在储层评价中流体性质的准确识别是一个十分关键的问题。然而在珠江口盆地陆丰地区古近系低孔低渗储层,由于高阻水层的存在,使得油水层在常规测录井响应上对比度小,给油水层的准确识别带来困难。本文在明确低对比度油层储层特征与成因分析的基础上,针对低孔低渗储层中气测响应值受钻速、孔隙度等因素影响较大的问题,推导了Flair气测响应方程,建立Flair录井响应值校正方法。基于不同流体性质组分特征存在差异,采用Flair气测曲线构建新含油指数与含水率指数;同时采用伽马概率分布函数表征地化色谱图谱特征,提取形状因子与尺度因子进行图谱特征描述。基于敏感性参数,建立基于特征参数的流体性质识别图版。实际应用表明,综合测录井资料的流体性质识别方法具有较好的效果,识别符合率达91.3%,具有较好的推广价值。
皖南伏岭岩体位于江南隆起带东段,为一复式花岗岩体经多阶段演化形成,主体主要分为两种岩性:二长花岗岩和钾长花岗岩。本文对皖南伏岭岩体进行了地质、岩相学、岩石地球化学特征研究,探讨了伏岭花岗岩体演化特征、成因类型、构造环境,试图阐明岩体对铷富集的指示意义。结果显示,伏岭岩体地球化学特征表现出较高的SiO2、Na2O、K2O、Al2O3含量和w(K2O)/w(Na2O)比值,铝饱和指数(A/CNK)为0.95~1.08,平均值为0.99,属于高钾钙碱性准铝质—过铝质花岗岩;Li、Rb、Nd、Ta等微量元素含量较高,Sr、Ba含量明显偏低,这可能与长石的分离结晶作用有关;微量元素w(Nb)/w(Ta)比值范围5.71~10.94,平均值8.41,Mg#范围0.02~0.31,平均值0.13,指示伏岭岩体可能主要来源于下地壳岩石的部分融熔,属于非造山伸展环境中的A型花岗岩;岩体中Rb含量随着岩浆演化程度的增加而升高,相对于二长花岗岩,演化程度高的钾长花岗岩具有更高的Rb含量,表明伏岭岩体Rb含量变化整体受控于岩浆演化过程。本次开展伏岭岩体的研究工作,对理解皖南燕山期成岩成矿作用具有一定的借鉴意义。
选择岷江上游干旱河谷区汶川段不同基岩类型的岩石—土壤垂向剖面,开展地球化学测试分析工作,据此研究不同类型风化壳剖面元素垂向分布特征,探究基岩对土壤化学元素含量的影响,并从地质角度出发为该区域农业生产种植和生态环境修复提供建议。风化壳剖面自上而下可划分为腐殖层(A)、淀积层(B)、母质层(C)和基岩层(R),腐殖层中Al、Ca、K、Mg、Fe、Se、Zn、Cu、Cd、Pb均值高于其在全国土壤中的平均值,Si、Na、Mn、Cr、As、Cd、Hg均值低于全国土壤中的平均值。不同基岩风化壳剖面中,除去在基岩中含量较高的元素在所对应的土壤层中含量较高外,相同元素在其余土壤层中含量大致相同。风化剖面由基岩层至腐殖层,化学风化强度逐渐增强,土壤的风化程度普遍高于基岩风化程度。元素含量除继承母岩特征外,还发生了分异,Al、K、Se在腐殖层富集,Na、Fe、Si、Pb、Cu、Zn、Mn、As、Cd、Cr、Hg在淀积层富集,Mg、Ca在母质层富集。
储集层的精细刻画对于油气勘探开发具有重要意义。Z气田储层埋深大,砂岩阻抗与泥岩阻抗叠置,表现为“暗点”特征,利用常规地震较难识别储集层。本文采用基于优势道叠加技术实现Z气田深层储集层的刻画。首先,利用正演分析深层储集层的地震响应特征,明确物性差是“暗点”储集层形成的主要因素;然后,从研究目的层的井旁叠前道集出发,分析其AVO特征及不同角度范围的地震相位的稳定性,确定能准确反映储集层的相位稳定的优势角度地震道;最后,基于优势角度地震道进行部分叠加,得到岩性敏感三维数据体,实现深层储集层的刻画。通过3°~15°近道叠加-90°相移地震数据,可以较好地表征Z气田H3a储集层展布,为后续井位部署提供地球物理支撑。研究表明,优势道叠加技术可以较好表征深层河道储集层的空间展布,对相似油气田的储集层刻画具有一定的指导意义。
