通过对豫西合峪—车村地区30余个萤石矿床的地质矿产、勘查地球化学资料进行归纳分析,总结区内萤石矿床类型、空间分布及地球化学特征,探究矿床成因和物质来源。合峪—车村地区萤石矿类型主要为单一型,矿床分布于燕山期花岗岩及其外接触带的断裂带上;合峪岩体形成年龄为124.7~148.2 Ma,太山庙岩体形成年龄为115~123.1 Ma,萤石成矿年龄为120~126.8 Ma,说明成矿作用发生在合峪岩体侵入末期、太山庙岩体侵入早期。成矿流体属中低温、低盐度、低密度的NaCl-H₂O体系,指示区内矿床为中低温浅成热液型萤石矿床。区内萤石稀土元素配分模式可分为略微左倾型、平坦型及右倾型3类,以右倾型为主,且右倾型萤石稀土元素配分模式与燕山期花岗岩相似,二者均表现为强Eu负异常和弱Ce负异常,说明燕山期花岗岩对萤石的形成提供了一定的物质来源。成矿元素F可能主要来源于合峪岩体和太山庙岩体,成矿元素Ca部分来源于花岗岩围岩。

黄土盖层对地震波、电磁波等有很强的衰减作用,限制了地震反射波法、电磁波法等多种物探方法在黄土覆盖区的应用。针对黄土盖层厚度大、分层细的特点,采用主动源与被动源面波法联合勘探,使两种面波方法优势互补,达到准确探测黄土覆盖区地质分层的目的。研究区位于渭河盆地凤翔县郊,为典型的黄土覆盖区,黄土覆盖层厚度为80~120 m。通过对研究区主动源与被动源面波实测资料的处理,得到的二维横波速度剖面上的主要地层分层位置与实际钻孔测试结果基本一致,同时得到了研究区的三维地层结构。联合成像结果表明采用被动源与主动源面波联合勘探进行黄土覆盖区地层结构分层是可行且有效的,为黄土覆盖区地质填图提供了技术支持和有益思路。

本文基于 Python 语言构建了瑞利面波频散反演工作流程:①通过pysurf96软件包实现水平层状模型的频散曲线正演;②建立描述频散曲线拟合度的目标函数;③利用scikit-opt软件包中的启发式算法实现频散曲线反演。提出并解决了调用函数过程中所遇到的问题,实验测试表明反演结果可靠,同时具备一定的计算效率。由此实现了搭建基于Python语言的面波频散反演地下层状结构研究平台,为其他研究者依靠开源软件进行反演运算提供了方法支持。最后,通过利用彭一波研究海拉尔盆地背景噪声时提取的频散曲线对地壳以及上地幔结构进行了反演,得到不错的效果。

海洋可控源电磁法广泛用于天然气水合物、海底油气资源勘探和地质构造勘查。在海上作业时,船载甲板供电单元通过深拖缆向海底的海洋可控源电磁发射机提供电能。利用深拖缆传输高压大功率电能的过程中,需要对高压供电回路的绝缘电阻进行自动实时测量和监测,确保电能的安全传输和供电异常时的及时处理。本文基于高压宽频耦合器件、绝缘检测模块、远程数据传输部件和上位机监控软件,通过收集高压端至外壳地之间的漏电电流,将其模拟放大,通过测量电压值,反算绝缘电阻,实现了对高压回路对大地之间绝缘电阻的自动测量和监测。所形成的自动绝缘在线监测技术,经过海上试验验证,能够满足海洋可控源电磁发射系统的要求,很好地在线评价了系统的绝缘性能,为海洋仪器同类功能的研发提供了有益的参考。

雄安新区位于冀中平原中部,地下结构具有新生界地层厚度大、成层性好、构造活动相对稳定的显著特点。为精细刻画浅层地质结构,查明断裂构造特征,提高浅部探测精度,本次研究采用二维地震和高密度电阻率测深结合的方法,取得了重要进展,主要包括:①精细刻画了工作区200 m以浅深度范围内地层结构和断裂构造空间展布特征;②构建了三维可视化地质结构模型,直观展示了调查区新生界地层起伏形态和主要断裂构造空间分布;③分析总结了城镇化高干扰背景环境下地球物理方法的探测深度、横纵向分辨率、目标体响应特征和适用性等。本次研究有效支撑和服务了雄安新区的规划、建设以及地下空间开发利用,对大厚度沉积盆地城市地下空间的地球物理探测具有借鉴意义。

在甘肃北山干旱戈壁荒漠景观特征研究的基础上,对三白墩地区进行1:5万水系沉积物测量,圈定水系综合异常10处。优选AS-3异常,采用100 m×20 m的网度,在1/3线距范围内多点采取2~20 mm粒级岩石碎屑的方法进行详细检查。圈定岩屑综合异常3处,对异常特征进行研究,确定主成矿元素为As、Au,并优选综合异常2个。利用地球化学剖面、槽探等方法进行详细检查,发现Au矿体4条,As矿体2条,Au、As矿化体各1条,显示出该方法在甘肃北山干旱戈壁荒漠景观区找矿中具有较好的找矿效果,同时也说明可以运用1:1万岩屑测量对1:5万水系沉积物测量的异常进行查证。

