Occam二維反演方法在安徽廬樅盆地某礦區CSAMT資料處理中的應用

石 卓

(安徽省勘查技術院,安徽 合肥 230031)

可控源音頻大地電磁法(CSAMT)是一種利用人工源進行頻率域深部探測的地球物理方法,具有工作效率高、探測深度大、抗干擾能力強等特點,是強干擾區深部勘查的主要方法[1-3]。作為一種有效的電磁勘探手段,CSAMT已廣泛應用于各種深部金屬和非金屬礦勘查[4-7]。

Occam反演方法是Constable等基于“用最簡單的方法解決復雜的問題”的思想提出來的[8-9]。Occam反演方法通過對光滑模型的約束,在追求最小擬合差的同時,尋找最優化的光滑模型作為反演結果,有效地減少反演結果的多解性,并且在一維和二維大地電磁反演中廣泛使用[10-12]。 可控源音頻大地電磁法是從大地電磁法發展而來的,在國內,已有相關物探專業人員對Occam反演在CSAMT資料處理中的應用進行了研究,并取得較好的應用效果。

1 Occam二維反演基本原理

Occam反演是Constable等人提出的一種反演方法,該方法通過光滑模型約束來增加反演的穩定性。Occam反演方法認為模型應該盡可能簡單和光滑,它尋找符合數據的模型而壓制非數據的冗余構造,使模型的粗糙度達到極小[13-14]。

在二維模型中,Occam反演同時考慮橫、縱兩個方向的電性參數并尋找擬合差和光滑模型的最優解,反演的目標函數可表示為:

(1)

對上述目標函數式(1)求極小,即:?φ/?ΔmT=0,得到:

(2)

解上述方程式(2)得到Δm,對初始模型進行修改迭代。

2 理論模型正反演

2.1 層狀模型

層狀模型為三層模型,其電性參數如表1所示。

表1 層狀模型Table 1 The layered model

頻率為10 000～0.1 Hz,按對數均勻取50個頻點,反演的初始模型為100 Ω·m的均勻半空間。

圖1為該層狀模型的二維Occam反演結果圖。從反演結果上來看,反演結果很好地展現出了三層電性結構,總的來說,與理論模型相吻合,只是第二層的低阻層有向下小幅的延伸。

圖1 層狀模型反演結果Fig.1 The inversion result of layered model

圖2 二維模型反演結果Fig.2 The inversion result of 2D model

2.2 二維模型

設計了二維的理論模型,在電阻率為100 Ω·m的均勻半空間模型中有兩個水平的低阻體,低阻體的電阻率為10 Ω·m。

上述二維模型的頻率為10 000～0.1 Hz,按對數均勻取50個頻點,反演的初始模型為100 Ω·m的均勻半空間。圖2為二維Occam反演結果。

從圖2可以看出,反演很好地恢復了理論模型的電性特征。兩個水平低阻異常體的橫向位置和電阻率值都與實際模型相吻合,縱向位置向較于理論模型有一定程度的向下延伸。對于反演結果相較于真實模型有向下小幅延伸的現象,這是由于Occam反演方法本身是基于做光滑模型的反演方法,其反演結果在邊界上是漸變的。

上述兩個理論模型的反演結果表明,Occam二維反演是有效和精確的。

3 Occam二維反演在CSAMT資料處理中的應用實例

3.1 CSAMT野外工作參數

CSAMT野外工作方式為赤道偶極裝置,工作頻率為8 000～0.28 Hz,收發距為12.9 km,低頻供電電流為50 A,測量水平電場和垂直磁場,并計算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。

對野外采集到的視電阻率和阻抗相位進行編輯處理和靜校正處理,并對近場數據進行剔除,取8 000～2.84 Hz的數據進行二維Occam反演。

3.2 工區地質概況

工區位于廬樅火山巖盆地,廬樅火山巖盆地是在中三疊世—中侏羅世內陸斷陷的基底之上發育而成,經過燕山期火山活動,形成了一套多次噴發的中—堿性火山巖,總厚近3 000 m。根據噴發旋回和巖石組合可分為4組:侏羅系上統龍門院組、磚橋組,白堊系下統雙廟組、浮山組。

工區內第四系主要分布于山谷、平原、沖溝等低洼處,厚度一般為1～15 m不等,地層主要為全新統和中更新統。火山巖地層主要為三疊系上統拉犁尖組、侏羅系下統磨山組以及侏羅系中統羅嶺組。基底地層主要是三疊系地層。工區主要礦體位于基底和上覆火山巖地層的接觸帶附近。

3.3 工區地層主要電性特征

根據礦區提供的資料,工區第四系覆蓋層較薄,電阻率值一般<100 Ω·m。侏羅系火山巖地層沉積松散,含水量較大,電阻率值一般為n×10～n×102Ω·m。巖漿巖體和變質巖地層阻值較高,一般為n×102～n×103Ω·m。基巖和上覆地層以及不同時代、不同巖性地層間電性均存在較大差異。總的來說,由于工區含水情況復雜,基底三疊系上統拉犁尖組泥質粉砂巖和粉砂質泥(頁)巖含水性較弱,呈高阻特征。三疊系銅頭尖組灰巖、泥灰巖次之。侏羅系粗安巖為主要的含水層,當含水較多時,呈現低阻特征,而含水較少時,呈高阻特征。巖體具有高電阻率特征,當其礦化蝕變或破碎充水時,其電阻率明顯降低。鐵、銅等塊狀硫化物礦體為低阻特征，巖體與灰巖接觸帶以及斷裂破碎帶等部位電性變化相對較大。

3.4 Occam反演結果及地質解釋

工區提供的鉆孔資料中有兩個鉆孔位于該剖面上,ZK1402在150 m以淺為侏羅系龍門院組粗安巖,150～300 m為硫鐵礦體(化);GK16在200 m以淺為侏羅系龍門院組粗安巖,200 m以深為閃長玢巖。

圖3為二維Occam反演結果及推斷解釋圖。根據工區的物性資料及鉆孔,推測150 m以淺的高低組分布較為復雜的區域為工區侏羅系龍門院組火山巖地層,其主要巖性為粗安巖,且從左到右,厚度逐漸變小。其電阻率變化如此之大,主要是和含水程度有關,含水多,電阻率低;含水少,電阻率相對高。以閃長玢巖為主要成分的巖體從深部上穿整個三疊系地層,將三疊系地層分為左右兩部分,左側相對低阻為銅頭尖組地層,右側相對高阻為拉犁尖組地層。其中,圖中紅色虛線的低阻區域為工區硫鐵礦體。

圖3 實測剖面反演結果及推斷解釋Fig.3 The inversion result and interpretation of measured profile1.侏羅系龍門院組;2.三疊系銅頭尖組;3.三疊系拉犁尖組;4.閃長玢巖;5.硫鐵礦體。

4 結論

(1) Occam反演方法是基于最光滑模型的二維反演方法,其優點是對初始模型的依賴程度低,具有較高的精確性和穩定性;但其反演耗時比較長,對模型邊界的反映相對模糊。

(2) 本文通過理論模型和廬樅盆地某工區的實測CSAMT數據的應用,表明CSAMT的遠區數據可使用Occam二維反演,并能夠取得較好的效果。

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