人工源电磁法是深部资源探查的重要手段,其核心在于通过创新技术提升探测深度和精度。电磁法的探测模式由远场转向近场是电磁法的重要变革,研究近源电磁探测方法是近年来的国际前沿。基于最新发展的广域电磁法和多通道瞬变电磁法,作者团队提出短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)。该方法的特点在于收发距离小,短偏移情况下信号更强、带宽更宽,更有利于实现大深度和高精度的探测。本专栏收集了8篇关于短偏移距瞬变电磁探测方法、技术、软件和应用的文章,这些研究成果将有力支持更深层次的精细探测需求。
电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)在野外数据采集中涉及诸多参数,它们的选择与实测数据的信号质量、探测灵敏度等密切相关。本文依据中国地球物理学会团体标准《电性源短偏移距瞬变电磁法勘探技术规程》(T/CGS 002—2021)中的相关规定,并结合一些数值模拟和实际案例,对发射源长度、发射基频、偏移距、装置类型、观测分量等关键参数的选取依据进行了分析与阐述,获得的相关认识对指导SOTEM野外施工、发挥SOTEM探测性能具有重要意义。
采用三维时域有限差分法对三维地电模型的SOTEM响应进行正演计算,发现:①采空区或陷落柱上方观测的电场Ex响应衰减曲线在早期高于背景响应,在晚期均低于背景响应;②偏移距越小,∂Bz/∂t响应信号的相对异常越大,发射源长度的增加能提升信号强度,但同时也会导致相对异常的略微下降;③当测线靠近发射源时,采空区或含水陷落柱的∂Bz/∂t响应在整体上低于背景值,当测线远离发射源时,采空区或含水陷落柱的∂Bz/∂t响应在整体上高于背景值。本文计算结果对于认识SOTEM对煤矿典型富水体的探测能力具有重要意义,为SOTEM装置参数选取及其在煤炭领域的推广应用打下理论基础。
近年来地面电性源得到成功应用,巷道电性源瞬变电磁探测将成为热点。本文采用三维时域有限差分法,对巷道底板以及巷道与巷道之间异常体的电性源瞬变电磁响应进行了模拟。模拟结果表明:对于巷道底板异常体,受异常体表面电荷影响,电场水平分量和垂直分量在异常体表面剧烈变化,水平电场对低阻体的分辨能力较强,对高阻体的分辨能力较弱,低阻体与高阻体的垂直电场响应的符号相反;低阻体和高阻体的∂By/∂t响应在早、晚期的符号相反,低阻体响应在早期的符号为负,晚期为正,而高阻体响应在早期的符号为正,晚期为负。对于巷道与巷道之间的异常体,水平电场对低阻体的分辨能力较强,对高阻体的分辨能力较弱;高阻体模型的∂Bz/∂t响应曲线高于背景曲线,低阻体模型的响应曲线低于背景曲线,说明磁场∂Bz/∂t响应对高阻体和低阻体均有分辨能力。
瞬变电磁场至虚拟波场的转换是瞬变电磁拟地震处理的基础,瞬变电磁场满足扩散方程,而虚拟波场满足波动方程,二者之间通过Q变换相互转换。将瞬变电磁数据转换成虚拟波场属于积分反变换,具有典型的不适定特性,以往主要采用数值方法求解该积分反变换。在数值求解中,需对求解方法和参数进行优化,以获得最佳求解效果。为此,本文推导了电性源瞬变电磁法电场响应的虚拟波场解析解。从均匀半空间电磁场响应的解析解出发,借助于拉普拉斯变换对,得到了阶跃响应和脉冲响应的解析表达式,从而建立起瞬变电磁场和虚拟波场的解析变换对。该解析变换对能够用于测试数值求解方法的准确性和稳定性,还能用于检验虚拟波场特性,从而形成有效的虚拟波成像方法。