深部金属矿常常是多种不同尺度的非均匀地质体共生,加之矿区多处于地质构造复杂、断层较发育、岩性变化剧烈地区,地表条件和表层结构复杂,造成金属矿地震数据往往是复杂多变、多种波相互干涉的地震波场,信噪比极低,严重制约了金属矿地震解释和隐伏矿体预测。本文以内蒙古查干花钼矿区二维地震数据为例,开展深部金属矿地震数据处理关键技术研究,通过分析研究区内金属矿地震数据的特点,归纳总结金属矿地震数据处理的难点,制定一套针对查干花钼矿区的地震数据处理流程。实际处理效果与地质钻孔剖面上已知的矿体分布吻合较好,矿体较厚区域产生的反射波能量较强,薄层矿体产生的反射波振幅较弱,并支撑了区内地质构造的推断及隐伏矿体的圈定。

贵州镇远马坪“东方一号”岩体是我国首次发现的含金刚石原生矿母岩,马坪地区发现的岩体属于金伯利岩浆体系的浅部相,其深部可能存在规模较大的隐伏岩管或岩筒。为揭示马坪地区深部含金刚石隐伏岩管或岩筒的空间展布特征,在区内开展了80 m×40 m高密集网度的音频大地电磁勘探工作;利用三维正演技术模拟研究区纯地形响应并在实测数据中去除,得到的定性解释结果在一定程度上恢复了被静态效应扭曲的AMT阻抗相位不变量分布形态;使用AR-QN拟牛顿反演方法对数据进行三维反演,根据研究区岩性统计结果设定地下单元的电阻率变化区间,获得了可靠的三维电性结构;最后依据地表发现的岩筒、钻孔揭露的多条岩脉等地质资料对该地电模型进行精细解释,勾画出了隐伏岩管(岩筒)的形态,为区内下一步金刚石原生矿找矿方向及预测提供了地球物理依据。

银川盆地东缘天山海世界地热田的发现,揭示了该区域赋存优质地热资源,其成藏地质条件显著有别于盆地内“传导型”地热,为宁夏黄河流域清洁能源的研究提供了新的方向。本文以区域地质、地球物理特征为基础,针对1∶5万重力、可控源大地电磁测深与微动测量资料进行处理与分析。研究结果显示:奥陶系基底隆升地带位于灵武凹陷东侧,沿黄河断裂呈“S”形展布,至天山海世界达隆升最高部位,并与NW向局部隆起区叠合;深部储热层奥陶系为中高阻层特征,中部第一盖层石炭系—二叠系表现为中低阻、弱低速层,浅部第二盖层古近系—新近系与低阻、低速层对应。以上述研究成果为基础,预测了3处地热资源开发利用远景区。

为了快速、有效探查堤坝隐患,本文提出了基于线性台阵的微动B超技术。大多数堤坝(土坝)兼顾公路功能,车辆运行产生的震动信号沿堤坝方向传播,基于此,沿着堤坝布设线性台阵,震动传播方向与接收方向一致,为堤坝隐患检测提供了丰富的震源。研究表明,在线性台阵的基础上利用多道采集技术,采集一次可获得多个勘探点数据,提高了野外数据采集效率,避免了震源差异性的影响,提高了横向分辨率以及勘探成果的准确性。将该技术应用于江西九江某堤坝汛前的安全检测,查明该区段存在3处低速隐患,推测为坝基软弱层隐患和堤身介质疏松隐患。实践证明:该技术有效弥补了以往微动勘探效率低、横向分辨率低的不足;并可进行每1 m间距或0.5 m间距的速度扫描,提高了横向分辨率,为堤坝安全治理提供高效、精确指导。

原生晕普遍存在于各种矿床尤其是热液矿床中,是深部找矿必不可少的地球化学标志。目前对于原生晕中元素的富集贫化及组分分带研究较多,而对于元素及组合元素的空间变化性关注较少。本文基于青海省扎家同哪金矿2 279个钻孔原生晕样品地球化学数据,拟使用元素富集系数计算和多元统计分析的方法,研究矿床不同空间位置的元素和元素组合的变化特征。结果显示,从围岩样品、矿化围岩样品、矿石样品和全体样品中都提取出了代表围岩组分和矿化组分的元素组合,反映了矿床形成过程的本质是矿化组分叠加于围岩组分。在矿石样品中,还提取出了中高温元素组合和中低温元素组合,而在矿化围岩样品中,提取出了高温成矿元素组合和中低温成矿元素组合,反映了矿质沉淀机制以及沉淀时间和空间的差异。研究揭示,在扎家同哪金矿原生晕中,从外围向矿化中心,从定量的角度,成矿相关元素总体上表现为富集程度递增及富集元素数量增多的趋势,而从定性的角度,表现为围岩—矿化元素组合叠加中高温—中低温和高温—中低温成矿元素组合。

为了对应长期低油价形势,地震勘探采集成本不断降低,同时为了满足越来越严格的环保要求,节点采集设备凭借其低成本、低采集脚印等优势不断推广。节点仪器的设计制造入门门槛偏低。市场上部分产品出于设计或成本等方面的考虑,在一些细节方面的缺失或忽视会造成地震勘探采集作业现场应用的困难。本文结合多年地震勘探设备使用经验,以及当前市场常见节点特性分析,在信号采集、测试功能、电路设计、存储、电池、外形、配套系统、质量控制及配套设备几个方面节点设计需要注意的细节进行阐述。避免由于设计原因出现信号采集的失真、耦合、EMC等问题。节点设备的采集质量完全依靠每一个节点设备在本地的独立工作性能和工作稳定性。而这两方面完全依靠厂家对于地震勘探采集信号和采集作业的理解,进而产生的设计。设计必须考虑为满足新形势下油气勘探开发需要,油气勘探开发重心不断向深层—超深层、强复杂地表更复杂领域转移,当前地震勘探采集更多地关注深层,要求对于信号拾取高精度、高分辨率,因此也就更需要提高对于弱信号、宽频信号的采集能力。

