小波分析在磁異常深部信息提取中的應(yīng)用

孫立偉，張?zhí)煲?，王?/p>

吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長春 130012

0 引言

隨著礦產(chǎn)資源需求的增加及地質(zhì)勘查工作程度不斷加大，地表礦產(chǎn)日益減少，隱伏、深部礦產(chǎn)資源成為地勘找礦的重中之重。利用磁測異常提取深部信息，準(zhǔn)確的判別深部地質(zhì)、礦產(chǎn)資源賦存空間位置、形狀、產(chǎn)狀等，成為深部找礦的重要手段方法之一[1]。

小波分析是近年來應(yīng)用數(shù)學(xué)和工程學(xué)科中一個(gè)迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于信號(hào)、圖像處理和地震、重磁勘探等眾多領(lǐng)域。小波變換引入多尺度分析的思想，將信號(hào)分解成各種不同頻率或尺度成分，并且通過伸縮、平移聚焦到信號(hào)的任一細(xì)節(jié)加以分析[2]。本文利用小波變換方法將磁異常分解到1～5階的細(xì)節(jié)，并用功率譜分析方法來計(jì)算其所代表的場源深度，充分分析異常并結(jié)合地質(zhì)等信息，來指導(dǎo)判斷深部場源的賦礦信息[3]。

1 控礦地質(zhì)條件

礦區(qū)地處西藏—三江造山系，揚(yáng)子西緣多島—弧—盆系，瀾滄江深大斷裂帶從中部縱貫全區(qū)。礦床類型屬火山成因的火山噴溢沉積+氣液變質(zhì)改造型鐵礦，主要賦存于新近系細(xì)碧巖、細(xì)碧角斑巖、鈉長斑巖、火山角礫巖等火山碎屑巖中。

瀾滄江深大斷裂，系早期基底斷裂，在形成后的漫長地質(zhì)年代中，繼承性斷裂、火山噴發(fā)及巖漿活動(dòng)曾多次發(fā)生，因此沿?cái)嗔褞纬梢惶讖V泛分布的火山巖系地層及侵入體。礦區(qū)處于瀾滄江深大斷裂帶東側(cè)斷裂帶中，整體為一火山穹窿，沿火山中心有一近東西向橫斷層穿過，旁側(cè)近南北向及北北東向正斷層較發(fā)育，對區(qū)內(nèi)磁鐵礦體有控制和破壞作用?；鹕?期后和火山)氣液作用，使礦區(qū)火山巖普遍發(fā)生了蝕變的熱液交代，并對原礦石有明顯的改造，即再結(jié)晶加富，并形成磁鐵礦細(xì)脈或膠結(jié)角礫。

2 地球物理場特征

2.1 礦區(qū)(巖)礦石磁性特征

磁鐵礦與其它巖石相比有明顯的磁性差異，至少相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，其磁性最強(qiáng)(κ平均值為96 000×10-64πSI，Jr平均值為11 260×10-3A/m)，它是該區(qū)的主要磁性源，新近系細(xì)碧巖、角斑巖及含磁鐵細(xì)碧巖和含磁鐵角斑巖等具有中等偏強(qiáng)的磁性(κ平均值約為(1 300～8 600)×10-64πSI、Jr平均值為(400～18 000)×10-3A/m)，這些巖石與磁鐵礦體共生或成其為圍巖，當(dāng)巖石中磁鐵礦含磁鐵量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，則成為礦石。中基性火山巖雖具有一定磁性，但與磁鐵礦相比至少小了一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此磁鐵礦產(chǎn)生的強(qiáng)磁異常是用磁法在該區(qū)尋找磁鐵礦的一個(gè)主要標(biāo)志。

表1 礦區(qū)巖(礦)石標(biāo)本磁參數(shù)特征

2.2 礦區(qū)重磁場特征

礦區(qū)處于古元古背斜引起的北東向重力高異常背景上。磁場表現(xiàn)為南北走向的長橢圓形強(qiáng)磁異常，由北向南異常強(qiáng)度逐漸減弱，而規(guī)模逐漸增大。北側(cè)伴有近東西走向的負(fù)磁異常，經(jīng)化極后異常中心向北移動(dòng)，北側(cè)負(fù)磁異常范圍及幅值降低，正異常幅值升高，其峰值大于3 200 nT。垂向一階導(dǎo)數(shù)異常平面圖中表現(xiàn)出異常范圍向中心收縮的特征，且北側(cè)異常反映明顯；對異常進(jìn)行不同高度上延處理，異常幅值下降緩慢，在上延500 m后異常面積擴(kuò)大但異常形態(tài)基本未變，表明磁性體具有較大的埋深及下延深度。

