Occam二维反演方法在安徽庐枞盆地某矿区CSAMT资料处理中的应用

石 卓

(安徽省勘查技术院,安徽 合肥 230031)

可控源音频大地电磁法(CSAMT)是一种利用人工源进行频率域深部探测的地球物理方法,具有工作效率高、探测深度大、抗干扰能力强等特点,是强干扰区深部勘查的主要方法[1-3]。作为一种有效的电磁勘探手段,CSAMT已广泛应用于各种深部金属和非金属矿勘查[4-7]。

Occam反演方法是Constable等基于“用最简单的方法解决复杂的问题”的思想提出来的[8-9]。Occam反演方法通过对光滑模型的约束,在追求最小拟合差的同时,寻找最优化的光滑模型作为反演结果,有效地减少反演结果的多解性,并且在一维和二维大地电磁反演中广泛使用[10-12]。 可控源音频大地电磁法是从大地电磁法发展而来的,在国内,已有相关物探专业人员对Occam反演在CSAMT资料处理中的应用进行了研究,并取得较好的应用效果。

1 Occam二维反演基本原理

Occam反演是Constable等人提出的一种反演方法,该方法通过光滑模型约束来增加反演的稳定性。Occam反演方法认为模型应该尽可能简单和光滑,它寻找符合数据的模型而压制非数据的冗余构造,使模型的粗糙度达到极小[13-14]。

在二维模型中,Occam反演同时考虑横、纵两个方向的电性参数并寻找拟合差和光滑模型的最优解,反演的目标函数可表示为:

(1)

对上述目标函数式(1)求极小,即:∂φ/∂ΔmT=0,得到:

(2)

解上述方程式(2)得到Δm,对初始模型进行修改迭代。

2 理论模型正反演

2.1 层状模型

层状模型为三层模型,其电性参数如表1所示。

表1 层状模型Table 1 The layered model

频率为10 000～0.1 Hz,按对数均匀取50个频点,反演的初始模型为100 Ω·m的均匀半空间。

图1为该层状模型的二维Occam反演结果图。从反演结果上来看,反演结果很好地展现出了三层电性结构,总的来说,与理论模型相吻合,只是第二层的低阻层有向下小幅的延伸。

图1 层状模型反演结果Fig.1 The inversion result of layered model

图2 二维模型反演结果Fig.2 The inversion result of 2D model

2.2 二维模型

设计了二维的理论模型,在电阻率为100 Ω·m的均匀半空间模型中有两个水平的低阻体,低阻体的电阻率为10 Ω·m。

上述二维模型的频率为10 000～0.1 Hz,按对数均匀取50个频点,反演的初始模型为100 Ω·m的均匀半空间。图2为二维Occam反演结果。

从图2可以看出,反演很好地恢复了理论模型的电性特征。两个水平低阻异常体的横向位置和电阻率值都与实际模型相吻合,纵向位置向较于理论模型有一定程度的向下延伸。对于反演结果相较于真实模型有向下小幅延伸的现象,这是由于Occam反演方法本身是基于做光滑模型的反演方法,其反演结果在边界上是渐变的。

上述两个理论模型的反演结果表明,Occam二维反演是有效和精确的。

3 Occam二维反演在CSAMT资料处理中的应用实例

3.1 CSAMT野外工作参数

CSAMT野外工作方式为赤道偶极装置,工作频率为8 000～0.28 Hz,收发距为12.9 km,低频供电电流为50 A,测量水平电场和垂直磁场,并计算卡尼亚视电阻率和阻抗相位。

对野外采集到的视电阻率和阻抗相位进行编辑处理和静校正处理,并对近场数据进行剔除,取8 000～2.84 Hz的数据进行二维Occam反演。

3.2 工区地质概况

工区位于庐枞火山岩盆地,庐枞火山岩盆地是在中三叠世—中侏罗世内陆断陷的基底之上发育而成,经过燕山期火山活动,形成了一套多次喷发的中—碱性火山岩,总厚近3 000 m。根据喷发旋回和岩石组合可分为4组:侏罗系上统龙门院组、砖桥组,白垩系下统双庙组、浮山组。

工区内第四系主要分布于山谷、平原、冲沟等低洼处,厚度一般为1～15 m不等,地层主要为全新统和中更新统。火山岩地层主要为三叠系上统拉犁尖组、侏罗系下统磨山组以及侏罗系中统罗岭组。基底地层主要是三叠系地层。工区主要矿体位于基底和上覆火山岩地层的接触带附近。

3.3 工区地层主要电性特征

根据矿区提供的资料,工区第四系覆盖层较薄,电阻率值一般<100 Ω·m。侏罗系火山岩地层沉积松散,含水量较大,电阻率值一般为n×10～n×102Ω·m。岩浆岩体和变质岩地层阻值较高,一般为n×102～n×103Ω·m。基岩和上覆地层以及不同时代、不同岩性地层间电性均存在较大差异。总的来说,由于工区含水情况复杂,基底三叠系上统拉犁尖组泥质粉砂岩和粉砂质泥(页)岩含水性较弱,呈高阻特征。三叠系铜头尖组灰岩、泥灰岩次之。侏罗系粗安岩为主要的含水层,当含水较多时,呈现低阻特征,而含水较少时,呈高阻特征。岩体具有高电阻率特征,当其矿化蚀变或破碎充水时,其电阻率明显降低。铁、铜等块状硫化物矿体为低阻特征，岩体与灰岩接触带以及断裂破碎带等部位电性变化相对较大。

3.4 Occam反演结果及地质解释

工区提供的钻孔资料中有两个钻孔位于该剖面上,ZK1402在150 m以浅为侏罗系龙门院组粗安岩,150～300 m为硫铁矿体(化);GK16在200 m以浅为侏罗系龙门院组粗安岩,200 m以深为闪长玢岩。

图3为二维Occam反演结果及推断解释图。根据工区的物性资料及钻孔,推测150 m以浅的高低组分布较为复杂的区域为工区侏罗系龙门院组火山岩地层,其主要岩性为粗安岩,且从左到右,厚度逐渐变小。其电阻率变化如此之大,主要是和含水程度有关,含水多,电阻率低;含水少,电阻率相对高。以闪长玢岩为主要成分的岩体从深部上穿整个三叠系地层,将三叠系地层分为左右两部分,左侧相对低阻为铜头尖组地层,右侧相对高阻为拉犁尖组地层。其中,图中红色虚线的低阻区域为工区硫铁矿体。

图3 实测剖面反演结果及推断解释Fig.3 The inversion result and interpretation of measured profile1.侏罗系龙门院组;2.三叠系铜头尖组;3.三叠系拉犁尖组;4.闪长玢岩;5.硫铁矿体。

4 结论

(1) Occam反演方法是基于最光滑模型的二维反演方法,其优点是对初始模型的依赖程度低,具有较高的精确性和稳定性;但其反演耗时比较长,对模型边界的反映相对模糊。

(2) 本文通过理论模型和庐枞盆地某工区的实测CSAMT数据的应用,表明CSAMT的远区数据可使用Occam二维反演,并能够取得较好的效果。

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