安徽南陵盆地主体为中生代陆相红盆,红盆下海相地层分布不明,页岩气资源潜力不清。根据本区周边二叠系富有机质泥页岩储层含有黄铁矿的物性特征,选用复电阻率法开展页岩气地质调查工作。针对盆内、盆外不同地质特点设计合适的观测系统,采用Cole-Brown和Cole-Cole模型拟合反演,绘制近区场电磁电阻率和视充电率参数图。研究结果发现:①研究区二叠系富有机质泥页岩碳质含量高、富含黄铁矿颗粒,具有明显的“低电阻率、高极化率”特征,可以有效与其围岩区分,有利于开展复电阻率法勘探;②极化率是识别深部富有机质泥页岩地层乃至页岩气藏的有效参数;③根据复电阻率法勘探结果,实施钻孔验证,成功钻遇三叠系灰岩地层,并预测南陵盆地红盆下为二叠系页岩气藏有利区。本次研究表明了复电阻率法在南陵盆地可探测深达2 000 m以下累计厚度约200 m的含黄铁矿泥页岩地层,是电磁法勘探中唯一能直接指示页岩气藏的方法,可以适用于地质情况复杂的南陵盆地乃至中国南方海相页岩气地球物理勘探。本次勘探结果也为在南陵盆地进一步开展海相页岩气勘探提供了依据。

地温测量是研究地温场分布最直接的方法。地热热源的强度与分布,直接影响地壳表层土壤温度场的分布,特别是存在热储层、热运移通道等都会使地温场的分布产生异常。在研究区16个民井和32个钻孔中进行地温测量,分析地温场分布状况以及地下热水活动规律,效果明显。结果表明研究区浅孔与深孔地温场平面特征一致,越接近东北角地温越有增加的趋势,而且地温异常区呈NNE向条带状分布,宽度约700 m,与NNE向断裂展布方向一致,地温最高点位于NW向断裂与NNE向断裂交汇处。研究区在纵向上地温分布特征差异性明显,地下热水分布范围较小,具有一定局限性,主要受构造断裂、岩溶发育程度等控制,温度低的地下水大量涌入导致地下水温降低,地温梯度出现异常;这种地温梯度异常现象也说明了研究区地下热水主要储存于灰质白云岩或角砾岩的裂隙溶洞中,裂隙、岩溶成为地下热水良好的运移通道。地温测量方法圈定了研究区地热异常区范围,为进一步勘查地热提供了重要的依据。

苏里格S区块储层与围岩阻抗差异小、气水关系复杂,叠后纵波阻抗反演方法难以区分优质储层,通过研究区岩石物理分析可知,叠前参数纵横波比可以有效区分岩性和含气性。本文首先进行模型正演确定储层地震响应特征;然后通过适用于砂泥岩的Xu-White模型进行岩石物理建模及横波预测,建立岩石物理模板;其次采取线性去噪、剩余振幅补偿等处理方法对CRP道集进行优化;最后通过叠前同时反演定量预测储层厚度及含气性。结果表明:①储层顶界的地震反射特征为强波谷反射,底界反射不明显;②纵横波比小于1.68可有效划分砂岩,联合纵波阻抗小于12 200 g·cm^-3·m·s^-1预测储层,再由更低的纵横波比小于1.57识别含气性;③储层展布特征与含气性预测范围趋势相似,但在局部上存在差异,储层发育程度与其含气性不一定呈正相关。本文所提方法期望为下一步圈定有利含气储层面积及井位部署提供有力的技术支撑。

通过先进的勘探设备与技术实现综采工作面的透明化,使煤层信息更加全面、准确,可为综采工作面的智能化生产奠定坚实的基础。直流电阻率法是矿井物探常用方法,其稳定性好、抗干扰能力强,对低阻体和高阻体都有灵敏的反映能力,因此直流电阻率法是实现工作面透明化的关键手段之一。为探究直流电阻率法在工作面透明化中的应用效果,对工作面探明含水构造、巷道迎头超前探测等问题,分别使用不同的工作方法对两种问题的响应特征进行三维正、反演。结果表明在对应的工作方法下得到的三维直流反演数据分布规律与初始模型基本一致,有良好的高、低阻体区分能力。对实际工程中直流电阻率法在工作面透明化中的应用有一定指导作用。

近年来我国能源及矿产资源需求旺盛,覆盖区找矿已成为热点,急需有针对性的新方法技术解决覆盖区勘查找矿问题。本文提出一种针对覆盖区找岩浆型铜镍矿的空—地—井协同快速找矿方法技术体系,并建立了针对隐伏岩浆型铜镍矿的深部矿产资源空—地—井协同快速有效勘查技术体系的架构及说明。该技术体系以覆盖区的地形、地质和深部矿产资源分布特点为前提条件,以综合航空地球物理为主、协同地面—井中地球物理探测方法为手段,以大数据融合、弱信息提取、地球物理-地质建模方法为重点,以地质构造和成矿理论为指导。该技术体系在新疆若羌县启鑫地区隐伏岩浆型铜镍矿床勘查中得到验证,并取得较好的应用效果。

