地热作为一种清洁能源,在近年来逐渐受到世界各国学者的广泛关注。在以往的地球化学勘探方法中,对地热资源的勘查仅限于个别地球化学指标的分析,并且对地热田微生物的研究多针对温泉露头处,尚缺乏对于复杂地形中地热资源的生态学研究。本研究通过对安徽巢湖半汤温泉地热田内的土壤地球化学以及微生物多样性进行研究,采用顶空气、土壤气、酸解烃、蚀变碳酸盐等地球化学指标的检测技术,结合微生物高通量测序技术,对隆起山地型地热田上方的微生物种群构成、时空分布特征以及这些生物信息学特征与地球化学指标的对应关系进行研究探讨。结果显示:地热田地表酸解烃甲烷最高值为43.7μL/kg,位于F2、F3断层之间,较好地反映了地热田断裂的位置;芽胞杆菌科(Bacillaceae)、嗜氢菌科(Hydrogenophilaceae)和热脱硫弧菌科(Thermodesulfovibrionaceae)在地热田区与在背景区的相对丰度差值较大,分别为0.178%、0.108%和0.060%,说明它们是地热资源的敏感细菌,并且在已知地热田上方与地球化学指标有良好的对应关系。本研究初步考察了地热田内地热微生物的多样性,探讨了微生物分布特征与地球化学指标之间的对应关系,为地热资源微生物勘探提供了技术支撑。

随着国内覆盖区找矿工作提上议事日程,近十年来,中国地球化学勘查界在覆盖区矿产勘查地球化学基础理论和方法技术研究方面开展了大量的研究,取得了很大的进步,主要体现在两大方面:一是覆盖区元素迁移机理、赋存状态以及异常形成机理研究;二是地电化学、元素活动态、地气、土壤微细粒分离、土壤热磁组分、综合气体测量等方法技术进步及大量试验示范。这些成果实现了覆盖区矿产勘查地球化学基础理论和方法技术研究的持续进步,为实现覆盖区找矿突破提供新的地球化学方法技术。

凤太矿集区是秦岭造山带中部重要的铅锌矿和金矿产地,发育有铅硐山—东塘子、八方山—二里河、八卦庙、双王等多个大型—超大型矿床,随着矿床开发,储量大幅度下降,地表找矿也转入深部找矿,但矿床赋存的地球物理场背景不清楚,严重制约了矿床成矿规律研究及外围的找矿勘查工作。本文运用最新完成的1∶5万航空物探(磁、放)数据,结合重力数据,开展区域、矿集区、矿床3个尺度的多源地球物理场特征研究,旨在总结不同尺度地球物理异常分布规律,为成矿规律研究和找矿预测提供依据。结果表明,凤太矿集区与西成矿集区具有相似的磁性结构,二者被徽成盆地结晶基底产生的强磁异常带所分隔。重力垂向一阶导数显示凤太、西成矿集区与徽成盆地具有相似的密度结构,推断浅部为一个统一的盆地,2个矿集区之间有较大的找矿空间。凤太矿集区发育大量NW向线性磁异常带,与断裂构造的位置十分吻合,受后期改造明显,被NE向构造错断,重力垂向二阶导数推断深部发育大量中酸性侵入岩株或岩脉。通过航磁垂向一阶导数、0°方向水平导数、小波变换等方法可以有效识别构造边界,矿体大都沿构造带呈NW向分布,对找矿勘探有重要指导作用。

地热是重要的清洁能源和旅游矿产,汝城盆地是湘东南山区内的碳酸盐岩盆地,具有形成对流型地热的有利条件,由于盆地三面受诸广山巨型岩体夹持,基底遭受岩体侵入破坏,地层变形严重,断裂纵横,东西构造差异显著,导热、导水通道与深部热储构造发育不清,制约了对该盆地地热赋存潜力的认识。针对以上问题,利用重力与AMT对盆地深部构造进行了探测,取得以下认识:①汝城盆地东西分异呈双向对冲的结构,东部复向斜受燕山期岩体围绕侵位发生挤压和顺时针旋转,核心区岩石破碎,边界走滑断裂岩石破碎带发育,断裂垂向切割深度超过4 km,宽度300~600 m,倾角80°~90°。②盆地内沿基底背斜轴部NWW向发育有多个隐覆岩体,直径3~4 km,埋深0.5~1.5 km,温泉产出在过隐伏岩体边界的断裂破碎带中。③盆地内具有形成对流型地热的良好条件,褶皱、断裂带和隐覆岩体等相互匹配形成统一的控热要素空间组合关系,构成东西双向补给、中间排泄的聚热特征,东部深部热储更发育,盆地地热资源潜力大。

为了探索CO₂和SO₂气体地球化学测量方法在森林覆盖区找矿的可行性,本次研究基于最新设计的气体快速分析仪器,对森林覆盖区吉林夹皮沟金矿集区开展了CO₂和SO₂气体地球化学测量方法的试验性研究。结果显示,在隐伏矿和隐伏构造上方均可发现明显的CO₂和SO₂异常,在森林覆盖区,CO₂和SO₂气体地球化学测量方法不仅能够反映断裂构造,而且对深部隐伏金矿具有良好的指示作用,对我国覆盖区找矿技术突破具有重要意义。

