附录J （资料性附录）
电性CSAMT法数据解释方法
CSAMT法是用人工控制的场源做频率测深，采用人工有限场源虽然可以克服天然场源信号弱的缺点，但是非平面波的特性决定了其数据处理、解释的复杂性。一般当收―发距大于4倍以上探测深度时，CSAMT法高频段的非平面波数据可以近似地看作平面波数据，但低频段则会出现近场效应，因此须做近场校正，校正后的数据可近似看作平面波数据。因此，原则上MT的反演方法都可用来做近场校正后CSAMT数据的反演。
一维CSAMT反演可以精确地模拟电磁场，但它仅局限于简单的水平层状模型。如果地下的地电构造较复杂（二维或三维），这种一维反演方法很可能会给出错误解。
为了解决有限场源的效应和复杂地电构造的野外数据解释，国内外现常用的一些解释方法是把一维CSAMT反演和二维MT反演结合起来，并在反演中加上圆滑限制，奥克姆（OCCAM）反演、最小构造反演和快速松弛反演（RRI）算法都属于这一类型，这些算法在二维CSAMT资料反演中不但提高了计算速度，而且取得了较好的反演效果。
但对无源乃至有源的三维复杂地电构造（含地形）的反演问题，上述方法的应用遇到了困难。除了算法需要改进外，现有台式计算机的内存和运算速度仍旧不能满足电磁三维反演的需求，因为电磁法的三维正演常用方法是有限差分和有限元方法，模型剖分的网格越多，雅可比矩阵就越大，占用的内存也就越多，反演时需要求解的方程组也就越多。所以需要寻求更好的算法或改进现有算法提高运算速度或减少所占内存。地球物理学家做了许多尝试和努力，例如采用集成并行机计算三维源和三维地电结构问题以提高计算速度；单台机上采用RRI反演提高计算速度和采用共轭梯度（NLCG）反演减少内存以提高运算速度等。总之，复杂条件下CSAMT电磁三维反演问题仍旧处于理论研究阶段。以下简单介绍目前国内外常用的CSAMT、MT数据解释方法。 J.1 GDP-32系统CSAMT数据解释方法 J.1.1 SCSINV
SCSINV（圆滑模型一维反演）是把CSAMT测量数据转换成电阻率－深度模型的稳健（Robust）方法。用各个测点的视电阻率和阻抗相位来确定层状大地模型的参数。在反演开始前，根据不同频率场源穿透深度计算的固定层厚度，及人工源实测的视电阻率作为层电阻率均匀初值。在反演期间，迭代调节电阻率参数，直到计算的CSAMT数据尽可能接近野外观测的数据，并服从于设定的圆滑约束条件。反演中由于含有圆滑约束条件可限定层与层间电阻率的变化，从而能反演出电阻率渐变的模型。
SCSINV的正演算法中包含有限的收―发距和三维场源的影响。场源类型包括天然源模式的垂直入射平面波和CSAMT模式的接地电偶源或水平线圈源。模拟计算任意频率和任意收―发距的精确阻抗振幅和阻抗相位，可用于计算标量、矢量和张量测量方式的阻抗。
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沿着测线转换连续的测点来决定横向变化，从而产生圆滑模型电阻率的网格。将电阻率值放在每层的中点，在各个测点下均形成一列。这些列形成代表模型电阻率断面的数组。整条测线的结果用等值线形式的模型电阻率拟断面来表达。
将视电阻率和阻抗相位转换成渐变的电阻率模型是表现CSAMT测量中固有信息的一种有效的方式。圆滑模型反演不需要对任何模型参数做先验的估计，而自动地将数据转换成作为深度函数的电阻率。圆滑约束的模型是对并入特定地质信息的模型细节的补充。 J.1.2 CSINV
CSINV一维反演方法转换CSAMT或AMT频率测深数据成为层状大地模型。对于人工源测深，它的计算包含有限长度的收―发距和三维场源的影响，即CSINV利用视电阻率和阻抗相位反演标量、矢量、张量测量方式的阻抗，计算CSAMT的近区和过渡区数据，以及远区CSAMT／NSAMT数据。
CSINV包括两种反演方法，一种是迭代反演算法，该方法使观测数据和计算数据之间的均方差最小化；另一种是约束随机搜索反演算法，使观测数据和计算数据之间的绝对偏差最小化。迭代反演和随机约束搜索反演算法相对于初始模型的多种变化进行试算，并保存测深点的一组反演结果。模型参数误差是依据与数据拟合最好的反演模型之间的差异来评估。两种算法都不改变各测点的初始模型的层数，但是两种算法都可调节层的厚度和层电阻率。如果前一次计算或用户未给定初始模型，CSINV就自动生成初始模型。可查看反演结果的迭代界面和可编辑层参数的功能使单个测深点的进一步模拟很方便。若地质上设定控制某一特殊单元的厚度或电阻率，则可冻结模型参数使之在反演中保持不变。