通过1:25万多目标土壤地球化学调查采集的表、深层双网格土壤样品,对宣城市土壤硒地球化学特征及成因来源进行分析。结果表明:宣城市表层土壤Se含量在(0.12~8.80)×10^-6,平均含量0.44×10^-6,区内足硒和富硒土壤分布广泛,占比分别为61.90%和35.63%,富硒土壤主要分布在宁国市宁墩镇—绩溪县伏岭镇、泾县晏公镇—宣州区百棵树—水东镇、泾县陈村—赤坑山、广德县新杭镇等地。土壤Se含量主要受母岩及成土母质控制,震旦系蓝田组,寒武系荷塘组、杨柳岗组等含炭质泥页岩、炭质硅质泥岩分布区,二叠系、三叠系、石炭系、寒武系、奥陶系等灰岩分布区土壤Se含量高,燕山期中酸性侵入岩、第四系分布区土壤Se含量低。不同成土母质中碳酸盐岩类、浅色碎屑岩类、浅变质岩类母质土壤Se含量高于晚更新世黄土、河流冲积物以及酸性岩类母质Se含量;不同土壤类型中石灰岩土、粗骨土、石质土、红壤Se含量高于水稻土、黄褐土、潮土Se含量。土壤Se含量与V、Cd、Ba、Ag、Zn、Mo、U、Ni、Sb、P、S以及有机质等理化指标相关性较好,土壤全量硒与有效硒相关性较好。区内采集的47件水稻均富硒,富硒率100%,但茶叶和玉米均不富硒,蔬菜有部分富硒,表现出不同作物对土壤硒的吸收能力不同。

石英脉型金矿床是岩浆期后热液及变质热液作用的产物,受主断裂及次级断裂构造控制,成矿物质主要来自围岩。该类型金矿在西北多有分布,宽度一般较窄,在走向和延伸方向断续分布。单一物探方法有局限性,难以做出全面、合理的解释。本文以西北某石英脉型金矿为例,对此类矿床进行了重、磁、电综合物探工作并进行了正反演计算和定量预测。结合地质成矿条件、物探相关理论及正反演计算,推断了控矿断裂构造,定量预测了的赋矿体。过程中,各方法互相衔接,互相验证,定量解释预测,是综合物探在石英脉型金隐伏矿体找矿方面进行的有效尝试。

海底电磁接收机(OBEM, ocean bottom electromagnetic receiver)是用于观测海底大地电磁信号的主要仪器。为了验证仪器的功能并提升仪器测量精度,在仪器入水前采用通道标定的方式进行仪器自检。现有的OBME-Ⅲ在进行标定计算时,需将通道标定生成的标定文件从仪器中导出,再借助PC端的Matlab程序进行计算,存在海上作业复杂、计算效率低等不足。针对这一系列问题,笔者开发编写了基于ARM-Linux平台的标定计算程序。通过输入相关命令,便可在OBEM-Ⅲ本地实现通道标定计算,减少了导出数据进行多平台计算引起的麻烦。所采用的混合基快速傅里叶变换计算方法,在保证计算精度的同时,将计算时间从90 s缩短到11 s,大大提升了计算速度,提高了仪器海上作业的效率。在2020年7~8月南海西南开展的大地电磁科研任务中,该程序表现出色,成功获得高质量海底大地电磁测深数据。

页岩气水力压裂过程中,在远区开展人工源电磁场激励或在自身地电场的激励下,压裂液的注入、返排、滞留和吸收等过程将引起电场的改变,在压裂区上方通过监测微弱电场变化的方法可以反映压裂信息随时间的变化情况。为了满足压裂现场实时监测的需要,本文基于分布式微弱电场节点采集设备开展了监测技术初探。该监测系统仅采集水平正交的两路电场信号,监测一定范围内实时变化的电场信息,并将初步处理后的数据以无线的方式传回数据中心。测试结果表明,该监测系统工作性能稳定、待机时间10天以上、密封性能好、适用于复杂的野外环境,可为未来获取压裂液运移成像提供重要的技术支撑。

大地电磁测深曲线畸变的校正是大地电磁勘探中的重要问题。通过在D盆地的电阻率测井曲线与大地电磁测深平移方式校正前后的反演测深曲线相比较,构造变换函数,实现了测井曲线对大地电磁测深曲线的标定。经过该技术改进的大地电磁反演结果与验证钻孔极为吻合,结合钻井、地震、重力、磁法资料进行综合分析,有效地揭示了D盆地的构造特征。

为消除激电测深中的电磁耦合干扰,根据频率域和时间域可相互转换的理论,采用静态IP和cole-cole参数的全波形IP、延时反演去耦方法,实现了快速去耦,最大限度地保留了激电信息。以山东沂南金矿金场矿区等为例,对时间域激电测深数据进行了去耦前反演与去耦后反演,结果表明:对称四极装置和非常规电极排列的电磁耦合效应随电极距的增大而增强,电磁耦合的影响深度大部分在时间域激电测深反演断面150 m以浅;非常规电极排列采用三极+四极+偶极混合共线装置,其产生的电磁耦合干扰明显大于对称四极装置和单极—偶极装置;非共线单极—偶极装置的时间域激电测深电磁耦合影响较小。

本文研究了黑龙江省小兴安岭地区稀有稀土元素赋存状态及放射性特征,提出了能谱测量在稀有稀土矿勘查中的一些新认识。通过航空放射性物探测量与地面伽马能谱测量相结合的方法,深度挖掘能谱测量数据的参数特征,确定找矿标志。研究认为,稀有金属矿床的矿化多与花岗岩伟晶岩有关,富集过程中常伴有钠长石、独居石、晶质铀等放射性矿物形成,且具有与铀矿的共伴生的特点,利用放射性测量可成为寻找REE、Nb、Ta等稀有金属矿床的便捷且有效的方法。文章在伊春南岔地区航放异常内新发现铌钽、铷多金属矿化点一处,证实了放射性勘查方法的有效性。

