本文总结了近年来我国陆上油气重磁勘探技术的进步及主要应用效果,结合作者的研究成果,从采集、处理、解释、应用这4个方面阐述了油气重磁力勘探技术的新进展,梳理了深层目标、复杂区、火山岩等重点领域的重磁应用效果;并进一步分析了未来油气勘探开发对重磁勘探技术的需求,结合国内外重磁勘探技术新趋势,指出了复杂区深层及火成岩的油气重磁技术发展方向和应用前景。研究结果表明,重磁勘探技术进步明显,对现阶段的油气勘探具有重要的支撑作用,发展高精度、高密度的重磁新技术及重、磁、电、震协同创新技术具有重要意义。

地质体边缘深度对重磁位场勘探半定量解释起着至关重要的作用。目前主要的地质体边缘深度反演方法有沃纳(Werner)反褶积法、解析信号振幅法(ASA)、局部波数法(local wave-number)、Tilt-depth法、欧拉(Euler)反褶积法和曲率属性(curvature attributes)反演法。这几类方法都存在解的筛选问题、稳定性问题和适应性问题。本文主要对不同类型数据和模型的适应性问题进行研究,基本原理分析和模型试算结果表明:沃纳反褶积方法和欧拉反褶积方法适用的数据源类型最多,曲率属性适用的数据源类型次之,Tilt-depth最少;沃纳反褶积方法、欧拉反褶积方法和曲率属性方法能够适应较多的模型,Tilt-depth能够适应的模型最少。对于重力数据,垂向一阶导数的解析信号振幅作为数据源适用于所有方法。对于磁力数据,解析信号振幅作为数据源适用于所有方法。同时,建议其他学者在使用这些方法反演二度体边缘深度时,遵循以下原则:反演方法推荐优先使用沃纳反褶积,其次是曲率属性和欧拉反褶积。沃纳反褶积方法和欧拉反褶积方法的重力数据源推荐使用垂向一阶导数的水平导数,磁力数据源推荐使用水平导数。曲率属性方法的重力数据源推荐使用垂向一阶导数的解析信号振幅,磁力数据源推荐使用解析信号振幅。另外,基于以上的研究结论,对边缘深度反演中解的筛选问题、稳定性问题和适应性问题在未来的研究方向中给出了一些建议。

云南澜沧老厂是三江特提斯成矿带南段最重要的多金属矿区之一,经多年开采后浅部资源已近枯竭。近年来矿区深部新发现了花岗斑岩和斑岩型多金属矿化,凸显深部多金属的找矿潜力。为查明研究区深部控矿地层和构造的赋存情况,助力深部找矿突破,本文采用大功率激电法和音频大地电磁法对矿区深部结构进行探测。对采集的激电和电磁数据进行处理和反演后,获得了研究区的激电异常分布和深部电性结构特征,结合区域地质资料,得出以下主要结论:测区西北部的低阻、高极化异常为地表铁锰矿、银锰矿和深部多金属矿化的共同反映,测区中东部的高阻高极化异常与深部多金属矿化有关。中上石炭统灰岩及白云岩地层西厚东薄,其中西侧地层向SW方向倾伏,东侧地层上覆于下石炭统依柳组;隐伏花岗斑岩向NE方向倾伏,其深部2 300~2 800 m水平范围段与深断裂的耦合部位为深部多金属矿化有利区。将大功率激电法和音频大地电磁法相结合可提升深部多金属矿探测的可靠性,指导后续钻孔布设。

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。

随着资源勘探加“深”加“难”,如何在复杂构造背景下提高成像精度和储层预测的精度已经成为了地球物理研究的重中之重,近年来发展起来的全波形反演方法是一种可以适用于复杂地质构造的反演方法。该方法利用叠前地震波场中的动力学与运动学信息,能够揭示复杂地质背景下构造细节。作为一个涉及模型参数化、误差反函数建立、数据预处理、波长数值模拟、子波估计等诸多研究内容的方法,该技术的发展必定是一个逐步完善且需要长期攻克的过程。目前随着理论与计算机技术的发展,全波形反演方法已经逐渐被应用在实际观测数据中。本文介绍了全波形反演方法的方法原理和处理流程,总结了全波形反演的发展历程以及全波形反演方法在海洋地震资料、陆上地震资料、深地震反射资料中的应用现状,提出当前全波形反演的应用瓶颈、数据处理难题、深部地壳反演成像的挑战,为全波形反演方法的研究与应用提供参考。

