大地电磁法是利用天然场源信号进行测深的，具有不受高阻层屏蔽，对低阻反映灵敏，勘探深度大等优点，在国内外都得到了长足的发展和广泛的应用.在油气勘探领域，大地电磁作为地震勘探的一种重要补充手段，主要用于研究前景区基地起伏，圈定局部构造和推断隐伏断层等(张胜业和欧阳昌定，1990；罗志琼，1996；王家映，1997；陈乐寿，2009).我国南方海相地层中油气前景良好(张胜业和欧阳昌定，1990；祝靓谊，2003；杨鑫等，2011)，但碳酸岩、火成岩广泛分布，地形地貌条件恶劣，因此不利于地震勘探，且随着油气资源勘探逐步转入深层，中浅层地震勘探显得无能为力，在这种背景下，大地电磁以其优势必将发挥重要的作用.目前大地电磁一、二维正反演已比较成熟，流行的一维反演方法主要有博斯蒂克反演法(Bostick，1977)、马奎特法和奥克姆法(Constable et al., 1987)等，二维反演主要以线性反演方法为主，如快速松弛反演法(Smith and Booker， 1991)、奥克姆反演法(de Groot-Hedlin)等.一般而言，常规大地电磁资料解释是根据反演所得视电阻率-深度剖面，在视电阻率等值线急剧变化、扭曲及分布断层两侧测点的曲线形态来判断和划分隐伏断层，根据等值线梯度的变化来确定电性层.然而现有电阻率二维反演方法绝大多数是将地下划分为若干个单元，反演的任务就是在一定数学物理基础上，向每个单元内添加合适的电阻率值；而反演方案是通过对给定的拟合差水平，寻找极小的可能构造模型去解决解的非唯一性，从而使得反演稳定.网格内的电阻率值实际上是某种意义上的光滑，有时甚至会得出模糊的视电阻率像，给划分隐伏构造造成困难.

拟地震解释法(PSI)是20世纪80年代由中国地质大学王家映教授提出的，即假设地下电性界面呈水平层状分布，此时垂直入射电磁波的反射函数和地震反射函数相似，可用一个简单的数学函数表示，是严格意义上的一维反演，用线性规划法求解逐个测点“最小”反射系数序列，并将反演所得结果沿测线组成反射系数剖面，并排除多次反射，可较清楚地反映地下电性体的界面.在复杂情况下，如二维或近似三维的地电断面，两个方向的阻抗并不相同，它们对电性体在横向和纵向上的分辨率也不一致，因而用单纯的阻抗要素拟地震反演结果来确定地电断面是不够的.阻抗张量的模是沿地质体走向和倾向两个方向阻抗要素的综合反映，在一维地电断面情况下，它与标量阻抗相等，因此阻抗张量模具有降维特性(柳建新等，2008).本文通过模拟计算理论模型的阻抗张量模拟地震反射系数剖面和二维电阻率反演剖面，发现将两者有机结合可以优势互补，并应用于实际资料处理，取得了较满意的效果. 1 阻抗张量模拟地震反演

在电性只沿垂向变化的一维情况下，若把地层划分为电磁波的双程传播时间都相等的“等时微层”时，则大地电磁测深和地震反射法的复反射函数相似，其中大地电磁测深的复反射函数(王家映，1995)为

拟地震反演时，复反射函数可由实测阻抗和特征阻抗(人为给定)为

在二维地电断面情况下，波阻抗张量 Z与测点水平方向的电场(E_x、E_y)和磁场(H_x、H_y)矢量有关，即

常规大地电磁资料处理中，须先将阻抗张量旋转到电性主轴上，然后应用两个方向上的阻抗要素Z_xy、Z_yx求卡尼亚视电阻率，并判断TE极化和TM极化模式进行反演解释.由于地下电性体的复杂性，在实际生产中无法准确得知地质体的走向或地质体本身就是三维的，因此阻抗要素跟测量坐标有关，且旋转后的Z_xx、Z_yy并不一定为零.有效视电阻率和相位则直接利用阻抗张量的四个要素根据公式(2)求解(苏朱刘和胡文宝，2002；Oskooi，2006；柳建新等，2008；李爱勇等，2011)：

实践表明，用有效视电阻率进行反演，其结果与两种极化模式联合反演的结果具有一定的可比性(柳建新等，2008；李爱勇等，2011)，因此，可用阻抗张量模代替(2)式中单个阻抗要素，并将单点拟地震反演结果沿测线组成反射系数时间剖面，相比单个阻抗要素拟地震反演结果更接近二维地电断面.

