土壤碳库在调节全球碳平衡和减缓温室气体方面有着重要的地位,估算土壤碳储量对评价陆地生态系统碳循环具有重要意义。利用研究区土地质量地球化学调查获取的土壤碳数据,采用“单位土壤碳量”方法,估算了西北地区各层土壤全碳、有机碳和无机碳储量,分析了不同土壤、土地利用和地形地貌类型下的土壤有机碳和无机碳中碳含量特征。结果表明,研究区上下全层(0~2.0 m)土壤中累计求得总碳10 099.4 Mt,表层(0~0.2 m)总碳1 224.8 Mt,上层(0~1.0 m)5 345.9 Mt,下层(1.0~2.0 m)4 753.5 Mt,各层中总碳含量以无机碳为主,占比自上而下逐渐增大,有机碳主要集中在表层。无机碳含量高值区主要分布在青海湟水谷地、甘肃陇中、陕西北部和宁夏南部黄土高原等地区,有机碳高值区主要分布在祁连山一带。风沙土具有最低的表、深层有机碳、无机碳和总碳含量;黑垆土和黄绵土具有最高的表层无机碳含量;黑毡土具有最高的表层有机碳含量;黑垆土具有最高的深层有机碳含量,且具有最高的表层和深层土壤总碳含量。森林具有最高的表层和深层有机碳及表层总碳含量;草原具有最高的表层无机碳和总碳含量;耕地具有最高的深层无机碳含量;裸地具有最低的无机碳、有机碳和总碳含量。山地具有最高的表层和深层土壤有机碳和总碳含量;黄土具有最高的表层和深层无机碳含量;平原总体介于黄土和山地之间。高海拔地区具有极高的有机碳含量。

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。

电(磁)法探测技术历经百年发展,从早期的直流电阻率法、激发极化法,逐步发展为涵盖大地电磁法、人工源电磁法及各种混场源电磁法的地球物理探测技术体系。然而,在我国开启新一轮找矿突破战略行动的新阶段,出现了深部找矿需求增加、人文噪声干扰加剧及三维结构解释不足等问题,严重制约了传统电(磁)法的应用效果。为突破技术瓶颈,大功率—超大功率电(磁)法技术成为关键发展方向之一。大功率—超大功率电(磁)探测技术通过增大发射电流,可以压制人文噪声、增大探测深度,有助于实现高分辨、多参数的三维探测,推动了方法技术、观测平台以及应用场景的拓展与创新。本文梳理了大功率—超大功率电(磁)法仪器发展历程与相关技术研究现状,并指出激发极化法真三维全波形采集与三维反演、张量可控源电磁法采集与三维反演、时频电磁法多参数联合约束反演及广域电磁法多分量全区探测等技术,可以显著提升深部目标体的探测能力。未来需进一步攻克各向异性三维反演、带场源全域反演以及复杂约束下极化率、磁化率提取等问题,推动电(磁)法向大深度、高精度、智能化方向发展,更好地服务新一轮找矿突破战略行动。

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。

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。

随着高精度、高密度三维地震技术的应用及采集效率的极大提升,节点地震采集产生的数据量急剧增加,对节点地震采集质量监控要求也越来越高,尤其是节点数据共炮点道集数据合成滞后,影响了地震数据的质量监控及地震资料处理效率,因此,节点地震数据采集过程的质控技术需求愈加凸显。为此,深入研究了采集前节点状态可视化监控、节点数据合成及地震数据质量监控等技术,自主研发了节点地震采集质量监控平台,实现了节点采集过程中“设备状态—数据合成—数据质控”的全生命周期质控,该平台应用到实际地震采集项目中,取得了较好的应用效果。

在探地雷达的实际探测作业中,环境噪声与仪器误差等不利因素常导致信号中混杂大量噪声,严重削弱了信号品质及分析结果的可信度。鉴于此,提出了一种融合最小均值交叉熵的时频峰值滤波方法(TFPF-MMCE)用于探地雷达信号的去噪处理。该方法将时频峰值滤波技术与交叉熵函数相结合,通过精准优化信号的时频表征,实现了对噪声的有效抑制与有效信号的精准保留,从而显著提升了探地雷达信号的质量。通过数值模拟与实地探地雷达实验验证,TFPF-MMCE具有很好的噪声去除能力,能够有效去除信号中的随机噪声,显著提升了信号的清晰度与可靠性。相较于传统的去噪方法,TFPF-MMCE在去噪效果与抗噪稳定性上均展现出显著优势,预示着其在探地雷达信号处理领域的广泛应用前景与重要实践价值。

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。

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。

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。

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。

化探数据中地质矿产信息的深入挖掘,是数学地质学和地质大数据的热点研究之一。目前国内积累了丰富的区域化探数据,但对数据中的地质矿产信息深入挖掘有限,需要尝试建立科学有效、简单易行的数据处理流程和分析研究方法。本次以甘肃省徽县高桥地区为研究区域,依据地质背景,根据元素性质与地球化学行为理论对相关元素数据进行处理,挖掘化探数据中蕴藏的地质矿产信息,初步建立了侵入岩体边界圈定和岩相划分的数学模型,科学指导地质填图工作;初步建立构造蚀变岩型金矿床靶区圈定模型,并进行了有效性验证,圈定了7个新的、有较好找矿前景的靶区,通过矿产检查已发现矿点5处,提交矿致异常4处,其中2处正在开展甘肃省地勘基金矿产勘查工作。本次研究成果证明,根据元素地球化学性质原理对数据进行计算处理,可进一步挖掘区域化探数据中的隐藏信息,有效指导和修正地质填图工作,提升填图效率和工作质量;可进一步高质量提取化探异常信息,高质量指导新区找矿工作。

