基于频率域磁异常转换的断裂构造划分判据

宁 堃，谢 涛，邵昌盛，邓子清



基于频率域磁异常转换的断裂构造划分判据

宁 堃，谢 涛，邵昌盛，邓子清

（四川省核工业地质局二八二大队，四川德阳 618000）

实践表明，利用磁异常可以较为准确的对断裂、区域深大断裂、褶皱等构造进行推断划分。实践中，通过对西藏某热液型铅锌多金属矿区实测的磁异常数据进行频率域垂向二阶导数和水平梯度模的转换处理，突出一些浅部地质体或边界引起的弱磁异常响应，结合实际地质情况和DT、垂向二阶导数、水平梯度模的断裂确定标志，推断划分了多条断裂构造，取得了较理想的效果。

磁异常；频率域；垂向二阶导数；水平梯度模；断裂构造

地球物理勘探中，用磁法可以圈定断裂破碎带，是因为断裂的产生改变了岩石的磁性，或者改变了地层的产状，或者沿断裂带伴有后期或同期岩浆活动，或者沿断裂两侧具有不同的构造特点。一般情况下，在DT等值图上可以根据磁异常特点直接对断裂进行划分。然而，在地质情况复杂的地区，迭加异常相互干扰，弱信号与误差并存，使异常变得十分复杂而难以解释，这就需要根据实际情况对磁异常进行精细化处理和转换，从而进一步提高解释推断的精度。以西藏某热液型铅锌多金属矿的高精度磁法数据为例，介绍如何综合利用频率域磁异常垂向二阶导数和水平梯度模技术对断裂构造进行推断划分。

1 频率域磁异常转换方法

频率域磁异常转换首先要将磁异常原始数据经过傅氏变换转换为频谱，然后乘以相应的频响因子，再经过反傅氏变换得到结果，这种处理方法对磁场高频成分有突出和放大作用，它侧重于浅层近地表地质的磁效应而压制深层区域背景场的影响，从而突出浅部地质体引起的局部异常和解释地质体的边界（断裂、岩体、矿体边界等）。

1.1 频率域磁异常垂向二阶导数

垂向二阶导数可以分离及突出要追索的局部异常，为研究区内的某些侵入岩体的形态和规模、分布状态和延伸，继而为发现找矿有利地段提供丰富的信息。

由傅立叶变换，目标总强度磁异常的Bm的一阶垂向导数Bmz与其频谱关系为：

根据位场理论，总强度磁异常近似满足拉普拉斯方程，其空间延拓公式可以表示为：

式中FBm（u，v，0）为z=0平面上总强度磁异常Bm（x，y，0）的频谱。将（2）对z方向求偏导数，得：

对比式（1）和式（2）两端，得：

1.2 频率域磁异常水平梯度模

磁异常水平梯度是指磁异常强度在水平方向X和Y上的变化率，水平梯度模的一个重要功能就是用来快速勾画磁性地质体和构造边界的水平位置，一般用下式对磁异常水平梯度模进行计算。

2 工作区遥感解译特征

2.1 线性构造

图1 工作区遥感解译图（黑框为工作区）

1）影像特征，工作区地处冈底斯岩浆弧、雅鲁藏布江结合带和喜马拉雅板片三大构造单元向东拓展的区域，断裂构造、大型节理以及隐伏断层等十分发育（图1）。

2）线性构造空间展布格局及地质意义，由线性影像特征显示，区内线性构造有单一的直线状或曲线状，也有复杂的束状、带状、联合弧状。通过地面地质调查验证，这些线性影像或线带影像绝大部分是大型节理带、构造破碎带、韧性剪切带、断裂构造带在遥感图像上的综合反映。

3）主要线性构造特征，曲木折—觉拉线性构造：位于本区南部，东西走向，延伸﹥130km，东段与北东向卡布断裂复合，为早白垩世拉康组（K2l）与中侏罗世遮拉组（J2zˆ）、晚三叠世涅如组（T3n）等地层的分界断裂。断裂带宽约0.5km,带内岩石碎裂岩化、片理化、节理、裂隙、柔皱极为发育，部分地段形成断层崖。影像上线性特征清楚，连续线状延伸，具条带状影纹，沿走向沟谷、河流、垭口、陡岩地貌特征明显。

古堆—隆子线性构造：斜跨本区中部，走向北西、长度﹥80km晚三叠世地层与侏罗纪、白垩纪地层分界断裂。断裂带内岩石碎裂岩化、糜棱岩化、片理化、节理、裂隙、断层三角面、牵引构造极为发育。影像上线性特征清楚，连续宽缓波状线形延伸，具带状影纹，沿走向线状沟谷、河流、垭口地貌较为发育。

2.2 环形构造

环形构造影纹图案、纹形结构与地质构造背景关系极为密切。在地貌上常表现为正地形、环状、放射状水系、沟谷或山脊。所显示的环形构造规模、形态及其组合的影像特征较为明晰多样。

