小波多尺度分解技術在隱伏礦上的解釋應用

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將異常分解為多階逼近和細節，通過逼近和細節，來區分礦與非礦異常以及鉆孔定位，并結合功率譜曲線，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在三個礦區的應用實例。

小波分析方法是近年來發展起來的新的數學方法，廣泛地應用于信號處理、圖像處理、模式識別等眾多的學科和相關技術研究中，在重磁勘探領域的應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。理論模型分析結果表明，小波多尺度分解與譜分析方法結合起來提取某一深度地質體產生的磁異常比常規的空間延拓、高次導數、匹配濾波等方法要好。據筆者了解，野外生產單位對小波多尺度分解這一技術知之甚少，而對這一技術的充分應用更是微乎其微；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用于磁法勘探資料處理，就是把野外觀測值△T經一階小波分解，得到局部場△T局1和區域場△T區1，把△T區1作二階小波分解得到△T局2和△T區2，再把△T區2作三階小波分解可得△T局3和△T區3，……如此分解下去：

△T=△T三階逼近+△T三階細節+△T二階細節+△T一階細節

在固體礦產勘探方面，在對孤立地質體的異常提取和解釋中，用小波多尺度分析方法應分解到幾階要根據實際磁測資料和地質資料，結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，均使用中國地質大學劉天佑教授的磁法勘探軟件MAGS2.0進行解釋。

筆者對工區磁測平面△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，再結合平面上其它地質資料進行定性分析解釋；最后對磁法精測剖面進行經驗切線法或特征點法定量解釋并利用鉆探資料進行2.5維人機聯作交互反演。

應用效果分析

實例1：該礦區位于河南省西北部，地形有高差。此項目也為兩權價款招標項目，由我單位承擔。從航磁異常圖上看，該異常為孤立異常，且處在構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，異常規整，有北陡南緩的特點。磁異常經過化極和向上延拓處理，結合地質特征，綜合分析認為本區磁異常位于太古界林山群，與斜長角閃片巖等有關，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，將磁異常分解為1～4階細節和4階逼近。用功率譜分析方法得出一階細節場源似深度20m。二階細節場源似深度163m，三階細節場源似深度442m，四階細節場源似深度638m，其中小波二階、三階細節顯著的反映了地質體產生的異常響應（圖2和圖3）。反映地表至50～300m深磁性體產生的磁異常。而四階逼近（圖4）主要反應的是背景場，四階細節（圖5）已看不出明顯的局部異常。根據精測剖面，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上，2009年對高磁測量所發現的兩個局部異常，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%。礦體頂底板均為黑云角閃片巖、黑云石英片巖類。

實例2：坦桑尼亞某金礦區位于該國的中西部，地形平坦，覆蓋嚴重；本區金礦與條帶狀含鐵建造（BIF）關系極為密切，而含鐵建造具強磁性，在地表引起的磁異常非常強烈，據此特點，本區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）。該礦區處于低磁緯度區，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。結合本區巖石的磁性參數和地質特征，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。

磁異常經過日變、正常場、高度改正后，進行了低磁緯度區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，將磁異常分解為1～4階細節和4階逼近。用功率譜分析方法得出一階細節場源似深度38m，二階細節場源似深度62m，三階細節場源似深度215m，四階細節場源似深度為392m，其中小波二階、三階細節顯著的反映了地質體產生的異常響應（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）主要反應的是背景場，四階細節（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，其結果也表明磁源深度較淺，磁性體產狀較陡。

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在69.00～171.33m，見有一層金礦脈，含金品位在8g/t左右。本礦區2010年仍在鉆探施工中。

實例3：該礦區位于河南省中北部，地形相對平坦。此項目為兩權價款招標項目，由我單位承擔。七十年代末在該地區進行了1∶50000航測工作，發現了本區航磁異常；八十年代初在本區開展了1∶2萬地面磁測工作，限于當時的認識水平和以后隨著國家找礦重點的轉移，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代化的數據處理技術，現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。磁測結果顯示：平面上異常形態呈橢圓狀（見圖11），異?？傮w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^大的磁性地質體引起。磁異常經過化極和向上延拓處理，結合地質和物探資料分析，推測認為本區磁異?？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階細節和5階逼近，用譜分析方法得出一階細節場源似深度219m。二階細節場源似深度477m，三階細節場源似深度900m，四階細節場源似深度為1100m，其中小波三階、四階細節顯著的反映了地質體產生的異常響應，（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（圖15）場源似深度1200多米，已經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作正演擬合計算，其結果均表明磁源深度在千米左右。

2010年6月根據此結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，經過小波多尺度分解技術把異常分解為多階逼近和細節，通過逼近和細節，提取深部礦體的有關信息，來區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，經過小波多尺度分解技術把異常分解為多階逼近和細節，再結合功率譜曲線，計算推測的磁性體場源似深度與實際鉆探結果深度比較相符。

（作者單位：河南省地質礦產勘查開發局第二地質礦產調查院）

[1]劉天佑.位場勘探數據處理新方法[M].北京：科學出版社，2007

[2]李水平.低磁緯度地區△T異常處理解釋方法在坦桑尼亞某地區金礦預查中的應用[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.中國地質大學（武漢）地球物理與空間信息學院，2007