分布式声波传感(DAS)技术作为最先进的声场检测技术之一,能够对与光纤相互作用的环境振动和声场信息进行分布式、长距离、高精度的实时检测。DAS技术中的光纤勘探系统解决了常规检波器在复杂地质环境中成本高、布设难度大等问题。近年来,DAS技术得到了快速的发展,尤其在需要长期、大规模布设的监测应用场景中得到了迅速的发展,但其相关研究成果较为发散,系统性认识较少。为深入了解DAS技术在地球物理勘探领域内的研究进展,更好地开展后期研究,本文通过文献调研,对DAS技术自身的发展进程与其近期在地球物理勘探领域内取得的研究成果,按照油气、海洋和环境工程3个不同的应用场景进行系统的分类总结,着重关注DAS技术近年来在不同方向上的发展进程、数据处理方面的研究进展以及已经取得成果的相关文献;最后,对现阶段基于DAS采集系统的发展趋势和亟待解决的问题进行了概括,对未来DAS的发展前景进行了分析。

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。

航空物探方法具有“绿色、经济、高效”和作业受地面因素影响小等特点,是青藏高原开展基础调查与科学研究的最有效手段之一。笔者回顾了青藏高原羌塘盆地近三十年来航空物探工作进展情况,系统总结了航空物探综合调查与地质解释成果,介绍了航空物探方法在盆地边界、中央隆起带、基底性质、深部结构、盖层特征等重大基础地质问题,以及在识别油气有利构造区等方面取得的研究进展与认识,对羌塘盆地航空物探调查发展态势进行了分析,并对今后重点研究方向提出了意见和建议。

随着“两宽一高”地震采集技术的发展,基于方位各向异性理论的叠前P波裂缝反演技术的应用也越来越多。方位各向异性反演可以得到裂缝方位和裂缝强度,但是不同的反演技术得到的表征裂缝强度的参数各不相同,反演结果也常常有所差异,因此就造成了裂缝各向异性反演结果的不唯一性,进而造成谁才是“正确的”这种困惑和疑问。本文从Thomsen各向异性理论出发,通过裂缝模型(Hudson薄币模型、Schoenberg线性滑动模型)之间的相互关系,在不同的裂缝反演技术(VVAZ、Ruger近似和傅立叶级数)中建立各向异性的参数联系,给出了不同方位各向异性裂缝反演结果的真实含义和数学表达,并对不同反演技术与裂缝模型参数之间的联系进行了总结,进一步深化了方位各向异性裂缝反演的研究,为基于“两宽一高”数据开展大规模的裂缝检测奠定坚实的理论和技术基础。

由于单一物探方法具有多解性,在当前深部找矿中,综合物探方法得到了广泛的应用。在新兴都斛斑岩型铜矿区的地质勘查中,综合使用了高精度磁法和可控源音频大地电磁测深等地球物理方法,推测可控源音频大地电磁测深的中低阻异常和高精度磁法的低缓异常的组合是找矿的重要标志,异常查证取得较好的效果。在1 000 m钻孔中,累积发现178.2 m铜、钼、银、金矿化体,铜的最高品位1.45%。综合物探方法的使用,在粤西斑岩型铜矿床的矿产勘查中具有重要的指导意义。

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。

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。

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。

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。

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。

比里姆(Birimian)岩系作为西非地区最重要的Au成矿岩系,在利比里亚东南部的Harper地区广泛分布,Harper图幅1∶25万水系沉积物测量数据的地球化学特征参数表明,区内Au、Hg等元素具有强富集、强分异的分布特征,As具有富集、强分异的分布特征,显示出该地区优异的Au找矿前景。通过元素相关性分析,本次筛选出能够有效指导Au矿勘查的F1因子(Au-Hg-Pb-Sn元素组合)及F2因子(As-Sb-W元素组合),通过对两组主因子中的Au、Hg、As、Sb 4种元素开展异常信息提取,圈定出13处组合异常,有效反映了区内不同类型金矿(点)的异常分布特征。异常区的地质矿产检查工作表明,在具有定向展布特征且异常强度较高的HS1-HS3、HS12-HS13组合异常区内具有明显的Au矿化信息,以此为基础,圈定出Seethum New及Behwan等2处可供开展进一步详细勘查工作的Au重点找矿远景区。

