基于Zondres2D的正反演技術在高密度電法找礦中的應用

張 彥

（天津華北地質勘查局核工業二四七大隊，天津 301800）

研究礦區地處永德縣班卡鄉一帶，位于永德縣城東約20km處。工區交通較為便利，省道S313直通永德縣城，研究區內主要巖性為白云巖、長石石英砂巖、層紋狀灰巖、泥質巖、細砂巖夾含碳千枚巖及晶屑灰巖。本文通過對該研究區的標本采集測量和地球物理場分析正演模擬的基礎之上，合理選用裝置，進行野外數據采集和室內分析[1]。

1 地球物理場前提分析

工作區電性參數采用小四極裝置測量巖性標本及鉆探巖心。從統計表表1中可以看泥巖、頁巖及灰巖視極化率均值均小于1.4%，而多金屬礦石和石灰巖視極化率均值最小以達到4.6%；從電阻率均值來看，石灰巖電阻率值相對較高，而泥巖、頁巖和砂巖的電阻率值表現為低阻。這使得異常目標體能夠與周邊圍巖有能夠觀測的物性異常差異。

表1 多金屬礦核心區域巖礦石標本電性參數統計表

從探測目標體的幾何尺寸來說，從周邊已知成礦區得知，該多金屬礦體主要賦存與灰巖斷裂蝕變帶中一般埋深在100m左右，最大埋深150m，呈傾斜板狀體，寬度較大，出露地表。從探測精度來說，能夠區分開異常目標體的規模形態。

2 正演模擬

圖1 高密度剖面正反演模型圖

Zondres2D軟件是采用有限元法作為數學工具解決正反演問題，將電源場模型介質用三角網格剖分，在三角網格內在用線性基函數擬合，點源場在二維介質中具有三維物性結構，采用傅里葉變換將問題轉換到頻率域，在用傅里葉反變換將頻譜電勢值賦值該網格節點中電源電勢的期望值中。

本次正演采用60根電極，最小極距5m，便于模型設計，采用2.5＊2.5m網格，設計簡單的兩層地電模型，上層砂巖電阻率值設置為1000Ω.m，極化率為1%，下層石灰巖電阻率值設置為4000Ω.m，極化率設為2%，剖面中部斷裂蝕變帶電阻率值400Ω.m，極化率設置為8%，斷裂寬度設置為10m，對反演加入1%的測量誤差。

分別做了溫納、偶極-偶極和溫施裝置的正演裝置模型，發現偶極-偶極裝置在探測斷裂蝕變帶中的多金屬礦比較明顯，其結果如上圖1所示，從正演圖可以看出，傾斜低阻高極化板狀體在視電阻率圖和視極化圖中表現為不對稱八字異常，很難區分地層結構；從反演斷面圖中可以看出電阻率對地層和斷裂有較好的反應，極化率對多金屬礦體有較好的反應。

3 野外工作方法

本次使用重慶地質儀器廠生產UDK-2B高密度電法儀，供電時間為4s，電極距為5m，測量層數為30層，再用自帶的銅電極，入土深度約20cm，確保與地表接觸良好，并澆鹽水，降低接地電阻，進行RTK等間距放點，進行滾動測量共完成800m實驗剖面測量。

4 反演推斷

本次反演采用Zondres2D軟件，主要步驟為壞點剔除、曲線圓滑、反演網格剖分和數據反演成圖四大部分，該軟件中有六種反演方法，各自有不同的優點，平滑約束（Smoothness）算法的利用平滑算子通過最小二乘法進行反演，該算法具有穩定圓滑的反演結果；奧克姆（Occam）算法是加入平滑算子的最小二乘法和對比度最小化的一種反演方法，它對初始模型依賴小，穩定性較好；塊（Blocks）算法矩陣方程與Marquardt算法相同，使用單元格匯總功能將單元格合并到目標塊；聚焦（Focused）算法使用平滑算子和附加對比度聚焦的最小二乘法反演，該算法的結果可以接收分段平滑的參數分布(即由具有恒定電阻率的塊組成的模型)；馬奎特（Marquardt）算法是通過阻尼參數正則化的最小二乘法的經典反演算法，在少量剖面參數的情況下，該算法允許接收對比地下模型[2]。通過對比其在發現聚焦（Focused），對于本案例有較好的收斂效果，反演平滑因子設置為0.1，平滑度比值設置為1，濾波器設置為當前模式，如下圖2所示。

該剖面地形平坦，由已知地質剖面可知，在有效測量深度范圍內，共有四層地層，地表主要為第四系粘土層，厚度在10m～50m不等;第二層為砂巖，平均厚度約50m左右，第三層為頁巖，一般厚度50m，第四層為石灰巖，剖面中部斷裂寬度約10m，從上圖電阻率和極化率反演斷面圖中可以看出，在地表440m～460m到底部370m～400m測點樁號段有清晰可變的傾斜異常目標體，與周邊圍巖相比，異常體顯示為低阻高激化屬性，與實測標本的物性基本一直。

圖2 高密度剖面反演斷面綜合成果圖

5 結論

標本實測與反演地層巖性物性參數對比如下表所示；從物性參數對比表以及反演模型圖可以看出，電阻率和極化率對目標異常體均有較好的反應效果。

淺部地層劃分比較直觀，清晰可辨，反演值和標本實測值一直；隨著深度的增加，電阻率和極化率對地層的反應與標本實測值出現差異，可能與實際地層的物性差異較小有關，但是對于斷層中礦化體，電阻率和核極化率均有十分明顯的反應，反演剖面的大體位置與地質剖面一直，反演值與真實值相比偏小。圍巖極化率在深部反演不收斂，與實際地層稍有偏差。

表2 物性參數對比表

總體來說，高密度電法對淺部多金屬礦來說是一種行之有效的方法裝置，由于觀測誤差以及反演理論的多解性。很難與實際探測地層物性完全一致，建議在實際探測中應用多種物探方法，相互驗證，以取得更好的預測效果。