成像技术在矿区重力勘探中的应用研究.docx

成像技术在矿区重力勘探中的应用研究摘要在重力勘探中利用概率成像新方法处理数据，在东北某矿区实测重力剖面数据，在常规处理解释中遇到很多不确定性.而概率成像以及重力梯度概率成像的新方法解决了在实际工作中无法进行场分离的难点，去除干扰场的叠加.通过对比分析更好地处理解释矿区的重力异常，圈定异常地质体，为找矿提供更有力的依据，从而解决了复杂地区重力场的反演解释问题，对重力勘探工作中复杂地区重力异常的解释有很好的利用价值，能快速准确稳定地进行重力异常成像反演。关键词：成像技术；梯度成像；重力勘探；反演；异常解释O引言自上世纪90年代以来，重力勘探仪器的研发与数据处理方法的改进，均取得较好的成效.重力数据处理解释方法除了常规的场分离、对应分析、界面反演及断层量化反演等新技术不断发展，概率成像则在隐伏岩体推断、构造单元划分、矿产圈定等方面都有较好前景.概率成像方法是把重力位场与相应的扫描场函数进行互相关的归一化运算-5,研究地下异常场源的特征及其分布.最早是1997年由D.Patella等6-8提出的，应用在自然电场勘探中，后引入重力勘探.概率成像的原理-10是：将异常地质体下半空间分成均匀网格，计算每一网格节点（扫描点）单位密度差异所产生的异常（扫描函数）与实测场在一定窗口范围内的归一化互相关函数（场源发生的概率），并逐点移动扫描点和窗口，计算所有网格节点上场源发生的概率，依据场源高概率区域研究场源的分布，分析异常值高低，推断异常体形状和位置、分布形态以及矿体类型等11-15.1矿区地质概况研究区是东北地区某矿区，处于华北地台北缘，在马兰峪一山海关褶皱带的南部，普遍分布着太古宇沉积变质岩系.其构造位置处于隆起西边缘褶皱带内，矿床明显受褶皱构造控制.主要含矿层位为太古宇迁西群三屯营组二段.底部岩性为紫苏辉石斜长片麻岩、紫苏麻粒岩、紫苏黑云变粒岩夹磁铁石英岩和磁铁辉石岩及多层辉石斜长角闪岩组合；中部岩性为紫苏黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩、石榴黑云变粒岩，主要含两层磁铁石英岩和磁铁石英辉石岩组合；上部为石榴透辉斜长片麻岩、麻粒岩、斜长角闪岩组合夹夕线石石榴黑云钾长片麻岩、夕线石黑云斜长片麻岩夹石榴石磁铁石英岩，反映了比较完整的旋回特征，上部层位硅铝组分明显增多.原岩恢复为：基性f中性一硅铁质沉积岩组合f酸性火山岩.矿石以条带条纹状、片麻状、致密块状磁铁石英岩为主.由于变质变形强烈，矿石存在磁各向异性和形体退磁.2矿区实测数据重力异常概率成像笔者在测区内获取了50个点的重力异常值实测数据，成像结果如图1.给出异常最大深度分别为z=100m,z=300m,Z=600m.根据实测数据和实测点距进行概率成像.从成像结果来看，地质异常体中心埋深随Z值变化而变化.分析表明，这种方法在该矿区的概率成像效果不是很好.为了很好地表现出局部异常的地质特征，笔者对异常数据进行了重力场分离.得到新的数据进行概率成像，地质体异常较清楚一些，但整体异常没有明显变化，说明场分离以后对该测区的异常成像影响不大.因此说明该地区重力异常属于单一矿体引起的异常，倘若辅助以电磁等物探工作方式，能够更准确地探明矿体成因、位置形态等.ffll测区威力廿常概率成像图FiRIPrUNibiI沁iugi<>gmvilyuM>ndintMkMUrvvyedanaataOOtnII”j三3(M)m：<x三600n3矿区实测数据重力梯度概率成像31垂直梯度概率成像笔者选取上述重力数据进行重力垂直梯度概率成像.首先对该测区的数据进行分析，做了简单的图形处理，把显示的结果数据进行延拓和圆滑，利用程序软件处理，对异常值求取导数，然后选取50个比较好的点，取最大深度为分别为Z=IOonbz=300m,z=600m,进行重力垂直梯度成像，从成像图中可以看到，由于受到趋肤效应的干扰，在成像图的边缘出现了干扰异常.分析成像结果可以发现，该测区的异常实际深度应该在150m左右，而且成像的结果比较好，异常分布清楚.在图2b和图2c中笔者能够清楚地看到中心埋深的最大值，但图2a中垂直深度比较浅，受到趋肤效应的干扰比较大.然而后面就没再出现同样的问题，这为笔者能很好地进行重力垂直梯度成像提供了适合条件.但在实际应用中，该方法还是适合比较浅层的重力勘探.这里笔者看到它们的剖面图形状一致，因此可以得知，该测区的重力勘探效果应该比较好，而且异常分布形态比较清晰，适合科学研究和实际资源勘探.3.2水平梯度概率成像为了能够更好地验证成像结果，笔者做了相同参数条件下的重力水平梯度概率成像，得到该测区50个点的成像图（图3）.从图中可以看到，水平梯度提高了横向分辨率，使得成像在横向上具有很明显的异常.