组合形态:一般为圆形、椭圆形及半圆形。可分为单体、复式组合体两类。复式组合体可划分为子母环(卫星环)、包含环、同心多层环、环结及环链等五种。子母环(卫星环)，由大环和依附大环环缘的次级小环构成；包含环，大环内包容较小的次级环；同心多层环，由同心不同半径的环形体组成；环结，由三个以上半径相近的且部分相互重叠的环组合而成；环链，环形体有部分重叠，成链状。其它还可划分为套叠环、环带等，形态较上述复杂，由两个以上叠合形成套叠环或依次排列成环带。

与地质构造的关系:区内环形构造与区内构造活动、岩浆活动和变质作用关系十分密切，是各类地质作用结果的直接反映，但大多数均由构造岩浆活动所致。

1）简单、清晰、较大的环形构造多为环状断裂、短轴背、向斜褶皱构造、断裂旁侧牵引旋扭构造所引起。

2）复杂、隐晦的复式环群组合体为构造岩浆侵入活动的表征。简单隐晦的环链、环带多半是构造热液活动的产物，并多出现在断裂构造带或环块构造的旁侧。

3）龟斑状、蛛网状、网格状、放射状多边形块带，是侵入岩体存在的表现。而环、块迭切的地带，是侵入岩体及其隐伏岩体产出地带，即岩浆侵入、火山喷发等构造岩浆活动的场所，是成岩成矿最有利的地段。

4）菱形、透镜状岩块带为脆性线性剪切带——韧性剪切带在影像上的反映，发育于区域性断裂构造带的旁侧(上盘)或构造单元边界附近。多由线性束或弧形断裂及色异常引起。

图2 DT化极等值线图

图3DT化极水平梯度模（a）、垂向二阶导数（b）平面等值线图

3 工作区断裂构造推断解释

受区域褶皱束和断裂的影响，工作区断裂构造发育，构造多为北北东、北东向，仅有一条较大的北北西向断裂。矿区内共有16条断层，其中F4、F5、F6、F7为矿区主要含矿构造，断层内主要发育构造角砾岩，矿化、蚀变以弱磁、无磁性的方铅矿化、闪锌矿化、辉锑矿化、脆硫锑铅矿化、褐铁矿化、黄铁矿化、方解石化、硅化为主，其次有粘土化、绿泥石化等。

对工作区磁异常DT网格化数据进行正常化极处理后得到如下等值线图（图2）。

对化极后的DT网格化数据分别进行频率域水平梯度模和垂向二阶导数计算，将计算后的数据分别进行成图（图3-a、b）。

3.1 确定断裂的标志

磁异常图上确定断裂的标志为：

①两侧磁场特点截然不同的磁场分界线；②具有明显走向的磁力梯级带；③线性延伸很长的条带状、串珠状磁异常带；④线性延伸较大的磁异常带突然发生转向、扭曲、尖灭、膨大或挫断的部位。

水平梯度模图(图3-a)上断裂的标志为：

①线性异常的轴线或线性排列的正异常轴的连线；②异常的规则性扭曲或错断；③两侧异常特征明显不同的分界线。

垂向二阶导数图(图3-b)上零值线可能为存在断裂的标志。

3.2 断裂构造推断划分

根据DT平面等值线图、水平梯度模图、垂向二阶导数图（图3-a、b）特征，推断断裂28条，主要以北西向为主，其次为北东及近东西向。

主要断裂特征叙述如下：

1）Ft9断裂：本断裂为区内大断裂，在25万地质图上有显示，也是区内最长的一条断裂，始于工区西北角，经过彭杰、脚母郎指、青木竹，终于工区南缘，全长22.5km，走向北西向，贯穿整个工区；与Ft1相交，被Ft8、Ft11、F12错断，在青木竹处被Ft22断裂错断。该断裂为磁异常带突然发生扭曲及错断处、线状水平梯度模轴线及垂向二阶导数零值线处；由西北向东南，地表出露主要为下侏罗统日当组，第四系，最后进入白云母花岗岩体，由西北向东南穿过了桑日则铅锌多金属矿区，在矿区内据彭杰东部1.1km处，为多条断裂交汇处（Ft3、Ft4、Ft6及原有断裂），为成矿有利区。