随着城市基础建设的快速发展,对城市地质工作的需求日益增强,城市地质调查工作显得尤为重要。在城市中开展物探工作,因探测目的和工作环境的不同,与传统应用物探方法相比,城市地质调查所采用的物探方法具有干扰因素多、施工场地和时间有限、探测精度要求高等特点,而等值反磁通瞬变电磁法具有抗干扰能力强、施工方便、快捷、分辨率高等优点。本文采用该方法在海东市城市地质调查评价中进行试验剖面,该剖面横穿11条公路和铁路,穿过厂房、学校、物流园、村庄、生活小区、河流等干扰物,干扰源众多。结合电阻率测深点资料,等值反磁通瞬变电磁法探测结果与电测深单点结果、钻探揭露情况吻合较好,证明该方法对城市地质调查探测是行之有效的。

济南地热资源极为丰富,热储类型包括奥陶—寒武系岩溶裂隙热储、新近系—古近系碎屑岩类孔隙裂隙热储两种。本次地热勘查工作在济南北部大桥镇开展,热储类型为奥陶—寒武系岩溶裂隙热储,旨在通过物探剖面测量工作,查明地层、断裂构造分布情况和热储层的埋深,推断与控热、导热有关的断裂构造的产状及空间形态,圈定地热井施工靶区,优选地下水富水有利部位开展钻探验证。在资料搜集基础上,通过开展直流电测深、可控源音频大地电磁测量及大地电磁测量工作,对工作区断裂构造进行解释推断并对含水情况进行对比分析,优选地热靶区有利部位施工一口地热探采结合井,完井深度1 532.06 m,静水位埋深13.03 m,孔口水温50.1 ℃,涌水量132.998 m³/h,降深18.27 m。

中国是世界上锑矿资源最丰富的国家,但近年来随着开采强度增大,锑矿资源优势面临巨大挑战。额尔古纳地块成矿地质条件优越,是黑龙江省重要的成矿区,因此了解锑在额尔古纳地块的地球化学特征至关重要。本文依托额尔古纳地块1∶25万水系沉积物测量数据,探讨水系沉积物中锑在不同构造单元内的地球化学参数及区域地球化学异常特征。结果显示:全区锑元素中位值和平均值分别是0.33×10^-6和0.55×10^-6;漠河前陆盆地中锑中位值和平均值高于全区锑含量,是锑元素富集区;锑高值区、强高值区主要分布于漠河前陆盆地中;根据85%累积频率,圈定出66个锑地球化学异常,其中2个锑地球化学异常达到地球化学省规模;已发现的金、锑、铅等矿床或矿(化)点均有明显的锑地球化学异常;根据锑、砷、金地球化学异常的空间分布特征及成矿地质条件,初步划分了3个成矿远景区,分别为北极村—三连山锑成矿远景区、王苏山—大岭锑成矿远景区、白卡鲁山—呼中锑成矿远景区。本次研究圈定的锑、砷、金地球化学异常和成矿远景区,为该区寻找金、锑、铅等硫化物矿床提供了重要依据。

陕西眉县汤峪地热田储量丰富,但经过长期开采,现有地热井水温度和出水量逐年下降,因此亟需寻找新的潜在地热资源。区内已知地热井受断裂控制明显,故研究此处深部断裂展布对于潜在地热资源的探究具有重要现实意义。受方法本身限制和地形影响,研究区难以进行传统地质路线调查或大规模工程以探究控热断裂,因此本文优选基于穿透性的土壤氡气测量与可控源音频大地电磁的新技术方法组合探测隐伏断裂,进而圈定研究区潜在地热资源。基于实测的地表土壤氡浓度异常数据和CSAMT反演提供的地下电性结构模型,在验证已知断裂的基础上,新推断隐伏断裂6条,预测潜在地热区2处,并建立了汤峪地热田概念模型。结果表明,隐伏断裂处的土壤氡浓度远高于区域背景值,CSAMT反演视电阻率结果显示其位于低阻破碎带,圈定的潜在地热区分别位于剖面450~750 m和850~1150 m范围内,深度约250~300 m。本次研究认为,地热田整体位于低阻且土壤氡异常值大于区域背景值3倍的区域,研究结果可为该地区后续潜在地热资源的可持续开发利用提供借鉴。

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。

位于华北克拉通东部的鲁中莱芜地区是矽卡岩型富铁矿重要产区,矿床主要产于矿山岩体与中奥陶统碳酸盐岩地层的接触带中。本文利用最新重磁测量成果,对矿山岩体外围西部石家泉—刘家庙一带重磁异常特征进行了细致研究,结合区内已知铁矿重磁场特征,圈定了深部找矿靶区。在成矿有利地段布设了大比例尺重磁剖面,以已知钻孔为约束条件,利用2.5D重磁联合反演技术,对重磁异常进行了定性及定量解释。解释结果为后续钻孔位置布设及深度预测提供了依据,该钻孔揭露了15.8 m厚的富铁矿,找矿效果显著,为今后本区进一步寻找矽卡岩型铁矿提供了重要指示依据。

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。

冀西北髫髻山组火山—沉积地层发育,但生物化石匮乏,前人同位素测年资料不足且测年方法陈旧,致使其形成时代一直存在争议。为了准确确定该组地层的形成时代,研究其形成的区域大地构造背景,笔者对宣化盆地髫髻山组的岩性组合开展了详细的野外调查,对地层上部粗面质火山岩开展了岩石学、岩石地球化学及高精度同位素测年研究,获得了161.1±1.2 Ma和162.5±1.3 Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄;岩石学、岩石地球化学特征表明,上部粗面质火山岩为钾玄岩系列,岩石具有轻稀土元素富集,Rb、K、Th、Ce、Zr、Hf等元素相对富集,Ba、Nb、Sr、P、Ti相对亏损的特征;通过主要参数对比和图解判别,确定岩浆主要源于大陆地壳物质熔融,粗面质火山岩形成于挤压大陆边缘火山弧构造背景。综合研究认为,髫髻山组主要形成于中侏罗世,并延续至晚侏罗世,其上部粗面质火山岩形成于板内挤压构造背景,该成果对中生代火山岩—沉积地层划分对比及形成环境研究补充了新资料。

