分形濾波(S-A)技術(shù)在物探數(shù)據(jù)異常分解中的應(yīng)用

歐陽立勝

（廣東省地震局，廣東 廣州 510070）

分形濾波(S-A)技術(shù)在物探數(shù)據(jù)異常分解中的應(yīng)用

歐陽立勝

（廣東省地震局，廣東 廣州 510070）

分形濾波 (S-A)技術(shù)能夠有效地揭示地球物理場的空間相關(guān)性，對背景場以及異常場進行分解。應(yīng)用分形濾波 (S-A)技術(shù)分解內(nèi)蒙古某銀礦區(qū)地面高精度磁測異常，結(jié)果表明：對研究區(qū)高精度磁異常進行了有效分解，獲得了研究區(qū)背景場以及異常場特征，并剖析所獲得的異常場，分解異常8處，并據(jù)此結(jié)合地質(zhì)情況提出研究區(qū)的成礦有利區(qū)。

分形濾波；地面高精度磁測；異常分解

引言

在礦產(chǎn)勘查中，我們需要通過實施各種勘查技術(shù)來測量獲取所需的數(shù)據(jù),特別是通過物化探的方法獲取各種直接或者間接的成礦空間分布信息。然而我們所獲取的地球物理及地球化學數(shù)據(jù)往往是反映地表及地下多種地質(zhì)體和地質(zhì)過程的疊加結(jié)果，因此通過對地球物理及地球化學場的分解來研究有關(guān)的地質(zhì)體和地質(zhì)過程至關(guān)重要。同時，由于地質(zhì)過程往往具有多期次和空間相關(guān)性等特點,所產(chǎn)生的地質(zhì)體或者相應(yīng)的場往往會呈現(xiàn)空間自相似性或統(tǒng)計自相似性。 這種自相似性可以幫助分解不同地質(zhì)過程所產(chǎn)生的同類地質(zhì)體［1］。基于這一特征，文中選取內(nèi)蒙古西烏旗某銀礦床為研究對象，應(yīng)用分形濾波方法 （S-A）來分解研究區(qū)內(nèi)的物化探局部異常和背景場。研究表明,該方法對區(qū)分與礦有關(guān)的局部異常與背景場是很有效的。

1 S-A濾波方法原理

許多地質(zhì)過程包括礦化過程均可造成具有自相似性或統(tǒng)計自相似性的場-多重分形場。這種場的特點是場的形態(tài)變化具有與度量尺度的獨立性[1]。多重分形分析方法是一種用于研究具有自相似性或統(tǒng)計自相似性分布規(guī)律的有效方法，如果將多重分形場 （測度）表示為f（ε），它表示在尺度為ε×ε范圍內(nèi)的某種測度。比如，一定范圍內(nèi)的地球化學元素含量;一定范圍內(nèi)的地球物理場的測度。這些測度與尺度呈指數(shù)關(guān)系:

α稱為奇異性指數(shù)，由不同α指數(shù)對應(yīng)的空間集合構(gòu)成多個空間鑲嵌的分形，稱為多重分形，其分形維數(shù)用維數(shù)譜函數(shù)來描述[2]。由于地質(zhì)作用的差異所形成的地質(zhì)體，其空間模式具有不同的廣義自相似性。它們在頻率域中也具有不同的廣義自相似性。在頻率域中對這些不同的廣義自相似性進行識別，并采用濾波的方法選取部分頻率信息重新恢復(fù)空間模式，就可達到對異常場和背景場分離的目的。能譜密度S與能譜密度大于S的波數(shù)集合的面積A（波數(shù)的平方）之間的關(guān)系可以用下式來描述

用最小二乘法對logA～logS關(guān)系分段擬合求得對應(yīng)于不同的能譜密度范圍的冪指數(shù)β，根據(jù)不同的能譜密度范圍設(shè)計濾波器濾波，達到對場分離的目的[2～4]。目前該方法在Morpas3.0軟件上已經(jīng)得到實現(xiàn)。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

內(nèi)蒙古西烏旗某銀礦床屬中亞－蒙古地槽褶皺區(qū)、內(nèi)蒙古中部地槽褶皺系之內(nèi)蒙古大興安嶺地槽褶皺帶晚期的華力西地槽褶皺帶[5]。礦區(qū)出露地層為古生界下二疊統(tǒng)壽山溝組（P1s）砂巖、細砂巖、粉砂巖；中生界侏羅系上統(tǒng)瑪尼吐組 （J3mn）安山巖、安山玢巖和滿克頭鄂博組 （J3m）酸性凝灰?guī)r、集塊巖、含角礫凝灰?guī)r及沉凝灰?guī)r；第三系上新統(tǒng)五叉溝組 （N2Wc）黑色玄武巖和寶格達烏拉組 （N2b）棕色粉砂質(zhì)泥巖、紅色粘土和灰色砂礫巖；第四系 （Q4）沖洪積、沖坡積物及殘坡積碎石、風成砂及亞砂土。

