在对地下结构的探测过程中,重力梯度仪器的研制及其科学的布设方式已经成了一个世界关注的研究课题。笔者介绍了目前世界上存在的基于扭矩和差分加速度计两种测量原理的重力梯度仪,并对其测量原理进行简要描述。然后对基于光学和原子干涉重力梯度测量仪器进行描述,最后介绍了作者提出的重力梯度测量光路,为自主研发绝对重力梯度仪提供技术参考。

利用冀东地区1:2.5万高精度航空磁测资料及收集的地面重力资料,阐述了冷口断裂及其两侧航磁、重力异常特征,并结合物性特征,分析了航磁、重力异常的地质成因及其对地质构造和矿产的控制作用。冷口断裂两侧航磁、重力异常特征差别十分明显,反映了两侧结晶基底、盖层和侵入岩分布规律差异较大,认为该断裂不仅控制了地质构造分布,也间接控制了矿产分布,可为地学研究和矿产勘查提供必要的地球物理依据。

坦桑尼亚联合共和国某金矿,在没有测井设备的情况下,利用SM-30磁化率仪,直接测定钻孔岩芯岩(矿)石的磁化率数值,将钻孔深度与该深度处对应的磁化率数值绘制成类似于测井曲线,根据磁化率参数的曲线特征,进行岩性层位划分,确定金矿层的走向,经与钻孔地质柱状图对比,该方法效果很好。

在全国矿产资源潜力预测评价项目的基础上,以区域化探资料二次开发为前提,通过总结已知典型锑矿床的成矿成晕地质、地球化学特征,在贵州榕江—雷山地区,对不同地质单元(盖层和基底)开展锑矿的地球化学定量预测示范工作。以相似度、成矿地质条件、矿床点分布特征、元素组合特征、Sb异常强度为预测变量,对榕江—雷山地区锑矿进行了预测靶区的圈定,从地球化学角度,通过类比法、面金属量法对圈定预测靶区的资源量进行估算,为矿产资源潜力预测评价提供地球化学预测资料。

地质—地球化学背景分析表明,保山成矿带铅锌矿成矿条件好,找矿潜力大。通过对主要大、中型铅锌矿床的地质—地球化学特征及其成矿规律的研究,提出保山成矿带铅锌矿具有"四带四层楼三类型"特征,为区域铅锌矿床地质—地球化学预测研究提供了理论依据。综合分析了4个主要铅锌异常带的特点,建立了综合信息找矿模式,探讨了找矿有利地段及主攻矿床类型, 为下一步铅锌矿产勘查工作提供了依据。

为了深入挖掘黔东南地区的找矿潜力,对黔东南地区区域重磁异常进行解释,研究东部地区的天锦黎金矿密集区及西部地区的金化探异常分布特征,发现金矿床(点)和金化探(元素、块体)异常的产出,同重、磁异常平面分布和推断的岩浆岩侵入体(基性岩类、酸性岩、构造蚀变岩)及区域性深大断裂构造(东西向、南北向)的分布,存在着空间、时间和成因上的联系,由此拓开了黔东南天锦黎金矿密集区及外围金矿地质找矿的新思路,不要只限于在相关地质层位里和北东向构造及伴生断裂(即"背斜加一刀")交会处及其附近,来寻找变质碎屑岩中的脉型金矿。

以内蒙古敖汉旗小四家萤石矿的勘查为例,在地质研究的基础上,对小四家隐伏萤石矿体进行甚低频和EH-4测量,结果表明甚低频和EH-4的组合使用在隐伏萤石矿体的勘查中效果明显,甚低频测量能够快速确定构造低阻带平面延伸规律,EH-4测量能够清晰显示构造低阻带深部展布形态,两者组合使用可以达到优势互补的目的,为下一步勘探提供科学依据。

