小波多尺度在海南雷鳴盆地鈾礦勘查中的應(yīng)用研究

■林映濤 王賢峰 宋家偉

（海南省地質(zhì)局海南海口571100）

小波多尺度在海南雷鳴盆地鈾礦勘查中的應(yīng)用研究

■林映濤 王賢峰 宋家偉

（海南省地質(zhì)局海南海口571100）

通過(guò)對(duì)海南雷鳴盆地的地面γ能譜數(shù)據(jù)鈾（U）異常進(jìn)行多尺度分解計(jì)算結(jié)果表明，小波分析在砂巖型鈾礦運(yùn)用上，對(duì)于不同層位含鈾層引起的綜合疊加場(chǎng)源響應(yīng)，具有顯著的分離的效果，可以揭示地下不同鈾礦含礦層位（鈾礦化層位）具體深度，能對(duì)不同深度的鈾礦體空間分布做出精準(zhǔn)判斷。

小波多尺度分析向上延拓γ異常地面γ能譜

0　引言

地球物理異常信號(hào)的處理與轉(zhuǎn)換是地質(zhì)礦產(chǎn)勘探解釋理論的一個(gè)及其重要環(huán)節(jié)。為了更有效地突出目標(biāo)地質(zhì)體異常信號(hào)，壓制其他干擾信號(hào)，盡可能將單一的地球物理數(shù)據(jù)進(jìn)行多面轉(zhuǎn)換與解釋，這是地球物理數(shù)據(jù)處理較為重要的方法。

在實(shí)際鈾礦勘查工作中測(cè)量得到相對(duì)較高的地面γ能譜數(shù)據(jù)，往往是由淺表鈾礦體（礦化體）的γ高場(chǎng)引起的異常，其他相對(duì)較弱的γ場(chǎng)也會(huì)包含了許多寶貴的信息，可能是不同規(guī)模鈾礦體（礦化體）在地下不同深度的綜合響應(yīng)。若能從測(cè)量得到地面γ能譜數(shù)據(jù)中將不同埋深的鈾礦體（礦化體）產(chǎn)生的γ異常分離出來(lái)，特別是對(duì)弱γ異常信號(hào)的分離提取并加于分析利用，這樣就能對(duì)地下不同深度的目標(biāo)地質(zhì)體引起的輻射場(chǎng)源響應(yīng)分別做出解釋。然而，這個(gè)問(wèn)題直到現(xiàn)在還是許多專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)，所以弱異常的提取在地球物理勘探異常解釋中具有十分重要的意義。

本文將小波多尺度分析應(yīng)用于處理海南雷鳴地區(qū)的地面γ能譜數(shù)據(jù)，同時(shí)也用傳統(tǒng)方法進(jìn)行處理，對(duì)比它們所得的成果圖，給出了相應(yīng)的結(jié)論,經(jīng)過(guò)鉆孔剖面資料驗(yàn)證，認(rèn)為小波分析在核輻射場(chǎng)分離，以及判斷鈾礦含礦層位地下埋深方面具有良好的效果

1　小波多尺度分析的理論基礎(chǔ)

1.1方法原理

在小波多尺度分析的基礎(chǔ)上，Mallat（1988）根據(jù)小波多分辨率特征，將正交小波基的構(gòu)造法統(tǒng)一起來(lái)，給出正交小波的構(gòu)造方法以及正交小波變換快速算法，即Mallat算法，對(duì)于分辨率為的信號(hào),用表示空間的低頻逼近部分，表示空間的高頻細(xì)節(jié)部分，可得

可以進(jìn)一步寫為

式中，表示函數(shù)映射到子空間，為小波分解的最大階數(shù)（劉天佑，2005）。

1.2小波多尺度分解的應(yīng)用實(shí)例

把上述小波多尺度分析方法應(yīng)用于地面γ能譜測(cè)量資料處理,實(shí)現(xiàn)野外觀測(cè)值U含量多次分解。當(dāng)分解尺度為1時(shí)，得到1階逼近和1階細(xì)節(jié)；當(dāng)分解尺度為2時(shí)，得到2階逼近和2階細(xì)節(jié)；2階細(xì)節(jié)相當(dāng)于是從1階逼近再分離出來(lái)的1階細(xì)節(jié)，這樣就把一個(gè)復(fù)雜異常分解成為一個(gè)1階細(xì)節(jié)（可能是隨機(jī)干擾或淺部地質(zhì)體產(chǎn)生的）、一個(gè)2階細(xì)節(jié)（可能中淺部地質(zhì)體產(chǎn)生的）和一個(gè)2階逼近。同理可以進(jìn)行更高尺度的分解（張恒磊等，2009）。（如圖1～1）