利用因子分析对山东省莒县—五莲地区1:5万水系沉积物测量数据进行研究,通过提取出的8个具有代表性的因子,确定了元素的组合类型,并利用各因子得分值进行元素组合分区,分别讨论了各子区与其地质背景的关系,依据地球化学分区结果,综合地质成矿条件,确定了成矿有利地质体及找矿方向。本区最具成矿意义的组合为Au-Cu-Ag-Mo-Bi,其次为Pb-Zn;V-Ti-Co-Mn组合和Ni-Cr组合可作为探途元素,指示组合异常地段的中心及深部可能存在有利的成矿机制。在本区或者区域上火山岩分布区寻找寄火山口、隐爆角砾岩筒是重要的找矿方向;在研究区东部石场—坊子村一带,具备一个F₂-F₄-F₁三因子组合模式的综合分区,中生代埠柳序列、伟德山序列岩体是成矿有利地质体,其中的NE向构造带是成矿有利场所,指明了找矿方向。

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。

在大地电磁法中,强干扰噪声限制了该方法还原真实地下结构的精度,会对后期资料解释造成不良影响。本文基于大地电磁时间序列的特点,对不同类型噪声的特征进行分析,提出了一种基于VMD(变分模态分解)与LSTM(长短时记循环神经网络)预测重构的信号去噪技术。首先通过VMD信号分解算法对原始大地电磁数据进行去基线漂移处理,对处理好的时间序列继续通过VMD分解为多个不同的模态IMFs,选用含噪声轮廓信息的RSE分量中无干扰数据训练LSTM时间序列检测模型,对RSE分量进行识别并标记含噪时间段,计算噪声的步长,将噪声信息传递给原始信号并截断删除。最后通过对IMFs训练LSTM多维预测模型,对空缺的位置预测不同模态下的信号,将所有模态输出结果叠加可得大地电磁预测信号,重构信号后针对VMD方法识别度不高的尖脉冲噪声进行二次信噪分离即完成去噪。通过该技术可精确识别大地电磁信号中的强干扰噪声,只针对噪声发生时间段进行处理,有效保护了信号中无干扰数据,且预测数据误差可控制在大地电磁信号数据处理的误差允许范围内,去噪效果显著。

本文以攀西地区为例,结合航磁和小震精定位数据,在划分断裂的基础上判断断裂现阶段活动性强弱。在研究区内共划分断裂42条,推断现阶段仍在活动的断裂21条,其中新推断活动断裂10条。选取区内主要断裂局部段进行了三维结构特征研究。结果表明,小震精定位结果能反映出活动性强的断裂,并刻画其深部结构,在航磁圈定基底断裂的基础上,对活动断裂的位置加以约束,并补充划分沉积盖层中的隐伏活动断裂。该方法对于促进航磁研究断裂构造空间分布及活动性方面具有一定的现实意义。

近年来四川盆地勘探开发实践表明,侏罗系陆相致密砂岩已经取得了重大突破,但是由于致密砂岩低孔低渗的特征,常规的叠后反演分辨率不足,并不能满足实际勘探储层预测精度的需求,因此需要利用叠前反演来进行致密砂岩的精细刻画,而在叠前反演中横波速度信息至关重要。本文以近年来川东南陆相探井为基础,研究了一套针对于川东南致密砂岩的岩石物理建模技术:充分考虑致密砂岩渗透率低以及孔隙中流体不均匀混合的特性,优选Domenico模型计算孔隙流体模量;考虑到实际地下情况,流体模量和密度必然是变化的,前人在岩石物理建模过程中大多用的是定值,本文则是与深度相关的值;川东南地区致密砂岩孔隙度一般都小于10%,利用Nur模型、Krief模型计算出来误差较大,本文优选Lee-Pride模型进行骨架模量的计算,通过引入固结参数α的值来控制岩石基质和骨架之间的关系。将建立好的致密砂岩岩石物理模型应用于实际工区,从应用效果来看与实钻井吻合度高,通过统计测井数据,优选敏感参数泊松比开展叠前高精度反演,可以对河道砂岩内幕进行精细刻画及预测。

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。

常规拼接处理方法以满足构造解释为目的,更多是基于地震数据本身使大套地层反射能量、频率趋于一致为目标,尤其在处理重叠区数据时仅采用其中一个工区的地震资料,无法充分利用各个工区地震资料的有效信息,导致重叠区地震资料保真度低,严重影响后续储层连通性及含油气性的判别。本文提出一种基于加权融合的重叠区数据拼接方法,在重叠区将不同工区的地震数据与相应的权值进行加权融合输出为一道地震数据。实际地震资料应用结果表明,基于重叠区数据融合拼接的处理结果能够有效改善地震资料品质,剖面上同相轴连续性变好,更有利于浅层砂体连通性的判别。

