基于頻率域磁異常轉(zhuǎn)換的斷裂構(gòu)造劃分判據(jù)

寧 堃，謝 濤，邵昌盛，鄧子清

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基于頻率域磁異常轉(zhuǎn)換的斷裂構(gòu)造劃分判據(jù)

寧 堃，謝 濤，邵昌盛，鄧子清

（四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八二大隊，四川德陽 618000）

實踐表明，利用磁異?？梢暂^為準確的對斷裂、區(qū)域深大斷裂、褶皺等構(gòu)造進行推斷劃分。實踐中，通過對西藏某熱液型鉛鋅多金屬礦區(qū)實測的磁異常數(shù)據(jù)進行頻率域垂向二階導(dǎo)數(shù)和水平梯度模的轉(zhuǎn)換處理，突出一些淺部地質(zhì)體或邊界引起的弱磁異常響應(yīng)，結(jié)合實際地質(zhì)情況和DT、垂向二階導(dǎo)數(shù)、水平梯度模的斷裂確定標(biāo)志，推斷劃分了多條斷裂構(gòu)造，取得了較理想的效果。

磁異常；頻率域；垂向二階導(dǎo)數(shù)；水平梯度模；斷裂構(gòu)造

地球物理勘探中，用磁法可以圈定斷裂破碎帶，是因為斷裂的產(chǎn)生改變了巖石的磁性，或者改變了地層的產(chǎn)狀，或者沿斷裂帶伴有后期或同期巖漿活動，或者沿斷裂兩側(cè)具有不同的構(gòu)造特點。一般情況下，在DT等值圖上可以根據(jù)磁異常特點直接對斷裂進行劃分。然而，在地質(zhì)情況復(fù)雜的地區(qū)，迭加異常相互干擾，弱信號與誤差并存，使異常變得十分復(fù)雜而難以解釋，這就需要根據(jù)實際情況對磁異常進行精細化處理和轉(zhuǎn)換，從而進一步提高解釋推斷的精度。以西藏某熱液型鉛鋅多金屬礦的高精度磁法數(shù)據(jù)為例，介紹如何綜合利用頻率域磁異常垂向二階導(dǎo)數(shù)和水平梯度模技術(shù)對斷裂構(gòu)造進行推斷劃分。

1 頻率域磁異常轉(zhuǎn)換方法

頻率域磁異常轉(zhuǎn)換首先要將磁異常原始數(shù)據(jù)經(jīng)過傅氏變換轉(zhuǎn)換為頻譜，然后乘以相應(yīng)的頻響因子，再經(jīng)過反傅氏變換得到結(jié)果，這種處理方法對磁場高頻成分有突出和放大作用，它側(cè)重于淺層近地表地質(zhì)的磁效應(yīng)而壓制深層區(qū)域背景場的影響，從而突出淺部地質(zhì)體引起的局部異常和解釋地質(zhì)體的邊界（斷裂、巖體、礦體邊界等）。

1.1 頻率域磁異常垂向二階導(dǎo)數(shù)

垂向二階導(dǎo)數(shù)可以分離及突出要追索的局部異常，為研究區(qū)內(nèi)的某些侵入巖體的形態(tài)和規(guī)模、分布狀態(tài)和延伸，繼而為發(fā)現(xiàn)找礦有利地段提供豐富的信息。

由傅立葉變換，目標(biāo)總強度磁異常的Bm的一階垂向?qū)?shù)Bmz與其頻譜關(guān)系為：

根據(jù)位場理論，總強度磁異常近似滿足拉普拉斯方程，其空間延拓公式可以表示為：

式中FBm（u，v，0）為z=0平面上總強度磁異常Bm（x，y，0）的頻譜。將（2）對z方向求偏導(dǎo)數(shù)，得：

對比式（1）和式（2）兩端，得：

1.2 頻率域磁異常水平梯度模

磁異常水平梯度是指磁異常強度在水平方向X和Y上的變化率，水平梯度模的一個重要功能就是用來快速勾畫磁性地質(zhì)體和構(gòu)造邊界的水平位置，一般用下式對磁異常水平梯度模進行計算。

2 工作區(qū)遙感解譯特征

2.1 線性構(gòu)造

圖1 工作區(qū)遙感解譯圖（黑框為工作區(qū)）

1）影像特征，工作區(qū)地處岡底斯巖漿弧、雅魯藏布江結(jié)合帶和喜馬拉雅板片三大構(gòu)造單元向東拓展的區(qū)域，斷裂構(gòu)造、大型節(jié)理以及隱伏斷層等十分發(fā)育（圖1）。

