基于三維正演的音頻大地電磁阻抗相位不變量校正技術(shù)

阮帥，張炯，孫遠(yuǎn)彬，王緒本＊

1 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都 610059

2 西安交通大學(xué)人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院，西安 710054

3 貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局103地質(zhì)大隊(duì)，貴州銅仁 554300

1 引言

音頻大地電磁法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AMT）在我國(guó)油氣、礦產(chǎn)勘探領(lǐng)域廣泛應(yīng)用（何展翔等，2004）.由于使用的設(shè)備輕便、勘探成本低廉，相對(duì)于其他電磁法更適應(yīng)在西部山區(qū)開(kāi)展工作，但山區(qū)的劇變地形和地表不均勻性會(huì)給數(shù)據(jù)解釋帶來(lái)很多假象（徐利明和聶在平，2005；趙國(guó)澤等，2007）.

大量的二維數(shù)據(jù)正演模擬結(jié)果表明，視電阻率、阻抗相位及其旋轉(zhuǎn)不變量不容易受靜態(tài)效應(yīng)的影響，因此可作為實(shí)際資料一、二維反演結(jié)果好壞的重要評(píng)價(jià)手段（陳小斌，2010；阮帥，2013；苗景春等，2013）.隨著三維正反演技術(shù)近年來(lái)的迅猛發(fā)展，更復(fù)雜的模型的三維模擬變得可行（Mackie等，1993；Zhdanov和 Fang，1996；Siripunvaraporn等，2002；魯來(lái)玉等，2003；沈金松，2003；湯井田等，2007，2008），大量正演結(jié)果表明三維的強(qiáng)靜態(tài)效應(yīng)也會(huì)造成阻抗相位的畸變.因此，和二維模式不同，復(fù)雜地形、地質(zhì)條件下的三維阻抗相位及旋轉(zhuǎn)不變量必須進(jìn)行有效校正才能用于異常定性分析.

雖然近年來(lái)三維反演問(wèn)題的研究進(jìn)步飛速（Newman和 Alumbaugh，2000；Siripunvaraporn和Egbert，2001；胡祖志等，2006；湯井田等，2007），但研究對(duì)象仍基本為水平地形模型的合成數(shù)據(jù)或大尺度的緩地形工區(qū)數(shù)據(jù).山區(qū)高密數(shù)據(jù)集的大地電磁三維反演問(wèn)題及其成效評(píng)價(jià)仍鮮有研究.筆者認(rèn)為，在目前AMT勘探領(lǐng)域的主流定量分析手段仍然是一、二維的情況下，如何有效避免低維反演技術(shù)的靜位移假象仍是非常值得探討的問(wèn)題，這一研究課題的結(jié)果可用來(lái)評(píng)價(jià)三維反演效果.

本文基于相對(duì)成熟可靠的交錯(cuò)網(wǎng)格大地電磁三維有限差分正演，提出簡(jiǎn)單實(shí)用的實(shí)測(cè)資料阻抗相位不變量校正技術(shù)，所有研究基于實(shí)際的西南某地金伯利巖AMT勘探的真實(shí)地形和真實(shí)數(shù)據(jù).實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的一、二維反演參數(shù)基于三維正演合成數(shù)據(jù)試驗(yàn)選取，以獲得低維假設(shè)下最合理的反演結(jié)果，同時(shí)試圖結(jié)合反演和校正阻抗相位不變量以提高地質(zhì)解釋可靠性.該項(xiàng)目是三維復(fù)雜地形、地表不均勻的地質(zhì)條件下尋找三維地質(zhì)目標(biāo)體的典型案例.

2 工區(qū)概述及三維地電模型

我國(guó)西南山區(qū)地質(zhì)現(xiàn)象復(fù)雜、地形起伏，大部分地區(qū)在AMT勘探尺度上（1000m左右探深）幾乎沒(méi)有固定的地層模式.本文討論的測(cè)區(qū)地表多出露石冷水組（∈2s）白云巖，在緩坡地帶有零星第四系松散堆積物，地表電阻率分布非常復(fù)雜，地形變化非常劇烈，1km2范圍內(nèi)的最大高差幾乎達(dá)到200m，施工測(cè)線設(shè)計(jì)只能順地形進(jìn)行，且地下構(gòu)造非常復(fù)雜、無(wú)固定走向（不利于二維反演），施工布置見(jiàn)圖1.

