小波多尺度分解技術(shù)在隱伏礦上的解釋應(yīng)用

程華 李水平 張同中 張愛玲 荊鵬

筆者把近幾年在野外實際工作隊中所測的地面高精度磁法資料，運用小波多尺度分解技術(shù)將異常分解為多階逼近和細節(jié)，通過逼近和細節(jié)，來區(qū)分礦與非礦異常以及鉆孔定位，并結(jié)合功率譜曲線，來計算推測磁性體的場源似深度均起到了明顯的效果。文中介紹了小波多尺度分解技術(shù)在三個礦區(qū)的應(yīng)用實例。

小波分析方法是近年來發(fā)展起來的新的數(shù)學(xué)方法，廣泛地應(yīng)用于信號處理、圖像處理、模式識別等眾多的學(xué)科和相關(guān)技術(shù)研究中，在重磁勘探領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了較好的成果。利用小波多尺度分析方法，將磁異常分解到不同尺度空間，作為一種新而有效的位場分離途徑，小波多尺度分析方法為磁測解釋提供了新的思路。理論模型分析結(jié)果表明，小波多尺度分解與譜分析方法結(jié)合起來提取某一深度地質(zhì)體產(chǎn)生的磁異常比常規(guī)的空間延拓、高次導(dǎo)數(shù)、匹配濾波等方法要好。據(jù)筆者了解，野外生產(chǎn)單位對小波多尺度分解這一技術(shù)知之甚少，而對這一技術(shù)的充分應(yīng)用更是微乎其微；筆者近幾年來一直在河南省鐵礦整合勘查和國外金礦勘查一線工作，磁測資料的處理解釋則充分利用小波多尺度分解這一方法，對磁測異常進行定性分析，并結(jié)合功率譜曲線，對磁源似深度進行推測，且取得了一定的效果。

小波多尺度分解方法概述

小波多尺度分析方法應(yīng)用于磁法勘探資料處理，就是把野外觀測值△T經(jīng)一階小波分解，得到局部場△T局1和區(qū)域場△T區(qū)1，把△T區(qū)1作二階小波分解得到△T局2和△T區(qū)2，再把△T區(qū)2作三階小波分解可得△T局3和△T區(qū)3，……如此分解下去：

△T=△T三階逼近+△T三階細節(jié)+△T二階細節(jié)+△T一階細節(jié)

在固體礦產(chǎn)勘探方面，在對孤立地質(zhì)體的異常提取和解釋中，用小波多尺度分析方法應(yīng)分解到幾階要根據(jù)實際磁測資料和地質(zhì)資料，結(jié)合理論模型分析來確定。

本文所論實例中的小波多尺度分析過程，均使用中國地質(zhì)大學(xué)劉天佑教授的磁法勘探軟件MAGS2.0進行解釋。

筆者對工區(qū)磁測平面△T異常資料首先用小波多尺度和功率譜分析確定場源似深度，再結(jié)合平面上其它地質(zhì)資料進行定性分析解釋；最后對磁法精測剖面進行經(jīng)驗切線法或特征點法定量解釋并利用鉆探資料進行2.5維人機聯(lián)作交互反演。

應(yīng)用效果分析

實例1：該礦區(qū)位于河南省西北部，地形有高差。此項目也為兩權(quán)價款招標項目，由我單位承擔(dān)。從航磁異常圖上看，該異常為孤立異常，且處在構(gòu)造和成礦的有利位置，具成礦的可能。2008年12月進行地面高精度磁法測量工作。磁異常為長軸東西向（見圖1），呈橢圓狀的低緩異常。異常有兩個峰值，其△T極大值分別為：360nT、340nT，異常規(guī)整，有北陡南緩的特點。磁異常經(jīng)過化極和向上延拓處理，結(jié)合地質(zhì)特征，綜合分析認為本區(qū)磁異常位于太古界林山群，與斜長角閃片巖等有關(guān)，推測是地下磁性體或太古界林山群斜長角閃片巖引起的。

利用小波多尺度分解技術(shù)，將磁異常分解為1～4階細節(jié)和4階逼近。用功率譜分析方法得出一階細節(jié)場源似深度20m。二階細節(jié)場源似深度163m，三階細節(jié)場源似深度442m，四階細節(jié)場源似深度638m，其中小波二階、三階細節(jié)顯著的反映了地質(zhì)體產(chǎn)生的異常響應(yīng)（圖2和圖3）。反映地表至50～300m深磁性體產(chǎn)生的磁異常。而四階逼近（圖4）主要反應(yīng)的是背景場，四階細節(jié)（圖5）已看不出明顯的局部異常。根據(jù)精測剖面，運用特征點法對異常進行了定量解釋，推算出磁性體上頂深度在400米左右。

在初步綜合研究的基礎(chǔ)上，2009年對高磁測量所發(fā)現(xiàn)的兩個局部異常，進行了鉆探驗證，見礦情況良好。鉆孔揭露鐵礦賦存于太古界林山群變質(zhì)巖系上部的綠色片巖中，礦體埋深397～455m，含礦巖系厚度105.27m，含礦（大于工業(yè)品位）4層，累計礦層鉛垂厚度11.95m。單層最大鉛垂厚度6.4m。品位TFe：19.09～32.27%，MFe：16.06～31.14%，單層最大厚度礦體（6.4m）平均品位TFe：26.94%，MFe含量24.46%。礦體頂?shù)装寰鶠楹谠平情W片巖、黑云石英片巖類。

