Occam反演在卫境地区花岗岩型铀矿勘查CSAMT资料处理中的应用

孟凡兴, 全旭东, 徐国苍, 孔志召, 张 伟， 朱佳宁

(1.核工业航测遥感中心， 石家庄 050002；2.中核集团公司 铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室)， 石家庄 050002)

Occam反演在卫境地区花岗岩型铀矿勘查CSAMT资料处理中的应用

孟凡兴1,2, 全旭东1,2, 徐国苍1,2, 孔志召1,2, 张 伟1，2， 朱佳宁1,2

(1.核工业航测遥感中心， 石家庄 050002；2.中核集团公司 铀资源地球物理勘查技术中心(重点实验室)， 石家庄 050002)

花岗岩型铀矿床一般产在岩体内部或岩体周边，因此岩体发育情况的探测对铀矿勘查工作的进一步开展具有重要意义。为了解Occam反演方法处理花岗岩型铀矿勘查CSAMT数据时的应用效果，这里设计了隐伏岩体的理论模型，正演理论数据采用Occam反演方法进行反演。实验表明，Occam反演对隐伏岩体的CSAMT理论数据具有稳定收敛性，反演结果和理论模型能够很好的吻合。结合卫境地区的勘查实例验证了Occam反演方法的有效性，为以后CSAMT方法间接寻找花岗岩型铀矿提供了参考。

Occam反演； CSAMT方法； 隐伏岩体； 卫境地区； 花岗岩型铀矿

0 引言

可控源音频大地电磁(CSAMT)法作为地球物理勘探方法中一种有效的电磁法勘探手段，已广泛应用于各种深部金属和非金属矿产勘查[1-3]。总结不同地区的勘查经验发现，针对不同的勘查目的，选择不同的反演方法处理，往往可以取得更好的效果[4-5]。

花岗岩型铀矿床与花岗岩体有紧密空间关系和成因关系，它可产在岩体内部或岩体外围不远的一定范围内[6-7]，因此岩体发育情况的探测对铀矿勘查工作的进一步开展具有重要意义。

这里阐述了Occam反演的原理，并根据花岗岩型铀矿勘查经验建立了隐伏岩体的正演模型，通过理论模型的反演以及在内蒙古北部卫境地区的应用成果表明，采用Occam反演方法处理以探索隐伏岩体为目的的CSAMT数据，可以取得较好的效果。

1 Occam反演基本原理

Occam反演理论首先由Constable等[7-8]提出。地球物理反演因非唯一性，反演结果存在多个能满足拟合数据的模型，Constable[8-9]认为反演为了获得最优解，反演的最终模型应尽可能的简单、光滑，为了压制来自非数据的模型构造，模型的粗糙度应尽可能的小。因此，Occam法是一种带平滑约束的最小二乘法反演，这种方法反演是一种正则化的反演方法，它在寻找模型与原始数据最大拟合时，要求模型最光滑，因此受初始模型影响小，运算稳定收敛，是一种有效的数据反演处理方法[10-11]。其反演的目标函数为：

U=R1+Q‖Rm‖2+

(1)

其中：μ-1为拉格朗日乘子；d为观测数据向量；F为模型的响应；X*为期望拟合差水平；R=‖Rm‖2为模型粗糙度；W是m、μ驻点相关的一个泛函数。

F(m))]}

(2)

其中：m为模型参数；m0为初始模型参数；Cm为模型的协方差。

由于目标函数要同时寻求模型粗糙度和拟合差的最优解，故在此引入拉格朗日乘子μ-1，产生一个无条件约束的目标泛函数U(m)来解最小化问题。

F(m)]-X*}

(3)

由于U(m)和Wμ对模型求导，驻点是相同的，则式(2)的驻点可由式(3)对一系列的μ求极小值，从而得到在拟合差允许范围内模型粗糙度最小的迭代解[12-16]。

2 理论模型的正反演

为验证Occam反演对花岗岩型铀矿勘查地区CSAMT测深数据的反演效果，现结合卫境地区实际工作中所采用的参数来进行理论模型的正反演。模型总深度600 m，背景电阻率为100 Ω·m，水平距离200 m～800 m的位置设计了埋深200 m、电阻率为1 000 Ω·m的高阻体对应隐伏的花岗岩体。

