分形滤波(S-A)技术在物探数据异常分解中的应用

欧阳立胜

（广东省地震局，广东 广州 510070）

分形滤波(S-A)技术在物探数据异常分解中的应用

欧阳立胜

（广东省地震局，广东 广州 510070）

分形滤波 (S-A)技术能够有效地揭示地球物理场的空间相关性，对背景场以及异常场进行分解。应用分形滤波 (S-A)技术分解内蒙古某银矿区地面高精度磁测异常，结果表明：对研究区高精度磁异常进行了有效分解，获得了研究区背景场以及异常场特征，并剖析所获得的异常场，分解异常8处，并据此结合地质情况提出研究区的成矿有利区。

分形滤波；地面高精度磁测；异常分解

引言

在矿产勘查中，我们需要通过实施各种勘查技术来测量获取所需的数据,特别是通过物化探的方法获取各种直接或者间接的成矿空间分布信息。然而我们所获取的地球物理及地球化学数据往往是反映地表及地下多种地质体和地质过程的叠加结果，因此通过对地球物理及地球化学场的分解来研究有关的地质体和地质过程至关重要。同时，由于地质过程往往具有多期次和空间相关性等特点,所产生的地质体或者相应的场往往会呈现空间自相似性或统计自相似性。 这种自相似性可以帮助分解不同地质过程所产生的同类地质体［1］。基于这一特征，文中选取内蒙古西乌旗某银矿床为研究对象，应用分形滤波方法 （S-A）来分解研究区内的物化探局部异常和背景场。研究表明,该方法对区分与矿有关的局部异常与背景场是很有效的。

1 S-A滤波方法原理

许多地质过程包括矿化过程均可造成具有自相似性或统计自相似性的场-多重分形场。这种场的特点是场的形态变化具有与度量尺度的独立性[1]。多重分形分析方法是一种用于研究具有自相似性或统计自相似性分布规律的有效方法，如果将多重分形场 （测度）表示为f（ε），它表示在尺度为ε×ε范围内的某种测度。比如，一定范围内的地球化学元素含量;一定范围内的地球物理场的测度。这些测度与尺度呈指数关系:

α称为奇异性指数，由不同α指数对应的空间集合构成多个空间镶嵌的分形，称为多重分形，其分形维数用维数谱函数来描述[2]。由于地质作用的差异所形成的地质体，其空间模式具有不同的广义自相似性。它们在频率域中也具有不同的广义自相似性。在频率域中对这些不同的广义自相似性进行识别，并采用滤波的方法选取部分频率信息重新恢复空间模式，就可达到对异常场和背景场分离的目的。能谱密度S与能谱密度大于S的波数集合的面积A（波数的平方）之间的关系可以用下式来描述

用最小二乘法对logA～logS关系分段拟合求得对应于不同的能谱密度范围的幂指数β，根据不同的能谱密度范围设计滤波器滤波，达到对场分离的目的[2～4]。目前该方法在Morpas3.0软件上已经得到实现。

2 研究区地质概况

内蒙古西乌旗某银矿床属中亚－蒙古地槽褶皱区、内蒙古中部地槽褶皱系之内蒙古大兴安岭地槽褶皱带晚期的华力西地槽褶皱带[5]。矿区出露地层为古生界下二叠统寿山沟组（P1s）砂岩、细砂岩、粉砂岩；中生界侏罗系上统玛尼吐组 （J3mn）安山岩、安山玢岩和满克头鄂博组 （J3m）酸性凝灰岩、集块岩、含角砾凝灰岩及沉凝灰岩；第三系上新统五叉沟组 （N2Wc）黑色玄武岩和宝格达乌拉组 （N2b）棕色粉砂质泥岩、红色粘土和灰色砂砾岩；第四系 （Q4）冲洪积、冲坡积物及残坡积碎石、风成砂及亚砂土。

