基于Zondres2D的正反演技術(shù)在高密度電法找礦中的應(yīng)用

張 彥

（天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊(duì)，天津 301800）

研究礦區(qū)地處永德縣班卡鄉(xiāng)一帶，位于永德縣城東約20km處。工區(qū)交通較為便利，省道S313直通永德縣城，研究區(qū)內(nèi)主要巖性為白云巖、長(zhǎng)石石英砂巖、層紋狀灰?guī)r、泥質(zhì)巖、細(xì)砂巖夾含碳千枚巖及晶屑灰?guī)r。本文通過對(duì)該研究區(qū)的標(biāo)本采集測(cè)量和地球物理場(chǎng)分析正演模擬的基礎(chǔ)之上，合理選用裝置，進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)分析[1]。

1 地球物理場(chǎng)前提分析

工作區(qū)電性參數(shù)采用小四極裝置測(cè)量巖性標(biāo)本及鉆探巖心。從統(tǒng)計(jì)表表1中可以看泥巖、頁巖及灰?guī)r視極化率均值均小于1.4%，而多金屬礦石和石灰?guī)r視極化率均值最小以達(dá)到4.6%；從電阻率均值來看，石灰?guī)r電阻率值相對(duì)較高，而泥巖、頁巖和砂巖的電阻率值表現(xiàn)為低阻。這使得異常目標(biāo)體能夠與周邊圍巖有能夠觀測(cè)的物性異常差異。

表1 多金屬礦核心區(qū)域巖礦石標(biāo)本電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

從探測(cè)目標(biāo)體的幾何尺寸來說，從周邊已知成礦區(qū)得知，該多金屬礦體主要賦存與灰?guī)r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(cè)精度來說，能夠區(qū)分開異常目標(biāo)體的規(guī)模形態(tài)。

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(shù)學(xué)工具解決正反演問題，將電源場(chǎng)模型介質(zhì)用三角網(wǎng)格剖分，在三角網(wǎng)格內(nèi)在用線性基函數(shù)擬合，點(diǎn)源場(chǎng)在二維介質(zhì)中具有三維物性結(jié)構(gòu)，采用傅里葉變換將問題轉(zhuǎn)換到頻率域，在用傅里葉反變換將頻譜電勢(shì)值賦值該網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)中電源電勢(shì)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(shè)計(jì)，采用2.5＊2.5m網(wǎng)格，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的兩層地電模型，上層砂巖電阻率值設(shè)置為1000Ω.m，極化率為1%，下層石灰?guī)r電阻率值設(shè)置為4000Ω.m，極化率設(shè)為2%，剖面中部斷裂蝕變帶電阻率值400Ω.m，極化率設(shè)置為8%，斷裂寬度設(shè)置為10m，對(duì)反演加入1%的測(cè)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(fā)現(xiàn)偶極-偶極裝置在探測(cè)斷裂蝕變帶中的多金屬礦比較明顯，其結(jié)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(xiàn)為不對(duì)稱八字異常，很難區(qū)分地層結(jié)構(gòu)；從反演斷面圖中可以看出電阻率對(duì)地層和斷裂有較好的反應(yīng)，極化率對(duì)多金屬礦體有較好的反應(yīng)。

3 野外工作方法

本次使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)UDK-2B高密度電法儀，供電時(shí)間為4s，電極距為5m，測(cè)量層數(shù)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(jìn)行RTK等間距放點(diǎn)，進(jìn)行滾動(dòng)測(cè)量共完成800m實(shí)驗(yàn)剖面測(cè)量。

4 反演推斷

本次反演采用Zondres2D軟件，主要步驟為壞點(diǎn)剔除、曲線圓滑、反演網(wǎng)格剖分和數(shù)據(jù)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(yōu)點(diǎn)，平滑約束（Smoothness）算法的利用平滑算子通過最小二乘法進(jìn)行反演，該算法具有穩(wěn)定圓滑的反演結(jié)果；奧克姆（Occam）算法是加入平滑算子的最小二乘法和對(duì)比度最小化的一種反演方法，它對(duì)初始模型依賴小，穩(wěn)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(biāo)塊；聚焦（Focused）算法使用平滑算子和附加對(duì)比度聚焦的最小二乘法反演，該算法的結(jié)果可以接收分段平滑的參數(shù)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(shù)正則化的最小二乘法的經(jīng)典反演算法，在少量剖面參數(shù)的情況下，該算法允許接收對(duì)比地下模型[2]。通過對(duì)比其在發(fā)現(xiàn)聚焦（Focused），對(duì)于本案例有較好的收斂效果，反演平滑因子設(shè)置為0.1，平滑度比值設(shè)置為1，濾波器設(shè)置為當(dāng)前模式，如下圖2所示。

該剖面地形平坦，由已知地質(zhì)剖面可知，在有效測(cè)量深度范圍內(nèi)，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?guī)r，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(cè)點(diǎn)樁號(hào)段有清晰可變的傾斜異常目標(biāo)體，與周邊圍巖相比，異常體顯示為低阻高激化屬性，與實(shí)測(cè)標(biāo)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(jié)論

標(biāo)本實(shí)測(cè)與反演地層巖性物性參數(shù)對(duì)比如下表所示；從物性參數(shù)對(duì)比表以及反演模型圖可以看出，電阻率和極化率對(duì)目標(biāo)異常體均有較好的反應(yīng)效果。

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

表2 物性參數(shù)對(duì)比表

總體來說，高密度電法對(duì)淺部多金屬礦來說是一種行之有效的方法裝置，由于觀測(cè)誤差以及反演理論的多解性。很難與實(shí)際探測(cè)地層物性完全一致，建議在實(shí)際探測(cè)中應(yīng)用多種物探方法，相互驗(yàn)證，以取得更好的預(yù)測(cè)效果。