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。

在过去十年找矿突破战略行动上,金矿勘查在我国取得了重大的进展,展现出了巨大的金找矿潜力。矿化剂元素硫与金矿的形成密切相关,已有国内外学者证明硫是矿床形成过程中最重要的元素。硫同位素被广泛用于示踪金矿中的矿质来源,不同的金矿具有不同的地质背景,硫同位素的组成特征受不同硫源控制,金矿中的硫同位素可以反映成矿的地质背景。矿集区尺度的硫同位素在时间—空间分布特征上具有理论意义,在指导找矿勘查方面也具有重要作用。我国的金矿资源可以划分为42个金矿集区,其中胶东、小秦岭、滇黔桂3个金矿集区最为典型,梳理和总结3个典型金矿集区硫同位素特征的异同,可为今后的金矿找矿勘查提供理论和方法支撑。

山东省鲁西北潘店地区超深覆盖区航磁和重力异常明显,通过系统的重磁异常查证工作,在研究区重磁异常带开展的多个钻孔均取得了深部矽卡岩型铁矿床找矿突破,但由于重磁异常带范围较大且其特征不能直接指示找矿方向,造成部分钻孔不见矿或见矿情况差。因此,为了更好地在重磁异常带精细圈定成矿位置,实现新的更大的找矿大突破,本文旨在已查证的潘店重磁异常带开展广域电磁测深(WFEM)工作,结合钻探验证情况,圈定深覆盖区矽卡岩型铁矿深部成矿区间及成矿有利结构面,提出深部精细找矿方向。

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(P_i)、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。

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。

在“碳达峰、碳中和”双碳目标背景下,如何科学、高效地进行地热资源的勘查开发是地热产业的关键问题。本文针对目前普遍关注的中深层地热资源勘查技术难题,以内蒙古敖汉旗林家地为研究区,开展了综合地球物理勘探方法的有效性试验研究。在区域地质条件和水文地质条件分析基础上,初步查明了敖汉旗林家地一带地温场特征和地下水化学特征;运用可控源音频大地电磁法(CSAMT)、微动测深和放射性氡气剖面测量多种方法组合,基本查明了研究区地层、岩浆岩及断裂构造的分布,推测了地热异常区控制因素及热水运移情况,并据此设定了勘探孔位,进行了960 m钻探验证。结果表明:综合运用可控源音频大地电磁法和微动测深等物探方法,并结合放射性氡气剖面测量进行辅助验证,对开展中深层地热资源勘查较为有效,可为其他地区地热资源勘查提供方法参考。

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。

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。

岩性识别是一项重要的地质工作,为固体矿产勘探与油气勘探奠定了坚实的地质基础。岩石物性是连接岩性和地球物理场的桥梁,可以通过物性之间的差异进行岩性识别,但不同岩石的物性数据往往存在一定重合,仅靠交会图无法准确地识别岩性。KNN(K近邻)模型是一种简单、直接的机器学习方法,准确度和灵敏度都很高,适用于多分类问题。基于此,本文将基于特征加权的KNN模型引入岩性识别中,该方法将传统KNN模型与属性特征的信息增益相结合,对不同特征赋予不同权重,可以直观地反映属性特征对分类的重要程度。实验证明,相比于传统KNN方法,基于特征加权的KNN模型对岩性交界处的识别能力有大幅提升,整体提高了岩性识别的准确性和稳定性。