低密度地球化学填图具有采样水系级别高、工作覆盖面积广阔的特征,可有效追溯具有高金属含量的地球化学块体。本次研究以埃塞俄比亚1:100万低密度地球化学填图数据为基础,通过对原始水系沉积物中Cu测试数据处理后,应用迭代剔除的方法,计算得出Cu的异常下限值为37×10^-6。在此基础上,以37×10^-6、42×10^-6、47×10^-6、52×10^-6、59×10^-6、66×10^-6作为分级间隔,共圈定出地球化学块体3个、区域异常2个。通过参考相同成矿带中铜矿勘查研究程度较高的地球化学块体中已知铜矿床储量,计算出研究区的Cu块体成矿率为0.055%。本次以1 000 m 岩块厚度估算出研究区内Cu的资源量为260万t。结合区域成矿地质条件分析,确定2号、3号、4号地球化学块体所在区域可作为开展进一步详细勘查工作的重点成矿远景区。

射线层析反演过程中,有多种因素都会影响反演效果,如初始模型误差、低速夹层等。传统的初至波走时层析成像方法对模型进行约束或平滑处理,不仅会破坏模型参数与射线之间的相对关系,还会影响反演的稳定性。本文首先测试了不同初始模型下初至波走时层析反演的效果,提出一种面波信息约束的初至波走时层析反演方法。地震数据中面波具有能量强以及频散的特性,通过多道面波分析方法获取面波频散曲线,采用阻尼最小二乘法反演浅地表横波速度,以横波速度结构作为约束,建立纵波初始模型,在此基础上实现带有正则化的初至波走时层析反演。该方法充分利用了地震数据中的面波信息,弥补了层析反演的固有缺陷,提高了浅层结构反演的精度与稳定性,利用实际资料测试了该方法的有效性。

瞬变电磁法(transient electromagnetic method,TEM)目前常用的解释方法是采用全区视电阻率参数,其涉及的公式复杂,迭代过程繁琐耗时。本文分析TEM数据特征,引入人工神经网络(ANN),实现了瞬变电磁拟电阻率成像。设计多隐层BP神经网络,利用瞬变电磁解析方法计算出响应幅值,作为拟电阻率的映射参数参与网络训练,再使用训练集外的新数据来测试训练后的网络。构建了均匀半空间、一维层状模型,验证神经网络的正确性和适应性,对三维地电模型进行了成像。结果表明:神经网络计算的拟电阻率能够反映出地电模型的目标体异常,网络成像结果准确度较高。最后,利用神经网络算法处理实测数据,进一步说明神经网络成像可以作为资料解释的依据。该研究证明了人工神经网络在瞬变电磁成像上的可行性,为瞬变电磁成像提供了一种新的思路。

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。

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。

重力测量是大地测绘及地球物理勘探的重要部分,根据不同的重力规范开展双程往返观测( i 、 j 、 j \text{'} 、 i \text{'}),其对零漂率的计算也不同,地质调查规范将 j点的重复测量做静掉格处理,石油规范运用回归分析的方法计算零漂率。 j点的重复测量间隔的处理不同,导致两类规范得出的零漂率数值差异明显。本文通过对理论算式分析和实测数据对比,分析了 j点重复测量的 g {\text{'}}_j - g_j、 t {\text{'}}_j - t_j对零漂率计算的影响,对比石油规范中采用的回归分析法,说明了“静掉格”处理对减小因仪器性能、测量环境影响导致的不确定因素的重要意义,提出了两类规范的适用条件。

利用瞬变电磁法勘探上下重叠的双层积水采空区的难度较大,上部积水采空区会阻碍电磁场的传播,增加下部积水采空区的观测时间,降低信噪比,而双层积水采空区的埋深和层间距也会影响瞬变电磁信号的观测时间以及信噪比。为此,以山西马家岩煤矿为工程背景,构建了双层积水采空区模型,分析了层间距分别为25、50、75、100 m的双层积水采空区的电磁场传播过程及所需要的观测时间;使用均方根误差对不同层间距双层积水采空区的感应电压之间的差异进行了定量表述,并基于观测过程中的记录误差以及噪声水平提出下层积水采空区可勘探的判别标准。物理模拟实验结果表明:4种模型的感应电压值的差异主要集中在晚期,并且随着层间距和上层积水采空区埋深的增大,感应电压值的差异减小,层间距为75 m时感应电压之间的差异接近噪声水平;在马家岩煤矿对层间距为75 m的双层积水采空区进行了实际探测,结果表明下部积水采空区没有得到有效识别。因此,可以认为层间距大于75 m时下部积水采空区难以得到识别。

