大地電磁中約束初始模型的二維反演研究

王品豐+李強(qiáng)強(qiáng)

摘 要：線性算法的二維大地電磁反演對(duì)初始模型的依賴性很強(qiáng)，反演結(jié)果的優(yōu)劣很大程度取決于初始模型，而利用先驗(yàn)信息對(duì)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(jīng)典二維模型為研究對(duì)象，開展正反演模擬計(jì)算，并以先驗(yàn)信息約束初始模型進(jìn)行反演，得到較理想的效果。

關(guān)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(gè)尋找地球物模型，使其響應(yīng)與實(shí)測(cè)結(jié)果相匹配的過程。其本質(zhì)是一個(gè)最優(yōu)化的問題，即構(gòu)建合適的誤差目標(biāo)函數(shù)，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(shí)際地質(zhì)問題中，工區(qū)的地質(zhì)、鉆孔以及其他物化探先驗(yàn)信息可以幫助構(gòu)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(huì)（杭州）”組委會(huì)提供的二維理論模型，電阻率略有改動(dòng)。模型（圖1）大體為“低-中高-高”三層結(jié)構(gòu)，第一層（0～-4km）模擬表層破碎帶，斷裂帶較多，電性結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(jié)構(gòu)較為單一。

模型正演結(jié)果（圖2）可以看出TE模式的視電阻率結(jié)果較TM模式好，出露地表的兩個(gè)高阻體有所反映，但深部延伸形態(tài)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(xiàn)了條帶狀的“掛面條”現(xiàn)象，這是由于在地表電性突變導(dǎo)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(jié)構(gòu)，但對(duì)表層薄層結(jié)構(gòu)分辨不夠。因此本文采取TE模式數(shù)據(jù)進(jìn)行反演研究。

3 一維反演結(jié)果

盡管如今大地電磁的反演算法已經(jīng)發(fā)展到三維反演，但在現(xiàn)今的實(shí)測(cè)質(zhì)料處理解釋中運(yùn)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(jié)果可以為解釋提供依據(jù)，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(jié)果對(duì)初始模型的依賴性較強(qiáng)，這意味著一維反演的結(jié)果尤其重要。本文對(duì)模型TE數(shù)據(jù)進(jìn)行了Bostick、Occam一維反演計(jì)算。

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

4 約束初始模型及二維反演結(jié)果

本文采用穩(wěn)定高速的NLCG反演，采用不同初始模型進(jìn)行二維NLCG反演，對(duì)比約束初始模型前后的效果。約束反演是在已知地層結(jié)構(gòu)的先驗(yàn)信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在反演過程中用先驗(yàn)信息對(duì)模型加以約束，以期望反演出符合地質(zhì)構(gòu)造的結(jié)果。在實(shí)際資料的處理中，很多工區(qū)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(duì)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(gòu)造都是清楚的，在反演過程中可以根據(jù)理論模型對(duì)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(jìn)行模型正演數(shù)據(jù)的一維反演，查看一維反演的結(jié)果與實(shí)際模型的差別，然后在一維反演結(jié)果的基礎(chǔ)上做相應(yīng)編輯，將修改后的模型作為二維NLCG反演的初始模型，經(jīng)過迭代計(jì)算后得到圖4-4中的結(jié)果。

圖4為不同初始模型的二維NLCG反演結(jié)果，其中初始模型為均勻半空間結(jié)果比較粗糙；Bostick的二維反演與一維反演結(jié)果很相似，只反映出了很粗的結(jié)構(gòu)，甚至掩埋了一維結(jié)果中的一些信息，淺部的低阻中層間結(jié)構(gòu)沒有反映出來，深部的電性變化的界面也與實(shí)際模型有所差異；以一維Occam為初始模型的反演結(jié)果中，淺部效果相對(duì)較好，界面明顯，模型淺部中間段的高低阻相間的結(jié)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(chǔ)上，利用已經(jīng)模型約束后的NLCG結(jié)果，反演結(jié)果與實(shí)際模型對(duì)應(yīng)較好，且電性界面清楚，反演效果很好。

5 結(jié)束語

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

通過先驗(yàn)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(shí)際的資料處理解釋中，如果有工區(qū)的地質(zhì)地球物理信息，利用已知的信息對(duì)初始模型加以約束，然后進(jìn)行反演計(jì)算，可以達(dá)到事半功倍的效果。

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作者簡(jiǎn)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。