以三階為例表示為下式：

2　海南雷鳴盆地放射性地球物理特征

雷鳴盆地地區(qū)的鈾礦層（鈾礦化層）主要賦存在盆地邊緣白堊統(tǒng)報(bào)萬(wàn)組K2b中，報(bào)萬(wàn)組礦層中鈾礦石主要有含礫砂巖、長(zhǎng)英質(zhì)含礫粗砂巖、長(zhǎng)英質(zhì)含礫中砂巖、長(zhǎng)英質(zhì)含礫細(xì)砂巖，含礦層為紅褐色、灰黑色、黃褐色。根據(jù)北京703航測(cè)隊(duì)資料，雷鳴盆地西部邊緣內(nèi)外接觸帶部位，γ異常發(fā)育，多表現(xiàn)為航測(cè)伽瑪高場(chǎng)，偏高場(chǎng)及異常區(qū)。場(chǎng)值可達(dá)3—15γ或15γ以上，為航測(cè)Ⅰ類遠(yuǎn)景區(qū)。具有鈾成礦遠(yuǎn)景的HF～3a號(hào)航測(cè)異常就位于盆地西部邊緣航空γ高場(chǎng)的西南部(見(jiàn)圖2～1)，其展布方向?yàn)镹E向，長(zhǎng)約8Km，寬約1Km，強(qiáng)度為6～9γ，U/Th＞1，為鈾性異常。

圖2　～1雷鳴盆地航測(cè)伽瑪平面等值圖

根據(jù)2009年～2010年野外調(diào)查，在區(qū)域上對(duì)雷鳴盆地及邊緣地區(qū)進(jìn)行γ路線測(cè)量、γ能譜路線測(cè)量，認(rèn)為由于同一時(shí)代的不同侵入巖或不同時(shí)代的同種侵入巖，其放射性元素含量一般都不盡相同，因此對(duì)盆地邊緣侵入巖及變質(zhì)巖地區(qū)開(kāi)展γ測(cè)量的同時(shí)配合采用地面γ能譜測(cè)量，研究其放射性特征及其U、Th、K含量背景值，并統(tǒng)計(jì)該區(qū)域不同巖性的U、Th、K含量背景值（見(jiàn)表2～1）。根據(jù)地表γ高場(chǎng)異常進(jìn)行槽探揭露，刻槽取樣的結(jié)果表明，鈾礦層明顯受層位控制，不同層位、不同巖性其U、Th、K含量背景值差異顯著，一般紫紅色含礫粗砂巖U含量較高，而灰白色含礫粗砂巖，灰白色細(xì)砂巖及灰白色細(xì)砂巖及含礫中砂巖，灰白色含礫粗砂巖及黃褐色含礫粗砂巖等巖性其背景γ含量均相對(duì)較低。（見(jiàn)表2～2），這為該區(qū)開(kāi)展地面γ能譜測(cè)量工作提供較好的地球物理?xiàng)l件。

表2　～1雷鳴盆地區(qū)域的鈾、釷、鉀含量背景值

表2　～2雷鳴盆地槽探刻槽取樣鈾、釷、鉀含量分析結(jié)果表

3　數(shù)據(jù)采集處理與揭露工程驗(yàn)證

3.1海南雷鳴盆地?cái)?shù)據(jù)采集處理

在室內(nèi)處理γ能譜數(shù)據(jù)確定背景值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、變異系數(shù)時(shí)，參照了GB4882～85進(jìn)行正態(tài)、偏度、峰值檢驗(yàn)，各元素均服從正態(tài)分布。采用下列公式計(jì)算各參數(shù)值：

