郭巖

（甘肅煤田地質局綜合普查隊，甘肅 天水741002）

可控源音頻（CSAMT）利用人工場源的有效控制，解決了大地電磁場源隨機性和信號弱的問題，具有探測效率高、探測深度深、分辨率高的優(yōu)點，被廣泛應用于礦產普刊與勘探、地熱資源勘查、水文及工程建設等方面[1]。近年來隨著計算機技術及電磁測法設備的發(fā)展和完善，二維和三維反演技術有了很大的提升，例如雷達等（2004）為提高復雜地形可控音頻大地電磁探測解釋成果的可靠性，對模型進行CSAMT 二維反演，得到的結果與正演分析成果吻合，能有效的反應地下地質結構特征；張昆等（2011）提出了一種驗證電磁測深數據正演及反演算法程序，通過實際驗證測點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，有效的探明了測線范圍內的地層構造及巖體空間特征，其結果與已知的地質情況較為吻合；任宏等（2017）采用CSAMT 方法對廣西某鉛鋅礦床開展了相關研究，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 對翠宏山鐵多金屬礦開展了二維反演，落實了高磁異常區(qū)域和低阻異常區(qū)，進一步探明了礦區(qū)中的大規(guī)模礦床；汪正（2018）分析了CSAMT 的各項技術優(yōu)勢，認為在物探綜合剖面上實施可控源電磁測深，能更加有效的識別區(qū)域地質特征及深部構造特征。綜上所述，近年來國內外學者對于可控源大地電磁測深技術研究取得了大量的成果，但總體來看針對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，基于有限內存擬牛頓法加入噪聲阻抗數據來進行你二維反演，對甘肅某地區(qū)的測線數據開展反演分析，驗證了該方法的實踐意義。

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雜，數據計算量大、內存需求量大。一維反演在一條測線上采用逐個反演的方式，得到的反演電阻率在剖面上呈現出面條狀，而二維反演對測線上每個點都進行反演，每個點之間進行了相互約束，使得反演結果在橫向上連續(xù)性更強。

為對二維反演有效性進行分析，采用構建的層狀及臺階組合模型進行三維正演，然后利用二維反演成果與三維正演成果進行對比分析，進而利用擬合度判斷二維反演的有效性。發(fā)射源為1000m 導線，設定中心坐標為（0，0，0），供電電流1A，測線位于y 軸9000m，初始模型設定電阻值為100Ω·m，第一層厚度20m，為設置層位厚度極差，往下層厚度按照每層為上一層1.1倍的厚度逐增加（圖1）。擬合度表達為：

圖1 層狀及臺階組合模型示意圖

通過反演結果表明，反演得到的阻抗值與正演阻抗值結果一致，僅僅極個別點存在一定的誤差，擬合度基本上控制在±5%%內，擬合效果較好（圖2）。二維擬合結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，認為對于層狀模型而言，采用有限內存牛頓擬二維反演具有一定的有效性。二維迭代反演次數為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比

2 擬二維反演應用

以甘肅為地區(qū)某金屬礦為實例一共有兩條測線，信號發(fā)射及接收示意圖如圖3 所示，一共20 個測點，最大電流8A，設定初始模型為100Ω·m，第一層設定為2m，按照1.4 倍的級差向下逐步增加層厚度，共計13 層，模型反演深度為380m。

圖3 甘肅某金屬礦區(qū)測線布線示意圖

通過反演分析阻抗剖面擬合度在±10%內，但由于該地區(qū)地形較為復雜，出現了極個別的異常點，擬合度誤差超過了80%，這是由于測點低頻值變化較大，因此產生了較大的阻抗。根據測線附近地層已鉆探的研究成果，地質分層成果見表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出測點1 到12 號電阻率隨著地層深度加深而逐漸成斜坡狀的形態(tài)，測點從13 到20 號深部位置中高阻層內嵌入了一共低阻體，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）。反演結果與地質成果較為一致，在淺層層厚100m 內，地層厚度呈現出條帶狀分布特征，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。測點1 到4 號之間大約有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。測點17 到20 號之間有一個低阻體，分析認為在探測深度180m 處形成一共鐵礦，電阻率大致在50～150Ω·m。測點16 號深部向下為一個發(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 結論

對新疆某盡速礦區(qū)開展了可控電磁測深擬牛頓擬二維反演，與地質研究成果相對照分析，認為反演成果與地質特征相互吻合，反演分析阻抗剖面擬合度在±10%內。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，探明礦產資料的整體含量。