另外，图3a中的异常分布比较分散,不能够清楚地反映成像结果.而图3b、C则好于前者，成像结果图能够很好地表现地质体异常形态以及各自点值的分布.综合图2和图3,可以明显地看出，水平梯度与垂直梯度成像的结果对地质体的反映基本一样，只是不同方向的梯度能够提高该方向上的分辨率.对于垂直梯度成像来说，不同阶次的导数反映不同的深度.从成像结果可以得出，该测区地质体属于中深部矿体.由于地形属于华北平原，成像的效果并不好.不过从重力梯度成像可以看出，该地区的异常大约在地下150m,属于高密度地质矿体4成像方法效果对比笔者基于重力异常概率成像法，通过正则化延拓得到地下半空间完整场值,再判别出各度场值有意义的数据段并上延到地表进行概率成像，最后汇总各成像结论.数据试验表明，概率成像方法效果优于常规方法.因此可知，重力成像的效果好于一般的反演方法，而重力梯度成像结果最好.能否广泛应用于实际勘查中，还有待时日.单一球体模型和组合模型的反演计算表明，反演方法对单一异常体有较高的反演精度，对横向相隔比较远的孤立异常体反演精度也可以，对于叠加模型（横向或纵向）,横向上的分辨率明显好于纵向上的分辨能力.在引入重力异常成像和重力梯度成像以后大大提高了反演精度，减少了多解性，而且运算简单，结果稳定，尤其是重力梯度成像，分辨率明显好于其他方法.实测数据验证就说明了这一点.在实测数据验证时，成像反演结果与实际地球物理资料基本符合，证明了本方法的实用性.成像的结果存在着干扰因素，是与地质体趋肤深度有关.同时，因为浅层的网格剖分单元成像概率值比较大，先进行反演处理，对数据插值、圆滑、延拓、求导等处理，最后选一些数据进行概率成像.为了克服这种趋肤效应带来幅度上的干扰，可以通过引入深度加权函数或者其他方法来处理，这些都需要今后的科学研究来实现.笔者对二度体模型(2个垂直台阶)进行了概率成像，明显提高了成像效果，比早期的点扫描函数成像效果要好得多。通过本次对成像技术的研究，以及与前人的研究成果相比较，笔者认为成像技术还没有达到能够用于大规模勘探的阶段.在球体模型等规则地质体的应用中，有很好的实用意义，但矿产成因往往因地质情况而异，广泛使用亦需要进一步的研究和实践验证.通过集中地质体模型的成像研究比较，成像技术目前有其缺点，需要不断发展研究.只要突破模型应用中的限制，就能够找到地质异常矿体.本方法将会有更加广阔的应用前景.5结论(1)重力概率成像在重力异常解释过程避免了很多无法分离的干扰，能够准确地反演异常源，对重磁同源异常有相对较好的解释.(2)概率成像方法不需要在常规反演中给出初始模型和正反演的迭代拟合过程，概率成像过程中也不需要引入任何先验约束信息条件.该方法简单，容易实现，计算结果比较稳定.(3)球体模型重力异常和重力梯度数据试验分析表明，本文中的方法能成像出地下异常地质体的空间分布状态以及等效剩余质量的分布情况.其中，重力梯度概率成像的分辨相比重力异常概率成像的分辨率有了明显提高.因此,本方法是有效的，有很大的应用前景.(4)综合利用重力异常概率成像和重力梯度各分量概率成像结果能够提高地质解释的准确性.(5)通过本文试验研究，重力成像技术在地质条件复杂的地区有很好的开发应用前景参考文献：1胡玉贵.区域水资源承载能力研究D.南京：河海大学，2005.2何俊仕，刘洋，韩宇舟，等.辽河流域水资源承载能力评价研究LJ.水电能源科学,2010,28(4)：24-27.3莫崇勋，杨庆，王大洋，等.物元评价法在南宁市水资源承载力评价中的应用J.水电能源科学，2015,33(9)：31-35.4潘俊，王谶瀚，张宗禹.基于可变模糊评价法的沈阳市水资源承载力研究J.水土保持应用技术，2016,24(2)：8-11.5常进，赵小勇.PPC模型在水资源承载能力评价中的应用J.人民黄河，2013,35(9)：71-73.6莫崇勋，宋丽，蔡德所，等.广西北部湾经济区水资源承载能力演变分析J.水力发电学报，2015,34(1)：45-48.7毕黎明，赵麦换，安玉洁.宁蒙陕能源基地水资源承载能力分析J.人民黄河，2013,35(10)：93-95.8崔振才，于纪玉，王启田.模糊约束线性规划在日照区域水资源承载能力评价中的应用研究J.水力发电学报，2012,31(2)：27-32.9彭慧，周惠成，李敏.北方沿海地区水资源可再生能力的多层次多指标可变模糊评价J.水力发电学报，2010,29(4)：39-45.10吴丽.城市水资源系统中若干重要问题的研究D.大连：大连理工大学，2009.口1戴建民.博尔塔拉河流域水资源承载力模糊综合评价J.沙漠与绿洲气象，2010,4(5)：35-39.12王顺久，侯玉，张欣莉，等.流域水资源承载能力的综合评价方法Lj.水利学报，2003,34(1)：88-92