中国复杂的地质背景与成矿环境决定区域化探在矿产资源勘查中的重要地位,是特殊成矿地质条件下的战略选择。中国以20世纪50年代中期第一代区域化探为起点,从第二代到第三代区域化探历经70年跨世纪发展,在有色金属、贵金属及稀有稀土稀散等矿产资源勘查开发方面显示出独特作用。据不完全统计,自第二代、第三代区域化探开展近36年(1979~2015年)期间,全国主要通过区域化探发现的各类大型—超大型矿床182处,相当于平均每年发现大型—超大型矿床5.06处,按照区域化探覆盖全国面积668万km²统计,平均每3.7万km²发现1处大型—超大型矿床,其中有色金属矿产61处,贵金属矿产93处,关键稀缺矿产24处,其他矿产4处,取得突出地质找矿成果,对保障和促进国家经济和社会发展作出重大贡献。区域化探作为国家基础性、公益性与战略性地质工作,以大数据与地球系统科学为标志跨入21世纪,以高精度、高质量大数据为基础,以成矿地球化学理论为指导,以现代科技为支撑进入崭新发展时期。未来将继续推进区域化探以高技术标准、高质量水平实现全国大陆疆域全面覆盖,为国家矿产资源勘查提供更多战略远景地区。在高精度大数据、成矿理论及现代科技支撑下建立人工智能信息化应用体系,推动深部矿产、隐伏矿产及难识别关键稀缺矿产的勘查应用,取得地质找矿更大突破。中国区域化探运用大数据科学不断解决矿产资源勘查评价问题,也就是地球化学勘查体系不断融入国家现代科技进步的过程。

掌握硒在土壤和农作物中的分布规律对于富硒产业发展至关重要。湖北省恩施市分布大量富硒土壤,为发展当地富硒农业,本文以鄂西典型高硒区恩施新塘乡为研究区,通过对2 469件土壤样和玉米、土豆、水稻、萝卜、白菜、茶叶6种共237件农作物样的硒地球化学数据进行整理分析,系统地总结出该区土壤硒分布规律及影响农作物硒含量的因素。结果表明:新塘乡表层土壤硒含量范围为(0.14~25.74)×10^-6,背景值为0.81×10^-6,是全国土壤硒背景值的3.7倍,且达到富硒土壤标准的土壤面积占总面积的86.23%,存在2条NEE向的富硒带;土壤硒空间分布与成土母质密切相关,成土母质为二叠系黑色岩系的土壤中硒含量明显较高,富集系数达到3.74;高硒区水稻、萝卜、白菜富硒率均超过65%,除土豆外的农作物硒含量与对应根系土硒含量均呈正相关,其中茶叶(P<0.01,R=0.84)相关性最高,说明富硒作物硒含量与根系土硒含量关系密切;成土母质为二叠系黑色岩系类及三叠系碳酸盐岩类的耕地区农作物硒生物富集系数较高,成土母质为二叠系黑色岩系的农作物中硒平均值最高,说明成土母质对农作物硒含量影响较大。

尾矿具有资源利用价值,同时会对环境带来破坏和威胁,然而目前国内外对尾矿的元素地球化学特征研究较少,不利于尾矿的合理处置。本文选择邯邢铁矿尾矿,通过系统的取样、测试、分析,查明了尾矿中Fe、Co、S、Cu、Zn等元素在不同粒径尾矿中的含量特征和元素形态特征(可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残余态);基于元素的粒度效应和形态分布探讨了其对尾矿资源开发利用和环境风险评价的启示。研究结果有助于深化对邯邢铁矿尾矿元素地球化学特征的认识,对于尾矿的资源化利用和环境风险防范也具有积极意义。

在地震勘探中,受采集成本或地形环境的限制,地震数据往往存在缺失,因此数据重建是地震数据预处理的关键步骤。本文基于压缩感知理论框架,对合成数据进行二维随机欠采样,将三维地震数据划分为一系列时间切片,随后引入Shearlet稀疏变换,结合凸集投影(POCS)算法逐次对每个时间切片进行数据重建,从而实现了基于Shearlet变换的三维地震数据时间域重建方法。数值试验和实测数据结果表明,相对于Curvelet变换的重建方法,本文所提出的重建方法的信噪比更高,计算速度更快,效果更好。

重力仪器的性能试验是重力调查工作的一个重要内容,贯穿外业调查的始终。工作中,普遍采用“均方误差”“精度”和“中误差”对仪器性能试验结果进行定量化表述。通过对比地质调查、石油、测量这3类规范中的动态试验、一致性试验理论算式,发现“均方误差”“精度”和“中误差”存在明显的混用现象,其中,在3类规范中一致性试验的算式一致,计算结果却采用上述3种表述。本文通过对3类规范的动态、一致性试验的算式研究,分析了“均方误差”和“中误差”的区别,阐明了“中误差”相对于“均方误差”的规范性,确定了“中误差”的使用范围,为避免混淆,建议规范中采用“准确度”作为定性表述,“中误差”作为定量表述。

