小波多尺度在海南雷鳴盆地鈾礦勘查中的應用研究

■林映濤 王賢峰 宋家偉

（海南省地質局海南海口571100）

小波多尺度在海南雷鳴盆地鈾礦勘查中的應用研究

■林映濤 王賢峰 宋家偉

（海南省地質局海南海口571100）

通過對海南雷鳴盆地的地面γ能譜數據鈾（U）異常進行多尺度分解計算結果表明，小波分析在砂巖型鈾礦運用上，對于不同層位含鈾層引起的綜合疊加場源響應，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，能對不同深度的鈾礦體空間分布做出精準判斷。

小波多尺度分析向上延拓γ異常地面γ能譜

0　引言

地球物理異常信號的處理與轉換是地質礦產勘探解釋理論的一個及其重要環節。為了更有效地突出目標地質體異常信號，壓制其他干擾信號，盡可能將單一的地球物理數據進行多面轉換與解釋，這是地球物理數據處理較為重要的方法。

在實際鈾礦勘查工作中測量得到相對較高的地面γ能譜數據，往往是由淺表鈾礦體（礦化體）的γ高場引起的異常，其他相對較弱的γ場也會包含了許多寶貴的信息，可能是不同規模鈾礦體（礦化體）在地下不同深度的綜合響應。若能從測量得到地面γ能譜數據中將不同埋深的鈾礦體（礦化體）產生的γ異常分離出來，特別是對弱γ異常信號的分離提取并加于分析利用，這樣就能對地下不同深度的目標地質體引起的輻射場源響應分別做出解釋。然而，這個問題直到現在還是許多專家學者研究的熱點，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用于處理海南雷鳴地區的地面γ能譜數據，同時也用傳統方法進行處理，對比它們所得的成果圖，給出了相應的結論,經過鉆孔剖面資料驗證，認為小波分析在核輻射場分離，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

1.1方法原理

在小波多尺度分析的基礎上，Mallat（1988）根據小波多分辨率特征，將正交小波基的構造法統一起來，給出正交小波的構造方法以及正交小波變換快速算法，即Mallat算法，對于分辨率為的信號,用表示空間的低頻逼近部分，表示空間的高頻細節部分，可得

可以進一步寫為

式中，表示函數映射到子空間，為小波分解的最大階數（劉天佑，2005）。

1.2小波多尺度分解的應用實例

把上述小波多尺度分析方法應用于地面γ能譜測量資料處理,實現野外觀測值U含量多次分解。當分解尺度為1時，得到1階逼近和1階細節；當分解尺度為2時，得到2階逼近和2階細節；2階細節相當于是從1階逼近再分離出來的1階細節，這樣就把一個復雜異常分解成為一個1階細節（可能是隨機干擾或淺部地質體產生的）、一個2階細節（可能中淺部地質體產生的）和一個2階逼近。同理可以進行更高尺度的分解（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

雷鳴盆地地區的鈾礦層（鈾礦化層）主要賦存在盆地邊緣白堊統報萬組K2b中，報萬組礦層中鈾礦石主要有含礫砂巖、長英質含礫粗砂巖、長英質含礫中砂巖、長英質含礫細砂巖，含礦層為紅褐色、灰黑色、黃褐色。根據北京703航測隊資料，雷鳴盆地西部邊緣內外接觸帶部位，γ異常發育，多表現為航測伽瑪高場，偏高場及異常區。場值可達3—15γ或15γ以上，為航測Ⅰ類遠景區。具有鈾成礦遠景的HF～3a號航測異常就位于盆地西部邊緣航空γ高場的西南部(見圖2～1)，其展布方向為NE向，長約8Km，寬約1Km，強度為6～9γ，U/Th＞1，為鈾性異常。

圖2　～1雷鳴盆地航測伽瑪平面等值圖

根據2009年～2010年野外調查，在區域上對雷鳴盆地及邊緣地區進行γ路線測量、γ能譜路線測量，認為由于同一時代的不同侵入巖或不同時代的同種侵入巖，其放射性元素含量一般都不盡相同，因此對盆地邊緣侵入巖及變質巖地區開展γ測量的同時配合采用地面γ能譜測量，研究其放射性特征及其U、Th、K含量背景值，并統計該區域不同巖性的U、Th、K含量背景值（見表2～1）。根據地表γ高場異常進行槽探揭露，刻槽取樣的結果表明，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，灰白色細砂巖及灰白色細砂巖及含礫中砂巖，灰白色含礫粗砂巖及黃褐色含礫粗砂巖等巖性其背景γ含量均相對較低。（見表2～2），這為該區開展地面γ能譜測量工作提供較好的地球物理條件。