在成熟工业区采集地震数据的过程中,由于生产设备的持续运转,使得采集到的地震数据含有大量振幅很强的局部强噪声,难以用常规的去噪方法压制。将U-Net网络与空洞卷积结合,建立了适用于局部强噪声压制的空洞卷积DC-UNet网络。DC-UNet网络前端的循环空洞卷积块使用循环扩张的空洞卷积核提取不同尺度的强噪声特征信息,并且扩大了感受野;网络后端使用编码器提取强噪声特征,编码器还原强噪声细节特征。DC-UNet网络实现从含噪数据到噪声的非线性映射,通过从含噪数据减去学习到的强噪声,达到压制强噪声的目的。在GPU环境使用Pytorch框架进行训练,合成数据和实际数据实验结果表明,相较于DnCNN、U-Net、PCA-UNet网络,DC-UNet网络能更好地压制局部强噪声并且提高了信噪比。

雄安新区地热资源潜力大,碳酸盐岩是雄安新区深部地热资源的有利储层,综合地球物理勘查方法是查明深部构造与碳酸盐岩热储特征地层结构的有效途径。本文针对深部碳酸盐岩热储勘查目标,提出了“面—线—点”分层次渐进式地球物理探测模式,先利用高精度重力和航磁资料研究碳酸盐岩分布范围及地层厚度、深大断裂分布、基岩起伏等信息,然后利用大地电磁开展热储地层低阻异常特征分析,再利用二维地震剖面精细刻画热储地层,分析地热田异常区速度结构和区域构造特征。根据重力、航磁、大地电磁、地震等地球物理方法在地热资源勘查的不同阶段勘探的精度及可靠性,以及施工成本、施工效率等因素,开展了地球物理方法探测深部岩溶热储经济适用性分析,并建议在碳酸盐岩地热勘探采用“重力+磁法+大地电磁”的地球物理勘探技术组合方式。

雄安新区是我国中东部地区地热资源开发利用条件最好的地区之一,蓟县系雾迷山组作为主力热储,顶界面埋深范围变化大,是典型的碳酸盐岩型热储层。本文旨在查明雄安新区起步区6 km以浅的地层结构和隐伏断裂,重点查明深部主力热储层空间分布及结构特征,预测地热有利区。笔者将时频电磁法应用于雄安新区地热资源勘查,通过高标准的数据采集、精细化数据处理和电阻率约束反演,利用拟地震成像技术和钻孔资料进行电阻率层位标定,精细刻画了地层形态结构。本次工作主要查明隐伏断裂8条,主体为NNE走向的正断层,控制了研究区的隆凹格局和地层分布;研究区由西向东划分为容城凸起、中间次凹、牛驼镇凸起及霸州县凹陷;雾迷山组热储层主要分布于牛驼镇凸起、容城凸起及次凹区,顶界面埋深约600~2 600 m;利用本次时频电磁法反演结果,构建了研究区三维地质模型,并从热源、通道、储层、盖层、流体等方面分析认为牛驼镇凸起区为最优的地热有利区,特别是靠近F₄下盘附近区域。

在山区进行应用电性源瞬变电磁法勘探易受复杂地形影响,瞬变电磁响应会产生畸变,给数据解释造成困难。为此,基于三维非结构时间域有限元算法,开展了地形效应影响规律和校正方法的研究。首先,利用非结构四面体网格对山峰地形进行精细刻画,计算多种带地形模型响应,分析地形效应的影响规律;然后,基于电磁场线性叠加原理提出地形效应校正方法,根据实际高程数据建立山峰地电模型,通过三维正演计算出山峰模型响应,将山峰模型响应减去平坦大地模型响应得到地形响应,再从总响应中剔除地形响应,获得地形校正后的瞬变电磁响应。研究表明:山峰地形对瞬变电磁响应的影响主要集中在早期,随着时间推移,影响逐渐减弱;地形效应主要集中于山体附近,影响强度取决于测点距山顶的距离;影响范围与响应幅值与山体规模成正比;相对高阻山体的地形影响强度更大。通过设计多种带地形简单规则异常体模型进行仿真,发现经过校正的瞬变电磁响应与直接正演的响应吻合较好,在一定程度上能够有效消除地形效应。对地形效应影响和校正方法的研究,可为复杂地形地区瞬变电磁数据处理解释提供参考。

地面高精度磁测野外工作中,利用仪器校正点了解一个闭合观测单元内仪器性能是否正常,是保证数据采集质量的重要环节。但由于有些工作者未能了解仪器校正点的正确使用方法,造成仪器的早、晚校正测量工作没有起到对当天仪器工作状态的监控作用,影响了高精度磁测数据采集的质量。本文通过具体实例分析,提出在检查仪器的早、晚校正测量结果时,不但应关注早、晚校正测量结果之间的差值,还应检查早、晚校正测量结果与仪器校正点实际磁场值之间的差值,以保证野外高精度磁测数据采集的质量。

为了准确刻画川东北元坝地区上三叠统须家河组致密砂岩中不同产状裂缝的分布,提出了一种基于裂缝敏感属性无监督聚类的裂缝预测方法。在叠后地震数据优化处理的基础上,提取并优选出断缝敏感属性,采用卷积神经网络深度学习算法,学习全球海量的各种类型断层和裂缝数据库,得到断缝强度、倾角和方位体。结合高精度导向曲率属性,在PCA降维的基础上,采用基于贝叶斯概率模型的无监督聚类算法,预测了不同倾角裂缝的强度,预测结果与成像测井裂缝解释结果吻合度高,与地质认识一致性好。须三段裂缝发育程度较须二段高,须三段既发育分布于九龙山背斜东南翼断层附近的断层成因缝,也有地层挠曲较大部位的褶皱成因缝,而须二段仅发育断层附近的断层成因缝。

