二维小波多尺度分析技术在铜山口深部找矿中的应用

梁学堂，张木林

(湖北省地球物理勘察技术研究院，湖北武汉 430056)

二维小波多尺度分析技术在铜山口深部找矿中的应用

梁学堂，张木林

(湖北省地球物理勘察技术研究院，湖北武汉 430056)

小波变换是重力异常分解的有效工具，利用小波多尺度分析方法，可以将重力异常分解到不同尺度空间中。不同尺度的重力异常反映了不同地质体的规模和埋深。作为一种新的有效的位场分离途径，小波多尺度分析方法为重力资料解释和研究地壳结构提供了新的思路，在目前广泛开展的深部找矿工作中将发挥重要的作用。

重力勘探;布格重力异常;小波多尺度分析;对数功率谱;深部找矿

0 引言

重力勘探作为一种经典的物探找矿手段，其良好的抗干扰能力和深穿透特点，在目前广泛开展的深部找矿中，越来越受到重视。特别是近年来应用高精度自动读数重力仪(CG-5)，结合高精度GPS测地技术，在矿调项目中重力勘探观测精度从≥±0.100×10－5m/s2提高到≤ ±0.025 ×10－5m/s2，精度提高了约 4 倍;布格异常总精度也从原来的≥±0.250×10－5m/s2提高到≤±0.100 ×10－5m/s2。因此，随着重力异常精度的提高，为我们应用重力勘探技术发现更深部的矿床提供了技术上的支撑。

重力勘探同其它大多数物探方法一样，也有他本身固有的缺点。一般来说，该方法对横向叠加的异常信号分辩率高，对纵向叠加的异常信号，因体积效应和地质体埋深的增加，往往被浅部的信息所覆盖而“湮灭”。比如应用重力勘探寻找盆地构造、火山机构、大型岩体及圈定线性构造等效果特别好;但对深部目标地质体(隐伏小岩体或矿致异常等)产生的弱信号异常，因叠加在浅部或较大地质体产生的大幅值、大范围异常之上，反应则不甚明显。另外，在没有深部物性资料的情况之下，引起局部异常的地质体的具体埋深也不易被定量计算。因此，能否从“强大”的背景场中发现来自地下深部弱小的、有用的异常信息，能否在没有深部物性资料的情况下对目标地质体的埋深实现定量或半定量的计算，将直接影响到应用重力勘探技术找矿的效果［1］。

提取地下深部目标地质体产生的弱信号异常信息，是研究重力勘探技术的重要课题，同时也是目前开展深部找矿工作的要求。从理论上来讲，重力场是位场，不论是在空间域或频率域内，来自不同尺度空间的叠加异常信息应该是可分离、可转换的，这样就为应用数学手段分离矿致或有用的弱信号异常信息成为可能。

说是“雨幕”一点也不错，那阵雨就像电影散场时拉起来的厚重黑幕，整齐地拉成一列，雨水则踏着军人的正步，齐声踩过田原，还呼喊着雄壮威武的口令。

1 二维小波多尺度分析技术简介

小波多尺度分析又称多分辨分析，它把一个信号分解为逼近部分和细节部分，表示为是逼近部分，Di细节部分，图1为三层多尺度分析结构图，其中，S是信号，A1、A2、A3是逼近部分，D1、D2、D3是细节部分。

图1 三层多尺度分析结构图Fig.1 Analysis structure graph of multiple scale

根据小波多分辨分析的原理以及小波细节的微分特征，可实现对位场的多尺度分解。地表局部地质体密度不均匀或仪器观测误差、地形校正误差产生的重力异常，是高频成分;深部的或大的地质体产生的异常是相对低频成分;深度越大，频率越低。不同阶次的小波细节，对应不同尺度空间的重力异常。一阶细节反映浅部的地质体或干扰成分;二阶细节反映的是相对更深一些的地质体分布特征;以此类推，阶次越高，反映的地质体埋深越大。

2 应用小波对数功率谱计算不同尺度空间地质体的埋深

分解到几阶要根据异常的特征和地质情况来决定，解释时要赋于小波逼近部分和各阶的细节明确的地质意义。小波变换是重力异常分解的有效工具，利用小波多尺度分析方法，可以将重力异常分解到不同尺度空间中，不同尺度的重力异常反映了不同地质体的规模和埋深。作为一种新而有效的位场分离途径，小波多尺度分析方法为重力资料解释和研究地壳提供了新的思路，在国内外得到了广泛的应用。

图2 对数功率谱曲线图Fig.2 Curve of logarithmic power spectrum

众所周知，铜山口地区找矿工作程度很高，浅部小岩体的分布情况已基本查明，但深部隐伏岩体所产生的剩余重力异常因其重力场随埋深增加而衰减，地表所观测到的重力异常值一般不会超过 0.500×10－5m/s2。如此弱小的重力异常值，叠加在数十毫伽(×10－5m/s2)的背景场之上，对我们研究目标地质体来说是比较困难的。因此，必需对布格重力异常采取科学、有效的手段进行分离，才能提取我们研究中酸性小隐伏岩体产状特征所需要的有用信息。

