大地电磁中约束初始模型的二维反演研究

王品丰+李强强

摘 要：线性算法的二维大地电磁反演对初始模型的依赖性很强，反演结果的优劣很大程度取决于初始模型，而利用先验信息对初始模型的约束可以有效减少反演的多解性，提高反演精度与可靠性。文章利用MTsoft2D2.4软件，以经典二维模型为研究对象，开展正反演模拟计算，并以先验信息约束初始模型进行反演，得到较理想的效果。

关键词：大地电磁；初始模型；约束反演；二维反演

1 概述

地球物理反演是一个寻找地球物模型，使其响应与实测结果相匹配的过程。其本质是一个最优化的问题，即构建合适的误差目标函数，求取满足精度要求的最小值。地球物理反演本身不可避免的存在着多解性，在解决实际地质问题中，工区的地质、钻孔以及其他物化探先验信息可以帮助构建更合理的初始模型，有效消除假二维反演中的假异常，减少反演的多解性。

2 模型正演

模型参考“全国电法及电磁法勘探正反演软件推荐会（杭州）”组委会提供的二维理论模型，电阻率略有改动。模型（图1）大体为“低-中高-高”三层结构，第一层（0～-4km）模拟表层破碎带，断裂带较多，电性结构较为复杂，高低阻地层互层。中间层（-4～-7km）为中高阻，下层（-7～-12km）是高阻地层，结构较为单一。

模型正演结果（图2）可以看出TE模式的视电阻率结果较TM模式好，出露地表的两个高阻体有所反映，但深部延伸形态反映不够清晰，中高阻层分层情况也不明显；TM模式的左右两边都出现了条带状的“挂面条”现象，这是由于在地表电性突变导致的静位移，是TM模式的明显特征。在相位剖面中，TE和TM模式均可反映出明显的三层结构，但对表层薄层结构分辨不够。因此本文采取TE模式数据进行反演研究。

3 一维反演结果

尽管如今大地电磁的反演算法已经发展到三维反演，但在现今的实测质料处理解释中运用较为成熟的仍是大地电磁的一、二维反演，其中一维反演的结果可以为解释提供依据，更重要的是为二维反演提供初始模型，线性算法的二维反演的结果对初始模型的依赖性较强，这意味着一维反演的结果尤其重要。本文对模型TE数据进行了Bostick、Occam一维反演计算。

图3为模型的一维反演结果，总体来看，Occam反演结果较圆滑，层状反映不明显，浅层构造都基本没有反演出来；Bostick反演结果对左右两个小的斜向的高阻条带反映较为明显，且深部形态也有体现，但在浅部中间位置低高阻相间的层状结构没有反映出来，整体表现为一个低阻体，深部电性界面与实际模型有所差异。

4 约束初始模型及二维反演结果

本文采用稳定高速的NLCG反演，采用不同初始模型进行二维NLCG反演，对比约束初始模型前后的效果。约束反演是在已知地层结构的先验信息的基础上进行的，在反演过程中用先验信息对模型加以约束，以期望反演出符合地质构造的结果。在实际资料的处理中，很多工区都是多方法勘探，包括地震、钻井、重磁勘探等等，可以利用已知资料对大地电磁反演过程中的初始模型加以约束。本文理论模型的反演试算过程中，地层构造都是清楚的，在反演过程中可以根据理论模型对反演的初始模型加以约束。文本通过MTsoft2D2.4软件约束初始模型，先进行模型正演数据的一维反演，查看一维反演的结果与实际模型的差别，然后在一维反演结果的基础上做相应编辑，将修改后的模型作为二维NLCG反演的初始模型，经过迭代计算后得到图4-4中的结果。

图4为不同初始模型的二维NLCG反演结果，其中初始模型為均匀半空间结果比较粗糙；Bostick的二维反演与一维反演结果很相似，只反映出了很粗的结构，甚至掩埋了一维结果中的一些信息，浅部的低阻中层间结构没有反映出来，深部的电性变化的界面也与实际模型有所差异；以一维Occam为初始模型的反演结果中，浅部效果相对较好，界面明显，模型浅部中间段的高低阻相间的结果反映较好，但是深部却与模型差异很大；在一维Occam的反演基础上，利用已经模型约束后的NLCG结果，反演结果与实际模型对应较好，且电性界面清楚，反演效果很好。

5 结束语

二维反演中选择不同的初始模型，二维反演结果差别大。以均匀半空间为初始模型的二维反演结果能反映出模型宏观的特征，仅具有一定参考价值。尽管解决的是二维地质问题，但二维反演依赖初始模型，其结果可能与一维初始模型相似，甚至效果更差。

通过先验信息约束初始模型，可以有效消除反演中的假异常，降低反演多解性。在实际的资料处理解释中，如果有工区的地质地球物理信息，利用已知的信息对初始模型加以约束，然后进行反演计算，可以达到事半功倍的效果。

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作者简介：王品丰（1990-），男，汉族，湖北荆州人，在读硕士研究生，从事电磁法勘探研究。