Tilt－depth method在四川盆地及其鄰區(qū)的應(yīng)用

李海明，周 正

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069;2.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710069)

磁性場(chǎng)源深度的估測(cè)在磁異常解釋當(dāng)中占有重要的地位，但所有傳統(tǒng)的求導(dǎo)方法的振幅與總磁場(chǎng)強(qiáng)度(TMI)異常的振幅是緊密聯(lián)系的，所以假如有埋深不同、傾角不同的多場(chǎng)源存在，傳統(tǒng)方法因深層源振幅不明顯，很難探測(cè)出深層源的邊界。Miller和Singh1994年提出Tilt梯度，它很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)門(mén)ilt梯度與TMI異常的振幅是無(wú)關(guān)的，其值對(duì)于場(chǎng)源的深度是不敏感的，能很好的探測(cè)出深層源或淺層源的邊界。但Tilt梯度受場(chǎng)源傾斜角度的限制，只適合于探測(cè)傾角為0°和90°的場(chǎng)源邊界。隨后J Derek Fairhead and Chris M.Green(2004)提出 Tilt梯度的水平導(dǎo)數(shù)的概念，Tilt梯度的水平導(dǎo)數(shù)則有效的解決了這個(gè)問(wèn)題，Tilt梯度的水平導(dǎo)數(shù)與TMI異常的振幅也是無(wú)關(guān)的，這種方法還不受場(chǎng)源角度的影響，可以解決傾角為任何值的問(wèn)題，并且當(dāng)傾角很小時(shí)，相對(duì)于其它的求導(dǎo)方法效果更好［3］。

1 Tilt－depth method原理

此種方法最早由Miller和Singh1994年提出的，這種方法求得的梯度值對(duì)于場(chǎng)源的深度是不敏感的，不受場(chǎng)源埋深的限制，因此它能很好的探測(cè)出埋深不同的多場(chǎng)源物體的邊界，但是Tilt梯度只適合于探測(cè)傾角為0或π/2的地質(zhì)體邊界。2004年經(jīng)Verduzco和GETECH提出Tilt梯度的水平導(dǎo)數(shù)的概念［2］，這種方法可以解決地質(zhì)體傾角為任何值的問(wèn)題，可以更準(zhǔn)確的探測(cè)不同傾角的地質(zhì)體邊界。改進(jìn)后并描述為

1972年Nabighian給出了水平位置為 h深度為 zc處，M沿水平和垂直方向?qū)?shù)

這里K為接觸面的相對(duì)磁化系數(shù)，F(xiàn)為磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，c=cos2isin2A，A為磁偏角，這里所有角都以度為單位。在一定條件假設(shè)的情況下比如說(shuō)接觸面近于垂直并且磁場(chǎng)是垂直的或是進(jìn)行了化極處理，方程(2)和(3)可以簡(jiǎn)化為

將(4)，(5)代入(1)得，

這樣一來(lái)，(6)式顯示磁性體的邊界:即h=0，此時(shí)θ=0°;并能顯示磁性體的深度:即 h=zc，對(duì)應(yīng) θ =45°:h= － zc，對(duì)應(yīng)θ=－45°，所以相關(guān)的磁性體的深度也是±45°等值線(xiàn)距離的一半。觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二者不一致時(shí)，后者較前者更為準(zhǔn)確［1］。

2 基地深度研究

四川盆地形成主要經(jīng)歷了以下三個(gè)階段:

(1)燕山早—中期(J—K1)是華南褶皺帶的造山時(shí)期，發(fā)育強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿作用，并產(chǎn)生逆沖推覆和強(qiáng)烈的褶皺。同時(shí)期，岡瓦納大陸全面裂解漂移，夾于其間的上揚(yáng)子區(qū)向北運(yùn)動(dòng)，南秦嶺向南逆沖、推覆，形成了川北坳陷。

(2)燕山晚期(K2—E1)川北、川東結(jié)束了陸相沉積，開(kāi)始進(jìn)入風(fēng)化剝蝕時(shí)期，并形成了走向北東的構(gòu)造和四川盆地東南部的邊緣雛形。

(3)喜馬拉雅期早期(E2)隨著印度板塊與歐亞板塊的碰撞拼合，上揚(yáng)子區(qū)西部產(chǎn)生廣泛的蓋層褶皺，形成了走向南北的構(gòu)造，并結(jié)束了大范圍的陸相沉積，四川盆地基本形成。之后進(jìn)入陸內(nèi)盆地強(qiáng)烈擠壓褶皺構(gòu)造變形和風(fēng)化剝蝕時(shí)期改造階段。