针对浅层或矿井瞬变电磁法探测中发射系统电源电压有限使发射磁矩受限,而发射回线的寄生电感导致电流关断时间过长的问题,设计了瞬变电磁法超小线圈并联式发射回线,通过线圈的并联来增大发射磁矩,再通过外加电阻等方式减小关断时间。从理论上对常规发射线圈与并联式发射线圈建立了等效电路模型进行分析,并对并联式发射线圈与常规发射线圈进行了实验对比测试。结果表明:并联式发射线圈能有效增大发射磁矩,进而减小关断时间。本设计对减少浅层或矿井瞬变电磁法勘探盲区、加大勘探深度具有指导意义。

海洋电场信号被广泛用于海底以下地质构造、水体目标探测、物理海洋和海洋物理特性分析等研究领域,收集海洋电场信号有重要的科学价值,其中海洋电场传感器是其测量媒介。近年来,钙钛矿型复合氧化物作为新型材料成为研究热点,镍酸钐是钙钛矿复合氧化物中性能比较特殊的一个,具有金属—绝缘体相变特性,在海水中稳定性强,对低频电场信号敏感度高,有望成为新型海洋电场传感器的电极材料。国内外学者对镍酸钐进行了一些研究,主要集中于镍酸钐的电学特性尤其是金属—绝缘体相变特性、光学特性及其制备流程。本文对上述研究内容进行了系统综述,并对镍酸钐用于海洋电场传感器的可行性进行了初步探讨。

重力及其梯度异常正演计算效率决定了反演的可行性,也是高效构建足量、多样深度学习样本数据的基础。为了进一步提高重力及其梯度异常正演的计算速度,受航空电磁领域“Moving-footprint”快速正演技术的启发,本文在基于网格点几何格架函数空间域快速正演的基础上,提出了一种“Moving-footprint”大尺度模型分解的重力及其梯度异常正演计算方法。此方法在地下半空间内选择观测点正下方一定有效范围的子空间,该观测点异常近似为其对应子空间内长方体单元的异常和,而忽略子空间外长方体单元产生的异常;当观测点移动,其对应的子空间随之移动,从而可以将地下半空间长方体模型进行大尺度模型分解,为每一个计算点所对应的子空间进行正演计算。模型实验表明,在256×256×15个长方体模型的地下半空间内选取32×32×15的子空间进行计算,重力异常及部分梯度异常的相对平均误差小于10%,计算速度提高19倍;文中方法针对1 024×1 024×15个长方体模型计算时间约为32 min,相比已有算法中存在的超常规计算量的瓶颈问题具有显著的计算优势。

海底电磁接收机主要用于海底大地电磁与可控源电磁信号高精度观测。针对现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)体积大、功耗大、成本高等不足,开展了小型化、低功耗、低成本方面的技术研究。MicrOBEM小型海底电磁接收机开发了新的低功耗控制单元、低功耗前置放大器,配置了低功耗磁通门传感器,采取先进的电源管理技术,使得整机功耗由现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)的1 600 mW下降至500 mW(搭载感应式磁传感器配置)以内。针对传统的声学释放器昂贵、笨重(需要匹配更多的浮力材料)等问题,通过集成水声通讯模块,并增加外置的电腐蚀释放装置方式实现释放回收,MicrOBEM仅需一个直径为17 in(1 in=2.54 cm)的玻璃浮球作为浮体,大幅降低仪器的体积和硬件成本,提升了设备的集成度和作业效率。MicrOBEM的体积(不含测量臂等)相比OBEM-Ⅲ减少3/4,功耗减少2/3,成本降低1/2,并于2021年3月在南海南部开展了深水大地电磁试验,其大地电磁测量功能得到初步验证,具有小体积、低功耗、低成本的优势。

辽阳灯塔市铧子镇—西大窑一带存在较多煤矿小窑采空区,分布于村镇及周边,对地面房屋建筑和居民生活形成极大威胁,矿区周围一定范围内植被稀疏,大量采煤粉碴随意堆存,给生态环境带来严重破坏。但单一方法调查采空区具有局限性,难以彻底消除干扰和观测误差,本文从物探方法抗干扰性和有效性方面进行了选择和探索,运用的方法包括重力测量、高密度电法和浅层地震,经过钻孔验证,取得的效果较好。

云南省安宁市是长江上游滇中经济发展和生态文明建设的重要地区。本文以2018~2020年度在安宁地区系统采集的表层土壤样品为研究对象,对研究区表层土壤重金属等元素含量特征和富集程度进行研究,利用地累积指数和潜在生态风险评价指数对土壤重金属的生态风险进行评价,并采用相关性和主成分分析其来源。结果表明,研究区土壤重金属Cr、Zn、As、Cd、Pb、Hg以及放射性元素U显著高于云南省土壤背景值,且变异程度较高,空间分布不均;重金属Cr地质异常累积程度最高,As、Cd和Hg潜在生态风险等级高,生态风险主要集中在磷矿采区及螳螂川流域钢铁厂、化工厂周边。研究区土壤中Cr、Ni、Cu可能更多地来源于成土母质;Cd、Pb、Zn和As高含量区受人为活动的影响较为显著;Hg可能存在复合污染源。本研究结果将为识别安宁地区土壤重金属的来源及当地土地资源安全管护提供科学依据。

