深海溶解甲烷浓度数据连续获取的方法技术,对于海洋环境和天然气水合物开发过程中甲烷扩散作用及通量的动态监测,具有重要的科学意义和实际应用价值。本文较详细地介绍了依据“海水脱气、气体样品定量输入、电化学高精度检测”技术思路,采用“增压排液整机系统控制的海水循环、减压稳流、气液分离、烃类组分高精度检测技术改进”方法,研发“深海甲烷电化学原位长期监测技术”的关键环节和技术方法。结合原位传感器在胶州湾港口为期94天底水长期监测实验获取的数据成果,对原位传感器的技术性能、数据质量、地质效果进行了研究评价。结果表明:① 原位传感器量程甲烷指标达到0.01~10 000 nmol/L,灵敏度达到0.01 nmol/L,对烃类组分检测具有较好的稳定性和选择性;② 监测水域溶解甲烷数值范围19.01~106.87 nmol/L,正常甲烷背景32.41 nmol/L,局部异常甲烷背景80.60 nmol/L,资料显示异常与污水排放过程对海水环境污染有关;③ 实测甲烷数据成果地球化学特征与胶州湾海域海水环境以往调查研究成果符合,证明了实测数据的客观性和科学性;④ 海试监测试验成果证明,原位传感器测试性能可靠、结构设计合理、设计思路科学,基本具备了海洋科学调查中对海水甲烷浓度数据获取的能力,在未来海洋天然气水合物开发过程中对甲烷扩散作用的动态监测及深海甲烷浓度通量的长期监测中,具有实际应用价值和科学意义。

龙门山断裂带是中国大陆地壳中著名的造山带和地震带。为了研究龙门山逆冲推覆构造的深部结构及其与青藏高原物质东向逃逸之间的关系,布置了跨越西秦岭造山带、松潘—甘孜褶皱带、四川盆地的4条大地电磁测深剖面,每条剖面有宽频大地电磁测深点20个,共计80个宽频大地电磁测深数据以及16个长周期数据;进行了二维、三维反演,得到了电性模型。研究结果显示:在30 km以浅,龙门山断裂带基本上与电性梯度变化带相重合,说明龙门山断裂带是深达地壳中部的深大断裂带;松潘-—甘孜褶皱带在20 km以浅呈现以高阻为主的较为复杂的电性结构分布特征,这与其复杂的地表构造有关;在20 km以深,接近龙门山断裂带附近呈现为高阻,推测此高阻可能是对四川盆地的基底的反映,表明松潘—甘孜褶皱带以龙门山断裂为界推覆至四川盆地之上;推断青藏高原物质东向逃逸,有可能从松潘—甘孜褶皱带深部沿礼县—宕昌一带向东北方向逃逸,这一运移主要是发生在18 km以下、30 km以上的中下地壳范围内,物质逃逸的主要形式是部分熔融。

银川平原是活动断层发育的地区,活动断层与地震灾害联系密切,研究银川平原的断裂体系对城市发展具有重要意义。笔者对银川平原1∶20万布格重力资料进行二次处理,分析了该地区的布格重力异常特征,并利用重力异常边界识别方法划分了断裂体系;运用断裂参量图法、欧拉反褶积法、最优化反演以及2.5D人机交互反演等方法对研究区83503线剖面做定量反演,并利用地震资料进行约束。笔者利用现有的重力资料,探讨了根据重力资料解释平面断裂体系以及剖面断裂定量反演的方法,得出了银川断裂有北延趋势、黄河断裂部分段相对前人断裂划分结果向西偏移等新认识,为活动断层的研究提供了新的参考资料。

为进一步摸清九龙山地区区域化探异常与铅锌矿化之间的因果关系、成矿规律和控矿因素,投入1∶1万地质调查、土壤地球化学测量、岩石地球化学测量和激发极化法测量工作,通过综合分析,发现区内4个激电异常区与土壤异常形态相似,平面位置基本重叠吻合,且反映强烈。利用浅表槽探工程在异常中心处揭露到铅锌矿脉,长约760 m,平均厚度为1.40 m,铅平均含量为3.03%,锌平均含量为2.78%,说明九龙山勘查区成矿条件良好,矿产富集,未来深部找矿工作潜力较大。