矿区断裂发育，在主断裂带及两侧发育一系列的北西向、北东向及近南北向断裂。在矿区内以二采区为中心，形成一系列环状、放射状断裂，这些断裂为矿液的运移和赋存提供了空间，断裂构造是本区的主要控矿因素。

矿区内的岩浆岩主要为华力西晚期的超基性岩体和燕山期的岩株、岩墙和岩脉。矿区内所见到的主要岩浆岩有：华力西晚期超基性岩，燕山晚期中性、酸性侵入体，花岗斑岩以及次流纹岩脉，花岗斑岩与闪长玢岩脉等脉岩。

高精度磁测范围为矿区西侧，面积2.42 km2，区内第四系覆盖面积约占80%以上，地表可见有褐或褐红色Fe－硅质蜂窝状石英脉出露于研究区的东侧，地形为东高西低，实测研究区海拔高度为941.49～1 014.06 m，相对高差73 m。

3 基础数据

本文选取物探数据为高精度磁测数据 （ΔT），研究区测网布置为正南北向，线距50 m，点距10 m，总测点数5 292个，经过一定的预处理以及校正，绘制ΔT等值线 (图2)。

总磁场强度 （ΔT）极大值为392.42 nT，极小值－561.18 nT，从图2中看，主要从异常区包括：图幅北西，具有北东走向的长条状高值磁异常区 （箭头所示），其中包含几个单峰异常，从磁异常特征分析推测为隐伏不深的花岗岩或花岗闪长岩岩体引起；图幅 （图2）东南，包含强磁场异常，呈不规则状半环形分布 （箭头所示），环内为负值异常场，依据矿区出露岩性层及研究区东部钻孔揭示的岩层对比分析，推测为不规则状蛇纹岩与砂岩接触带异常，上部负异常区轮廓清晰，推测为矿区含矿断裂带的西延伸部分，区内地形较高地段可见氧化铁帽分布于负磁异常区，为有利找矿勘查区。从上延2 km磁异常特征可见 （图3），其具有向西南弧形转折的趋势，构成外围及深部找矿远景区。

图1 研究区ΔT化极磁异常Fig.1 The magnetic pole anomaly（ΔT）in study area

图2 研究区ΔT上延2 km趋势图Fig.2 The upward trend map in study area

4 S－A滤波方法异常提取

4.1 异常提取

在Morpas3.0系统下，应用S－A分形滤波方法对高精度磁测数据进行进一步的异常提取，以尽可能的消除背景的差异对异常的影响。从图3我们获取了lnA（＞S）－lnS即面积－能谱密度双对数图关系图 （图4），横坐标代表能谱密度对数值变换，纵坐标表示面积的对数值。该方法确保了S和A之间的幂律关系，不同斜率的直线通常对应空间域中不同的地球物理背景和异常场分布模式，斜线段由最小二乘方法拟合，竖线表示不同指数关系的分界。 左边斜线段反映低能谱分布范围并形成异常滤波器，右边斜线段反映高能谱分布范围并形成背景滤波器。图中，用最小二乘法模拟的右边两条线段的交点确立的阈值lnS0= 10.05。 S＜S0通常代表异常，S＞S0代表背景。

图3 高精度磁测ΔT的lnA(＞S)－lnS图Fig.3 The lnA(＞S)－lnS map of high－precision magnetic survey data ΔT

图4 研究区ΔT由 S－A滤波获取背景场Fig.4 The background field obtained by ΔT S－A filtering in study area

图5 研究区ΔT由 S－A滤波获取异常场Fig.5 The anomaly field obtained by ΔT S－A filtering in study area

通过S－A方法，并以阈值lnS0=10.05获取高精度磁测空间域中的背景场和异常场分别如图5和6，从图5上看，研究区的磁测背景表现为以北东为轴向的一系列相间的正异常以及负异常，背景的最高值出现在南东，通过地质检测，该区域广泛发育以蛇纹岩为主的超基性蚀变岩，因此造成较高的背景值。

