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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

东方1-1构造位于南海北部大陆架莺歌海盆地中央泥底辟构造带的北部。该区发现的东方1-1气田是莺歌海盆地发现的第一个整装浅层大气田。该区油气储量资源丰富,然而底辟模糊区成像一直是制约该区油气勘探的主要因素。原有的拖缆地震资料经过多轮次、多公司的重处理,依旧无法有效解决底辟模糊区成像问题。因此在该区进行二次三维OBN地震资料采集,针对该区地质条件以及OBN资料特点,本文提出OBN预处理、多分量联合横波噪声压制、小波域双检合并以及全波形反演(full waveform inversion,FWI)、高精度速度反演等多项关键处理技术,对改善浅层断裂结构及中深层底辟模糊区成像卓有成效,为后续目标评价工作提供可靠的基础资料。

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。

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。

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。

基于精确Zoeppritz方程的叠前地震反演方法在面向低信噪比地震资料的应用时仍然存在较大挑战。马尔科夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,MCMC)模拟是一种启发式的全局寻优算法,是实现叠前弹性参数非线性反演的有效途径。常规基于MCMC算法的叠前反演采用高斯分布来刻画弹性参数的统计特征,在应用于复杂岩性储层时有较大的局限性。同时,由于地下模型参数空间巨大以及地震数据中噪声等因素的影响,MCMC对弹性参数后验概率分布的搜索过程极易受到局部极值的影响,这使得基于MCMC的叠前反演较难获得稳定、准确的结果。本文针对实际复杂储层及低信噪比地震资料条件下基于精确Zoeppritz方程的叠前反演问题,提出了一种改进的MCMC弹性参数反演方法。该方法首先利用低频模型约束,将待反演参数转换为模型参数的扰动量,从而降低后验概率分布的复杂度;其次,通过对似然函数取对数,并利用低频模型来约束地震正演过程;最后,利用基于随机子空间采样的多链算法对叠前非线性反演问题进行全局寻优,以避免采样过程过早地收敛到局部极值。低信噪比模拟数据和实际数据的测试表明,本文所提方法能够获得更加准确、稳定的弹性参数反演结果,并且能够对反演结果给出可信、定量的不确定性估计。

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。

冻土区天然气水合物形成机理复杂,成因多源,发展多种捕捉微渗漏信息技术,提高勘查成功率是亟需解决的难题。本文首次把天然热释光测量技术应用于冻土区天然气水合物勘查中,利用RGD-6型热释光剂量仪测试了祁连山冻土区土壤样品热释光强度,总结出适用于木里冻土区天然气水合物勘查的加热程序,以及样品取样粒级。试验结果表明,祁连山冻土区土壤样品最佳取样粒级为-60~100目,最佳升温速率应设置为5 ℃/s,最佳升温区间为50~400 ℃。根据祁连山冻土区土壤天然热释光强度异常特征,圈定了天然气水合物在地表的异常边界,天然热释光强度异常模式为顶部异常,与烃类异常模式存在良好的对应关系。土壤天然热释光不受微生物的影响,灵敏度高,是一种很有前景的寻找天然气水合物的方法,在今后的冻土区天然气水合物资源勘查过程中可以将这种技术加以推广。

传统的大地电磁二维反演方法较为成熟,但仍存在反演结果依赖初始模型和正则化参数选取、容易陷入局部极小值等问题。监督下降法是一种学习平均下降方向来预测数据残差的机器学习算法。本文尝试采用监督下降法解决传统的大地电磁二维反演存在的问题,基于监督下降法理论开发了大地电磁二维反演算法,设计理论模型合成算例验证了算法的正确性,并对西藏高原实测数据进行反演,检验了监督下降法的实用性。理论模型合成数据和实测数据反演结果表明,相较于传统的非线性共轭梯度反演,基于监督下降法的反演具有收敛速度快、反演效果好、抗噪能力强等特点。