在内蒙古半干旱草原区准苏吉花隐伏铜钼矿上方开展了土壤细粒级全量测量和金属活动态测量两种地球化学勘查方法的试验工作,结果显示,两种方法圈定的成矿元素主体异常分布范围与深部隐伏矿体的分布较为一致,表明土壤细粒级全量测量和金属活动态测量可以有效地指示隐伏铜钼矿体,可作为该景观区寻找隐伏铜钼矿的有效手段。

通过对常山岩前钨矿区矿床地质、物探、化探资料的收集和分析,建立起该类型矿床的成矿模式及找矿预测模型,在岩前成矿远景区圈定出最小预测单元4个,其中2个A级预测单元、2个C级预测单元,并利用MRAS软件预测了钨金属资源量。

大平掌铜多金属矿是滇西典型的火山喷流沉积矿床。总结了矿区电性特征,激电中梯异常、激电测深异常、高频大地电磁法(EH-4)异常及瞬变电磁法(TEM)异常特征,结合矿床地质特征,建立大平掌矿床物探异常模型,以期指导矿区深部和外围同类矿床找矿工作。

针对我国资源三号卫星立体影像数据,利用GPS控制点,结合前视、下视、后视区域网平差精化有理函数模型,探讨了资源三号卫星立体影像数据用于重力中区地形改正的高精度DEM生成方法。通过1:1万高精度DEM数据进行地改实验验证表明:资源三号卫星立体影像数据提取的DEM可以满足1:20万区域重力测量中区地改精度要求,为我国重力测量中区地形改正提供了一条有效途径,拓展了资源三号数据在区域重力测量中的应用。

在粤北某铅锌矿矿区进行的直流激电测深工作中,通过修改激电测量数据格式,用RES2DINV软件进行反演,推测了3个矿体的产状。后经钻探验证,推测结果跟钻探揭露结果基本一致。

无线电磁法(WEM)是20世纪90年代发展起来的一种新的人工源电磁探测技术。对WEM法中发射电磁信号的谐波产生进行了分析,并根据实测资料,利用发射信号谐波计算得到的测点视电阻率和相位值与基波信号计算结果进行对比,认为在WEM法中可以有效利用谐波,减少发射频率点,提高工作效率,或加密频率点,提高资料的解释精度。由于在人工源电磁法中,发射的电磁信号中普遍存在谐波信号,因此,此技术也可以应用于其他人工电磁法中。

笔者旨在总结出一套适用于祁连山冻土区地层孔隙度和天然气水合物含量的计算方法。利用2个钻孔的岩芯实验室测试数据,采用多元线性回归方法,得到了适合本地区的孔隙度计算公式。通过参考国内外相关资料,采用修正的阿尔奇公式计算水合物含量,并求得了有测井数据的5个钻孔水合物异常层位的含量值。研究结果表明,三元回归的孔隙度公式比单变量回归的效果好,计算值与岩芯测试数据回归精度达到85%;计算的水合物含量值范围为11.47%~81.61%。本次研究成果对未来该地区的天然气水合物测井评价具有一定的参考价值。

电磁勘探施工前的野外试验,对完成地质任务、评估解释结果具有重要意义。使用V8多功能电法测量系统,以王家岭煤田水文地质勘探为例,首先利用地层电性参数,给出了达到预定勘探深度需要的观测时间估算方法;再根据测区噪声电平,决定发射回线边长和电流;波形检测后,经孔旁地质效果试验确认观测时间。信噪比,一致性、稳定性经过试验符合探测精度的要求。

采用实验方法对多匝同一小回线和重叠小回线两种瞬变电磁法工作装置进行了对比研究,探讨了两种装置参数随线圈匝数的变化关系,从而为野外实际勘探提供数据参考。首先在地下一定深度埋置一低阻体,在该低阻体正上方布置一条测线,然后先分析单点数据的发射磁矩、关断时间、感应信号强度随线圈匝数的变化关系,在此基础上对比不同装置随线圈匝数变化的多测道剖面图,分析两种装置的异同点。实验表明两种装置的发射磁矩、关断时间、信号强度及对异常体的分辨能力都随发射线圈匝数的增加而增加;在相同匝数情况下,同一回线的发射磁矩和关断时间稍大,但有效信号部分能量衰减快,信号强度相对较弱,探测深度较浅,然而在有效探测深度下,同一小回线装置对低阻异常体的分辨能力更强。

