关于音频大地电磁法在相山地区铀矿勘查应用中测点连续缺失问题的探讨

张濡亮，王恒，腰善丛，段书新，刘祜

（核工业北京地质研究院 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

相山铀矿田是我国目前规模最大、品位最富的火山岩型铀矿田［1-2］，随着“攻深找盲”工作的进一步开展，发展能够探测深部地质信息的物探方法日益重要［2］。前人研究认为，相山地区的主要控矿要素有岩性界面控矿、断裂构造控矿、次火山岩体控矿等［3-6］。最近几年音频大地电磁法（AMT）在相山铀矿基地的应用效果表明该方法能够解决相山铀矿田的关键控矿要素识别问题［7-9］，但是在数据采集、处理过程中常常遇到影响结果准确性的问题［10］，其中，测点连续缺失问题就是采集阶段遇到的常见问题之一。本文针对该问题进行了模拟对比研究，以期确定不同条件下测点缺失数量与反演结果之间的关系，从而在实际应用中尽量降低测点缺失带来的影响，提高反演结果的准确性。

1 相山矿田地质概况

相山铀矿田位于赣杭构造火山岩铀成矿带的南西端［11］，受相山大型塌陷式火山盆地控制，区域上是NE 向遂川深大断裂与NNE 向宜黄-安远深断裂交汇复合地带。其东与华夏地块的桃山-诸广岩浆弧毗邻，北接扬子陆块区下扬子陆块的江南古岛弧。相山及其邻区的中生代岩浆活动强烈，铀矿田受铀含量较高的中酸性火山-侵入杂岩系控制。相山火山盆地基底地层为中元古界片岩、千枚岩；盖层为上侏罗统打鼓顶组、鹅湖岭组中酸性、酸性火山熔岩，火山碎屑岩，局部夹陆相碎屑沉积岩。矿田构造主要为火山环状构造及NE 向断裂构造，次为近SN 向断裂构造与近EW 向推覆构造，其中火山环状构造及NE 向断裂构造为矿田内主要控矿构造［12-14］。

2 方法应用基础

AMT 法是基于电磁感应原理，利用岩石导电性差异的一种频率域电磁勘探方法［15］。而相山地区的主要岩性间存在明显的电性差异，这为该方法的应用提供了物性基础。陈越对相山地区主要岩石流纹英安岩、碎斑流纹岩、花岗斑岩、变质岩等的电阻率进行了调查研究［16］，结果表明4 种主要岩石的电阻率变化范围都很大（表1），但还是能够区分出电阻率的差异，其中碎斑流纹岩和花岗斑岩的电阻率算术平均值相对较高，流纹英安岩则表现为低阻。

表1 相山地区主要岩石电阻率统计［16］Table 1 Statistics of electric resistivity of typical rocks in Xiangshan area

通过对表中数据分析可知，深部变质岩为相对高阻，打鼓顶组流纹英安岩为低阻，鹅湖岭组碎斑流纹岩为高阻，电性差异较明显，利用AMT 方法通过反演能够区分出不同岩性的界面，而不同岩性的界面正是相山铀矿田的控矿要素之一。经刘祜等［7，9］实际应用证明，AMT 方法对于确定组间界面效果明显。

3 二维电磁数值模拟

相山地区农业发达，人口密集，村庄、居住区多，因此在测量过程中常遇到因为建筑物或者地形原因舍弃测点的情况。随着连续舍弃点数量的增多，反演结果的可靠性必然会受到质疑，为研究连续舍弃点数量与反演结果准确性之间的关系，本文设计了二维正演模型一（图1）。

图1 正演模型一Fig.1 Forward model 1

模型一为3 层结构，用来模拟相山地区的3 层地电结构，其中，近地表是1 000 Ω·m 的高阻层，中间是500 Ω·m 的低阻层，低阻层下面是1 000 Ω·m 的高阻层，各层厚度如图1所示。模型核心范围（核心范围指地表测点对应范围，深度上指存在电性差异的区域）大小为2 000 m×1 300 m，核心范围内有41 个测点，点距50 m，核心范围剖面长度为2 000 m，模型向两侧和深部延伸。为方便剖分，假定测点S1所在位置为0 m，测点S41 所在位置为2 000 m，模型在975 m 处存在显著抬升，用来模拟地下组间界面的变化。

3.1 数据质量（噪音强弱）对连续缺失点情况下反演结果的影响

在对野外数据进行反演处理的过程中，数据质量往往对结果有很大的影响，因此在对比试验过程中，首先研究数据质量对连续缺失点情况下反演结果的影响。

对模型一进行正演，然后用正演结果作为理论数据进行非线性共轭梯度法反演，反演结果见图2a。可以看出，反演结果准确地解译出了上界面的位置，并在975 m 处模拟出了界面的抬升，由于数值模拟本身的特点，在未进行改进的情况下，下界面的误差稍微大一点（为避免在解译过程中人为因素造成的误差，在解译界面时，上界面固定沿720 Ω·m 的电阻率等值线划定，下界面沿660 Ω·m 的等值线划定）。

图2 模型一无噪音情况下不同数量缺失点的反演结果对比Fig.2 Comparison of inversion results by model 1 with different number of missing points without noise