为优选镶黄旗毕山地区找矿预测靶区,开展1∶1万土壤地球化学测量工作。采用多元统计综合分析方法对研究区土壤中Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mn、Mo、Li、W、Sb、Bi、B、Hg和As共14种元素进行分析,结果表明:研究区土壤中Au、Ag、Pb、Zn、Li、As 6种元素富集程度较高,成矿潜力最大;具有较高含量的元素异常主要受下二叠统三面井组凝灰岩及凝灰质火山角砾岩与花岗岩之外接触带控制;成矿元素主要受NW向断裂构造带控制,硅化、白铁矿化、黄铁矿化、方铅矿化、闪锌矿化等蚀变为找矿主要标志;结合该区成矿地质条件,圈定了综合异常3处,找矿靶区2处,经工程验证发现了Ag矿体。研究显示,土壤地球化学测量方法是成功寻找多金属矿体的关键所在,为后续矿产勘查工作的开展奠定了重要基础。

传统大规模重磁位场数据正反演对计算机性能要求较高,同时计算效率较低。针对这一问题,本文定义了位场footprint判定方法,分析其影响因素,并首次提出了一种footprint-FFT位场正演策略。该算法从3个方面改善这一过程:①基于位场衍生性质计算核矩阵,大幅精简位场核矩阵大小;②引入并定义适用于位场的footprint概念,实现数据规模和核矩阵大小的“脱钩”,改善核矩阵计算效率和硬件成本;③在前两者基础上对计算区域划分子空间,首次提出footprint-FFT策略,实现子空间的位场批量计算,加速正演计算过程。该方法降低了核矩阵计算量和存储量,在大幅提高运算速度的同时,保证了计算精度。基于本文提出的方法,在笔记本电脑上实现了10多亿网格的位场快速正演,并在数分钟内完成计算。理论算例表明该方法效率高,同时对计算机的配置要求不高,在大规模位场数据正反演上潜力巨大。

页岩地层原始发育的小微尺度断缝(断距小于10 m的断层和裂缝)对水平井段优质储层钻遇率、改造体积、产能均有较大的影响,对其开展精细预测尤为重要,但目前单一的方法很难准确识别和预测。本文结合四川盆地南部某地区龙马溪组页岩气层小微尺度断缝发育的情况,开展了模型组合正演模拟、响应机理和响应特征研究,提出预测+建模相融合表征的小微尺度断缝预测方法,并优选地震资料处理、小微尺度断缝预测、多尺度裂缝建模和融合表征技术开展研究。研究成果同研究区龙马溪组页岩气层水平井钻遇的小微尺度断层、地层漏失、井间压窜等地质异常情况吻合度较高,且同单井产能情况具有较好的正向关联性,证实了该方法预测小微尺度断缝的可行性,可为同类型层系小微尺度断缝的预测研究提供参考。

岩石物理数据反演能对岩石内部微观裂隙结构进行成像,可洞察岩土内部裂隙的随外界环境变化演化规律,是研究深部岩土灾变机理直观可靠的方法。文章介绍了岩石物理数据的采集系统和电阻率正、反演算法。基于上述工作,分别开展了岩石物理二维和三维反演成像的数值模拟工作,二维反演成像的数值模拟结果表明,该方法可刻画充填高电阻率和低电阻率的毫米级岩石裂隙;三维数值模拟结果表明,该方法对充填高电阻率和低电阻率的毫米级缝洞可进行精确定位和有效识别。针对微波破裂岩石样本,开展了砂岩加热破坏前、砂岩加热至熔融状态和砂岩从熔融状态至冷却3种状态下的数据测量和反演成像工作,初步揭示了微波加热砂岩裂隙变化规律,为研究深部岩土灾变机理提供了一种新的方法。

地—井瞬变电磁法在实际勘探中容易受到不规则发射回线和倾斜钻孔的影响,这会增加三分量感应磁场的测量误差,并导致解释精度下降。本文首先在建立任意形态发射回线源激发下的地—井瞬变电磁三分量测量模型的基础上,通过坐标变换得到倾斜钻孔下的地—井瞬变电磁响应的计算公式,然后采用数值滤波算法实现了全空间瞬变电磁场的一维正演。多个典型模型的计算结果表明,瞬变磁场三分量受发射回线形态影响严重,其中X、Y水平分量响应所受到的影响远大于Z垂向分量的响应;偶数边的正多边形回线源装置的瞬变电磁三分量场分布均匀且对称,且在周长相同的情况下,边数越多,其激发的一次场能量越大,野外采用矩形回线源装置最具性价比;井斜角和偏移距主要影响三分量响应的幅值大小,而钻孔方位主要影响水平分量的符号,含有比较丰富的定位信息。在地—井瞬变电磁勘探中,需要准确测量场源路径和井几何形态,以便进行必要修正,从而提升解释的准确性和可信度。

针对少井且构造沉积双复杂的古近系地层,为了提高储层反演精度,首先在地震资料处理时,采用稀疏脉冲反演一次波估算和各向异性Q叠前深度偏移两项关键技术,提高了地震道集质量和成像品质,然后采用叠前同时反演方法开展研究工作。方法步骤如下:①使用叠加速度,通过层约束Dix反演获得纵波阻抗低频模型;②使用分角度叠加数据和经过井震标定的子波进行弹性阻抗反演,得到远、中、近道弹性阻抗体;③通过Fatti反演,获得初始纵波阻抗、初始横波阻抗和初始密度;④开展叠前同时反演,获得最终的纵波阻抗、横波阻抗和密度;⑤利用岩性和物性反演结果,预测储层展布范围。该方法基于三维地震数据驱动,且对测井依赖程度低,可为类似地质条件下的储层预测工作提供借鉴。

