大地電磁中約束初始模型的二維反演研究

王品豐+李強強

摘 要：線性算法的二維大地電磁反演對初始模型的依賴性很強，反演結果的優劣很大程度取決于初始模型，而利用先驗信息對初始模型的約束可以有效減少反演的多解性，提高反演精度與可靠性。文章利用MTsoft2D2.4軟件，以經典二維模型為研究對象，開展正反演模擬計算，并以先驗信息約束初始模型進行反演，得到較理想的效果。

關鍵詞：大地電磁；初始模型；約束反演；二維反演

1 概述

地球物理反演是一個尋找地球物模型，使其響應與實測結果相匹配的過程。其本質是一個最優化的問題，即構建合適的誤差目標函數，求取滿足精度要求的最小值。地球物理反演本身不可避免的存在著多解性，在解決實際地質問題中，工區的地質、鉆孔以及其他物化探先驗信息可以幫助構建更合理的初始模型，有效消除假二維反演中的假異常，減少反演的多解性。

2 模型正演

模型參考“全國電法及電磁法勘探正反演軟件推薦會（杭州）”組委會提供的二維理論模型，電阻率略有改動。模型（圖1）大體為“低-中高-高”三層結構，第一層（0～-4km）模擬表層破碎帶，斷裂帶較多，電性結構較為復雜，高低阻地層互層。中間層（-4～-7km）為中高阻，下層（-7～-12km）是高阻地層，結構較為單一。

模型正演結果（圖2）可以看出TE模式的視電阻率結果較TM模式好，出露地表的兩個高阻體有所反映，但深部延伸形態反映不夠清晰，中高阻層分層情況也不明顯；TM模式的左右兩邊都出現了條帶狀的“掛面條”現象，這是由于在地表電性突變導致的靜位移，是TM模式的明顯特征。在相位剖面中，TE和TM模式均可反映出明顯的三層結構，但對表層薄層結構分辨不夠。因此本文采取TE模式數據進行反演研究。

3 一維反演結果

盡管如今大地電磁的反演算法已經發展到三維反演，但在現今的實測質料處理解釋中運用較為成熟的仍是大地電磁的一、二維反演，其中一維反演的結果可以為解釋提供依據，更重要的是為二維反演提供初始模型，線性算法的二維反演的結果對初始模型的依賴性較強，這意味著一維反演的結果尤其重要。本文對模型TE數據進行了Bostick、Occam一維反演計算。

圖3為模型的一維反演結果，總體來看，Occam反演結果較圓滑，層狀反映不明顯，淺層構造都基本沒有反演出來；Bostick反演結果對左右兩個小的斜向的高阻條帶反映較為明顯，且深部形態也有體現，但在淺部中間位置低高阻相間的層狀結構沒有反映出來，整體表現為一個低阻體，深部電性界面與實際模型有所差異。

4 約束初始模型及二維反演結果

本文采用穩定高速的NLCG反演，采用不同初始模型進行二維NLCG反演，對比約束初始模型前后的效果。約束反演是在已知地層結構的先驗信息的基礎上進行的，在反演過程中用先驗信息對模型加以約束，以期望反演出符合地質構造的結果。在實際資料的處理中，很多工區都是多方法勘探，包括地震、鉆井、重磁勘探等等，可以利用已知資料對大地電磁反演過程中的初始模型加以約束。本文理論模型的反演試算過程中，地層構造都是清楚的，在反演過程中可以根據理論模型對反演的初始模型加以約束。文本通過MTsoft2D2.4軟件約束初始模型，先進行模型正演數據的一維反演，查看一維反演的結果與實際模型的差別，然后在一維反演結果的基礎上做相應編輯，將修改后的模型作為二維NLCG反演的初始模型，經過迭代計算后得到圖4-4中的結果。

圖4為不同初始模型的二維NLCG反演結果，其中初始模型為均勻半空間結果比較粗糙；Bostick的二維反演與一維反演結果很相似，只反映出了很粗的結構，甚至掩埋了一維結果中的一些信息，淺部的低阻中層間結構沒有反映出來，深部的電性變化的界面也與實際模型有所差異；以一維Occam為初始模型的反演結果中，淺部效果相對較好，界面明顯，模型淺部中間段的高低阻相間的結果反映較好，但是深部卻與模型差異很大；在一維Occam的反演基礎上，利用已經模型約束后的NLCG結果，反演結果與實際模型對應較好，且電性界面清楚，反演效果很好。

5 結束語

二維反演中選擇不同的初始模型，二維反演結果差別大。以均勻半空間為初始模型的二維反演結果能反映出模型宏觀的特征，僅具有一定參考價值。盡管解決的是二維地質問題，但二維反演依賴初始模型，其結果可能與一維初始模型相似，甚至效果更差。

通過先驗信息約束初始模型，可以有效消除反演中的假異常，降低反演多解性。在實際的資料處理解釋中，如果有工區的地質地球物理信息，利用已知的信息對初始模型加以約束，然后進行反演計算，可以達到事半功倍的效果。

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作者簡介：王品豐（1990-），男，漢族，湖北荊州人，在讀碩士研究生，從事電磁法勘探研究。