圖1 西南某工區(qū)高程及測(cè)線、測(cè)點(diǎn)布置圖測(cè)線號(hào)在頂部標(biāo)注；三角形為測(cè)點(diǎn)，右邊數(shù)字為測(cè)點(diǎn)號(hào).Fig.1 Elevation map with survey lines and sites of the project Line No.on top；site present as triangles，numbers right side are site name.

該區(qū)勘探目標(biāo)為金伯利巖管道，實(shí)際施工測(cè)線距200m，測(cè)點(diǎn)距50m，由于地形和植被原因L10線無(wú)法施工，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)靜態(tài)效應(yīng)嚴(yán)重，野外數(shù)據(jù)初步反演結(jié)果出現(xiàn)很多零星異常，且同一測(cè)線、不同反演參數(shù)和反演方法的結(jié)果完全不一致，地質(zhì)解釋人員幾乎無(wú)法根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和反演結(jié)果得到確切、可信的結(jié)論.

為尋找準(zhǔn)確的金伯利低阻異常、避免三維復(fù)雜地質(zhì)條件下由于不滿足一、二維反演應(yīng)用條件而造成的錯(cuò)誤解釋?zhuān)⑿鑼⒎囱萁Y(jié)果和實(shí)測(cè)資料進(jìn)行互相驗(yàn)證.基于近年MT技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，阻抗相位數(shù)據(jù)不容易受靜態(tài)位移影響，是非常重要客觀的定性參數(shù).但地形劇變的AMT正演研究表明，兩個(gè)極化方向的阻抗相位和其旋轉(zhuǎn)不變量都被地形影響并無(wú)法從中有效提取深部電阻率異常.

為此，若能求出地形、不均勻體引起的阻抗相位不變量，然后把這一響應(yīng)在實(shí)測(cè)阻抗相位不變量中扣除，則校正后的阻抗相位不變量即為僅包含深部地質(zhì)體信息的數(shù)據(jù).

3 基于三維正演的阻抗相位不變量校正技術(shù)

為探討如何校正阻抗相位不變量，我們可以利用第2節(jié)的地形數(shù)據(jù)和該區(qū)鉆井資料建立兩個(gè)三維地形劇變模型，以探討地形、地表不均勻?qū)ι畈慨惓５挠绊?第一個(gè)模型（MB）為地形、地電背景模型，地表電阻率可填充為觀測(cè)數(shù)據(jù)的高頻視電阻率或淺層電阻率調(diào)查結(jié)果，深部電阻率可為均勻空間或典型鉆井的分層模型；第二個(gè)模型（MA）為異常模型，是在MB背景模型的基礎(chǔ)上設(shè)置一些低阻管道.

根據(jù)前期鉆井資料，工區(qū)主要巖性自上而下依次為牛蹄塘組（∈1n）灰?guī)r；明心寺組（∈1m）黑色頁(yè)巖夾石英砂巖；清虛洞組（∈1q）白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖及同生角礫巖；石冷水組（∈2s）白云巖等.白云巖厚度約300～500m，深部巖層的電阻率逐漸降低，電性分層大致為類(lèi)Q型.目標(biāo)體金伯利巖管道因破碎嚴(yán)重兼富含云母電阻率更低.所有鉆井均無(wú)電阻率測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)量露頭和巖心的電阻率差別巨大，很難獲取典型巖石電阻率，針對(duì)上述情況，為了盡量獲取最佳MB背景模型，只能選取測(cè)區(qū)比較典型、靜態(tài)位移較小的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行TE模式數(shù)據(jù)一維反演，得到簡(jiǎn)化的背景電阻率分層（圖2）.

圖2 測(cè)點(diǎn)405視電阻率、阻抗相位曲線（a）及其TE模式一維Occam反演結(jié)果（b）圖a中實(shí)線為Occam反演模型的正演響應(yīng)；圖b中陰影部分為猜測(cè)的簡(jiǎn)化電性分層.Fig.2 1－D Occam inversion results of sites 405with its′apparent resistivity and impedance phase curves（a）Apparent resistivity and impedance phase curves（resulting model response curve present as solid line）；（b）1－D Occam inversion model result（shadowed part present as layers simplified background layers）.

MB背景模型的地形和地表電阻率必須和實(shí)際工區(qū)一致，首先根據(jù)柵格化的地形數(shù)據(jù)建立三維網(wǎng)格，中心標(biāo)高大于實(shí)際高程的網(wǎng)格單元均填充為空氣.空氣以下的第一層網(wǎng)格單元根據(jù)淺地表調(diào)查的電阻率分布填充（本項(xiàng)目地形復(fù)雜，并無(wú)地表電阻率分布數(shù)據(jù)，且高頻10000～1000Hz段的數(shù)據(jù)質(zhì)量非常差，故地表填充為均一值）.其他網(wǎng)格單元電阻率按一維分析結(jié)果填充（圖2b）.這樣得到的模型和實(shí)際工區(qū)的宏觀電性大致相同，同時(shí)又保留了引起靜態(tài)效應(yīng)的劇變地形和淺層不均勻體（圖3a、圖4a）.