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。

安徽省泾县榔桥镇马渡桥村一带具有开发优质矿泉水的巨大潜力,然而受地质条件及含水介质非均质性影响,其分布范围勘定以及水量、水质定量评价一直是影响矿泉水开发利用的难题。基于此,以泾县榔桥地区为靶区开展了地面物探与水文测井联合的综合物探方法应用研究,取得了重要进展,主要包括:①通过地面综合物探方法实现了花岗闪长岩中断裂构造的精确定位,通过水文测井实现了构造裂隙水层位的精准识别;②成功探明单孔出水量约为50~80 m³/d的偏硅酸型饮用天然矿泉水;③指示了区内富水断裂构造为中浅埋深(约75~140 m),走向主要为NW向。研究成果揭示了该区赋存矿泉水构造的空间分布特征,对后续矿泉水范围勘定具有重要意义,同时,泾县榔桥地区综合勘查的研究思路和技术方法具备系统性,对相近地区矿泉水勘查具有指导意义。

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。

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。

镇安西部钨钼等多金属矿成矿条件优越,区内发现了如东阳、棋盘沟、桂林沟、月河坪、核桃坪等一批大中型钨钼矿,其成矿原因与侵入岩体有关。为了寻找钨钼矿体,必须开展与成矿有关的侵入岩体的研究,特别是对隐伏岩体的研究。本文基于高精度重力数据,利用最小曲率位场分离方法提取了隐伏岩体的重力异常,结合出露岩体的地球物理特征,对镇安西部隐伏岩体的平面位置进行了研究。通过研究,识别出了懒板凳、沙坪村、月河台、东川街和黄金美5个隐伏岩体。对典型隐伏岩体进行了3D重力异常反演,得到了隐伏岩体的空间展布特征,其中月河台和懒板凳东隐伏岩体均已得到了钻孔验证,孔内见到的黑钨矿品位较好。本文的研究方法可为该地区乃至其他地区隐伏岩体的研究提供技术支撑,同时也为南秦岭成矿带构造—岩浆—成矿演化研究提供重要资料。

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。

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。

陕西简池镇地区位于扬子板块北缘南江前陆—上叠盆地,为了明确找矿潜力,在研究区开展1∶2.5万水系沉积物测量。根据与成矿密切相关的K₂O、Na₂O、CaO、MgO、Cl、S、B、Rb、Cs、Li、Br、I等12种元素测试结果,分析了元素地球化学特征,确定研究区内Li为主成矿元素,Li-B-Rb-Cs-K₂O是寻找锂矿的指示元素组合,Li空间分布规律符合各地质体展布形态。结合成矿地质背景,圈定综合异常18个,通过异常检查工作,发现了多条锂矿(化)体,表明该地区具备了良好的成矿地质—地球化学条件,具有巨大的找矿潜力。

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。

赛马碱性岩是一个十分独特而复杂的地质体,以其岩石类型多样,矿物种类繁多,富含铀、钍、稀有稀土元素而闻名。本研究通过对赛马碱性岩地区近几年地质勘查项目成果的分析总结,发现赛马碱性岩第二侵入期岩石普遍存在稀有稀土元素矿化,成矿温度为中—低温,矿床类型主要分为残浆交代型和矽卡岩型两种,同时结合1∶20万水系沉积物测量数据和1∶1万原生晕测量数据,对整个碱性杂岩体进行了找矿潜力分析,在赛马碱性岩及其外围圈定出3个成矿预测区:赛马—顾家稀有稀土及放射性元素成矿预测区、爱阳稀有稀土及放射性元素成矿预测区、双山子稀土矿成矿预测区。该研究对赛马碱性岩地区的稀有稀土多金属找矿具有重要意义。

