CSAMT法二维反演初始模型参数选择及其在找矿预测中的应用

司法祯，马振波，张平，李志勋

（1.河南省地质调查院，河南 郑州 450001；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，河南 郑州 450001；3.河南省地质科学研究所，河南 郑州 450001）

关键字：可控源音频大地电磁法;二维反演;初始模型参数

可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种频率域的电磁测深勘探方法，具有勘探深度大，分辨率高，效率高的特点。随着资源勘查逐步向深部发展，可控源音频大地电磁法（CSAMT）的应用愈加广泛。但在数据处理解释时由于自身存在的静态效应、阴影和场源效应及地形等原因，对成果解释存在障碍，如何利用好数据及合理设置CSAMT二维反演初始模型参数尤为重要。本文结合实际工作中采用WinGLink软件处理CSAMT数据的应用，对这个问题进行探讨。[1][2]

1 CSAMT工作原理

可控源音频大地电磁法（CSAMT）是一种利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法。以电磁波在均匀半空间介质中的传播理论和麦克斯韦方程组为基础，通过观测发射源在远区中的波区的水平电场分量Ex和垂直磁场分量Hy的比值来计算卡尼亚电阻率（视电阻率）。其公式如下：

式（1）中 ：f—电磁波频率，Ex—水平电场分量，Hy—垂直磁场分量，ρs—卡尼亚电阻率。

根据电磁波的趋肤效应理论，电磁波在均匀介质和非均匀介质的有效探测深度可表示为：

式（2）中：H—有效探测深度，ρ—地表电阻率，f—电磁波频率。

当地表电阻率一定时，可以看出有效探测深度与供电频率成反比，高频时，探测深度越浅；低频时，探测深度深。通过改变不同的供电频率，就可以探测到地下不同深度范围内电性体的分布特征。

2 CSAMT法野外工作方法

在CSAMT法野外工作中，把观测区布置在以AB发射偶极为上底的梯形区域内，测线到AB的距离应大于三倍的趋肤深度，测线的长度应保持在梯形面积之内。AB偶极布线方向和测线方向平行。（图1）

3 WinGLink软件简介

WinGLink软件是意大利geosystem公司开发的一个非地震综合性地球物理解释软件。该软件可以进行重力、大地电磁(MT)、可控源音频大地电磁(CSAMT)等多种物探方法的数据处理解释。可控源音频大地电磁(CSAMT)数 据 处 理 时 主 要 由Maps、Soundings、P-Sections、X-Sections、2D inversion五部分组成。Maps主要保存测线及测点坐标信息；Soundings主要显示、编辑测点测量数据及进行一维反演；P-Sections主要绘制测线的卡尼亚电阻率断面图和阻抗相位断面图；X-Sections主要绘制基于单点一维反演结果上的测线断面图；2D inversion主要通过建立二维带地形的地电模型进行二维反演并成图。

图1 CSAMT法工作装置图

4 WinGLink中CSAMT法二维反演初始模型参数的选择

在WinGLink中CSAMT法二维反演模型采用非线性共轭梯度法（NLGG），用户可以自定义网格并加上地形进行二维反演计算。网格的剖分、τ的选择、初始电阻率值的选取等对反演结果的质量影响很大。

4.1 网格的剖分

在大地电磁二维反演中，网格分布不均匀或者测点在网格中位置不适当，会造成测点偏离现象，从而影响反演精度。因为CSAMT法在远区场或经过近场校正后数据满足平面波的要求，二维反演时采用大地电磁反演理论，所以在WinGLink中CSAMT法二维反演模型也必须满足网格分布均匀和测点在网格中心的要求。网格按照“相邻测点位置平均值法”进行剖分，图2是剖分结果示意图。[3]

图2 剖分结果示意图

4.2 τ的选择

图3 不同τ值的RMS曲线对比

τ是控制反演模型光滑参数，值越大模型越光滑，值越小模型越粗糙。图3是τ值为参数，RMS变化曲线图。图3表明，随着τ值的增大，RMS收敛快，迭代20次后差距减小。图4是实测数据的不同τ值反演结果。图4（a）、（b）、（c）、（d）分别对应的τ值 为0.1、1、10、100；在网格和初始电阻率值相同(101Ω·m)条件下，进行30次反演迭代，RMS分别等于4.67、4.32、4.18、4.52。图4（d）显示在深部区域近似水平地层，和理论模型接近。真实地层是三维结构，电性分布规律更加复杂，在反演结果的选取上应结合测线地质信息，选择更加接近实际地质情况的反演结果。

图4 不同τ值的反演结果

图5 不同初始电阻率值的RMS曲线对比

4.3 初始电阻率值的选取

在CSAMT二维反演中，对初始均匀半空间模型电阻率值的选取不同，会对反演曲线拟合度和模型光滑度影响不同。图5是初始电阻率值为参数，RMS变化曲线图。图5表明，随着初始电阻率值的增大，RMS收敛快，迭代15次后差距减小。图6是实测数据的不同初始电阻率值反演结果。图6（a）、（b）、（c）、（d）分别对应的初始电阻率值为51Ω·m、101Ω·m、202Ω·m、405Ω·m；在网格和τ值相同（τ=1）的条件下，进行30次反演迭代，RMS分别等于4.53、4.32、4.22、4.22。图6可以看到，反演结果形态，细节不同，在结果的选取上主要参考测线所在工区的物性信息，本测线选择初始电阻率值为101Ω·m的反演结果。

图6 不同初始电阻率值的反演结果

5 认识与结论

根据最终选择的图6（b）反演结果，结合SIP方法解释成果，在测线250m、700m、1100m处布置钻孔进行验证，三个钻孔均在深部见到了花岗斑岩体及在岩体内外接触带上见到了厚度达数百米的伴生有黄铁矿的钼矿化体。[4]本次CSAMT数据反演解释工作效果很好，但是由于可控源音频大地电磁法(CSAMT)本身具有静态效应、场源效应等因素，需要在反演处理时反复尝试不同参数，结合地质、物性、测井等信息进行反演解释工作。好的反演结果是不断尝试，不断结合已知综合信息，多次反演才能取得的。