小波分析在磁異常深部信息提取中的應用

孫立偉，張天翼，王晟

吉林省勘查地球物理研究院，吉林 長春 130012

0 引言

隨著礦產資源需求的增加及地質勘查工作程度不斷加大，地表礦產日益減少，隱伏、深部礦產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，準確的判別深部地質、礦產資源賦存空間位置、形狀、產狀等，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用數學和工程學科中一個迅速發展的新領域，廣泛應用于信號、圖像處理和地震、重磁勘探等眾多領域。小波變換引入多尺度分析的思想，將信號分解成各種不同頻率或尺度成分，并且通過伸縮、平移聚焦到信號的任一細節加以分析[2]。本文利用小波變換方法將磁異常分解到1～5階的細節，并用功率譜分析方法來計算其所代表的場源深度，充分分析異常并結合地質等信息，來指導判斷深部場源的賦礦信息[3]。

1 控礦地質條件

礦區地處西藏—三江造山系，揚子西緣多島—弧—盆系，瀾滄江深大斷裂帶從中部縱貫全區。礦床類型屬火山成因的火山噴溢沉積+氣液變質改造型鐵礦，主要賦存于新近系細碧巖、細碧角斑巖、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年代中，繼承性斷裂、火山噴發及巖漿活動曾多次發生，因此沿斷裂帶形成一套廣泛分布的火山巖系地層及侵入體。礦區處于瀾滄江深大斷裂帶東側斷裂帶中，整體為一火山穹窿，沿火山中心有一近東西向橫斷層穿過，旁側近南北向及北北東向正斷層較發育，對區內磁鐵礦體有控制和破壞作用。火山(期后和火山)氣液作用，使礦區火山巖普遍發生了蝕變的熱液交代，并對原礦石有明顯的改造，即再結晶加富，并形成磁鐵礦細脈或膠結角礫。

2 地球物理場特征

2.1 礦區(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，至少相差一個數量級，其磁性最強(κ平均值為96 000×10-64πSI，Jr平均值為11 260×10-3A/m)，它是該區的主要磁性源，新近系細碧巖、角斑巖及含磁鐵細碧巖和含磁鐵角斑巖等具有中等偏強的磁性(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，當巖石中磁鐵礦含磁鐵量達到一定數量時，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數量級，因此磁鐵礦產生的強磁異常是用磁法在該區尋找磁鐵礦的一個主要標志。

表1 礦區巖(礦)石標本磁參數特征

2.2 礦區重磁場特征

礦區處于古元古背斜引起的北東向重力高異常背景上。磁場表現為南北走向的長橢圓形強磁異常，由北向南異常強度逐漸減弱，而規模逐漸增大。北側伴有近東西走向的負磁異常，經化極后異常中心向北移動，北側負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。垂向一階導數異常平面圖中表現出異常范圍向中心收縮的特征，且北側異常反映明顯；對異常進行不同高度上延處理，異常幅值下降緩慢，在上延500 m后異常面積擴大但異常形態基本未變，表明磁性體具有較大的埋深及下延深度。

3 小波變換與應用

3.1 小波分析

礦區磁異常規模大、強度高，據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行了小波多尺度分解，并將不同尺度細節異常采用對數功率譜來計算其相應場源深度。圖2為高精度磁測ΔT異常圖及1～5階小波分析細節剖析圖，通過該圖可看出在一階小波細節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 礦區磁異常剖析圖Fig.1 Magnetic anomaly map of the mining areaA.地質礦產圖; B.ΔT異常;C.ΔT化極異常;D.ΔT上延500 m異常

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

小波二階、三階細節圖，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處所引起的強磁異常，異常峰值為1 800 nT和1 300 nT，異常正負伴生，異常向南擴大但其異常中心基本未變，說明礦體產狀為近直立且下延深度較大[4]。

四階小波細節中主要突顯了深部磁性地質體，北側礦段局部異常基本消失。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，周邊伴有明顯的負磁異常，剩余異常峰值大于900 nT。反映在800 m深處仍有強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

五階小波細節場源擬深度為1 200 m，圖中該異常表現為等軸狀圓形磁異常，北側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，總體傾向為近直立。南段磁性體為近水平板狀體，總體呈向南延伸、向下側伏。

據不同尺度下磁異常特征結合地質資料分析認為，該鐵礦與沿斷裂存在的火山噴發中心有密切的聯系，礦體受火山機構控制作用明顯，礦體由北向南具有厚度變薄、埋深增大的趨勢且向南側有很大的延伸。該礦區向南具有較大的深部找礦潛力。

4 結論

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

后據上述，在異常南側的30線及42線進行了剖面反演計算，推測深部隱伏磁性體埋深分別為520 m和1 210 m，存在較大規模的隱伏磁鐵礦體，后經鉆探工程得以驗證。