基于射线追踪的初至走时层析被广泛用于近地表速度建模,解决复杂近地表地震资料的静校正问题。该方法需要进行射线追踪计算初至波路径和多次迭代更新初始速度模型,导致其应用于实测三维高密度地震资料时存在耗时极大的问题。为此,本文提出一种在三维起伏地形下利用回折波走时信息快速建立近地表速度模型的方法。基于起伏地形下速度在纵、横向变化时的回折波走时及射线方程,采用共偏移距数据集自地表向下逐层确定介质的速度分布。该方法无需射线追踪和迭代更新速度模型,具有很高的建模效率。理论模型数据测试验证了本文方法的有效性。将该方法应用于三维实测地震资料,取得了和菲涅尔体初至走时层析方法相当的静校正效果,且显著提高了计算效率。

测网布设是物化探勘查的先行工作内容,手持GPS的广泛应用给中小比例尺物化探野外勘查的导航定位带来了极大的便利。本文从坐标系转换的基础理论出发,面向物化探勘查中规则和不规则两类设计测网,提出了一种可生成大批量航点的方法,并编制了相应的计算软件。该软件界面设计简洁,操作便利,无须借助第三方工具软件即可快捷地生成适合于重磁电测量、土壤测量、水系沉积物测量等方法的设计测网,用于野外作业时导航。

在塔里木盆地勘探程度较低的探区,地震地质条件复杂,多次波发育广泛,特别是受古生界膏岩等强反射界面产生的层间多次波影响,破坏了奥陶系地层真实信息的成像,导致奥陶系碳酸盐岩裂缝孔洞型储层成像不清晰,影响了地层解释。精确对玉北地区层间多次波预测及压制是多次波处理的难题,制约了该区油气勘探部署。常规的层间多次波预测每个反射界面产生的多次波,其运算量大且效果不理想。为此,提出模型法自适应层间多次波压制技术,从层间多次波预测原理出发,利用模型正演结果,将产生多次波的主要反射界面作为模型层,采用逐层预测和压制的思路,最后采用自适应匹配相减技术进行压制。实际资料处理结果表明,本文方法能够有效预测和压制有影响的层间多次波,消除多次波干涉效应,解决了穿层现象及平层产状问题,提高了地层构造、断裂和裂缝孔洞型储层成像精度。

土地是农业生产最基本的资源,解决好土地质量问题就是解决好粮食质量问题。全面掌握土地质量现状对科学合理利用、开发土地资源有重要指导意义。本文以云南省姚安县栋川镇连片农耕区为研究区,开展1:5万土地质量地球化学调查,对土壤养分、环境、大气干湿沉降物、农业灌溉水进行综合评价,根据评价结果划定绿色食品、无公害农产品产地,为绿色耕地开发利用提供参考依据。研究结果表明,研究区土壤养分丰富,环境优良,灌溉水水质优良,大气环境质量良好,土壤质量与土地质量综合等级评价结果一致,以一等、二等优良土壤为主,占研究区总面积的68.98%;划定出一批无公害食品产地、绿色食品产地,圈定出一批可直接用于开发绿色富锌、富铜食品的产地。此成果可为研究区土地利用规划、粮食安全、打造高原特色农产品、服务乡村振兴等重大工作提供地球化学数据支撑。

依据不同时期洛阳市多目标区域地球化学调查点的重复采样分析数据,研究农田土壤全碳、有机碳的密度、储量空间分布特征、变化规律与影响因素。结果表明,2005年多目标调查区农田表层土壤全碳含量平均值为1.57%,全碳密度平均值为44.74 t/hm²;有机碳含量平均值为1.12%,有机碳密度平均值为34.27 t/hm²;全碳密度平均增长0.709 t/hm²,有机碳密度平均增长6.643 t/hm²;全碳年均增加量41.73 kg/(hm²·a),有机碳年均增加量390.75 kg/(hm²·a);全碳储量1 251.13万t,有机碳储量887.959万t;全碳储量变化量19.828万t,有机碳储量变化量185.78万t,均呈增长特征。2018年多目标调查区农田表层土壤全碳含量平均值为1.18%,全碳密度平均值为34.27 t/hm²;有机碳含量平均值为1.07%,有机碳密度平均值为30.94 t/hm²;全碳密度平均减少9.642 t/hm²,有机碳密度平均增长4.727 t/hm²;全碳年均增加量-2 410.5 kg/(hm²·a),有机碳年均增加量1 181.75 kg/(hm²·a);全碳储量196.35万t,有机碳储量177.261万t;全区农田土壤表层全碳储量为1 447.481万t,有机碳储量为1 065.22万t;全碳储量变化量-55.241万t,呈减少特征,有机碳储量变化量27.082万t,呈增加特征。研究区总体上全碳减少35.413万t,有机碳储量增加212.862万t;全碳与有机碳、CaO、MgO、N、P呈显著正相关,有机碳与全碳、N、P呈显著正相关,pH与CaO呈显著正相关;施肥增加了农田土壤中有机碳和全碳含量,全碳受CaO影响显著;碳酸盐区发育的碱性土壤环境下呈碳汇特征;在南部土壤变酸性环境下,土壤中碳酸盐类分解,形成碳损失和钙减少。该研究成果为洛阳市碳达峰、碳中和研究提供了重要科学依据。