在城市地球物理勘探中,因受到城市中各种强电磁机械干扰和交通建筑阻隔,诸多地球物理勘探技术勘探效果不佳。本文基于瞬态面波、微动台阵和微动谱比,采用多点三分量低频传感器获取的多源频率域地震数据,综合提取两种特征曲线后进行联合反演,实现融合3种技术的多源频率域地震勘探。其中,提出了双源综合频散谱提取技术、双源特征曲线联合反演技术和基于非均匀介质的等效均匀介质正演技术,勘探成果的精度和效率均得到了提高,在工程实践中得到验证。
川中地区茅口组碳酸盐岩储层溶蚀孔、洞、缝发育,非均质性强,储层类型多样。为明确川中茅口组碳酸盐岩储层类型,建立不同储层类型测井识别标准,首先通过铸体薄片、岩心照片、微电阻率成像测井资料分析,划分储层类型,并明确不同储层类型的常规测井响应特征;采用裂缝孔隙度(φf)和次生孔隙发育指数(RP)交会法,进行储层类型测井识别。结果表明:川中地区茅口组储层类型可划分为4类:缝洞型储层、裂缝—孔隙型储层、孔洞型储层和基质孔隙型储层;裂缝越发育,不同模型计算的裂缝孔隙度越接近,溶蚀孔、洞会在一定程度上影响裂缝孔隙度计算结果;φf-RP交会法对储层类型识别效果较好。研究成果为碳酸盐岩储层类型测井识别提供了技术支撑。
内蒙古额济纳旗东北部雅干断裂带的空间展布及深部构造特征一直存在争议。本文按照“由已知到未知”的研究思路,在研究区内完成5条大地电磁测深剖面,首先对研究区内西侧大地电磁剖面MT01的电性结构特征与剖面区段内所出露的雅干断裂带地质构造信息之间的关系进行了深入分析,确定了雅干断裂带的电性特征表现为“北倾+大倾角+大深度”的电阻率梯级带,并以此作为特征标志,结合区内东侧覆盖区内4条MT剖面(MT02~MT05)反演解释结果,识别出各剖面区段内雅干断裂带的深部位置及构造特征。同时,采用阻抗张量分解技术获得了各条MT剖面的电性主轴方向,结合二维反演解释结果确定了雅干断裂带空间走向。结果表明,研究区内雅干断裂带在浅地表处总体走向为近EW向(深部为NE45°),平均宽度约6.8 km,是一条由西向东且逐渐向北弧形偏转的逆断层,断层倾向总体向北,断层倾角60°~67°,断层深度约20 km。本文所获得的深部电性结构模型有效地揭示了研究区内深部构造特征,对于区域构造演化研究具有一定的参考意义。
云南省会泽县属西南岩溶地区,岩溶地下水是该地区主要的供水水源。为解决当地群众饮水困难的问题,在充分认识会泽地区水文地质条件的基础上,总结出该区地下水赋存概念模型,并结合岩石物性测量结果,对物探方法的适用性和组合优选进行评价。根据地方实际需求,选择在会泽县拖姑村布设了一条高密度电法和音频大地电磁测深法结合的综合剖面,通过电阻率异常圈定了地下水富集部位,有效指导钻孔的布设,单孔最大涌水量为20.76 m3/d,有效解决了当地居民饮水困难的问题。通过该项研究认为,高密度电法和音频大地电磁法相结合的探测方式是在碳酸盐岩地区寻找地下水的优选方法。高密度电法能够精细刻画风化层厚度、基岩界面、裂隙发育程度及地层含水情况,对地下水的补给通道进行约束,弥补了音频大地电磁测深法对近地表地层结构识别能力不足的缺陷。而音频大地电磁测深法能够准确反映断裂破碎带的空间结构和地层的宏观结构,对储水构造的边界条件(隔水层)进行限定,弥补了在高阻地层区,高密度电法探测深度不足的缺陷。二者分别从精度和深度上相互补充,对地下水运移、存储和富集的空间赋存条件进行识别和约束。
