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。
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。
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。
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。
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。
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。
近年来,推荐系统算法受到数字地球科学研究领域的关注,有望在成矿预测领域得到广泛应用。海量地学数据中包含着多种语义信息,而在传统的成矿预测研究中并未对其进行充分挖掘。深度兴趣演化网络(deep interest evolution network,DIEN)作为推荐系统算法,对语义信息挖掘充分,可以达到对用户偏好的预测。故本文采用DIEN作为预测模型,根据西澳大利亚政府提供的数据库,选取由解释基岩提取的语义信息作为控矿要素。通过训练模型对研究区进行成矿预测,结果显示92.95%的铀矿点分布在预测图内中高概率区域,并且部分未知区域显示为较高预测概率,在去除部分区域已知铀矿点后重新训练模型,该区域仍显示中高预测概率。表明DIEN对成矿预测研究中语义信息进行了有效挖掘,且模型对于研究区存在较好的预测能力,为成矿预测研究开辟了全新的思路。
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。
中国中、西部城市或城镇居民区有很多位于山前冲积扇形成的冲积平原之上,揭露冲积扇的地质结构和稳定性对城市建设规划和土地合理利用具有重要意义。六盘山东麓冲积扇上分布有固原市城镇居民区和村落,人口密集。冲积扇发育多套事件沉积层,记录了构造活动和气候转变控制下冲积扇的活动性特征。本文通过野外地质调查、光释光测年、可控源音频大地电测深和常规氡气测量等手段,揭露了六盘山东麓冲积扇地层结构,厘定了晚更新世以来两期事件沉积层,沉积时代分别为~43.33 ka B.P.和22.92~20.72 ka B.P.。基于可控源音频大地电磁测量和常规氡气测量结果,揭示在海原断裂带和清水河断裂活动的影响下,六盘山东麓冲积扇至今仍存在较高活动性。该研究结果可以为六盘山地区地壳稳定性评价、地质灾害防治和工程设施建设提供基础数据支撑。
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。
川西冕宁—德昌地区是我国最重要的轻稀土成矿地带,为在德昌地区进一步寻求稀土资源找矿突破,对其开展了1:5万水系沉积物测量。测试数据特征分析和化探异常提取结果表明稀土氧化物(REO)总量具有富集规律,且比较明显,元素异常与相关地质体空间分布叠合性较好。通过累积频率法、迭代法综合分析确定异常下限值,在此基础上编制元素异常图,并圈定5处主要异常区域。通过开展异常综合评价,优选出黄家坝、角坝村、一把伞和花椒园4个找矿靶区。通过成矿地质条件分析,采用赣南钻进行异常查证,在黄家坝找矿靶区发现3处轻稀土矿床,在角坝村找矿靶区发现2处重稀土矿床,在一把伞找矿靶区发现2处重稀土矿床,在花椒园找矿靶区发现2处重稀土矿床。研究认为,区内三叠纪黑云母钾长花岗岩和黑云母二长花岗岩为离子吸附型稀土矿成矿母岩,稀土主要在全风化层富集成矿。在德昌地区利用1:5万水系沉积物测量,分析稀土氧化物总量地球化学特征,圈定的成矿远景区指示稀土元素富集于母岩;再根据富集地段表生条件,选择有利于风化壳形成、保存的地段快速圈定找矿靶区;实践证明,该思路是“内生外成”离子吸附型稀土矿简洁、有效的找矿模式。