MA模型可在MB模型的基礎(chǔ)上修改獲取，在L04、L12兩條測(cè)線位置增加兩個(gè)垂直低阻管道，這兩個(gè)管道向深部逐漸擴(kuò)大，圖3b、圖4b分別顯示了MA的三維網(wǎng)格在L04剖面和L12剖面上的二維網(wǎng)格，圖5為這兩個(gè)管道在海拔500m和0m的水平切面位置.

對(duì)兩個(gè)模型在東南西北四個(gè)邊界及深部底邊界均使用1.5倍的放大因子等比擴(kuò)展10個(gè)網(wǎng)格和10個(gè)空氣網(wǎng)格.采用三維交錯(cuò)采樣網(wǎng)格有限差分法（Mackieet al.，1993）對(duì) MB和 MA兩個(gè)模型均進(jìn)行了1000～10Hz頻帶與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)頻率表一樣的30個(gè)頻率的正演計(jì)算（因?yàn)閷?shí)測(cè)數(shù)據(jù)大部分測(cè)點(diǎn)在10000～1000Hz頻段質(zhì)量較差），獲取TE和TM模式的三維阻抗張量，并依此計(jì)算阻抗相位不變量.MB和MA模型的計(jì)算結(jié)果如圖6所示.

計(jì)算結(jié)果表明無(wú)論深部有無(wú)低阻金伯利巖管道，MB和MA模型的阻抗相位不變量形態(tài)相似，基本和地形變化一致，L04線異常被地形響應(yīng)完全掩蓋、L12線有微弱顯示（圖6中黑實(shí)線框所示）若不扣除地形響應(yīng)，很難直接使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的阻抗相位不變量判斷深部是否存在低阻陡立管道.

若已知MB模型的響應(yīng)，實(shí)測(cè)阻抗相位不變量的校正非常簡(jiǎn)單易行.若MB的阻抗相位不變量為PB，實(shí)測(cè)資料的同頻阻抗相位不變量為PO，則簡(jiǎn)單地形校正公式為

計(jì)算結(jié)果的PC為校正后的阻抗相位不變量，它已經(jīng)扣除了地形、地表不均勻性（此時(shí)MB的淺層網(wǎng)格需根據(jù)淺層電阻率調(diào)查或高頻視電阻率填充）的三維大地電磁響應(yīng).

圖3 三維模型的L4線剖面電阻率分布圖（a）MB模型；（b）MA模型.Fig.3 Profile L4of two 3Dresistivity mesh grid slide（a）MB；（b）MA.

圖4 三維模型的L12線剖面電阻率分布圖（a）MB模型；（b）MA模型.Fig.4 Profile L12of two 3Dresistivity mesh grid slide（a）MB；（b）MA.

圖5 MA模型不同海拔深度切片顯示（a）海拔500m；（b）海拔0m.Fig.5 Two slice maps on different elevation of model MA（a）Elv.on 500m；（b）Elv.on 0m.

必須指出，由于實(shí)際地形建模和三維電阻率網(wǎng)格填充誤差，僅在背景選擇比較合適的時(shí)候PC才有一般阻抗相位的特性.當(dāng)背景電阻率誤差較大時(shí)，PC等于45°并不表示電阻率均勻，但較大的PC對(duì)應(yīng)電阻率降低的趨勢(shì)，反之對(duì)應(yīng)電阻率升高.

圖7為使用公式（1）對(duì)1000Hz，10Hz兩個(gè)頻率的阻抗相位不變量進(jìn)行校正的結(jié)果，可以明顯看出地形影響已經(jīng)消除，異常位置準(zhǔn)確.

若在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中應(yīng)用此技術(shù)需事先編輯數(shù)據(jù)，因?yàn)榇嬖诟蓴_，校正前必須對(duì)阻抗相位不變量做第一象限變換、剔除跳點(diǎn)和平滑插值等操作.測(cè)區(qū)實(shí)際資料的阻抗相位不變量校正分析結(jié)果見(jiàn)第6節(jié).