工作区地处西伯利亚与哈萨克斯坦—准噶尔这两大板块之接合部位的陆缘裂谷带附近,重要有色金属矿床多分布于额尔齐斯深大断裂两侧,有很好的成矿前景。采用激发极化法圈定激电异常区,在异常评价中,用提取激电二次信息的视金属因素(J_s)法,突出低阻极化体异常,压制高阻极化体异常,强化矿致异常,压制非矿致异常干扰,成功区分矿与非矿异常。通过求取视金属因素,圈定了重点勘查区域,并在重点勘查区域布置测深剖面,指导了钻孔的布置。钻探见矿验证了激电法在该区应用效果良好。

依据大地电磁测深连续二维反演结果初步确定构造与地层,通过综合分析区内物性特征给定地层与岩石的物性参数,建立正演地质—地球物理初始模型,在地质、钻井、地震资料约束下进行重、磁、电联合反演,不断修改地质—地球物理模型和大地电磁测深连续二维反演结果,使重、磁正演数据和实测数据拟合度达到最佳。在银额盆地构造与地层解释中的应用结果表明,重、磁、电联合反演可以有效克服单方法解释的多解性,准确识别地质层位,大大提高定量解释的精度。

基于弹性波动方程,推导了二维非均匀介质条件下纵横波解耦且无转换波的一阶速度—应力弹性波方程,使得弹性波在延拓过程中实现矢量偏移保证偏移质量,且不产生其他类型的转换干扰波。从激发时间成像条件以及反射系数理论出发,并与纵横波解耦且无转换波的一阶速度—应力弹性波方程结合,给出了适用于P+S波震源模拟数据的成像条件以及偏移方法。文中给出了两个典型模型的理论记录的偏移结果,试验表明,笔者提出的方法能够对P+S波震源的产生的波场准确归位,提高资料处理精度。

黄土塬地质条件非常复杂,是地震勘探中的困难区域。宁夏南部六盘山盆地属于典型黄土塬地貌的沉积盆地。该区勘探程度低,勘探潜力大,但该区表层沉积了巨厚黄土层、深层不同构造单元差异大,在采集上需克服地表和地下的双重影响。笔者详细分析了该区地质条件以及勘探难点,并结合该区的攻关实际资料和应用的新技术、新方法,总结出一套针对该区的地震采集技术系列,可以指导该区后期地震勘探工作。

薄互层砂岩油藏具有纵向厚度大、单层控制储量规模小、储层非均质性强等地质特点,常规面积井网布井方式面临储量控制程度低、层间矛盾突出、采油速度低以及经济可行性差等问题,导致油藏整体开发效果较差。立足于含油砂体的储层沉积学成因特征,基于多孔介质渗流理论建立单砂体尺度的矢量井网布井方法,推导单砂体平面非均质矢量井网井距的设计公式,并根据井距设计公式构建物理模型开展平板模型水驱油实验,应用油藏数值模拟方法对油藏尺度矢量井网部署进行应用,形成薄互层砂岩油藏砂体叠置区域与非叠置区域的层系组合及布井方式的差异化开发技术对策。

通过对日照市绿茶产区地质、地球化学环境的系统分析,认为地形、地貌、土壤理化性质和元素含量等对茶叶的品质具有重要影响。 土壤元素全量与茶叶的相关性并不好,但其有效含量的丰缺情况对茶叶品质有较大影响,当土壤中速效N、 SiO₂含量较高时,茶叶中游离氨基酸、咖啡碱、总灰分含量也会比较高,茶叶品质相对较好;当土壤pH值及Ca、Mg有效含量较高时,茶叶中游离氨基酸、咖啡碱、总灰分、黄酮的含量反而会较低,从而降低茶叶的生化品质。该研究成果为日照绿茶产地规划与南茶北引提供了科学依据。