东昆仑成矿带是我国重要的金属矿成矿带,分布有大量造山型金矿床,其中较大规模的有昆仑河、沟里和五龙沟金矿集区。打柴沟是五龙沟金矿田近年来新发现的大型金矿床,有较大的成矿潜力,但是矿带向西延展情况不明,为此开展了激电和广域电磁法测深工作。研究表明,已知矿带位于区域重力异常梯级带、正负弱磁异常过渡区域,在激电异常上位于激电异常边部或电性梯度带位置,区域构造带发育区位于大面积激电异常区段;区域构造带表现为大范围的低阻异常带,已知矿带Ⅳ号蚀变带异常表现为低阻异常带开口位置,Ⅲ号蚀变带位于浅部电性异常梯度带。基于上述认识和西延段几条平行剖面的电磁法异常变化规律,推断区域控矿构造向W-NWW向延伸稳定,在矿区西延段形成有利的找矿空间。在打柴沟矿区开展的深部物探工作成果显示,地球物理方法在深部地质找矿研究工作中具有明显优势,为东昆仑金矿区深部找矿提供了成功经验。

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。

方城县莫沟萤石矿床是河南省南部萤石成矿带的主要组成部分之一,产于新元古界煤窑沟组内。本文在剖析莫沟萤石矿床地质特征的基础上,开展了岩相学、岩石地球化学研究,约束了成矿物质来源,探讨了矿床成因机制。结果表明:萤石矿体呈脉状、透镜状产出,与成矿有关的蚀变有硅化、萤石化、绢云母化等,矿石构造类型主要为块状,次为条带状、条纹状、角砾状。萤石矿体与煤窑沟组大理岩、燕山期似斑状斜长花岗岩的球粒陨石标准化稀土元素配分模式基本一致,显示成矿物质来源与煤窑沟组大理岩和燕山期似斑状斜长花岗岩有关,应为富含F元素的含矿热液沿层间断层侵入并与围岩发生反应,沉淀形成萤石矿(化)体,矿床成因类型为低温热液沿层间构造充填型矿床。

由于缺少有效的深部勘查技术手段,如何在黔西南灰家堡背斜已探明典型矿床的深部及外围获取成矿作用信息,从而扩大找矿规模,成为地勘单位工作的重点和难点。本文以黔西南地区灰家堡背斜东侧的者相金矿床为例,为了真实反映深部地质异常特征,以深部含矿地层——龙潭组为研究对象,从勘查线剖面、纵剖面及深部三维平面3个维度出发,对深部Au异常进行全方位的钻孔化探异常信息提取,总结化探异常分布规律,对者相金矿深部成矿潜力进行评价。综合利用迭代法结合直方图法和钻孔样长加权平均品位法对深部钻孔化探数据进行处理,获得矿区龙潭组地层Au异常背景值范围为(0.04~0.12) ×10^-6,异常下限约为0.24×10^-6。两种方法处理后的等值线异常图显示:Au异常分布特征与深部矿体特征具有较高的吻合性,所有剖面的Au高异常分布范围和已查明含矿带(体)的形态高度吻合,大范围且未闭合的Au高异常与龙潭组一段中的F₂₀断层倾向分布一致,Au异常三维分布特征显示为矿区中部近EW向分布的高异常带与灰家堡背斜轴部走向一致。综合多维度的化探异常及研究区地质特征,查明F₂₀断层为矿区的主要导矿和控矿断裂,矿区外围的北边、东边深部具有较大的成矿和找矿潜力,据此圈定了两个找矿靶区,建议进行工程验证。本次研究为指导灰家堡其他矿区的矿产勘查起到了示范作用,研究方法的可行性对其他矿区的化探异常研究具有借鉴作用。

为了提高市政道路检测水平,快速有效地解决市政道路塌陷灾害预警、市政管网分布查找等问题,设计研发了一款实时三维探地雷达。实时三维探地雷达基于FPGA&DSP架构,完成了多通道高速采集系统多个关键技术的设计与实现,丰富了道路检测领域的探测技术和方法。实时三维探地雷达天线采用五发六收模式的水平极化方式,实现了十通道雷达数据高速采集,通道间通过高速开关实现切换,所有通道以交互内插方式进行工作;雷达最大可支持扩展到32通道工作,用开关切换天线阵列,满足60 km/h(2cm道间隔)以上的探测速度。通过对空洞实验场和金属板实验场的实验数据进行对比,验证了最佳的天线极化方式设计,最终确定了天线的最优方案。实测结果表明,相比于通用的LTD-2600型雷达,实时三维探地雷达具有更高速的采集速度以及良好幅度与相位性能,有利于改进道路灾害的检测技术,具有较大的市场需求。

鄂尔多斯盆地东部地处黄土塬区,沟壑纵横、地形起伏非常大,受复杂地表条件及近地表结构等因素影响,原始地震记录的振幅、频率及相位在不同区域存在明显差异,这些差异与地下地质信息无关,容易导致解释陷入误区。因此,急需根据该区地震资料特点进行一致性处理方法研究,以提高资料保真度。在总结当前一致性处理方法的基础上,本文建立了复杂地表条件下新的地震资料一致性处理技术流程。在创新地表一致性振幅补偿思路的基础上,首次应用双域近地表Q吸收补偿技术,拓宽频带的同时,提高沟—塬连接线资料振幅、频率一致性;应用地表一致性俞氏子波反褶积,实现低频噪声的衰减及有效信号频带的拓宽,提高地震资料信噪比、分辨率的同时,进一步提高资料子波一致性。实际资料应用证实了该方法的可行性和有效性,具有良好的推广应用价值。