蟒岭矿集区岩浆活动强烈,是近年来北秦岭构造带深部找矿的热点地区,区内钼矿的形成与晚侏罗世酸性小岩体关系密切。为实现该区深部找矿突破,本文在重力异常圈定的腰庄隐伏岩体上开展了广域电磁法测量。测量结果显示,深部存在明显的高阻异常,推断高阻异常的凸起部位为腰庄隐伏岩体;其电阻率反演结果基本刻画了该岩体的顶面变化特征,推断顶面海拔介于-300~620 m、南北宽度1 300~1 600 m。通过对优选出的深部成矿有利部位进行钻探验证,揭示了隐伏岩体和隐伏钼矿体的存在。结果表明,广域电磁法探测深度大、分辨率高,是蟒岭矿集区深部找矿的有效勘查方法。
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。
音频大地电磁测深法应用比较广泛,已成为固体矿产深部地球物理探测的主要方法之一,但在处理解释中,往往只考虑电磁效应,忽略了激电效应,这与实际地质情况不相符。本文在实现带激电效应的二维音频大地电磁有限元正演基础上,模拟了激电效应各参数对二维正演响应的影响大小及规律,同时对二连盆地砂岩型铀矿的地电模型进行了数值模拟研究。结果表明:①基于Cole-Cole模型实现的带激电效应二维AMT正演,随着极化率、频率相关系数及时间常数取值的增加,主要降低二维正演视电阻率异常响应值,增大阻抗相位异常响应值,这对探测低阻目标体有利,探测高阻目标体影响较大;②激电效应中的零频电阻率和极化率对二维正演响应影响较大,频率相关系数与时间常数对正演的影响大小主要取决于极化率,当极化率较大时,二者对正演响应同样具有较大的影响;③在砂岩型铀矿中,当砂体中存在浸染状及含硫化物的岩性时,较大的激电效应会对频域电磁测深法探测目标砂体产生较大影响,因此在探测前需进行正演建模,了解激电效应的影响大小。
针对当前日益增长的大规模野外地震采集需求,综合考虑仪器的功能性、经济性与部署便捷性,研发一种基于MEMS传感器的低成本多功能节点式旋转地震仪RBWL。仪器采用低成本、低功耗的MEMS传感器进行三分量平动(Tx、Ty、Tz)以及三分量旋转(Rx、Ry、Rz)进行地震信号采集。为降低环境因素对测量的影响,系统自动记录温度、姿态等实时信息,并对测量结果进行相应补偿校正。为实现采集节点的实时监控与数据传输,系统集成了基于4G—云端—客户端的数据传输链路,经实测最大数据传输速率可达100 Mbps。通过开展H/V谱比的实验,不仅验证了仪器系统功能与主要性能参数,而且证明了其在工程物探中的应用效果。
借线遥控电极阵列是一种新型供电—观测电极阵列,它借助常规电法勘探的供电导线和测量导线载波传送信号,遥控各导线与其链接的系列编码电极开关,从而有序地开展供电和测量。这种阵列的电极点距可灵活改变,供电电极间距可逐渐遥控扩大,实现了梯度测深阵列化测量。借线遥控器可以与单道电测仪、多测道电法仪、高密度电法仪等配合使用,组合后电极的阵列能更有效地开展二维/三维电法勘探。应用实例表明,与传统探测方式或高密度方式相比较,借线遥控电极及其组合阵列在矿产、岩溶等复杂地形地质条件下展现出高效率和高灵活性,拓展了电法勘探深部探测应用技术体系,具有推广价值和应用前景。
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。
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。