其他定性參數(shù)如二維偏離度、極化橢圓、電性主軸方向等平面圖在三維地形劇變區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)和阻抗相位類(lèi)似情況，深部信息被地形、地表不均勻性影響，同樣可以使用本文的思路對(duì)MB模型進(jìn)行地形和地表不均勻性校正.因篇幅關(guān)系，這里不做贅述.

4 合成數(shù)據(jù)的校正阻抗相位不變量配合一維反演解釋

大地電磁的一維反演技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但在二、三維性較嚴(yán)重（TE和TM模式曲線差別極大）的情況下難以應(yīng)用，以O(shè)ccam方法為例（Constable和Parket，1987），在做反演之前必須分析選取哪個(gè)模式的數(shù)據(jù)更好，并且電阻率曲線往往要進(jìn)行平移（靜校正）以避免出現(xiàn)“條帶現(xiàn)象”.石油勘探的研究對(duì)象一般是沉積巖緩變地層，所以可以根據(jù)淺層電法勘探的結(jié)果（如TDEM）以高頻為基準(zhǔn)將視電阻率平移（何展翔等，2004），但這樣做并不適合火山巖地形劇變地區(qū)（阮帥，2013），這些地區(qū)本來(lái)就可能存在大量陡立地層或電性體，它們?cè)诜囱輸嗝嫔系男螒B(tài)也應(yīng)該是垂直條帶（比如本文需要尋找的金伯利巖管道），在實(shí)際資料反演中無(wú)法確定哪些曲線需要平移，哪些不需要平移.因此，本文對(duì)所有數(shù)據(jù)都不做任何的平移式靜位移校正，只選擇橫向分辨率最佳的模式做一維反演，獲取盡量多的垂直條帶，然后配合校正阻抗相位不變量排除假異常.

選取L04線進(jìn)行一維Occam反演試驗(yàn)，輸入數(shù)據(jù)分別為T(mén)E模式視電阻率和阻抗相位、TM模式視電阻率和阻抗相位、視電阻率和阻抗相位旋轉(zhuǎn)不變量，結(jié)果分別如圖8—10所示，比較圖8、9和10，TM模式數(shù)據(jù)的一維結(jié)果對(duì)低阻管道更敏感，同時(shí)更容易受地形影響，在真實(shí)異常右邊又出現(xiàn)了一條假條帶；TE模式橫向更不靈敏；不變量的結(jié)果則是二者的折中.

圖11是MA模型TM模式一維Occam反演水平切片與10Hz校正阻抗相位不變量的套合.可以看出雖然一維反演切片顯示出和地形趨勢(shì)類(lèi)似的低阻假象（一般在高地形出現(xiàn)），但結(jié)合等值線圖可以排除這些假象，兩者均顯示低阻的地方與真實(shí)低阻管道位置一致.

通過(guò)以上的合成數(shù)據(jù)分析，可以得知，本測(cè)區(qū)的實(shí)際資料比較適合的一維反演解釋方案如下：對(duì)TM模式數(shù)據(jù)剔除飛點(diǎn)，然后進(jìn)行一維Occam反演，在其水平切片中尋找校正阻抗相位不變量較高，同時(shí)電阻率又較低的區(qū)域.

5 合成數(shù)據(jù)的校正阻抗相位不變量配合二維反演解釋

避免靜態(tài)位移假象更好的反演方法是二維帶地形反演.以非線性共軛梯度法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)NLCG）為例（Rodi和 Mackie，2001）：

其中，m為反演模型，F(xiàn)（m）為模型的二維正演響應(yīng)，V為觀測(cè)數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，d為觀測(cè)數(shù)據(jù)，L為拉普拉斯算子的矩陣形式，λ為正則化因子，控制模型修正沿著光滑方向還是數(shù)據(jù)擬合方向，很多學(xué)者對(duì)這一反演方法進(jìn)行了深入研究和改進(jìn)，目前認(rèn)為影響反演結(jié)果的主要因素有輸入數(shù)據(jù)模式、反演網(wǎng)格、正則化因子等.

二維反演的輸入數(shù)據(jù)以TE模式、TM模式或TE、TM模式聯(lián)合會(huì)得到不同的結(jié)果，模型研究（苗景春等，2013）表明，TE模式的二維反演對(duì)“體”的傾向更好，而TM模式對(duì)地層的“形狀”反應(yīng)更好，聯(lián)合TE和TM模式的數(shù)據(jù)分辨率更好，但損失傾向信息.本文對(duì)三種情況進(jìn)行了大量試算比較，對(duì)于垂直陡立低阻脈，聯(lián)合TE＋TM的結(jié)果更準(zhǔn)確，因此用來(lái)反演金伯利巖更適合（試驗(yàn)過(guò)程從略）.

