小波斷裂分析處理磁異常推斷構(gòu)造效果淺析——以安徽全椒隆興地區(qū)為例

張驍，許強(qiáng)平

（1.安徽省勘查技術(shù)院，安徽合肥 230031；2.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊，安徽合肥 230011）

0 引言

斷裂體系分析是位場資料處理解釋中的一個重要環(huán)節(jié)。通過向上延拓的方法可以分析深層的斷裂或判斷斷裂向下延伸的情況，但延拓高度的增加也會使異常細(xì)節(jié)丟失，無疑給解釋工作帶來難度。

突變信號檢測在數(shù)字信號處理中具有非常重要的地位和作用，如故障檢測、物體探傷、圖像邊緣檢測等。地下物性不連續(xù)的情況往往會引起奇異或突變的地球物理信號，如地層分界面處波阻抗變化引起地震信號的突變，斷裂的存在引起位場異常的不規(guī)則變化等。而對信號奇異點(diǎn)位置和奇異度大小的分析，小波具有良好的檢測能力。

安徽全椒隆興地區(qū)位于長江中下游鐵、銅成礦帶的中段北緣，張八嶺成礦帶北部南段，找礦信息豐富，找礦線索較多。分析該地區(qū)地質(zhì)情況，已知鉛鋅重晶石礦脈多見于構(gòu)造附近。選取合適尺度

s

，對安徽隆興地區(qū)1:10000高精度磁法數(shù)據(jù)進(jìn)行小波斷裂分析，較好的指示勘查區(qū)構(gòu)造情況，為研究區(qū)礦產(chǎn)勘查工作提供一定的指示。

1 小波奇異性檢測原理及小波模極大值

對于非負(fù)可微光滑函數(shù)

φ

(

x

)，如高斯函數(shù)或B樣條函數(shù)，如果滿足條件

稱

ψ

(

x

)為為基本小波或母小波。

ψ

(

x

)經(jīng)過伸縮和平移后，得到一個小波系列。通常稱

φ

(

x

)為尺度函數(shù)，

ψ

(

x

)為小波函數(shù)。

定義尺度變換

對于任意函數(shù)

f

(

x

)∈

L

(

R

)關(guān)于

ψ

(

x

)的連續(xù)小波變換為：

式中，（*）表示卷積運(yùn)算。這樣，

一般來說，(

f

*

ψ

)(

x

)為對信號

f

(

x

)按尺度

s

用低通濾波函數(shù)

φ

(

x

)進(jìn)行低通濾波光滑后的結(jié)果。而連續(xù)小波變換

W

[

f

](

s

,

x

)為

f

(

x

)的一階導(dǎo)數(shù)。小波變化

W

[

f

](

s

,

x

)的極值與

f

*

φ

)(

x

)快速變化有關(guān)，通常稱為多尺度邊緣。實際上，連續(xù)小波變換實質(zhì)上是一種先低通濾波后微分的信號處理方法。

2 模型檢驗

本文用一個三維地質(zhì)體模型說明位場小波在地質(zhì)體邊緣檢測中的應(yīng)用。如圖1-a和圖1-b所示，地質(zhì)體模型為一個長方體單元（400m×400m×100m），剩余密度為1.0g/cm，觀測區(qū)域大小為1000m×1000m，地質(zhì)體位于觀測區(qū)域中心。圖1-c為地質(zhì)體重力異常。為檢驗位場小波奇異性檢測的抗噪能力，給重力異常加上5%的高斯噪聲，如圖1-d所示。圖1-e為不加噪聲重力異常的一階導(dǎo)數(shù)（X方向和Y方向兩個一階水平導(dǎo)數(shù)疊加），雖然能夠反映地質(zhì)體的邊界，但邊界模糊，不易識別。圖1-f是利用位場小波變換得到的小波系數(shù)（尺度因子

s

=1，X方向和Y方向分別作小波變換疊加），然后提取其小波模極大值的結(jié)果，顯然，清晰而準(zhǔn)確的指示了地質(zhì)體邊界。圖1-g是對圖1-d中的加噪后的重力異常進(jìn)行小波變換得到小波系數(shù)（尺度因子

s

=1），然后提取其小波模極大值的結(jié)果。由于噪聲的干擾，地質(zhì)體邊界顯得凌亂。為減小噪聲干擾，采用多個尺度上小波系數(shù)疊加的辦法，突出地質(zhì)體邊界特征。具體做法是：對圖1-g中加噪后的重力異常在

s

=1～10十個尺度上進(jìn)行小波變換，分別提取其小波模極大值，然后將十個尺度上的小波模極大值疊加，得到圖1-h中的結(jié)果。由于隨機(jī)噪音頻率較高，對重力異常作小波變換后，噪音的奇異性特征主要分布在較小尺度上，隨著尺度加大，噪音的影響會越來越弱，將不同尺度的小波系數(shù)疊加，邊界處的小波系數(shù)增強(qiáng)，噪聲的小波系數(shù)受到壓制，最終能夠反映出深度較大的邊界特征。與圖1-g對比，圖1-h能夠清晰指示地質(zhì)體邊界特征。

圖1 利用位場小波分析三維地質(zhì)體模型重力異常邊界特征Figure 1.Analysis of boundary characteristics of gravity anomaly in 3D geological body model using potential field wavelet

