为了寻找一种快速、高效的地球物理找矿手段,在我国西部高山地区——青海省五龙沟开展了大比例尺航电示范测量,采用高精度测量和随地形缓起伏飞行的方式获得了区内高质量的航电数据,通过数据处理,结合物性资料分析了示范区的电磁场特征,进行了异常筛选及异常解释工作,结合快速钻探查证实现了示范区找矿工作的“当年飞行、当年查证、当年见矿”的找矿工作新模式的快速突破。从完成的航电调查工作与找矿效果来看,在高山地区开展航电测量具有速度快、精度高、费用低和找矿效果显著等特点,具有广泛的应用前景和推广价值。

湖南锡田地区位于著名的南岭钨锡铅锌多金属成矿带湖南段,近年来显示巨大找矿前景,随着找矿勘探工作的深入,因第四系覆盖找矿难度增加,覆盖区有效靶区优选方法迫在眉睫。地气测量经多年来不懈研究,初步解决了捕集介质本底影响、野外操作系统误差等问题,结合其他方法,在湖南锡田地区优选锡钨矿靶区应用中发现地下190 m深钨矿体。笔者认为,地气测量可作为深部寻找隐伏矿的有效化探方法,将在覆盖区找矿靶区优选中发挥巨大作用,推动隐伏矿的勘查工作。

为开展青海省东部城市重点地区水文地质、环境地质和工程地质综合调查评价,查明重点地区地层结构和地质构造,进行地球物理特征参数研究,采用EH-4音频大地电磁法和二维地震勘探两种技术方法探测西宁盆地北西缘南门峡—台子地区断裂构造空间展布特征。探测结果查明了南门峡—台子地区发育倾向NW,倾角约65°的硖门逆冲推覆断裂;河谷内远离山前发育规模较小的两条裂隙,推断与南门峡走滑断裂相关。与此同时,总结了南门峡—台子地区地层岩性、视电阻率和地震反射波波速之间的响应特征。硖门逆冲推覆断裂经钻孔取芯验证,与物探勘查成果吻合,钻孔内发育多处断层破碎带,穿透新元古界花石山群克素尔组结晶灰岩。

通过双山铌矿的发现,提出了适合于碱性正长岩型“稀有稀土”矿的综合找矿方法,即以水系沉积物测量发现靶区、以岩石测量圈出矿化带、以特征矿物填图厘定含矿地质体、以槽探工程控制地表矿体、以钻探工程验证深部矿体的方法。实践证明,该找矿方法组合具有经济、快捷、找矿效果显著等特点。通过对各种找矿方法的分析研究,建立了找矿模型,对国内碱性正长岩型铌-稀土多金属找矿具有重要意义。

青海共和盆地塔拉滩地区赋存丰富的第四系松散岩类孔隙水,含水层与隔水层之间电阻率差异较小,常规地面电法勘探所得结果认识模糊,准确划分地下水水位及含水层厚度有一定难度。笔者利用EH-4双源电磁系统频点密、垂向分辨率高的特点,在已知水井上开展了方法有效性试验,在与钻孔资料对比研究的基础上,计算出经验校正系数。之后,在工区开展MT “十”字剖面测量,对剖面数据进行了Bostick一维反演和EMAP二维反演,对反演结果进行经验系数校正;综合一维、二维反演成果形成推断地质断面,据此定量判识地下水水位埋深、含水层厚度,最终成功布井,在设计深度获得了预期的出水量,大大提高了MT法定量解释精度。

为了查明中川地区铀元素在地化作用下相对富集的情况及找矿有利地段,利用航空伽马能谱资料对区内古铀、活性铀的分布及铀的迁移规律进行分析,并运用异常叠加量和富集系数等参数对区内地层(体)的含铀性和资源量作了探讨,还运用Ur值、铀钍比值和铀衬钍衬比值等参数,对中川地区的不同岩体的含铀性进行对比研究。最终,将中川地区各地层(体)划分为富铀源富集体、富铀富集体、贫铀源富集体、贫铀富集体,其中富铀源富集体的地层(体)最有利于成矿;通过对中川地区的不同岩体的含铀性对比,认为中川岩体的含铀性较好,为铀性岩体,其它为钍性岩体;指出各岩体内大的构造破碎带、岩体外接触带以及盆地边缘是活性铀的主要富集区,区内铀增量与活性铀叠加复合地段是铀矿找矿的有利地段。