3 小波變換與應(yīng)用

3.1 小波分析

礦區(qū)磁異常規(guī)模大、強(qiáng)度高，據(jù)磁異常特征及上延處理成果，磁性源具較大的埋深及延伸，為了解磁性源深部賦存情況對異常進(jìn)行了小波多尺度分解，并將不同尺度細(xì)節(jié)異常采用對數(shù)功率譜來計(jì)算其相應(yīng)場源深度。圖2為高精度磁測ΔT異常圖及1～5階小波分析細(xì)節(jié)剖析圖，通過該圖可看出在一階小波細(xì)節(jié)圖中主要反映地表出露或近地表的磁鐵礦引起的磁異常[4]。

圖1 礦區(qū)磁異常剖析圖Fig.1 Magnetic anomaly map of the mining areaA.地質(zhì)礦產(chǎn)圖; B.ΔT異常;C.ΔT化極異常;D.ΔT上延500 m異常

圖2 小波多尺度分解細(xì)節(jié)剖析圖Fig.2 Detail analysis of wavelet multi-scale decompositionA.ΔT異常; B.一階細(xì)節(jié)異常;C.二階細(xì)節(jié)異常;D.三階細(xì)節(jié)異常; E.四階細(xì)節(jié)異常;F.五階細(xì)節(jié)異常

小波二階、三階細(xì)節(jié)圖，功率譜擬深度測算反映深度分別為240 m及480 m。局部異常主要反映的是異常北段即已知磁鐵礦體淺表至500 m處所引起的強(qiáng)磁異常，異常峰值為1 800 nT和1 300 nT，異常正負(fù)伴生，異常向南擴(kuò)大但其異常中心基本未變，說明礦體產(chǎn)狀為近直立且下延深度較大[4]。

四階小波細(xì)節(jié)中主要突顯了深部磁性地質(zhì)體，北側(cè)礦段局部異?；鞠?。其場源擬深度為805 m，局部磁異常為南北走向的橢圓形磁異常，異常中心南移位于30勘探線處，異常中心較為寬緩，周邊伴有明顯的負(fù)磁異常，剩余異常峰值大于900 nT。反映在800 m深處仍有強(qiáng)磁性礦體且向南傾伏。

圖3 A—A′剖面磁測推斷礦體示意圖 Fig.3 Schematic diagram of Section A—A′ magnetic survey inferred ore body

五階小波細(xì)節(jié)場源擬深度為1 200 m，圖中該異常表現(xiàn)為等軸狀圓形磁異常，北側(cè)18線處異常已很不明顯，而異常中心位于30勘探線以南，剩余異常近440 nT，推測該處深部仍有向南延伸的鐵磁性礦體。

3.2 異常解釋

目前已探明的磁鐵礦體，主要位于該磁異常的北段。通過上述了解磁異常在不同尺度的特征，分析認(rèn)為該異常為淺部與深部的疊加磁異常，淺表異常主要反映在地表至500 m磁性體引起，深部磁異常主要為南段隱伏磁性體引起；北段磁性體為多層疊加的板狀體，總體傾向?yàn)榻绷?。南段磁性體為近水平板狀體，總體呈向南延伸、向下側(cè)伏。

據(jù)不同尺度下磁異常特征結(jié)合地質(zhì)資料分析認(rèn)為，該鐵礦與沿?cái)嗔汛嬖诘幕鹕絿姲l(fā)中心有密切的聯(lián)系，礦體受火山機(jī)構(gòu)控制作用明顯，礦體由北向南具有厚度變薄、埋深增大的趨勢且向南側(cè)有很大的延伸。該礦區(qū)向南具有較大的深部找礦潛力。

4 結(jié)論

利用小波多尺度分析方法對磁異常進(jìn)行分解，提取不同尺度空間上特別是深部的異常特征[5]，結(jié)合已有資料進(jìn)行綜合分析，推斷磁性地質(zhì)體在不同空間上的賦存信息。同時(shí)也可作為磁測剖面2.5D人機(jī)交互反演的間接約束條件，增加反演推斷的準(zhǔn)確性。

后據(jù)上述，在異常南側(cè)的30線及42線進(jìn)行了剖面反演計(jì)算，推測深部隱伏磁性體埋深分別為520 m和1 210 m，存在較大規(guī)模的隱伏磁鐵礦體，后經(jīng)鉆探工程得以驗(yàn)證。