洛宁地区位于崤山隆起与洛宁盆地的结合处,属第四系浅覆盖区,已发现有老里湾、中河等大型银、铅、锌矿床,矿床形成与受断裂构造控制的酸性岩体关系密切。本文利用1∶5万重、磁资料,采用最小曲率位场分离技术、归一化总水平导数垂向导数技术、相关分析法、三维物性反演等方法进行处理,研究断裂构造及酸性岩体分布特征。通过研究表明:洛宁地区受NW向、NE向及EW向三期构造影响,以老里湾为中心,多组断裂呈现半径6.5 km的 “环状”分布特征;发现多处隐伏岩体,重新厘定了老里湾岩体、中河岩体等边界,花岗岩体分布受环状构造控制,岩体埋深约3 km;“环状”构造与磁异常梯级带相关性较好的多处钻孔见矿,在该区开展找矿研究具有重要意义。

地下供水管线作为城市基础设施的重要部分,由于年久失修、腐蚀、施工质量不佳等原因,常常发生管线渗漏及破裂问题。利用无损检测方法准确识别地下供水管线的渗漏位置及影响区域,对其早期预警和后续治理具有重要意义。本文利用探地雷达(GPR)方法对地下供水管线渗漏进行模拟探测试验与分析。首先,基于GeoStudio软件中的SEEP/W模块建立砂土中供水管线渗漏模型并计算其不同渗漏位置和渗漏时间的体积含水量,然后根据Topp公式和电导率与含水量的经验公式构建相应供水管线渗漏的相对介电常数和电导率模型。在此基础上,利用时域有限差分法(FDTD)对不同渗漏位置、不同渗漏时间的供水管线渗漏模型进行GPR模拟探测,并对模拟结果进行分析。最后,开展供水管线渗漏的GPR物理模拟探测试验,并与数值模拟结果进行对比分析。结果表明:与供水管线未渗漏的双曲线绕射波相比,上侧渗漏时,渗漏时间越长,渗漏区域越大,双曲线绕射波出现时间越早,能量越弱,其顶点水平位置保持不变;下侧渗漏时,出现2条分别向上和向下移动的双曲线绕射波,且渗漏时间越长,2条双曲线绕射波能量越弱且越分离,其顶点水平位置保持不变;左(右)侧渗漏时,渗漏时间越长,双曲线绕射波能量越弱,且顶点越向左(右)上偏移。模拟探测研究成果可为供水管线渗漏问题的早期预警和后期治理提供较为可靠的依据。

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。

渤海盆地是我国目前发现海上油气田最多的地区,秦南凹陷作为渤海盆地中的潜在富油气凹陷,具有较高的勘探潜力,对凹陷及邻区的构造格局研究具有重要意义和应用价值。本文利用卫星重力异常,通过校正陆域地形和海水的影响得到布格重力异常,采用归一化总水平导数垂向导数(NVDR-THDR)、欧拉反褶积、最小曲率位场分离和双界面模型重力场快速反演等方法得到了断裂的平面分布和视深度、新生界厚度以及构造单元边界;结合地质及地球物理资料,分析了研究区内主要断裂和构造单元的分布特征及地球物理特征。研究表明秦南凹陷及邻区的断裂主要呈NE向、NEE向和NW向展布,断裂视深度以1~10 km为主,在控坳断裂的部分位置及众多断裂交汇处达到了15~25 km;新生界厚度在0~11 km,构造单元呈NE向和NEE向交替分布,其边界大多受断裂控制;通过进一步研究,将秦南凹陷西侧的洼陷划归为乐亭凹陷,对其他构造单元的边界也进行了调整。本次断裂分布和构造单元分布特征的研究结果能为秦南凹陷的油气勘探提供一定的地球物理支撑。

