小波在东北某盆地资料分析中的应用(2)
重力和磁法资料是研究地下地质构造和岩石圈结构的重要的基础资料。在地面或低空观测到的重力异常和磁异常,是来自不同深度和不同尺度的地质体场源的综合叠加效应。要想定量地反演计算场源的几何参数和物性,重磁异常的划分是重要的一个环节。人们一直习惯性地将重力异常中和磁异常中所包含的尺度很大的部分称为区域场,同时将重力场和地磁场与区域场的差值称之为剩余重力异常,即局部场。无论从数学意义上看,还是从地质意义上看,区域场这个词没有严格的定义。从数学上看,区域场是多次(二次或三次)曲面,是多项式分解的前几项,从频率域看对应着低频段,应该在哪儿高截,现在的重力勘探理论无法回答;若从地质方面看,区域场反映的是地壳中的密度差异,还是结晶基底的起伏或莫霍面的起伏,并不明确。由于地壳地质构造的复杂性,仅用"区域场"或"局部场"的概念是不够的[5]。
文中应用小波技术进行区域异常和局部异常的划分主要是基于如下理念:研究区盆地基底及以下地层所产生的重磁异常称为区域异常,而盆地以上的沉积地层所产生的重磁异常称为局部异常。小波变换可以将异常分解成不同的频段和频率成分或各种不同的尺度成分,并且通过伸缩、平移聚焦到异常的任一细节上。利用上述特点,对重磁异常进行划分,便可以得到各种尺度意义下的异常分解。
2.2研究区区域重磁场特征
该盆地为一个中新生界沉积盆地,呈北东向条带状分布,盆地具有"两凹一凸"的构造格局,分为南部凹陷、中央凸起和北部凹陷3个二级构造单元,如图1所示。
图1研究区盆地构造单元划分图1)重力场特征。
该区的布格重力异常特性如图2所示(所圈轮廓代表盆地边界,单位10-5 m/s2),可以清楚地反映构造格架及断裂分布特征,重力异常呈南西-北东展布,其中重力异常的"两低一高",对应着"两凹一凸"的构造格局。由布格重力异常反演得出的盆地基底深度反映出盆地的南西-北东走向及印证了隆起和凹陷的分布范围。
图2研究区布格重力异常等值线图2)磁场特征。
如图3和图4所示,航磁图的宏观特征也隐约地反映出南西-北东的构造方向,但受地层及岩性磁性特征的影响,反映不出"两凹一凸"特征,说明研究盆地基底的变化研究主要应该靠重力布格异常来进行分析。
图3研究区航磁异常等值线图
(所圈轮廓代表盆地边界),单位nT图4研究区航磁异常化极处理后结果等值线图
(所圈轮廓代表盆地边界),单位nT2.3小波分离技术应用效果分析
针对覆盖研究区东北某盆地的布格重力异常和磁异常资料,分别对该小波系中的db3,db5,db7三种子小波进行了1~7层的分解试验。在对重力异常进行小波分离效果的研究中,得到如下结论:根据分离出的结果与已知盆地在形态上的对应关系进行分析,以及对小波的分离结果用径向对数功率谱估算该结果所对应的场源深度,最终选择了db5小波作为分解所使用的函数。航磁异常与重力异常的小波分解判断原则类似,最终对航磁异常选择了db3小波作为分解所使用的函数。进行径向对数功率谱深度估算的结果如表1所示。表1径向对数功率谱深度估算结果
a 重力异常处理结果
子小波种类分解层数对应深度/kmDaubechies513.223.834.545.656.166.778.1b 航磁异常处理结果
子小波种类分解层数对应深度/kmDaubechies312.123.4534.645.456.166.479.8
结果表明:对于重力异常和航磁异常而言,小波的分解信息所对应的深度随分解层数的增加而加深,相当于对重力异常和航磁异常不断进行了低通滤波;合理地选择小波函数,合理地设定分解的层数,能够对重力场和地磁场的不同异常成分进行划分,划分的方案要根据当地的地质、地球物理条件来确定。结合前人对盆地地质、地球物理资料的综合认识[6],最终选择了db5小波的3层分解和db3小波的3层分解分别作为重力异常和航磁异常的分解结果。上述2种小波的分解结构,都突出了盆地的构造主方向,并且在所反映的地层深度方面,也大致符合前人对盆地基底的分析。比较而言,分解后的重力异常较航磁异常更清晰地反映了主构造的展布方向。
2.3.1利用Daubechies小波技术对重力异常的分离
如图5所示,从db5子小波的各层分解效果来看,分解的阶数越高,相当于对重力异常场的高频成分压制越多。前面已经对分解层数所对应的大致场源的深度进行了估算,本文最终选择db5小波的3层分解结果作为研究盆地基底场源变化的数据信息。
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