基于江苏省里下河平原区所积累的有关生态地球化学调查数据,通过元素分布对比、相关分析、R型聚类分析、主成分分析等,系统探讨了该区富硒土壤的元素地球化学特征和成因机制,为合理开发利用第四纪沉积类型的富硒土地资源等提供了依据或线索。研究结果显示:里下河富硒土壤为典型的第四纪沉积成因,富有机质、偏还原的封闭的潟湖相沉积环境是形成局地富硒土壤的基础;富硒土壤特征元素组合为Se-OM-N-K-Fe-Co,主要位于地表30 cm以上深度,Se含量多为(0.3~0.4)×10-6,分布均匀;土壤中大多数元素之间有显著正相关性,Se-OM、Se-CEC的相关系数r分别为0.74、0.66,Se和pH之间有较显著负相关性,相关系数为-0.35;富硒土壤形成要经历成土母质初始富集、成土期间再富集和成土后表生富集3个富Se阶段,以及非潟湖相沉积物(如海相沉积等)的干扰,有机质吸附、胶体吸附和生物地球化学作用是导致土壤Se富集的主要原因;富硒土壤中还伴有Cu、Pb、Zn、Ni、Co、V等相对富集,但相关重金属未超标。
面波和P—导波是两种与边界有关的波动现象,是近地表地震波场的重要组成部分。为研究面波和P—导波的产生机制和传播规律,本文采用高阶交错网格有限差分算法,在把数值模拟中遇到的数值频散、边界条件等问题解决的基础上,设计不同厚度和不同弹性参数的介质模型进行正演模拟,并在正演结果的基础上提取频散剖面、振幅随炮检距变化曲线等进一步分析。当地表存在低速薄层,且来自同一震源的P波和SV波的相速度大于下伏高速层S波速度小于其P波速度时,会产生P—导波。在高泊松比(大于0.4)介质中,面波和P—导波的相速度分别对S波和P波速度敏感,两者通常携带了不能从折射波和反射波中获得的近地表信息,通过适当的采集、分析和反演能够建立高分辨率近地表模型。本文总结了在同一震源下激发生成面波和P—导波的产生条件和波场特征,加深对面波和P—导波传播规律的认识,为反演和去噪研究奠定基础。
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。
东胜气田新召气区位于伊陕斜坡、伊盟隆起、天环拗陷3个一级构造单元结合部,受古地貌和物源影响,不同河道沉积差异大。主要目的层盒1段发育辫状河沉积体系,储层致密且具有典型的低孔、低渗特征,有效砂岩储层薄且含气非均质性强,地震资料分辨率低,甜点预测难度大。据此针对性开展辫状河致密砂岩储层甜点地震预测关键技术研究。首先基于三维地震相对等时面建立地层格架,采用空间相对分辨率地层切片技术刻画不同期次河道砂体空间展布;然后采用小波变换时频分析技术将地震资料从时间域转换到频率域,基于分河道地震资料瞬时频谱差异分析,分别采用低频能量比和ABV吸收属性实现定性含气性预测,有效支撑井位部署;最后开展井震结合深度域相控地质统计学反演,实现储层定量预测,指导水平井轨迹精准设计及优化。应用该技术系列后,研究区气层钻遇率较之前提高7个百分点,取得良好的应用效果。
容城凸起是华北地区地热资源富集区域之一,探测容城凸起基岩面的精细结构、埋深和断裂,对理解该区地热资源的分布和富集以及地热资源的勘查与开发具有重要意义。本文基于中国地质科学院2018年在容城凸起采集的SN向反射地震剖面数据,通过对反射数据精细处理,获得容城凸起4 km以浅的高精度几何结构,经地热孔资料标定后开展解释。主要获得以下4点认识:容城凸起基岩面以上新生代沉积地层呈近水平层状分布,这些近水平地层对容城地热田起到保温盖层作用;容城凸起基岩面埋深在700~3 000 m之间,其凸起中心部位变化相对平缓,向周边迅速加深到3 000 m左右;牛南断裂和容东断裂在深部延伸交汇,与其他中、小型断裂组成的断裂系统为水和热的传导提供了通道和空间;基岩面凸起的几何结构有利于热流在凸起下方汇聚。