通过对甘肃省张掖—永昌地区土壤重金属元素富集与分布规律的研究表明,研究区土壤以Cd、As、Cr、Ni污染为主,工业废水、厂矿企业、人类活动及大气降尘是研究区土壤的主要污染源。从土壤污染程度综合评价图来看,全区土壤一级质量区占总面积的1.87%,二级质量区占总面积的87.13%,三级质量区占9.92%,四级质量区占1.09%。从土壤污染现状来看,重金属土壤以一、二级为主,说明研究区土壤总体质量较好。从土壤Cd、As、Cr、Ni相态分析结果看,各元素多以残渣态为主,但Cd的离子结合态和水溶态占总量的5%左右,是极其危险的,需要引起重视。

采用全国A层土壤背景值累频分级法来划定土壤硒的丰缺分级值,确认房山区存在富硒土壤。对于不同地貌类型土壤调查结果发现:硒含量平均值按照剥蚀堆积台地、洪积平原、冲积洪积平原、冲击平原依次递减,并且土壤硒主要富集于表层土壤,向地下深部硒的含量快速降低。土壤硒的含量受山区成土母质的影响较大,且偏碱性、富含有机质的表生环境有利于土壤硒富集。富硒区小麦和蔬菜水果中硒的分布与土壤硒含量具有良好的空间对应关系,其元素含量属于安全食品标准。

以西北某区的地下水勘查为例,对音频大地电磁法的野外工作方法技术作了较详细的介绍,并对其应用效果进行分析。音频大地电磁法因其装备相对轻便,勘探深度相对较大,应用效果良好,在地下水勘查中有着广泛的应用前景。

在分析内蒙古自治区通辽市南部地区的水文地质情况的基础上,利用航空电磁法在该区的实测结果及数据转换结果,推断了水质分布特征,圈定了土壤盐渍化范围。结果表明:研究区内重盐渍化地区极少,多为非盐渍化区;北部平原区的地下水资源较丰富,其第四系含水层是一个具有自由水面且相互连通的地下水的巨大赋存空间。

地震波形分类技术在识别和划分岩相的应用中有其独特的优点,但也存在一定的局限性。通过针对不同岩相的大量实践,深入探讨了影响该技术的应用条件,系统总结了该技术识别岩相的适用性和局限性。研究表明:时窗类型及大小、地震属性体的选择是影响波形分类结果最重要的因素;不同的岩相在地震振幅、频率、相位、时间厚度上存在差异性是正确应用波形分类方法的前提;当岩相间的地震响应差别不明显,或同一岩相横向波形变化较快,无法建立统一的岩相地震波形特征时,波形分类方法的结果不能准确地划分岩相,也没有明确的地质意义。回归到岩相地震响应特点的分析,建立地震响应与岩相的对应关系,开展波形分类技术应用的先验性研究,是成功应用该技术的基础和关键。

在浅水区域的海洋地震勘探中,海底与水面波阻抗差异较大,形成了大量的短周期海底多次波(鸣震)及微屈多次波,严重影响了地震资料的真实性与可靠性,此类多次波一般采用自由地表相关多次波压制(SRME);涠西南某工区由于基底较浅且与老地层波阻抗差异较大,所以除海面与海底外存在第三个多次波源,尤其在基底处产生的海底微屈多次波,离基底较近,很容易被误认为是基底,此类多次波采用传统的SRME方法无法有效压制,笔者采用基于波动方程模型与褶积模型串联SRME对其进行压制,实际资料处理结果显示该方法对多次波压制效果较为明显。