简要叙述了邓阜仙复式岩体的地质背景,根据密度特征、重磁异常特征、地表地质特征以及区域化探组合异常特征等,认为邓阜仙重力低是邓阜仙岩体及其隐伏部分的反映,并且根据环岩体重力梯级带、剩余异常和垂向二阶导数异常零值线确定了半隐伏岩体的位置与边界;选择了一条具有代表性的重力剖面对邓阜仙复式岩体进行二维形态反演,提出了邓阜仙半隐伏复式花岗岩体的形态、产状、顶底面埋深以及与围岩的接触关系、八团岩体的分布以及与汉背岩体的接触关系等多方面的新认识。

渤海海域B井区勘探程度较低,在东营组沉积期受双向物源影响,其主控物源方向难以确定。将地震正演技术应用于主控物源研究:在岩石物理分析基础上,结合前积体沉积模式和区域地质特征,首先建立2种不同物源方向的前积体正演模型,将其响应特征与实际地震反射特征进行对比,探讨B井区的主控物源和砂体展布规律;然后运用波阻抗递变赋值,赋予前积砂体两端不同的波阻抗差,模拟3种不同岩性差异的前积体地震反射特征,证明B井西侧前积体为富泥前积;最后结合区域地震剖面反射能量特征、砂体厚度特征、砂体属性特征,对比正演模拟结果,认为B井区东二下段主要受来自西北方向的物源控制,该区西北部近物源区应为优质储层富集的有利区带。文中提供了一种新的预测主控物源的方法,对少井区的主控物源研究具有一定的借鉴意义。

由于陆域常年冻土带天然气水合物巨大的潜在资源价值,冻土带天然气水合物的勘探研究引起了人们的极大关注。不同于海域天然气水合物地震勘探技术渐趋于成熟,陆域冻土带天然气水合物地震勘探技术仍处于研究阶段,其在数据采集、处理、解释等各方面仍存在许多问题。文中针对中国陆域冻土带天然气水合物开展地震勘探采集技术研究;结合漠河冻土带特征,建立研究区地质模型,针对冻土层较薄以及区内深部构造复杂等勘探难点,利用基于波动方程的正演模拟方法进行观测系统参数论证,并通过对采集数据分析对比,提出了小道距、小炮距以及浅井炮、小炮、中炮交替激发以实现同时获取浅中深部信息的数据采集技术,并取得了进行储层预测和构造探测的高信噪比地震反射数据。

在内蒙古高尔旗银铅锌多金属矿玄武岩覆盖区开展了重力测量工作。矿体处在1∶5万剩余重力正负异常交替带之负异常一侧等值线同向扭曲处。1∶1万重力、激电、土壤测量成果显示,矿体与近EW向条带状视极化率异常、土壤铜铅锌银等多金属异常带相对应,处在重力、视电阻率高低异常的变化带上。矿体北侧对应剩余重力负异常、低阻,南侧对应剩余重力正异常、高阻。北侧剩余重力负异常为较低密度的隐伏岩体(石炭系正长花岗岩)引起,低阻主要与近EW向构造破碎带及赋存其中的大脉网脉状矿(化)体有关;剩余重力正异常与较高密度泥鳅河组有关,高阻是泥鳅河组细粒长石石英砂岩、粉砂岩引起,也许正是这套细粒长石石英砂岩及粉砂岩的致密性对矿液的运移起到了阻隔作用,才得以在其北侧的构造破碎带中富集成矿。可见中大比例尺重力、激电、土壤测量工作不仅为研究成矿环境提拱了重要的地球物理依据,同时也为矿体定位提供了重要信息。