礦區(qū)斷裂發(fā)育，在主斷裂帶及兩側(cè)發(fā)育一系列的北西向、北東向及近南北向斷裂。在礦區(qū)內(nèi)以二采區(qū)為中心，形成一系列環(huán)狀、放射狀斷裂，這些斷裂為礦液的運移和賦存提供了空間，斷裂構(gòu)造是本區(qū)的主要控礦因素。

礦區(qū)內(nèi)的巖漿巖主要為華力西晚期的超基性巖體和燕山期的巖株、巖墻和巖脈。礦區(qū)內(nèi)所見到的主要巖漿巖有：華力西晚期超基性巖，燕山晚期中性、酸性侵入體，花崗斑巖以及次流紋巖脈，花崗斑巖與閃長玢巖脈等脈巖。

高精度磁測范圍為礦區(qū)西側(cè)，面積2.42 km2，區(qū)內(nèi)第四系覆蓋面積約占80%以上，地表可見有褐或褐紅色Fe－硅質(zhì)蜂窩狀石英脈出露于研究區(qū)的東側(cè)，地形為東高西低，實測研究區(qū)海拔高度為941.49～1 014.06 m，相對高差73 m。

3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文選取物探數(shù)據(jù)為高精度磁測數(shù)據(jù) （ΔT），研究區(qū)測網(wǎng)布置為正南北向，線距50 m，點距10 m，總測點數(shù)5 292個，經(jīng)過一定的預(yù)處理以及校正，繪制ΔT等值線 (圖2)。

總磁場強度 （ΔT）極大值為392.42 nT，極小值－561.18 nT，從圖2中看，主要從異常區(qū)包括：圖幅北西，具有北東走向的長條狀高值磁異常區(qū) （箭頭所示），其中包含幾個單峰異常，從磁異常特征分析推測為隱伏不深的花崗巖或花崗閃長巖巖體引起；圖幅 （圖2）東南，包含強磁場異常，呈不規(guī)則狀半環(huán)形分布 （箭頭所示），環(huán)內(nèi)為負值異常場，依據(jù)礦區(qū)出露巖性層及研究區(qū)東部鉆孔揭示的巖層對比分析，推測為不規(guī)則狀蛇紋巖與砂巖接觸帶異常，上部負異常區(qū)輪廓清晰，推測為礦區(qū)含礦斷裂帶的西延伸部分，區(qū)內(nèi)地形較高地段可見氧化鐵帽分布于負磁異常區(qū)，為有利找礦勘查區(qū)。從上延2 km磁異常特征可見 （圖3），其具有向西南弧形轉(zhuǎn)折的趨勢，構(gòu)成外圍及深部找礦遠景區(qū)。

圖1 研究區(qū)ΔT化極磁異常Fig.1 The magnetic pole anomaly（ΔT）in study area

圖2 研究區(qū)ΔT上延2 km趨勢圖Fig.2 The upward trend map in study area

4 S－A濾波方法異常提取

4.1 異常提取

在Morpas3.0系統(tǒng)下，應(yīng)用S－A分形濾波方法對高精度磁測數(shù)據(jù)進行進一步的異常提取，以盡可能的消除背景的差異對異常的影響。從圖3我們獲取了lnA（＞S）－lnS即面積－能譜密度雙對數(shù)圖關(guān)系圖 （圖4），橫坐標代表能譜密度對數(shù)值變換，縱坐標表示面積的對數(shù)值。該方法確保了S和A之間的冪律關(guān)系，不同斜率的直線通常對應(yīng)空間域中不同的地球物理背景和異常場分布模式，斜線段由最小二乘方法擬合，豎線表示不同指數(shù)關(guān)系的分界。 左邊斜線段反映低能譜分布范圍并形成異常濾波器，右邊斜線段反映高能譜分布范圍并形成背景濾波器。圖中，用最小二乘法模擬的右邊兩條線段的交點確立的閾值lnS0= 10.05。 S＜S0通常代表異常，S＞S0代表背景。

圖3 高精度磁測ΔT的lnA(＞S)－lnS圖Fig.3 The lnA(＞S)－lnS map of high－precision magnetic survey data ΔT

圖4 研究區(qū)ΔT由 S－A濾波獲取背景場Fig.4 The background field obtained by ΔT S－A filtering in study area

圖5 研究區(qū)ΔT由 S－A濾波獲取異常場Fig.5 The anomaly field obtained by ΔT S－A filtering in study area