值得注意的是由于地下电性变化范围大，时间剖面上的起伏变化很难确定是由于构造原因还地层电性变化所致，尽管阻抗张量模具有横向和纵向上分辨率，但反射系数时间剖面依然是地下电性体畸变的综合反映.因此，仅靠反射系数时间剖面推断解释地下电性体是不够的，还需结合二维反演的视电阻率—深度剖面综合考虑. 2 理论模型验证

在油气资源勘探中，构造作用的改造，包括隆升-沉降、断层等直接影响烃源岩及其烃类物质的保存.为验证阻抗张量模拟地震反演效果，首先基于有限单元法分别模拟计算断层和隆升—沉降模型的大地电磁场响应，并应用TE、TM极化模式联合快速松弛二维反演法和阻抗张量模拟地震反演法反求两种模型的电性体及反射系数，以便比较这两种反演方法对电性界面的反映能力.正演模拟计算两种模型的电磁场反映时，采用矩形网格剖分有限单元法，频率从320 Hz到1.76E-2 Hz共30个频点，目标区横向网格剖分宽度100 m，数据采集点距均为400 m. 2.1 断层模型

图 1左栏为一个包含四个电性层的倾斜断层模型，假设第一层为电阻率100 Ω · m的第四纪覆盖层；第二层为电阻率1000 Ω · m的高阻碳酸岩层；第三层为电阻率10 Ω · m的低阻泥页岩层；它们的厚度均为500 m，模型右侧因断裂后续沉降等使得第一层厚度变为1200 m，基地电阻率为100 Ω · m；根据正演结果阻抗张量模的拟地震反演时间剖面和快速松弛反演的视电阻率—深度剖面对比图，在拟地震反演结果中：20到40 个t₀之间q_m大于零(红色)的反射界面为第一层与第二层电性界面；40到80个t₀之间第一层q_m小于零(蓝色)的反射界面为第二层与第三层的电性界面；最下一层q_m大于零为第三层与第四层电性界面，其余反射界面为多次反射，是拟地震反演解释中的干扰反射.整个反射系数时间剖面对层状电性界面反映清楚，在断层的上下盘错位出表现为同相轴反射系数连续错动.如果单从二维反演结果看，由反演和网格化所成的视电阻率-深度模糊像，容易解释为接近直立的断层，且断层右侧的碳酸岩高阻层也容易被忽略，从而导致整个解释推断失误.但结合阻抗张量模拟地震反演时间剖面就可以看出，断层的顶部位于地表约-4000 m处，并向右倾斜延伸至深部.

图 1

Fig. 1

图 1 地球物理模型及其不同反演方法(阻抗张量模拟地震、快速松弛)结果对比(a：断层模型；b：隆起沉降模型)Fig. 1 geophysical model and inversion results bases on different inversion methods between PSI use Impedance tensor determinant and RRI(left: fault model;right: Uplift and Depression model; from top to bottom followed：geophysical model，PSI use Impedance Tensor Determinant results，2D RRI inversion results)

图 1右栏为一个简单的隆升—沉降模型，上部为100 Ω · m的第四纪覆盖物，下部为1000 Ω · m的碳酸岩高阻体.根据正演结果阻抗张量模的拟地震反演时间剖面，可以看出：由于隆升—沉降界面下部为高阻，因此反射系数q_m为正(红色)，除最上一层正反射外，其余为多次反射.一次反射系数形态在整体上与电性分界面一致，在水平分界面处，反射系数呈水平向；而在垂直分界面处反射系数表现为倾斜状且连续错动，较清楚地反映了隆升—沉降界面.配 合二维反演结果视电阻率-深度剖面，则较容易还原地下电性体界面. 3 在中上扬子构造区油气勘探中的应用效果

工作区地处重庆市武隆县和酉阳县，主要任务为初步揭示目标区块震旦系-下古生界等重点层系地层特征及构造样式，分析区块油气保存状况.由于施工区域大面积高阻灰岩出露地表，造成电力线等人文干扰影响范围较广，且地形地貌复杂，个别测点和大多数测点的低频段数据误差棒较大.因此，在反演解释前，先剔除了个别“飞点”，再根据空间滤波法和曲线平移法，并结合相位拟断面图进行静态校正.拟地震反演时，数据质量不高的测点不参与反演，并统一取高频段前20个频点的数据(320~0.56 Hz)，所得反射系数时间剖面主要反映中浅层电性界面，而电阻率反演取全频段共38个频点，文中给出其中两条大地电磁剖面反演解释结果.