滇西南西盟—澜沧地区属西南“三江”造山带南段,通过1∶5万土壤地球化学测量工作,发现研究区稀土地球化学异常24个,并主要集中分布在昌宁—孟连深大断裂带上及其附近的石炭系平掌组基性火山岩、石炭—二叠系鱼塘寨组碳酸盐沉积岩地层中。通过对评序靠前的AP00稀土地球化学异常进一步进行1∶1万土壤地球化学测量、1∶1万专项地质测量和少量的轻型山地探矿工程等工作的详细解剖,首次在沉积型碳酸盐岩地层中发现了新型的风化壳型稀土矿,初步估算稀土资源量已达中型规模,取得了较好的找矿突破,拓宽了找矿思路,值得业界借鉴。通过区域地质地球化学背景和AP00稀土异常区资料的综合分析,认为AP00风化壳型稀土矿的形成是经历了4次不同地质作用逐渐富集成矿的过程,是多因复成型稀土矿。根据AP00稀土矿的浸出率较低,重稀土Y元素构造(岩浆)叠加成矿作用明显,推断在深部可能存在以钇为主的重稀土原生矿,预示着寻找重稀土矿具有较大潜力。
阿里地区日土县城附近无大型河流分布,地表水资源匮乏,区内地层结构主要为侏罗纪、白垩纪沉积岩,因地层空间富水性差异大,打井找水困难。本文在水文地质调查的基础上,梳理总结了区内第四系松散岩类孔隙水、断裂构造裂隙水的赋存规律及含水层电性特征,针对该区富水性较好的构造裂隙水开展了高密度电阻率测量和音频大地电磁测深工作,依据地球物理成果圈定了有利的含水层位,并施工钻孔验证了找水结果的准确性,水井出水量丰富,有效解决了饮水难题。实践证明结合多种物探方法开展地下水资源调查是一种高效的技术手段,可提高寻找地下水资源的准确性,为找水定井提供有效技术支撑。
辽东金矿床的发育被认为受变质核杂岩体系叠加拆离断层带控制,传统观点判定永宁盆地永宁组盖层厚度达到几千米以上,阻碍含矿流体的运移的同时,不利于形成大规模金属矿床。辽东地区矿床深部探测投入少、研究程度低,勘查探测深度长期局限于1 km以内。本文在郑屯地区采用广域电磁法获得了3 km以浅的电阻率分布特征,厘清了辽东盖层厚度为千米左右,突破了对永宁组巨厚盖层的传统认识;进一步施工2 km深钻开展验证,在孔深1 345 m处发现永宁组地层与下伏太古宙基底呈不整合接触关系,界面附近未见明显的构造拆离迹象。本研究证实永宁盆地盖层厚度仅为千米左右,结合区内多期活动断裂构造和密集分布的浅成岩脉群,初步判定永宁盆地的成矿地质背景类似胶东金矿集区,推测存在华北克拉通破坏时期含矿变质流体或岩浆热液运移至界面上部成矿的可能。辽东地区具有实现多金属找矿突破的潜力,广域电磁法勘探为深地成矿预测指明了方向。
本文利用中国国家台网在青藏地区布设的台站记录到的近5年震级在5.8以上、震中距在东经88°~120°之间的39个远震地震事件进行SKS横波分裂测量,来研究青藏高原及其周缘地区的各向异性及变形特征。在青藏内部地区,SKS横波分裂测量的快轴自西向东逐渐从NE—SW向转为E—W向,再转为NNE向,与GPS速度场方向基本一致,呈顺时针方向变化。造成此地区SKS分裂测量结果的原因可能为缅甸板块向东俯冲时发生向西的后撤运动,使得此区域的岩石圈产生环状变形。川滇地区南部的GPS数据显示了近ES向的地表形变且走滑断层走向为NW—SE向,Pms地壳各向异性快轴方向主要为S—N向或NNE—SSW向,SKS分裂结果揭示了E—W向的上地幔各向异性特征,与Pms快轴方向以大角度相交或垂直,说明云南地区深部软流圈地幔流动场与地壳及地表变形特征不一致,地幔和地壳的变形机制和各向异性来源不同,发生解耦变形。
