小波分析在磁异常深部信息提取中的应用

孙立伟，张天翼，王晟

吉林省勘查地球物理研究院，吉林 长春 130012

0 引言

随着矿产资源需求的增加及地质勘查工作程度不断加大，地表矿产日益减少，隐伏、深部矿产资源成为地勘找矿的重中之重。利用磁测异常提取深部信息，准确的判别深部地质、矿产资源赋存空间位置、形状、产状等，成为深部找矿的重要手段方法之一[1]。

小波分析是近年来应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域，广泛应用于信号、图像处理和地震、重磁勘探等众多领域。小波变换引入多尺度分析的思想，将信号分解成各种不同频率或尺度成分，并且通过伸缩、平移聚焦到信号的任一细节加以分析[2]。本文利用小波变换方法将磁异常分解到1～5阶的细节，并用功率谱分析方法来计算其所代表的场源深度，充分分析异常并结合地质等信息，来指导判断深部场源的赋矿信息[3]。

1 控矿地质条件

矿区地处西藏—三江造山系，扬子西缘多岛—弧—盆系，澜沧江深大断裂带从中部纵贯全区。矿床类型属火山成因的火山喷溢沉积+气液变质改造型铁矿，主要赋存于新近系细碧岩、细碧角斑岩、钠长斑岩、火山角砾岩等火山碎屑岩中。

澜沧江深大断裂，系早期基底断裂，在形成后的漫长地质年代中，继承性断裂、火山喷发及岩浆活动曾多次发生，因此沿断裂带形成一套广泛分布的火山岩系地层及侵入体。矿区处于澜沧江深大断裂带东侧断裂带中，整体为一火山穹窿，沿火山中心有一近东西向横断层穿过，旁侧近南北向及北北东向正断层较发育，对区内磁铁矿体有控制和破坏作用。火山(期后和火山)气液作用，使矿区火山岩普遍发生了蚀变的热液交代，并对原矿石有明显的改造，即再结晶加富，并形成磁铁矿细脉或胶结角砾。

2 地球物理场特征

2.1 矿区(岩)矿石磁性特征

磁铁矿与其它岩石相比有明显的磁性差异，至少相差一个数量级，其磁性最强(κ平均值为96 000×10-64πSI，Jr平均值为11 260×10-3A/m)，它是该区的主要磁性源，新近系细碧岩、角斑岩及含磁铁细碧岩和含磁铁角斑岩等具有中等偏强的磁性(κ平均值约为(1 300～8 600)×10-64πSI、Jr平均值为(400～18 000)×10-3A/m)，这些岩石与磁铁矿体共生或成其为围岩，当岩石中磁铁矿含磁铁量达到一定数量时，则成为矿石。中基性火山岩虽具有一定磁性，但与磁铁矿相比至少小了一个数量级，因此磁铁矿产生的强磁异常是用磁法在该区寻找磁铁矿的一个主要标志。

表1 矿区岩(矿)石标本磁参数特征

2.2 矿区重磁场特征

矿区处于古元古背斜引起的北东向重力高异常背景上。磁场表现为南北走向的长椭圆形强磁异常，由北向南异常强度逐渐减弱，而规模逐渐增大。北侧伴有近东西走向的负磁异常，经化极后异常中心向北移动，北侧负磁异常范围及幅值降低，正异常幅值升高，其峰值大于3 200 nT。垂向一阶导数异常平面图中表现出异常范围向中心收缩的特征，且北侧异常反映明显；对异常进行不同高度上延处理，异常幅值下降缓慢，在上延500 m后异常面积扩大但异常形态基本未变，表明磁性体具有较大的埋深及下延深度。

3 小波变换与应用

3.1 小波分析

矿区磁异常规模大、强度高，据磁异常特征及上延处理成果，磁性源具较大的埋深及延伸，为了解磁性源深部赋存情况对异常进行了小波多尺度分解，并将不同尺度细节异常采用对数功率谱来计算其相应场源深度。图2为高精度磁测ΔT异常图及1～5阶小波分析细节剖析图，通过该图可看出在一阶小波细节图中主要反映地表出露或近地表的磁铁矿引起的磁异常[4]。

图1 矿区磁异常剖析图Fig.1 Magnetic anomaly map of the mining areaA.地质矿产图; B.ΔT异常;C.ΔT化极异常;D.ΔT上延500 m异常

图2 小波多尺度分解细节剖析图Fig.2 Detail analysis of wavelet multi-scale decompositionA.ΔT异常; B.一阶细节异常;C.二阶细节异常;D.三阶细节异常; E.四阶细节异常;F.五阶细节异常

小波二阶、三阶细节图，功率谱拟深度测算反映深度分别为240 m及480 m。局部异常主要反映的是异常北段即已知磁铁矿体浅表至500 m处所引起的强磁异常，异常峰值为1 800 nT和1 300 nT，异常正负伴生，异常向南扩大但其异常中心基本未变，说明矿体产状为近直立且下延深度较大[4]。

四阶小波细节中主要突显了深部磁性地质体，北侧矿段局部异常基本消失。其场源拟深度为805 m，局部磁异常为南北走向的椭圆形磁异常，异常中心南移位于30勘探线处，异常中心较为宽缓，周边伴有明显的负磁异常，剩余异常峰值大于900 nT。反映在800 m深处仍有强磁性矿体且向南倾伏。

图3 A—A′剖面磁测推断矿体示意图 Fig.3 Schematic diagram of Section A—A′ magnetic survey inferred ore body

五阶小波细节场源拟深度为1 200 m，图中该异常表现为等轴状圆形磁异常，北侧18线处异常已很不明显，而异常中心位于30勘探线以南，剩余异常近440 nT，推测该处深部仍有向南延伸的铁磁性矿体。

3.2 异常解释

目前已探明的磁铁矿体，主要位于该磁异常的北段。通过上述了解磁异常在不同尺度的特征，分析认为该异常为浅部与深部的叠加磁异常，浅表异常主要反映在地表至500 m磁性体引起，深部磁异常主要为南段隐伏磁性体引起；北段磁性体为多层叠加的板状体，总体倾向为近直立。南段磁性体为近水平板状体，总体呈向南延伸、向下侧伏。

据不同尺度下磁异常特征结合地质资料分析认为，该铁矿与沿断裂存在的火山喷发中心有密切的联系，矿体受火山机构控制作用明显，矿体由北向南具有厚度变薄、埋深增大的趋势且向南侧有很大的延伸。该矿区向南具有较大的深部找矿潜力。

4 结论

利用小波多尺度分析方法对磁异常进行分解，提取不同尺度空间上特别是深部的异常特征[5]，结合已有资料进行综合分析，推断磁性地质体在不同空间上的赋存信息。同时也可作为磁测剖面2.5D人机交互反演的间接约束条件，增加反演推断的准确性。

后据上述，在异常南侧的30线及42线进行了剖面反演计算，推测深部隐伏磁性体埋深分别为520 m和1 210 m，存在较大规模的隐伏磁铁矿体，后经钻探工程得以验证。