孟昌忠，李才明，呂紹玉，趙慶剛，張 海，文紹強(qiáng)

(1.貴州省地礦局 一一三地質(zhì)大隊(duì)，六盤(pán)水 553000；2.成都理工大學(xué)，成都 610059)

0 引言

經(jīng)多年地質(zhì)勘查及少量物探工作，在貴州耿家寨鉛鋅礦區(qū)，近地表僅發(fā)現(xiàn)少量鉛鋅礦(化)體(帶)，盡管該礦區(qū)存在長(zhǎng)度達(dá)幾公里、寬幾百米、含不同溫度環(huán)境的鉛鋅礦化的斷裂帶，但至今沒(méi)有找到規(guī)模較大的礦。從該礦區(qū)地下坑道中見(jiàn)到石英脈及硅化的特征來(lái)看，可能反映了本區(qū)深部存在鉛鋅礦的可能。因此對(duì)該礦區(qū)開(kāi)展1∶1 000高精度磁測(cè)、幅頻激電工作，目標(biāo)是搜尋淺部的盲礦(化)體；開(kāi)展點(diǎn)距50 m、線距100 m到200 m的音頻大地電磁測(cè)深(AMT)確定該礦區(qū)控礦斷裂破碎帶的延深情況(見(jiàn)圖1工作布置及地質(zhì)圖)，試驗(yàn)綜合地質(zhì)、物探方法找礦的有效性，并為深部找礦工程驗(yàn)證提供建議。圖1中測(cè)網(wǎng)密度最大的是高精度磁測(cè)(20*50(m2))，其次是雙頻激電(20*10(m2))，音頻大地電磁測(cè)深作了4條剖面。這里僅就利用高精度磁測(cè)確定淺部盲礦的效果作介紹。

1 方法選擇的依據(jù)

據(jù)地質(zhì)工作成果，本礦區(qū)鉛鋅礦(化)集中分布于石炭系大埔組(C1-2d)、黃龍組(C2h)、馬平組(C2m)等地層中，與構(gòu)造關(guān)系密切，受層位及斷裂控制。礦(化)體受F1、F2、F3、F4斷層或其次級(jí)斷層、層間破碎帶或節(jié)理裂隙控制，所以利用高精度磁測(cè)結(jié)合已有地質(zhì)資料，確定區(qū)內(nèi)斷層的分布及鉛鋅礦(化)體上的磁異常特征,就是利用高精度磁測(cè)間接尋找鉛鋅礦取得好效果的關(guān)鍵。開(kāi)展大比例尺高精度磁測(cè)方法的基礎(chǔ)在于，近礦蝕變巖石往往具有磁性，而鉛鋅礦一般無(wú)磁性，兩者之間具有磁性差異，因此能在鉛鋅礦兩側(cè)測(cè)得較強(qiáng)磁異常，而在鉛鋅礦上則無(wú)磁異常，如耿家寨鉛鋅礦地面采坑?xùn)|側(cè)磁測(cè)試驗(yàn)剖面(點(diǎn)距2 m)地磁場(chǎng)變化曲線如圖2所示。在采坑的北側(cè)與南測(cè),地磁場(chǎng)均比采坑上高,幅度70 nT～60 nT,異常寬度 4 m～5 m。兩個(gè)異常間的磁場(chǎng)低值帶寬度 28 m,與鉛鋅礦采坑直徑相當(dāng)。

圖1 耿家寨礦區(qū)AMT、雙頻激電及高精度磁測(cè)實(shí)際材料及地質(zhì)圖Fig．1 The geological map and the position of high-precision magnetic surveydouble-frequency IP and AMT profiles on Gengjiazhaiore field

圖2 耿家寨鉛鋅礦采坑?xùn)|側(cè)磁測(cè)試驗(yàn)剖面Fig．2 The test profile of high-precision magnet -ic survey near Gengjiazhai Lead Zinc ore pit(方位由北向南,點(diǎn)距2 m)

此試驗(yàn)結(jié)果表明,由于鉛鋅礦屬弱到無(wú)磁性礦物,在其上測(cè)出地磁場(chǎng)無(wú)變化,而與其緊鄰的蝕變巖石含磁性礦物而具有磁性,因而能夠測(cè)到地磁場(chǎng)的變化。借此，用高精度磁測(cè)方法圈定蝕變巖石的分布范圍，可達(dá)到間接找礦目的[8-10]。