根据小波细节值，由相关软件计算对数功率谱数据，人工根据对数功率谱数据，在坐标纸上算出深源地质体的似深度H，浅源地质体的似深度h以及纵轴截距之比B/b，计算公式为：

式中：lnE(ω2)、lnE(ω1)分别是两个不同频段 ω2、ω1的对数功率谱值;ω是角频率，ω=nΔω;Δω为基频，把测区的长边作为基波波长，如测点方向的边长一些，则把点数×点距作为基波波长，其倒数即为基频，反之则用测线方向作为基波波长，Δω=2π/(总点数 ×点距)，浅源地质体似深度的计算与上式一样。

在纵轴上读取深源场与浅源场纵轴截距lnB2、lnb2，由下式算出B/b：

图4～图7是对铜山口重力异常所进行细节分析及对数功率谱计算结果。因测区范围只有几十公里，只对重力异常进行了四阶分解，研究深度也只局限在地下1 500 m深度左右。从各阶小波分析结果可以看出，一阶细节所反映的是地表浅部几十米之内的信息，重力异常较为零碎，它主要包含了浅部地质的构造信息，同时也包含有地形校正、重力测量及GPS测量等各种方法技术所产生的误差，其地质意义不大;二阶细节反映的是地下200～250 m深度左右的地质构造信息，与剩余重力异常、垂向二阶导数异常的特征相似，重力低异常主要反映的是酸性岩浆岩体的位置及空间形态;重力高异常反映的是沉积岩地层的构造信息;三阶细节反映的是地下650～700 m深度左右的地质构造信息，浅部的、小型的岩浆岩体的影响已经消除，突出了大型的、深部的岩体的构造特征，特别是三大岩体的边界及区内西北部沿弧形侵入的花岗闪长斑岩的空间分布特征非常醒目;四阶细节反映的是地下1 500～1 600 m深度左右的地质构造信息，从四阶细节图中可以看出，区内大致可分为岩浆岩和沉积岩二个区域，姜桥岩体和殷祖岩体的根部在此深度已连成一体，而测区西北部的花岗闪长斑岩岩体已无反映。据此可以判定，花岗闪长斑岩岩体为“无根”，为浅层侵入体，其侵入深度不会超过1 500 m。

The picture of the discharge was captured using a PCO Dimax HD high-speed camera with an AF NIKKOR 60 mm f/2.8D lens.The frame rate of the camera was set to 33.3 kHz.The exposure time was set to 1.4 ls.

3 二维小波多尺度分析技术在铜山口深部找矿中的应用

铜山口地区，属于大冶矿田范围，为长江中下游重要的成矿区带。该地区矿床主要类型有矽卡岩型、斑岩—矽卡岩复合型铜钼矿等。成矿地质模式主要与区内中酸性岩体、特别是与燕山期酸性花岗闪长斑岩的侵入密切相关。花岗闪长斑岩的密度值较低，一般为2.50 g/cm3左右，与成矿围岩二叠系、三叠系地层(地层平均密度约2.70 g/cm3左右)有一定的密度差，这为在本地区开展大比例尺的重力调查工作提供了地球物理前提。因此，围绕铜山口地区所开展的矿产调查工作中，重力测量的主要目的任务是发现与成矿密切相关的小型花岗闪长斑岩的隐伏位置，并查明其产状特征［2］。

图2是一个运用对数功率谱计算场源似深度的一个实例。从图中可以看出，对应低频段部分，对数功率谱曲线的斜率越大(指绝对值)，曲线在纵坐标轴上的截距越大，对应的场源似深度越大;中高频段对数功率谱的曲线特征也是同样的规律，对应高频段，曲线发散，主要反映了地表地质体局部不均匀或仪器观测误差等造成的干扰成分。具体计算方法及公式如下。

3.1 铜山口地区布格重力异常特征

图8是根据小波细节分析结果，综合测区垂向二阶导数异常图得出的地表下500 m深度左右的岩浆岩分布图。图中兰色部分为较低密度的中酸性岩浆岩分布区域，红色部分为灰岩、大理岩、白云岩等密度相对较大的岩性分布区域。

在育苗之前要科学配制营养土，保证营养土中氮、磷、钾元素供给充足，为幼苗根系生长奠定坚实基础。幼苗出生之后，由于根系水分和养分吸收能力较差，可以进行叶面施肥。苗床灌溉少而勤，保持好大棚内光照。

图3 铜山口测区布格重力异常图Fig.3 Bouguer gravity anomaly map of Tongshankou survey area

3.2 铜山口地区重力异常小波各阶细节特征

资源描述框架 RDF（resource description framework）是由万维网协会W3C提出的一个语义框架[1]，被广泛应用在描述语义网[2]中的各类海量数据，可以用三元组（主语、谓语、宾语）的形式来描述语义网上的任何数据。