地下煤层开采后形成的采空及塌陷会给周围生态环境造成破坏,但目前对于煤矿双层采空区,特别是第二层采空区的探测效果并不理想。针对这一难题,采用高效率可控源音频大地电磁仪采集数据,利用电阻率和阻抗相位双参数综合判断划定采空区:当含水采空区位于浅层时呈现低阻特征,电阻率会出现阴影效应,导致上层目标体的异常范围扩展,不利于下层高阻采空区的识别,而阻抗相位的阴影效应和静态效应均比较小,对于下层采空区的反映比较明显。理论模型测试结果表明,电阻率和阻抗相位双参数结合,可有效判定浅部含水采空区和深部未充水高阻采空区。采用该方法,对陕北侏罗纪煤田神府矿区的双层采空区进行了解释,结果表明该方法推断结果可靠,达到了预期勘查效果。该方法为可控源音频大地电磁法在煤矿双层采空区勘查中的应用提供了新思路,具有良好的技术推广价值和借鉴意义。
针对鄂尔多斯盆地黄土塬地区地震资料分辨率低、子波一致性差的问题,提出一种近地表Q模型求取方法,进而开展地震数据近地表Q吸收补偿处理。以往通常采用微测井资料求取Q值进而插值获得全工区Q场,本文在前人基础上采用双井微测井资料计算井点位置的Q值和近地表速度值,通过最小二乘法拟合近地表速度与Q的区域关系函数,利用基础静校正初至波层析反演的近地表速度场,通过区域关系函数得到本区近地表的Q场,从而实现以微测井位置的Q值求得全工区近地表Q场的目的,进而开展叠前道集近地表Q吸收补偿处理。 鄂尔多斯盆地黄土塬 “双复杂”地震资料应用结果表明,利用本方法反演Q场开展近地表Q吸收补偿处理,能够有效提高地震资料的子波一致性,拓宽频带,改善井震匹配关系,消除近地表对地震子波的影响。
瑞利波频散曲线反演问题的多解性和反演目标函数的多极值特点,使得常规非线性优化算法可能会产生收敛不稳定、易陷入局部最优等现象。在基本蝴蝶优化算法的基础上采用动态开关概率,引入非线性自适应权重因子,既增加了算法前期的全局探索能力,也保证了后期的局部开发能力。同时,在迭代过程中对最优解进行逐维柯西变异,利用贪婪算法更新最优位置,引导种群向全局最优靠近,通过对4种常用的Benchmark函数的性能测试,表明改进的蝴蝶优化算法无论是在单峰函数还是多峰函数上的全局寻优能力明显优于遗传算法和粒子群算法。采用不同算法针对3种理论地质模型的频散曲线进行反演,发现改进蝴蝶优化算法在频散曲线含10%随机噪声的情况下仍然能够得到与理论模型更加接近的反演结果。最后将改进蝴蝶优化算法应用于实际瑞利波数据,反演结果与实际钻孔揭露的地层分布情况高度吻合。且与遗传算法和粒子群算法相比,改进蝴蝶优化算法在收敛速度、求解精度和稳定性方面都有显著的提升,具有一定的实用价值和应用前景。
可控源射频大地电磁法(controlled source radio-magnetotellurics,CSRMT)测量通常使用发送频率1~1 000 kHz的人工场源,正交水平电偶源和正交水平磁偶源是人工源电磁法众多发射源中实现张量电阻率测量的优质场源。为此,本文基于水平电偶极子源和水平磁偶极子源电磁场解析公式,计算了均匀半空间模型正交水平电偶极子源和正交水平磁偶极子源的电磁场。结果表明,发射频率大于100 kHz时,应考虑位移电流;而张量视电阻率和阻抗相位在远区可以忽略位移电流的影响;固定模型电阻率、改变收发距时,模型计算表明高频电磁场远区测量范围更大;固定收发距、改变模型电阻率时,模型计算表明电磁场远区范围受电阻率影响较大,高阻模型需要更高的频率才会出现远区观测条件。磁偶源相较于电偶源,在张量视电阻率和相位上与实际值的偏差更小,更适于地质分析。
玛湖凹陷二叠系风城组复杂岩性组合横波预测技术攻关是准确落实该区油气富集区的重点,也是难点,不同岩性分类型岩石物理建模技术攻关是核心。针对岩性类型多样、岩石矿物组分复杂的关键问题,开展不同岩性分类型岩石物理建模技术攻关。形成了基于复杂岩性“分层段、分岩性、分模型”的三分法横波速度预测技术和基于复杂岩石矿物组分“舍轻就重,同类合并”为原则的碱湖型云化致密储层干岩石骨架建立技术,并对比优选了自洽模型(self-consistent)开展了云化砂岩段储层的岩石物理建模横波计算。该技术的探索应用,在玛湖凹陷风城组复杂岩性组合横波预测及甜点储层预测中取得了较好的效果,为该区井位部署和储量落实提供了依据,为类似地区油气勘探积累了宝贵的经验。