短偏移距瞬变电磁法(简称SOTEM)通常采用传统式基于物理建模的反演方法,反演效率较低,不易灵活融入先验信息,而基于数据驱动的反演方法能够提高反演精度与效率,泛化能力却难以保证。为了提高SOTEM数据反演的精度和效率,并兼顾可靠的泛化能力,本文探索了一种融合物理建模与数据驱动的反演方法,将机器学习中监督下降法应用于SOTEM数据反演中。基于监督下降法的SOTEM数据反演分为线下训练和线上预测,线下训练时通过合理的训练集灵活融入先验信息,获得隐含模型特征的平均下降方向,线上预测时借助物理建模函数和训练所得下降方向,在传统反演框架下完成模型参数重建。文中利用层状大地模型构建训练集和测试集,实现了基于监督下降法的SOTEM数据一维反演,并与传统Occam算法进行了对比。 结果表明:基于监督下降法的SOTEM反演效率大幅提升,反演精度较高,具有良好的泛化能力。
徐州沛县某煤矿新生代在断陷盆地内沉积了砖红色的古近系和新近系,第四系普遍覆盖在各地层之上,其中第四系、侏罗—白垩系覆盖层较厚,可达500 m以上。采用电性源短偏移距瞬变电磁法进行探测,根据地电情况设计合理的观测参数,得到地下1 300 m深度范围内的电性结构,在地下900 m深度发现采空区,圈定的采空区域与矿区的开采现状吻合。探测成果对今后华北型煤田厚覆盖采空区探测有借鉴意义。
在复杂环境下进行隧道施工,需要解决对溶洞、裂隙等小规模不良地质体的精细探测。为此设计了掌子面前方存在小规模溶洞的隧道施工模型,在掌子面中心点向隧道施工方向打一个钻孔,将电性源放入孔中进行激发,在掌子面上进行阵列式数据采集,采用时域有限元方法对模型进行瞬变电磁三维正演计算。结果表明可以通过源的移动对目标体进行电磁测深,通过掌子面上电磁场分布规律确定不良地质体的平面位置。采用孔中电性源激发的方式,可以提高瞬变电磁对小规模溶洞的探测能力,为隧道环境中提高超前预报精度提供一种可行性手段。
滁河断裂带上发育了多个与构造活动有关的温泉,除南端的半汤温泉外,其余温泉大多热能利用不甚理想,给当地相关产业的发展带来了影响,因此有必要选取滁河断裂带上的典型温泉,从水化学特征及其形成机理上进行研究,以期为后续温泉群地热资源的合理利用及勘查方法的选择提供科学依据。据此,以滁河断裂带半汤、昭关和香泉的温泉为研究对象,分别采集了温泉水、冷井水、地表水样品,总计9个样品,完成了样品中阴阳离子、常量和微量元素25个指标的组分测试,开展了样品的氢氧同位素数值测定。通过25个指标实测数据的分析,以及氢氧同位素示踪地热水来源及受控因素研究,结果表明:3个地区的温泉水都偏向于CaSO4型,均与地下水和围岩发生相互作用密切相关;半汤和昭关地区各自的温泉水、冷井水及地表水具有同源特征,地热水主要由当地降水、地表水进行直接补给,香泉地区温泉水、地表水和冷井水同源特征较弱,地下冷水径流与地热水来源不同,需要在温泉主控因素判断中引起注意;研究区玉髓温标的计算结果与采出地表热水温度接近,而石英温标的计算结果与深部的热储温度相近。研究结果初步揭示了滁河断裂带温泉水的地球化学特征,温泉水的补给关系及水岩相互作用状况,提出了该区有效的地球化学温标,有助于加深滁河断裂带温泉机理及调控因素的认识,在后续温泉功能提升和地热资源开发利用方面具有实际应用价值和研究方法示范。