本工區(qū)測(cè)線為正南北方向，野外觀測(cè)以正北為坐標(biāo)系方向，輸入數(shù)據(jù)可不做旋轉(zhuǎn)直接反演，但研究表明在地下結(jié)構(gòu)為三維體而非二維構(gòu)造時(shí)輸入數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)到最佳電性主軸（陳小斌，2010）的二維反演效果可能更佳.筆者對(duì)L12線進(jìn)行不旋轉(zhuǎn)和SWIFT旋轉(zhuǎn)到最佳電性主軸的反演，結(jié)果如圖12—15所示.

圖6 兩個(gè)模型的500Hz阻抗相位不變量平面圖（a）模型 MB；（b）模型 MA.Fig.6 Impedance phase invariant slice maps on 500Hz frequency of two models（a）MB；（b）MA.

圖7 MA模型阻抗相位不變量的兩個(gè)頻率簡(jiǎn)單地形校正結(jié)果（a）1000Hz；（b）10Hz.Fig.7 Corrected impedance phase invariant slice maps on two frequencies of MA

圖8 L04線TM模式1DOccam反演結(jié)果Fig.8 1DTM mode Occam inversion of line L04

圖9 L04線TE模式1DOccam反演結(jié)果Fig.9 1DTE mode Occam inversion of line L04

圖10 L04線不變量1DOccam反演結(jié)果Fig.10 1DInvariant data Occam inversion of line L04

圖11 MA模型海拔0m綜合解釋切片陰影圖：TM模式1DOccam反演0m切片；等值線：10Hz校正阻抗相位不變量，粗線高值.Fig.11 Interpretation slice map on elv.at 0m Grid－map：slice map of 1DOccam inversion；contours：corrected impedance phase invariant，high value in bold line.

圖12 L12線TE＋TM模式二維NLCG反演結(jié)果（不旋轉(zhuǎn)；正則化因子0.3）Fig.12 NLCG TE＋TM data inversion results of line L12（no rotation；lambda as 0.3）

對(duì)比圖12和圖14，圖13和圖15，可見(jiàn)對(duì)于本項(xiàng)目所在的這種地形劇變條件，在不同的正則化因子下，L12測(cè)線不旋轉(zhuǎn)的二維NLCG反演的效果更好（圖12和圖13）.在其他地形、地質(zhì)條件下，若實(shí)際資料的測(cè)線不沿正南北，那么旋轉(zhuǎn)方式可能為測(cè)線方位角（對(duì)應(yīng)本文而言是0°，即不旋轉(zhuǎn)）或最佳電性主軸.具體是否旋轉(zhuǎn)，必須使用預(yù)設(shè)近似模型的合成數(shù)據(jù)試算確定.

通過(guò)大量試算，最終確定該區(qū)更適宜的二維NLCG反演的輸入數(shù)據(jù)是：不經(jīng)旋轉(zhuǎn)、不經(jīng)平移法靜校正的TE＋TM模式數(shù)據(jù)；反演淺部網(wǎng)格深度取10Ωm趨膚深度的1／2比較合適（篇幅所限，大量試算結(jié)果從略）.

圖13 L12線TE＋TM模式二維NLCG反演結(jié)果（不旋轉(zhuǎn)；正則化因子3）Fig.13 NLCG TE＋TM data inversion results of line L12（no rotation；lambda as 3）

采取以上反演方案對(duì)MA合成數(shù)據(jù)的所有測(cè)線進(jìn)行二維反演，其不同深度的水平切片如圖16所示，相對(duì)于一維反演結(jié)果，二維NLCG反演能在測(cè)線方向壓制地形影響.但是由于各條測(cè)線反演獨(dú)立進(jìn)行，無(wú)法對(duì)走向方向進(jìn)行約束，切片圖往往沿測(cè)線方向出現(xiàn)條帶，易錯(cuò)誤解釋為南北向斷層或巖性分界帶.套合校正相位不變量10Hz切片等值線圖后，深部100m切片的L06線北段低阻條帶假象可避免，同時(shí)在L04線和L12線兩個(gè)較大的非管狀體切片形狀的兩個(gè)低阻帶上，校正相位不變量有效的圈出了低阻金伯利巖的水平邊界.