在广东北市地区选择310 km²试验区开展1∶5万水系沉积物测量粒级试验。在同一采样点位分别采集-10~+80目和-60目两种粒级的样品,进行多元素含量测试,从水系沉积物粒级分布特征、元素含量分布特征、富集倾向性和地球化学特征4方面对上述两种粒级试验效果进行综合评价。结果表明:①水系沉积物中-10~+80目粒级段样品占全部样品的86.59%,质量上占有绝对优势;②除W、Sn、Pb外,试验区多数元素在两种粒级总体上具有相似的含量分布特征,且在高背景区或矿(化)区均不同程度富集于-10~+80目粗粒级,在低背景区或非矿(化)区则正好相反;③包括Au、Ag、Zn、Mo、Sb在内,多数元素-10~+80目粗粒级显示的区域地球化学分布与区域地质吻合度更高,地球化学分布界线与地质界线更为接近;④多数元素-10~+80目粗粒级显示的地球化学高背景-正异常区的规模和强度整体上大于-60目细粒级,Mo、Sb等尤为明显。因此,广东北市地区1∶5万水系沉积物的最佳采样粒级为-10~+80目。

水系沉积物地球化学数据蕴含了丰富的地质地球化学信息。采用R型因子分析方法对祁连山西段地区1∶25万水系沉积物数据进行统计分析,根据元素组合划分了5个地球化学区,并阐述了各分区的地质意义;划分的地球化学分区与一定级次的构造单元存在对应关系,可以为基础地质研究提供丰富的地球化学信息,同时也在一定程度上反映了区域成矿特点,为成矿远景预测及IV级成矿区带的细分提供一定的参考价值。

在四川甲基卡矿田新发现了超大型X03号锂矿化伟晶岩脉,在勘探过程中,首次使用探地雷达探测甲基卡矿田浅层地质结构。通过分析对比探地雷达模拟实验数据、实测探地雷达剖面、钻孔数据和便携式取样钻数据,发现探地雷达图像能有效反映矿田第四系浮土覆盖区浅层地质结构。本次研究还鉴别了酸性岩脉体或转石与第四系浮土、片岩等围岩之间界面的探地雷达信号特征,并利用探地雷达对X03号矿脉等隐伏脉体进行了揭盖,获得了矿脉浅部结构构造信息。通过本次研究,发现并证明探地雷达勘探稀有金属矿脉是有效的,能够代替槽探,实现绿色勘探和快速找矿评价。

为了配合东天山—北山地区化探工作,在玉海地区开展第四系厚度和基岩面顶深探测。为了查找基岩面,对实验区与示范区进行基岩调查,以获取基岩顶深度,为钻探取样提供深度参考资料,将探地雷达和单点电测深方法联合应用于玉海基岩调查工程。玉海工区位于康古尔断裂北沿,探测结果显示,在康古尔断裂北沿高台以南地区,新近系较薄,探地雷达和单点电测深方法可以有效探测基岩顶深度,南北方向上基岩顶深度与地形等高线成负相关关系,深度在1~21 m;东西方向上基岩起伏较大,表现为西部顶深度较深,大于12 m,中部较浅,在4~20 m;东部在8~30 m,第四系覆盖区中部部分地区可大于20 m,但范围较小。此次工程实践表明,将探地雷达和单点电测深方法联合应用于玉海基岩调查是可行的,为后期钻探和化探工作提供了可靠的基础资料。

波场延拓法是最常用的反Q滤波方法,但其振幅因子的不稳定性致使深层的高频信息放大,从而影响反Q滤波的效果。本文通过推导证明了完全稳定振幅补偿只和Glim(增益限制)有关难以提高深层地震波分辨率,系统分析了波场延拓反Q滤波算法中不同振幅补偿算子的滤波特性,增益控制法对某一频率之后既不放大也不压制,正则化滤波和迭代滤波法不仅具有较强的抗噪声干扰能力,而且对深层地震波具有较好的振幅补偿能力。通过对理论模型和井间地震实际资料应用不同振幅补偿算子,发现正则化振幅补偿因子和迭代法振幅补偿因子不仅对高频干扰有较强的压制效果,而且对于地震记录的中深层部分和低Q能量衰减严重的地震记录,都有较好的补偿效果。

针对鄂尔多斯盆地南部黄土塬地区地震资料静校正严重的问题,提出一种分步逐级静校正方法。该方法利用网格层析反演静校正方法解决长波长静校正问题;再利用差分法初至波剩余静校正解决部分短波长静校正问题;然后,利用反射波综合全局寻优剩余静校正解决剩余静校正问题。黄土塬实际地震资料应用效果表明,应用文中提出的分步逐级静校正方法获得的地震剖面同相轴连续,一致性好,断点绕射波形态特征明显。使用本方法能够消除黄土塬地区地震资料的静校正问题,获得最佳处理效果。

