准确、快速地确定磁异常源的地质属性是磁法勘探的关键技术之一,直接影响到利用磁测数据开展地质解释的准确性。感应磁化强度随时间变化,剩余磁化强度一般不随时间变化,因此,理论上可以通过探测磁异常强度随时间变化特征来研究磁异常场源体性质。虽然前人开展过相关研究,但目前尚未形成实用的技术方法。本文提出利用地磁日变观测数据,构建磁异常强度变化量A参数、磁异常强度变化率η参数和归一化磁异常强度变化量F参数来评估强磁异常场源体性质,确定磁异常是否为磁铁矿引起的新方法,该方法对磁铁矿勘探具有重要意义。
近年来,江西宜丰—奉新地区花岗岩型锂矿勘查取得了巨大突破,已成为我国重要的锂矿集区之一,但锂矿相关找矿技术方法应用及成果报道极少。本文利用宜丰—奉新地区1∶5万水系沉积物地球化学测量的2 343件样品,分析统计了20余种元素的地球化学参数特征,确定Be、Li、Nb、Rb和Sn为与锂矿床成矿及伴生有关的元素,其中Li和Sn等元素具有强富集、强分异特征;进一步通过聚类分析和因子分析等统计方法,将5种元素划分为Rb-Be、Li-Sn和Nb 3个组合,采用迭代法对宜丰—奉新地区水系沉积物测量数据进行处理分析,确定异常下限,并研究单元素地球化学异常和组合元素地球化学异常;Li作为主成矿元素,异常主要位于测区北部和北东部,异常显著且规模大,浓集中心位于白云母花岗岩出露区域,Li-Sn作为花岗岩型锂矿床的指示元素组合,与矿体分布部位吻合,表明水系沉积物测量Li-Sn组合异常可定位花岗岩型锂矿床的分布。结合1∶5万水系沉积物测量异常特征,在外围圈定了2处找矿远景区,为下一步锂矿勘查指明方向。
断裂分布影响页岩气水平井的轨迹设计和压裂人工裂缝的改造效果。断层和节理是断裂的两种类型,通过地震属性实现断层建模,利用地质力学构造恢复和摩尔库伦理论实现节理缝预测;离散网格裂缝(DFN)在建模时融合断层建模和节理缝建模结果,实现天然构造裂缝的空间刻画。将该方法应用到四川盆地涪陵地区侏罗系陆相页岩勘探中,裂缝模型与成像测井解释结果一致,明确了裂缝发育区和裂缝空间的展布规律;通过典型井裂缝建模与压裂效果对比进行压裂改造有效性评价,提出拉张性质的垂直或斜交井轨迹方向的裂缝更有易于压裂改造。此项成果对勘探阶段预测裂缝发育区和指导水平井轨迹设计有积极意义,能为下一步勘探部署提供指导。
松树南沟金矿区位于北祁连成矿带中部,目前发现有东、西两个矿床,累计探获Au资源量超34 t,已达大型金矿规模,矿区找矿潜力巨大,亟须开展找矿方向研究,为找矿勘查工作部署提供支撑。为此,本文通过1∶10 000土壤地球化学异常分析,利用两窗口移动平均法查明了该区Au、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo共10种元素的异常分布特征及富集规律;基于元素地球化学异常数据解析,综合研究区成矿地质条件,采用平均衬度法圈定综合异常区,并进行异常评价。研究结果表明:Au是矿区的主要成矿元素,呈现强富集、强变异特征,具有较大的成矿潜力;矿区内共圈定土壤地球化学综合异常区7个,其中HP-1、HP-2和HP-5综合异常找矿潜力最大。经工程验证,HP-2异常新发现矿(化)体见矿厚度达1.5 m,金品位达到0.57 g/t;HP-5综合异常新发现矿(化)体见矿厚度达1.42 m,品位达到1.67 g/t。本研究为松树南沟金矿区的找矿方向提供了地球化学依据,为矿区下一步的矿产勘查工作部署提供了参考。
为研究位于冈底斯成矿带中段的雄村矿集区及其外围的成矿元素分布特征及地球化学异常,指导雄村矿集区及外围的找矿勘查工作部署,推动雄村大型铜金资源基地建设,开展了雄村矿集区及外围的1∶50 000水系沉积物地球化学异常评价工作,查明了该区Cu、Au、Pb、Zn、Ag共5种元素的地球化学异常分布特征及富集规律。根据元素异常分析结果,结合研究区地质特征,圈定综合异常区,开展了异常区查证工作,对研究区找矿潜力进行评价。研究结果表明,Cu、Au是研究区的主要成矿元素,呈现强富集、强变异特征,具有较大的成矿潜力和找矿前景;共圈定水系沉积物地球化学综合异常区4个,其中HS-1和HS-2综合异常套合好,有已知矿床(点)分布或矿化显示较好,具有较大的找矿潜力。本次研究为雄村矿集区及其外围的地质找矿提供了地球化学依据,为研究区下一步的矿产勘查方向提供了思路与参考。