近年来,在东昆仑地区以地质找矿为目的开展的大比例尺1:2.5万地球化学测量工作,具有快速、准确定位异常源的特征,在找矿勘查中被广泛应用,并取得了良好的找矿成果。通过开展1:2.5万水系沉积物测量工作,在东昆仑茫崖河东地区圈出了以Cu、Co、Ni等元素组合为主的综合异常12处,其中以Co为主的综合异常有1处,各元素异常套合较好,相对规模大,异常强度高,具有明显的浓度分带。Co异常与奥陶系祁漫塔格群地层关系密切,区位一致性好。经异常查证,在GA16、GA26、GA11、GA39等异常内发现4条钴矿化带,带内圈定出了3条钴矿体及多条矿化体。综合分析认为该区具有优越的成矿地质条件、良好的地球化学特征,取得了较好的找矿效果,具备大中型钴矿的找矿潜力。
四川石棉大渡河地区金矿带位于松潘—甘孜造山带南段稀有金属、贵金属和有色多金属成矿带,区内构造复杂,地形陡峻,严重制约找矿勘查的实践运用。本文总结区域成矿地质背景和条件、地球物理特征,以石棉县倮倮坪金矿为典型矿区,开展以音频大地电磁测深(AMT)为核心的地球物理深部勘查工作,圈出3个低电阻率异常体M1、M2和M3,与矿化蚀变带I号、金矿化带Ⅲ号和金铜矿体具有对应性,说明地球物理方法深部找矿具备有效性和适用性。结合地质认识和工程手段验证成果,总结典型矿区地质和地球物理找矿标志,建立适用于地区金矿带的地质—地球物理找矿模型,为地区深部找矿提供技术支撑。
随着银川盆地东缘地热井的成功实施,指明了围绕黄河断裂及其次级断裂寻找地热的新方向。为了进一步研究黄河断裂对银川盆地东缘地热资源的控制作用及缩小勘探靶区,共布设了 4 条 MT 测线,获得了71个测深点。通过对大地电磁测深资料进行预处理及二维反演,获得了研究区10 km以浅的二维电性结构。综合研究区以往地质、重力、微动、可控源音频大地电磁测深资料,对银川盆地东缘地层、断裂构造进一步解释,认为大地电磁测深测线所反映的奥陶系基底高阻内出现的相对低阻可能是黄河断裂后缘次级断裂发育部位,由奥陶系破碎充水所致,具有地热资源勘探的潜力。
针对地形高起伏地区大比例尺放射性矿产勘查的需要,研制了基于小体积NaI(Tl)晶体的航空伽马能谱探测器,与F-120无人直升机集成了航空γ能谱测量系统。利用该系统在南方某地区开展了铀矿异常检查测量,与地面γ能谱测量结果比对,两者的高异常区域位置、形态基本一致,且前者的异常形态更细致,特别是与铀含量直接相关的铀道数据对区内已知铀矿点反应更明显,数据质量更优。据此认为,无人机航空γ能谱测量有望替代地形起伏大的地区铀矿异常查证工作中的现有地面γ能谱测量。
冕宁—德昌稀土成矿带资源潜力大,以往的找矿方向集中在寻找与喜马拉雅期碱性杂岩有关的硬岩型稀土矿,对离子吸附型稀土矿的研究程度较浅。为探究区内广泛分布的花岗岩风化壳的成矿前景,以区内狮子山地区为研究对象,部署多道伽马能谱测量、土壤剖面测量和浅钻工程,在摩所营花岗岩风化壳中圈定1处离子吸附型稀土矿点。对地、物、化剖面及含矿量的放射性响应进行分析,发现Th与K含量对稀土稀有矿化具有较高的指示意义,当6.25<w(Th)/w(K)<10,w(Th)>37×10-6,w(K)>4.2%时,就可能出现矿化好、具有工业规模的离子吸附型稀土矿。从放射性异常对表生风化的响应特征分析,钍异常晕对花岗岩岩体具有较好的指示作用,钾异常晕能较好地圈定花岗岩风化壳的范围。