通過S－A方法，并以閾值lnS0=10.05獲取高精度磁測空間域中的背景場和異常場分別如圖5和6，從圖5上看，研究區(qū)的磁測背景表現(xiàn)為以北東為軸向的一系列相間的正異常以及負異常，背景的最高值出現(xiàn)在南東，通過地質(zhì)檢測，該區(qū)域廣泛發(fā)育以蛇紋巖為主的超基性蝕變巖，因此造成較高的背景值。

4.2 異常評價

相較于背景場，對于異常場往往更為重視，因為異常場是我們進行礦產(chǎn)勘查以及遠景區(qū)預(yù)測均的重要依據(jù)。通過S-A濾波方法分解異常場如圖6，圖6與圖2在某些范圍存在一定的相似，但也有區(qū)別，將其中的弱異常和隱蔽異常提取出來，并將各個異常編號，結(jié)合地質(zhì)情況，并進行描述及評價。

Ⅰ號異常：位于研究區(qū)北西，由一串南北向的面積較小的單峰異常組合而成，對應(yīng)巖性為滿酸性流紋巖以及流紋質(zhì)火山角礫巖；

Ⅱ號異常：位于研究區(qū)北，由軸向為北東的面積較大的雙峰異常組成，對應(yīng)的巖性推測為隱伏花崗巖，該異常有隱伏斷裂通過；

Ⅲ號異常：位于研究區(qū)北東，范圍較小，巖性為流紋巖與推測隱伏花崗巖接觸帶；

Ⅳ號異常：位于研究區(qū)中部，呈長條形，對應(yīng)巖性為酸性流紋巖以及流紋質(zhì)火山角礫巖，靠近蛇紋巖東部,斷裂通過此區(qū)域；

Ⅴ號異常：由半環(huán)形異常組成，主要包含三個單峰異常區(qū)，該區(qū)域?qū)?yīng)巖性為華力西晚期蛇紋巖，該異常值較大；

Ⅵ 號異常：位于研究區(qū)東，地質(zhì)特征與Ⅴ號異常相似，兩者包圍一較為明顯的負異常區(qū)域；

Ⅶ號異常：帶狀，在巖性上恰好位于壽山溝組板巖砂巖與酸性凝灰?guī)r、集塊巖接觸帶；

Ⅷ號異常：位于研究區(qū)西部，孤立，面積較小，推測巖性為隱伏酸性巖。

結(jié)合本礦區(qū)成礦特點特別是超基性蛇紋巖與成礦的關(guān)系，認為其中的Ⅳ、Ⅴ以及Ⅵ號異常區(qū)為研究區(qū)根據(jù)高精度磁測所推測的有利的成礦遠景區(qū)。

5 結(jié)論

通過分形濾波S-A方法分析地球物理異常的富集特征，有利于識別與礦化相關(guān)的地球物理異常，有助于分析地球物理數(shù)據(jù)的空間自相似性，對區(qū)分不同的異常，獲取與礦化有關(guān)的信息具有獨到之處，將是一種識別非常規(guī)、難識別的礦藏的有效方法。

［1］成秋明.空間自相似性與地球物理和地球化學場的分解方法 ［J］.地球物理學進展,2001,16（2）：8-17.

［2］成秋明.多重分形與地質(zhì)統(tǒng)計學方法用于勘查地球化學異常空間結(jié)構(gòu)和奇異性分析 ［J］.地球科學-中國地質(zhì)大學學報,2001,26（2）：161-166.

［3］李慶謀.分形奇異 (特征值)分解方法與地球物理和地球化學異常重建 ［J］.地球科學-中國地質(zhì)大學學報,2004,29（1）：110-118.

［4］李慶謀,劉少華.GIS環(huán)境下地球物理信號的奇異值分解、多維分形特征與應(yīng)用 ［J］.地球物理學進展, 2003,18（1）：97-102.

［5］劉建明,張銳,張慶洲.大興安嶺地區(qū)的區(qū)域成礦特征 ［J］.地學前緣,2004,11（1）：269-277.

Abstract：Fractal filtering(S-A method)can reveal the spatial correlation of geophysical field and decompose the background field and anomaly field.Using fractal filtering(S-A method)to extract the geophysical anomalies of a silver deposits in Inner Mongolia,the results show that fractal filtering technology can decompose the high-precision magnetic anomaly effectively.Based on the characteristic of the background field and anomaly field in study area and analysis on the anomaly field,eight anomaly zones are extracted.Combining with the geological features,we give some suggestions on ore advantageous prospecting region in the study area.

Keywords：Fractal filtering(S-A method);Ground high-precision magnetic survey;Unusual decomposition

Application of Fractal Filtering in Unusual Decomposition of Geophysical Data

OUYANG Lisheng
(Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070,China)

TU435

A

1001-8662（2010）04-0070-06

2010-07-20

歐陽立勝，男，1974年生，工程師.主要從事工程抗震研究. E-mail:1095705480@qq.com.