歐拉反褶積方法在內(nèi)蒙古塔木素粘土巖預(yù)選區(qū)的應(yīng)用

劉 星，許文軍

（東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院,江西 南昌330013）

高放射性廢物產(chǎn)生熱量與地下水結(jié)合將加速巖石的蠕變[1]，了解深部地質(zhì)斷裂的空間展布對(duì)處置庫(kù)安全、長(zhǎng)期存在至關(guān)重要。重、磁數(shù)據(jù)來(lái)源廣、分布范圍大、深部信息豐富，是查明深部地質(zhì)構(gòu)造、判別區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定的重要手段。場(chǎng)源自動(dòng)反演技術(shù)是位場(chǎng)資料處理解釋的重要內(nèi)容。其中，歐拉反褶積是一種可以自動(dòng)、半自動(dòng)快速估算異常源位置信息的反演解釋方法，具有較強(qiáng)的適用性、計(jì)算結(jié)果直觀等特點(diǎn)，依托著在反演過(guò)程中無(wú)需先驗(yàn)信息的優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛地研究與應(yīng)用[2]。在1949年，Peters首次提出歐拉反褶積方法[3]；在1982年，Thompson在Peters的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改善并將其應(yīng)用在磁測(cè)數(shù)據(jù)二維歐拉反褶積反演中[4]，然后在1990年Reid等再將其應(yīng)用在三維磁測(cè)資料處理[5]；2004年，Keating和Pilkington提出了解析信號(hào)的歐拉反褶積[6]；2005年，范美寧等對(duì)歐拉反褶積方法進(jìn)行了改進(jìn),通過(guò)找到場(chǎng)源與構(gòu)造指數(shù)間的直接系數(shù)關(guān)系，從而減少了反演計(jì)算量[7]；2008年,習(xí)宇飛等將歐拉反褶積應(yīng)用于井中磁測(cè)資料反演中，有效估計(jì)場(chǎng)源分布位置[8]；2017年,孫昂等將歐拉反褶積應(yīng)用到實(shí)測(cè)航磁三分量數(shù)據(jù)中，準(zhǔn)確地對(duì)異常體邊界進(jìn)行估計(jì)[9]。

為快速查明處置庫(kù)預(yù)選區(qū)內(nèi)斷裂展布，文章基于1:10萬(wàn)航磁資料為基礎(chǔ)，對(duì)預(yù)選區(qū)開(kāi)展了歐拉反褶積反演研究，有效揭露了研究區(qū)內(nèi)深部斷裂構(gòu)造分布，為處置庫(kù)選址篩選工作提供參考信息。

1 歐拉反褶積法理論基礎(chǔ)

歐拉反褶積方法是以歐拉齊次方程為基礎(chǔ)，利用重力或磁異常沿x、y、z三個(gè)不方向的偏導(dǎo)數(shù)以及構(gòu)造指數(shù)建立線性方程組并求解，進(jìn)一步計(jì)算求出異常源的水平位置及深度。該方法是一種快速估計(jì)場(chǎng)源位置參數(shù)的方法，由Reid等給出的基本表達(dá)式為：

其中，x、y、z為觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)；x0、y0、z0為場(chǎng)源位置中心坐標(biāo)；f為位場(chǎng)異常；、分別為位場(chǎng)異常 f在 x、y、z方向上的偏導(dǎo)數(shù)；B為背景場(chǎng)；N為位場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的構(gòu)造指數(shù)。

2 研究區(qū)概況

塔木素地區(qū)是我國(guó)高放廢物粘土巖處置庫(kù)選址的重點(diǎn)研究區(qū)域，地質(zhì)概況如圖1所示，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)頻繁，受區(qū)域斷裂和控盆斷裂構(gòu)造的影響，構(gòu)造發(fā)育存在一定的方向性，控制了盆地的沉積類型與空間發(fā)育特點(diǎn)，總體表現(xiàn)以NE向?yàn)橹?，其次近EW向和NW向。研究區(qū)基底地層主要為古遠(yuǎn)古代和石炭系上統(tǒng)和二疊系的變質(zhì)巖系，蓋層地層主要由侏羅系、白堊系和第四系沉積巖系組成，其中下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段為主要粘土巖處置庫(kù)選址。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖

圖2 塔木素航磁歐拉反演解（底圖為化極后的磁異常）

3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)歐拉反褶積

將歐拉反褶積法運(yùn)用到塔木素航磁異常中，圖2為塔木素地區(qū)航磁數(shù)據(jù)歐拉反演結(jié)果圖，可以看出研究區(qū)的構(gòu)造較為復(fù)雜，斷裂構(gòu)造或巖性接觸帶發(fā)育。底圖為塔木素地區(qū)航磁數(shù)據(jù)化極處理后的磁異常分布圖，研究區(qū)整體表現(xiàn)為東高西低。在粘土巖預(yù)選區(qū)內(nèi)(黑色線框內(nèi))，西側(cè)總體表現(xiàn)為低負(fù)磁異常，與淺部大面積低磁性的花崗巖基底和沉積地層對(duì)應(yīng)。東側(cè)整體呈正高磁異常，與高磁性火成巖地層直接相關(guān)，很好地對(duì)應(yīng)實(shí)際地下地質(zhì)體分布。根據(jù)地質(zhì)圖已知，東側(cè)及南側(cè)地表地質(zhì)體分布多為第四系，屬無(wú)磁性或弱磁性，整體磁異常表現(xiàn)為正高磁異常，因此可以推測(cè)該區(qū)存在隱伏高磁性地質(zhì)體。

圖中黑點(diǎn)表示歐拉反演磁異常源水平位置和延伸情況，根據(jù)其連線可以判斷出四條主要的北東走向的呈帶狀分布的磁異常構(gòu)造，與火成巖地層對(duì)應(yīng)。研究區(qū)整體推斷構(gòu)造或巖性接觸帶以北東走向?yàn)橹?，與地質(zhì)資料己知構(gòu)造位置能較好地對(duì)應(yīng)，證明歐拉反褶積法具有較強(qiáng)的斷裂構(gòu)造識(shí)別能力。在粘土巖預(yù)選區(qū)內(nèi)，反演解水平位置以北東走向?yàn)橹?，綜合信息分析沉積巖分布區(qū)的磁異常主要是由斷裂構(gòu)造產(chǎn)生。未進(jìn)行歐拉反褶積處理前化極磁異常邊界范圍不清晰,斷裂構(gòu)造形跡不好推斷,經(jīng)歐拉反褶積反演后,斷裂平面延伸方向相對(duì)較明確,未出現(xiàn)斷裂切割或錯(cuò)動(dòng)等活動(dòng)現(xiàn)象。綜上,歐拉反褶積方法可提高磁異常對(duì)斷裂的識(shí)別能力,有助于劃分處置庫(kù)預(yù)選區(qū)內(nèi)斷裂分布關(guān)系。

在實(shí)際資料處理過(guò)程中，數(shù)據(jù)質(zhì)量和解的收斂性問(wèn)題等因素會(huì)影響歐拉反褶積法反演效果，因此還需結(jié)合其他地球物理方法和地質(zhì)資料進(jìn)行綜合解釋，以提高反演解的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

本文將歐拉反褶積方法應(yīng)用在中國(guó)內(nèi)蒙古塔木素地區(qū)的航磁資料處理中,反演結(jié)果的分布位置基本上呈條帶狀，綜合化極磁異常及地質(zhì)資料，推斷確定了粘土巖預(yù)選區(qū)斷裂構(gòu)造及地下磁性體分布，與已知地質(zhì)資料相符合,有效證明歐拉反褶積法的適用性。歐拉反褶積法基本反映出了內(nèi)蒙古塔木素地區(qū)地下深大斷裂的走向或巖性接觸帶的分布特征。結(jié)合解釋結(jié)果和己知地質(zhì)資料可知研究區(qū)內(nèi)磁異常主要源自斷裂構(gòu)造，同時(shí)也為研究處置庫(kù)選址提供了依據(jù)。