2 實(shí)測(cè)結(jié)果

據(jù)圖3(a)所示實(shí)測(cè)ΔT剖面平面圖可將全區(qū)分為異常曲線比較光滑，與呈鋸齒狀跳躍的兩種特征區(qū)域，其中異常曲線較光滑、跳躍程度比較低的兩個(gè)區(qū)域,分別位于測(cè)區(qū)北部及中東部，它們的范圍都較小。此類(lèi)異常的北部區(qū)內(nèi)出露石炭系上統(tǒng)馬平組(C2m)灰色薄至中厚層泥晶灰?guī)r，中東部多為石炭系下-上統(tǒng)大埔組(C1-2d)灰、深灰色厚層-塊狀細(xì)至粗晶白云巖，夾淺灰色厚層灰?guī)r、亮晶生物屑灰?guī)r、白云石化灰?guī)r，局部含泥質(zhì)及鐵質(zhì)，偶見(jiàn)燧石結(jié)核；呈鋸齒狀跳躍區(qū)范圍較大，分布在測(cè)區(qū)的中部及南部，測(cè)區(qū)中部呈北東走向的鋸齒狀跳躍異常帶反映了耿家寨—打廠坪子斷層F3所處碎裂巖帶特征，而測(cè)區(qū)南部?jī)蓚€(gè)近于三角形區(qū)域的磁異常跳躍區(qū)，出露或分布石炭系上統(tǒng)黃龍組第二段(C2h2)的灰色薄至中厚層含燧石微晶灰?guī)r，含生物屑亮晶灰?guī)r。

圖3 耿家寨實(shí)測(cè)ΔT剖面平面圖與平面等值線圖Fig．3 ΔT flat profile map and contour map of magnetic anomaly on Gengjiazhai(a)平面圖; (b)等值線圖

上述特征各異的磁異常的分區(qū)及其界線，可能代表了不同時(shí)代地層分布的界線，或構(gòu)造分布的特點(diǎn)。

圖3(b)示出的本區(qū)實(shí)測(cè)ΔT平面等值線圖也反映了測(cè)區(qū)地層與構(gòu)造的不同分布特征，測(cè)區(qū)內(nèi)ΔT平面等值線圈閉較多，且呈串珠狀分布；正、負(fù)伴生的磁異常圈閉也較多，尤其在測(cè)區(qū)西南部較多。

無(wú)論從磁測(cè)ΔT異常剖面平面圖或平面等值線圖，都很難找到與鉛鋅礦古采坑附近試驗(yàn)時(shí)獲得的兩高(蝕變帶上)夾一低(對(duì)應(yīng)鉛鋅礦坑上)的磁異常地帶，說(shuō)明在本測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，近地表的淺部鉛鋅礦(化)帶較少。

3 小波斷裂分析

為根據(jù)本區(qū)磁異常特征，結(jié)合地質(zhì)特點(diǎn)確定斷裂的分布，對(duì)磁異常進(jìn)行小波斷裂分析[4]。小波變換能夠?qū)⑿盘?hào)f(x)轉(zhuǎn)換為不同特征的頻率或不同尺度的信號(hào)成分，通過(guò)伸縮、平移聚焦等方式將信號(hào)f(x)的細(xì)節(jié)加以分析，突出其反映的磁場(chǎng)的細(xì)節(jié)特征[5]。

利用小波多尺度分解Ma11at塔式算法的低階細(xì)節(jié)不變性，可將由埋藏深度、磁性不同的場(chǎng)源體引起的疊加磁異常分離出來(lái)[7]。設(shè)疊加磁異常值構(gòu)成的矩陣為K，將其作n階(n≥2)離散小波變換后，獲得小波細(xì)節(jié)K1、K2、…、Kn-1，Kn和n階逼近Bn，其中小波細(xì)節(jié)K1、K2、…、Kn-1，Kn不隨n的增大而改變。無(wú)論怎么選擇階數(shù)n，變換出來(lái)的低階小波細(xì)節(jié)都一樣，即小波細(xì)節(jié)的個(gè)數(shù)和n階逼近。