与陆上油田开发不同,深水油田的开发以经济效益为中心,采用少井高产、保持地层能量平衡的策略,深水油田开发方案灵活,注重油田动态监测,边开发边调整优化,以达到高速高效开发的目标。因此加密井部署是深水油田开发中后期稳定产能的非常重要环节。本文以西非深水浊积油藏Bata为例,针对油藏储层特征及生产井水淹的现状,在油藏构造沉积研究的基础上,研究形成了以叠前AVO属性特征预测优质浊积砂体、时移地震识别水驱前缘、浊积砂岩油藏精细描述和预测油藏的剩余油分布特征为核心的加密井快速优化方案。该方案实施后生产效果提升明显,加密井日产原油达1.2万桶,已成为油田产量的主力井,加密井快速优化技术的有效性得到实证。该实例对深水油田开发中后期加密井实施、提高深水油藏采收率有很好的借鉴意义。
在对南海历史磁测数据进行整编时,发现南部某区处理后的磁测数据精度较差,从而影响整体数据使用效果。通过分析发现,数据精度低主要由日变改正误差大引起的,需要对该组数据的日变改正方法进行改进,随后进行数据重处理。本文重新收集各种可用的地磁观测台站数据,根据地磁变化场特性,综合使用CM4模型法、回归分析法以及两者相结合的基于CM4模型数据样本控制的回归分析法及3种算法对工区内测量时段地磁日变数据进行模拟,重新对历史磁测数据进行日变改正,并使用地磁指数对磁扰时段数据进行细致删减,重处理后的数据精度有较大提升,解决了该区历史磁测数据精度差的问题,并为南海海域相关磁测数据精细化重处理提供了新的工作思路。
波场分离是垂直地震剖面(VSP)数据处理的关键步骤,其精度直接影响地震成像、弹性参数反演、岩性识别和含油气性解释的精度。中值滤波分离波场时需要人工操作,往往会造成误差,影响波场分离的精度;FK滤波方法分离精度高,但效率低;深度学习技术的自动化程度更高,可以实现高精度、高效率的波场分离。本文提出了一种基于深度学习进行VSP数据上、下行波分离的方法。首先,利用FK变换对零井源距VSP数据进行上、下波分离以制作数据集;然后,构建了一种用于分离VSP上、下行波的深度学习模型——Unet++;最后,为了减轻上、下行波振幅差异对网络更新的影响,在损失函数中加入了相对下行波场(通过从全波场中减去预测的上行波场得到),同时引入结构性相似指数作为正则化约束来辅助网络学习波场的结构特征。实际数据测试结果表明,训练后的网络可以有效地学习到上、下行波的特征,可实现高精度、高效率的波场分离。
构建重点城市区三维可视化模型是实现多学科资料交叉融合、直观展示地层空间展布特征的重要手段。本文综合运用地球物理数据开展三维可视化模型构建,解决已有三维模型在地质—地球物理综合解释和成果具象展示等方面存在的不足。通过构建雄安核心区5 km以浅的三维构造模型和三维速度模型,揭示了三维S波速度分布特征对地层空间形态的响应,验证了雄安核心区凸起和凹陷相间发育的构造格局。0~1 km深度范围内,S波速度的横向均匀性反映了第四系和新近系地层的稳定沉积特征;1~2.2 km内,速度分带效应不明显,主要由于蓟县系热储层裂隙发育导致S波速度降低;2.2 km以深,徐水凹陷与容城凸起构造单元间显著的速度对比主要源于岩性差异及地层的不整合接触。通过构建三维速度模型,有助于突破有限地质资料的局限,从物理属性角度揭示雄安核心区地下三维结构的特征。