基于福建省1:25万多目标区域地球化学调查所获得的表层土壤SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和有机质等高精度、高质量数据,以表层土壤为评价对象,首次采用地球化学手段,建立了福建省沙化土地地球化学评价方法,即建立了硅铝铁率(Saf)、碳硅比(K_Si)及其综合指标值(Szh_f)的计算方法,并作为沙化土地地球化学评价指标,其值越大沙化程度越高,反之,沙化程度越低。据此统计了福建省沙化土地地球化学等级参数,划定了福建省沙化土地地球化学等级分布范围,旨在从土壤元素微观方面对福建省沙化土地现状进行评价,进而查明其分布特征。结果表明:福建省强沙化、中度沙化、轻度沙化、轻微沙化土地分布面积及其占福建省总面积的比例分别为39 531 hm²(0.326%)、65 790 hm²(0.542%)、103 601 hm²(0.853%)、360 329 hm²(2.968%),主要分布于闽江以南的沿海海岸带和龙岩市长汀县。实地验证表明:该评价方法科学、可靠,沙化土地等级界线划分准确,能客观、真实地反映福建省沙化土地分布状况。

Cole-Cole模型的频谱参数可以提升时间域激电数据综合解释的分辨率,对于寻找金属矿有一定的潜力。利用BP神经网络模型预测反演频谱参数,不仅能够避免复杂的计算量提升反演速度,还可以充分挖掘时间域激电数据的使用效率来丰富地下矿体特征信息。基于此,本文利用数字滤波算法获得时间域视极化率衰减曲线表达式,以此表达式为正反演模型,对比探究训练集样本数、输入神经元个数、隐含层节点数和隐含层层数4种因素对BP神经网络模型训练及反演效果的影响,并筛选出最合适模型;进一步采用8个时间窗口的时间域激电数据,将训练好的BP神经网络模型应用在野外实测的时间域激电数据进行预测反演。研究结果表明,BP神经网络模型在理论数据集和实测数据集反演频谱参数均是可行的,反演效果具有精度高、误差小的特征,对于区分共生、伴生矿,减少误判有所帮助,具有一定的研究意义。

斜率层析成像是一种利用局部相干的地震反射波走时和斜率,反演地下介质宏观速度分布的方法,在地质构造复杂工区,斜率层析反演模型的误差较大。为此,本文提出一种基于深度学习的斜率层析反演模型误差校正方法。该方法以斜率层析反演模型作为神经网络输入,对应的理论模型作为标签,通过训练神经网络,建立从斜率层析反演模型到理论模型的非线性映射。为确保训练后的神经网络适用于实测地震资料,基于实测资料反演模型和偏移剖面生成训练样本。理论模型合成数据测试验证了所提方法的正确性和有效性。将该方法应用于滩浅海2D实测地震资料,获得了更高精度的速度模型和更高质量的深度偏移成像剖面。

土壤碳库是全球陆地碳库的重要组成部分,对土壤碳库的研究在全球碳循环和全球变化中具有重要意义。本文依据多目标区域地球化学调查获得的土壤碳数据,估算了塔里木盆地北缘绿洲土壤0~20 cm、0~100 cm和0~180 cm深度的土壤有机碳、无机碳密度及储量,并对碳密度空间分布特征进行了研究。结果表明:研究区不同土壤深度的碳库组成不同,土壤0~20 cm深度有机碳储量占总碳储量的20.66%,随深度的增加有机碳储量占比逐渐减少,但无机碳储量占比逐渐增加,0~180 cm深度无机碳所占比例为85.73%,土壤碳库组成以无机碳为主;3种土壤层次的有机碳密度分别为1 956.45 t/km²、7 913.37 t/km²和11 973.19 t/km²,无机碳密度分别为71 722.84 t/km²、37 605.54 t/km²和71 914.93 t/km²,各层土壤有机碳密度均低于全国平均水平。研究区不同统计单元土壤碳库构成也具有一定差异,各土壤类型、土地利用方式中,潮土、棕钙土、灌淤土和盐土的有机碳、无机碳密度较高,风沙土、灌漠土较低;耕地土壤有机碳和无机碳密度最高,未利用地和建设用地的土壤碳密度较低。各地貌间,起伏山地土壤有机碳密度最高,冲洪积平原无机碳密度相对较高;研究区土壤碳密度空间分布呈现焉耆盆地为有机碳密度高值区,喀什三角洲部分区域(西、南部局地及东部边缘)为有机碳密度中等水平区,阿克苏地区为无机碳密度高值区的特征。综上,在极端干旱背景下,塔里木盆地北缘绿洲具有较大的无机碳碳汇潜力,但土壤类型、土地利用方式、地貌景观等因素对土壤碳固存的影响较大。