四川盆地發(fā)育有自震旦系至第四系厚逾13 000 m的沉積地層，其中，震旦系—中三疊統(tǒng)主要為海相沉積地層，以碳酸鹽巖為主，厚4 100～7 000 m。上三疊統(tǒng)—第四系主要為陸相沉積地層，厚 3 500 ～6 000 m［5］。

圖1 四川盆地及其鄰區(qū)航次異?；瘶O圖(nT)

圖1為四川盆地及鄰區(qū)的航磁異?；瘶O圖，本研究區(qū)大多為北東向的塊狀或條狀異常。盆地內(nèi)部多為正異常，南充附近達(dá)到最高為700 nT，充分顯示了四川盆地為一個(gè)冷而硬的塊體。其西北，北部，東南邊緣多為弱負(fù)異常，并以北東向條帶狀分布。為了使Tilt角圖更加清楚起見(jiàn)，將磁異?；瘶O后，又進(jìn)行了上延處理(上延1km)。圖2為本研究區(qū)的Tilt角圖，鑒于研究需要，圖中僅顯示 －45°，0°，45°等值線(xiàn)。根據(jù)理論所述，等值線(xiàn)越密越窄說(shuō)明基底較淺，相反等值線(xiàn)越疏越寬說(shuō)明基底越深。那么本地區(qū)的基底深度變化情況圖中顯示的就很清楚了。圖中有一很大特點(diǎn)，盆地內(nèi)等值線(xiàn)普遍來(lái)說(shuō)較寬，約在6～13 km，個(gè)別地區(qū)可達(dá)26 km，例如南充東和威遠(yuǎn)附近。而四川盆地周?chē)?，昭覺(jué)，黑水－松潘，城口－安康等地區(qū)明顯等值線(xiàn)要密得多，多半小于5 km。這個(gè)整體現(xiàn)象充分說(shuō)明四川盆地沉積厚度要大得多。

圖2 Tilt角圖(度)

當(dāng)然也不都是如此，例如四川盆地，城口以西基底也是較深的，而四川盆地內(nèi)重慶附近基底相對(duì)較淺。

3 結(jié)語(yǔ)

文中呈現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單快捷的場(chǎng)源深度解釋方法，0°等值線(xiàn)對(duì)應(yīng)場(chǎng)源邊界，－45°和45°等值線(xiàn)的一半對(duì)應(yīng)場(chǎng)源深度。這種方法不僅專(zhuān)業(yè)人士能使用，普通人也能理解。傳統(tǒng)方法需要求高階導(dǎo)數(shù)，或要用到滑動(dòng)窗口［4］，而本方法只要簡(jiǎn)單的一階導(dǎo)數(shù)運(yùn)算即可，可稱(chēng)為方便快捷。

傳統(tǒng)的求導(dǎo)方法的振幅與總磁場(chǎng)強(qiáng)度(TMI)異常的振幅是緊密聯(lián)系的，所以假如有埋深不同、傾角不同的多場(chǎng)源存在，傳統(tǒng)方法因深層源振幅不明顯，很難探測(cè)出深層源的邊界。Tilt梯度的水平導(dǎo)數(shù)與TMI異常的振幅也是無(wú)關(guān)的，這種方法還不受場(chǎng)源角度的影響，可以解決傾角為任何值的問(wèn)題，并且當(dāng)傾角很小時(shí)，相對(duì)于其它的求導(dǎo)方法效果更好。

從總體來(lái)看，四川盆地基底深度較其周?chē)黠@要深得多。從另一方面將，四川盆地的沉積厚度要大一些了。其深度為6～13 km，個(gè)別地區(qū)可達(dá)26 km，例如南充東和威遠(yuǎn)附近。而四川盆地周?chē)延X(jué)，黑水－松潘，城口－安康等地區(qū)明顯等值線(xiàn)要密得多，多半小于5 km。但本方法需要進(jìn)行化極處理，而且要進(jìn)行一定距離的上延才能使得顯示的更加清楚，因此還有改進(jìn)的余地。

［1］AHMED SALEM AND SIMON WILLIAMS et al.Tilt－ depth method:A simple depth estimation method using first－order magnetic derivatives.the leading edge，2007，1502 ～ 1505.

［2］Derek J，Airhead F，Chris Green M.New insights into magneticderivatives for structural mapping.The Leading Edge，2004，116 ～ 119.

［3］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.地球物理學(xué)進(jìn)展，2004，19(3):625 ～630.

［4］XIONG LI，F(xiàn)ugro－ LCT.On the use of different methods for estimating magnetic depth.The Leading Edge，2003，1090 ～1099.

［5］毛瓊，鄒光富，張洪茂，金輝.黃海波四川盆地動(dòng)力學(xué)演化與油氣前景探討.地質(zhì)與勘探，2006，26(11):7～10.