基于“数据驱动和模型驱动”相结合的思想,通过模型反演结果扩展标签训练集,并在深度学习算法中加入模型反演目标函数,对损失函数进行重构,提出了一种模型反演和深度学习反演联合的地震波阻抗优化反演。采用RNN网络结构实现了一种“伪标签”下的半监督深度学习网络反演,并用网络反演结果作为初始模型参与模型反演,最终优化反演由网络反演和模型反演不断迭代优化完成。通过合成Marmousi模型和实际资料,验证了所提出的方法具有较高的反演精度和实用性。
山西运城盐湖区地热田埋藏于人口稠密的城区下方,影响了该地热田的进一步勘查和开发。基于盐湖区地热田深部地温梯度西南高、东北低的分布特征,在运城盐湖区城镇南部设计1条NE向微动剖面,旨在探测盐湖区地热田的深部热储结构及NW向构造展布情况。微动二维速度结构剖面显示,在剖面东部存在一明显的低速异常体,应是由多条NW向张性断裂所形成的断裂破碎带所引起。该隐伏断裂破碎带与盐湖区地热田东北部的低地温梯度异常在空间上大致对应,推测该断裂破碎带可能促使地表冷水快速下渗,从而降低研究区东北部深部岩石的温度,形成较大规模的低温异常带。此外,微动方法揭示的断裂在研究区另一可控源反射地震剖面中可以追溯到,两种方法可以相互补充和验证。本次研究在前人工作的基础上进一步揭示了运城盐湖区地热田的深层地热结构和构造,为该区地热田的勘查和资源评价提供了更多的依据和指导,同时还证明了微动勘探技术在城市地质地热研究中的有效性和优越性。
贵东岩体是华南南岭地区EW向大东山—贵东—五里亭岩浆岩带的重要组成部分。下庄铀矿田位于贵东岩体东部。前人针对贵东岩体、下庄铀矿田以及发育其中的岩脉开展了大量的年代学测试工作,获取了丰富的年龄数据。本文总结了该区年代学研究进展与特征,结果表明:1)贵东岩体是由加里东—燕山期岩浆组成的复式岩体,其形成年龄为450~151 Ma,自东向西可划分为加里东期岩体(450~418 Ma)、印支期岩体(246~214 Ma)和燕山期岩体(189~151 Ma),其分布具有自西向东逐渐变老的规律。下庄矿田发育NWW、NEE和NNE向3组基性岩脉,岩脉形成年龄为211~91 Ma,按年龄段可进一步划分为5组:211~185 Ma、~180 Ma、145~139 Ma、110~100 Ma和93~91 Ma,为燕山期岩浆活动产物。下庄矿田铀成矿作用自中侏罗世已经开始,一直持续到中新世,年龄为175~20 Ma,铀成矿作用可划分为5期6阶段:中侏罗世铀成矿作用(175~162 Ma)、晚侏罗世—早白垩世铀成矿作用(138~123 Ma、113~100 Ma)、晚白垩世铀成矿作用(96~66 Ma)、古新世铀成矿作用(65~54 Ma)、始新世—中新世铀成矿改造作用(52~20 Ma),其中138~123 Ma、96~54 Ma为该区铀主成矿期。2)根据年代学数据和区域地质资料,可将贵东岩体与铀成矿作用划分为8期、12个阶段:①加里东中晚期岩浆活动(450~418 Ma),主要在贵东岩体北部与东部外围发育次火山岩和花岗岩体;②印支期花岗岩浆活动(246~214 Ma),以中三叠世—晚三叠世早期花岗岩浆活动为主;③燕山早期基性岩浆活动与铀成矿作用(211~162 Ma),进一步划分为3个阶段:三叠世末—早侏罗世基性岩脉活动(211~200 Ma)、早侏罗世花岗岩浆活动(~180 Ma)、中侏罗世基性岩脉与晶质铀成矿作用(179~162 Ma);④燕山期岩浆活动(163~139 Ma),该时期形成了贵东西部的燕山期岩体,可划分为中侏罗世晚期花岗岩浆活动(163~151 Ma)和晚侏罗世岩浆活动(145~139 Ma)2个阶段;⑤燕山晚期早白垩世铀成矿作用及基性岩脉活动(138~100 Ma),进一步划分为2个阶段:早白垩世早期铀成矿作用(138~123 Ma)和早白垩世晚期基性岩脉与铀成矿作用(113~100 Ma);⑥燕山晚期晚白垩世铀成矿作用及基性岩脉活动(96~66 Ma),为主成矿期之一;⑦喜山期古新世铀成矿作用(65~54 Ma);⑧喜山期始新世—中新世铀成矿改造作用(52~20 Ma)。