利用移动平均法对五台—恒山地区7幅1∶20万水系沉积物数据进行重新处理,并结合本区1∶20万重力数据和1∶5万航磁数据,发现所获得的综合异常与燕山期岩体相关矿床具有很好的吻合性。研究选取Au、Ag、Cu、Pb、Zn等综合异常以及高磁、低重异常作为预测准则,在本区共预测出13处与岩体成矿作用有关的多金属矿远景区。已有资料显示,本区共存在9条NW向断裂构造带,岩体侵位受NW向断裂和NE向断裂交叉部位控制,已知出露岩体与本次预测的11处远景区绝大部分分布在断裂构造带上,构成多条构造岩浆岩带,多金属矿床与燕山期岩体有着密不可分的联系。

贺兰山北段地区构造活运强裂,中酸性侵入岩发育,化探异常普遍存在,找矿标志信息丰富,是金、钨等矿产的富集区。该区属干旱低山丘陵荒漠地球化学景观区,前人在该区完成的1∶20万水系沉积物测量工作受采样介质、样品粒级、测试设备、分析方法等条件限制,获得的有用找矿信息不强。本次化探工作采用不规则网1∶5万岩屑测量、 -4~+20目采样粒级及采样层位为C层的工作技术方法,共圈定30 个综合异常,呈NE向带状分布。通过异常查证,新发现各类矿点、矿化点14处,圈定出3个找矿远景区,优选出9个找矿靶区,取得了较好的找矿成果。此外,本次工作首次在太古宇贺兰山岩群第二岩组硅化浅粒岩中发现了层控型白钨矿,其形成环境与国内已知的白钨矿矿床的形成环境完全不同,矿体产于太古宙中深变质岩系中,呈层状、似层状。此类矿床鲜有报道,因此,该钨矿的发现,对在前寒武纪中深变质岩中寻找层控型白钨矿具深远意义,也为该区在白钨矿找矿上提供了参考。

将广域电磁法应用于辽西地区牛营子凹陷中元古界碳酸盐岩推覆体覆盖区,取得了良好的效果。首次在该地区发现隐伏于碳酸盐岩推覆体之下的厚层北票组烃源岩地层,并得到钻孔验证;揭示了该区侏罗系北票组地层相对于上、下地层显示为低阻的特性,获得了地下电性体真实的电阻率特征;丰富了燕辽沉降带东部的勘探层系,将该地区原有的中新元古界单一勘探层系拓展为中新元古界黑色碳酸盐岩地层和中生界北票组泥岩两套油气勘探层系。

为了研究CO₂气体测量方法在低山丘陵区隐伏矿勘查的应用效果,采用改进的CO₂快速分析仪分别对湖南黄金洞金矿区金枚矿段和梨树坪矿段进行了CO₂气体测量试验性研究和面积性测量研究。结果表明,CO₂气体测量方法在低山丘陵区能够发现深部隐伏矿和构造信息,并为梨树坪矿段圈定了3个找矿靶区,具有重要的实际意义,为我国覆盖区隐伏矿勘查突破积累了数据和经验。

据统计,“十二五”期间,广西抗旱找水成井1 747口,电法在岩溶地区找水成功率为75%,在碎屑岩地区为10%,两者成井率相差较大。碎屑岩地区与岩溶地区地层岩性、水文地质条件明显不同,是电法找水效果差异大的主要内因。碎屑岩地区地层岩性主要以泥类岩、砂类岩和砾岩为主,其中泥类岩、砂类岩中的粉砂岩、细砂岩地层含水条件差,该类岩层属低阻岩层,是电法找水干扰层,不是目标层;砂类岩中的粗砂岩和砾岩层属硬脆性岩层,在应力作用下易形成裂隙含水,该类岩层属中高阻岩层,是电法找水主要目标层;此外,碎屑岩地区岩相显著变化的层面上层理裂隙较发育,富含地下水,也是电法找水的主要目标。通过实例分析,总结碎屑岩地区电法找水经验,供今后碎屑岩地区电法找水提供参考。

