可控電磁測(cè)深數(shù)據(jù)有限內(nèi)存擬牛頓二維反演

郭巖

（甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊(duì)，甘肅 天水741002）

可控源音頻（CSAMT）利用人工場(chǎng)源的有效控制，解決了大地電磁場(chǎng)源隨機(jī)性和信號(hào)弱的問題，具有探測(cè)效率高、探測(cè)深度深、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)普刊與勘探、地?zé)豳Y源勘查、水文及工程建設(shè)等方面[1]。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及電磁測(cè)法設(shè)備的發(fā)展和完善，二維和三維反演技術(shù)有了很大的提升，例如雷達(dá)等（2004）為提高復(fù)雜地形可控音頻大地電磁探測(cè)解釋成果的可靠性，對(duì)模型進(jìn)行CSAMT 二維反演，得到的結(jié)果與正演分析成果吻合，能有效的反應(yīng)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征；張昆等（2011）提出了一種驗(yàn)證電磁測(cè)深數(shù)據(jù)正演及反演算法程序，通過實(shí)際驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)能有效壓制地面噪音，為資料解釋提供了更好的分辨率；王俊生（2015）針對(duì)粵西某金多金屬礦勘探工作，采用了CSAMT 方法，有效的探明了測(cè)線范圍內(nèi)的地層構(gòu)造及巖體空間特征，其結(jié)果與已知的地質(zhì)情況較為吻合；任宏等（2017）采用CSAMT 方法對(duì)廣西某鉛鋅礦床開展了相關(guān)研究，明確了礦區(qū)淺層礦體剩余潛力資源，為深部探礦決策提供了支持；楊乃峰等（2015）利用CSAMT 對(duì)翠宏山鐵多金屬礦開展了二維反演，落實(shí)了高磁異常區(qū)域和低阻異常區(qū)，進(jìn)一步探明了礦區(qū)中的大規(guī)模礦床；汪正（2018）分析了CSAMT 的各項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，認(rèn)為在物探綜合剖面上實(shí)施可控源電磁測(cè)深，能更加有效的識(shí)別區(qū)域地質(zhì)特征及深部構(gòu)造特征。綜上所述，近年來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于可控源大地電磁測(cè)深技術(shù)研究取得了大量的成果，但總體來看針對(duì)二維反演方面研究較少[2-4]。本文介紹了擬二維反演的基本原理及流程，基于有限內(nèi)存擬牛頓法加入噪聲阻抗數(shù)據(jù)來進(jìn)行你二維反演，對(duì)甘肅某地區(qū)的測(cè)線數(shù)據(jù)開展反演分析，驗(yàn)證了該方法的實(shí)踐意義。

1 擬二維反演原理及流程

電磁法二維及三位反演在成果精度上相比一維反演效果較好，但在資料解釋過程反演較為復(fù)雜，數(shù)據(jù)計(jì)算量大、內(nèi)存需求量大。一維反演在一條測(cè)線上采用逐個(gè)反演的方式，得到的反演電阻率在剖面上呈現(xiàn)出面條狀，而二維反演對(duì)測(cè)線上每個(gè)點(diǎn)都進(jìn)行反演，每個(gè)點(diǎn)之間進(jìn)行了相互約束，使得反演結(jié)果在橫向上連續(xù)性更強(qiáng)。

為對(duì)二維反演有效性進(jìn)行分析，采用構(gòu)建的層狀及臺(tái)階組合模型進(jìn)行三維正演，然后利用二維反演成果與三維正演成果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而利用擬合度判斷二維反演的有效性。發(fā)射源為1000m 導(dǎo)線，設(shè)定中心坐標(biāo)為（0，0，0），供電電流1A，測(cè)線位于y 軸9000m，初始模型設(shè)定電阻值為100Ω·m，第一層厚度20m，為設(shè)置層位厚度極差，往下層厚度按照每層為上一層1.1倍的厚度逐增加（圖1）。擬合度表達(dá)為：