基于二连盆地砂岩型铀矿大基地建设需要,在满都拉图地区开展了BMT试验应用,旨在研究该方法在2 000 m以浅的探测能力及效果,为区内铀矿资源评价提供有效的技术支撑。通过试验区方法数据采集时间及最低频率测试,为兼顾工作效率与效益,最终确定最低探测频率为0.10 Hz、观测时间为60 min,可确保二连盆地探测深度达到1 500~2 000 m的要求,满足地质任务的需要。方法试验结果与钻孔及浅层地震勘探资料对比分析结果表明:BMT在解决盆地盖层结构、基底构造与目的层砂体发育特征以及断裂构造等地质问题上具有可行性,论证了方法的有效性。

新疆维权银铜多金属矿因其独特的矿床成因,受到了广泛关注。本文分析研究了维权银铜多金属矿区重—磁—电综合地球物理平面与剖面异常特征,对典型剖面进行正反演计算并取得了物探异常解释模型。结合已发现矿体的分布规律及前人总结的地质成矿模式,建立了本区的地质—地球物理找矿模式。同时,提出了本区地质—地球物理找矿模型,以期为找矿预测提供依据。

单道地震探测技术以其配置灵活、简便高效、分辨率高的优势,在海洋区域地质调查、近海工程物探等领域得到了广泛的应用,但在内陆江河湖区域的实际应用案列较少。本文以河北雄安新区白洋淀为例,开展内陆浅水区高分辨率单道地震探测技术试验研究;对关键的采集参数,包括激发能量、激发间隔、航行速度以及接收单元个数等进行实际效果对比,以确定最优的参数组合;制定一套内陆浅水区单道地震数据处理流程及方法技术组合,逐步衰减各类干扰噪声,最大程度地提高内陆浅水区单道地震剖面的信噪比及分辨率。试验结果表明,内陆浅水域单道地震探测技术能够精细划分水域浅层地质结构,并与钻探资料吻合较好,有效地支撑服务江河湖环境、地质、地质灾害的调查研究。

我国岩溶分布范围广泛,岩溶区地质环境脆弱,地质灾害频发,严重威胁到人民群众的生命财产安全,造成了巨大的经济损失。本文采用可控源音频大地电磁法(CSAMT)和微重力法,通过二维拟断面反演、小波多尺度提取剩余重力异常,较好地划分了岩溶区的岩土界面及强岩溶发育带,圈定了溶洞的位置、埋深、规模及空间分布情况。通过钻孔验证,CSAMT解释的岩土界面及强岩溶发育带与钻孔基本吻合,微重力圈定的塌陷溶洞规模及埋深与工勘钻孔基本吻合,表明CSAMT配合微重力法在探测隐伏岩溶塌陷时效果较为显著,可为潜在的岩溶塌陷区及类似地质灾害防治预警提供科学探查方法。

南方碳酸盐岩地区页岩气钻探工程面临的碳酸盐岩岩溶问题突出,因此,钻前开展近地表地球物理勘查,合理选择井位是十分必要的。以广西柳州市融安县桂融页1井井位选址为例,综合选择高密度电阻率法、音频大地电磁法及氡气测量3种方法,开展钻前井位选址研究工作,取得良好效果。桂融页1井在近地表没有钻遇断层破碎带,与综合物探解释成果基本吻合,表明综合物探方法在南方碳酸盐岩地区页岩气勘探井位选址勘查方面是有效的。本次成果为今后类似地区钻前井位选址提供了借鉴和参考。

小波多尺度分解是重力位场分离的常用方法之一,其最大的优点是突破了传统的二分重力异常的理念,实现了重力异常的多重分解,但对其性质及其存在的局限性还未进行系统研究。为了更好地指导实践,本文从基于剖面和格网的重力位场小波多尺度分解的定义出发,阐述了低阶小波细节不变准则等3个重要性质,通过设计简单和复杂两类典型理论模型,分析了小波多尺度定义及性质,并在应用实例中与插值切割法进行了对比。结果表明,小波多尺度分解可以实现重力位场多层分离并推估源体埋深,同时针对本文指出的异常尺度混叠和比例系数难以确定等局限,给出了改进思路。以上基础研究工作,可为重力位场资料的处理和解释提供一定参考。

银额盆地拐子湖凹陷沙漠探区特殊的地形、地貌条件对地震资料的激发和接受产生不利的影响,其表层被巨厚且松散的沙土覆盖,沙丘厚度在50~100 m间。在该区开展可控震源采集时,受可控震源机械特征和近地表结构双重影响,在近道范围内,形成“黑三角”干扰,导致地震记录信噪比低。“黑三角”干扰具有能量强、频带宽、分布广、形态差异大等特征,在共炮点域、共检波点域等单一排列内,无法准确统计其振幅强度,导致压制“黑三角”噪声后残留噪声过多,为此提出先按照共炮—偏移距域进行数据重排,然后进行去噪处理的思路,基于银额盆地拐子湖地区的实际可控震源资料应用,验证了该方法在有效压制“黑三角”的同时,能有效保护近道反射信号,特别是深层弱反射信息,也验证了该方法在提高资料信噪比上的有效性。

基于青海省开展的土地质量地球化学调查数据,通过分析土壤pH范围和Se含量特征,掌握青海省土壤酸碱性和土壤Se背景值,建立小麦、油菜籽、豌豆、大蒜、牧草等作物与根系土Se的富集模型,结合人群Se摄入推荐量和青海省富硒农畜产品Se含量标准值,推算青海省富Se土壤推荐值。建议青海省碱性土壤以0.23×10^-6作为富硒土壤下限值,中酸性土壤以0.25×10^-6作为富硒土壤下限值。本次研究对青海省富硒土壤地方标准的制定及指导富硒产业发展具有重要意义。