圖14 L12線TE＋TM模式二維NLCG反演結(jié)果（旋轉(zhuǎn)到最佳電性主軸；正則化因子0.3）Fig.14 NLCG TE＋TM data inversion results of line L12（swift rotation；lambda as 0.3）

圖15 L12線TE＋TM模式二維NLCG反演結(jié)果（旋轉(zhuǎn)到最佳電性主軸；正則化因子3）Fig.15 NLCG TE＋TM data inversion results of line L12（swift rotation；lambda as 3）

圖16 MA模型的綜合解釋切片圖（a）海拔500m切片；（b）拔100m切片；影像圖為NLCG反演電阻率切片，等值線為10Hz校正阻抗相位不變量，粗線高值.Fig.16Interpretation slice maps（a）Elv.on 500m；（b）Elv.on 100m；grid－map：slice map of 2DNLCG inversion resistivity，contours：corrected impedance phase invariant，high value in bold line.

6 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合解釋

綜合第3、4、5節(jié)的研究，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)首先進(jìn)行剔除飛點(diǎn)處理，然后使用D＋反演技術(shù)（Parker，1980）對(duì)TE、TM模式的視電阻率和阻抗相位進(jìn)行圓滑插值.將圓滑插值后的阻抗相位不變量使用公式（1）扣除MB模型合成數(shù)據(jù)的同頻響應(yīng)（圖17）.

圖17的黑框標(biāo)識(shí)處表明經(jīng)相位不變量地形校正后，由高地形引起的高相位異常被有效去除，同時(shí)西南角的高相位圈閉面積也相應(yīng)縮小，東南角的地層更趨向于穩(wěn)定.疑似管狀體的位置在北東向?qū)蔷€上出現(xiàn)3個(gè).為提高解釋分辨率，套合電阻率反演結(jié)果切片時(shí)我們只繪制校正阻抗相位的高值（55°～60°）等值線.

一維反演采用第4節(jié)模式，二維反演采用第5節(jié)模式，因?yàn)檫@兩種模式都是依據(jù)MA模型反復(fù)試算得到的較合理的反演模式，相對(duì)于其他方式，它們的結(jié)果可靠性應(yīng)該更強(qiáng).所有反演輸入數(shù)據(jù)都根據(jù)D＋圓滑進(jìn)行了飛點(diǎn)剔除.一維、二維反演水平切片和校正阻抗相位同頻切片等值線的套合結(jié)果如圖18和圖19a所示.

圖17 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相位不變量500Hz水平切片（a）原始數(shù)據(jù)；（b）校正后數(shù)據(jù)；大于60°的奇異值已經(jīng)剔除.Fig.17 Measured impedance phase invariant slice map on frequency 500Hz（a）Before correction；（b）After correction；Notice：values bigger than 60are removed.

圖18 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一維OCCAM反演綜合解釋切片（a）海拔500m；（b）海拔100m；影像圖為電阻率切片，等值線為圖17b，只繪制55～60°.Fig.18 Interpretation slice maps of measured data 1DOccam inversion（a）Elv.on 500m；（b）Elv.on 100m.grid－map：slice map of inversion resistivity；contours：equals Fig.17right only plot values from 55～60degrees.

圖19 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)二維NLCG反演綜合解釋圖（a）切片海拔300m，做圖方式和圖18相同；（b）L08剖面，不旋轉(zhuǎn)，正則化因子3.Fig.19 Interpretation slice and profile maps of measured data 2DNLCG inversion（a）Elv.on 300m，same drawing scheme as Fig.18；（b）Profile L08，no rotation，lambda as 3.

圖18的阻抗相位不變量高值區(qū)域顯示低阻體主要位于東南部，主對(duì)角線上連續(xù)出現(xiàn)3個(gè)圈閉狀高阻抗相位，這些圈閉在西北角并未出現(xiàn)，所以一維反演的西北部低阻異常是目標(biāo)金伯利巖管道的可能性較小，這和圖19a的二維反演電阻率深部切片揭示的地層關(guān)系一致.利用同時(shí)出現(xiàn)低電阻率、高校正阻抗相位的組合模式判斷低阻體更可靠.

不僅如此，由于二維反演無(wú)東西向約束，在測(cè)區(qū)中心的高相位圈閉上（圖19a）并沒(méi)有顯示出明顯的低阻（相對(duì)于西南和東北角），但后期的鉆井揭示該阻抗相位圈閉確實(shí)是深部金伯利巖管道的反映，而這一點(diǎn)在L08反演的剖面圖上也有顯示.因此校正阻抗相位不變量應(yīng)該引起重視，即避免大量假異常，也有可能避免因?yàn)榉囱菁夹g(shù)局限而丟失異常的情況.