變異系數(shù)CV=S/X

n為測(cè)點(diǎn)數(shù)，要求大于或等于30個(gè)測(cè)點(diǎn)；Xi第i個(gè)測(cè)點(diǎn)鈾、釷、鉀含量值；計(jì)算背景值、標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)應(yīng)剔除含量值Xi大于或等于X+3S的測(cè)點(diǎn)，這樣所得的異常結(jié)果才較可靠。本文運(yùn)用surfer異常等值線成圖軟件處理地面γ能譜數(shù)據(jù)，對(duì)U含量生成異常平面等值線圖，然后用mags軟件的二維小波分析功能模塊對(duì)surfer文件進(jìn)行小波多尺度分解（見(jiàn)圖3～1至3～6）。

圖3　～1海南雷鳴盆地地面γ能譜U原始異常平面等值線

圖3　～2海南雷鳴盆地工區(qū)小波一階逼近U異常平面等值線

圖3　～3海南雷鳴盆地工區(qū)小波二階逼近U異常平面等值線

圖3　～4海南雷鳴盆地工區(qū)小波三階逼近U異常平面等值線

圖3　～5海南雷鳴盆地功率譜曲線/(小波一階逼近)

圖3　～6海南雷鳴盆地功率譜曲線/(小波二階逼近)

圖3　～7海南雷鳴盆地功率譜曲線/(小波三階逼近)

3.2數(shù)據(jù)處理成果分析及鉆孔工程驗(yàn)證

3.2.1數(shù)據(jù)處理成果分析

以上成果圖件以海南雷鳴地區(qū)的地面γ能譜數(shù)據(jù)的U異常為例來(lái)說(shuō)明小波多尺度分解的應(yīng)用效果。從工作區(qū)地面γ能譜測(cè)量結(jié)果可知，工作區(qū)U含量平均值為2.83ppm，最高值為25.5ppm。U異常等值圖呈南北帶狀分布，紫紅色含礫粗砂巖一般有較強(qiáng)的γ高場(chǎng)異常。對(duì)U異常進(jìn)行小波分解處理,分別作了一階、二階、三階分解，異常等值圖經(jīng)過(guò)小波分解后，異常等值圖形態(tài)更加規(guī)則,異常呈近南北拉長(zhǎng)且呈近橢圓狀。原始異常強(qiáng)度極大值為25.5ppm,小波一階分解后其異常幅值衰減為15.5ppm，小波二階分解后其異常幅值衰減為10ppm，小波三階分解后其異常幅值衰減為5.8ppm，U異常幅值衰減較大。采用小波多尺度一階細(xì)節(jié)顯著地反應(yīng)淺部地質(zhì)體異常響應(yīng)，三階小波逼近U異常等值圖呈橢圓狀形狀更加規(guī)則明顯，通過(guò)小波二階逼近功率譜曲線分析，一階小波逼近的場(chǎng)源似深度為60.95m，二階小波逼近的場(chǎng)源似深度為105.08m，三階小波逼近的場(chǎng)源似深度為143.55m。

3.2.2鉆孔工程驗(yàn)證

工作區(qū)內(nèi)鈾礦化嚴(yán)格受地層層位控制，礦體主要產(chǎn)于報(bào)萬(wàn)組下段上部（K2b1～3）、中段下部（K2b2～1）和中段中部（K2b2～2）地層中（見(jiàn)圖4～16）；礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，即礦體走向?yàn)榻媳毕?，傾向東，傾角40.3°～55.6°，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。根據(jù)2012年度鉆孔資料，鈾礦體主要分布于工作區(qū)北部地段10號(hào)勘探線至14號(hào)勘探線、工作區(qū)中部地段3號(hào)勘探線和南部地段9號(hào)勘探線至19號(hào)勘探線之間，賦存標(biāo)高為+49～351m。論文數(shù)據(jù)選取地面γ能譜勘探線0～17號(hào)線做小波多尺度分解，結(jié)合功率譜分析，并選擇ZK3～1號(hào)鉆孔資料驗(yàn)證（見(jiàn)圖4～19）。ZK3～1號(hào)鉆孔為工業(yè)孔，礦體產(chǎn)于報(bào)萬(wàn)組下段上部（K2b1～3）地層中，其產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致（見(jiàn)圖4～18），