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。

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。

大地电磁测深(MT)在矿产资源勘探方面应用广泛,但强人文电磁干扰严重制约了高质量的原始MT数据的获取。本文详细总结了国内常见电磁噪声源的类型,对其产生的电磁噪声特征进行分类分析;对国内外MT电磁噪声去噪方法进行对比,结合实际生产需求,总结了一套适用于高干扰矿集区快速有效的MT数据去噪施工与处理工艺。研究表明:Robust处理、远参考道技术和人工挑选是提高MT数据采集质量的有效和必要的手段,而通过理论计算,远参考站设置距离不小于3.56倍趋肤深度即可;在江苏洪泽盐盆矿集区开展的MT试验工作验证了该设定。

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。

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。

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。

在传统地球化学野外调查工作中,尤其在样品数量多、自然环境恶劣的工区,采集工具携带不便、内业数据整理过程繁琐势必会影响地球化学野外调查的质量和精度。地球化学野外调查的信息化和智能化是时代的要求,更是方法技术发展的必然趋势。本文综合移动GIS技术、数据库等技术,映照地球化学野外调查工作的流程,基于ArcGIS和Android平台研发了一套涵盖工作布置、野外采集以及质量检查等功能的地球化学野外调查软件。系统实现了地球化学野外调查全流程的信息化和智能化,改变了地球化学野外数据的采集方式,节省了一线野外工作的时间,提高了内业数据整理的效率以及野外调查信息的质量和精度,推动了地球化学野外调查的数字化进程。

瑞利波在工程勘察领域应用广泛,通过反演瑞利波频散曲线可有效地获取地层信息,但频散曲线反演中传统全局优化算法存在收敛速度慢、收敛精度低和易早熟的问题。对此,本文引入一种新的全局优化算法——正余弦算法(SCA)进行瑞利波频散曲线反演研究。SCA基于正余弦函数数学性质,应用多个随机参数和自适应变量调整寻优过程中的探索和开发能力,在获得高精度解的同时还保证了收敛速度以及稳定性。首先利用4个不含噪声模型验证了SCA用于频散曲线反演的可行性;随后往模型中加入15%的随机噪声说明了SCA具有较强的抗干扰能力;接着将SCA与粒子群算法(PSO)进行对比,证明了SCA反演频散曲线能得到高精度和高稳定性的解;最后用冰岛Arnarbælidi和美国怀俄明地区的地震数据检验SCA处理实际数据的能力。理论模型试算与实测资料分析的结果表明,SCA具有快速、高精度、稳定、实用性强的特点,可有效地应用于瑞利波频散曲线的定量解释。

在能源、矿产等勘探领域中,因为音频大地电磁测深法(AMT)具备勘探效率高、垂向分层能力强等优点,从而得到大范围的应用。本文采用基于数据空间的三维反演算法,对新疆三屯河地区地热勘查采集的音频大地电磁数据进行了三维反演。反演结果表明,三维反演在该地区避免了测线上不均匀地质体的影响,取得了更为丰富和直观的三维地电异常。结合收集的研究区地质资料,利用AMT数据三维反演结果,对研究区地下电性特征及和热储有关的地层赋水性进行分析,并结合研究区地热成藏规律推断了几处地热成藏的有利区。

大数据和人工智能技术在矿产资源预测方面的应用已得到快速发展,但基于卷积神经网络机器学习技术的应用仍处于探讨和试验阶段,我国的矿产资源勘查预测实用化的例子和成果较少。针对上述问题,提出了将卷积神经网络应用到金矿勘查中,根据山东省某地金矿成矿区域的3×10⁴ km²范围内的地质、矿产、地球物理、地球化学等实测专业数据资料,进行了2 000轮卷积神经网络的训练,最终得到了准确率0.95、损失率0.11的一维卷积神经网络模型。将这套卷积神经网络用于山东省其他未知地区,进行金矿床分布位置(勘查靶区)的预测试验,得到了较好的结果。