表2　～1雷鳴盆地區域的鈾、釷、鉀含量背景值

表2　～2雷鳴盆地槽探刻槽取樣鈾、釷、鉀含量分析結果表

3　數據采集處理與揭露工程驗證

3.1海南雷鳴盆地數據采集處理

在室內處理γ能譜數據確定背景值、標準偏差、變異系數時，參照了GB4882～85進行正態、偏度、峰值檢驗，各元素均服從正態分布。采用下列公式計算各參數值：

變異系數CV=S/X

n為測點數，要求大于或等于30個測點；Xi第i個測點鈾、釷、鉀含量值；計算背景值、標準偏差時應剔除含量值Xi大于或等于X+3S的測點，這樣所得的異常結果才較可靠。本文運用surfer異常等值線成圖軟件處理地面γ能譜數據，對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surfer文件進行小波多尺度分解（見圖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數據處理成果分析及鉆孔工程驗證

3.2.1數據處理成果分析

以上成果圖件以海南雷鳴地區的地面γ能譜數據的U異常為例來說明小波多尺度分解的應用效果。從工作區地面γ能譜測量結果可知，工作區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的γ高場異常。對U異常進行小波分解處理,分別作了一階、二階、三階分解，異常等值圖經過小波分解后，異常等值圖形態更加規則,異常呈近南北拉長且呈近橢圓狀。原始異常強度極大值為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節顯著地反應淺部地質體異常響應，三階小波逼近U異常等值圖呈橢圓狀形狀更加規則明顯，通過小波二階逼近功率譜曲線分析，一階小波逼近的場源似深度為60.95m，二階小波逼近的場源似深度為105.08m，三階小波逼近的場源似深度為143.55m。

3.2.2鉆孔工程驗證

工作區內鈾礦化嚴格受地層層位控制，礦體主要產于報萬組下段上部（K2b1～3）、中段下部（K2b2～1）和中段中部（K2b2～2）地層中（見圖4～16）；礦體產狀與地層產狀一致，即礦體走向為近南北向，傾向東，傾角40.3°～55.6°，呈似層狀、透鏡狀產出。根據2012年度鉆孔資料，鈾礦體主要分布于工作區北部地段10號勘探線至14號勘探線、工作區中部地段3號勘探線和南部地段9號勘探線至19號勘探線之間，賦存標高為+49～351m。論文數據選取地面γ能譜勘探線0～17號線做小波多尺度分解，結合功率譜分析，并選擇ZK3～1號鉆孔資料驗證（見圖4～19）。ZK3～1號鉆孔為工業孔，礦體產于報萬組下段上部（K2b1～3）地層中，其產狀與地層產狀一致（見圖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：ZK3～1，孔深：103.95～105.35m）

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

總體走向為近南北向，傾角41.1°。礦體呈似層、透鏡狀，沿走向長100m，沿傾向長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，發育強烈紅化、赤鐵礦化（見圖3～8、3～9）。

圖3　～10工作區中部地段03號勘探線鉆孔剖面圖

1～白堊系報萬組中段上亞段；2～白堊系報萬組中段中亞段；3～白堊系報萬組中段下亞段；4～白堊系報萬組下段上亞段；5～白堊系報萬組下段中下亞段；6～礫巖；7～砂質礫巖；8～含礫粗砂巖；9～粗砂巖；10～中砂巖；

11～細砂巖；12～粉砂巖；13～凝灰質粉砂巖；14～泥質粉砂巖；15～粉砂質泥巖；16～泥巖；

17～殘積土；18～工業礦段；19～礦化段；20～鉆孔編號及孔口標高。

圖3～2至圖3～4是工作區1階至3階小波分解的逼近，圖3～5至圖3～7是工作區1階至3階小波分解對應的功率譜曲線及相應的場源似深度，結合功率譜分析及鉆孔剖面資料（圖3～10）驗證可知，1階小波逼近場源似深度為60.95m，與剖面圖的2號礦化段（66.75m～68.65m）較為接近；2階小波逼近場源似深度為105.08m，與剖面圖的 4號工業段（103.95m～105.35m）和 3號礦化段（97.25m～97.85m）較為接近；3階小波逼近場源似深度143.55m與剖面圖的5號礦化段（149.85m～150.15m）較為接近。

4　結論

在鈾礦勘探工作中，由于深部場源的γ異常響應頻率較低，測量得到地面γ能譜數據不高，又受淺部鈾礦體（鈾礦化體）的γ高場干擾，這樣在推斷解釋時就往往漏過深部目標地質體。有些方法雖可以對高低頻信號進行識別，但對深部鈾礦體的空間分布狀態切難以準確分辨和判斷。因此對地面γ能譜高低頻異常信號分別作出定性解釋，并對地下鈾礦體（鈾礦化體）賦存空間狀態作出準確判斷具有重要找礦意義。本文用小波多尺度分解對海南雷鳴工作區的地面γ能譜U異常進行處理分析，可以得出以下幾點重要結論：

（1）小波分析是將地面觀測的γ能譜數據通過處理轉換解釋到地下地質目標體響應的有效手段，運用小波多尺度分解對地面γ能譜數據的U含量進行處理，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能譜數據經過小波多尺度分解并結合功率譜分析，可以揭示具體深度鈾礦體（鈾礦化體）產生的異常響應，對鈾礦體（礦化體）引起的場源異常能夠作出較為準確的判斷，通過鉆孔資料驗證，認為小波多尺度分解方法有較高的準確性。

TL212.9[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～332～3