圖3～8紫紅色含礫粗砂巖

圖3　～8 紫紅色含礫粗砂巖（鉆孔號(hào)：ZK3～1，孔深：103.95～105.35m）

圖3　～9 紫紅色含礫粗砂巖（鉆孔號(hào)：ZK3～1，孔深：105.15～105.25m）

總體走向?yàn)榻媳毕颍瑑A角41.1°。礦體呈似層、透鏡狀，沿走向長(zhǎng)100m，沿傾向長(zhǎng)100m。礦體水平厚度1.84m，品位0.101%，資源量（334）47.0t。含礦巖性為紫紅色中砂巖和含礫粗砂巖，發(fā)育強(qiáng)烈紅化、赤鐵礦化（見(jiàn)圖3～8、3～9）。

圖3　～10工作區(qū)中部地段03號(hào)勘探線鉆孔剖面圖

1～白堊系報(bào)萬(wàn)組中段上亞段；2～白堊系報(bào)萬(wàn)組中段中亞段；3～白堊系報(bào)萬(wàn)組中段下亞段；4～白堊系報(bào)萬(wàn)組下段上亞段；5～白堊系報(bào)萬(wàn)組下段中下亞段；6～礫巖；7～砂質(zhì)礫巖；8～含礫粗砂巖；9～粗砂巖；10～中砂巖；

11～細(xì)砂巖；12～粉砂巖；13～凝灰質(zhì)粉砂巖；14～泥質(zhì)粉砂巖；15～粉砂質(zhì)泥巖；16～泥巖；

17～殘積土；18～工業(yè)礦段；19～礦化段；20～鉆孔編號(hào)及孔口標(biāo)高。

圖3～2至圖3～4是工作區(qū)1階至3階小波分解的逼近，圖3～5至圖3～7是工作區(qū)1階至3階小波分解對(duì)應(yīng)的功率譜曲線及相應(yīng)的場(chǎng)源似深度，結(jié)合功率譜分析及鉆孔剖面資料（圖3～10）驗(yàn)證可知，1階小波逼近場(chǎng)源似深度為60.95m，與剖面圖的2號(hào)礦化段（66.75m～68.65m）較為接近；2階小波逼近場(chǎng)源似深度為105.08m，與剖面圖的 4號(hào)工業(yè)段（103.95m～105.35m）和 3號(hào)礦化段（97.25m～97.85m）較為接近；3階小波逼近場(chǎng)源似深度143.55m與剖面圖的5號(hào)礦化段（149.85m～150.15m）較為接近。

4　結(jié)論

在鈾礦勘探工作中，由于深部場(chǎng)源的γ異常響應(yīng)頻率較低，測(cè)量得到地面γ能譜數(shù)據(jù)不高，又受淺部鈾礦體（鈾礦化體）的γ高場(chǎng)干擾，這樣在推斷解釋時(shí)就往往漏過(guò)深部目標(biāo)地質(zhì)體。有些方法雖可以對(duì)高低頻信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，但對(duì)深部鈾礦體的空間分布狀態(tài)切難以準(zhǔn)確分辨和判斷。因此對(duì)地面γ能譜高低頻異常信號(hào)分別作出定性解釋，并對(duì)地下鈾礦體（鈾礦化體）賦存空間狀態(tài)作出準(zhǔn)確判斷具有重要找礦意義。本文用小波多尺度分解對(duì)海南雷鳴工作區(qū)的地面γ能譜U異常進(jìn)行處理分析，可以得出以下幾點(diǎn)重要結(jié)論：

（1）小波分析是將地面觀測(cè)的γ能譜數(shù)據(jù)通過(guò)處理轉(zhuǎn)換解釋到地下地質(zhì)目標(biāo)體響應(yīng)的有效手段，運(yùn)用小波多尺度分解對(duì)地面γ能譜數(shù)據(jù)的U含量進(jìn)行處理，可以揭示地下不同鈾礦含礦層位（鈾礦化層位）具體深度，推斷地下不同深度鈾礦體（鈾礦化體）的三維空間分布狀況。

（2）地面γ能譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)小波多尺度分解并結(jié)合功率譜分析，可以揭示具體深度鈾礦體（鈾礦化體）產(chǎn)生的異常響應(yīng)，對(duì)鈾礦體（礦化體）引起的場(chǎng)源異常能夠作出較為準(zhǔn)確的判斷，通過(guò)鉆孔資料驗(yàn)證，認(rèn)為小波多尺度分解方法有較高的準(zhǔn)確性。

TL212.9[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～332～3