水系沉积物测量因其简便高效、成本低廉且找矿效果显著,是区域地质调查中应用最广泛的方法,在西南水系发育区尤具潜力。样品采集的质量直接决定地球化学勘查数据的代表性和准确性。针对高山峡谷区采样点布设中存在的次级水系控制不足、高能区粗粒碎屑遗漏及人为污染干扰等问题,本研究以云南省会泽县翻身村地区1∶5万水系沉积物测量为例,创新性地提出“协同优化—现场微调法”的优化策略,通过整合双级动态网格(1 km×1 km基础网格+500 m加密网格)、河道走向动态偏移(50~100 m)及污染缓冲区(200 m)预设等关键技术并应用于野外工作中,结果表明:相较传统固定网格方法,三级支流覆盖率显著提高至72%,粗粒碎屑(>2 mm)捕获率达82%,人为伪异常发生率降至5%,综合成本增幅控制在12%。该方法有效提升了复杂地貌区采样数据的可靠性与异常圈定精度,为西南高山峡谷区地球化学勘查提供了优化方案。
航空伽马能谱测量凭借其高效、灵活及可规避人员辐射暴露风险等优势,在矿产地质勘查、环境放射性监测与核应急响应等领域具有重要应用价值。随着无人机技术的快速发展,无人机搭载伽马能谱仪已成为一种更具灵活性与成本效益的低空测量手段。然而,无人机通常在低于40 m的低空飞行时,复杂地形会显著影响对地探测立体角与伽马射线在空气中的衰减程度,从而降低测量结果的准确性。本文针对稀土矿露天采场中采坑、阶梯状开采面、矿石堆与废石堆等典型复杂地形,提出一种基于数字高程模型(DEM)数据的无人机航空伽马能谱测量(UAV)地形校正方法。通过建立微元探测因子模型,结合有限元离散算法,实现对探测区域内地形起伏的定量校正。蒙特卡洛模拟与实地测量结果表明,该方法能有效将山脊、山谷、缓坡和斜坡等地形的伽马射线强度响应误差控制在10%以内,显著提升了低空无人机伽马能谱测量的数据质量。在稀土矿露天采场的无人机航空伽马能谱测量表明,从测区内无人机航空伽马能谱测量经地形校正后,元素含量与90%校正范围内地面伽马能谱测量加权平均元素含量的相对误差为30%以内的点位数,铀含量从未地形校正的53.2%提升至74.3%;钍含量从未地形校正的80.3%提升至93.3%;钾含量从未地形校正的94.7%提升至97.2%。验证了地形校正方法具有较强的实用性和可靠性。
准确估计品质因子Q值对于提高地震数据分辨率和储层描述至关重要。传统Q值估算方法多利用叠后数据进行估计,忽略了射线路径对Q值估计的影响,同时叠加的平均效应能够改变地震数据的衰减特性,降低了Q值估计的准确性。叠前数据较准确地保留了地下介质的衰减特征,利用叠前数据能够进行更准确的Q值估计。本文用径向道变换将叠前数据转换到视速度—旅行时(R-T)域,结合对数谱面积双重差(LSADD)方法,提出QVAV_LSADD叠前Q值估计方法,该方法在不需要精确的层速度的情况下,考虑了射线路径的影响。通过模拟数据与实际数据处理,验证了该方法具备较高的精度与抗噪能力。
常规偏移成像由于只考虑一次反射波,因此难以对地下高陡地质体进行有效成像。棱柱波相较于一次反射波多传播一段路径,因此可以对高陡构造进行成像,但由于地震波多传播一段路径,因此计算量会增加。地震干涉可以将地表观测系统下移到地下人为选取的校准面,因此后期的计算只需要对地下校准面以下的模型进行计算,可以提高计算效率。本文融合棱柱波与地震干涉技术,提出新型成像方法;以棱柱波方程替代声波方程,通过地表与地下基准面数据互相关生成虚拟记录,结合逆时偏移成像。采用水平层状、L型和盐丘模型验证;水平模型成像与全局基准面下一致;L模型陡倾构造还原优于常规方法;盐丘模型盐下分辨率提升。由于下沉了观测系统,因此在后期的成像过程中,计算的模型纵向深度减少,炮记录时间也减少了,因此采用本文偏移成像方法的计算成本是常规全模型RTM的26.6%。本文提出的方法通过观测系统下移和多次波利用,兼顾精度与效率,突破传统干涉限制,为高陡构造勘探提供新方案;模型简化与实际非均质性存在差异,计算成本需进一步优化。
