基于頻率域磁異常轉換的斷裂構造劃分判據

寧 堃，謝 濤，邵昌盛，鄧子清

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基于頻率域磁異常轉換的斷裂構造劃分判據

寧 堃，謝 濤，邵昌盛，鄧子清

（四川省核工業地質局二八二大隊，四川德陽 618000）

實踐表明，利用磁異常可以較為準確的對斷裂、區域深大斷裂、褶皺等構造進行推斷劃分。實踐中，通過對西藏某熱液型鉛鋅多金屬礦區實測的磁異常數據進行頻率域垂向二階導數和水平梯度模的轉換處理，突出一些淺部地質體或邊界引起的弱磁異常響應，結合實際地質情況和DT、垂向二階導數、水平梯度模的斷裂確定標志，推斷劃分了多條斷裂構造，取得了較理想的效果。

磁異常；頻率域；垂向二階導數；水平梯度模；斷裂構造

地球物理勘探中，用磁法可以圈定斷裂破碎帶，是因為斷裂的產生改變了巖石的磁性，或者改變了地層的產狀，或者沿斷裂帶伴有后期或同期巖漿活動，或者沿斷裂兩側具有不同的構造特點。一般情況下，在DT等值圖上可以根據磁異常特點直接對斷裂進行劃分。然而，在地質情況復雜的地區，迭加異常相互干擾，弱信號與誤差并存，使異常變得十分復雜而難以解釋，這就需要根據實際情況對磁異常進行精細化處理和轉換，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據為例，介紹如何綜合利用頻率域磁異常垂向二階導數和水平梯度模技術對斷裂構造進行推斷劃分。

1 頻率域磁異常轉換方法

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

1.1 頻率域磁異常垂向二階導數

垂向二階導數可以分離及突出要追索的局部異常，為研究區內的某些侵入巖體的形態和規模、分布狀態和延伸，繼而為發現找礦有利地段提供豐富的信息。

由傅立葉變換，目標總強度磁異常的Bm的一階垂向導數Bmz與其頻譜關系為：

根據位場理論，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方向求偏導數，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體和構造邊界的水平位置，一般用下式對磁異常水平梯度模進行計算。

2 工作區遙感解譯特征

2.1 線性構造

圖1 工作區遙感解譯圖（黑框為工作區）

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

2）線性構造空間展布格局及地質意義，由線性影像特征顯示，區內線性構造有單一的直線狀或曲線狀，也有復雜的束狀、帶狀、聯合弧狀。通過地面地質調查驗證，這些線性影像或線帶影像絕大部分是大型節理帶、構造破碎帶、韌性剪切帶、斷裂構造帶在遙感圖像上的綜合反映。

3）主要線性構造特征，曲木折—覺拉線性構造：位于本區南部，東西走向，延伸﹥130km，東段與北東向卡布斷裂復合，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,帶內巖石碎裂巖化、片理化、節理、裂隙、柔皺極為發育，部分地段形成斷層崖。影像上線性特征清楚，連續線狀延伸，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—隆子線性構造：斜跨本區中部，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。斷裂帶內巖石碎裂巖化、糜棱巖化、片理化、節理、裂隙、斷層三角面、牽引構造極為發育。影像上線性特征清楚，連續寬緩波狀線形延伸，具帶狀影紋，沿走向線狀溝谷、河流、埡口地貌較為發育。

2.2 環形構造

環形構造影紋圖案、紋形結構與地質構造背景關系極為密切。在地貌上常表現為正地形、環狀、放射狀水系、溝谷或山脊。所顯示的環形構造規模、形態及其組合的影像特征較為明晰多樣。

組合形態:一般為圓形、橢圓形及半圓形。可分為單體、復式組合體兩類。復式組合體可劃分為子母環(衛星環)、包含環、同心多層環、環結及環鏈等五種。子母環(衛星環)，由大環和依附大環環緣的次級小環構成；包含環，大環內包容較小的次級環；同心多層環，由同心不同半徑的環形體組成；環結，由三個以上半徑相近的且部分相互重疊的環組合而成；環鏈，環形體有部分重疊，成鏈狀。其它還可劃分為套疊環、環帶等，形態較上述復雜，由兩個以上疊合形成套疊環或依次排列成環帶。

與地質構造的關系:區內環形構造與區內構造活動、巖漿活動和變質作用關系十分密切，是各類地質作用結果的直接反映，但大多數均由構造巖漿活動所致。

1）簡單、清晰、較大的環形構造多為環狀斷裂、短軸背、向斜褶皺構造、斷裂旁側牽引旋扭構造所引起。

2）復雜、隱晦的復式環群組合體為構造巖漿侵入活動的表征。簡單隱晦的環鏈、環帶多半是構造熱液活動的產物，并多出現在斷裂構造帶或環塊構造的旁側。

3）龜斑狀、蛛網狀、網格狀、放射狀多邊形塊帶，是侵入巖體存在的表現。而環、塊迭切的地帶，是侵入巖體及其隱伏巖體產出地帶，即巖漿侵入、火山噴發等構造巖漿活動的場所，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，發育于區域性斷裂構造帶的旁側(上盤)或構造單元邊界附近。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）、垂向二階導數（b）平面等值線圖