正演计算采用二维有限元方法，计算参数如下：计算测点距与野外实测点距50 m相同，收发距为6 km，正演网格为40×24。正演计算结果为1 Hz～8 192 Hz的28个频率的TM模式的模型响应卡尼亚电阻率及阻抗相位数据。图1为测线中心点处模型计算数据的展示。

反演模型是初始电阻率值为100 Ω·m的均匀半空间介质，图2是理论模型和Occam反演结果图。从反演结果与理论模型的对比中可以得出以下结论：高阻异常体反演结果的位置和理论模型设计的位置基本一致，但反演结果的高阻体有向上小幅度的延展，总体来看，反演结果的高阻体分布范围与理论模型吻合较好，电阻率值也大致相同，低阻、高阻之间能够渐变。说明采用Occam反演方法处理花岗岩型铀矿勘查地区的CSAMT资料，可以大致查明隐伏花岗岩体的分布范围，为铀矿勘查工作的进一步开展提供参考。

图1 500 m处模型计算数据Fig.1 Model calculation data in 500m(a)视电阻率曲线；(b)相位曲线

图2 理论模型与反演效果对比Fig.2 The contrast of theoretical model and the inversion results(a)理论模型；(b)反演效果

3 应用实例

内蒙古卫境地区经过多年勘查，已发现数量较多的花岗岩型铀矿化点及放射性异常点，目前工作的重点是围绕这些矿化点和异常点进行深部找矿。采用Occam反演方法处理卫境地区的CSAMT数据，取得了较好的效果。

3.1 研究区地质概况

研究区内出露地层主要是中新元古界青白口系艾勒格庙组(Qba)变质岩系，局部地区第四系覆盖。

研究区内岩浆岩分布较广，主要出露为早侏罗世灰白色中粗粒黑云母花岗岩。岩浆岩侵入于前寒武系地层中(图3)，使本区岩性、构造复杂化，与此同时，形成了局部铀的聚集，为铀成矿提供了有利的条件[17]。

图3 研究区地质及测线布置作图Fig.3 Geological and line layout in the research area

3.2 研究区地球物理特征

该区岩石的物性特征见表1[4]，青白口系艾勒格庙组大理岩、结晶灰岩电阻率平均值在400 Ω·m左右；早侏罗世中粗粒黑云母花岗岩电阻率平均值达1 000 Ω·m。依据岩石物性参数资料，总结得出艾勒格庙组变质岩(Qna)与早侏罗世花岗岩(J1γ)的电性特征，变质岩呈低阻特征，花岗岩呈高阻特征，二者接触带往往处于电阻率变化的梯度带上。

3.3 野外工作参数

野外工作采用美国Zonge公司的GDP-32Ⅱ多功能电法仪，测量装置见图4，工作技术参数为：赤道偶极观测装置，标量测量；工作频率为8 Hz～8 192 Hz，收发距不小于6 km，供电电流不小于8 A，勘探深度>600 m；视电阻率相对均方差±5 Ω·m，相位相对均方差在±20 mrad。

表1 卫境地区岩石电阻率参数统计表Tab.1 The rock resistivity parameter statistics of Weijing area

图4 CSAMT测量示意图Fig.4 Instrumentation plan with CSAMT

3.4 应用效果分析

3.4.1 钻孔验证

根据勘查目的要求，在研究区布设剖面3条，其中L03线过钻孔ZKG2。根据ZKG2钻孔资料，浅部埋深80 m为艾勒格庙组变质岩，变质岩下部均为早侏罗世花岗岩。

图5中清晰地反映出高阻电性层(反演电阻率一般大于500 Ω·m)分布在标高约1 020 m以下，推断为早侏罗世花岗岩的反映；低阻电性层(反演电阻率多集中在200 Ω·m～400 Ω·m之间)分布在其上部，推断为艾勒格庙组变质岩的反映。