为避免用瑞利波检测混凝土时骨料对探测目标体的干扰,保证混凝土质量检测的可靠性,需要区分骨料异常信号和目标体异常信号,为此,对含骨料混凝土中的瑞利波传播特性展开了研究。通过建立细观结构的骨料随机模型,采用高阶交错网格有限差分法,研究骨料的随机性、形状、粒径和含量对瑞利波波场及频散曲线的影响,得到不同骨料参数下的瑞利波散射情况、能量衰减、畸变特性以及频散曲线特征。通过不同骨料混凝土模型正演数据,定量地了解到骨料引起的瑞利波波场与频散曲线的异常大小与影响范围。研究结果表明:骨料的随机性与含量会对直达瑞利波的衰减产生影响,骨料形状的差异对瑞利波波场的影响很小,骨料粒径的变化对波场影响较大,当粒径超过1/2主频波长时瑞利波会产生较强的散射,波形会产生畸变;对频散曲线而言,骨料的随机性、形状、粒径和含量的变化均不会引起频散曲线异常,因此,使用瑞利波法进行混凝土检测时,采用频散曲线对数据进行分析,可避免骨料对目标体的干扰。

为了解鲁西北地区某典型化工园区地下水重金属的污染特征,按照化工园区地下水环境状况调查评估要求,采集10件地下水样品,分析Fe、Cu、Zn、As、Cd和Pb等6项重金属元素浓度及空间分布特征,并对不同人群进行健康风险评价。结果表明:①该化工园区地下水重金属元素浓度均小于《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中Ⅲ类水质标准,综合污染指数变化范围为0.37~0.68,监测点位重金属元素均为无污染。②重金属元素总体空间分布特征与化工园区内重点企业分布区域基本吻合,说明企业的生产活动等外在因素影响了地下水重金属的空间分布。③儿童的健康风险要低于成人,且皮肤接触途径的健康风险要低于饮用途径。非致癌风险在不同暴露途径下对不同人群均处于可接受水平,致癌物质As和Cd对成人存在轻微的致癌风险。当地主管部门应加强对企业生产活动的监管,对存在疑似污染的企业进行全面排查,才能有效地控制并逐步降低地下水污染对人体造成的健康风险。

速度是决定探地雷达(GPR)偏移成像分辨率的关键参数,基于图像最小熵与偏移相结合的方法通常将整体偏移剖面作为固定窗计算熵值曲线来估计介质速度,不但难以适用于介质非均匀分布情况,而且试速度过大或过小均会使双曲线绕射波的收敛位置溢出固定窗,降低估计精度。为此,本文利用试速度精确控制偏移剖面中的计算窗,提出了一种基于速度移动窗的最小熵法,并与逆时偏移相结合,估计最佳偏移速度。该方法通过试速度自动调整计算窗位置,可使双曲线绕射波收敛位置始终位于计算窗中心,从而获得稳定、准确的熵值曲线。将一条典型双曲线绕射波的固定窗和速度移动窗最小熵法的计算结果作对比,验证了速度移动窗的最小熵法的正确性和有效性。数值试验和实测数据测试表明:与固定窗最小熵法相比,速度移动窗的最小熵法可将双曲线绕射波收敛位置精确固定于计算窗中心,熵值曲线更稳定,计算量更小,偏移速度估计精度更高,逆时偏移成像效果更好。

为系统研究云南省土壤重金属地质高背景区的分布范围及超标元素,以全省1∶20万水系沉积物重金属元素含量数据和区域地质图为基础,采用GIS空间分析功能,并利用昆明、玉溪、昭通等地区的土壤重金属数据进行验证,确定云南省土壤重金属含量值超农用地筛选值的地质单元61个,占全省国土面积的21.09%,其中位于地质高背景区的耕地面积约284.41万公顷,占全省国土面积的7.22%;影响土壤重金属超标的岩性主要为碳酸盐岩、基性—超基性火山岩、中基性侵入岩、含煤碎屑岩和含基性组分碎屑岩;地质高背景区超标重金属元素主要为Cu、Cr、Ni、Cd,而As主要于碳酸盐岩地层中存在超标风险,Pb、Zn仅于个别地层中存在超标风险,Hg基本无超标风险。

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。

牛形坝铅锌金银矿床为南岭EW向成矿带与武夷山NNE向成矿带交汇处银坑矿田内新发现的一个严格受断裂构造控制的典型热液脉型矿床,矿体呈脉群状产出。为了预测该矿床V31号主矿带(体)的深部找矿潜力,在对矿床地质特征分析的基础上,系统开展了矿床V31号主矿带(体)轴(垂)向、横向和纵向构造原生晕地球化学特征及分带研究,建立了构造原生晕轴向分带序列和矿床构造原生晕地质—地球化学模型,并运用多元统计方法验证了模型的正确性、合理性、可靠性。构造原生晕地质—地球化学模型表明:牛形坝铅锌金银矿床前缘晕指示元素为F;近矿晕指示元素一类为与金矿化有关的As-Au元素组合,位于矿体中上部,一类为与铅锌银矿化有关的Hg-Zn-Pb-Ag-Cu-Bi-Sb元素组合,位于矿体中部;尾晕指示元素为Mo-Cr-Co-Ni。前缘—近矿—尾晕三者异常中心轴向相距约200~300 m,具明显的“头尾晕共存”和“近矿晕折线拐点”特征,且往东出现中低温Pb、Zn、Ag、Au矿化向中高温Cu、Zn矿化转变,指示V31号主矿带(体)走向东侧伏,倾向往深部仍有较大延伸(至少可延伸至-200 m标高)或有盲矿体存在,经东部隐伏区深部钻探工程验证(367线最低见矿标高-165 m),表明V31号矿带(体)东部、深处有较大的增储潜力。