为探测巨厚低阻层下部的煤层顶底板含水层中的富水性,在安徽淮南地区进行了煤矿广域电磁法的水文地质勘探工作,经过试验分析、数据采集、资料解释等多种手段获得的地质成果与井下揭露情况吻合良好。广域电磁法在煤矿水文地质勘探中的成功应用实例,表明该方法具有穿透能力强、探测深度大、精度高的特点,可以作为一种新兴的物探手段用于大深度煤田水文地质调查工作。

为调查与评价包头市南部旧工业区周边农田土壤和农作物的镉、铅和锌元素特征,分析测试了土壤及农作物根系土和籽实重金属含量,参照相应标准进行了污染评价,运用污染指数法、生物富集系数和人体健康风险指数等方法开展了重金属元素风险评估及来源解析。结果表明:区内土壤环境质量以清洁土壤为主,污染土壤主要分布于旧排污渠两侧;根系土超标点位也主要分布在旧排污渠周边;重金属元素形态中碳酸盐结合态、铁锰结合态和残渣态占比较高,可交换态(水溶态、离子交换态)占比较低,大部分农作物籽实样品呈正常和低富集特征;与其他农作物比较,向日葵籽实对镉、铅和锌具有超强吸附性,对儿童和成人均存在明显的非致癌和致癌健康风险。

为了评价安页2井两水平井压裂效果,采用广域电磁法压裂监测技术,探索压裂监测测网布设、采集和数据处理。通过对压裂前、压裂中和压裂后的监测数据开展定性半定量差分分析,初步判断压裂缝延伸方向,半定量计算缝长和缝高等参数。每个压裂段通过深度约束精细反演差分定量确定缝高和缝长等参数,压裂监测显示两水平井缝长在100~125 m,缝高在20~25 m。通过评价每段压裂效果指导压裂生产,以上段压裂成果指导下段压裂,最终对整个压裂段效果进行评价。广域电磁法在预测压裂的液波及方向和范围(缝长等)方面,取得良好的应用效果。

为消除地形质量对观测重力值的影响,在重力勘探中需要进行地形校正。由于地形距观测点最近,故其对重力值的影响最大;又由于地形起伏的复杂性,难以精准获得地形起伏的变化值。因此,地形校正成为影响重力勘探精度最关键的影响因素,其中地形数据的网格大小和地形校正的半径选择是影响地形校正计算精度的关键。本文收集了平原、丘陵和山地3种类型的5、10、25、50、100 m分辨率的DEM数据分别计算了不同网格间距、不同校正范围内的传统地形校正值和广义地形校正值,分析不同网格间距和校正半径对重力地形校正的影响。通过研究表明,大地水准面以上,地形质量对测点的重力影响主要集中在0~5 000 m环带范围内,约占整个地形质量影响值的90%,在丘陵和山地类型的地形校正过程中需要重视中、远区的校正,适当增加中区校正范围;不同类型地形对地形网格间距的需求不同,地形起伏变化越大,对DEM数据分辨率要求越高。根据对比结果的分析,对不同类型地形校正中DEM网格间距和校正半径的选取原则给出了相应的建议。该项工作为重力地形校正的理论研究及规范细化提供了重要参考,具有很好的推广应用前景。

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。

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。

基于Gramian约束的正则化联合反演是目前地球物理联合反演领域的研究热点。鉴于正则化项和约束项权重系数选择的困难性,有必要在正则化联合反演中引入不等式约束。本文以基于Gramian约束的大地电磁测深法(MT)和重力正则化联合反演为例,对比了惩罚函数法和转换函数法在联合反演中的应用效果,并开展了江西相山某测线的实测资料处理。模型试验表明,惩罚函数法和转换函数法可以有效地将物性参数约束在一定范围之内,惩罚函数法具有更高的灵活性但需要人为设置惩罚函数的权重系数。实测数据的处理表明,基于不等式和Gramian约束的联合反演具有较高的实用性,提高了地球物理解释的精度。