中国南方常压页岩气资源潜力大,主要分布于四川盆地周缘构造复杂区及盆外褶皱带,具有地表、地下双复杂地质条件,地震采集品质差、成像精度低、甜点参数变化规律不清。本文系统总结了渝东南地区常压页岩气地震采集、成像处理、储层预测等方面的研究成果与技术进展:①形成了变密度三维观测系统设计技术、灰岩地表复杂山地地震激发接收技术,确保复杂地下构造反射波场充分采样,提升采集资料品质,提高施工效率。②完善了复杂山地地震叠前预处理技术、盆缘过渡带复杂构造成像技术、盆外褶皱带向斜构造成像技术,成果剖面信噪比高,有效频带宽,构造成像精度高。③基于岩石物理特征研究,实现优质页岩厚度、地层压力系数、脆性的定量预测;基于统计岩石物理,实现页岩有机碳含量、含气量、孔隙度的定量预测;利用有限元应力场模拟技术,揭示古应力场演化,实现多期构造改造叠加作用形成裂缝的定量预测;采用组合弹簧模型今应力场预测技术,明确今地应力场分布规律。通过攻关研究,有效指导了常压页岩气甜点预测与勘探开发,为南川常压页岩气田的发现提供了依据。下步应重点攻关基于5G无线节点接收的更加科学合理的地震采集技术、复杂山地高陡构造高精度自动化成像处理技术,以及“地质—工程—经济”一体化的甜点地震评价方法。

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。

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。

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。

为探究锂元素在中细晶岩中的分布特征和赋存规律,及与钨、锡、铌、钽、铍、铷等矿产的共伴生关系,对香花岭矿田有色—稀有金属的分布特征和成岩成矿过程进行了分析研究。以出露的花岗岩岩体为中心划分出了癞子岭—南吉冲、尖峰岭—香花铺、通天庙—瑶山里等3个稀有金属锂的成矿区段,且已在癞子岭—南吉冲和尖峰岭—香花铺成矿区段的中细晶岩中发现有富锂矿化体赋存。锂元素在中细晶花岗质岩体的内部、顶部及高侵位岩枝、岩脉前锋部位和边缘相等处的自变质蚀变作用部位,或在与富含硅质的围岩体接触带处的富硅石英脉封闭的区域中汇聚并富集成矿,划分这些矿化蚀变地段是香花岭矿田探获中细晶岩型锂矿体的一个重要思路。

露天矿边坡稳定性评估是预防边坡事故发生的基本手段之一,物探结论一直作为重要依据被广泛采纳。在露天矿台阶上进行高密度电法勘探时,为研究台阶对勘探结果的影响,本文进行了水槽相似材料模拟实验,研究了待测剖面内的电流场分布。实验结果显示:待测剖面中靠近上下坡面线及清扫平台宽度线的浅部位置电流密度大,且分布均匀;中部位置电流密度变化急剧,且电流密度等高线的形状与台阶形状相似;深部位置电流密度小,变化迟缓;待测剖面上靠近坡底线的位置出现明显的电流聚集效应,台阶地形下的电流密度比在平面地形下的电流密度大,且分布不均匀。这表明应用高密度电法实测时,露天矿台阶会导致中部位置和靠近坡底线位置处的反演成果异常。

地学领域一切问题研究的本体是源自壳—幔作用的对全球资源与环境产生深刻影响的物质世界。成矿地球化学理论认为,成矿物质是成矿系统影响成矿过程的内在因素,以成矿物质为主体研究成矿物质与成矿作用问题是成矿地球化学理论的基本含义,也是成矿规律与成矿理论研究的核心问题。成矿物质在成矿系统成矿作用过程形成相应规模的成矿系列。本文概略地提出成矿地球化学研究的若干科学问题,其中全球成矿系统主要研究成矿物质在全球成矿作用中成矿域、成矿省及成矿区带系列的成矿过程与成矿关系问题,区域成矿系统主要研究区域成矿作用中矿田系列成矿过程与成矿关系问题,矿田成矿系统主要研究矿田成矿作用中矿床系列成矿过程与成矿关系问题,矿床成矿系统主要研究矿床成矿作用中矿体系列成矿过程与成矿关系问题,以及研究这些问题的基本思路,包括全球各级次成矿系统与成矿系列在成矿过程中成矿物质的成因来源、迁移演化、分异富集及分带关系问题,总结成矿规律,探寻成矿机理,指导资源勘查预测。成矿地球化学以现代信息化、模式化与智能化应用研究为支撑,运用地球系统科学思想研究成矿系统与成矿系列问题,构建成矿地球化学研究的理论框架,为矿产资源勘查、评价与开发技术方法提供理论基础。