柴达木盆地环英雄岭地区浅部存在一个强波阻抗界面,以该波阻抗界面作为模型反演标志层,计算高、低频静校正分量,充分利用了浅层强波阻抗界面的深度信息、折射信息、反射信息,兼顾了低、高频静校正的计算;同时,可通过提高该波阻抗界面的成像品质来判断静校正精度。该方法在环英雄岭地区的应用大幅度提高了地震剖面信噪比和复杂构造成像精度,从而表明基于强波阻抗反射界面的静校正技术是解决英雄岭极低信噪比区复杂静校正问题的有效方法。

西藏地区羌塘盆地地表、地质条件复杂,资料信噪比极低,地层褶皱严重,地震成像差。目前勘探程度低,资料有限,地震勘探施工参数选择困难,对于地震资料处理参数选取难度大。为了更加有效地认识该地区资料干扰波特点,选择合适的地震勘探采集参数,提出了合适的盒子波调查方法。通过盒子波分析,发现该区产生规律性很强的规则干扰波,其速度、振幅存在较大差异。通过室内组合分析,认为该地区接收组合方式对资料影响较大,接收组合个数、基距和组合图形等参数均影响着资料品质。

作为探地雷达的一种特殊方式,定向钻孔雷达系统除了能够探测地下目标的深度和径向距离外,还能够对钻孔四周目标进行方位识别,进而利用所求方位进行三维成像。本文所研究的定向钻孔雷达包含一个发射天线和4个接收天线,4个接收天线等角度分布在垂直于井轴的圆环上。基于4个接收天线所接收到的四个信号的微弱不同,提出利用反正切法计算目标方位角,再利用方位角和各道信号组合计算井周地层纵横切片的算法,最终实现钻孔雷达三维成像算法。利用数值模拟结果检验了算法的正确性。

海外勘探中常遇到的资料稀缺、地质条件复杂等困境,直接加剧了勘探难度和挑战性,所以急需快速而有效的方法取得研究成果并指导勘探。文中以地震资料稀缺、地形复杂的D盆地为例,总结出了一套适用于本区的构造成图技术和流程。结合地震、钻井、文献多样化信息,借助数字化的地质剖面和重磁信息约束的趋势面综合网格构造成图,对地震空白区进行了有效的趋势约束,得到了基础区域地质图件,取得了良好的应用效果,为下一步的盆地构造分析以及构造单元划分奠定了坚实的基础。

通过对快速溶剂萃取油气化探土壤样品中芳烃的空白实验、样品量,萃取的温度、压力、时间等检测条件的优化,确定了最佳萃取条件。运用重复性实验对方法进行评价,与常规萃取效果进行比较,选择南阳凹陷南部北马庄地区的一条已知地质剖面,开展快速溶剂萃取—荧光法的应用效果验证,研究结果表明该指标对圈划区域异常有帮助。

归一化总水平导数垂向导数方法是由一种结合水平导数与垂向导数的一种位场解释方法,通过计算总水平导数的垂向特征来突出岩体或者地质体边界的线性构造。文中以宁夏中卫市香山地区金属矿产和非金属矿产分布区为研究区,利用这种方法能够清楚地区分岩体与地质体的平面范围,通过极大值的位置判断岩体的边界位置和水平分布。结果表明,利用归一化总水平导数垂向导数的方法来定性解释岩体分布范围具有较好的应用效果。

依据广西全州县土地质量地球化学调查数据,研究了表层土壤中硒的总体分布特征、受控因素及生态效应。结果表明,广西全州县存在大面积的富硒土壤,土壤硒平均含量为0.60×10^-6,足硒和富硒土壤面积分别占 17.38%和81.88%。土壤硒含量的分布明显受成土母质、土壤质地、pH值等影响,主要受控于成土母质,具有明显的继承性。研究区土壤环境质量良好,富硒农产品丰富,富硒土地资源具有良好的开发前景。