针对模型一，从S20 点（界面抬升处，即975 m 处；当删除点数超过4 个点时，从925 m 处开始，下同）往大号点方向分别删除1～9 个点，用来模拟野外缺失点的实际情况，并对缺点后的剖面数据进行反演。图2 b～f 分别为缺失1、3、5、7、9 个测点时剖面的反演结果，通过对比可以发现，随着缺失点数的增加，上界面的解译位置（图中黄虚线所示）变化不大，甚至在连续缺失7 个点（图2e）时，解译出的上界面与真实情况的差异目测也很难分辨，只有图2f 表现出了较小的差异。由此可见，在没有噪音的情况下，因为模型上每个测点都是地下各种信息的综合反应，在剩余测点数量较多的情况下，反演数据可以包含足够多的地下信息，而数值模拟是一种体积效应的综合反应，所以缺失点个数的增加对反演结果的影响很小。针对模型一，在正演计算时引入20%的随机噪音，然后对加入噪音后的数据进行反演，并开展同上述实验一样的对比研究。对比结果如图3a～d 分别代表缺失点数量为0、2、5、9），通过对比可以发现，在加入噪音之后，反演结果产生了明显变化，随着缺失点数量的增多，反演结果与无缺失点结果之间的差异越来越明显，假定没有缺失点的结果是地下真实情况的反应，那么随着缺失点数量的增加，反演结果的准确性越来越低。当连续缺失5 个点时，关键部位的反演结果与真实情况的差异就已经达到40～50 m 以上。

图3 模型一加入20%随机噪音后不同数量缺失点的反演结果对比Fig.3 Comparison of inversion results of model 1 with different number of missing points after adding 20% random noise

当把引入噪音的强度增加到40%时，通过对反演结果的对比（图4）发现，随着缺失点数量的增加，反演结果之间的差异更加明显。通过上述3 组对比研究可以得出，野外连续缺失点个数对反演结果的影响程度受野外数据质量的影响，数据质量高时，缺失点对反演结果的影响较小，数据质量差时，缺失点对反演结果的影响较大。

图4 模型一模型加入40%随机噪音后不同数量缺失点的反演结果对比Fig.4 Comparison of inversion results of model 1 with different number of missing points after adding 40% random noise

3.2 界面埋深对连续缺失点情况下反演结果的影响

针对模型一，改变界面的埋藏深度，建立模型二（图5），模型二的核心尺寸与模型一相同，只是两个界面各自上移了200 m。对模型二开展连续缺失点试验后，对反演结果（图6）进行对比发现，随着缺失点数的增加，虽然没有引入噪音，但是反演结果并未像图2 所展现的结果一样没有变化，而是出现了类似图3、图4 一样的结果，即随着缺失点数量的增加，解译出的界面差异明显变大，这表明在对地下浅部信息的反演计算中，随着野外测量过程中缺失点个数的增多，反演结果（岩性界面）的准确性会明显降低。

图5 正演模型二Fig.5 Forward model 2

图6 模型二无噪音情况下不同数量缺失点的反演结果对比Fig.6 Comparison of inversion results of model 2 with different number of missing points without noise

3.3 实测数据对比

在完成上述理论数据的对比试验后，结合相山地区的一组实测数据对比一下真实的情况。图7显示的是该地区某剖面上连续删除不同个数的测点时的反演结果，该实测剖面长度为3 900 m，点距50 m。图7a～f是从7 号测点（300 m）开始分别连续删除0、1、3、5、7、9 个测点时的反演结果，通过对比发现图7b、c 与图7a 非常相似，特别是图7b与图7a 几乎一样，解译出的组间界面的深度大致相同，解译界面多处几乎重合，可以看出偶尔的舍掉一个测点对反演结果影响不大。但是随着舍弃点数的增加，从图6d、e 到图6f与原剖面的差异越来越明显，推测出的组间界面的深度差别也越来越大，特别是图6f与图6a 两者的差别尤其明显，解译的组间界面深度差别可以达到三四百米，非常不准确。

图7 连续缺失测点个数不同时实测数据反演结果对比Fig.7 Comparison of measured and inversion results of data with different number of missing points

通过该实验表明：当反演剖面上存在较多的舍弃点时，会对整条剖面的反演结果造成一定的影响，缺失的点越多，反演结果越不真实，但特殊原因导致极个别的一两个测点丢失时，对结果的影响不大（上述结论基于50 m 点距时，当点距更小时可以在丢掉1～3 个测点的情况下保证结果的准确性）。

4 结论

通过开展上述理论模拟并结合相山地区的实际数据进行对比分析可以得出如下结论：

1）流纹英安岩电阻率较低，碎斑流纹岩电阻率较高，两者电阻率差异明显，AMT 探测两者组间界面深度较准确。对于流纹英安岩与基底变质岩之间的基底界面，因为两侧的电性差异变小，同时深度增加带来了垂向分辨率的降低，因此AMT在探测基底界面时通常存在一定误差。

2）在相山地区电磁数据处理过程中，当剖面上存在较多的缺失点时，会对整条剖面的反演结果造成一定的影响，缺失的点越多，反演结果越不真实，但因实际原因导致一两个点丢失时，对结果的影响不大。

3）野外数据质量的好坏会干扰缺失点对反演结果的影响程度，数据质量好（信噪比高）时，结果受缺失点的影响小，数据质量差（信噪比低）时，反演结果受缺失点的影响较大。

4）缺失点对结果的影响还受界面或地质要素埋深的影响，缺失点对浅地表的影响要大于对地下深部的影响。

致谢：感谢胡英才博士在本文反演计算过程中的帮助，胡博士从理论上给出了与本文一致的认识。