木里地区三露天井田断层发育、岩性复杂,且钻探结果揭示水合物主要赋存于地层裂缝中,因此,笔者专门利用声成像测井资料对三露天井田水合物钻孔井壁构造裂缝进行研究,明确了研究区构造裂缝的成像测井响应特征,并从裂缝线密度、倾角、倾向等方面对裂缝的分布特征进行了分析讨论。结果表明:①研究区水合物钻孔井壁裂缝发育,倾角以高角度为主,低角度次之,水平裂缝与高角度裂缝少见;冻土层及以上裂缝较冻土层以下更为发育。②研究区裂缝主要走向与地层断裂走向基本一致或小角度斜交,裂缝的发育受断层控制明显。③研究区裂缝倾角相对较大,不利于烃类气体的大量聚集,这可能是该区域钻孔少见水合物的原因之一。

探地雷达作为高精度的物探工作方法,其主要目的是反演解释地下结构的物性参数。笔者提出社会学习型粒子群优化反演方法,它以信号均方误差为目标函数,用时域有限差分方法作正演,并且针对反射波信号较弱、反演效果不佳的情况设计了对正演结果进行振幅补偿的方法,对反射波的振幅进行增益,以提高反演精度。通过与经典粒子群优化反演方法的结果对比,说明了该算法在准确度以及效率方面都有相当大的提高。经过分析多层介质仿真数据的一维反演结果,说明了该算法对多参数反演的有效性和良好的抗噪性。

现阶段,各向同性介质假设已经不能满足复杂地质构造条件下的成像需求,忽略介质各向异性影响会使速度估计不准确,成像精度降低。为此,笔者从 VTI介质一阶速度—应力方程出发,利用Poynting矢量特性对地震波进行方向行波分离,得出了基于上下行波分离的互相关成像条件,并将其应用在复杂VTI介质中。通过层状模型和SEG/EAGE岩丘模型测试验证了该算法的有效性以及在成像上的优越性;另外,当偏移速度不准确时,本文方法仍能够有效压制偏移噪声,成像质量更佳。

相对于常规射线层析速度建模,基于波动理论的层析速度建模考虑了波的带限特性,反演分辨率更高。波动理论层析的核心在于波路径(有限频核函数)的计算。文中详细介绍了一种基于高斯束算子计算有限频核函数的方法,分析了初始束宽度和高斯束出射角度间隔对计算精度的影响;并针对高斯束近源处误差较大的缺陷,提出了改进的束参数以提高近源精度;详细分析了初始束宽度和角度间隔对改进高斯束方法的影响及改进高斯束的聚焦特性;数值算例验证了该方法在缓变介质中计算有限频核函数的可行性,计算效率较高且可处理回折波的核函数。

基于轮廓线的三维矿体表面建模方法是矿体建模的主流方法,但在实际应用中,传统的建模方法显现出了不足之处,笔者对该方法进行了针对性地改进。对于一组单轮廓线可自动添加矿体趋势线,并且还可以进行人工编辑修改,然后利用中间加密轮廓线的方法实现对矿体形态的控制。通过投影计算封闭轮廓线之间的最短距离自动添加分支点,利用平面的带洞限定三角剖分实现分支的自动构建,大大节省了人力资源,同时保证了分支矿体的准确性。针对初始构建的三维矿体表面模型几何质量差,引入了质量控制,实现了表面模型的重构,保证了模型质量和后续的计算。这些改进在实际的应用中取得了良好的效果。

笔者介绍了无人直升机航磁系统的研发与集成,采用无人直升机作为飞行平台,搭载高精度航空磁测系统,具有低成本、高效率、不受机场跑道限制、可夜航、按设计测线全自主导航飞行等特点。该系统分别完成了磁补偿试验飞行与实际应用工作,补偿精度达到0.046 9 nT,测量成果与测区内以往航磁成果对比,其反映的地磁场特征形态基本一致,验证了该系统的有效性,航磁异常等值线在细节上表现更细致。本系统为大比例尺、高精度、小面积的航磁测量工作提供了一种高效灵活的工作手段。