實例2：坦桑尼亞某金礦區(qū)位于該國的中西部，地形平坦，覆蓋嚴重；本區(qū)金礦與條帶狀含鐵建造（BIF）關(guān)系極為密切，而含鐵建造具強磁性，在地表引起的磁異常非常強烈，據(jù)此特點，本區(qū)則利用磁法探測含鐵建造間接來達到尋找金礦脈之目的。2008年進行了地面高精度磁法測量工作（見圖6）。該礦區(qū)處于低磁緯度區(qū)，以水平磁化為主，基本上全為負磁異常，磁異常的特點是峰值高（△Tmax為2400nT），梯度大，初步表明磁源深度淺的特征。結(jié)合本區(qū)巖石的磁性參數(shù)和地質(zhì)特征，認為其它巖石（花崗巖等）不會引起這么高的磁異常，推測可能是條帶狀含鐵建造引起的。

磁異常經(jīng)過日變、正常場、高度改正后，進行了低磁緯度區(qū)磁異常的化赤和延拓處理，并將磁異常倒相，之后利用小波多尺度分解技術(shù)，將磁異常分解為1～4階細節(jié)和4階逼近。用功率譜分析方法得出一階細節(jié)場源似深度38m，二階細節(jié)場源似深度62m，三階細節(jié)場源似深度215m，四階細節(jié)場源似深度為392m，其中小波二階、三階細節(jié)顯著的反映了地質(zhì)體產(chǎn)生的異常響應(yīng)（圖7和圖8）。反映出了地表至62～215m深條帶狀含鐵建造的磁異常。而四階逼近（圖9）主要反應(yīng)的是背景場，四階細節(jié)（圖10）已看不出明顯的局部異常。又進行了特征點法定量解釋和二度半人機交互反演擬合計算，其結(jié)果也表明磁源深度較淺，磁性體產(chǎn)狀較陡。

2009年布置鉆孔（ZK081、ZK001）進行鉆探驗證，從驗證的兩個鉆孔來看，ZK081鉆孔孔深121.00m，條帶狀含鐵建造出現(xiàn)在48.85～100.05m，其中見有四層金礦脈，主要集中在60～80m之間，最高含金品位達30g/t；ZK001鉆孔孔深173.88m，條帶狀含鐵建造出現(xiàn)在69.00～171.33m，見有一層金礦脈，含金品位在8g/t左右。本礦區(qū)2010年仍在鉆探施工中。

實例3：該礦區(qū)位于河南省中北部，地形相對平坦。此項目為兩權(quán)價款招標項目，由我單位承擔(dān)。七十年代末在該地區(qū)進行了1∶50000航測工作，發(fā)現(xiàn)了本區(qū)航磁異常；八十年代初在本區(qū)開展了1∶2萬地面磁測工作，限于當(dāng)時的認識水平和以后隨著國家找礦重點的轉(zhuǎn)移，一直未對此異常進行驗證。隨著第二輪找鐵礦熱潮的到來，以及高分辨率的探測儀器和現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，現(xiàn)在對此異常進行了重新審視。2010年4月重新開展了地面高精度磁法測量工作。磁測結(jié)果顯示：平面上異常形態(tài)呈橢圓狀（見圖11），異常總體走向為北東向，沿走向呈雙峰，異常范圍寬大，低緩，曲線相對圓滑，水平梯度變化很小，由此初步也可推斷異?？赡苡陕裆钶^大的磁性地質(zhì)體引起。磁異常經(jīng)過化極和向上延拓處理，結(jié)合地質(zhì)和物探資料分析，推測認為本區(qū)磁異?？赡転榀B加在黑云母花崗片麻巖之上的磁性體引起。

之后，利用小波多尺度分解技術(shù)對磁異常進行了重新定性分析。用多尺度分析方法將磁異常分解為1～5階細節(jié)和5階逼近，用譜分析方法得出一階細節(jié)場源似深度219m。二階細節(jié)場源似深度477m，三階細節(jié)場源似深度900m，四階細節(jié)場源似深度為1100m，其中小波三階、四階細節(jié)顯著的反映了地質(zhì)體產(chǎn)生的異常響應(yīng)，（圖12和圖13）。反映地表至900～1100m深鐵礦體的磁異常，異常特征為正負伴生，兩側(cè)都有負值，表明鐵礦體是下延有限的形體。而五階逼近（圖14）主要反應(yīng)的是背景場。綜合分析認為，該異常體的埋深可能主要在900～1100m。五階細節(jié)（圖15）場源似深度1200多米，已經(jīng)看不出明顯局部異常，推測在1200m深度以下不太可能有鐵礦體存在。隨后，利用精測剖面又進行了特征點法定量解釋和二度半人機聯(lián)作正演擬合計算，其結(jié)果均表明磁源深度在千米左右。

2010年6月根據(jù)此結(jié)果投入了千米鉆機進行驗證。從所打的第一個鉆孔來看，鐵礦體埋藏深度在1000～1100米，鐵礦類型為磁鐵石英型，礦體平均品位20.36～30.22%，礦體累計厚度約25米左右。

地面高精度磁法資料，經(jīng)過小波多尺度分解技術(shù)把異常分解為多階逼近和細節(jié)，通過逼近和細節(jié)，提取深部礦體的有關(guān)信息，來區(qū)分礦與非礦異常以及鉆孔定位，能起到明顯的效果。

從以上實例中可以看出，經(jīng)過小波多尺度分解技術(shù)把異常分解為多階逼近和細節(jié)，再結(jié)合功率譜曲線，計算推測的磁性體場源似深度與實際鉆探結(jié)果深度比較相符。

（作者單位：河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院）

[1]劉天佑.位場勘探數(shù)據(jù)處理新方法[M].北京：科學(xué)出版社，2007

[2]李水平.低磁緯度地區(qū)△T異常處理解釋方法在坦桑尼亞某地區(qū)金礦預(yù)查中的應(yīng)用[J].物探與化探，2009.33

[3]劉天佑等.磁法勘探軟件手冊MAGS2.0使用說明.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，2007