钒(V)是维持生物体正常生命活动的必需微量元素之一,也是联合国环境规划署列入环境优先污染物的有害元素之一。研究V在土壤—植物系统中的迁移富集规律,对于深入了解其生态地球化学行为、保障农产品安全与人体健康具有重要现实意义。本文以山东临沂某地普通农田为例,对土壤、植物进行系统的采样,分析测试土壤与植物中的V与伴生元素的含量。采用描述性统计、相关性分析、聚类分析等统计方法与单因子污染指数法、潜在生态风险指数法、生物富集系数法等分析方法对研究区内V进行来源分析、污染评价以及V在土壤—植物系统的迁移转换规律的研究。结果表明:V在研究区内分布较为集中,其含量随着Fe、Ti含量的升高而升高,随SiO₂、Na₂O、Sr、CaO含量升高而下降。研究区内V主要来源于母岩风化,高含量部分与磁铁矿相关。根据单因子指数法与潜在生态风险指数法评价结果,V在研究区土壤内较为清洁,但区内伴生的Cd污染需引起注意。V在植物中主要富集在根部,植物对V的吸收能力总体上与土壤中Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cd、Cr的含量呈负相关,以Cr最为显著;与土壤中As的含量呈正相关。该研究丰富了V的生态地球化学理论,也为区域农业生产、环境质量评估和生态污染防治提供了科学依据。

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。

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。

以海南琼中3个生态茶园为研究区,采集土壤以及对应茶树的根、茎、叶(包含老叶、新叶和嫩芽),对重金属在土壤—茶树系统中的迁移特征进行研究,分析重金属的迁移规律和饮茶所致健康风险。结果表明,土壤中Pb、Cr、Cd、As和Hg含量略高于海南岛土壤背景值,没有明显的累积。重金属在茶树不同器官的富集程度差异明显,其中Cr、Zn、Pb、Hg和Cd在根部富集,而Cu和Ni在叶片富集;Pb、Cd和Hg在老叶中的含量比在嫩叶和芽中的含量高,表现为随着茶叶生长而累积的特征;Cu、Ni和Zn在芽中的含量高于老叶和新叶,表现出在茶叶生长部位富集的特征。生物富集系数(BCF)表明,土壤理化组成、重金属种类和叶龄能够影响茶叶对重金属的吸收程度。风险评价结果显示,所有样品的目标危害系数(HQ)和危害指数(HI)均低于1,表明饮茶所致重金属健康风险处于可接受水平。本研究可为茶园重金属防控提供科学依据,对茶园管理和确保茶叶消费者健康具有积极指导意义。

青海省天峻县锲墨格山地区属寒冷半干旱草原景观,地表发育宽300~500 m、断续延伸达7 km的伟晶岩带。目前勘查工作已发现了锲墨格山锂铍稀有矿,为了能够在后续同类景观区稀有稀土找矿中提供可靠的地球化学依据,本文在锲墨格山地区开展了大比例尺微沟系地球化学测量技术方法的样品粒级试验和有效性研究。本次通过1∶2.5万地球化学测量,选取-4~+20目、-4~+40目、-10~+40目和-10~+60目采样截取粒级,在伟晶岩脉发育地段进行试验研究,分析Cu、W、Sn、Be、Li、Nb、Rb、Zr、La、Y元素含量。结果显示,Be、Li、Nb、Rb、Zr稀有元素选取-4~+40目和-10~+40目采样截取粒级,La、Y等稀土元素选择-10~+40目采样截取粒级,Cu、W、Sn等有色金属元素选择-10~+60目采样截取粒级时,元素富集离散特征更明显,地球化学分布与地质矿产特征吻合度更高,证明该技术方法可以在同类景观区稀有稀土找矿工作中获得显著的地球化学找矿效果。