地空瞬变电磁法融合了地面与航空瞬变电磁的方法原理与观测模式,将发射源置于地表,并利用航空器在空中接收响应信号。因此,地空瞬变电磁法同时具有地面装置大测深、高信噪的优势以及航空装置中采集高效的优势。先有研究偏重于单一辐射源,忽略了多辐射场源在勘探深度与信噪比上的优势。因此需要研究适用于多辐射场源地空装置的数据解释方法。在解决多辐射场源地空瞬变电磁正演问题之后,以Occam反演理论为基础,对多辐射场源地空瞬变电磁一维反演进行研究。首先要构建目标函数,本文通过引入拉格朗日乘子,将数据拟合差及模型粗糙度组合起来进而构建目标函数;其次解决灵敏度矩阵的构建问题。模型计算结果表明本文多辐射场源地空瞬变电磁法一维反演算法的有效性,可为三维反演与精细解释提供良好的基础。通过对典型模型的反演计算,从其理论模型及反演结果的对比可以看出,Occam反演方法可以应用到多辐射场源地空瞬变电磁系统中,为多辐射场源地空瞬变电磁解释增加了新途径。

地—井瞬变电磁法在加拿大、澳大利亚等国的勘查实践中已取得了很好的效果,国内由于缺乏从仪器设备到资料处理解释的整套技术,使得该方法未能被广泛应用。为此,研制了地—井瞬变电磁仪器,同时系统地研究了地—井三分量坐标系的确定、探头角度系统偏差的测定、三分量的校正运算、勘查目标体方位及距离的分析与计算等,并在实际的地—井瞬变电磁观测中获得了良好的应用效果。

介绍了在地球化学普查中,一种单元素异常特征参数的计算方法。在确定了单元素异常下限,建立了取样点位数据图层 ,完成了单元素异常图制作的基础上,将单元素异常区图层与点位数据图层做点对区的相交分析,把单元素异常区中异常编号、异常面积字段的空间信息相交分析到异常区内点位数据图层中,将该点图层属性转换成DBF文件,应用FORXPRO软件编写了程序,从而计算单元素异常特征参数。

为满足行业及社会用户对多尺度、跨区域的航空物探工作程度图的大量需求,为数据资料收集、地质调查工作规划部署等提供借鉴和参考依据,笔者以全国航空物探测区元数据库为数据源,按照“数据字典管理制图标准、模板文件管理图面样式、用户参数创建图面要素”的技术方法,开展航空物探工作程度图的批量定制功能研究,并基于ArcGIS Engine和C#编程语言开发实现了基于数据驱动的航空物探工作程度图批量定制程序。在航空物探调查资料的社会化服务和“秦岭及天山等重点成矿区带航空物探调查”等项目工作部署及实施过程中取得了较好的应用效果,共计完成全国35个区域70余幅航空物探工作程度图的制作与服务,部分产品图件已经发布至“地质云”提供互联网在线服务。

横波速度对于地震模拟、AVO分析以及流体识别具有重要意义,实际测井数据中横波速度信息缺乏,因此横波速度预测已经成为岩石物理研究的一个焦点。综合Xu-White模型以及Pride模型,提出了一种新的用于计算干岩石模量的岩石物理模型。该模型综合考虑了孔隙形状和成岩作用对干岩石体积模量、剪切模量的影响,因此该模型更加合理并具有更高的精度。同时联合Gassmann理论,建立了饱和流体岩石的纵波、横波速度计算模型。将该模型成功地应用于实验室测量数据和实际测井数据的横波速度预测中,预测结果表明,基于本文提出的岩石物理模型的横波速度预测方法是行之有效的。

为了利用时频转换后地震资料完成高速围岩屏蔽薄层定量评价,应用广义S变换对目标地震开展解释性处理,落实薄层时频域地震可识别程度。结合实钻砂体发育数据、频谱分析、薄层时频特征等,开展时频转换数据优选,提取频率梯度属性定性分析目标区沉积储层平面展布特征。构建实钻数据与频率梯度数学关系,完成薄层定量评价。对中东地区实际资料处理解释表明,基于广义S变换的多频解释技术对于高速围岩屏蔽的薄层评价具有较好的应用效果,提高了储层预测精度,为利用地震资料开展储层定量评价提供了一套技术思路,具有广阔的应用前景。