地质模型的构建和呈现是三维地质建模领域的研究热点和难点之一。针对规模庞大、表面复杂、地质约束信息不足的地质体数据,本文采用基于域分解的隐式生成方法,实现大规模地质表面模型的快速构建。以径向基函数为核函数来构建隐式方程;利用重叠域分解策略,并行求解每个域内的分布函数,降低时空成本,加快求解速度;提取法向量生成控制点,构建表面波动约束,实现对模型边界的良好控制。实验结果表明,本文提出的方法能够在保证模型较高质量的前提下显著提升分布函数的求解效率。本研究有效解决地质建模中效率与精度的平衡难题,为地质表面精细化重构提供了方法理论支持。

数字化快速发展的时代,人工智能(AI)技术对传统工作模式带来了革命性的变化。本文基于百度Comate,提出了一种化探不规则网采样点自动编号方法,通过对12 000个化探采样点做自动编号测试,发现自动编号方法相较传统手工方法效率提高了99.8%,正确率提高至100%,说明该方法与传统方法相比更高效、准确,能有效避免人为错误,并提高工作效率。文中还讨论了AI在处理复杂指令时面临的挑战以及指令清晰度的重要性、复杂逻辑的辨识度、开发知识储备的必要性等问题。虽然AI技术显著提高了化探不规则网采样点自动编号的效率和正确率,但前期封装工具需具有代码阅读能力的人员进行代码的修改和验证,并且在AI辅助下的需求处理应是分步骤的,最后需将验证通过的代码封装为工具以复用。

地形因素对大地电磁三维反演结果有显著影响,虽然前人在压制地形影响上已经取得了丰富的研究成果,但在复杂地形(高程变化大)的网格剖分上还存在设计网格复杂与数据高程点校正困难的问题。本文针对主流大地电磁三维反演模块ModEM,提出了一种基于无监督学习的快速带地形网格自动设计剖分新方法,核心内容包括K-means++算法和聚类效果评价,与不考虑地形的均匀分层、等比分层方法相比具有以下优点:①基于聚类的分层方法生成的地形网格具有更高的地形近似度,将地形网格与实际地形之间的平均误差降低了25%;②一定程度上避免了数据高程地形改正的匹配计算;③不仅可用于快速的设计地形网格,其分层特点还可以被参考用于其他建模软件的网格剖分。利用该方法演示了某矿区复杂地形高程数据剖分的全部流程,生成了更能代表实际地形特征的电阻率结构模型,并基于该模型获得了更加精细的三维反演结果。理论和实际应用说明该方法极大地提高了网格剖分的地形适应性,对于压制大地电磁三维反演地形影响具有重要的意义。

油井抽油机噪声检测和压制是成熟探区资料处理的难题。工业界常用的抽油机处理方法是用人工交互的方式来识别抽油机噪声,再将其作为强振幅干扰进行压制。然而,人工识别噪声不仅浪费人力,而且检测精度不高,容易出现漏检。针对这一问题,本文在分析抽油机噪声特征的基础上,采用深度学习方法对含抽油机噪声的地震数据进行噪声检测,并利用数学形态学方法对检测到的噪声进行宽度估计,确定抽油机噪声的最终位置和分布形态,从而自适应地为异常振幅压制(abnormal amplitude attenuation,AAA)方法提供参数支持,以实现抽油机噪声的自动检测和高效压制。实际地震资料处理结果表明,本方法可以实现抽油机噪声的智能检测,不仅大幅减少了抽油机噪声识别的人工交互工作量,提高了抽油机噪声检测准确率,而且还可以提升AAA方法的保真性与鲁棒性。

为了解决传统网格化方法在处理不规则分布的磁力异常数据时难以同时兼顾计算精度与计算效率的问题,本文将大地测量学领域经典的最小二乘配置法应用于地面磁力异常数据的网格化处理中。仿真数据和煤田实测数据的测试与分析结果表明:最小二乘配置网格化方法的计算精度取决于离散观测数据的误差估计、协方差函数的选取与拟合,误差估计越准确插值计算精度越高;采用多项式函数作为磁力异常数据处理的经验协方差函数是简单、有效的;相较于克里金法、最小曲率法和径向基函数法,最小二乘配置法在网格化处理时对噪声具有更好的压制能力。应用最小二乘配置方法进行磁力异常数据的网格化处理,能够提高数据处理的精度与计算效率。

弱弹性介质薄互层较多,激发的地震波能量衰减快、优势频带窄,造成地震资料分辨率低,如何选择较好的激发岩性是改善激发效果的关键。为此,以苏北探区为例,分析水网地区影响资料品质的主要因素,通过微测井调查测定高速层顶界面,采用静力触探方法和岩性取心优选优势岩性段,量化分析相关子波的倍频程、分辨率、主瓣与旁瓣能量比、子波清晰度等,建立地震子波属性与激发岩性的匹配关系,优选地震波传播速度高、岩土弹性属性好、子波频带宽的岩性面,建立工区表层岩性平面图,逐点设计激发井深,确保宽频激发。将以上技术应用于YA三维、SDX三维激发井深设计,所获得的单炮频率归一性较好,地震剖面目的层优势频带拓宽了10 Hz以上,提升了1.5个倍频程。这一结果表明,水网地区“弱中选优”的激发策略可以有效地改善在弱弹性介质中的激发效果,提高地震资料分辨率和成像精度。