通过对曲率属性的分析对比,寻找适合研究区的曲率,从而提高解释的精度和效率。振幅曲率与构造曲率在数学上是相互独立的,通过对地震振幅数据的二阶微分求取可以得到振幅曲率属性。针对断层以及地质异常体在常规地震剖面上表现为同相轴的变化、扭曲、振幅突变等特征,利用曲率属性上表现为线性构造,进行断层以及地质异常体的识别,同时总结了曲率属性在解释应用中应注意的问题。 振幅曲率不但能反映构造特征,同时能够突出由地质因素造成的振幅差异,从而反映地质特点,对刻画地质体的轮廓、分层结构、断裂系统等非常有效。应用实例表明,曲率属性能够有效识别出断裂发育分布,利用振幅曲率断层的轨迹,沉积体边界刻画得清晰、连续,利于解释,可减少解释多解性。

资料处理是大地电磁测深工作中的重要环节。在野外测量数据量大,并且要求相互做远参考处理的情况下,由于SSMT-2000大地电磁资料处理软件在批处理上的限制,室内资料处理的工作量巨大。为了提高工作效率,节约成本,通过研究SSMT-2000的参数文件格式、文件操作及内部模块调用方式,以MATLAB脚本语言为基础编写接口,实现了时间序列傅氏变换,单点阻抗张量ROBUST估计,固定测点或固定参考点的多点远参考阻抗张量ROBUST估计以及多个测点相互远参考阻抗张量ROBUST估计的批量处理。采用批量处理,可为室内人员节省大量时间,更能为整个大地电磁测深工作节约资源。

尽管目前地球化学异常下限的计算方法较多,但不同程度上存在计算过程复杂、应用范围较窄、相关专业软件普及程度低等问题。针对这些问题,笔者提出将EDA技术与经典统计概率法相结合的方法,并应用Excel下的程序开发工具进行VBA编程,在Excel中实现异常下限的快速计算。该方法具有计算简便、异常下限稳健以及应用范围广等优点。依据方法原理,该方法仅适用于来自单一母体的数据样本,来源母体可通过分形图给出初步判定方法。

我国于2008年7月1日正式启用了CGCS2000坐标系,而地矿部门一直以来仍沿用1954年北京坐标系。为实现不同坐标系图件成果的有效共享,必须对地质物化探图件进行不同坐标系的相互转换。为此,笔者介绍利用MapGIS实现不同坐标系图件成果相互转换的方法,并通过真实数据对转换精度进行分析。试验结果表明,这种方法用于不同坐标系图件的转换是完全可行的。

立体阴影图能够增强网格数据的层次感、真实感,使网格数据具有三维逼真显示的效果,在航空物探综合解释中具有广泛应用。在研究立体阴影图绘制原理的基础上,笔者实现了阴影图绘制,比较了图像融合和图像增强技术在阴影图中的应用效果。通过插值技术、区域显示技术和并行算法的应用提高了显示效率,保证了显示效果。

针对复杂断块的断裂地震特征,笔者利用超道构建技术,并与基于小波变换的相干技术集成,再进行相干计算。超道构建技术具有不改变地层的原有信息而保留了地层的倾角特征、降低属性分析的平均效应的优势,试算结果证明,该方法不仅计算速度快,而且抑制噪声能力强。通过与传统相干算法实际应用对比,该算法有效地突出了地层的高连续性特征,提高了识别断层的分辨率,地质特征信息丰富,有利于断层解释,尤其适用于低信噪比地震资料地区。

通过瞬变电磁法在平顶山西南部矿区探测主采煤层顶、底板富水异常区的成功实例,探讨PROTEM67D系统在探测埋深大于1 000 m地质体时的应用效果。认为在外业数据采集前,通过试验选择合适的工作参数,是完成深部异常体勘探的前提条件和重要保证。

经验模态分解在处理非线性,多分量信号方面有其独特的优势,但是受信号采样率以及频程大小的影响,传统经验模态分解之后,各固有模态分解函数并非由单一频率成分组成。采用屏蔽信号和采样率内插相结合的方法来改进传统固有模态分解,得到的固有模态函数较传统EMD分解有很大改善。以改善分解后的固有模态函数为基础,利用合成孔径聚焦成像,成像结果可以很清楚的发现目标体的位置所在,证明了此种改进方法的可行性。