CSAMT法二維反演初始模型參數選擇及其在找礦預測中的應用

司法禎，馬振波，張平，李志勛

（1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450001；2.河南省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，河南 鄭州 450001；3.河南省地質科學研究所，河南 鄭州 450001）

關鍵字：可控源音頻大地電磁法;二維反演;初始模型參數

可控源音頻大地電磁法（CSAMT）是一種頻率域的電磁測深勘探方法，具有勘探深度大，分辨率高，效率高的特點。隨著資源勘查逐步向深部發展，可控源音頻大地電磁法（CSAMT）的應用愈加廣泛。但在數據處理解釋時由于自身存在的靜態效應、陰影和場源效應及地形等原因，對成果解釋存在障礙，如何利用好數據及合理設置CSAMT二維反演初始模型參數尤為重要。本文結合實際工作中采用WinGLink軟件處理CSAMT數據的應用，對這個問題進行探討。[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源的一種頻率域電磁測深法。以電磁波在均勻半空間介質中的傳播理論和麥克斯韋方程組為基礎，通過觀測發射源在遠區中的波區的水平電場分量Ex和垂直磁場分量Hy的比值來計算卡尼亞電阻率（視電阻率）。其公式如下：

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

根據電磁波的趨膚效應理論，電磁波在均勻介質和非均勻介質的有效探測深度可表示為：

式（2）中：H—有效探測深度，ρ—地表電阻率，f—電磁波頻率。

當地表電阻率一定時，可以看出有效探測深度與供電頻率成反比，高頻時，探測深度越淺；低頻時，探測深度深。通過改變不同的供電頻率，就可以探測到地下不同深度范圍內電性體的分布特征。

2 CSAMT法野外工作方法

在CSAMT法野外工作中，把觀測區布置在以AB發射偶極為上底的梯形區域內，測線到AB的距離應大于三倍的趨膚深度，測線的長度應保持在梯形面積之內。AB偶極布線方向和測線方向平行。（圖1）

3 WinGLink軟件簡介

WinGLink軟件是意大利geosystem公司開發的一個非地震綜合性地球物理解釋軟件。該軟件可以進行重力、大地電磁(MT)、可控源音頻大地電磁(CSAMT)等多種物探方法的數據處理解釋。可控源音頻大地電磁(CSAMT)數 據 處 理 時 主 要 由Maps、Soundings、P-Sections、X-Sections、2D inversion五部分組成。Maps主要保存測線及測點坐標信息；Soundings主要顯示、編輯測點測量數據及進行一維反演；P-Sections主要繪制測線的卡尼亞電阻率斷面圖和阻抗相位斷面圖；X-Sections主要繪制基于單點一維反演結果上的測線斷面圖；2D inversion主要通過建立二維帶地形的地電模型進行二維反演并成圖。

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），用戶可以自定義網格并加上地形進行二維反演計算。網格的剖分、τ的選擇、初始電阻率值的選取等對反演結果的質量影響很大。

4.1 網格的剖分

在大地電磁二維反演中，網格分布不均勻或者測點在網格中位置不適當，會造成測點偏離現象，從而影響反演精度。因為CSAMT法在遠區場或經過近場校正后數據滿足平面波的要求，二維反演時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格分布均勻和測點在網格中心的要求。網格按照“相鄰測點位置平均值法”進行剖分，圖2是剖分結果示意圖。[3]

圖2 剖分結果示意圖

4.2 τ的選擇

圖3 不同τ值的RMS曲線對比

τ是控制反演模型光滑參數，值越大模型越光滑，值越小模型越粗糙。圖3是τ值為參數，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是實測數據的不同τ值反演結果。圖4（a）、（b）、（c）、（d）分別對應的τ值 為0.1、1、10、100；在網格和初始電阻率值相同(101Ω·m)條件下，進行30次反演迭代，RMS分別等于4.67、4.32、4.18、4.52。圖4（d）顯示在深部區域近似水平地層，和理論模型接近。真實地層是三維結構，電性分布規律更加復雜，在反演結果的選取上應結合測線地質信息，選擇更加接近實際地質情況的反演結果。

圖4 不同τ值的反演結果

圖5 不同初始電阻率值的RMS曲線對比

4.3 初始電阻率值的選取

在CSAMT二維反演中，對初始均勻半空間模型電阻率值的選取不同，會對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，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是實測數據的不同初始電阻率值反演結果。圖6（a）、（b）、（c）、（d）分別對應的初始電阻率值為51Ω·m、101Ω·m、202Ω·m、405Ω·m；在網格和τ值相同（τ=1）的條件下，進行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，反演結果形態，細節不同，在結果的選取上主要參考測線所在工區的物性信息，本測線選擇初始電阻率值為101Ω·m的反演結果。

圖6 不同初始電阻率值的反演結果

5 認識與結論

根據最終選擇的圖6（b）反演結果，結合SIP方法解釋成果，在測線250m、700m、1100m處布置鉆孔進行驗證，三個鉆孔均在深部見到了花崗斑巖體及在巖體內外接觸帶上見到了厚度達數百米的伴生有黃鐵礦的鉬礦化體。[4]本次CSAMT數據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)本身具有靜態效應、場源效應等因素，需要在反演處理時反復嘗試不同參數，結合地質、物性、測井等信息進行反演解釋工作。好的反演結果是不斷嘗試，不斷結合已知綜合信息，多次反演才能取得的。