Occam二維反演方法在安徽廬樅盆地某礦區(qū)CSAMT資料處理中的應(yīng)用

石 卓

(安徽省勘查技術(shù)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(jìn)行頻率域深部探測(cè)的地球物理方法,具有工作效率高、探測(cè)深度大、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),是強(qiáng)干擾區(qū)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(yīng)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(jiǎn)單的方法解決復(fù)雜的問(wèn)題”的思想提出來(lái)的[8-9]。Occam反演方法通過(guò)對(duì)光滑模型的約束,在追求最小擬合差的同時(shí),尋找最優(yōu)化的光滑模型作為反演結(jié)果,有效地減少反演結(jié)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(fā)展而來(lái)的,在國(guó)內(nèi),已有相關(guān)物探專業(yè)人員對(duì)Occam反演在CSAMT資料處理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究,并取得較好的應(yīng)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(guò)光滑模型約束來(lái)增加反演的穩(wěn)定性。Occam反演方法認(rèn)為模型應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)單和光滑,它尋找符合數(shù)據(jù)的模型而壓制非數(shù)據(jù)的冗余構(gòu)造,使模型的粗糙度達(dá)到極小[13-14]。

在二維模型中,Occam反演同時(shí)考慮橫、縱兩個(gè)方向的電性參數(shù)并尋找擬合差和光滑模型的最優(yōu)解,反演的目標(biāo)函數(shù)可表示為:

(1)

對(duì)上述目標(biāo)函數(shù)式(1)求極小,即:?φ/?ΔmT=0,得到:

(2)

解上述方程式(2)得到Δm,對(duì)初始模型進(jìn)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(shù)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(duì)數(shù)均勻取50個(gè)頻點(diǎn),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(jié)果圖。從反演結(jié)果上來(lái)看,反演結(jié)果很好地展現(xiàn)出了三層電性結(jié)構(gòu),總的來(lái)說(shuō),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(jié)果Fig.1 The inversion result of layered model

圖2 二維模型反演結(jié)果Fig.2 The inversion result of 2D model

2.2 二維模型

設(shè)計(jì)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(gè)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(duì)數(shù)均勻取50個(gè)頻點(diǎn),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(jié)果。

從圖2可以看出,反演很好地恢復(fù)了理論模型的電性特征。兩個(gè)水平低阻異常體的橫向位置和電阻率值都與實(shí)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(duì)于反演結(jié)果相較于真實(shí)模型有向下小幅延伸的現(xiàn)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(jié)果在邊界上是漸變的。

上述兩個(gè)理論模型的反演結(jié)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(yīng)用實(shí)例

3.1 CSAMT野外工作參數(shù)

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(fā)距為12.9 km,低頻供電電流為50 A,測(cè)量水平電場(chǎng)和垂直磁場(chǎng),并計(jì)算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。

對(duì)野外采集到的視電阻率和阻抗相位進(jìn)行編輯處理和靜校正處理,并對(duì)近場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除,取8 000～2.84 Hz的數(shù)據(jù)進(jìn)行二維Occam反演。

3.2 工區(qū)地質(zhì)概況

工區(qū)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(nèi)陸斷陷的基底之上發(fā)育而成,經(jīng)過(guò)燕山期火山活動(dòng),形成了一套多次噴發(fā)的中—堿性火山巖,總厚近3 000 m。根據(jù)噴發(fā)旋回和巖石組合可分為4組:侏羅系上統(tǒng)龍門院組、磚橋組,白堊系下統(tǒng)雙廟組、浮山組。

工區(qū)內(nèi)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(tǒng)和中更新統(tǒng)?；鹕綆r地層主要為三疊系上統(tǒng)拉犁尖組、侏羅系下統(tǒng)磨山組以及侏羅系中統(tǒng)羅嶺組?；椎貙又饕侨B系地層。工區(qū)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(qū)地層主要電性特征

根據(jù)礦區(qū)提供的資料,工區(qū)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(zhì)巖地層阻值較高,一般為n×102～n×103Ω·m?；鶐r和上覆地層以及不同時(shí)代、不同巖性地層間電性均存在較大差異。總的來(lái)說(shuō),由于工區(qū)含水情況復(fù)雜,基底三疊系上統(tǒng)拉犁尖組泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥(頁(yè))巖含水性較弱,呈高阻特征。三疊系銅頭尖組灰?guī)r、泥灰?guī)r次之。侏羅系粗安巖為主要的含水層,當(dāng)含水較多時(shí),呈現(xiàn)低阻特征,而含水較少時(shí),呈高阻特征。巖體具有高電阻率特征,當(dāng)其礦化蝕變或破碎充水時(shí),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?guī)r接觸帶以及斷裂破碎帶等部位電性變化相對(duì)較大。

3.4 Occam反演結(jié)果及地質(zhì)解釋

工區(qū)提供的鉆孔資料中有兩個(gè)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(zhǎng)玢巖。

圖3為二維Occam反演結(jié)果及推斷解釋圖。根據(jù)工區(qū)的物性資料及鉆孔,推測(cè)150 m以淺的高低組分布較為復(fù)雜的區(qū)域?yàn)楣^(qū)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(guān),含水多,電阻率低;含水少,電阻率相對(duì)高。以閃長(zhǎng)玢巖為主要成分的巖體從深部上穿整個(gè)三疊系地層,將三疊系地層分為左右兩部分,左側(cè)相對(duì)低阻為銅頭尖組地層,右側(cè)相對(duì)高阻為拉犁尖組地層。其中,圖中紅色虛線的低阻區(qū)域?yàn)楣^(qū)硫鐵礦體。

圖3 實(shí)測(cè)剖面反演結(jié)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(zhǎng)玢巖;5.硫鐵礦體。

4 結(jié)論

(1) Occam反演方法是基于最光滑模型的二維反演方法,其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)初始模型的依賴程度低,具有較高的精確性和穩(wěn)定性;但其反演耗時(shí)比較長(zhǎng),對(duì)模型邊界的反映相對(duì)模糊。

(2) 本文通過(guò)理論模型和廬樅盆地某工區(qū)的實(shí)測(cè)CSAMT數(shù)據(jù)的應(yīng)用,表明CSAMT的遠(yuǎn)區(qū)數(shù)據(jù)可使用Occam二維反演,并能夠取得較好的效果。

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