推断断裂具体特征表

编号走向长度/km判别依据 Ft1北东6.6两侧不同特征磁场分界线，西南部为磁异常梯级带，东南部为负磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft2北西4.3两侧不同特征磁场分界线，北部为磁异常梯级带，南部为负磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft3近东西向4.2磁异常发生错断扭曲；垂向二阶导数零值线 Ft4近东西向3.9磁异常发生错断扭曲；垂向二阶导数零值线 Ft5北东5.3两侧不同特征磁场分界线，西部为一高磁异常圈闭，东部为一负磁异常圈闭，在南部为磁异常发生收扭曲缩部位；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft6北东2.3具有明显走向的磁力梯级带；线状水平梯度模轴线 Ft7北北东5.2磁异常发生错断扭曲；垂向二阶导数零值线 Ft8北东向14.7南部，由西南至东北为线性延伸的条带状串珠状磁异常带，北半部断裂处磁异常发生了扭曲；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft9北西22.5磁异常带发生扭曲及错断；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft10北西14.5两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，东侧为高磁异常圈闭，西侧为低磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线 Ft11近东西3.2两侧不同特征磁场分界线，北部为一低磁异常圈闭，南部为一低磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线 Ft12东西向-北东向10.2磁异常发生扭曲；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft13北东5.2磁异常发生错断扭曲；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft14北东2.4磁异常圈闭发生错断；水平梯度模异常扭曲；垂向二阶导数零值线 Ft15北西西1.7两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，北侧为高磁异常圈闭，南侧为低磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft16北东2.6两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，北侧为低磁异常圈闭，南侧为高磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft17北北东4.5由北向南，磁异常带突然发生转向及尖灭；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft18北西2.5两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，北侧为高磁异常圈闭，南侧为低磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线 Ft19北东7.9两侧分别为不同磁场值的磁异常圈闭；垂向二阶导数零值线 Ft20北东1.6两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，西北侧为低磁异常圈闭，东南侧为高磁异常圈闭，线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft21北东-北北东2.7条带状串珠状磁异常带及磁异常发生错断扭曲；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft22北西西-北东10.1两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，北侧为低磁异常圈闭，东南侧为磁异常梯级带；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft23北西2.5两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，西北侧为低磁异常圈闭，东南侧为高磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft24北北东7.8条带状串珠状磁异常带及磁异常发生错断扭曲；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft25近南北向1.7两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，西北侧为低磁异常圈闭，东南侧为平静磁场区；垂向二阶导数零值线 Ft26北东东3.8两侧磁场特点截然不同的磁场分界线，北侧为一高磁异常圈闭，南侧为两个低磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft27北东东2.2两异常圈闭的分界线，北侧为低磁异常圈闭，南侧为高磁异常圈闭；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线 Ft28北西西1.7磁异常发生转向；线状水平梯度模轴线；垂向二阶导数零值线

4 结论

推测断裂与已有断裂对比图见图4，红色实线为已知断裂，蓝色虚线为推断断裂。Ft9、Ft3、Ft4、Ft13、Ft14、Ft24、Ft25与原有断裂对应较好；Ft7、Ft12东半部及Ft8西南部与原有一断裂对应较好；Ft24及Ft8东北部与原有一断裂对应较好。推断断裂中，Ft3、Ft4、Ft8、Ft9、Ft11、Ft12、Ft13、Ft14、Ft20、Ft24均有矿体出露，可作为下一步的找矿重点区。

由此可见，相比单纯利用DT，对磁异常进行必要的转换，如本文中对磁异常进行频率域磁异常水平梯度模和垂向二阶导数的计算再网格化成图，能够捕捉和突出一些不突出、不连续的一些重要的磁异常信息，从而使得对断裂构造的推断结果更加贴近实际地质情况，更能有效的指导下一步的找矿工作。

[1] 管志宁, 等. 地磁场与磁力勘探[M]. 北京：北京地质出版社，2005

[2] 王晓曼，李及秋，等．西藏扎西康铅锌锑多金属矿地质特征及矿床成因探讨[J]．矿产与地质，2011，25(4) ：273-279．

[3] 李及秋, 原恩惠, 刘敏院, 等．西藏自治区隆子县桑日则矿区铅锌多金属矿详查地质报告[R]．西藏华钰矿业开发有限公司．2010．

[4] 刘玲, 等，西藏扎西康地区铅锌矿调查评价磁法测量工作报告[R]. 2014

Criteria of Fracture Tectonic Division Based on Transformation of Magnetic Anomaly in Frequency Domain

NING Kun XIE Tao SHAO Chang-sheng DENG Zi-qing

(No. 282 Geological Party, Sichuan Bureau of Uranium Geology, Deyang, Sichuan 618000)

The practice shows that fault and fold structures may be deduced and divided by means of magnetic anomaly. This paper makes transformation of vertical two order derivative and horizontal gradient mode of magnetic anomaly data in frequency domain measured by in a hydrothermal lead-zinc polymetallic mining area in Tibet in order tohighlight some shallow geological bodies or weak magnetic anomaly response. Accordingly, many faults and are divided in the mining area.

magnetic anomaly; frequency domain; vertical two derivative; horizontal gradient model; fault

2018-04-18

宁堃（1985-），男，安徽蚌埠人，工程师，长期从事矿产、工程地球物理勘查工作

P631

A

1006-0995（2018）02-0332-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.033