基于福建省寿宁县典型富硒区土壤和农产品采样分析资料,研究了土壤总硒分布特征及其主要影响因素,分析了农产品硒含量特征。研究结果表明,土壤硒含量受控于地质背景,侏罗系南园组三段和南园组四段分布区土壤硒含量明显高于其他地质背景区;不同类型土壤硒含量差异较大,土地利用方式对土壤硒含量也有一定的影响。同时发现,土壤硒含量与土壤pH值、有机质和铁氧化物(TFe₂O₃)等之间具显著相关关系,说明土壤理化性质对硒的地球化学行为有重要影响;而土壤硒与重金属的显著相关关系,说明原生硫化物矿物中硒与重金属存在着一定的伴生关系。

西南地区河床覆盖层深厚,如何经济快速地获取地基工程场地的横波速度是水利水电工程勘察的重要问题之一。面波勘探技术以其低成本、快捷及受场地条件限制小等优点被广泛应用于浅部横波速度结构探测中。文中采用主动源面波和被动源面波相结合的联合勘探技术对西南某水电站坝址区场地横波速度结构进行了探测,主动源面波法能针对浅部区域进行精确探测,而被动源面波法探测深度更大,两种方法各有优势,相互印证,相互弥补。

地裂缝灾害是地质灾害中地面变形灾害的一种,不仅造成各种建筑的直接破坏,也引起了一系列的环境问题。因此在工程建设中有效地探测地下裂缝是一项重要任务。笔者对瑞利波探测地裂缝方法进行了试验研究,采用广义S变换,在时间—频率域来提取某一道上来自裂缝散射瑞利波的到时,从而计算出裂缝的位置。通过两组半空间裂缝模型和一组实际资料验证了广义S变换探测近地表裂缝的可行性和探测效果。理论模型和野外实际资料探测结果表明,利用瑞利波广义S变换探测近地表裂缝是切实可行且有效的。

为了准确、高效探测地下管线,利用磁偶极子分析法模拟水平平行铁质管线模型,应用Matlab软件计算该模型产生的磁异常曲线,分析模型在不同参数变化下磁异常曲线的基本形态、峰值个数变化及原因。数值模拟结果表明,所选取参数对磁异常信号的幅值和磁宽均有影响:管间距离、埋深和磁化率明显改变了曲线的基本形态,影响曲线峰值个数;管线长度、外径和管壁厚度影响曲线幅值,不改变其基本形态;在相同参数条件下,分别应用Comsol软件与磁偶极子分析法计算磁异常曲线,结果归一化后对比发现曲线形状吻合,验证退磁效应影响磁异常曲线幅值,从而验证了磁偶极子分析法应用于平行管线模型正演分析的正确性。

在BEAM综合法的实施中,护盾与刀盘之间较小的接触电阻使得探测电流和屏蔽电流失去隔离,产生泄露电流。实验表明,泄露电流会导致视电阻计算精度的降低,致使隧道超前地质预报产生漏报。为消除泄露电流对超前地质预报造成的不良影响,提出了基于光纤电流传感的BEAM隧道超前地质预报方法,通过在主轴承外缘安装光纤电流传感器,测出分布于主轴承内部的接触电流的大小,消除了它对视电阻测量的影响。实验证实,与BEAM综合法相比,本方法排除了泄露电流的干扰,提高了探测精度。

古河道调查对于防震减灾、城市规划和地下水资源合理开发利用具有重要意义,本文针对徐州地区岩、土层具有显著电性差异的特点,采用高密度电阻率法对全新世古河道进行探测。首先通过地电模型数值模拟和钻孔附近现场试验探讨高密度电阻率法探测全新世古河道的有效性及装置形式选择;然后对高密度电阻率法断面、平面及三维成果图进行分析;最后通过钻孔资料对高密度电阻率法探测结果进行验证。理论研究及工程实践结果表明,徐州地区全新世古河道在电阻率图件上表现出典型的电场响应特征,通过响应特征分析可以获得古河道形态及地层结构等信息;高密度电阻率法偶极-偶极装置对覆盖层结构变化极为敏感,异常强度大,并且在地层分层方面具有明显优势,可作为古河道调查的首选装置;通过在调查区内布置多条测线,并借助三维可视化软件平台可以实现目标体三维空间解释,解释结果直观地展现出全新世古河道三维形态及空间展布特征。