在近海地区采集的大地电磁数据往往受到海岸效应影响而产生畸变,导致难以获得真实的地下电性结构。本文基于含海水的半空间模型、二维电各向同性和电各向异性模型以及三维电各向同性模型,通过正演模拟分析海岸效应影响下的大地电磁响应的畸变规律,开展了考虑海水约束与否的二维和三维反演研究。结果表明,大地电磁测深视电阻率曲线发生畸变的起始频点与测点离海水的距离密切相关。相对于无海岸效应的响应,在高频部分,仅近海区域的测点表现为实感应矢量幅值增大,相位张量椭圆扁率变大;而在低频部分,海岸效应的影响区域扩大。不考虑海水约束时,反演结果在近海区域出现假异常,对地下异常体的恢复效果较差;考虑海水约束时,约束反演能够有效地压制海岸效应对反演造成的畸变影响。本研究将为近海地区大地电磁数据采集与处理解释提供重要的参考价值。
南黄海盆地新近系和中—古生界地层之间存在一个强屏蔽层,阻碍地震波能量向下传播,导致深部地层地震反射波能量低、波组特征差,严重制约了中—古生界油气勘探的突破。为了进一步改善南黄海强屏蔽下中—古生界地层的成像质量,从震源激发端进行大量的模拟分析研究,提出了富低频、强能量震源设计方法,优化设计了6 050 in3富低频、强能量震源。在崂山隆起西部极浅水区开展了拖缆地震采集,新采集的资料在强屏蔽层下深层的信噪比更高,同相轴更连续,构造特征更清晰,强屏蔽层下的地震资料品质改善明显。
鄂西经历了长期剧烈的岩浆热液活动以及区域变质作用,为金矿形成提供了有利的条件。近年来,水月寺地区随着地表矿、露头矿逐渐勘查殆尽,金矿找矿工作正向覆盖区和深部等新领域拓展,由于该区地形起伏较大,植被覆盖率较高,地形切割严重,找矿难度不断增大,急需一套高效的找矿思路实现找矿突破。本文通过地质调查分析,统计水月寺金矿区9条金矿脉与金矿化关系密切的蚀变类型,利用数值运算等方法对Landsat8-OLI遥感影像进行蚀变信息提取,并利用多元统计分析、局部奇异性分析等方法提取元素分布的弱异常信息,通过数据融合技术实现遥感蚀变异常信息与奇异性异常信息的融合,结合成矿地质背景、成矿规律等综合信息划分出19个成矿远景区,在杨家淌—财神庙等地发现新的异常线索。通过奇异性分析和数据融合相结合的新思路,不但提高了地球化学异常空间的分辨率,丰富了地物空间细节,而且增强了与金矿化有关的弱异常信息,能够快速、高效地识别、提取综合异常和预测找矿远景区。
准确识别断层对于油气田的勘探和开发具有重要意义,在此基础上进一步进行断层提取对于后期综合研究意义重大。目前应用较多的断层提取技术主要包括断层自动追踪、断层切片解释以及手工解释3类。然而面向实际勘探开发的断层提取技术及应用通常存在以下问题:基于属性体的自动追踪方法所提取的断层往往精度较低且连续性较差,断层切片解释及传统手工解释方法周期又较长,耗时严重。针对以上问题,本文采用一种基于构造导向滤波处理的断层提取技术,首先对原始叠后地震数据进行构造导向滤波处理以提高基础数据质量同时增强断层边界特征,然后基于滤波数据体建立相对等时模型并提取能够刻画断层的敏感属性,最后在断层组合关系分析的基础上采用平面和剖面相结合的综合解释方法实现断层的提取。该技术成功应用于SB某区块,实际应用效果表明,相比断层自动追踪解释,该技术可靠性与准确性要更高,相比断层切片解释及手工解释又能大大节省时间,因此具有良好的适用性。
扩展空间自相关(ESPAC)微动探测(天然源面波勘探)技术由于其简便快捷、效果精确等优势,在浅部地层探测方面得到广泛应用。然而在实际应用中会出现基于ESPAC法提取的频散能量成像效果不尽人意的现象,特别是不同的观测台阵布置情况会对采集的频散曲线提取结果造成一定的影响。通过对ESPAC法成像原理的分析研究,利用背景噪声模拟的方法进行了天然源微动记录模拟实验,比较了不同子波主频分布情况下频散能量的差异,定量分析了不同台站布置情况和采集时间长度对频散能量成像质量的影响,经过对比研究得到了ESPAC法在浅地表勘探时的成像规律,在兼顾效率和探测成本的条件下最大程度提高基阶模式下的频散能量成像质量。将研究结果应用到工程实例中,取得了不错的实际勘探效果,验证了模拟结果的实用性。