2）線性構(gòu)造空間展布格局及地質(zhì)意義，由線性影像特征顯示，區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造有單一的直線狀或曲線狀，也有復(fù)雜的束狀、帶狀、聯(lián)合弧狀。通過地面地質(zhì)調(diào)查驗證，這些線性影像或線帶影像絕大部分是大型節(jié)理帶、構(gòu)造破碎帶、韌性剪切帶、斷裂構(gòu)造帶在遙感圖像上的綜合反映。

3）主要線性構(gòu)造特征，曲木折—覺拉線性構(gòu)造：位于本區(qū)南部，東西走向，延伸﹥130km，東段與北東向卡布斷裂復(fù)合，為早白堊世拉康組（K2l）與中侏羅世遮拉組（J2z?）、晚三疊世涅如組（T3n）等地層的分界斷裂。斷裂帶寬約0.5km,帶內(nèi)巖石碎裂巖化、片理化、節(jié)理、裂隙、柔皺極為發(fā)育，部分地段形成斷層崖。影像上線性特征清楚，連續(xù)線狀延伸，具條帶狀影紋，沿走向溝谷、河流、埡口、陡巖地貌特征明顯。

古堆—隆子線性構(gòu)造：斜跨本區(qū)中部，走向北西、長度﹥80km晚三疊世地層與侏羅紀、白堊紀地層分界斷裂。斷裂帶內(nèi)巖石碎裂巖化、糜棱巖化、片理化、節(jié)理、裂隙、斷層三角面、牽引構(gòu)造極為發(fā)育。影像上線性特征清楚，連續(xù)寬緩波狀線形延伸，具帶狀影紋，沿走向線狀溝谷、河流、埡口地貌較為發(fā)育。

2.2 環(huán)形構(gòu)造

環(huán)形構(gòu)造影紋圖案、紋形結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造背景關(guān)系極為密切。在地貌上常表現(xiàn)為正地形、環(huán)狀、放射狀水系、溝谷或山脊。所顯示的環(huán)形構(gòu)造規(guī)模、形態(tài)及其組合的影像特征較為明晰多樣。

組合形態(tài):一般為圓形、橢圓形及半圓形?？煞譃閱误w、復(fù)式組合體兩類。復(fù)式組合體可劃分為子母環(huán)(衛(wèi)星環(huán))、包含環(huán)、同心多層環(huán)、環(huán)結(jié)及環(huán)鏈等五種。子母環(huán)(衛(wèi)星環(huán))，由大環(huán)和依附大環(huán)環(huán)緣的次級小環(huán)構(gòu)成；包含環(huán)，大環(huán)內(nèi)包容較小的次級環(huán)；同心多層環(huán)，由同心不同半徑的環(huán)形體組成；環(huán)結(jié)，由三個以上半徑相近的且部分相互重疊的環(huán)組合而成；環(huán)鏈，環(huán)形體有部分重疊，成鏈狀。其它還可劃分為套疊環(huán)、環(huán)帶等，形態(tài)較上述復(fù)雜，由兩個以上疊合形成套疊環(huán)或依次排列成環(huán)帶。

與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系:區(qū)內(nèi)環(huán)形構(gòu)造與區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動、巖漿活動和變質(zhì)作用關(guān)系十分密切，是各類地質(zhì)作用結(jié)果的直接反映，但大多數(shù)均由構(gòu)造巖漿活動所致。

1）簡單、清晰、較大的環(huán)形構(gòu)造多為環(huán)狀斷裂、短軸背、向斜褶皺構(gòu)造、斷裂旁側(cè)牽引旋扭構(gòu)造所引起。

2）復(fù)雜、隱晦的復(fù)式環(huán)群組合體為構(gòu)造巖漿侵入活動的表征。簡單隱晦的環(huán)鏈、環(huán)帶多半是構(gòu)造熱液活動的產(chǎn)物，并多出現(xiàn)在斷裂構(gòu)造帶或環(huán)塊構(gòu)造的旁側(cè)。

3）龜斑狀、蛛網(wǎng)狀、網(wǎng)格狀、放射狀多邊形塊帶，是侵入巖體存在的表現(xiàn)。而環(huán)、塊迭切的地帶，是侵入巖體及其隱伏巖體產(chǎn)出地帶，即巖漿侵入、火山噴發(fā)等構(gòu)造巖漿活動的場所，是成巖成礦最有利的地段。

4）菱形、透鏡狀巖塊帶為脆性線性剪切帶——韌性剪切帶在影像上的反映，發(fā)育于區(qū)域性斷裂構(gòu)造帶的旁側(cè)(上盤)或構(gòu)造單元邊界附近。多由線性束或弧形斷裂及色異常引起。

