CSAMT法二維反演初始模型參數(shù)選擇及其在找礦預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

司法禎，馬振波，張平，李志勛

（1.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州 450001；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001；3.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所，河南 鄭州 450001）

關(guān)鍵字：可控源音頻大地電磁法;二維反演;初始模型參數(shù)

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種頻率域的電磁測(cè)深勘探方法，具有勘探深度大，分辨率高，效率高的特點(diǎn)。隨著資源勘查逐步向深部發(fā)展，可控源音頻大地電磁法（CSAMT）的應(yīng)用愈加廣泛。但在數(shù)據(jù)處理解釋時(shí)由于自身存在的靜態(tài)效應(yīng)、陰影和場(chǎng)源效應(yīng)及地形等原因，對(duì)成果解釋存在障礙，如何利用好數(shù)據(jù)及合理設(shè)置CSAMT二維反演初始模型參數(shù)尤為重要。本文結(jié)合實(shí)際工作中采用WinGLink軟件處理CSAMT數(shù)據(jù)的應(yīng)用，對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討。[1][2]

1 CSAMT工作原理

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種利用接地水平電偶源為信號(hào)源的一種頻率域電磁測(cè)深法。以電磁波在均勻半空間介質(zhì)中的傳播理論和麥克斯韋方程組為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)發(fā)射源在遠(yuǎn)區(qū)中的波區(qū)的水平電場(chǎng)分量Ex和垂直磁場(chǎng)分量Hy的比值來(lái)計(jì)算卡尼亞電阻率（視電阻率）。其公式如下：

式（1）中 ：f—電磁波頻率，Ex—水平電場(chǎng)分量，Hy—垂直磁場(chǎng)分量，ρs—卡尼亞電阻率。

根據(jù)電磁波的趨膚效應(yīng)理論，電磁波在均勻介質(zhì)和非均勻介質(zhì)的有效探測(cè)深度可表示為：

式（2）中：H—有效探測(cè)深度，ρ—地表電阻率，f—電磁波頻率。

當(dāng)?shù)乇黼娮杪室欢〞r(shí)，可以看出有效探測(cè)深度與供電頻率成反比，高頻時(shí)，探測(cè)深度越淺；低頻時(shí)，探測(cè)深度深。通過(guò)改變不同的供電頻率，就可以探測(cè)到地下不同深度范圍內(nèi)電性體的分布特征。

2 CSAMT法野外工作方法

在CSAMT法野外工作中，把觀測(cè)區(qū)布置在以AB發(fā)射偶極為上底的梯形區(qū)域內(nèi)，測(cè)線到AB的距離應(yīng)大于三倍的趨膚深度，測(cè)線的長(zhǎng)度應(yīng)保持在梯形面積之內(nèi)。AB偶極布線方向和測(cè)線方向平行。（圖1）

3 WinGLink軟件簡(jiǎn)介

WinGLink軟件是意大利geosystem公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)非地震綜合性地球物理解釋軟件。該軟件可以進(jìn)行重力、大地電磁(MT)、可控源音頻大地電磁(CSAMT)等多種物探方法的數(shù)據(jù)處理解釋?？煽卦匆纛l大地電磁(CSAMT)數(shù) 據(jù) 處 理 時(shí) 主 要 由Maps、Soundings、P-Sections、X-Sections、2D inversion五部分組成。Maps主要保存測(cè)線及測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)信息；Soundings主要顯示、編輯測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)及進(jìn)行一維反演；P-Sections主要繪制測(cè)線的卡尼亞電阻率斷面圖和阻抗相位斷面圖；X-Sections主要繪制基于單點(diǎn)一維反演結(jié)果上的測(cè)線斷面圖；2D inversion主要通過(guò)建立二維帶地形的地電模型進(jìn)行二維反演并成圖。

圖1 CSAMT法工作裝置圖

4 WinGLink中CSAMT法二維反演初始模型參數(shù)的選擇

在WinGLink中CSAMT法二維反演模型采用非線性共軛梯度法（NLGG），用戶可以自定義網(wǎng)格并加上地形進(jìn)行二維反演計(jì)算。網(wǎng)格的剖分、τ的選擇、初始電阻率值的選取等對(duì)反演結(jié)果的質(zhì)量影響很大。