表面多次波压制是地震资料处理的重要环节。目前海洋资料处理中最常用的SRME方法可以有效预测表面多次波模型,通过匹配相减实现多次波压制。但是SRME方法需要全波场信息,对观测系统要求比较严格,受陆上不规则采集限制难以在陆上处理中应用推广。为此,引入一种改进的SRME方法,通过构建最小误差约束函数,将临近道进行时差校正参与多次波预测,提升对复杂观测系统的适应性。将该方法应用于实际陆地地震资料处理,通过对表面多次波压制前后的道集、速度谱、叠前时间偏移剖面以及合成记录的对比,验证了该方法的有效性。
致密砂岩是天然气和石油的重要储层之一,通过致密砂岩岩石相的识别,可以更加深入地了解储层发育特征。采用岩心观察和测井数据处理相结合,分析新场地区致密砂岩岩石相与沉积微相的特征以及内部联系,通过沉积微相特征数据挖掘,构建具有地质内涵的随机森林分类模型。 结果表明:①致密砂岩可划分为泥岩、沙纹层理粉砂岩、块状细砂岩、平行层理细砂岩、块状中粗砂岩、平行层理中粗砂岩、交错层理中粗砂岩7种典型岩石相;②研究区主要沉积微相为水下分流河道、水下分流间湾、河口坝以及前三角洲泥,且与岩石相的沉积联系紧密;③分类模型中可以将沉积微相内GR曲线的相对重心(RM)、变差方根差(GS)、平均中位数(AM)以及平均斜率(M)作为特征参数,增加数据集的特征数;④考虑沉积微相特征尤其是水体能量与水体动荡情况,可以显著提升随机森林分类模型性能。研究结果为机器学习方法识别岩石相提供了新思路,并为致密砂岩油气勘探提供了重要的参考。
根据扩散场和虚拟波场的变换关系,将频率域电磁扩散方程转换成虚拟域的波动方程,实现了虚拟波场的电磁场数值计算。在边界的处理上,通过引入复频率完全匹配层吸收边界条件,降低了内存的存储量。将空气层包含在计算域中,避免了地—空界面的复杂处理。通过与均匀半空间解析解对比,其相对误差在3.5%以内,验证了算法的有效性和正确性。最后通过典型地电模型的数值模拟表明:通过一次正演可以获得多个频率的三维电磁响应,提高了计算效率。虚拟波场计算的视电阻率对场源效应不敏感且对异常体的边界具有较好的识别能力。
变差函数是量化空间相关性的重要工具,现有变差函数拟合方法存在拟合结果不稳定现象。针对现有方法的不足,本文提出一种基于深度学习的变差函数自动拟合方法,以提高自动拟合的精度与稳定性。实验变差函数的拟合本质是一种非线性优化问题,即实现实验变差函数与理论变差函数之间的匹配度最优化。新方法采用多组参数值不同的理论变差函数生成大量训练数据集并进行深度神经网络训练学习,最后采用训练模型完成实验变差函数自动拟合。多组实验结果表明,基于深度神经网络的强大拟合能力,新方法拟合稳定性、计算效率均优于最小二乘法,为地质统计学中变差函数自动拟合提供了新思路。