3)区内岩体和铀成矿作用的形成时间均具有相对集中的特点,如加里东期岩体(450~418 Ma)、印支期花岗岩体(238~220 Ma)、燕山期岩体(163~151 Ma)、基性脉岩活动(211~91 Ma)、铀成矿作用(138~123 Ma、96~54 Ma),铀成矿作用与花岗岩体存在一定的时间差,说明铀成矿并非岩体同期作用的产物。每期铀成矿作用之前都发育一期基性岩脉活动,显示铀成矿作用与基性岩脉活动关系密切。
西林断裂带与金及多金属矿化关系密切,具有较好的金矿资源潜力,查明其控矿断裂深部结构特征,是金矿勘查工作能否取得突破的关键与重点。本文在分析金矿成矿规律的基础上,通过开展反射地震方法研究,明确了胶东地区主要控矿断裂带产状变化的地震响应特征,指出:地震时间剖面上同相轴能量发生强弱变化、连续性变差部位,较大可能为断裂产状变化的指示,有良好的成矿可能。据此预测了成矿靶区并进行了验证。
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。
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。
裂隙产生的各向异性在地层介质中广泛存在,基于各向异性的裂隙参数反演和预测在一定程度上能提高裂隙反演的精度和预测的可靠性。本文通过建立基于VTI介质的反射系数方程,引入模拟退火算法中的Metropolis准则设置跳出概率对粒子群标准算法进行改进,实现对VTI介质中纵、横波速度及各向异性参数等属性的反演;并通过各向异性相关的属性、泊松比和泊松速度的联合,实现对裂隙充填物的预测。通过二层模型和Marmousi2模型对算法的稳定性和抗噪性进行测试,论证了方法的可行性;并进一步将方法应用于煤矿实际资料,对裂隙含水性进行预测,论证了方法的有效性。
通过安徽蚌埠—淮北地区开展大地电磁剖面探测,结合重磁异常,获得了该区深部电性结构及主要地层展布和断裂性质的信息,尤其是徐宿弧形构造形态和深部含煤系地层发育情况。结果表明:①上古生界主要分布在徐宿弧形构造地表高阻推覆体之下,具有低阻、低密度的物性特征,连续性较好,认为推覆构造下煤矿勘查潜力大。②剖面上断层早期以逆断层为主,使得局部下古生界及元古宇覆于上古生界之上,后期以正断层为主,控制新生界沉积。③徐宿弧形构造海拔-4 km以浅表现为“高、低”双层电性结构,主冲断层面由F5、F6断裂组成;其地表高阻推覆体前缘西北至萧县,南至固镇县北,在闸河地区被广泛剥蚀。上述成果为该区基础地质研究和找矿勘查提供了重要地球物理信息。
隧道盾构施工穿越岩溶地层城市密集房屋群,由于建筑物密集,钻探勘查不足,存在因岩溶发育导致地面开裂、塌陷的重大风险。本文选择复杂环境下抗干扰能力强的微动探测技术来解决此类问题:通过微动反演视横波速度剖面对地下岩层波速结构特征进行分析,结合地质钻探资料推测基岩界面、强风化松散地层及溶洞异常区。研究结果表明该区域地层由浅至深视横波速度逐渐增大,波速在300 m/s以上的地层推断为灰岩地层,300 m/s以下为第四系,岩土分界面深度在10~15 m;解释了7处视横波速度低值异常区,波速在150~240 m/s,推测为松散地层或溶洞,深度在8~30 m。该方法抗干扰能力强、准确性高,准确划分了地下剖面横波速度结构、地层岩性界面、松散地层及溶洞异常,是解决岩溶发育城市密集建筑区地质勘探的有效手段。
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。