要將磁異常分解為“區(qū)域”與“局部”異常，首先假設(shè)n=3，小波分析后取得小波細(xì)節(jié)K1、K2、K3和3階逼近B3；B3為區(qū)域場(chǎng)，KL=K1+K2+K3為局部場(chǎng)。觀察B3是否滿足區(qū)域場(chǎng)的特征；若未達(dá)到區(qū)域場(chǎng)的要求，則可進(jìn)一步進(jìn)行高階逼近B4(區(qū)域異常)；KL=K1+K2+K3+K4為局部異常。若未滿足要求，則令n=5,…，依此類(lèi)推，進(jìn)行更高階的小波分解，直到Bn滿足區(qū)域異常的要求為止。

圖4 小波多尺度分解結(jié)構(gòu)圖Fig．4 The structurechart offour-step wavelet multiple decomposition

φ(x，y)=φ(x)·φ(y)

小波函數(shù)

Ψh(x,y)=Ψ(x)·Θ(y)

Ψv(x,y)=Θ(x)·Ψ(y)

Ψd(x,y)=Ψ(x)·Ψ(y)

式中

而

這樣對(duì)于二維磁異常，可以進(jìn)行小波多尺度分解

Δt(x,y)=B0f(x,y)=B3f(x,y)+

Δt(x)=B4T+K4T+K3T+K2T+K1T

式中B4T反映4階小波變換之低頻部分；KiT(水平方向、垂直方向和對(duì)角線方向三個(gè)細(xì)節(jié)部分之和)是第i(i=1，2，3，4)階小波變換的高頻細(xì)節(jié)。

利用小波多尺度分解對(duì)耿家寨磁異常所作的兩階小波斷裂分析推斷圖如圖5(a)所示,從圖5可見(jiàn)，小波斷裂分析所得串珠狀異常特征較圖5(b)所示實(shí)測(cè)異常的要明顯清晰得多，推斷斷裂更細(xì)致一些，較實(shí)測(cè)異常在研究區(qū)最南邊多推了一條斷裂，仔細(xì)分析圖5(b)可見(jiàn)，多推此斷裂也有一定依據(jù)，即在兩階小波斷裂分析推斷斷裂經(jīng)過(guò)的地帶，隱隱約約也能勾出串珠狀異常帶與其對(duì)應(yīng)。與圖1所示地質(zhì)測(cè)定斷裂比較，根據(jù)實(shí)測(cè)異常推斷的三條斷裂中間的那條與地質(zhì)測(cè)定的耿家寨-打廠坪子斷層F3—致。其余兩條經(jīng)地質(zhì)踏勘驗(yàn)證，為隱伏斷層，根據(jù)小波斷裂分析多推斷的一條可能是地面不易發(fā)現(xiàn)的隱伏斷裂，或是地層分界線的反映。結(jié)合圖6所示耿家寨起伏地形上實(shí)測(cè)ΔT等值線圖可見(jiàn)，盡管起伏地形對(duì)磁異常的影響較小，但從串珠狀異常所處部位地形變化普遍較大,而且與推斷斷裂的相關(guān)性較強(qiáng)，這也為推斷斷裂的可能存在提供另一方面的依據(jù)。

4 結(jié)論

高精度磁測(cè)方法在耿家寨鉛鋅礦區(qū)的應(yīng)用，進(jìn)一步證明了該方法在間接尋找弱到無(wú)磁性礦產(chǎn)的有效與實(shí)用性[11-12]。實(shí)際工作中要對(duì)探測(cè)對(duì)象的規(guī)模大小有所了解或判斷，以保證采用的數(shù)據(jù)采集方法、選擇合適的比例尺及測(cè)網(wǎng),獲得最強(qiáng)的探測(cè)目標(biāo)物所產(chǎn)生的磁異常信息。最好的方法應(yīng)是按照從已知到未知的原則[1-3]，在已知礦點(diǎn)上施測(cè)試驗(yàn)確定。此外針對(duì)不同的需要，選擇恰當(dāng)?shù)?、突出某方面信息的處理方法?duì)實(shí)測(cè)資料作處理，可獲更好的效果。

圖5 小波斷裂分析推斷斷裂與實(shí)測(cè)異常推斷斷裂對(duì)比圖Fig．5 The comparison diagram of inferred faults with waveletanalysis and observed anomaly(a)小波斷裂分析推斷斷裂; (b)實(shí)測(cè)異常推斷斷裂

圖6 起伏地形上實(shí)測(cè)ΔT等值線圖Fig．6 ΔT contour map of magnetic anomaly on rugged terrains

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