彭新發(fā)，王小明，黃天統(tǒng)，朱自強(qiáng)，張神洲

(1. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083； 2. 核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長沙 410007； 3. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410083； 4. 湖南省核工業(yè)地質(zhì)局311大隊(duì)，湖南 岳陽 414100)

Tilt導(dǎo)數(shù)在斷裂構(gòu)造推測(cè)解釋中的應(yīng)用研究

彭新發(fā)1,2，王小明2，黃天統(tǒng)2，朱自強(qiáng)1,3，張神洲4

(1. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083； 2. 核工業(yè)二三〇研究所，湖南 長沙 410007； 3. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410083； 4. 湖南省核工業(yè)地質(zhì)局311大隊(duì)，湖南 岳陽 414100)

通過對(duì)高磁異常區(qū)地面磁測(cè)數(shù)據(jù)恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換，可加強(qiáng)磁場(chǎng)變化、異常特征等信息，推斷與磁性有關(guān)的斷裂構(gòu)造位置及傾向。以新疆某磁鐵礦區(qū)為例，開展磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行Tilt導(dǎo)數(shù)上延極大值偏移方向的研究，討論了該方法在斷裂構(gòu)造推斷解釋中的適用性。

磁測(cè)數(shù)據(jù)處理；Tilt梯度導(dǎo)數(shù)；斷裂構(gòu)造；推斷解釋

1 地質(zhì)概況

新疆某磁鐵礦區(qū)位于西南天山山脈南部，塔里木盆地的西北緣。區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，褶皺以軸向北東向的復(fù)式背斜或倒轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造為主；斷裂構(gòu)造發(fā)育有兩組：一組北東東向呈疊瓦式高角度逆沖斷裂，另一組為北北西向左行走滑斷裂。該磁鐵礦區(qū)位于兩組斷裂的交匯聚合部位。礦區(qū)巖漿巖普遍發(fā)育，多為多期次侵入的輝長巖體。礦區(qū)東南部地層主要為中泥盆統(tǒng)的大理巖、變砂巖，其西部多為第三—第四紀(jì)砂礫巖。

2 礦區(qū)磁異常特征

礦區(qū)中大理巖、變砂巖及砂礫巖表現(xiàn)為弱—無磁性；輝長巖體及圍巖接觸帶為中等—強(qiáng)磁性，表現(xiàn)為正磁異常。磁鐵礦化體磁性極強(qiáng)，但磁異常特征較復(fù)雜：礦區(qū)南部及西北部的Ⅰ、Ⅱ礦化體，呈現(xiàn)出以強(qiáng)負(fù)磁異常為特征；東部的Ⅲ號(hào)礦化體則為強(qiáng)度較高的正磁異常。在上述正、負(fù)異常反差的過渡地帶，則多顯現(xiàn)出強(qiáng)度不一、大小不一的串珠狀或線性異常帶、磁異常突變帶、磁異常錯(cuò)動(dòng)帶以及磁異常梯度帶等特征。

3 處理方法

3.1 前期處理

先選用1/2～1/4測(cè)網(wǎng)的點(diǎn)距對(duì)磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化插值，可減弱或避免吉爾伯特效應(yīng)。其次對(duì)磁測(cè)數(shù)據(jù)向上延拓(10～30 m)、(3～7倍點(diǎn)距)巴特沃斯低通濾波等處理，可消除鋸齒狀高頻干擾。再將上述ΔT化到地磁極，消除地磁場(chǎng)斜磁化的影響，簡(jiǎn)化磁異常形態(tài)特征。

3.2 求導(dǎo)處理

水平一階方向?qū)?shù)一般沿0(°)、45(°)、90(°)、135(°)4個(gè)方向，突出和強(qiáng)化垂直上述4個(gè)方向的線性斷裂構(gòu)造信息，極大值點(diǎn)位于陡立斷裂(直立薄板磁性體)，其極值點(diǎn)正將對(duì)應(yīng)其邊界[1]。