构造叠加晕找盲矿法是以攻深找盲为目标,在研究原生晕找盲矿理论——原生晕轴向分带基础上,提出了“原生叠加晕理论”和“构造叠加晕理论”两个新理论而开创的找盲矿新方法。构造叠加晕预测盲矿的准确性决定于预测标志与指标的正确性。本文在总结100多个热液矿床深部盲矿预测的构造叠加晕7条共性标志的基础上,将4条可定量化的重要定性预测标志提升为定量化预测指标,详细阐述了在矿区深部及外围精准预测盲矿和判别矿体剥蚀程度的17种情况不同组合的构造叠加晕预测标志与指标,并建立了预测盲矿和判别矿体剥蚀程度的构造叠加晕实用理想模型。该模型中共性预测标志与指标对典型热液矿床深部盲矿预测具有重要的指导意义,在100多个矿山应用中取得了显著的找矿效果,累计找到金金属量突破340 t,实践证明了构造叠加晕理论与预测指标—标志的正确性及准确性。
由于青海尕林格铁矿区上覆有超过150 m厚的沉积覆盖层,矿体埋深大,使得磁异常形态平缓,难以刻画矿体的空间分布特征。因此,本文采用磁异常三维反演方法获得研究区地下三维磁化强度分布特征。结合该区围岩无磁性的先验信息,三维磁化强度模型不仅能较清晰地显示矿体的空间分布特征,而且反映了现有500 m以浅的钻孔下方存在强磁性体的分布,推断区内500 m深度以下存在隐伏矿体。研究结果表明,磁异常三维反演可以有效地提升目标体的识别能力,能够较清晰地显示磁性矿体的水平位置、深度及规模等信息,可以为钻探设计、储量评估等提供有力依据,值得在固体矿产勘探详查中推广应用。
为改善浅层工程勘查中小回线瞬变电磁系统存在的设备质量过大、收发互感严重及人力需求高等问题,本研究基于等值反磁通瞬变电磁原理,计算了广义等值反磁通天线装置的磁场分布,设计制作了高效、便携天线并配套了相应系统。后续野外试验表明,该便携式等值反磁通瞬变电磁系统在确保勘探精度的同时,有效削弱了收发天线互感现象,显著减轻了人力需求,提高了勘查效率,初步验证了系统的可行性,为小型化浅层勘查设备的发展提供了新的技术路线。
塔里木盆地碳酸盐岩断控缝洞型油气藏埋藏深度大、构造复杂,且断裂高度发育,断裂是研究区域内成藏主控因素及可能的油气运移通道,对其空间展布位置及发育强弱的预测至关重要。断裂检测属性众多,不同断裂检测属性由于计算方法不同表征的断裂尺度及特征存在一定的差异性,且常规属性检测忽视了测井信息的利用与约束,为了获取更加全面、准确的断裂预测结果,本文优选多类断裂检测属性,并结合测井数据作为先验信息,利用前馈神经网络算法进行属性融合。首先优选AFE、likelihood、倾角等多类具有不同特征的断裂属性,结合测井放空漏失数据、成像测井信息及地震同相轴错段情况作为断裂发育类型判别条件建立了断裂特征识别样本库;在样本库基础上进行深度前馈神经网络训练,对比测试了不同隐含层深度条件下的学习效果,获取预测误差最小的神经网络预测模型;最后将神经网络预测模型应用于全工区断裂预测。经对比分析,认为深度学习融合属性预测断裂与测井解释结果更为吻合,且能综合不同尺度特征的断裂信息,有效提升了预测准确度和可靠性。
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。
无损监测古建筑内部结构特征是进行文物保护的关键。为确定临海市古长城结构和墙体内部缺陷,本研究利用100 MHz和270 MHz天线组合的探地雷达对长城不同方位上墙体结构进行了无损检测。检测结果表明临海市古长城墙体结构分层情况明显,通过探地雷达信号反射图像发现,墙体内部缺陷反应清晰,存在内部疏松、缝隙、脱空等内部病害隐患。研究表明探地雷达方法在此类古城墙结构和缺陷检测中结果可靠,研究结果可为古长城结构保护提供技术支持。