建立土壤有机质(SOM)空间预测模型不仅可以准确预测SOM含量的空间分布,而且对科学化土壤管理和完善生态系统服务具有重要意义。本文以山西省临汾市永和县土壤为研究对象,从数字高程模型(DEM)和植被遥感数据中提取出地形因子和植被指数,结合土壤本身属性为变量因子,采取Boruta算法从变量因子中筛选出与SOM相关性强的特征变量为辅助变量作为模型输入,实测SOM值作为模型输出,选择普通克里格方法(OK)、反向传播神经网络(BPNN)、遗传算法优化的BP神经网络(GA-BPNN)和GA优化BP神经网络结合地统计方法(GA-BPNN-OK)对训练集样本 SOM 含量进行预测,并利用验证集样本对比分析预测精度。研究结果显示:Boruta算法优选出特征变量并且对其进行了重要性排列,依次为:全氮>地形湿度指数(TWI)>高程>坡度>归一化植被指数(NDVI)>增强型植被指数(EVI);4种方法对SOM的预测结果虽然局部会有差异,但整体的空间分布基本一致,在研究区内呈现出西部和西南部地区低、东部和东南部地区高的空间分布趋势,与其他3种模型相比,GA-BPNN-OK模型预测的SOM分布图对低值区和高值区的划分更加明显、细致;预测精度指标对比得出,GA-BPNN-OK法的均方根误差(RMSE为0.059)、平均绝对误差(MAE为0.240)、平均相对误差(MRE为0.165)最小,且拟合系数(R2为0.78)最高。同时为了验证采用Boruta算法对模型精度有所提高,将全变量与特征筛选之后的变量作为GA-BPNN法的模型输入,对预测结果进行对比,结果表明采取Boruta算法后模型误差减小。因此采取Boruta算法筛选出特征变量作为辅助变量,GA-BPNN-OK法对于SOM含量空间分布的精度最高,两者结合为最优预测模型。
大地电磁测深法是隧道勘查中的一种重要手段。反演技术能够将大地电磁数据转换为地电参数从而帮助地质人员解释地质资料。传统的反演方法存在时效性差、依赖初始模型设置等弊端。本研究将深度学习技术应用于一维大地电磁反演之中。首先,本研究搭建了一种改进的DenseNet网络模型并进行训练,在其完成训练之后对各种电阻率变化地层的地质模型进行反演,其计算速度快,准确率高;之后,对提出的改进DenseNet网络进行鲁棒性测试,结果表明该网络结构对于噪声数据也能取得良好的反演效果;最后,将这项人工智能技术应用于黄山地区洪家前隧道大地电磁数据的反演中,得到的物探成果与地质调研成果相匹配,并且根据反演结果给出了相关的施工建议。
塔里木盆地北部坳陷碳酸盐岩断控领域油气资源丰富。断控“板状”油藏油水界面的识别是该类油藏效益开发的关键工作。钻井探测油藏油水界面的成本高、工程实现难度大,而采用地球物理的方法识别油水界面是一种高效措施。文章提出一种基于广义S变换时频分析的应用方法,通过大量过井地震道时频分析结果与开发动态分析数据联合分析,发现地震资料主频随深度/时间的变化与油层厚度具有正相关关系,提出采用地震道时频道集能量包络异常拐点判别油水界面的思路。实验表明,针对“板状”油藏,当油柱厚度OCH<120 m时,分析结果存在不确定性;当120≤OCH≤250 m时,分析结果基本可靠;当OCH>250 m时,油层厚度可靠。应用表明,在富满油田某区某断裂破碎带预测油层厚度主体为200~520 m,与当地开发实际相符,可指导开发实践。