對(duì)△T⊥求垂向一階導(dǎo)數(shù)，除消除正常背景值影響外，利用其極大值點(diǎn)推斷斷裂位置比△T⊥異常極值點(diǎn)更為精確。其垂向二階導(dǎo)數(shù)其零值點(diǎn)可對(duì)深部隱伏的具磁性的巖(礦)體邊緣進(jìn)行定位。

Tilt導(dǎo)數(shù)實(shí)質(zhì)上是垂向?qū)?shù)和水平導(dǎo)數(shù)參數(shù)組合而成，其中的Tilt垂直導(dǎo)數(shù)勾繪地質(zhì)體或斷裂的位置及邊界更為準(zhǔn)確[2]，確定其傾向更為可靠。

4 斷裂構(gòu)造劃分依據(jù)及方法

4.1 斷裂構(gòu)造走向的推測(cè)

斷裂構(gòu)造所在位置分別以不同磁場(chǎng)區(qū)的分界線、梯度帶的中間線或或水平一階導(dǎo)數(shù)的極大(小)值、垂向一導(dǎo)數(shù)的極大值、垂向二階導(dǎo)數(shù)的零值、線性或串珠狀磁異常帶的中間線、異常突變帶、磁異常錯(cuò)動(dòng)帶，平面上總體的延伸方向?yàn)槠渥呦颉?/p>

4.2 斷裂構(gòu)造傾向的推測(cè)

由圖1臺(tái)階體模型可知，磁異常斷裂構(gòu)造的位置可由垂直梯度Vdr極大值確定，傾向方向由Vdr極大值隨臺(tái)階傾向面在相同上延高度移動(dòng)方向確定[3]。

a 不同傾向磁性模型Vdr曲線圖；b 不同傾向磁性模型上延不同高度Vdr極值位置及相對(duì)大??；c 不同傾向磁性體模型

5 斷裂構(gòu)造推斷解釋

5.1 已知斷裂F1位置及傾向的驗(yàn)證

礦區(qū)已知斷裂構(gòu)造F1由南向北貫穿整個(gè)測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)內(nèi)F1斷裂長度約2.3 km，在地質(zhì)圖中F1斷裂的中北段，其西側(cè)有較厚的第三—第四系(N1-Q1-2)分布，斷裂東側(cè)主要為輝長巖體。

在上延30 m的化極ΔT異常圖(圖2a)中，斷裂兩側(cè)明顯為不同的正負(fù)磁場(chǎng)分區(qū)界線。在垂向一階導(dǎo)數(shù)導(dǎo)數(shù)圖中可清晰勾勒出F1斷裂的位置及走向(圖2b)。異常在走向上具有分段連續(xù)的特點(diǎn)，可能是被后期的斷裂所錯(cuò)動(dòng)。與地質(zhì)資料中所標(biāo)出的F1斷裂位置和走向大致相同。

Tilt梯度導(dǎo)數(shù)極大值偏離磁性薄板地質(zhì)體中心位置、邊界的距離，主要決定于中心位置、邊界頂端邊界的傾角，與埋深的關(guān)系不太敏感，故能很好的探測(cè)出深層源或淺層源的邊界[4]。采用不同上延高度的Z⊥剩余異常Tilt梯度導(dǎo)數(shù)對(duì)F1斷裂的傾向進(jìn)行定性推斷(圖3)。可看出，隨著上延高度增大，Z剩余異常的Tilt梯度導(dǎo)數(shù)極值呈現(xiàn)出向西偏移的趨勢(shì)的特點(diǎn)，如不考慮剩磁的方向的影響，偏移的方向即是斷裂的傾向方向。與前人的地質(zhì)資料中所標(biāo)出的F1斷裂位置和走向大致相同，傾向吻合。

a △T化極上延30 m異常圖 b △T化極上延20 m垂向一階導(dǎo)數(shù)異常圖

a～f Z化極上延0，10，20，30，65，100 m的Tilt梯度導(dǎo)數(shù)