圖1 層狀及臺(tái)階組合模型示意圖

通過反演結(jié)果表明，反演得到的阻抗值與正演阻抗值結(jié)果一致，僅僅極個(gè)別點(diǎn)存在一定的誤差，擬合度基本上控制在±5%%內(nèi)，擬合效果較好（圖2）。二維擬合結(jié)果淺部低阻層位顯示特征明顯，電阻率值分布于25～35Ω·m 之間，第二層電阻率值分布于200～800Ω·m 之間，第三層電阻率值分布于600～1200Ω·m 之間，反演電阻率值與三維模型的整體趨于一致，因此，認(rèn)為對(duì)于層狀模型而言，采用有限內(nèi)存牛頓擬二維反演具有一定的有效性。二維迭代反演次數(shù)為38 次，收斂速度較快，后期逐步降低到0.3，在模型中縱向及橫向比例幅度較大，縱向上變化幅度更加明顯。

圖2 三維正演及二維反演擬合度對(duì)比

2 擬二維反演應(yīng)用

以甘肅為地區(qū)某金屬礦為實(shí)例一共有兩條測(cè)線，信號(hào)發(fā)射及接收示意圖如圖3 所示，一共20 個(gè)測(cè)點(diǎn)，最大電流8A，設(shè)定初始模型為100Ω·m，第一層設(shè)定為2m，按照1.4 倍的級(jí)差向下逐步增加層厚度，共計(jì)13 層，模型反演深度為380m。

圖3 甘肅某金屬礦區(qū)測(cè)線布線示意圖

通過反演分析阻抗剖面擬合度在±10%內(nèi)，但由于該地區(qū)地形較為復(fù)雜，出現(xiàn)了極個(gè)別的異常點(diǎn)，擬合度誤差超過了80%，這是由于測(cè)點(diǎn)低頻值變化較大，因此產(chǎn)生了較大的阻抗。根據(jù)測(cè)線附近地層已鉆探的研究成果，地質(zhì)分層成果見表1。

表1 甘肅為地區(qū)某金屬礦地層分層成果

通過二維反演成果反應(yīng)出測(cè)點(diǎn)1 到12 號(hào)電阻率隨著地層深度加深而逐漸成斜坡狀的形態(tài)，測(cè)點(diǎn)從13 到20 號(hào)深部位置中高阻層內(nèi)嵌入了一共低阻體，且隨著埋藏深度的提升電阻率有所增加。反演成果在剖面上具有一定的連續(xù)性，橫向上變化平緩穩(wěn)定，整體分辨率較高（圖4）。反演結(jié)果與地質(zhì)成果較為一致，在淺層層厚100m 內(nèi)，地層厚度呈現(xiàn)出條帶狀分布特征，電阻率分布在20～80Ω·m 之間，與本地區(qū)第四系泥巖、泥砂巖石電阻率值相吻合，隨著地層深度的提升，電阻率值逐漸變大。測(cè)點(diǎn)1 到4 號(hào)之間大約有50m 左右厚度的第四系黃土沉積，主要為泥巖和砂泥巖。下部巖層主要為千枚巖和片巖，電阻率分布范圍為200～800Ω·m。最深部為花崗巖，電阻率較大，一般超過了1500Ω·m。測(cè)點(diǎn)17 到20 號(hào)之間有一個(gè)低阻體，分析認(rèn)為在探測(cè)深度180m 處形成一共鐵礦，電阻率大致在50～150Ω·m。測(cè)點(diǎn)16 號(hào)深部向下為一個(gè)發(fā)育在淺層的斷裂。

圖4 甘肅某金屬礦區(qū)擬二維反演剖面

3 結(jié)論

對(duì)新疆某盡速礦區(qū)開展了可控電磁測(cè)深擬牛頓擬二維反演，與地質(zhì)研究成果相對(duì)照分析，認(rèn)為反演成果與地質(zhì)特征相互吻合，反演分析阻抗剖面擬合度在±10%內(nèi)。通過研究探明了該礦區(qū)180m 層位下可能還有鐵金屬礦床，建議下一步可以開展勘探工作，探明礦產(chǎn)資料的整體含量。