CSINV包括CSINV.EXE和RCSINV.EXE两个程序模块。CSINV.EXE是一个壳程序，可用来交互式地输入观测数据，察看反演结果，编辑实测和模型参数。RCSINV.EXE是核心反演程序，调节层模型参数使之更好地拟合地球物理数据。对察看反演的结果，CSINV可并排显示测深曲线数据和单点的层状大地模型图。程序可以输出屏幕图到打印机或硬拷贝，或存储成插入报告的HPGL或WMF文件。 J.1.3 SCS2D
SCS2D是转换远区CSAMT或天然场AMT数据为电阻率模型断面的稳健（Robust）二维圆滑反演方法。SCS2D反演一条测线的视电阻率和阻抗相位数据来确定模型断面的电阻率。能分别反演TM方式、TE方式或同时两种方式反演。反演开始时，通常由视电阻率数据的移动平均或一维圆滑模型反演断面得到的背景电阻率作为模型断面。如果有钻孔和地质填图信息，特定的地质构造可加到这个背景模型断面上。在反演期间，迭代调节模型断面像素电阻率直到计算的视电阻率和阻抗相位尽可能接近观测数据，并满足模型约束条件。模型约束条件包括背景模型约束和圆滑约束，模型约束是限定反演模型断面和代表已知地质的背景模型断面之间的差异，而圆滑约束是限定像素与像素间的电阻率变化。
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SCS2D使用2D有限元算法计算给定模型断面的远区CSAMT或AMT的视电阻率和阻抗相位。有限元网格沿地形轮廓线模拟带起伏地形的区域。对于频率范围从0.01Hz～10kHz的标量、矢量、张量测量方式获得的TM和TE模式数据均能计算。
反演视电阻率和阻抗相位成为渐变的模型断面是一种表现CSAMT和AMT测量固有信息有效的方式。SCS2D不要求地质构造的任何先验信息，自动地转换观测的数据并给出一个地下图像的电阻率模型断面。用圆滑约束条件产生的模型断面是对并入特定地质模型更特殊目的反演的补充。
SCS2D使用由每条线组成的数据、每个数据文件一条线的数据。实测数据是宽频带的TM方式和／或TE方式的视电阻率和阻抗相位。SCS2D模型断面总是垂直于地质走向，但也可相对场网格坐标轴具有一定倾角。点位用网格东、网格北和海拔坐标确定。距离用m、km、ft或kft，方位用自网格北顺时针的角度确定。SCS2D目前只模拟远区数据。 J.2 V8系统CSAMT数据处理解释方法 J.2.1 数据处理方案
a）点位偏差校正：不仅给施工带来方便，还可在同一AB源下进行折线CSAMT测量。 由点位不准引起电场Ex方向与场源AB方向不平行时产生的卡尼亚电阻率误差值可以用均匀半空间上的偶极子电场公式做校正。因此，野外施工只需始终保持磁探头方向垂直AB方向，同时记录场源A、B供电电极点和各道电场M、N接收电极点的坐标值（x、y、z），即可方便地完成各种近似直线CSAMT剖面接收施工。
b）曲线圆滑处理：在尽量保真的前提下减小甚至消除干扰频点或干扰频段。 ①自动圆滑处理（可自选圆滑强度因子）；
②半自动圆滑处理（人工识别干扰频点或干扰频段，程序自动插值圆滑处理）。
c）静态位移校正：在尽量保真的前提下减小甚至消除静态位移效应剖面点或静态位移效应剖面段。
①D因子校正（可变空间滤波宽度）； ②H因子校正（可变空间滤波宽度）; ③Z因子校正（可变空间滤波宽度）。
两种因子校正结果一次完成，根据效果取用其中好的一个。
d）近场频段自动识别或过渡区校正：可方便、较准确地切除或减小甚至消除近场效应影响。 通常根据卡尼亚电阻率、阻抗相位的频谱曲线形态来判断频率值低于那个频点后进入近场频段的做法是近似的，曲线形态不好量度，特别是在探测目标下部为较厚高阻电性岩层时，这种判断的误差将会大到不能容忍。因此，使用合理的标准与自动识别的办法显得既重要又实用。
许多情况下，特别是在高阻地区，收发距r不能足够大，为了确保探测深度，必须使用过渡区频段的数据。此时，对过渡区频段数据进行校正使用是非常必要的。
该软件系统对近场效应影响有三种处理办法供选用： ①自动识别并自动切除过渡区和近区频段数据； ②“分段逼近全频域视电阻率”的近场校正法；
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③“迭代计算全频域视电阻率”的近场校正法。 J.2.2 数据反演方案 J.2.2.1 Bostick反演
基于介质为均匀地电模型的假设的反演；具有高分辨率、全自动的特点。 J.2.2.2 CSAMT模型的拟二维反演
基于介质为水平均匀多层一维地电模型的假设、使用包含有限收―发距、电性源的CSAMT数值模拟做正演，用共轭梯度法进行迭代反演；
根据曲线形态参考Bostick反演结果，具有自动分层、自动赋初值、自动迭代收敛、自动构筑连续断面的特点。用于反演的数据是未做近场校正的卡尼亚视电阻率，由专门程序模块生成特定的输入数据文件。
