欧拉反褶积方法在内蒙古塔木素粘土岩预选区的应用

刘 星，许文军

（东华理工大学地球物理与测控技术学院,江西 南昌330013）

高放射性废物产生热量与地下水结合将加速岩石的蠕变[1]，了解深部地质断裂的空间展布对处置库安全、长期存在至关重要。重、磁数据来源广、分布范围大、深部信息丰富，是查明深部地质构造、判别区域地质构造稳定的重要手段。场源自动反演技术是位场资料处理解释的重要内容。其中，欧拉反褶积是一种可以自动、半自动快速估算异常源位置信息的反演解释方法，具有较强的适用性、计算结果直观等特点，依托着在反演过程中无需先验信息的优势而得到了广泛地研究与应用[2]。在1949年，Peters首次提出欧拉反褶积方法[3]；在1982年，Thompson在Peters的基础上进一步改善并将其应用在磁测数据二维欧拉反褶积反演中[4]，然后在1990年Reid等再将其应用在三维磁测资料处理[5]；2004年，Keating和Pilkington提出了解析信号的欧拉反褶积[6]；2005年，范美宁等对欧拉反褶积方法进行了改进,通过找到场源与构造指数间的直接系数关系，从而减少了反演计算量[7]；2008年,习宇飞等将欧拉反褶积应用于井中磁测资料反演中，有效估计场源分布位置[8]；2017年,孙昂等将欧拉反褶积应用到实测航磁三分量数据中，准确地对异常体边界进行估计[9]。

为快速查明处置库预选区内断裂展布，文章基于1:10万航磁资料为基础，对预选区开展了欧拉反褶积反演研究，有效揭露了研究区内深部断裂构造分布，为处置库选址筛选工作提供参考信息。

1 欧拉反褶积法理论基础

欧拉反褶积方法是以欧拉齐次方程为基础，利用重力或磁异常沿x、y、z三个不方向的偏导数以及构造指数建立线性方程组并求解，进一步计算求出异常源的水平位置及深度。该方法是一种快速估计场源位置参数的方法，由Reid等给出的基本表达式为：

其中，x、y、z为观测点坐标；x0、y0、z0为场源位置中心坐标；f为位场异常；、分别为位场异常 f在 x、y、z方向上的偏导数；B为背景场；N为位场数据对应的构造指数。

2 研究区概况

塔木素地区是我国高放废物粘土岩处置库选址的重点研究区域，地质概况如图1所示，区内构造活动频繁，受区域断裂和控盆断裂构造的影响，构造发育存在一定的方向性，控制了盆地的沉积类型与空间发育特点，总体表现以NE向为主，其次近EW向和NW向。研究区基底地层主要为古远古代和石炭系上统和二叠系的变质岩系，盖层地层主要由侏罗系、白垩系和第四系沉积岩系组成，其中下白垩统巴音戈壁组上段为主要粘土岩处置库选址。

图1 研究区地质图

图2 塔木素航磁欧拉反演解（底图为化极后的磁异常）

3 实测数据欧拉反褶积

将欧拉反褶积法运用到塔木素航磁异常中，图2为塔木素地区航磁数据欧拉反演结果图，可以看出研究区的构造较为复杂，断裂构造或岩性接触带发育。底图为塔木素地区航磁数据化极处理后的磁异常分布图，研究区整体表现为东高西低。在粘土岩预选区内(黑色线框内)，西侧总体表现为低负磁异常，与浅部大面积低磁性的花岗岩基底和沉积地层对应。东侧整体呈正高磁异常，与高磁性火成岩地层直接相关，很好地对应实际地下地质体分布。根据地质图已知，东侧及南侧地表地质体分布多为第四系，属无磁性或弱磁性，整体磁异常表现为正高磁异常，因此可以推测该区存在隐伏高磁性地质体。

图中黑点表示欧拉反演磁异常源水平位置和延伸情况，根据其连线可以判断出四条主要的北东走向的呈带状分布的磁异常构造，与火成岩地层对应。研究区整体推断构造或岩性接触带以北东走向为主，与地质资料己知构造位置能较好地对应，证明欧拉反褶积法具有较强的断裂构造识别能力。在粘土岩预选区内，反演解水平位置以北东走向为主，综合信息分析沉积岩分布区的磁异常主要是由断裂构造产生。未进行欧拉反褶积处理前化极磁异常边界范围不清晰,断裂构造形迹不好推断,经欧拉反褶积反演后,断裂平面延伸方向相对较明确,未出现断裂切割或错动等活动现象。综上,欧拉反褶积方法可提高磁异常对断裂的识别能力,有助于划分处置库预选区内断裂分布关系。

在实际资料处理过程中，数据质量和解的收敛性问题等因素会影响欧拉反褶积法反演效果，因此还需结合其他地球物理方法和地质资料进行综合解释，以提高反演解的准确性。

4 结论

本文将欧拉反褶积方法应用在中国内蒙古塔木素地区的航磁资料处理中,反演结果的分布位置基本上呈条带状，综合化极磁异常及地质资料，推断确定了粘土岩预选区断裂构造及地下磁性体分布，与已知地质资料相符合,有效证明欧拉反褶积法的适用性。欧拉反褶积法基本反映出了内蒙古塔木素地区地下深大断裂的走向或岩性接触带的分布特征。结合解释结果和己知地质资料可知研究区内磁异常主要源自断裂构造，同时也为研究处置库选址提供了依据。