由于超压沉积盆地在海域中普遍存在且分布广泛,通常具备良好的油气成藏条件,对于油气资源评价与勘探部署具有重要的指导意义。速度是超压分布研究的关键参数,随着对预测超压分布精度要求的提高,对地震速度的精度和质量提出了越来越高的要求。海域井网较陆地钻井更为稀疏,因此地震速度的井约束不足,其可靠性需要多方评价,同时经常规速度分析或建模方法获取的地震速度容易存在分辨率不足的问题,因此采用基于非相关参数的高阶动校正为理论基础的高密度双谱速度拾取方法所获得的有利目标区更高分辨率的地震速度体是研究海域盆地超压分布的一种有效手段。本文首先介绍了高阶动校正的方法原理,随后展示了该方法在东海某探区的应用过程。实际应用表明:高阶动校正后的地震速度体可以更好地反映地下高压分布情况,表明该方法在海域超压分布研究中具有良好的应用前景。
随着浅层矿产资源的逐渐枯竭,深部矿产勘探成为矿业发展的必然趋势,增大勘探深度最直接、最有效的方法是增加激电装置的供电极距。然而,长供电极距会引发强烈的电磁耦合效应,从而对激电信号造成严重干扰。针对这一问题,本文基于解析方法计算了不同测量装置在均匀半空间和层状介质中的电磁耦合效应,通过对比,分析了测量装置类型、布线方式、供电极距、大地电阻率及频率等因素对电磁耦合强度的影响。最后,根据激电效应和电磁耦合效应在频率域内相位的差异,推导了相对相位谱的计算公式,并针对不同的应用场景对其去耦效果进行理论分析。研究结果表明,供电极距的增大、大地电阻率的降低以及工作频率的升高均会显著增强电磁耦合的干扰强度。在相同条件及探测深度下,四极装置受到的电磁耦合干扰通常高于三极装置。相较于传统的激电相位谱,相对相位谱的引入使三极装置和四极装置的最大工作频率分别提高了4倍和10.6倍,表明相对相位法在大深度激电法勘探中具有一定的去耦效果。本研究对大深度激电勘探的现场施工具有重要的指导意义。
发展人工智能算法,从多元测井数据中自动识别地层岩性空间结构,是节约岩性编录成本、降低岩性识别主观性的趋势性途径。针对岩性样本数据分布不均匀、测井属性与岩性之间关系的时空多变性问题,本文构建了SMOTE(过采样算法)-LSTM(长短期记忆网络)混合模型,通过SMOTE算法有效平衡不同岩性类别的样本分布,并融合LSTM算法的深度学习架构,实现测井序列数据中岩性特征的提取,在砂岩型铀矿区进行应用,模型以钻孔测井数据和岩性记录为训练数据,训练后岩性分类预测准确率超过85%,与多种机器学习方法对比,岩性识别准确性和可靠性显著提升。
由于矿产资源数据具有动态性和多维性,使得矿产资源利用现状的信息难以准确反映实际利用情况,进而导致矿产资源量预测结果不准确。为此,本研究提出基于矿产资源利用现状动态信息的储量预测方法,对矿产资源勘查数据进行格式转换和编码处理,并将其输入到GIS系统中,利用GIS技术将数据划分为空间数据和属性数据,由此确立资源利用现状管理体系,引入全关系型数据库实现对矿产资源利用现状的管理。然后,结合地质三维模型计算成矿有利度,从而圈定成矿靶区,以此为依据,构建品位—吨位模型,并采用统计取样理论预测矿区资源储量。实验结果表明,应用该方法预测的矿产储量与实际储量相一致,说明该方法预测准确度相对较高。
基于江苏省区域生态地球化学调查及土地质量地球化学评估等获取的农田土壤地球化学数据资料,在深入分析、系统研究土壤Zn地球化学特征的基础上,探讨利用富锌土壤生产天然富锌食品的前景。研究结果显示:①江苏省农田土壤Zn空间分布不均衡,平均含量约为70 mg/kg,土壤有效Zn占土壤Zn的20%左右,土壤Zn控制土壤有效Zn的分布,二者具有显著正相关性;②土壤质地、成因类型、TOC和Fe等均对土壤Zn富集分布有重要影响,石灰岩土是江苏省最富Zn的土壤类型,全新统海积粉砂土是最富Zn的成土母质,土壤Zn同Se、Cu、Fe、Al、Mo、TOC等之间具有(较)显著正相关性;③研究区稻米Zn均量为18 mg/kg,生物富集系数均值为0.2,稻米Zn同土壤Zn、Se、TOC具有显著正相关性,同土壤pH具有显著负相关性;麦籽Zn均量为28 mg/kg,生物富集系数均值为0.36,麦籽Zn同土壤Zn、Se、B、TOC具有显著正相关性,稻麦籽粒Zn与Se也有显著正相关性;④参照行业标准,确定江苏省富锌土壤、富锌稻米、富锌麦籽占比依次为11.39%、29%、13.69%,指示其富锌土壤资源开发利用前景广阔。将天然富锌食品与富硒土壤资源开发、农田土壤改良(改善其TOC、pH)等有机结合起来,会极大提高开发利用效率。研究成果为科学利用江苏省Zn等有益微量土壤资源提供了依据。