垃圾填埋场渗漏液污染土壤和地下水的问题日益突出,基于渗漏液具有明显的低阻、高极化、高时间常数和低频率相关系数的电性特征,利用频谱激电法对垃圾填埋场进行三维有限元数值模拟,讨论该方法在填埋场渗漏液探测中的理论效果。首先,利用本文算法对典型地电模型进行正演,数值解与解析解的最大相对误差低于2.5%,表明算法准确有效;其次,依据垃圾填埋场真实电性特征设定激电模型参数,使数值模拟更贴合实际;最后,对比分析不同情况下填埋场发生渗漏的激电异常响应。结果表明:无论填埋场是否有高阻防渗墙,视复电阻率相位与视频散率均能准确圈定出渗漏液位置;相同规模的渗漏液羽化带,位置越浅,其视复电阻率相位和视频散率的异常形态越显著;与直流电阻率法相比,频谱激电法可以观测到地下更为丰富的电性参数,其应用于垃圾填埋场渗漏液探测的效果甚佳。

地震波在地下传播过程中会发生能量衰减,尤以高频成分衰减最为明显,导致高频段信号的信噪降低,极大降低了深层油气地震勘探的准确度。为了更好地提高深层资料信噪比,本文基于地震信号的非平稳特征,采用时频分析技术描述信号频率随时间变化的关系,提出一种基于时频分析法压制深层高频噪声的方法。利用有效信号的时频特征具有稳定性和相似性、而高频干扰具有不确定性和随机性的原理,提出一种基于相关性分析的自适应阈值选择策略,从优势频段提取有效信号的时频特征,与高频段信号时频特征进行对比分析,对高频端时频谱进行特征约束衰减,从而达到压制高频噪声的目的。理论模型和实际资料处理结果表明,该方法能够较好地压制高频噪声,有效提高深层资料的信噪比。

为了解金沙江流域底泥重金属的污染特征及来源情况,以金沙江南岸支流龙川江的一级支流蜻蛉河流域为研究区,共选取22个代表性断面布设底泥采样点,对底泥中8种重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量进行测试分析。通过数据统计分析了底泥重金属元素的含量分布特征和沿程分布特征;运用相关性分析、主成分分析方法探究了重金属的来源;运用地累积指数法、内梅罗指数法对蜻蛉河底泥重金属的污染程度进行了评价。研究结果表明,As、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn主要受矿产开采、农业活动和工业活动的共同影响;Cr、Ni主要来源于成土母质,而Ni除了自然来源外,还受到了人为来源的影响。地累积指数法、内梅罗指数法的评价结果表明,8种重金属元素的平均污染程度不高,但存在部分元素在流域局部污染富集,主要集中在老街子Au-Pb-Ag多金属矿区和县城下游的城乡结合区,代表元素为Cd、Hg、Pd和Zn。

为探究山东某典型工业城镇土壤重金属污染情况、来源及生态风险,于2022年8~10月采集了499件研究区表层土壤样品,采用经典统计法与空间插值法分析土壤Hg、Cd、As、Pb、Cu、Cr、Zn和Ni重金属含量及其空间分布特征,并运用PCA主成分分析法对研究区重金属进行来源解析,使用污染指数法评价研究区重金属污染水平。结果显示:研究区土壤Hg、Cd、As、Pb含量平均值均超过烟台市土壤重金属背景值,且8种元素均存在高值区域,显示重金属元素呈不同程度富集趋势;变异系数分析表明,除Ni外,其余重金属元素受人类活动影响较大;主成分分析表明,土壤中Cd、Pb、Cu、Zn和Cr主要来源于工业和交通源,As和Hg主要来源于工业、农业和生活源,Ni主要来源于自然条件土壤母质;单因子污染法、地累积指数法和内梅罗污染指数法研究表明,研究区土壤重金属除Hg和Cd外,整体呈无污染和轻微污染,Hg和Cd为研究区污染水平较高的元素;潜在生态风险评价显示,研究区土壤重金属污染整体呈轻微风险等级,少量污染较严重的点位主要分布在工业区周边,工业活动产生的“三废”是周边的土壤重金属富集的主要影响因素。研究区土壤重金属污染整体为中低污染水平,部分土壤重金属含量严重超标,尤其是Hg和Cd为研究区污染程度最重的元素,需引起重视。建议加强工业区周边土壤重金属监测工作,采取科学合理的措施以确保土壤可持续利用。

如何有效地分离目标异常,减小过分离或者分离不足是重磁场分离的难点之一。为此,本文使用低秩稀疏分解的方法进行重磁异常场的分离,并且针对影响位场分离效果的平衡参数选择问题,提出了基于相关系数最小的平衡参数最优化估计方法。通过对理论重磁模型采用不同分离方法的试验结果进行分析,表明本文方法能够较好地分离区域异常和局部异常,显著地减小了传统滑动窗口平均、小波分析方法存在的分离不足或过分离现象。中国西部某矿区布格重力异常场分离的结果显示,分离的局部异常能够较清晰地反映出本区低磁性高密度的岩矿体。模型试验和实例分析表明,本文提出的方法提高了位场分离的准确性和实用性。