大地热流是地球内部热量在地表的直接显示,对地热资源评估具有极高的参考价值,由于传统利用钻井技术的热流测定方法既昂贵又困难,至今松辽盆地仍未能实现高质量、高分辨率的大地热流测量。机器学习是一种用于数据分析的技术,它可以识别数据中的模式并将其用于自动计算未知数据。本文引入机器学习方法来计算区域大地热流。这项研究基于全球大地热流实测数据与地质构造数据,首先采用了Kriging回归算法和机器学习算法计算某已知热流分布区域的大地热流,并计算了均方根误差和相关系数,表明机器学习算法能获得误差更小、相关度更高的结果。随后使用机器学习方法计算了松辽盆地的大地热流值。计算结果显示盆地中部大地热流最高,以大庆、松原之间的区域为中心呈环状向外逐渐变低,中心区域大地热流超过80 mV/m²。该结果与区域实测地温梯度测量结果具有良好一致性,为进一步分析松辽盆地地热资源分布规律提供参考。最后,利用Sobol方法进行地质特征灵敏度分析,量化各参数的影响。本文的研究表明机器学习方法在大地热流值计算方面具有较高的研究和应用价值。

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。

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。

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。

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。

在海洋地震勘探中,地震反射特征对于AVO分析、海底参数反演以及构造分析等具有重要作用。地震波在海洋中传播,其产生的地震反射特征受到海水层和海底以下沉积物的综合影响,但目前业界主要针对海底以下沉积物对地震反射特征的影响开展研究,关于海水层对地震反射特征影响的研究较少。本文主要研究地震波在海水层中传播时地震波场的变化特征,首先从流体—固体分界面和自由界面的边界条件出发,推导出弹性界面入射和反射时的P-P振幅比,得到海水层效应的数学表达式。然后分析入射波频率、海水层深度、海底阻抗差和入射角等因素对海水层滤波效应的影响,分析结果表明:海水层对于地震P波具有周期性的选频滤波效应;选频滤波效应的周期与入射波频率和海水层深度成反比,与入射角成正比;入射角越大,地震P波衰减越严重;阻抗差对振幅的影响与入射波频率和海水层深度有关。最后利用数值模拟验证了海水层对地震反射特征的影响。

走滑断裂带及其控制的缝洞体是顺北地区奥陶系新的勘探领域,探索断控缝洞体储层单井产量多属性量化预测技术,为顺北地区断裂带井位部署与井轨迹优选提供科学依据和技术支撑。断控缝洞体储层中,断裂是油气运移通道,其纵向延伸和宽度是断裂的通源性,主干断裂与次级断裂平面交汇结构表征断裂的汇聚性,通源性和汇聚性表征成藏断裂特征。断控缝洞体中缝洞是储集空间的主体,断控缝洞体储层规模和断裂裂缝分布密度表征缝洞特征。断控缝洞体储层的单井产量既与断裂特征有关,更与缝洞特征有关。因此,量化的断裂特征和缝洞特征是单井产量量化预测的基础。地震数据及其多种属性的断层精细解释,量化后得到断裂特征值。结构张量属性圈定断控缝洞体储层范围,异常体振幅属性表征缝洞的分布及其体量,最大似然概率属性表征断裂裂缝分布密度,3种属性融合得到缝洞特征值。最后将量化的断裂特征值和缝洞特征值融合为断控缝洞体特征值,与实测钻井的年产液量进行统计分析,得到年产液量与断控缝洞体特征值的统计关系式,实现断控缝洞体储层单井产量的量化预测。

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。

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。

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。

全国土地质量地球化学调查结果显示,我国氟过剩的土地面积约31.5万km²。氟作为一种与人体健康密切相关的元素而得到广泛关注和研究,尤其近年来农业活动中高氟化肥的使用成为土壤中氟的潜在来源,其在土壤、动植物体中的循环迁移方式尚待深入研究。为了迎接新一轮全国土壤普查和现代健康地质调查,需要研究建立准确测定化肥中的氟含量的分析方法。本次实验对比研究了HCl煮沸提取、HCl常温超声提取、NaOH熔融水提取、Na₂O₂熔融水提取4种不同的样品分解方式,结果表明:采用HCl常温超声提取分解样品,NaOH-H₂SO₄调节酸度,柠檬酸钠做离子缓冲剂是最佳的样品前处理方式; 并对超声提取时间及提取温度进行了考察,确定了超声提取时间为20 min,提取温度为20 ℃;在最佳的样品前处理条件下,测定了方法的主要质量参数:检出限1.63×10^-6、精密度0.98%、回收率在91%~108%。该方法前处理简便快速、易于操作,以分段建立标准曲线的模式,测定的质量参数完全能够满足化肥的分析要求。