4.1 網(wǎng)格的剖分

在大地電磁二維反演中，網(wǎng)格分布不均勻或者測(cè)點(diǎn)在網(wǎng)格中位置不適當(dāng)，會(huì)造成測(cè)點(diǎn)偏離現(xiàn)象，從而影響反演精度。因?yàn)镃SAMT法在遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)或經(jīng)過(guò)近場(chǎng)校正后數(shù)據(jù)滿足平面波的要求，二維反演時(shí)采用大地電磁反演理論，所以在WinGLink中CSAMT法二維反演模型也必須滿足網(wǎng)格分布均勻和測(cè)點(diǎn)在網(wǎng)格中心的要求。網(wǎng)格按照“相鄰測(cè)點(diǎn)位置平均值法”進(jìn)行剖分，圖2是剖分結(jié)果示意圖。[3]

圖2 剖分結(jié)果示意圖

4.2 τ的選擇

圖3 不同τ值的RMS曲線對(duì)比

τ是控制反演模型光滑參數(shù)，值越大模型越光滑，值越小模型越粗糙。圖3是τ值為參數(shù)，RMS變化曲線圖。圖3表明，隨著τ值的增大，RMS收斂快，迭代20次后差距減小。圖4是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不同τ值反演結(jié)果。圖4（a）、（b）、（c）、（d）分別對(duì)應(yīng)的τ值 為0.1、1、10、100；在網(wǎng)格和初始電阻率值相同(101Ω·m)條件下，進(jìn)行30次反演迭代，RMS分別等于4.67、4.32、4.18、4.52。圖4（d）顯示在深部區(qū)域近似水平地層，和理論模型接近。真實(shí)地層是三維結(jié)構(gòu)，電性分布規(guī)律更加復(fù)雜，在反演結(jié)果的選取上應(yīng)結(jié)合測(cè)線地質(zhì)信息，選擇更加接近實(shí)際地質(zhì)情況的反演結(jié)果。

圖4 不同τ值的反演結(jié)果

圖5 不同初始電阻率值的RMS曲線對(duì)比

4.3 初始電阻率值的選取

在CSAMT二維反演中，對(duì)初始均勻半空間模型電阻率值的選取不同，會(huì)對(duì)反演曲線擬合度和模型光滑度影響不同。圖5是初始電阻率值為參數(shù)，RMS變化曲線圖。圖5表明，隨著初始電阻率值的增大，RMS收斂快，迭代15次后差距減小。圖6是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不同初始電阻率值反演結(jié)果。圖6（a）、（b）、（c）、（d）分別對(duì)應(yīng)的初始電阻率值為51Ω·m、101Ω·m、202Ω·m、405Ω·m；在網(wǎng)格和τ值相同（τ=1）的條件下，進(jìn)行30次反演迭代，RMS分別等于4.53、4.32、4.22、4.22。圖6可以看到，反演結(jié)果形態(tài)，細(xì)節(jié)不同，在結(jié)果的選取上主要參考測(cè)線所在工區(qū)的物性信息，本測(cè)線選擇初始電阻率值為101Ω·m的反演結(jié)果。

圖6 不同初始電阻率值的反演結(jié)果

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

根據(jù)最終選擇的圖6（b）反演結(jié)果，結(jié)合SIP方法解釋成果，在測(cè)線250m、700m、1100m處布置鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，三個(gè)鉆孔均在深部見(jiàn)到了花崗斑巖體及在巖體內(nèi)外接觸帶上見(jiàn)到了厚度達(dá)數(shù)百米的伴生有黃鐵礦的鉬礦化體。[4]本次CSAMT數(shù)據(jù)反演解釋工作效果很好，但是由于可控源音頻大地電磁法(CSAMT)本身具有靜態(tài)效應(yīng)、場(chǎng)源效應(yīng)等因素，需要在反演處理時(shí)反復(fù)嘗試不同參數(shù)，結(jié)合地質(zhì)、物性、測(cè)井等信息進(jìn)行反演解釋工作。好的反演結(jié)果是不斷嘗試，不斷結(jié)合已知綜合信息，多次反演才能取得的。