为评价金蟾山矿区资源潜力,应用电吸附方法对金蟾山矿区2条化探剖面土壤样品进行金属元素含量测试分析。结合矿区地质条件,通过研究化探剖面土壤金属元素含量特征,得出以下结论:已知矿床上方Au、Ag、Cu、Pb、Zn呈明显正异常,元素异常区与矿体对应良好,证实该技术方法在该区有效、可行;研究发现矿区1线剖面拐棒沟—阳坡—小西沟矿化带西边见Ⅰ、Ⅱ两处化探异常,2线剖面夹于拐棒沟—阳坡—小西沟矿化带和南大洼—李麻子沟—漏风峁矿化带中间地段及该剖面最西端见Ⅲ、Ⅳ两处化探异常,综合矿区地质情况分析,Ⅰ、Ⅲ两个异常区成矿地质条件良好,是有利的勘查区。通过本次有利区预测,为该矿区下一步的勘查指明了方向。
湖泊沉积物环境容量是评价湖泊系统环境承载力的重要指标, 可有效反映湖泊系统的稳定性和可持续发展能力。以黄河流域下游东平湖为研究对象, 对表层沉积物中的As、Cd、Cr、Co、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb、Tl和Zn共11种重金属元素进行采样和测定, 采用统计分析和GIS技术对重金属含量及环境承载力空间分布进行讨论, 并对重金属百年尺度环境容量变化趋势进行预测。结果表明:①研究区沉积物中As最大值超过土壤污染风险筛选值(允许限值), 其余元素均低于允许限值。②重金属单项环境容量指数(Pi)均值排序为:Hg > Pb > Cr > Ni > Zn > Cd > Cu > Co > Mn > Tl > As, 其中As存在过载水平和警戒水平点位, Mn和Tl存在警戒水平点位; 经计算, 研究区综合容量指数(PI)介于中容量至高容量水平, 而以“单项环境容量指数劣等水平”衡量的综合容量等级显示, 研究区中容量至过载水平均有分布。③重金属静态年容量限值和动态年容量排序分别为:Mn > Zn > Cr > Ni > Cu > Pb > As > Co > Tl > Cd > Hg和Mn > Zn > Cr > Ni > Pb > Cu > Co > As > Hg > Cd > Tl; 静态年容量限值和动态年容量分别在5~40年和5~15年年限内呈现由陡倾转缓的降低趋势, 之后趋于平缓稳定; 不同年限平均动态年容量均大于静态年容量限值, 表现出对环境的容纳承载能力较好。本研究揭示了东平湖环境容量现状及未来变化趋势, 可为湖泊环境质量评价和生态保护修复提供科学依据。
火山岩岩性的准确识别是火山岩油气藏高效勘探开发的重要基础工作。火山岩储层岩性种类多、纵向多期叠置、横向相变快,致使交会图版法对火山岩储层岩性的识别准确率较低。本文在利用网格搜索和正交试验法确定模型最优参数组合基础上,量化评价了常规测井曲线对火山岩岩性的检测能力,将自然伽马、补偿中子、声波时差和地层电阻率作为岩性指示因子,采用随机森林方法建立了准噶尔盆地滴西井区石炭系火山岩岩性的智能识别模型。通过识别研究区5口取心井累计870 m钻井取心段的岩性,识别结果与岩石薄片鉴定结果的符合率达到76.67%,与钻井取心描述结果的符合率高达85.98%,取得了良好的识别效果,为该地区火山岩油气藏的精细评价奠定了基础。
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。
在我国滨海城市地下工程建设中,精准定位断层、孤石及其他不良地质体是亟待解决的技术问题之一。基于滨海城市地质特点,针对高密度电阻率法开展了三维数值模拟研究,获得了覆盖层电性和厚度对高密度电阻率探测的影响结果,以及探测目标体大小和埋深发生变化时的直流电场特征。研究结果表明:覆盖层与探测目标的电阻率的差异大小是决定覆盖层影响的主要因素,对于低阻断层破碎带,覆盖层电阻率越高,破碎带的响应越突出。在中高阻覆盖条件下,孤石埋深越浅越容易获得揭露,尺寸越大其高阻特征越突出。在青岛市地铁5号线勘查中,高密度电阻率法在断裂破碎带和孤石探测中显示出关键作用,验证了方法的应用效果。研究成果可为滨海城市工程勘查方法选择和工作参数确定提供依据。