黑土层厚度是黑土的一项基本属性,是衡量土壤肥力和侵蚀程度的重要指标,其空间预测的研究对支撑我国黑土地保护工程、保障粮食安全具有重要意义。本文参考土壤系统分类中黑土层的诊断特征,将有机碳含量高于成土母质6×10-3作为黑土层的判定标准,并利用有机碳在土壤垂向剖面上的指数分布规律,推算出黑土层厚度的计算公式。基于多目标区域地球化学调查获取的62 896个表层土壤和15 687个深层土壤的有机碳测试数据,对松辽平原黑土层厚度进行了详尽的空间预测分析,并探讨了黑土层厚度与土壤类型和气候因子之间的关系。 结果显示,松辽平原黑土层厚度在0~165 cm之间,中位数为23.33 cm。黑土层空间分布呈现出显著的非均质性,整体呈西南薄、东北厚的分布特点。沼泽土和泥炭土的黑土层平均厚度最大,在60~80 cm之间,其次为黑土,平均厚度为56 cm,白浆土和草甸土的黑土层平均厚度在40~50 cm之间。黑土层厚度的空间分布与气候条件关系紧密,主要表现为与温度呈显著的负相关,与降雨量呈正相关。同时,研究发现年均温0 ℃是影响黑土厚度的一个重要温度阈值,当年均温高于0 ℃时,黑土层平均厚度在80 cm以上,并且不再随温度发生变化。随着气候变暖,年均温0 ℃等温线的南移可能对黑土层厚度产生重要影响。
为探讨钦州湾表层沉积物常量元素分布特征,了解该海域沉积环境和物质来源,采集测定了钦州湾海域121件表层沉积物的粒度、常量元素含量,分析了常量元素组合特征、空间分布规律并解析其来源。研究结果表明,钦州湾海域表层沉积物共有8种类型,粒度组成以砂、粉砂为主;常量元素组成较为稳定,SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO 4种组分约占沉积物总量的95.54%,其中SiO2和Al2O3含量最高,平均含量分别为73.23%和8.71%;与上地壳元素平均值(UCC)相比,SiO2、MnO和TiO2含量相对富集,其他元素则为亏损。Al2O3、MgO、TiO2、K2O、Na2O空间分布模式相似,且5种组成之间均呈显著正相关,说明其分布受控因素相似。以Al为参考计算研究区9种常量元素富集因子(EF),结果表明绝大部分元素均来源于上地壳,部分站位可能受到其他因素的影响。相关性和R型因子综合分析表明,研究区10种常量组分可划分为3类,第1类包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O、Na2O,主要来源于陆源碎屑沉积;第2类为CaO,主要代表海洋生物源;第3类为P2O5,代表海水养殖源。利用PCA-MLR模型对3种来源进行解析,得出其相对贡献率分别为46.14%、15%和38.86%。
甘肃省张掖盆地是国家现代农业示范区,也是1990s迄今唯一农业土壤调查与区域地球化学勘查相重合的地区。笔者搜集了1990s甘肃省物探队与化探队在张掖盆地及其周围山地采集的岩石、表土层深部土壤和水系沉积物的地球化学调查数据,按照拉依达法则和采样介质计算了元素在各个地质单元中的背景值;进而以重金属为主线,采用将区域表土层深部土壤背景值与中国土壤背景值和同时期耕作层土壤平均值作对比、第四系地层土壤背景值与区域土壤背景值作对比,以及将地球化学混合模型与地理学要素相结合的方法,探讨1990s张掖盆地表土层深部土壤重金属分布特征及其物质来源。相对中国土壤元素背景值,研究区表土层深部土壤富集Cu和Cd,贫Zn;与同时期耕作层土壤相比,Cr显著富集,Cu、Zn、Pb和As显著贫化。重金属Zn、Cd和As主要源于北祁连;Pb来源于龙首山;Hg和Cr可能主要与人类活动有关;表土层深部土壤中的H3潜在生态风险指数异常是西北风和东南风共同作用的结果。重金属在表土层深部土壤中的富集程度与人类活动强度正相关,与新构造运动强度负相关。本次研究为探讨该区区域土壤环境演化提供了科学数据。