为探讨利用微动技术进行千米深度勘探时影响结果的关键因素,本文基于空间自相关法(SPAC)和扩展空间自相关法(ESPAC)以三角形台阵为例进行试验,重点分析了台阵规模、采集单元频率、采集时长等因素。并对不同台阵大小对应的频带范围、千米深度勘探如何布置台阵既能得到深部资料又能得到浅部资料以及如何提高深部分辨率等问题进行了讨论。基于分析和讨论结果,建立了提高千米深度勘探精度的参数设置体系。
高密度电阻率法需要较好的接地条件来保证地电场的建立和测量,当遇到刚性路面等不良接地条件时,部分电极无法插入地下,将导致标准观测装置的数据缺失,影响成像质量。为此,本文提出了一种快速的观测装置设计方法,依靠缺失数据记录点的空间位置,使用非对称四极电极排列进行补充。数值模拟表明,该方法对温纳、斯伦贝谢和偶极—偶极装置的成像效果均有明显提升,且设计时间仅为秒级。该方法被成功应用到宁波堤防工程现场探测中,降低了机动车道对数据质量的影响,准确定位了堤防位置。
滨里海盆地东缘阿克若尔地区石炭系碳酸盐岩顶面低幅度构造具有较大的油气勘探潜力,由于上覆下二叠统地层分布复杂,横向速度变化大,使得石炭系低幅度构造成图存在很大难度;为了解决研究区构造快速成图的问题,通过3种速度建模方法对比,优选出分频层速度反演方法,建立研究区的速度模型,解决了分频层速度反演受常规层速度反演方法横向连续性的限制问题,对下二叠统碳酸盐岩异常体的速度刻画更为准确;同时,分频层速度反演方法与井—震速度谱协同速度建模方法和常规井约束层速度反演相对比,提高了研究区下伏石炭系低幅度构造的深度域成图精度,取得了较好的效果。
基于MapGIS的数据集成包括数据转换、数据标准化、数据融合及相关研究,综合现有研究认为,数据转换的研究非常深入,在数据标准化和数据融合等方面还有提升空间。本次研究中,以复杂且使用广泛的地质图为例改进数据标准化方法,实现了一次完成数千个地质体规范标注和填色;分析常用数据融合的不同方法的适用条件,补充完善后建立数据融合技术流程;编写明码文件实现小煤柱的批量制作。研究结果表明,改进数据标准化方法、建立数据融合技术流程及充分利用明码文件,能使数据集成的效率大幅提高并拓宽解决问题思路。
半航空瞬变电磁噪声数据形式复杂,获取成本高、数据量稀缺,难以通过传统的扩充方法进行数据扩充,极大地影响了后续降噪工作的开展。针对这个问题,本研究提出了基于生成对抗网络的半航空瞬变电磁信号数据扩充方法,通过将生成器设计为LSTM网络,基于实采噪声数据集,进行生成器与判别器模型的训练,成功获取了可以生成仿真噪声数据的生成器模型,之后分析了生成器生成的仿真噪声与实采噪声的分布,并且对比了扩充前后降噪网络的表现,验证了本方法对于半航空瞬变电磁实采噪声数据的扩充是真实有效的。
土壤重金属污染问题日益突出,为了探究北京市房山区土壤重金属含量分布情况,在房山区采集了152件表层土壤样品和240件深层土壤样品。本文对As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni和Pb这7种重金属元素在研究区土壤中的含量分布特征及其富集系数(EF)进行了统计分析,并利用主成因分析(PCA)和正定矩阵因子分解模型(PMF)对元素相关性、来源及贡献率进行了解析。结果表明:As、Cd、Cu、Ni和Pb在研究区的十渡、史家营、霞云岭、蒲洼等地的表层土壤中含量较高,且Cr、Ni和As在周口店、南窖和河北镇等地也有高值点分布,Hg在窦店、阎村、长阳等东部平原区含量较高;土壤中Hg和Cd 富集程度较强,As、Cr、Ni高度相关;土壤中As、Cr、Ni主要来源于自然源(土壤母质),贡献率为73.6% ~78.6%,Cd多数来自于人为混合源,贡献率为83.3%,混合源包括工矿活动、农业活动和交通排放等,Cu、Pb的自然源和混合源占比相近,均为50%左右,Hg主要来源于大气干湿沉降,源贡献率为72.4%。