图5 实测剖面反演结果Fig.5 The inversion results of measured profile

钻孔资料中花岗岩和变质岩接触界线与图2推断解释接触界线存在一定的误差(误差范围约50 m)，但整体上高阻电性层反映的下部早侏罗世花岗岩和低阻电性层反映的上部艾勒格庙组变质岩与钻探揭露地质情况一致。

3.4.2 三维切片分析

图6为海拔1 120 m和820 m反演电阻率平面分布及地质推断解释示意图，从图6中可以清晰地看出自浅部至深部(埋深约50 m～350 m)反演电阻率的分布特征及地质体的空间分布情况。

图6 研究区反演电阻率平面切片示意图Fig.6 The inversion of resistivity plane section sketch in the study area

海拔1 120 m反演电阻率平面图中黑色虚线外部呈低阻电性特征，为变质岩(Qba)的反映，内部呈高阻电性特征，为花岗岩体(J1γ)的反映。海拔820 m反演电阻率平面图整体表现为高阻电性特征，为花岗岩体(J1γ)的反映。

从浅部到深部，反演电阻率高阻体扩大，反映出南部的花岗岩厚度大、北部花岗岩厚度稍薄，总体上呈北薄、南厚的特征。

从图7中可以看出：距离700 m横切反演电阻率断面呈上低下高的双层电性结构，大面积花岗岩下伏在薄层变质岩之下；L02线上部低阻电性层、下部高阻电性层，高阻层为花岗岩体的反映， 低阻层为变质岩的反映，表明花岗岩体下伏在变质岩之下，变质岩厚度小于300 m；海拔820 m平面上高阻体均匀展布，为花岗岩的反映，也表明了研究区变质岩厚度不超过300 m。

图7 研究区反演电阻率十字切片示意图Fig.7 The inversion of resistivity cross section sketch in the study area

综上所述：图6和图7清晰地显示出卫境地区反演电阻率高阻体和低阻体的空间分布情况，其变化特征直观地反映出三维空间内早侏罗世花岗岩(J1γ)和艾勒格庙组变质岩(Qba)的空间展布情况。本次物探测量大致查明了隐伏花岗岩体的展布范围，以及花岗岩和变质岩接触带的深部发育特征，为本地区铀矿勘查工作的进一步开展提供了参考。

4 结论

Occam反演对初始模型的依赖程度较低，反演结果与理论模型可以很好的吻合，并且具有较高精确性和稳定收敛特征。

通过卫境地区勘查实例表明，采用Occam反演方法处理以探索隐伏岩体为目的的CSAMT数据，可以取得较好的效果，为以后花岗岩型铀矿勘查区CSAMT资料的处理提供参考。

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Occam inversion in the application of the CSAMT data in granite type uranium deposit exploration in Weijing area

MENG Fanxing1,2， QUAN Xudong1,2， XU Guocang1,2，KONG Zhizhao1,2， ZHANG Wei1,2, ZHU Jianing1,2

(1.Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry, Shijiazhuang 050002,China ;2.Key Laboratory for Geophysical Exploration Technology Center of Uranium Resource, Shijiazhuang 050002,China)

Granite type uranium deposit mainly locates in inner rock body or adjacent encasing body. Thus probing the developmental conditions of rock body have significance for uranium deposit exploration. In order to understand Occam inversion method processing granite type uranium deposit exploration and application effect of CSAMT data,The theory model of concealed rock mass is designed and he forward theory of Occam inversion method is adopted to improve the inversion data in this paper. Experiments show that Occam inversion of concealed rock mass possesses stable convergence theory of CSAMT data, the inversion result can match well to the theoretical model. Combined with guard position the exploration examples verify the effectiveness of Occam inversion method, for the CSAMT indirectly to find granite type uranium deposit provides the theoretical basis and practical experience.

Occam inversion; CSAMT; concealed rock mass; Weijing area; granite type uranium deposit

2016-02-22 改回日期：2016-03-31

中国核工业地质局基础地质专项(201543)

孟凡兴(1987-)，男，硕士，工程师，主要从事电磁法研究工作， E-mail：mfx911007@163.com。

1001-1749(2017)01-0032-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.01.05