3 工作區斷裂構造推斷解釋

受區域褶皺束和斷裂的影響，工作區斷裂構造發育，構造多為北北東、北東向，僅有一條較大的北北西向斷裂。礦區內共有16條斷層，其中F4、F5、F6、F7為礦區主要含礦構造，斷層內主要發育構造角礫巖，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。

對工作區磁異常DT網格化數據進行正常化極處理后得到如下等值線圖（圖2）。

對化極后的DT網格化數據分別進行頻率域水平梯度模和垂向二階導數計算，將計算后的數據分別進行成圖（圖3-a、b）。

3.1 確定斷裂的標志

磁異常圖上確定斷裂的標志為：

①兩側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生轉向、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異常的規則性扭曲或錯斷；③兩側異常特征明顯不同的分界線。

垂向二階導數圖(圖3-b)上零值線可能為存在斷裂的標志。

3.2 斷裂構造推斷劃分

根據DT平面等值線圖、水平梯度模圖、垂向二階導數圖（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：本斷裂為區內大斷裂，在25萬地質圖上有顯示，也是區內最長的一條斷裂，始于工區西北角，經過彭杰、腳母郎指、青木竹，終于工區南緣，全長22.5km，走向北西向，貫穿整個工區；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生扭曲及錯斷處、線狀水平梯度模軸線及垂向二階導數零值線處；由西北向東南，地表出露主要為下侏羅統日當組，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，在礦區內據彭杰東部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。

推斷斷裂具體特征表

編號走向長度/km判別依據 Ft1北東6.6兩側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；垂向二階導數零值線 Ft2北西4.3兩側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；垂向二階導數零值線 Ft3近東西向4.2磁異常發生錯斷扭曲；垂向二階導數零值線 Ft4近東西向3.9磁異常發生錯斷扭曲；垂向二階導數零值線 Ft5北東5.3兩側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，在南部為磁異常發生收扭曲縮部位；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 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磁異常發生錯斷扭曲；垂向二階導數零值線 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生了扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft9北西22.5磁異常帶發生扭曲及錯斷；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft10北西14.5兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，東側為高磁異常圈閉，西側為低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線 Ft11近東西3.2兩側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磁異常發生扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft13北東5.2磁異常發生錯斷扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft14北東2.4磁異常圈閉發生錯斷；水平梯度模異常扭曲；垂向二階導數零值線 Ft15北西西1.7兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，北側為高磁異常圈閉，南側為低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft16北東2.6兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，北側為低磁異常圈閉，南側為高磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft17北北東4.5由北向南，磁異常帶突然發生轉向及尖滅；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft18北西2.5兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，北側為高磁異常圈閉，南側為低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線 Ft19北東7.9兩側分別為不同磁場值的磁異常圈閉；垂向二階導數零值線 Ft20北東1.6兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，西北側為低磁異常圈閉，東南側為高磁異常圈閉，線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft21北東-北北東2.7條帶狀串珠狀磁異常帶及磁異常發生錯斷扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft22北西西-北東10.1兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，北側為低磁異常圈閉，東南側為磁異常梯級帶；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft23北西2.5兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，西北側為低磁異常圈閉，東南側為高磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft24北北東7.8條帶狀串珠狀磁異常帶及磁異常發生錯斷扭曲；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft25近南北向1.7兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，西北側為低磁異常圈閉，東南側為平靜磁場區；垂向二階導數零值線 Ft26北東東3.8兩側磁場特點截然不同的磁場分界線，北側為一高磁異常圈閉，南側為兩個低磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft27北東東2.2兩異常圈閉的分界線，北側為低磁異常圈閉，南側為高磁異常圈閉；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線 Ft28北西西1.7磁異常發生轉向；線狀水平梯度模軸線；垂向二階導數零值線

4 結論

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與原有斷裂對應較好；Ft7、Ft12東半部及Ft8西南部與原有一斷裂對應較好；Ft24及Ft8東北部與原有一斷裂對應較好。推斷斷裂中，Ft3、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。

由此可見，相比單純利用DT，對磁異常進行必要的轉換，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數的計算再網格化成圖，能夠捕捉和突出一些不突出、不連續的一些重要的磁異常信息，從而使得對斷裂構造的推斷結果更加貼近實際地質情況，更能有效的指導下一步的找礦工作。

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

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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、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