崇左地区地处广西壮族自治区西南部,涵盖江州区、大新县、龙州县,大部分区域属喀斯特地貌。本研究该区域集中连片耕地区采集242组水稻籽实及对应根系土样品,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)、原子荧光光谱法(AFS)等技术测定土壤中As、Cd、Cr等26项元素含量,以及水稻籽实中As、Cd、Hg、Pb含量。通过分析土壤及水稻籽实重金属元素特征,研究土壤—水稻籽实重金属迁移因素,并构建拟合模型,得出以下结论:①土壤中氧化物含量普遍低于全国平均水平,而重金属元素含量相对较高,尤其是Cd和Hg,其中土壤As和Cd的污染风险等级较高;②非岩溶区水稻籽实中As、Cd、Hg、Pb含量普遍大于岩溶区;③水稻籽实As、Cd、Hg、Pb含量总体上符合食品安全标准;④水稻籽实As、Pb与根系土金属元素、非金属元素、氧化物均呈明显的相关关系,且以负相关为主,Cd、Hg则与根系土中的氧化物表现出明显相关性特征;⑤水稻籽实中As的不同类型拟合模型决定系数普遍高于0.5,模型解释能力优于Cd、Hg和Pb,按岩溶区与非岩溶区区分后,拟合模型的决定系数进一步提高;⑥在影响水稻籽实As、Cd、Hg、Pb含量因素中,成土母质的作用更为显著,其影响力大于水稻品种。本研究初步阐明崇左喀斯特区土壤—水稻系统重金属迁移的关键驱动因素,为我国西南类似地貌区的农产品安全生产、污染耕地分类管理与政策制定提供了理论与实践基础。
针对隧道超前地质预报中探地雷达信号非平稳性强、传统时频分析方法分辨率不足的技术问题,本研究提出了一种基于自适应局部最大同步压缩变换(LMSST)的改进方法。该方法通过动态带宽优化算法和局部极值搜索策略,显著提升了传统LMSST的时频分辨率和抗噪性能。理论分析与合成信号测试表明,改进后的算法在交叉调频分量分析中展现出更优异的时频能量聚集特性。在西南某高铁岩溶隧道的实际工程应用中,该方法结合GprMax正演模拟与现场实测数据,成功识别出溶洞等地质异常体,经后续开挖验证,异常边界定位精度小于0.3 m。研究结果表明,自适应LMSST技术有效提高了时频分辨率,为岩溶地区隧道施工安全提供了可靠的技术保障,具有重要的工程应用价值。
在岩溶路基勘探工程中,地表高密度直流电阻率法的应用面临挑战:一方面,电极阵列长度的局限性限制了该方法的有效勘探深度;另一方面,随着勘探深度的递增,深部可获得的电流分布信息随之递减,导致该方法的分辨能力逐渐减弱,尤其难以精确预测深部的小规模岩溶发育区域。为解决这一问题,本文提出了一种解决方案,即在传统地表高密度直流电阻率法观测的基础上,引入井中电极,实现“地—井”直流电阻率数据采集。该策略旨在通过增设井中电极来增加并获取深部电流分布信息,从而达到增加局部有效勘探深度和提高反演结果分辨率的效果。为评估“地—井”直流电阻率观测方法在获取深部岩溶信息方面的效果,本文首先采用数值模拟方法进行深入分析,随后,通过岩溶路基的实测数据反演结果,进一步论证了该方法的实际应用价值与有效性。研究结果显示,引入井中电极的高密度直流电阻率测量技术能够显著提升对深部异常体的识别分辨率,为打破高密度电法在深部岩溶勘探中的局限性提供了有效路径。
为了减少由管线渗漏引起的经济损失,本文将探地雷达、多通道瞬态面波、电阻率映像法的综合物探技术应用到安徽淮南某电厂管线渗漏探测中。结果表明,探地雷达震荡信号能够揭示渗漏区域,多通道瞬态面波反映出了测区的渗漏程度,电阻率映像法显示了渗漏区的低阻形态特征。本次应用取得了较好的效果,可为同类的管廊渗漏探测提供一种更加精确确定渗漏位置的有效手段。
