歐拉反褶積方法在內蒙古塔木素粘土巖預選區的應用

劉 星，許文軍

（東華理工大學地球物理與測控技術學院,江西 南昌330013）

高放射性廢物產生熱量與地下水結合將加速巖石的蠕變[1]，了解深部地質斷裂的空間展布對處置庫安全、長期存在至關重要。重、磁數據來源廣、分布范圍大、深部信息豐富，是查明深部地質構造、判別區域地質構造穩定的重要手段。場源自動反演技術是位場資料處理解釋的重要內容。其中，歐拉反褶積是一種可以自動、半自動快速估算異常源位置信息的反演解釋方法，具有較強的適用性、計算結果直觀等特點，依托著在反演過程中無需先驗信息的優勢而得到了廣泛地研究與應用[2]。在1949年，Peters首次提出歐拉反褶積方法[3]；在1982年，Thompson在Peters的基礎上進一步改善并將其應用在磁測數據二維歐拉反褶積反演中[4]，然后在1990年Reid等再將其應用在三維磁測資料處理[5]；2004年，Keating和Pilkington提出了解析信號的歐拉反褶積[6]；2005年，范美寧等對歐拉反褶積方法進行了改進,通過找到場源與構造指數間的直接系數關系，從而減少了反演計算量[7]；2008年,習宇飛等將歐拉反褶積應用于井中磁測資料反演中，有效估計場源分布位置[8]；2017年,孫昂等將歐拉反褶積應用到實測航磁三分量數據中，準確地對異常體邊界進行估計[9]。

為快速查明處置庫預選區內斷裂展布，文章基于1:10萬航磁資料為基礎，對預選區開展了歐拉反褶積反演研究，有效揭露了研究區內深部斷裂構造分布，為處置庫選址篩選工作提供參考信息。

1 歐拉反褶積法理論基礎

歐拉反褶積方法是以歐拉齊次方程為基礎，利用重力或磁異常沿x、y、z三個不方向的偏導數以及構造指數建立線性方程組并求解，進一步計算求出異常源的水平位置及深度。該方法是一種快速估計場源位置參數的方法，由Reid等給出的基本表達式為：

其中，x、y、z為觀測點坐標；x0、y0、z0為場源位置中心坐標；f為位場異常；、分別為位場異常 f在 x、y、z方向上的偏導數；B為背景場；N為位場數據對應的構造指數。

2 研究區概況

塔木素地區是我國高放廢物粘土巖處置庫選址的重點研究區域，地質概況如圖1所示，區內構造活動頻繁，受區域斷裂和控盆斷裂構造的影響，構造發育存在一定的方向性，控制了盆地的沉積類型與空間發育特點，總體表現以NE向為主，其次近EW向和NW向。研究區基底地層主要為古遠古代和石炭系上統和二疊系的變質巖系，蓋層地層主要由侏羅系、白堊系和第四系沉積巖系組成，其中下白堊統巴音戈壁組上段為主要粘土巖處置庫選址。

圖1 研究區地質圖

圖2 塔木素航磁歐拉反演解（底圖為化極后的磁異常）

3 實測數據歐拉反褶積

將歐拉反褶積法運用到塔木素航磁異常中，圖2為塔木素地區航磁數據歐拉反演結果圖，可以看出研究區的構造較為復雜，斷裂構造或巖性接觸帶發育。底圖為塔木素地區航磁數據化極處理后的磁異常分布圖，研究區整體表現為東高西低。在粘土巖預選區內(黑色線框內)，西側總體表現為低負磁異常，與淺部大面積低磁性的花崗巖基底和沉積地層對應。東側整體呈正高磁異常，與高磁性火成巖地層直接相關，很好地對應實際地下地質體分布。根據地質圖已知，東側及南側地表地質體分布多為第四系，屬無磁性或弱磁性，整體磁異常表現為正高磁異常，因此可以推測該區存在隱伏高磁性地質體。

圖中黑點表示歐拉反演磁異常源水平位置和延伸情況，根據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造，與火成巖地層對應。研究區整體推斷構造或巖性接觸帶以北東走向為主，與地質資料己知構造位置能較好地對應，證明歐拉反褶積法具有較強的斷裂構造識別能力。在粘土巖預選區內，反演解水平位置以北東走向為主，綜合信息分析沉積巖分布區的磁異常主要是由斷裂構造產生。未進行歐拉反褶積處理前化極磁異常邊界范圍不清晰,斷裂構造形跡不好推斷,經歐拉反褶積反演后,斷裂平面延伸方向相對較明確,未出現斷裂切割或錯動等活動現象。綜上,歐拉反褶積方法可提高磁異常對斷裂的識別能力,有助于劃分處置庫預選區內斷裂分布關系。

在實際資料處理過程中，數據質量和解的收斂性問題等因素會影響歐拉反褶積法反演效果，因此還需結合其他地球物理方法和地質資料進行綜合解釋，以提高反演解的準確性。

4 結論

本文將歐拉反褶積方法應用在中國內蒙古塔木素地區的航磁資料處理中,反演結果的分布位置基本上呈條帶狀，綜合化極磁異常及地質資料，推斷確定了粘土巖預選區斷裂構造及地下磁性體分布，與已知地質資料相符合,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蒙古塔木素地區地下深大斷裂的走向或巖性接觸帶的分布特征。結合解釋結果和己知地質資料可知研究區內磁異常主要源自斷裂構造，同時也為研究處置庫選址提供了依據。