塔里木盆地轮南地区三叠系整体为陆相三角洲沉积体系,研究区内发育有三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲等亚相,储层相变快,砂泥岩高频交互沉积,导致储层薄、非均质性强,为高精度储层预测带来极大困难。为此,本文以沉积岩石学、地震层序地层学为指导,开展地震、地质综合研究,并以等时层序解释为基础,结合地震相分析成果,建立岩相模型,约束叠前地质统计学反演过程,落实砂体空间展布特征。实际应用表明,该方法在提高非均质薄储层纵向分辨能力的同时,大幅降低了横向不确定性,预测结果与井上实钻及生产动态数据相吻合,可为油气藏高效开发提供支撑。
在地震数据处理流程中,层间多次波的形成机理异常复杂,如何对其准确识别与有效压制一直是地球物理勘探领域中的一个难题。传统的层间多次波压制方法往往需要人工识别地下反射层,在地下介质结构复杂的情况下较难适用。而且这类方法不仅过程繁琐,在预测层间多次波时,通常只能保证时间位置一致,振幅大小往往与实际数据中的观测值不符,一般需要借助自适应匹配相减算法来消除层间多次波。基于Marchenko理论的层间多次波压制方法在处理过程中,通过格林函数的褶积相关互易定理构建聚焦函数与格林函数的波场关系,利用聚焦函数基于波场关系求解得到格林函数,最终得到格林函数构建的多次波或一次波,该方法在迭代进行多维相关和褶积计算过程中只需提供背景速度或原始数据本身作为算子,步骤简便,计算效率高。本文基于Marchenko方程利用格林函数构建一次波场的表达式,通过SMAART模型和墨西哥湾实际数据的测试证明了Marchenko方法能够有效压制复杂地下介质条件下的层间多次波,迭代计算过程中无须速度信息,相比常规方法具有较大优势,在处理难以区分层位的复杂地下环境时具有很好的应用前景。
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。
海洋可控源电磁(marine controlled-source electromagnetic, MCSEM)探测方法通过揭示海底以下的电性差异来探测油气和天然气水合物等资源,以及深部地质构造。不同的激发频率对应不同的探测深度,为了更好地对海底以下目标进行电性成像,本文开展了海洋可控源电磁的任意频率波形产生技术的研究,用于灵活改变激发频率,提升勘探效果和效率。本论文基于直接数字频率合成(DDS)芯片AD9833,通过单片机和复杂可编程逻辑器件(CPLD)联合调控,可以在海洋可控源电磁探测中发射0~100 Hz的步进0.01 Hz的任意单频驱动信号,实现了有限精度任意频率波形的产生。最后对测试技术指标进行分析后得出,任意频率波形产生技术可以有效提高MCSEM的频谱适应性和灵活性。
自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)搭载磁力仪开展水下目标磁异常探测,可进行长时间、大范围连续采样,具有隐蔽、高效、实用性高、应用范围广泛、机动性强、续航能力强的优势。为提升其测量精度,需要用海底同步观测的磁场数据作为参考,以抵消磁场环境噪声。为此,开发海底光泵磁力仪,为AUV磁异常探测数据处理提供参考。海底光泵磁力仪由磁场测量单元和水声释放单元组成,具备海底磁总场高精度自容采集、海底水声释放回收能力。磁场测量单元由光泵探头、电子学单元、计数器、电池包、尼龙承压舱等组成;水声释放单元由水声换能器、水声通讯板、电腐蚀脱钩器、水泥块、浮力块、框架等组成。重点解决了小型化、自容采集、水声通讯等技术难题。2022年于青岛近海海域开展磁异常探测试验,测试结果验证了海底光泵磁力仪的海底磁场自容采集、释放回收功能,为水下目标探测提供了有效参考数据。