J.2.2.3 MT模型的一维反演
基于介质为水平均匀多层一维地电模型的假设、使用天然场源的层状模型的数值模拟做正演，共轭梯度法9次迭代出反演结果。其结果主要用于给二维反演赋初值。 J.2.2.4 MT模型的二维带地形反演
假设起伏地形和地电断面都是二维的，并且走向相同；使用天然场源的二维数值模拟做正演，共轭梯度法做反演。
具有反演迭代次数可变、圆滑因子可调、最大反演深度可改、自动对地形进行网格剖分、初始模型可选MT模型的一维反演结果或选Bostick反演结果的特点。TM／TE模式可选。
下一步可以处理AMT/MT的剖面数据。
J.3 《地球物理资料综合处理解释一体化系统——MT子系统》[中国石油大学（北京）]
特点与功能：
a）MT资料质量的整体分析、评价和判断； b）非正常数据人机交互编辑；
c）单频点或单测点XY和YX方式数据互换； d）极化模式识别； e）静校正；
f）频率曲线或同一频率剖面数据手动加统计和滤波去噪； g）三角单元双二次插值二维有限元正演； h）自适应自动网格剖分； i）全吸收边界条件；
j）适应2000个测点、任意复杂地形、复杂构造正反演； k）反演过程可视化，自动反演和人机交互正反演有机结合。 J.4 MT二维处理和解释软件（成都理工大学）
a）软件包括预处理、二维正演模拟、反演解释三个核心模块，基本可以满足MT数据从预处理到反演解释的需要：
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①预处理模块（改进反演条件需要）：沿用较成熟的预处理方法。其中包括了：数据总览、编辑平滑、极化模式识别、测点处理、静态校正和空间滤波；
②二维正演模拟模块（反演先决条件）：建模便利、快速三角网格剖分、长剖面分段显示、修正机制。其中包括了：同时提供矩形和三角剖分两种建模方法、模型自动离散、后期模型检验修正、长剖面分段演示、利用地质解释背景绘制模型、界面友好、操作简单、修改方便；
③反演解释模块（MT资料解释主体）：提供多种一维、二维反演方法，手动设计网格，约束反演，实时反演监控。其中包括：简单界面操作、多种反演方法、约束反演功能、实时查看反演图像。
b）软件特点为功能齐全、操作简单、可带地形反演，在二维MT反演解释和理论分析方面有一定的应用价值：
①便捷的多功能建模：按背景绘制模型、长剖面分段演示、矩形三角剖分便利切换、剖分后期对照修正等多种功能。
②多方法的反演方案：采用多种方法互补的反演机制、可设置约束模型反演、自由选取反演参数、反演实时监控机制。
③科学的反演方案：从一维Bostick反演（速度快，结果能保持一维性，粗略）和一维OCCAM反演（保持模型光滑性，依赖初始模型较小）到二维NLCG反演（最大优点是速度优势）。其中OCCAM一维反演能够为二维反演提供较理想的初始模型；NLCG反演是一种成像效果较好的二维反演方法。
J.5 电磁三维反演［中国地质大学（北京、武汉）］
国外尚未见到带地形的三维MT反演方法的报导。国内在三维MT反演方法研究方面，中国地质大学（北京）研制了平地形MT三维快速松弛反演算法，即对三维张量阻抗表达式进行深入分析基础上，获得了三维快速松弛反演算法的灵敏度函数表达式，为减小解的多解性，针对三维问题定义最小构造函数，形成求最小构造的三维快速松弛反演算法；通过对理论模型合成数据进行反演试算，其结果证明三维快速松弛反演算法的正确性和稳定性。
中国地质大学（武汉）创造性地理论上推导出“带散度校正的三维矢量有限元（VFEE++方法）法”，并用该方法实现三维起伏地形条件下大地电磁（MT）正演；推导出“带地形条件下的MT三维Jacobian偏导数矩阵及其逆矩阵与一个矢量的乘积的理论公式的三维MT共轭梯度反演算法”，并用该方法实现地形条件下三维大地电磁（MT）反演，其计算速度、精度性能较好，通过与其他算法的对比说明，该方法能比较有效地反演出起伏地形下的地电构造信息。
尽管国内在复杂条件下MT三维反演问题上有了长足的进步，但目前的研究还仅限于理论研究方面，离实际应用尚有一定的距离。首先是MT三维反演计算的运算量太大，对于目前的微机容量和现有算法来说，还不能实现快速运算；其次由于MT三维反演算法的非唯一性，使得MT三维反演比二维情况要复杂得多。不言而喻，如果考虑到人工有限发射场源，以及三维地形对CSAMT观测数据的反演，CSAMT法二维、三维的反演相比MT三维反演的实现将更加复杂和困难。
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