4.2 异常评价

相较于背景场，对于异常场往往更为重视，因为异常场是我们进行矿产勘查以及远景区预测均的重要依据。通过S-A滤波方法分解异常场如图6，图6与图2在某些范围存在一定的相似，但也有区别，将其中的弱异常和隐蔽异常提取出来，并将各个异常编号，结合地质情况，并进行描述及评价。

Ⅰ号异常：位于研究区北西，由一串南北向的面积较小的单峰异常组合而成，对应岩性为满酸性流纹岩以及流纹质火山角砾岩；

Ⅱ号异常：位于研究区北，由轴向为北东的面积较大的双峰异常组成，对应的岩性推测为隐伏花岗岩，该异常有隐伏断裂通过；

Ⅲ号异常：位于研究区北东，范围较小，岩性为流纹岩与推测隐伏花岗岩接触带；

Ⅳ号异常：位于研究区中部，呈长条形，对应岩性为酸性流纹岩以及流纹质火山角砾岩，靠近蛇纹岩东部,断裂通过此区域；

Ⅴ号异常：由半环形异常组成，主要包含三个单峰异常区，该区域对应岩性为华力西晚期蛇纹岩，该异常值较大；

Ⅵ 号异常：位于研究区东，地质特征与Ⅴ号异常相似，两者包围一较为明显的负异常区域；

Ⅶ号异常：带状，在岩性上恰好位于寿山沟组板岩砂岩与酸性凝灰岩、集块岩接触带；

Ⅷ号异常：位于研究区西部，孤立，面积较小，推测岩性为隐伏酸性岩。

结合本矿区成矿特点特别是超基性蛇纹岩与成矿的关系，认为其中的Ⅳ、Ⅴ以及Ⅵ号异常区为研究区根据高精度磁测所推测的有利的成矿远景区。

5 结论

通过分形滤波S-A方法分析地球物理异常的富集特征，有利于识别与矿化相关的地球物理异常，有助于分析地球物理数据的空间自相似性，对区分不同的异常，获取与矿化有关的信息具有独到之处，将是一种识别非常规、难识别的矿藏的有效方法。

［1］成秋明.空间自相似性与地球物理和地球化学场的分解方法 ［J］.地球物理学进展,2001,16（2）：8-17.

［2］成秋明.多重分形与地质统计学方法用于勘查地球化学异常空间结构和奇异性分析 ［J］.地球科学-中国地质大学学报,2001,26（2）：161-166.

［3］李庆谋.分形奇异 (特征值)分解方法与地球物理和地球化学异常重建 ［J］.地球科学-中国地质大学学报,2004,29（1）：110-118.

［4］李庆谋,刘少华.GIS环境下地球物理信号的奇异值分解、多维分形特征与应用 ［J］.地球物理学进展, 2003,18（1）：97-102.

［5］刘建明,张锐,张庆洲.大兴安岭地区的区域成矿特征 ［J］.地学前缘,2004,11（1）：269-277.

Abstract：Fractal filtering(S-A method)can reveal the spatial correlation of geophysical field and decompose the background field and anomaly field.Using fractal filtering(S-A method)to extract the geophysical anomalies of a silver deposits in Inner Mongolia,the results show that fractal filtering technology can decompose the high-precision magnetic anomaly effectively.Based on the characteristic of the background field and anomaly field in study area and analysis on the anomaly field,eight anomaly zones are extracted.Combining with the geological features,we give some suggestions on ore advantageous prospecting region in the study area.

Keywords：Fractal filtering(S-A method);Ground high-precision magnetic survey;Unusual decomposition

Application of Fractal Filtering in Unusual Decomposition of Geophysical Data

OUYANG Lisheng
(Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070,China)

TU435

A

1001-8662（2010）04-0070-06

2010-07-20

欧阳立胜，男，1974年生，工程师.主要从事工程抗震研究. E-mail:1095705480@qq.com.