针对全矩阵—全聚焦成像数据量大与后处理效率低的问题,提出使用平面阵全聚焦(PATFM)方法对平面阵数据进行成像。通过分析全聚焦成像算法特点,结合体平面阵波场特征,使用程函方程计算下行平面阵波前时间,基于延时叠加原理,利用上下行超声波传播时间改进全聚焦成像公式,针对平面阵推导指向性和扩散校正系数,对平面阵下方较大范围的成像点进行聚焦成像。利用FieldⅡ仿真,对比了相控扫描成像、全矩阵数据采集与全聚焦成像以及平面波数据采集与全聚焦成像3种成像方法。结果表明,平面阵全聚焦成像方法可以对单次平面阵数据进行大范围聚焦成像,在获得相应精度的同时,大大提高了计算效率,为阵列式声波三维成像提供了可行的技术手段。

土壤中天然放射性核素含量调查是土壤污染防治的基础。本文运用GIS分析技术,采用传统统计、EDA 和MAD 3种方法测算得到土壤中放射性核素²³⁸U、²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K的背景值和异常限值,应用γ辐射剂量率、等效镭比活度、外照射指数和年有效剂量率4个指标评价了广东省土壤环境放射性水平,最后应用地累积指数法、单因子指数法和内梅罗综合指数法进行了全省土壤放射性健康风险评价。结果表明:广东省土壤中放射性核素²³⁸U、²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K含量均值分别为79.4、102.95、74.59和541.25 Bq/kg·干;土壤中²³⁸U、²²⁶Ra、²³²Th和⁴⁰K核素比活度背景值分别为34.27、46.75、32.87、271.79 Bq/kg·干,比活度异常值分别为111.35、141.805、105.12、946.26 Bq/kg·干;土壤环境放射性水平指标D、Ra_eq、Hex和AEDR的均值分别为121.44±67.08 nGy/h、263.48±147.72 Bq/kg、0.08~2.30、148.93±82.26 μSv/a;土壤中放射性核素地累积指数污染等级为清洁,单因子指数污染等级为轻微污染,内梅罗综合指数为0.22 ~ 5.52,平均值为1.74±0.97,污染等级为轻度污染。在土壤中放射性核素健康风险评价中,地累积指数、单因子指数和内梅罗综合指数评价结果基本一致,可作为土壤放射性健康风险评价方法的补充。

鲁西微山县郗山稀土矿周边多为第四系覆盖,在该地区使用单一的物探找矿方法寻找稀土效果不佳。为了建立适用于该地区深部稀土找矿的地质—地球物理找矿模型,在已知地质剖面开展多种物探技术实验,选出适用于该区稀土矿深部勘查的技术方法组合。通过重力测量和高精度磁测大致确定了地下中生代郗山碱性杂岩体的分布范围,通过地面伽马能谱测量在地表圈定出矿体露头,采用钻探工作对矿体的深部特征予以揭露。由此探索出一套“重磁联合圈定岩体+放射性定位矿体露头+深部钻探”的勘查技术方法组合。通过运用该勘查模型,在该区发现特大型稀土矿床1处,为周边地区的稀土矿勘查提供了借鉴。

对于简正振型叠加法合成的微动信号,使用空间自相关法计算的频散曲线与理论频散曲线对比,发现两者具有较好的一致性。模拟微动信号时涉及许多参数,这些参数对微动勘探开展具有重要意义。对这些参数进行了数值试验,试验结果表明:震源距离和台阵尺寸对结果有明显影响,在复杂地层情况下应考虑高阶面波,在安静的观测场地应用小尺寸台阵往往能获得更高频率的频散信息从而提高浅层分辨率。因此,在实际开展微动勘探时,应考虑震源分布、台阵尺寸和高阶面波等因素对勘探结果的影响。

静态效应是频率域电磁法应用中不可避免的一种物理现象,通常通过校正方法进行压制或消除。本文提出一种直接利用天然电磁法的静态效应进行浅部电性异常体勘探的新思路,利用天然电场选频法(FSM)能够测量天然交变电磁场在地表所产生的几个不同频率的水平电场分量来研究地下介质的电性变化。首先采用二维有限单元法对FSM开展正演模拟,模拟结果表明:当近地表存在低阻异常体时,地表沿测线方向的水平电场分量曲线与FSM实测曲线形态相同,在低阻体的上方出现十分明显的低电位异常;当计算的频率点增多时,电场分量剖面曲线及其拟断面图会出现静态偏移现象,发现FSM异常实质上主要是静态效应所致。FSM实践应用成果及钻井验证结果表明,当有地下水存在时,FSM实测的剖面曲线及拟断面图会出现明显的静态效应现象,且与CSAMT的勘探成果一致。通过理论与实践可知,直接利用天然电磁场的电场分量开展浅部电性异常体的勘探具有可行性,今后也可利用频率域电磁法的静态效应现象开展浅层地质勘探。