3 小波斷裂分析磁異常效果淺析

分析安徽全椒隆興地區(qū)地質(zhì)情況，區(qū)內(nèi)常李南面及高頭張-求雨廟-謝洼一帶發(fā)育數(shù)條鉛鋅重晶石礦脈，呈脈狀、透鏡狀、不規(guī)則狀，嚴(yán)格受斷裂帶控制，分叉、復(fù)合、膨縮現(xiàn)象顯著，產(chǎn)狀與斷裂產(chǎn)狀一致。高頭張-求雨廟-謝洼一帶礦脈近南北向，傾向東；常李西南面礦脈北西向，基本傾向西南，僅個別傾向東北。發(fā)育的脈狀鉛鋅礦體主要以鉛、重晶石礦為主。鉛鋅-重晶石礦化賦存在構(gòu)造破碎帶中，以含礦構(gòu)造角礫巖和構(gòu)造石英巖形式產(chǎn)出。礦化體與圍巖界線較明顯，近礦圍巖為西冷巖組石英絹云母片巖。巖石片理較發(fā)育，片理面上多見石英細(xì)小顆粒。

已知鉛鋅重晶石礦脈多見于構(gòu)造附近，如F1、F2、F3、F4、F5、F6構(gòu)造均見鉛鋅重晶石礦脈，所以研究構(gòu)造對該區(qū)找礦具有重要意義。研究區(qū)區(qū)域上主要為矽卡巖型銅、鐵（金）礦床及熱液型銅、鉛、鋅礦床等，它們往往是圍繞著燕山期侵入的中酸性雜巖體及構(gòu)造斷裂帶分布，當(dāng)巖體與碳酸鹽巖接觸時往往形成矽卡巖型礦床（點(diǎn)），當(dāng)成礦熱液沿破碎帶進(jìn)行充填、交代作用時則可能形成熱液型銅、鉛、鋅礦床（點(diǎn)），所以深部巖體信息是研究區(qū)找尋銅礦的重要地質(zhì)信息。斷裂往往會引起重磁異常發(fā)生突變，不同的異常特征反映了不同的斷裂構(gòu)造，從而可以根據(jù)其重磁場特征對斷裂體系進(jìn)行定性或定量分析。

研究區(qū)系統(tǒng)開展1∶10000高精度磁法面積測量，如圖2-b、2-c所示，根據(jù)Δ

T

（化極）磁異常圈定研究區(qū)內(nèi)磁異常（編號C1、C2）。圈定的C1、C2磁異常反映淺層磁性不均勻地質(zhì)體、深部巖體及構(gòu)造等信息。為突出勘查區(qū)構(gòu)造信息，運(yùn)用磁法勘探軟件MAGS4.0，采用二維小波斷裂分析研究區(qū)磁異常[3]，選擇不同的尺度因子

s

，獲得水平細(xì)節(jié)磁異常、垂直細(xì)節(jié)磁異常和對角細(xì)節(jié)磁異常。綜合分析并結(jié)合研究區(qū)已知構(gòu)造，認(rèn)為采用二維小波斷裂分析該區(qū)磁異常，選擇合適的尺度因子

s

=4，獲得水平細(xì)節(jié)磁異常、垂直細(xì)節(jié)磁異常和對角細(xì)節(jié)磁異常（圖2-d～f），較好地反映了該區(qū)構(gòu)造走向特性。如圖2-d所示，為研究區(qū)水平細(xì)節(jié)磁異常，磁異常邊界特征不明顯，說明研究區(qū)構(gòu)造在東西向走向特性不明顯；如圖2-e所示，為研究區(qū)垂直細(xì)節(jié)磁異常，磁異常邊界特征明顯，說明研究區(qū)構(gòu)造在南北向走向特性明顯，如F1、F2、F4及F6等已知構(gòu)造均與帶狀磁異常對應(yīng)；如圖2-f所示，為研究區(qū)對角細(xì)節(jié)磁異常，磁異常邊界特征明顯，反映研究區(qū)構(gòu)造走向總體特性，磁異常邊界與已知構(gòu)造位置對應(yīng)。綜上，根據(jù)研究區(qū)對角細(xì)節(jié)磁異常（圖2-f），推測了研究區(qū)構(gòu)造位置，推斷構(gòu)造主要分布于研究區(qū)北西側(cè)及中東部，北西側(cè)主要為新莊—張山戶、宣合水庫—何莊許及黑老洼—西梁，中東部主要為大高—洼李、吳莊—上許（團(tuán)壩），為研究區(qū)礦產(chǎn)勘查工作提供一定的指示。

圖2 勘查區(qū)地質(zhì)圖及ΔT磁異常Figure 2.Geological map of exploration area andΔT magnetic anomaly

4 體會與認(rèn)識

（1）安徽全椒隆興地區(qū)位于長江中下游鐵、銅成礦帶的中段北緣，張八嶺成礦帶北部南段，找礦信息豐富，找礦線索較多，已知鉛鋅重晶石礦脈多見于構(gòu)造附近。

（2）采用二維小波斷裂分析安徽全椒隆興地區(qū)磁異常，選擇合適的尺度因子

s

=4，獲得水平細(xì)節(jié)磁異常、垂直細(xì)節(jié)磁異常和對角細(xì)節(jié)磁異常，磁異常邊界對研究區(qū)構(gòu)造走向特性反映效果良好。（3）根據(jù)研究區(qū)對角細(xì)節(jié)磁異常（

s

=4），推測了研究區(qū)構(gòu)造位置，為該區(qū)礦產(chǎn)勘查工作提供一定的指示。