5.2 推測(cè)斷裂構(gòu)造F2

通過分析不同上延高度的化極△T、垂向一階導(dǎo)數(shù)圖(圖3)，可推斷出一條規(guī)模較大的斷裂F2，其走向整體上呈NE向斷續(xù)展布。斷裂總體長度約2.0 km。依據(jù)不同上延高度的Z⊥剩余異常Tilt梯度導(dǎo)數(shù)極值(圖4)在F2斷裂位置上的偏移情況，可看出Tilt梯度導(dǎo)數(shù)的極大值有向南東方向偏移的趨勢(shì)，在不考慮剩磁的影響情況下，推測(cè)F2斷裂傾向南東；因偏移量較小，應(yīng)是高傾角斷裂。同理推測(cè)次級(jí)斷裂F2-4、F2-5傾向南東，亦是高傾角斷裂。

a Z化極上延0～200 m剩余異常Tilt梯度導(dǎo)數(shù)；b Z化極上延10～200 m剩余異常Tilt梯度導(dǎo)數(shù)；c Z化極上延20～200 m剩余異常Tilt梯度導(dǎo)數(shù)；d Z化極上延30～200 m剩余異常Tilt梯度導(dǎo)數(shù)

6 結(jié) 語

1) 在對(duì)磁測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋推斷前，對(duì)數(shù)據(jù)采用恰當(dāng)?shù)奶幚砗娃D(zhuǎn)換是必要。向上延拓可以消除淺部高頻干擾。

2) 判斷斷裂構(gòu)造位置可采用水平一階導(dǎo)數(shù)、垂向一階導(dǎo)數(shù)、垂向二階導(dǎo)數(shù)的極值或零值、Tilt梯度導(dǎo)數(shù)極大值等方法。但Tilt梯度導(dǎo)數(shù)抗干擾力更強(qiáng)，分辨率更高。

3) 采用Tilt梯度導(dǎo)數(shù)極大值在不同上沿高度的偏移方向來判斷隱伏斷裂傾向是有效的，但對(duì)近似直立斷裂效果不佳。

[1] 王想, 李桐林. Tilt梯度及其水平導(dǎo)數(shù)提取重磁源邊界位置[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 2004, 19(3): 625-630.

[2] 王萬銀, 邱之云, 楊永. 位場(chǎng)邊緣識(shí)別方法研究進(jìn)展[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 2010， 25(1): 196-209.

[3] 石磊, 郭良輝, 孟小紅. 估計(jì)磁場(chǎng)源位置的傾斜角梯度算法改進(jìn)[J]. 物探與化探, 2012, 36(2): 287-292.

[4] 黃臨平, 管志寧. 利用磁異?？偺荻饶４_定磁源邊界位置[J]. 華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào), 1998, 21(2): 129-133.

A Researching Application of Tilt Derivative in Explaining Fracture Structure

PENG Xinfa1,2，WANG Xiaoming2，HUANG Tiantong2，ZHU Ziqiang1,3，ZHANG Shenzhou4

(1.InstituteofAppliedGeophysics,SchoolofGeosciencesandInfo-physics,CentralSouthUniversity,Changsha,Hunan410083,China; 2.ResearchInstituteNO. 230,CNNC,Changsha,Hunan410007,China; 3.KeyLaboratoryofMetallogenicPredictionofNonferrousMetalsandGeologicalEnvironmentMonitoring(CentralSouthUniversity),MinistryofEducation,Changsha,Hunan410083,China; 4.HunanNuclearGeology311Brigade,Yueyang,Hunan414100,China)

The author, through proper data processing and conversion of the ground magnetic survey data in high magnetic anomaly area, is trying to strengthen the information of the magnetic field variation and abnormal characteristics in deducing the position and orientation of the magnetic structure. In this paper, an example of a magnet mining area in Xinjiang is used to carry out the research on the direction of the maximum deviation of the tilt derivative on the magnetic data.

Magnetic data processing; Tilt gradient derivative; Fault structure; Inference interpretation

2017-03-17

彭新發(fā)(1986-)，男，湖北荊州人，在職碩士研究生，物探工程師，研究方向：磁法勘探及科研，手機(jī)：15874137890，E-mail：360889215@qq.com.

P618.13；P631

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.025