为降低单一地球物理反演方法的局限性以及反演中所存在的多解性等问题,开展了海洋可控源电磁法(MCSEM)与地震全波形的二维联合反演研究。MCSEM采用数据空间OCCAM反演算法,地震全波形采用梯度法反演算法,引入交叉梯度函数实现两种物性参数结果的相互耦合;开发出一套二维联合反演算法,并通过3组理论模型算例验证了算法的准确性。研究结果表明:MCSEM联合反演结果相对于单方法反演结果有显著改善和提升,主要体现在异常体的形态刻画、结构构造以及物性数值的恢复,这说明全波形的反演方法能够提高MCSEM反演结果的可靠性。

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。

为了评估地球磁异常(EMAG2v3)内海域磁力资料与全球重力数据库V29中海域重力资料质量的高低,选择Aegir轴裂谷及邻区约150 km磁力与重力数据分别进行对比研究。系统收集了EMAG2v3、全球重力数据库V29中研究区范围内的异常数据,用其与在该地实测的重力与磁力数据进行对比分析。首先对EMAG2v3库数据、V29库数据、实测重、磁异常数据进行网格化与白化处理,得到对应的影像图,利用相关分析法对EMAG2v3与船测磁力测量数据、重力数据库V29与船测重力数据进行相关分析,得到磁力相关分析图与重力相关分析图及其对应的相关系数。通过对两种磁力数据与两种重力数据之间相关系数及差值特征的对比分析,对EMAG2v3库数据与全球重力数据库V29数据库中Aegir轴裂谷及两侧约150 km范围内的重、磁数据进行综合评估。根据研究结果表明,EMAG2v3库融合了大量船测磁力资料,在测线密集的地方,船测磁力异常数据比EMAG2v3库数据质量更高;船测重力异常和V29库重力异常变化特征基本一致,表明两种异常数据的横向分辨率相同。

为研究高密地区灌溉水及土壤氟的分布规律及影响因素,通过系统采样测试,获得了灌溉水pH值、氟化物含量及土壤pH、有机质、氟含量等数据,绘制了地球化学等值线图,进行了统计、相关性和差异性分析,探讨了影响因素。结果表明,研究区灌溉水氟化物含量均值为1.89 mg/L,空间变异性强,高值区分布在北部低平冲积平原区,大于2 mg/L的样本数占比63.16%,与水质pH值呈显著正相关(P < 0.01);土壤氟含量均值为455×10^-6,空间分布较不均匀,氟高和过剩的区域分布在研究区北部,土壤氟与土壤pH、有机质、灌溉水氟化物均呈显著正相关(P < 0.01);砂姜黑土分布范围内,灌溉水氟化物含量和土壤氟含量高。本研究揭示了高密地区灌溉水氟化物和土壤氟的本底特征及影响因素,可为精准防治地方性氟中毒提供地球化学依据。

探地雷达数据在实际工程检测过程中常被各种随机噪声污染,而数据中的噪声会降低数据的信噪比和分辨率,进而给后续的反演和解释等工作带来不利影响。对此,本文开展了基于神经网络的探地雷达数据去噪研究。首先,建立1个多层神经网络,向无噪声数据加入高斯白噪声破坏数据。然后,将破坏后的数据和其对应的噪声的patch建立训练数据,通过反向传播算法更新模型各层神经元权重,使得模型训练损失值最小。最后,将两个合成数据和实测雷达数据输入到已训练好的模型,用其训练得到噪声特性权重计算模型输出。通过与曲波法的数值模拟试验结果对比验证了本文方法的有效性和鲁棒性,且本文方法对结构复杂、幅值较弱区域的噪声压制更彻底,有效信号展现得更清晰。

本文调查了河南省洛阳市土壤硒资源,分析了洛阳市不同地质背景、土壤类型、土地利用方式、酸碱性及有机质土壤中全硒含量分布特征,测定了土壤中硒的有效性及化学形态分布。结果显示,洛阳市土壤全硒含量范围介于(0.03 ~ 5.67)×10^-6,平均值为0.30×10^-6,适量和高硒土壤面积占研究区的94.73%;区内蓟县系云梦山组土壤硒平均含量最高,寒武系辛集组土壤硒平均含量最低;砂姜黑土中全硒平均含量最高,而水稻土全硒平均含量最低;不同土地利用方式中,水田和有林地土壤中全硒平均含量较高;土壤酸性和有机质含量高的条件下有利于硒的富集;不同类型土壤中,潮土中有效态硒的平均含量最高,红黏土中有效态硒的平均含量最低;碱性土壤中有效硒平均含量高于中性和酸性土壤;土壤中硒主要以残渣态、强有机结合态和腐殖酸结合态存在,碱性土壤和红黏土中生物可利用态硒的平均含量最高。洛阳市土壤硒资源具有较大利用潜力,可依据研究区域全硒含量分布特征开展具有针对性的富硒产业发展规划。

铜绿山矿田是鄂东南矿集区最重要的矽卡岩型铜铁金多金属矿田,其成矿与铜绿山岩株体关系密切。因此,查明该岩体深部展布和形态及其与周缘灰岩大理岩的接触关系,对矿田深部找矿预测具有十分重要的意义。笔者在细致分析铜绿山岩体及岩株体、灰岩大理岩及捕虏体、矽卡岩矿体及矿化体等重磁异常组合特征的基础上,推测铜绿山岩体的边界,圈定铜绿山岩体内部灰岩大理岩捕虏体和矿化体,利用三维物性反演、2.5D重磁人机交互反演、3D重磁人机交互反演结果,结合钻孔、地质资料开展三维地质建模,获得了铜绿山矿田4 000 m以浅的岩体、矿化体的三维地质模型,为该区的靶区圈定及深部找矿预测提供依据。