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。

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。

准噶尔盆地石南地区白垩系清水河组底砾岩中相继获得工业油流,但该套储层却具有多层系立体式含油及纵、横向变化大的特点,急需解决储层识别与精细刻画的难题。本文在精确地震地质层位标定的基础上,采用地震层位拉平残余厚度“三步法”恢复白垩系清水河组一段古地貌,结合自然伽马拟声波储层预测,基本查明了沉积的主控因素及砂体空间展布特征。研究成果为石南地区白垩系储层预测提供了有效的方法组合,为白垩系清水河组砂砾岩油气藏的油气勘探提供了充分的科学依据,可有效降低勘探风险。

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。

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。

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。

特定的计算工具帮助地质学家识别和分类油井钻探的岩石岩性,降低成本并提高工作效率。机器学习方法集成了大量信息,能够高效地实现模式识别和准确决策。文章将挪威海5口油井进行岩性分类,通过将数据随机分为训练集(70%)和测试集(30%),利用多变量测井参数数据进行训练和验证,对比多层感知器(MLP)、决策树、随机森林和XGboost等模型的应用效果。研究结果显示,XGBoost模型在数据的泛化性方面表现更佳,其准确率为95%;随机森林模型次之,准确率为94%;而多层感知机(MLP)和决策树模型表现出较好的鲁棒性,准确率分别为92%和90%。

老区油田目前处于开发的中后期,高台子油层含水饱和度大幅度增加,纵向分层情况认识不清,区域剩余油藏分布规律不明,增大了挖潜难度和节能减排压力。为进一步认清高台子油层剩余油藏的分布情况,指导生产作业,明确潜力方向,在研究区域应用PNN(脉冲中子—中子)测井技术识别储层剩余油藏的纵向分布情况。将10口井的监测结果与生产资料对比,措施符合率为80%。研究表明PNN测井技术能够较好地在纵向分层上识别储层的剩余油藏分布状况,在指导单井在高含水层补孔堵水方面,整体应用效果较好,产油量增加。该方法的结合应用提高了老区油田高台子油层评价剩余油饱和度的准确性,为制定和调整后续油田开发方案提供了技术支持,为进一步指导油藏高效开发和节能减排提供了科学依据。

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。

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。

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。

甘肃北山老君庙北金矿位于甘肃北山南带,属于塔里木陆块东北缘,为窑洞梁—小西弓古元古代裂谷盆地构造环境。本次找矿通过1∶10 000土壤地球化学测量工作,圈定了综合异常区5个,综合异常经槽探工程验证,新发现金矿体3条、金银矿体1条、低品位金矿体2条,取得了较好的找矿成果。同时,结合矿区地质、地球化学综合异常特征,建立了以HT1综合异常区为主体的地质—地球化学综合找矿模型,并提出了下一步找矿方向,为矿区深部和外围找矿工作提供了重要的参考依据。

深水区逐步成为海洋油气资源勘探靶区,该区域地质情况复杂,中深层地震成像存在信噪比低、分辨率低的问题,势必影响油气资源的勘探开发。为提高深水区中深层地震数据的品质,从地震数据采集的源头出发,采用立体震源和平面震源在同一采集参数下,对坡折带区同一位置重复进行地震数据采集,经过相同的处理流程后,将二者在子波、炮集频谱、近道频谱、叠加剖面频谱、最终成像等方面进行对比分析。结果表明:立体震源子波在能量强度与受鬼波干扰方面都优于平面震源,且在深水区中深层具有频带更宽的特征,尤其是30~80 Hz频率更丰富,从而可以提高地震剖面的分辨率,改善地震数据的成像。由此可知,与平面震源相比,立体震源在改善深水区中深层地层成像方面具有较好的优势。因而在深水区中深层地质条件复杂的情况下,可采用立体震源采集地震数据,以提高地震数据成像品质。