关于贵州地热成因,人们多倾向于地震活动和断裂控制“地温梯度”机械能升温,不具备岩浆热源及放射性产热条件。本文通过研究前人成果和热储、盖层特征及区域重磁等资料,推测深部断裂和中酸性、基性—超基性岩体,分析天然地热及地热井的区域分布特性,并结合有关的地质资料,提出贵州地热可能存在2种基本成因模式:一是深部断裂控制的“地温梯度”自动增温循环生热,该导热方式驱使地下水持续升温最为发育,二是岩浆岩余热作用,此导热方式的推测作为一种新的产热类型及成因来源补充,而贵州作为我国重要的铀、钍等资源区域成矿地区,目前研究程度低、资料少、规模小,是否存在放射性生热基础尚不清楚。对地热成因深入研究,可为下步区内精准地热调查和找矿方向拓展提供相关依据。

由于地理因素和历史等原因,城市地下方形空洞“多”、“密”、“乱”的状况越来越严重,地质雷达方形空洞扫描图像解析并不明确。基于地质雷达扫描探测全过程,将雷达紧贴地面扫描地下方形空洞的图像对称轴左侧细分为3个阶段,建立各阶段水平距离与回波延时之间的关系,系统分析不同埋深、不同大小条件下方形空洞地质雷达扫描图像的变化情况,结合探测实例实现地下方形空洞地质雷达成像机理的科学解释。总结出均匀介质中地下方形空洞雷达扫描图像对称轴左侧3个阶段分别为斜率不变的连续直线,单调递减的连续凹曲线和与水平距离无关的连续水平直线;随着埋深与空洞大小的增大,曲线图像趋于缓和,曲线的特征体现出张开弧度增大的趋势。

为探讨南水北调东线重要汇水区菏泽市水系沉积物重金属特征、污染来源及环境风险,采集了菏泽市3个主要流域25个点位的水系沉积物进行6种重金属(Cu、Zn、Ni、Cr、Cd、Pb)含量分析,并利用污染负荷指数法、潜在生态风险指数法和对数回归模型法进行风险评估,利用相关性和主成分分析判别重金属污染来源。结果表明,研究区各流域水系沉积物重金属含量普遍高于背景值,所有点位Ni、Cd含量均超背景值,其中Cd有40%点位超3倍背景值。各流域水系沉积物重金属含量分布不均,6种重金属极大值均出现在洙赵新河流域,其污染负荷指数(PLI)、潜在生态风险指数(RI)、毒性比值(Y)分别为1.62、123和0.367,均高于其余两流域,属于中度污染,具有较强生态风险,可能对水生生物造成危害。主成分分析表明造成研究区内6种重金属富集的主要来源是工业园区内石油炼制及相关化工企业。

河南省老湾地区是桐柏—大别有色贵金属成矿带上重要的金成矿区。在综合分析该区成矿因素的基础上,提取构置了地层、韧性剪切域、脆性断束、岩浆岩、与Au有关的蚀变带和Au、As、Sb、Ag水系沉积物单元素异常等9个预测变量,基于MRAS软件,采用证据权重模型对该区金矿进行了成矿远景预测工作。本次采用0.10 km×0.10 km的网格单元进行预测,经过各预测变量的先验概率计算、权重值统计、独立性检验和后验概率的计算等过程,划分出A、B、C三个级别的成矿远景区块,根据预测网格分布特点及该区金矿地质特征,圈出了Ⅰ级找矿远景区4处,Ⅱ级找矿远景区4处。综合分析认为:已知金矿床或矿点多数落入A级或B级成矿远景区块,C级成矿远景区块主要是在A级或B级成矿远景区块的周边,与成矿区带从中心向边缘渐变的特征相符合;圈出的Ⅰ级找矿远景区内均已发现金矿床(点),并且后验概率平均值较高,具有较好的金矿找矿潜力。

彭水地区位于四川盆地东南缘武陵褶皱带,属于典型的喀斯特岩溶山地地貌,具有十分复杂的近地表结构,导致地震采集效果差、信噪比低,严重影响油气勘探效果。对此重点开展了碳酸盐岩裸露山地地表条件下的炸药药型、激发方式、激发井深、激发药量等激发试验以及干扰波调查、检波器类型、组合方式等接收试验与研究,优选了一套具有较好经济性与可操作性的激发与接收参数,建立了针对复杂山地地形的激发点位优选技术;与以往资料相比,新采集单炮记录能量、信噪比及一级品率明显提高,新资料处理剖面显示了较为丰富的信息,反射特征清楚、信噪比较高,在碳酸盐岩地表区显示出明显的地震构造格局。

海河流域中含有重金属的生活、工业污水排入量较大,致使重金属大量进入水环境并聚集在沉积物中。传统的生态风险评估方法忽略了重金属形态分布特征因素,造成生态风险评估可靠性较低的问题。本文以海河流域平原段河流为研究对象,提出了海河流域沉积物重金属形态分布特征及生态风险评估研究,在海河流域设置采集点,采集沉积物样品,并在实验室中使用混合酸处理样品,采用原子吸收法测定样品中重金属含量,分析沉积物重金属形态分布特征。在生态风险评估中,借助丰度计算完善生态风险评估指数,设计重金属生态风险评估标准。实验结果表明,设计方法得到的各个采样点和各类重金属评价与实际情况更加接近,可靠性更高,评估性能更好。

