软件性能参差不齐，所使用的处理及反演算法、软件的开发构架、采用的硬件配置等都对软件性能有一定影响.总体来看，国内外较成熟的商业软件性能普遍更加优越，这体现在处理和反演精度、系统稳定性、系统运行效率、软件的可扩展性和可维护性、友好的用户体验等方面.另一方面，一些研究型软件在某些特定地质问题中也体现出软件性能的优势，比如通过独特的处理或反演算法提高了计算速度和计算精度等.

(4) 从软件开发方式来看，目前重、磁软件系统可通过两种方式构建，一种是采用通用软件开发平台+以OpenGL为代表的图形程序接口的方式，这种方式可完成大型的数据处理及三维建模综合系统，也可构建小型的处理或反演系统，但需要从开发底层做起，周期长、成本高，程序代码量巨大，要求程序员具备高素质的编程能力，并且目前的研究不能突出三维量算及分析功能，因此只能停留在三维定性表达的程度上.另一种方式是应用集成或组件技术进行二次开发，如国外的Oasis montaj、ModelVision及国内RGIS和GeoProbe2.0等，采用主流GIS软件进行组件式开发，这种方式是在GIS软件平台上利用三维程序模块进行二次开发，它的优点是不用从底层开发，成本低、可扩展性强，能充分利用软件本身的GIS功能，实现对三维地质体的交互查询、三维量算和空间分析，缺点是在一定程度上必须依赖GIS平台.

(5) 从数据管理方面来看，软件方法的综合性和功能的多样性要求系统在数据管理方面更加规范、兼容和海量.小型软件一般功能简单，数据格式较单一，常采用文件管理模式，数据存储在文件中；大型软件往往需要调用多种来源多种格式多种类型的海量信息，需要使用大型数据库对信息进行分类组织和管理，并兼容多种数据格式，如Intrepid软件等，利用数据库的管理，实现信息的查询、统计，并且为一些计算提供辅助；一些软件还需要对空间数据进行存储和管理，如Oasis montaj、GeoProbe2.0等，通过建立空间数据库，对各类空间数据和属性数据进行组织和管理，程序对空间数据库的使用主要通过空间数据引擎来实现，它为DBMS提供了一个开放的接口，接收程序发送的数据请求，在完成数据库内信息搜索后将结果返回到应用程序前台，此外一些软件如ModelVision还能通过外部链接执行程序，直接调用Oasis montaj等其他软件的数据库，对其数据进行跨平台访问和操作.

(6) 在GIS和三维功能方面，一般基于GIS组件式开发技术的软件都继承了良好的GIS量算、空间分析和三维建模能力，如Oasis montaj、GeoProbe2.0等使用了ArcGIS软件的Arc Engine组件，GIS组件是面向对象技术和COM技术的GIS开发工具，通常包含了GIS软件的主要模块功能，ArcGIS的组件ArcEngine是对部分接口、类、库进行封装所构成的嵌入式组件，可使用C++，COM，.NET和Java等多种语言来构建应用软件，具有高效性、可移植性、易维护等特点，利用GIS组件可实现GIS数据查询、数据量算、空间分析、数据预测、三维建模等功能.

综合以上重、磁处理及反演软件以及三维GIS的发展现状，未来重、磁处理及反演软件系统的发展趋势有以下几方面：

(1) 软件集成化.一是软件功能在外部的集成化，从数据预处理、处理和转换、反演解释、图形绘制，再到数据统计、数据管理、GIS分析等，实现地球物理软件功能的集成；二是系统结构在内部的集成化，通过组件式开发，系统结构可以在主平台上根据需求有机组合，各模块可调用统一的数据格式，运算结果能够共享，使软件的能效最大化.软件的集成化要求具有统一的数据管理和组织方式、一致的操作习惯和流线式的工作流程，需要多语言混合编程、跨平台开发、COM等技术作为支持，它能体现多学科综合应用的优势，并满足不同领域地球物理勘查的需求，目前国内外一些软件已在向此方向发展，但集成化的性能还不完善，在一段时间内它仍是重磁软件发展的重要方向之一.

(2) 大数据管理.集成化的重磁软件将涉及多种来源、多种类型、多种格式甚至多种时空的数据，如地形数据，地球物理数据、处理和转换结果数据、反演结果数据，地质数据、钻孔等工程数据，三维模型、影像数据，各种文档资料及一些过程数据等，它们体现在数据处理、反演和解释的各个环节.通过科学的数据组织和管理，对信息进行准确、高效表达，对多种类型和格式的数据进行兼容的管理，对海量信息进行存储和访问，对知识库信息进行维护以提高数据库的查询和统计效率，便于更人性化的数据管理，涉及到多线程动态调度方法、海量数据多级缓存方法、多级三维空间索引技术等，在一些面对网络的应用当中，数据库还需支持互联网服务功能，实时更新并及时发布有关的数据.

(3) 三维表达效果.地球物理的处理及反演逐步走向三维，因此在三维表达上会更加精细化和高效化，三维数据模型开发技术、地质体快速建模技术以及动态建模技术是实现其功能的重要手段，开发方便快捷的交互建模工具，建立具有真实感的三维场景效果，将现实中地质体、地质现象和地质过程经过抽象、重构和再现，从而提高研究人员对岩矿体、地层以及构造等的分析、计算、解译及决策.

(4) 与GIS结合.借助GIS的数据组织能力，将多元化数据资料、处理反演结果以及三维模型数据等进行综合管理和表达；借助GIS查询、空间量算和分析能力，实现地质体位置、规模、物性信息的查询和量算，并对地质信息的深度挖掘，从而将定性转为定量；借助GIS的科学预测能力，为管理者的决策提供辅助信息.

(5) 灵活开放的软件开发技术.将重磁处理及反演技术与先进的软件开发技术相结合，采用组件或插件式开发，将整个体系分层及分块组织，各部分间利用通信机制进行联系，建立高内聚低耦合的系统架构，在其基础上结合跨语言、跨平台开发技术、数据库技术、三维可视化技术等，实现功能扩展，并且可根据用户需求对功能模块进行重新“组装”，使系统具备更强的灵活性、扩展性、容错性及功能的可移植性.

总的来看，未来重磁处理及反演软件要采用更灵活、更开放的软件开发技术，支持跨平台跨语言开发，集成大型数据库技术、三维可视化技术及GIS空间分析技术，来实现多源多维多类型多格式多尺度数据管理及数据融合，实现对地质实体和地质过程的还原和展示，实现对多元数据的弱信息挖掘和定量分析，从而为重磁综合解释提供更有利的支持.