依照這種先做三維背景模型MB和異常模型MA，以MB的三維正演得到的阻抗相位不變量為校正量進(jìn)行校正，同時(shí)對(duì)MA的正演響應(yīng)進(jìn)行一維、二維反演的參數(shù)試驗(yàn)，確定最佳反演方案，反演電阻率水平深度切片和校正阻抗相位頻率切片配合解釋?zhuān)瑢ふ曳囱萁Y(jié)果顯示低阻、同時(shí)校正相位不變量顯示高值圈閉的區(qū)域，獲得比較可靠的解釋結(jié)果，后期鉆探驗(yàn)證已經(jīng)得到證實(shí).

7 結(jié)論

復(fù)雜地形、地質(zhì)條件下，MT／AMT的實(shí)測(cè)阻抗相位不變量會(huì)受地形、地表不均勻性的影響，若根據(jù)實(shí)際地形和淺地表電阻率建立合適的背景模型（MB），基于三維正演進(jìn)行阻抗相位校正能夠扣除這些影響.

在MB的基礎(chǔ)上可建立和工區(qū)地質(zhì)體模式一致的假想模型MA，對(duì)MA的三維正演合成數(shù)據(jù)進(jìn)行一、二維的反演試驗(yàn)，選擇比較合理的反演方案，這一方案大部分情況下比較適合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的反演.

不同反演技術(shù)得到的水平切片有不同的特點(diǎn)，一般一維反演切片有較多零星分布的假異常；二維反演能有效壓制同測(cè)線上的假異常，但由于各測(cè)線做二維反演時(shí)互相無(wú)約束，在水平切片圖上易產(chǎn)生測(cè)線方向的條帶，只有三維反演才能有效壓制各組數(shù)據(jù)獨(dú)立反演引起的“數(shù)值差”，避免假圈閉和條帶.

因此，所有一維、二維反演電阻率的水平切片圖都應(yīng)該配合校正阻抗相位不變量等值線進(jìn)行解釋?zhuān)瑢ふ叶叩墓餐?guī)律，在校正阻抗相位不變量和反演結(jié)果矛盾的地方，需要更細(xì)致的判斷和分析（如圖19a），避免丟掉有用的異常.

本文研究的解釋方法可以推廣到西部山前帶油氣勘探的低頻MT數(shù)據(jù)解釋.在三維反演技術(shù)普及性應(yīng)用之前，這種方法可用來(lái)提高一、二維反演斷面的地質(zhì)解釋準(zhǔn)確性，在三維反演廣泛應(yīng)用之后，校正阻抗相位不變量也可用來(lái)進(jìn)行三維反演結(jié)果的進(jìn)一步評(píng)價(jià).

致謝 感謝國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)基金對(duì)研究的大力支持，并特別感謝貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局103地質(zhì)大隊(duì)為本文的研究提供寶貴的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)和相關(guān)地質(zhì)背景介紹.

Chen X B.2010.Effects of topography to magnetotelluric measured data and two dimensional inversion correction with topography（in Chinese）.／／China Geophysics 2010－26th Annual of CGS＆13th Academic Congress of SSC，325.

Constable C S，Parker R L.1987.Occam’s inversion：apractical algorithm for generating smooth models from electromagnetic sounding data.Geophysics，52（3）：289－300.

He Z X，Jia J D，Gou L.2004.The role of non－seismic techniques in exploration and development of oil and gas.Petroleum Exploration and Development（in Chinese），28（4）：70－72.

Hu Z Z，Hu X Y，He Z X.2006.Pseudo－three－dimensional magnetotelluric inversion using nonlinear conjugate gradients.Chinese J.Geophys.（in Chinese），49（4）：1126－1234.

Lu L Y，Zhang B X，Bao G X.2003.Modeling of three－dimensional magnetotelluric response for a linear earth.Chinese J.Geophys.（in Chinese），46（4）：568－575.

Mackie R L，Madden T R，Wannamaker P E.1993.Threedimensional magnetotelluric modeling using difference equations：Theory and comparisons to integral equation solutions.Geophysics，58（2）：215－226.

Miao J C，Ruan S，Zhang Y.2013.The application of the audio magnetotelluric sounding method to the precise interpretation of formal and reverse faults.Geophysical ＆ Geochemical Exploration （in Chinese），37（4）：681－686.

Newman G A，Alumbaugh D L.2000.Three－dimensional magnetotelluric inversion using non－linear conjugate gradients.Geophys.J.Int.，140（2）：410－424.