3.3 铜山口地区隐伏中酸性岩体分布及深部构造特征

从图3看出，布格异常值总体上呈西高东低特征。在测区铜山镇周围，布格异常等值线近北东向弧形排列，弧形中心在测区之外，大概与灵乡岩体相对应;在测区中部，布格重力异常等值线由北东向弧形排列转向近南北向的“∫∫∫”形状;在测区东半部，布格重力异常呈半圆弧排列，圆弧中心位于姜桥镇南部。另外不难看出，局部重力异常叠加在背景场之上，只是使布格异常等值线扭曲变形，具体细节并不清晰。因此，单从布格异常等值线图来研究中酸性小岩体的分布特征是困难的。

中酸性岩浆岩(特别是花岗闪长斑岩)是铜山口地区重要的成矿物质来源，与该地区矽卡岩型及斑岩型铜钼矿床的形成密切相关。查清区内小型中酸性岩体的隐伏位置、深度及其它产状特征，可以为在本地区开展深部找矿工作提供靶区。从图8所反映出的岩体分布的信息，一部分目前已得到验证，与以往所取得的地质认识也是相同的，另一部分尚未被认识，为新的发现。比如：区内已知姜桥岩体与殷祖岩体的分布位置与边界，在图8上得到了充分显现;在测区西北地区铜山口一带，除已知小型岩体外，本次发现还存在数量可观的小型隐伏花岗闪长斑岩岩体，这对以后在本地区开展深部找矿工作起着重要的指导意义。

图4 重力异常一阶细节及功率谱曲线Fig.4 Power spectrum curve of first detail of gravity anomaly

图5 重力异常二阶细节及功率谱曲线Fig.5 Power spectrum curve of second detail of gravity anomaly

图6 重力异常三阶细节及功率谱曲线Fig.6 Power spectrum curve of third detail of gravity anomaly

图7 重力异常四阶细节及功率谱曲线Fig.7 Power spectrum curve of fourth detail of gravity anomaly

图8 测区岩浆岩分布图Fig.8 Distribution map of magmatic rock in survey area

图9是根据小波对角线方向细节进行断裂分析(奇性检测)得出的深部断裂构造影像图。从图中可以看出，测区深部(隐伏)大的断裂构造有2条，一条经过铜山口矿区东侧近南北向展布;另一条经过胡家湾—大角山近北东东向延伸。

图9 测区深部断裂构造图Fig.9 Structural map of deep fault in survey area

本次所发现的两条断裂，为以前地质未曾认知的隐伏深部大断裂。特别是在铜山口矿区东侧近南北向断裂的发现，可能会对该地区矿床形成的机制产生新的认识与看法。该断裂结合整个鄂东南地区区域重力异常图来看，为一条较大型重力梯级带，北起黄石，经大冶市、铜山口镇向南延伸至黄沙铺镇，测区内展布只是其中一小段。该断裂以西，为金山店镇、太和镇等地形成的片状重力高值区，并分布有陈子山、大广山、铜山口等多处矿区;断裂带以东，为以阳新岩体、白沙铺岩体、殷祖岩体形成的重力低值区。由此可见，该断裂不但规模宏大，对鄂东南地区岩浆岩的分布有控制意义，是重要的岩浆通道，同时也具有控矿特征，是重要的含矿带。

如果命令结果如上文所示，表明已经安装好了BIND套件。否则需要执行安装命令安装bind和bindutils两个包，然后将DNS服务设置为在相关运行级别下开启：

4 结论

应用小波细节分析技术，提取了铜山口地区深部中酸性岩体产生的弱信号异常信息。采用“剥皮”方式，利用不同尺度空间的重力异常特征，刻画了区内深部岩体和构造在不同尺度空间的形态，取得了丰富的深部找矿信息。目前部分成果已得到了实际检验。由此来看，小波变换作为重力异常分解的工具之一，特别是在提取深部目标地质体(或矿致异常)所产生的弱信号异常信息方面，确实是行之有效的。作为一种新而有效的位场分离途径，小波多尺度分析方法为重力资料解释和研究地壳结构提供了新的思路，在目前广泛开展的第二空间找矿工作中必将发挥独特的、重要的作用。

［1］曾华霖.重力场与重力勘探［M］.北京：地质出版社，2005.

［2］湖北地质矿产局.湖北省区域地质志［M］.北京：地质出版社，1990.

Application of 2D Wavelet Multi-scale Analysis on Depth Mineral Deposit Exploration at Tongshankou

LIANG Xuetang，ZHANG Mulin
(Hubei Institute of Geophysical Exploration Technology，Wuhan，Hubei430056)

Wavelet transformation is an important tool for decomposing the gravity anomaly.With it，gravity anomaly can be transformed into different scale anomalies.And the gravity anomalies with different scales correspond to the different ore bodies with different scales and buries.As a new and effective means for potential field decomposition，the wavelet multi-scale analysis method provides a new way for gravity data interpretation and the earth’s crust study，and plays important roles in the current deep exploration.

gravity exploration;Bouguer gravity anomaly;wavelet multi-scale analysis;logarithmic power spectrum;deep exploration

P631.1

B

1671－1211(2012)03－0263－05

2011－05－24;改回日期：2011－07－28

梁学堂 (1964－)，男，教授级高级工程师，应用地球物理专业，从事区域重力调查、地球物理及数据处理与研究工作。E－mail：lxt19641025@163.com

潘 潇)