本次研究调查了平泉市瀑河流域不同岩性岩石及所形成的土壤中8种重金属元素及相关氧化物的含量,分析了浅山区典型小流域土壤重金属元素影响因素及来源,以期为京津冀水源涵养生态修复提供理论支撑。通过选取表层、深层土壤和成土母岩中的重金属元素为研究对象,以土壤重金属含量为基础,以空间分布为依据,并结合区域地质背景,采用多项统计方法深入分析其影响因素及来源。结果显示,研究区表层与深层的土壤重金属元素含量较为相近,且其空间分布具有耦合性,在垂向分布上,重金属元素在表层土壤和成土母岩中的相关系数为负值,而在深层土壤和成土母岩中的相关系数为正值。该结果表明,在表层土壤中,Cr、Ni、Cu、Zn和Pb等主要来源于成土母岩,而Cd、Hg和As等则受控于矿业开采的影响;在深层土壤中,8种重金属元素的主要来源是成土母岩,而Cd和As则受成土母岩和人为因素的共同影响。
为系统评价矿区周边土壤—农作物—人体系统中重金属的污染风险,为矿区生态风险的分类治理和农作物安全生产提供科学依据,以重庆市典型汞矿区周边耕地土壤和农作物(水稻、玉米和红薯)为研究对象,采用单因子污染指数(Pi)、内梅罗综合指数(P综)和正定矩阵因子(PMF)模型,评估土壤重金属污染程度、生态风险,进行来源解析,并利用美国环保署(USEPA)推荐的人体健康风险评估模型评价居民食用当地主要农作物的健康风险。结果显示,研究区土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn平均值均高于全国和重庆市表层土壤背景值,表明重金属在耕层土壤中较为富集。单因子污染指数显示,矿区周边耕地土壤中Hg、Cd的超标率分别达96.29%和92.59%,水稻、玉米和红薯中分别有16.67%、18.75%和14.28%的样品Cd含量超过国家食品安全标准(GB 2762—2022)。内梅罗综合指数显示P综为1.17~46.05,研究区整体属于轻度—重度污染,重度污染主要位于汞矿区及土法汞冶炼厂周边,以及溶溪河下游。PMF模型分析结果表明,研究区土壤重金属的来源分3种,即自然源、矿业活动源和工矿及农业活动复合源,其综合贡献率分别为47.21%、16.00%和36.79%,Cd、Cr和Ni主要受自然源影响,Hg主要受矿业活动影响,As和Pb主要受工矿及农业的混合源影响,Cu和Zn受自然源、工矿及农业复合源的共同影响。人体健康风险模型显示:无论是成人还是儿童,食用水稻、玉米和红薯均存在复合健康风险,其中食用水稻的风险指数最高,主要的风险因子是As和Cd,并且儿童高于成人。
为了解荔浦市土壤和农作物中重金属含量及其分布特征,采集荔浦市土壤及农作物(水稻、荔浦芋、柑橘、马蹄)样品,测定土壤样品pH值、As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn全量以及As、Cd、Cr、Hg、Pb的形态含量,农作物样品测定了As、Cd、Cr、Hg、Pb含量,计算出重金属元素的生物富集系数(BCF),探讨了土壤—农作物系统中重金属元素迁移转化和生态效应。结果表明:①区内表层土壤以酸性土壤为主,As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn平均含量分别为13.57×10-6、0.33×10-6、87.06×10-6、0.153×10-6、27.49×10-6、30.46×10-6、27.94×10-6、82.53×10-6,均高于全国土壤背景值。