据标本测试结果揭示研究区电性特征为：

(1)第四系～三迭系中统(Q-T2)：以松散沉积物和碎屑岩为主，为低阻层且较薄，大地电磁数据无明显反映，不预以考虑；

(2)三迭系下统～二迭系上统(T1-P2)：以灰岩为主，为高阻层，电阻率变化范围300～800 Ω · m.

(3)(二迭系下统～)志留系～奥陶系上统((P1-)S-O3)：以碎屑岩及灰岩等为主，雪峰山西侧C、D等缺失，P1很薄，为相对低阻层，电阻率变化范围30～100 Ω · m.

(4)奥陶系中统～寒武系中统(O2-∈2)：以灰岩为主，为中高阻层，电阻率变化范围300～400 Ω · m左右.

(5)寒武系下统～晚元古界上部(∈1-Pt3)：以碎屑岩及灰岩等为主，为低阻层，电阻率<10 Ω · m.

(6)前晚元古界上部(AnPt3)：变质岩系，为相对高阻层.

剖面共31个测点，长15 km，已有地质资料显示：剖面左侧主要出露地层为志留系下统～奥陶系上统；剖面右侧主要出露地层为寒武系上统、中统；沿该剖面有三处断层，其中F2断层位于奥陶系下统与寒武系上统之间.图 2为第一次电阻率二维反演结果，尽管达到满意的拟合误差，但视电阻率等值线图像模糊，显示的信息量少，F1断层处信息模糊甚至无法判断是否存在断层，反演结果与拟地震反演时间剖面也不一致，认为该次反演结果不够理想.因此，适当加密了反演初始模型网格节点，调整水平方向和垂直方向的光滑度，并增加反演迭代次数，最后选定的反演结果见图 3a所示，该次反演的视电阻率结果在总体格架及趋势上与拟地震反演结果一致.拟地震反演结果显示：1)在剖面右侧，t₀小于20处沿剖面有较为连续的正反射系数；2)t₀小于40处有两层近似平行的负反射系数；3)在已知三个断层处均有反射系数错动的现象.结合电阻率二维反演结果和已知地质信息进行综合推断，如图 3a所示.

图 2

Fig. 2

图 2 实测剖面一第一次反演结果Fig. 2 MT profile 1 initial inversion results using RRI

图 3

Fig. 3

图 3 实测剖面一反演推断结果 (a)电阻率二维反演结果；(b)拟地震反演结果.Fig. 3 MT profile 1 inversion results and interpretation (a)2D RRI inversion results;(b)PSI use Impedance Tensor Determinant.

实测剖面二长约38.5 km，共77个测深点，剖面浅部断层发育，出露地层以奥陶系中统～寒武系中统为主.首先对实测数据进行拟地震反演，并以此为参考，不断修改二维电阻率反演的初始模型和迭代次数等，最终优选反演结果如图 4a所示，由于沿整条剖面曲线形态多为Q型，拟地震反演正反射系数不够明显，因此图 4b只给出负反射系数.由地质剖面图(图 4a)看，剖面左端浅部地层主要为奥陶系下统～寒武系中统，呈近似水平并向右稍倾斜，以中高阻为主，而二维电阻率反演却显示为中低阻，近似层状结构也不明显；拟地震反演结果则显示剖面左侧为呈近似水平并向右逐渐倾斜的较连续负反射系数，恰好印证了寒武系中统下的寒武系下统～晚元古界上部低阻层；在沿剖面15 km处为沱家朝向斜，核部为三迭系中统～二迭系上统高阻层，两翼为志留系～奥陶系上统中低阻层，在28 km处的樱桃园向斜，浅部地层以奥陶系下统～寒武系中统高阻层为主，拟地震反演结果与电阻率二维反演结果对两处向斜都有所反映；

必须指出的是无论拟地震反演还是各种电阻率反演，归总要结合已有地质资料进行综合解释，由于反演求解的多解性，很难用一种反演结果构建地质模型.应结合不同反演方法综合考虑，反复认识和求证，最大可能地反映客观存在的地质结构.剖面一和剖面二的反演解释正是拟地震反演和电阻率反演结合，综合考虑的例证.

图 4

Fig. 4

图 4 实测剖面一反演推断结果 (a)电阻率二维反演结果；(b)阻抗张量模拟地震反演结果.Fig. 4 MT profile 2 inversion results and interpretation from top to bottom followed：geological-section，2D RRI inversion results, PSI use Impedance Tensor Determinant results.