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。

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。

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。

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。

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。

在湘南仁里矿区外围的黄柏山测区部署了6条测线,应用综合地气测量开展了花岗伟晶岩稀有金属矿找矿研究。依据矿区已知伟晶岩矿脉上方土壤X射线荧光与地气异常特征,以X射线荧光测量获取的(Nb+Ta+Rb)衬度累加值为主要找矿指示,捕获了5个与地层走向一致的土壤X射线荧光异常带。1~4号异常带与已有的伟晶岩矿脉空间位置一致,对可能的伟晶岩矿脉的位置、走向及长度提供了评价依据,依据异常长度,有可能会显著延长原已知矿脉的长度;在测区南侧新发现的5号异常带,长度超过1 000 m,提供了新的找矿靶位。在长度超过1 500 m的4号主异常带中部11号测线开展了地气测量,捕获到反映伟晶岩脉深部矿化信息的Li、Be和Nb等元素的地气异常,证实测区内伟晶岩矿脉向深部有较大延伸。

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。

华南火成岩发育区是我国重要的地热资源区,具备中高温地热的储藏条件,地热资源丰富,但深层地热资源勘探难度大,基于重、磁、电的勘探方法对地层结构、热储边界及隐伏断裂的热储空间展布特征刻画不足。因此,本文利用三维地震勘探资料,开展面向深层地热勘探的地震关键处理技术研究,形成具有识别深层地热构造的处理技术流程。首先,通过面向深层热储的精细预处理技术解决深层低信噪比问题,做好数据基础工作;在此基础上,采用断控精细速度建模技术建立高精度速度模型;最后结合保低频逆时偏移技术实现深层热储高精度成像,改善成像质量,提高热储空间、高陡边界的刻画精度。实际资料测试验证了该技术流程的有效性与实用性。

针对传统反演方法存在依赖初始模型、反演时间较长等问题,提出一种基于改进残差网络的大地电磁反演方法。该方法首先构造不同形状和不同电阻率的地电模型,在TM模式下正演得到视电阻率数据,组成数据集;然后在经典的残差网络ResNet基础上进行改进得到一种新的反演网络iResNet(improved residual network),并使用上述数据集训练该网络;最后将视电阻率数据输入到训练好的网络中,直接得到反演结果。实验结果表明,该方法能快速、准确地反演出地电模型的位置、形态和电阻率值,具有较好的泛化能力和抗噪能力,并能有效解决大地电磁实测数据问题。

多元地球物理勘探资料的联合处理和综合解释是深部地热资源勘探评价工作必不可缺的环节,联合反演和后反演地质分异技术是目前深部资源勘探领域的2个研究热点。为融合多元地球物理场信息,降低单一地球物理场反演的多解性,本文利用岩石物性先验信息作为引导,以地震解释地层结构信息建立结构模型,采用高斯混合模型约束地层的地球物理参数,将重力、磁法、大地电磁进行正则化联合反演,实现了多物性结构的耦合,最终形成了重、磁、电、震联合反演软件,基于多物性联合反演的结果,利用Arrhenius定律,通过电阻率实现对典型干热岩场地温度场的预测。通过对直立六面体理论模型正演结果进行联合反演计算,联合反演结果相对于单独反演,对异常体的空间形态刻画以及物性数值恢复具有较好的效果,而且能够充分融合地质、岩石物性和地球物理等多元数据,更加符合实际规律。

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。

为开展水电工程隧道施工地质条件的探查与研究,基于三维电阻率技术构建了隧道地质条件的计算模型,采用数值模拟获得隧道模型的三维电性分布特征;将该技术应用于云南某水资源配置工程现场探查,经钻孔验证,获得了良好的探查效果。研究结果表明三维电阻率法对水电工程隧道的施工地质条件探查具有好的适用性,能够准确判断地层层厚,圈定岩溶空洞的大小、位置及充填物性质。通过探测研究获得的定量、定性信息,为隧道施工管理、信息化建设和防灾提供了可靠的依据。