圖2 DT化極等值線圖

圖3DT化極水平梯度模（a）、垂向二階導(dǎo)數(shù)（b）平面等值線圖

3 工作區(qū)斷裂構(gòu)造推斷解釋

受區(qū)域褶皺束和斷裂的影響，工作區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造多為北北東、北東向，僅有一條較大的北北西向斷裂。礦區(qū)內(nèi)共有16條斷層，其中F4、F5、F6、F7為礦區(qū)主要含礦構(gòu)造，斷層內(nèi)主要發(fā)育構(gòu)造角礫巖，礦化、蝕變以弱磁、無磁性的方鉛礦化、閃鋅礦化、輝銻礦化、脆硫銻鉛礦化、褐鐵礦化、黃鐵礦化、方解石化、硅化為主，其次有粘土化、綠泥石化等。

對工作區(qū)磁異常DT網(wǎng)格化數(shù)據(jù)進行正?；瘶O處理后得到如下等值線圖（圖2）。

對化極后的DT網(wǎng)格化數(shù)據(jù)分別進行頻率域水平梯度模和垂向二階導(dǎo)數(shù)計算，將計算后的數(shù)據(jù)分別進行成圖（圖3-a、b）。

3.1 確定斷裂的標(biāo)志

磁異常圖上確定斷裂的標(biāo)志為：

①兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線；②具有明顯走向的磁力梯級帶；③線性延伸很長的條帶狀、串珠狀磁異常帶；④線性延伸較大的磁異常帶突然發(fā)生轉(zhuǎn)向、扭曲、尖滅、膨大或挫斷的部位。

水平梯度模圖(圖3-a)上斷裂的標(biāo)志為：

①線性異常的軸線或線性排列的正異常軸的連線；②異常的規(guī)則性扭曲或錯斷；③兩側(cè)異常特征明顯不同的分界線。

垂向二階導(dǎo)數(shù)圖(圖3-b)上零值線可能為存在斷裂的標(biāo)志。

3.2 斷裂構(gòu)造推斷劃分

根據(jù)DT平面等值線圖、水平梯度模圖、垂向二階導(dǎo)數(shù)圖（圖3-a、b）特征，推斷斷裂28條，主要以北西向為主，其次為北東及近東西向。

主要斷裂特征敘述如下：

1）Ft9斷裂：本斷裂為區(qū)內(nèi)大斷裂，在25萬地質(zhì)圖上有顯示，也是區(qū)內(nèi)最長的一條斷裂，始于工區(qū)西北角，經(jīng)過彭杰、腳母郎指、青木竹，終于工區(qū)南緣，全長22.5km，走向北西向，貫穿整個工區(qū)；與Ft1相交，被Ft8、Ft11、F12錯斷，在青木竹處被Ft22斷裂錯斷。該斷裂為磁異常帶突然發(fā)生扭曲及錯斷處、線狀水平梯度模軸線及垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線處；由西北向東南，地表出露主要為下侏羅統(tǒng)日當(dāng)組，第四系，最后進入白云母花崗巖體，由西北向東南穿過了桑日則鉛鋅多金屬礦區(qū)，在礦區(qū)內(nèi)據(jù)彭杰東部1.1km處，為多條斷裂交匯處（Ft3、Ft4、Ft6及原有斷裂），為成礦有利區(qū)。