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。

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。

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。

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。

随着社会的发展,各类干扰日益加剧,高质量的大地电磁采集也变得愈加困难。为了提高数据质量,学者们针对不同类型的噪声提出了很多对应的去噪方法,由于大地电磁数据量都比较大,去噪前不可能对每条数据进行人工判读,急需一种高效率的噪声识别和分类方法。基于此,本文将人工神经网络应用于大地电磁时间序列分类中,为了选取最为合适的大地电磁时间序列分类网络模型,使用模拟方波、工频、脉冲噪声以及实测无噪声数据4类时间序列类型,分别对LSTM、FCN、ResNet、LSTM-FCN及LSTM-ResNet模型进行了噪声分类训练和实测数据分类对比试验。结果表明,FCN及LSTM-FCN在大地电磁时序分类中具有相对较好的效果。其中,FCN模型对实测数据分类准确率最高可达99.84%,每个epoch平均用时9.6 s, LSTM-FCN较FCN具有更高的分类精度,实测数据集最高分类准确率近乎100%,但是其每个epoch平均用时24.6 s,且较FCN也更易过拟合。总体来看,如果数据量较少使用LSTM-FCN可以获取更高的分类精度,数据量较大时需考虑时间成本,使用FCN则更为合适。最后,利用LSTM-FCN分类模型和LSTM去噪模型搭建了大地电磁噪声处理系统,对含有不同类型噪声的大地电磁数据进行了成功处理。

多年冻土空间分布调查在冰冻圈研究中具有重要意义。目前国内冻土空间分布调查通常采用地面物探结合测井的探测方法,获得局部点上或线上数据,或者采用不同的遥感模型,模拟估算区域性多年冻土厚度。笔者利用获取的时间域航空电磁数据,根据电阻率计算结果推断多年冻土空间分布特征。推断结果与已知测井资料对比分析表明,根据时间域航空电磁数据反演结果推断的多年冻土层厚度与已知测井测温确定的结果平均误差为18.5%,表明采用时间域航空电磁法开展多年冻土厚度调查是有效的,具有较高的准确性。由于时间域航空电磁测量具有高效、受地形影响小等技术优势,可应用于青藏高原、东北大兴安岭等地区的大面积、快速、定量化的多年冻土调查,为全面调查研究多年冻土空间分布及其对生态环境变化的影响提供新的、有效的技术解决方案。

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(φ_f)和次生孔隙发育指数(R_P)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;φ_f-R_P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。

可控源音频大地电磁(CSAMT)和微动探测在城市强干扰条件下均有较好的应用前景,但单一的地球物理反演具有多解性。为了实现不同地球物理方法优势的互补,同时解决单点反演横向不连续性的问题,本文开展了CSAMT和微动探测数据的拟二维联合反演研究。作者将横向约束矩阵引入联合反演的目标函数中,同时采用有限内存拟牛顿反演算法(LBFGS),实现了两种方法的联合反演。通过理论模型合成数据反演算例,验证了联合反演的可靠性和有效性。结果表明,联合反演相比单一数据反演能有效地提高反演结果的准确度,其电阻率模型和横波速度结构更加趋于一致,同时,横向约束能有效地降低相邻测点物性参数的不连续性。通过加入横向约束的拟二维联合反演以单点反演的效率,获得了更合理的物性参数和地下结构的剖面结果,提高了反演的可靠性。

深部(层)煤层气勘探开发过程中,精准预测地应力对于安全高效钻完井具有重要意义。曾被认为是勘探开发禁区的深部(层)煤层气,近几年相继获得高产而备受关注,但与之相适应的地应力预测模型尚未进行过有益探讨。据此,本文翔实梳理和系统分析了常规油气储层和煤层气等非常规天然气储层中常用的6种地应力预测模型,基于常用的预测模型开展了地应力计算,通过闭合压力对比分析,得知组合弹簧模型和Newberry模型精度相对较高。为提升地应力预测模型的精度,采用煤岩的有效应力系数对两种模型进行优化。优化后的地应力模型预测精度较优化前误差降低了4%,其精度基本能满足大吉区块深部(层)煤层气勘探开发对地应力预测精度的要求。

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。