针对传统不极化电极极差稳定性差、低频噪声大、寿命短、需要定期维护等缺点,研制出免维护超低噪声固体Pb-PbCl₂不极化电极。室内测试结果表明:所研制的电极极差在一个月内漂移小于0.06 mV,只有法国进口PMS9000电极的5%;温度系数小于20 μV/℃,不到PMS9000电极的1/5;在100 m电极距条件下,相对于天然感应电场的信噪比为40 dB@10³ s、20 dB@10⁴ s和10 dB@10⁵ s。野外对比测试表明:利用新研制的固体不极化电极可以明显提高对地电场信号的采集精度,显著提升大地电磁死频带和低频段数据质量。

以洛阳市伊川县鸦岭镇—汝阳县小店镇一带土壤为研究对象,通过表层土壤样品的采集和分析,研究了土壤中硒的形态特征及其影响因素。结果表明,研究区表层土壤中硒的赋存形态以腐殖酸态、残渣态和强有机态为主,水溶态硒和离子交换态硒之和仅占总硒的2.70%,具有水溶态硒含量水平较低,而有机态硒占总硒比例显著高的特征。土壤总硒含量、酸碱度、有机质含量及土壤类型均对土壤中硒的赋存形态有影响。碱性环境土壤中硒有效态量占总硒比例明显高于中性环境和酸性环境土壤;土壤中硒有效态量随着土壤pH值升高而呈增加趋势。土壤中有机质含量对有机态硒影响最显著,而对有效态硒影响不明显。不同土壤类型中,水溶态硒和离子交换态硒之和占总硒比例表现为红黏土>水稻土>褐土>粗骨土>潮土>砂浆黑土。

为探索湖北省红安县土壤重金属空间分布特征,选定金沙湖和觅儿寺工业园两个重点调查区,系统采集表层及垂向剖面土壤样品,测定Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg含量。采用单因子污染指数法和潜在生态危害指数法评价重金属元素空间分布特征及生态风险。研究表明:调查区上述8种重金属元素平均含量分别为21.48×10^-6、21.75×10^-6、63.60×10^-6、53.24×10^-6、20.25×10^-6、0.13×10^-6、5.44×10^-6和0.04×10^-6,其中Cu、Cr、Ni和Cd污染积累相对富集,以轻微污染为主;重金属元素分布规律特征明显,轻微污染集中于高桥—永佳河基性—超基性混杂岩带和觅儿寺工业园周边,重度污染仅存在于八里湾东北侧零散锰钴矿化点, Pb和Hg含量在表层土壤富集,深层减少, Cr和Ni则在深层土壤富集,而表层减少,其他4种元素规律不明显; Cd和Hg单元素潜在生态风险较高,基于这两种元素的综合生态风险评价认为金沙湖城关镇周边、基性—超基性混杂岩带、觅儿寺工业园周边和八里湾镇锰钴矿化带为中等潜在生态风险地区,需加强生态监督保护。该研究成果可为红安县后期生态治理提供科学依据,并为其他生态地质调查的土壤工作提供借鉴意义。

多个激励源无延时发射(多源并发)相同中心频率脉冲会形成平面波束信号,增强数据记录质量。本文通过数值模拟对比分析在多源并发情况下,非分裂递归卷积完全匹配层作为吸收边界条件和Mur二阶吸收边界条件对电磁波的吸收效果。其研究结果表明,传统的Mur二阶吸收边界条件对多源并发、多角度掠射情况下电磁波的吸收效果不佳,在大偏移距下会造成波形畸变和形成虚假反射。而在多源并发情况下采用非分裂递归卷积完全匹配层作为吸收边界条件,将坐标伸缩因子引进时域有限差分算法中。通过傅里叶逆变换将频率域坐标伸缩变换PML方程转换到时域,对电场和磁场值在离散状态下进行递归卷积运算求解。从而避免了直接对卷积进行数值求解的复杂计算,在保证计算准确性的同时,节约了内存空间,提高了计算效率。在不分裂波场情况下,改善了网格截断位置对电磁波的吸收效果。

全波形反演(full waveform inversion,FWI)是目前精度最高的一种速度反演工具,通过迭代反演得到高精度的地下构造,为叠前成像技术提供更准确的速度场,满足目前勘探开发日益复杂的需求。但FWI需要估计精确的震源子波,而从野外采集的地震数据提取子波是非常困难的,此外,反演过程中,模型参数与观测数据存在强的非线性关系,容易产生周波跳跃现象。针对中低波数反演过程中存在周波跳跃现象与地震子波难提取的问题,本文构建了一种基于组合震源的多尺度波形反演方法。首先对子波和地震数据进行时移组合叠加,再进行互相关梯度求取,只需要一次逆时偏移的计算量,就可以完成梯度的求取,实现多尺度反演的目标。通过模型试算,基于组合震源的FWI方法,可以达到多尺度反演的目的,使得反演结果更稳定;与不依赖子波的方法相结合,反演结果相对准确。

梳理了2015~2020年之间国外主要的航空物探系统集成技术的现状和进展情况。在这一时期,一些旧的系统进行了改进,也有一些不再适合市场需要而被淘汰。新的系统集成方法不断涌现:随着修正算法的改进,磁梯度吊舱开始被广泛应用;无人机系统的飞行控制能力和负载能力显著提升,已应用于磁、电、重、伽马能谱各领域;SQUID 磁张量、FTG 重力张量系统先后投入了航空物探商业运行,电磁法系统的信噪比进一步提升,碘化铯晶体重新受到航空伽马能谱测量设备制造公司的青睐。作为21世纪的战略技术,这些进展值得引起我们的注意。