推斷斷裂具體特征表

編號走向長度/km判別依據(jù) Ft1北東6.6兩側(cè)不同特征磁場分界線，西南部為磁異常梯級帶，東南部為負磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft2北西4.3兩側(cè)不同特征磁場分界線，北部為磁異常梯級帶，南部為負磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft3近東西向4.2磁異常發(fā)生錯斷扭曲；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft4近東西向3.9磁異常發(fā)生錯斷扭曲；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft5北東5.3兩側(cè)不同特征磁場分界線，西部為一高磁異常圈閉，東部為一負磁異常圈閉，在南部為磁異常發(fā)生收扭曲縮部位；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft6北東2.3具有明顯走向的磁力梯級帶；線狀水平梯度模軸線 Ft7北北東5.2磁異常發(fā)生錯斷扭曲；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft8北東向14.7南部，由西南至東北為線性延伸的條帶狀串珠狀磁異常帶，北半部斷裂處磁異常發(fā)生了扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft9北西22.5磁異常帶發(fā)生扭曲及錯斷；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft10北西14.5兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，東側(cè)為高磁異常圈閉，西側(cè)為低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線 Ft11近東西3.2兩側(cè)不同特征磁場分界線，北部為一低磁異常圈閉，南部為一低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線 Ft12東西向-北東向10.2磁異常發(fā)生扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft13北東5.2磁異常發(fā)生錯斷扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft14北東2.4磁異常圈閉發(fā)生錯斷；水平梯度模異常扭曲；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft15北西西1.7兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，北側(cè)為高磁異常圈閉，南側(cè)為低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft16北東2.6兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，北側(cè)為低磁異常圈閉，南側(cè)為高磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft17北北東4.5由北向南，磁異常帶突然發(fā)生轉(zhuǎn)向及尖滅；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft18北西2.5兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，北側(cè)為高磁異常圈閉，南側(cè)為低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線 Ft19北東7.9兩側(cè)分別為不同磁場值的磁異常圈閉；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft20北東1.6兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，西北側(cè)為低磁異常圈閉，東南側(cè)為高磁異常圈閉，線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft21北東-北北東2.7條帶狀串珠狀磁異常帶及磁異常發(fā)生錯斷扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft22北西西-北東10.1兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，北側(cè)為低磁異常圈閉，東南側(cè)為磁異常梯級帶；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft23北西2.5兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，西北側(cè)為低磁異常圈閉，東南側(cè)為高磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft24北北東7.8條帶狀串珠狀磁異常帶及磁異常發(fā)生錯斷扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft25近南北向1.7兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，西北側(cè)為低磁異常圈閉，東南側(cè)為平靜磁場區(qū)；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft26北東東3.8兩側(cè)磁場特點截然不同的磁場分界線，北側(cè)為一高磁異常圈閉，南側(cè)為兩個低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft27北東東2.2兩異常圈閉的分界線，北側(cè)為低磁異常圈閉，南側(cè)為高磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線 Ft28北西西1.7磁異常發(fā)生轉(zhuǎn)向；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導(dǎo)數(shù)零值線

4 結(jié)論

推測斷裂與已有斷裂對比圖見圖4，紅色實線為已知斷裂，藍色虛線為推斷斷裂。Ft9、Ft3、Ft4、Ft13、Ft14、Ft24、Ft25與原有斷裂對應(yīng)較好；Ft7、Ft12東半部及Ft8西南部與原有一斷裂對應(yīng)較好；Ft24及Ft8東北部與原有一斷裂對應(yīng)較好。推斷斷裂中，F(xiàn)t3、Ft4、Ft8、Ft9、Ft11、Ft12、Ft13、Ft14、Ft20、Ft24均有礦體出露，可作為下一步的找礦重點區(qū)。

由此可見，相比單純利用DT，對磁異常進行必要的轉(zhuǎn)換，如本文中對磁異常進行頻率域磁異常水平梯度模和垂向二階導(dǎo)數(shù)的計算再網(wǎng)格化成圖，能夠捕捉和突出一些不突出、不連續(xù)的一些重要的磁異常信息，從而使得對斷裂構(gòu)造的推斷結(jié)果更加貼近實際地質(zhì)情況，更能有效的指導(dǎo)下一步的找礦工作。

[1] 管志寧, 等. 地磁場與磁力勘探[M]. 北京：北京地質(zhì)出版社，2005

[2] 王曉曼，李及秋，等．西藏扎西康鉛鋅銻多金屬礦地質(zhì)特征及礦床成因探討[J]．礦產(chǎn)與地質(zhì)，2011，25(4) ：273-279．

[3] 李及秋, 原恩惠, 劉敏院, 等．西藏自治區(qū)隆子縣桑日則礦區(qū)鉛鋅多金屬礦詳查地質(zhì)報告[R]．西藏華鈺礦業(yè)開發(fā)有限公司．2010．

[4] 劉玲, 等，西藏扎西康地區(qū)鉛鋅礦調(diào)查評價磁法測量工作報告[R]. 2014

Criteria of Fracture Tectonic Division Based on Transformation of Magnetic Anomaly in Frequency Domain

NING Kun XIE Tao SHAO Chang-sheng DENG Zi-qing

(No. 282 Geological Party, Sichuan Bureau of Uranium Geology, Deyang, Sichuan 618000)

The practice shows that fault and fold structures may be deduced and divided by means of magnetic anomaly. This paper makes transformation of vertical two order derivative and horizontal gradient mode of magnetic anomaly data in frequency domain measured by in a hydrothermal lead-zinc polymetallic mining area in Tibet in order tohighlight some shallow geological bodies or weak magnetic anomaly response. Accordingly, many faults and are divided in the mining area.

magnetic anomaly; frequency domain; vertical two derivative; horizontal gradient model; fault

2018-04-18

寧堃（1985-），男，安徽蚌埠人，工程師，長期從事礦產(chǎn)、工程地球物理勘查工作

P631

A

1006-0995（2018）02-0332-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.033