Parker R L.1980.The inverse problem of electromagnetic induction：Existence and construction of solutions based on incomplete data.J.Geophys.Res.，85（B8）：4421－4428.

Rodi W L，Mackie R L.2001.Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2－D magnetotelluric inversion.Geophysics，66（1）：174－187.

Ruan S.2013.Discussion of static shift effect in practical AMT data inversion and interpretation（in Chinese）.／／China Geophysics 2013－29th annual of CGS.volume 24：631－632.

Shen J S.2003.Modeling of 3－D electromagnetic response in frequency domain by using staggered－grid finite difference method.Chinese J.Geophs.（in Chinese），46（2）：281－288.

Siripunvaraporn W，Egbert G.2001.An Efficient data－subspace inversion method for 2－D magnetotelluric data.Geophysics，65（3）：791－803.

Siripunvaraporn W，Egbert G，Lenbury Y.2002.Numerical accuracy of magnetotelluric modeling：a comparison of finite difference approximations.EarthPlanetsSpace，54（6）：721－725.

Tang J T，Ren Z Y，Hua X R.2007.The forward modelling and inversion in geophysical electromagnetic field.Progress in Geophysics（in Chinese），22（4）：1181－1194，doi：10.3969／j.issn.1004－2903.2007.04.025.

Tang J T，Luo W B，Liu C S.2008.Impulse response of seafloor hydrocarbon reservoir model.Chinese J.Geophys. （in Chinese），51（6）：1929－1935，doi：10.3321／j.issn：0001－5733.2008.06.036.

Xu L M，Nie Z P.2005.A fast forward algorithm for modelling vector electromagnetic scattering from buried dielectric objects.Chinese J.Geophys.（in Chinese），48（1）：209－215，doi：10.3321／j.issn：0001－5733.2005.01.028.

Zhao G Z，Chen X B，Tang J.2007.Advanced geo－electromagnetic methods in China.Progress in Geophysics （in Chinese），22（4）：1171－1180.

Zhdanov M S，F(xiàn)ang S.1996.Quasi－linear approximation in 3－D electromagnetic modeling.Geophysics，61（3）：646－665.

附中文參考文獻(xiàn)

陳小斌.2010.地形對(duì)大地電磁觀測(cè)資料的影響及二維帶地形反演校正.／／中國(guó)地球物理2010——中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第二十六屆年會(huì)、中國(guó)地震學(xué)會(huì)第十三次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集，325.

何展翔，賈進(jìn)斗，茍量.2004.非地震技術(shù)在油氣勘探開(kāi)發(fā)中的作用.石油勘探與開(kāi)發(fā)，28（4）：70－72.

胡祖志，胡祥云，何展翔.2006.大地電磁非線性共軛梯度擬三維反演.地球物理學(xué)報(bào)，49（4）：1126－1234.

魯來(lái)玉，張碧星，鮑光淑.2003.電阻率隨位置線性變化時(shí)的三維大地電磁模擬.地球物理學(xué)報(bào)，46（4）：568－575.

苗景春，阮帥，張悅.2013.音頻大地電磁測(cè)深法對(duì)正、逆斷層的精細(xì)解釋.物探與化探，37（4）：681－686.

阮帥.2013.AMT實(shí)測(cè)資料反演解釋中的靜態(tài)效應(yīng)校正探討.／／中國(guó)地球物理年會(huì)2013——第24分會(huì)場(chǎng)論文集，631－632.

沈金松.2003.用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分法計(jì)算三維頻率域電磁響應(yīng).地球物理學(xué)報(bào)，46（2）：281－288.

湯井田，任政勇，化希瑞.2007.地球物理學(xué)中的電磁場(chǎng)正演與反演.地球物理學(xué)進(jìn)展，22（4）：1181－1194，doi：10.3969／j.issn.1004－2903.2007.04.025.

湯井田，羅維斌，劉長(zhǎng)生.2008.海底油氣藏地質(zhì)模型的沖激響應(yīng).地球物理學(xué)報(bào)，51（6）：1929－1935，doi：10.3321／j.issn：0001－5733.2008.06.036.

徐利明，聶在平.2005.埋地目標(biāo)體矢量電磁散射的一種快速正演算法.地球物理學(xué)報(bào)，48（1）：209－215，doi：10.3321／j.issn：0001－5733.2005.01.028.

趙國(guó)澤，陳小斌，湯吉.2007.中國(guó)地球電磁法新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì).地球物理學(xué)進(jìn)展，22（4）：1171－1180.