②农作物中水稻样品中的重金属含量较荔浦芋、柑橘、马蹄中高,且水稻根、茎、籽实中重金属含量也不同。③重金属元素的生物富集系数在水稻中普遍偏高,水稻根部生物富集系数最大,籽实最小。重金属在土壤—水稻系统的迁移能力显著高于荔浦芋、柑橘和马蹄。④Cd是研究区最活跃的土壤重金属元素,其可交换态占全量比例显著高于As、Cr、Hg、Pb,应重点关注Cd的生态风险情况,防止农作物Cd超标对人类产生危害。
在长期的铀矿普查中,我国积累了海量的γ总量数据资料,但应用这些数据进行放射性环境评价的研究极少。本文从γ总量和空气吸收剂量率的测量原理出发,通过梳理γ总量、放射性核素含量与空气吸收剂量率之间的关系,建立起地面γ总量与空气吸收剂量率之间的联系,分析了仪器参数对测量误差的影响,认为γ总量仪器bK/bU=2.287、bTh/bU=0.430时,测量的γ总量与空气吸收剂量率满足严格线性关系,因此γ总量仪器的bK/bU、bTh/bU值越接近这两个数值,测得的γ总量转换为空气吸收剂量率越准确;利用湖南省电离辐射计量站模型进行了γ总量转换为空气吸收剂量率的系数求解,并分析了误差,推测了仪器参数中钾的铀当量值、钍的铀当量值的大致范围;在郴州市桂阳县潘家村岩体和郴州市永兴县土桥村灰岩地区进行了γ总量、γ能谱、空气吸收剂量率的同点位实测,结果显示,当核素含量比CK/CU均值小于1、CTh/CU均值小于3时,利用γ总量(FD3013仪器测得)估算的空气吸收剂量率与利用Beck公式根据能谱估算的空气吸收剂量率的误差基本处于同等水平,均方根误差均小于15%。根据国内核素的CK/CU、CTh/CU均值,认为国内大部分地区可以利用由FD3013仪器(或类似性能仪器)测得的γ总量数据估算空气吸收剂量率。利用已有铀矿普查资料中的γ总量数据转换计算有效空气吸收剂量率,为快速大面积评估环境天然放射性外照射水平提供了方法参考。
地下空洞埋藏浅、规模小不易探测,随着重力感应技术的发展,给准确快速获取微重力变化为探测地下空洞带来新机会,对小规模地下空洞的探测能力具有广泛的研究和实用价值。本文从重力基础理论、重力探测技术、重力数据处理及反演3方面对地下空洞进行系统的分析研究。在给定形体大小、重力数据精度的情况下,通过二分法计算出了重力探测的最大埋藏深度;将高密度采集、高精度重力探测方法用于某区客运站地下人行通道实际探测,获得一套高精度重力格网数据,理论研究和实测结果表明,现有重力仪器具有探测地下空洞的能力;采用最小曲率位场分离方法、2.5D人机交互反演和靶区识别三维物性快速反演方法,得到地下人行通道近SN向的分布,埋藏深度大致2.5~5 m,这与实际情况相符。本次研究为地下空洞探测摸索出一套完整的重力勘探流程,具有一定的参考价值。
主输水管道在城市中多沿道路埋设,其管径大、埋藏深,渗漏前期不易察觉,渗漏后对城市交通和居民生活影响严重,故对输水管道的渗漏监测尤为重要。城市密集的交通线、硬化路面、电磁干扰等因素限制了地面电法、探地雷达等方法在管道监测中的应用。为弥补现有监测方法的不足,本文开展跨孔电阻率法在管道渗漏监测方面的研究。首先,通过正反演方法对渗漏管道、未渗漏管道进行模拟计算,分析跨孔电阻率法的探测特点。其次,通过试验对电极材质、埋设方法进行分析研究,解决了电极腐蚀、电场信号弱等问题。最后,在北京某处输水管道附近建立试验场,使用跨孔电阻率法获取了多期监测数据,通过对比多期电阻率断面,分析管道渗漏量的变化,圈定渗漏影响范围,得到了水厂渗漏数据的验证,取得了良好的监测效果,可为城市开展类似管道渗漏监测提供借鉴。