鬼波衰减是深拖平缆采集资料处理中非常重要的一步,也是实现宽频处理的关键步骤。为此,笔者分析了深拖平缆资料特点,推导了鬼波的时距曲线方程,在此基础上,介绍了线性Radon域最小平方反演方法衰减鬼波的基本原理,该方法首先通过最小平方方法求得无鬼波的Radon域数据,再应用反变换算子中的一次波算子进行反变换,从而实现了对鬼波的压制。采用该理论对模型数据与实际地震资料进行了试处理,结果表明,深拖平缆资料通过本文的鬼波衰减技术处理后,陷频点得到了补偿,有效频带得到了拓宽,达到了宽频处理的效果。

针对多层系油气藏开发过程中时移地震时差、相位、频率和能量累积效应所导致的处理难题,文中提出了基于多标准层的时移地震分层匹配处理技术。该技术通过选择多层系油气藏顶部、内部和底部稳定的非储层或未动用储层作为参考标准层,进行分层系匹配处理,能够有效消除多层系油气藏时移地震累积效应的影响。通过南海X油田的实际应用,取得了较好效果。

在利用实际地震数据中的面波反演近地表横波速度的过程中,若道间距较大、空间采样率不足,则会产生空间假频现象,从而降低频率速度谱的信噪比,影响频散曲线提取的精度以及反演效果,因此需要针对面波进行插值处理。文中提出了一种基于最佳小波基的地震面波插值方法,通过理论分析和实验误差对比在地震数据处理常用的众多小波基中选出适用于插值处理的最佳小波基bior6.8,提高了插值精度。针对面波同向轴为线性且斜率较大的特点,文中首先采用线性动校正的方法对面波进行拉平处理,再进行小波变换插值,最后进行反线性动校正恢复面波。通过对理论模型与实际资料进行插值处理验证了本文方法的有效性,插值后的面波记录波形恢复较好,显著提高了频率速度谱的信噪比,有效解决了面波数据空间采样率不足引起的假频问题。

地震波旅行时精度直接影响着地震反演、叠前偏移成像、层析成像等各领域研究成果的可靠性,因此,研究如何提高地震波旅行时精度是很有意义的。在双重网格技术的基础上,引入一种基于变网格差分格式的快速行进法(FMM)计算地震波旅行时,通过正演模拟均匀模型、存在高速异常体模型、Marmousi模型来分析变网格FMM的优势及适用性。研究结果表明:均匀模型背景下,变网格FMM与双重网格FMM优势相当,但是在存在高速异常体模型背景下,双重网格FMM可能违背波前扩展的规律,从而导致较大的误差,而变网格FMM则不存在这样的问题;Marmousi模型试算验证了变网格FMM能适应各种复杂模型。因此,该方法是一种有效提高走时计算精度和效率的方法,不仅增强了FMM法的适用性,而且扩展了变网格技术的应用范围。

重力仪静态试验是重力勘探工作开始之前对仪器性能检查的必要环节,由于原理简单,其数据整理常不被人们重视,没有系统的方法,但整理的计算过程却又繁琐复杂,初学者在面对大量数据和多重目标时或顾此失彼,或重复计算,往往要耗费较多的工作时间。Excel电子表格具有强大的数学计算、图形显示功能,且应用广泛,易于操作,可系统整理CG-5型重力仪静态试验的原始观测记录,快速获取静态试验数据表、零点位移曲线及其拟合直线图等直观要素,同时计算得到静态零点位移曲线与直线偏差、平均零点位移率等结果参数,Excel的散点图趋势线功能也改进了静态零点位移校正参数漂移常量DRIFT的计算方法与准确度。这种静态试验数据的整理方法具有快速、准确和直观的优点。

中国西南地区滑坡灾害严重,滑坡勘察中判断滑坡体类型、规模等非常重要。文中总结了滑坡体的不同分类方法及电性特征,通过对20多个滑坡体的高密度电阻率法勘察资料进行综合分析,明确了不同类型滑坡体的电阻率特征差异明显;重点介绍了土质滑坡、岩石滑坡和破碎岩石滑坡等3个高密度电法探测实例的异常特征。实践证明,利用高密度电阻率法能从电阻率异常特征来推断滑坡体的类型、物质组成,其结果对滑坡体勘察及后期治理、钻探施工起到指导作用。