土壤肥力是衡量土壤能够提供植被所需各种养分的能力,是反映土壤肥沃性的重要指标。为了解济源市南山林场不同林分类型土壤肥力状况,选取林场内侧柏、刺槐、栓皮栎、核桃4种不同林分类型土壤为研究对象,通过对不同层位(0~40 cm)土壤pH、有机质、全量养分(TN、TP、TK)和速效养分(AN、AP、AK)的测定,分析了不同林分类型土壤养分状况,并采用改进的内梅罗综合指数法对土壤综合肥力状况进行评价。 结果表明:研究区不同林分土壤理化因子除pH外均达到中等变异,土壤中全磷、全钾、有效磷、速效钾、pH均达到显著性差异水平。研究区土壤pH、容重均表现出随着深度增加而增大的趋势;有机质、全氮和速效养分则随深度增加而减少;全磷和全钾受深度影响不明显。土壤养分丰瘠评价表明,研究区土壤全氮、全磷和土壤速效养分相对贫瘠。4种林分不同深度土壤肥力综合评价表现为刺槐>栓皮栎>侧柏>核桃,肥力状况多处于一般等级,肥力较差层位多处于20~40 cm。综合分析表明,研究区全氮、全磷和速效养分缺乏,建议有针对性地增加有机肥以及氮、磷的投入。
煤矿隐蔽致灾因素是指隐伏在煤层及其围岩内不易直接发现而开采过程中可能诱发矿山灾难的地质构造和不良地质体。甲烷和氡气是煤矿中常见的有害气体,其异常释放往往伴随着煤层的不良构造与瓦斯聚集等隐蔽灾害。本文以阳泉新元煤矿为工作区,首次基于微渗漏机制,优选了对隐蔽致灾地质因素敏感性强的甲烷、氡气两种地球化学指标,探讨土壤甲烷和氡气指标地球化学异常特征对煤矿隐蔽致灾因素的指示作用,通过动态监测(408个点位的土壤游离烃甲烷与氡气指标)和面积测量(416个点位的土壤游离烃甲烷、酸解烃甲烷指标以及651个点位的土壤氡气指标)的实测数据,获取了下伏含水破碎带、煤层气渗漏带、微构造裂隙带、陷落柱环绕带等致灾因素分布的地球化学响应特征;同时与广域电磁法开展联合勘探分析,完成煤矿构造类、瓦斯聚集类隐蔽致灾因素的验证识别,推测圈定出工作区潜在致灾因素的分布区段,验证了烃类微渗漏理论在煤矿隐蔽致灾因素勘探中的适用性与实用性,为甲烷、氡气地球化学指标在煤矿隐蔽致灾因素普查勘探中的广泛应用奠定了基础,对于提高煤矿安全生产具有重要意义。
岩溶、软弱土及富水区等不良地质体在我国分布较广,强降雨作用下地质不良区域容易产生塌陷等地质灾害。新余市渝水区下村镇靠近沪昆高速铁路的区域出现了严重的地质塌陷,塌陷基坑周围空间受限且地下管线等干扰源较多,传统瞬变电磁法早期信号受收发线圈互感效应影响,存在探测精度低、抗干扰能力差等问题,并且还有明显的浅层盲区。为了查明该区域不良地质体的发育位置,并为地质灾害防治提供治理建议,本研究应用了等值反磁通瞬变电磁法(opposing coils transient electromagnetic method,OCTEM),并且辅以钻探验证,结果表明:OCTEM法具有较高的精确性,研究区地球物理成果与钻探结果一致性较好;研究区低电阻带分布范围较广,经实地钻孔验证,低电阻异常均为地下水引起;地层从上至下依次为软可塑粉质黏土—硬可塑粉质黏土—软塑粉质黏土—中风化灰岩;塌陷区域地下微承压水上涌,逐步侵蚀区域周边软可塑粉质黏土层,塌陷基坑内静水位面标高为55.60 m,位于地表下约1.4 m处;塌陷区域下方存在地下水通道,灰岩层在水流长时间冲刷侵蚀作用下形成土洞;长期抽取地下水可能会引起地下渗流区扩张发育,主体责任单位必须及时封堵塌陷区地下水,防止其进一步侵蚀周边松散土层。