四川盆地安岳气田须二段致密气储量丰富,地质特征相对复杂,常规 AVO分析方法预测储层含气性分布的精度较低,需要研究采用更加精细的地震预测方法。基于单井岩石物理和正演模型特征分析,采用基于小波变换下的分频AVO反演,优选出优势频段的AVO属性进行融合构建含气性因子,进而对安岳气田须二段有利含气富集区带进行分布预测。结果表明,须二段气层主要表现为Ⅳ类AVO响应异常。优势频段35~45 Hz的气、水层AVO响应比全频段的AVO响应的差异特征较明显,差异性更大,更易突出含气响应特征;AVO含气性敏感属性为相对横波速度差异、相对泊松比差和流体因子,经融合得到含气指示因子的负异常区域指示含气有利区;井震对比可知优势频段AVO属性的含气性预测效果较好。该方法以期为非常规油气勘探提供技术支撑。

小河尾水库作为文山市境内海拔最高的岩溶水库,自建成蓄水以来,存在严重的库水渗漏问题,虽经多次防渗处理,但水库渗漏的情况仍未改善。为确定小河尾水库地下岩溶渗漏通道的位置,以指导后期水库防渗工程的部署,本次研究在工程区内利用高密度电法与音频大地电磁法探测水库地下渗漏通道,通过对物探测试数据进行2D反演试算,发现将这2种方法相结合具有可行性,2种方法物探异常点位置高度吻合,能精确反映地下不同深度的地质情况,探测结果能为后期设计和施工提供参考依据。基于实测数据反演结果,并结合地表地质资料、钻探验证手段,推测水库主要存在2条NNE向且高程集中于1 800 m以上的岩溶含水渗漏通道,其中I号岩溶渗漏通道位于灰岩与硅质岩接触带附近,II号岩溶渗漏通道位于灰岩内部岩溶裂隙处。同时基于本次物理勘探结果,笔者也为小河尾水库后期防渗处理提出了帷幕灌浆工程部署建议。

随着经济和社会的快速发展,道路承受的负载急剧增大,使得道路内部逐渐产生一系列的病害。探地雷达(ground penetrating radar,GPR)是一种无损探测技术,可将道路下方目标的回波信息呈现在雷达剖面图上,其中的空洞、脱空、疏松体等病害信息构成了探地雷达道路数据的感兴趣区域(region of interest,ROI)。传统的人工提取ROI方法对人员的技术要求高,同时针对海量数据的人工识别给一般人员的精力提出了不小的挑战。为此,本文提出一种通过在行列方差基础上加入阈值分割数据的方法,实现ROI的自动提取。实验结果表明,提出的方法有效地提取出多类型、多目标ROI位置信息。该方法在提高探地雷达道路检测效率方面具有较大的应用潜力。

天然气水合物饱和度的评价以阿尔奇(Archie)公式为核心、岩电参数为应用基础。针对不同的地质环境匹配相应的岩电参数值,尤其是孔隙度指数(m)和饱和度指数(n),是准确计算饱和度的关键。在电阻率测井中,如何使m、n值更适合于天然气水合物的评价仍是一个难题。为了厘清天然气水合物电阻率的相关规律和Archie公式中岩电参数值的确定方法,本文系统调研了相关文献资料,对天然气水合物的电阻率影响因素进行了总结梳理,并对如何利用Archie公式精准评价天然气水合物的饱和度进行了影响因素的分析。在此基础上,总结了天然气水合物沉积物的电阻率特性,提出了Archie公式的应用研究方向。

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。

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。

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。