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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

内蒙古喀喇沁旗金蟾山金矿是与燕山期岩浆有关的岩浆—热液脉型金矿床,构造位置属于赤峰—朝阳金矿集中区,矿体主要赋存在安家营子岩体的断裂构造带内。本次研究对金蟾山金矿东矿化带自南至北南大洼矿段、李麻子沟矿段进行了系统的构造叠加晕异常分析。研究表明,金蟾山金矿原生晕轴向分带及特征参数与热液矿床原生晕典型高温—中温—低温元素轴向分带序列不相符,出现高温元素和低温元素相互重叠出现的现象,说明成矿作用具有多阶段多期次叠加的特点。本文首次利用各元素垂向不同标高的元素相关性对比分析曲线进行元素相关性分析,更好地分析了不同元素在不同标高的相关性特征,筛选出前缘晕元素为F、Ba,近矿晕元素为Au、Cu、Ag,尾矿晕元素为Co、Ti、V。通过建立构造叠加晕找矿模型圈定找矿靶区,并经采矿验证,见矿中段与预测靶区吻合。

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。

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。

出露地壳是岩石圈与土壤圈、水圈、大气圈接触的关键界面,出露地壳岩石地球化学图可为不同圈层间元素分布与循环研究提供关键的基础地球化学数据。由于大尺度出露地壳元素地球化学图绘制受到数据量和制图技术的制约,目前尚无一张覆盖中国陆域的出露地壳地球化学图。本文结合已掌握的16 000余条岩石地球化学数据和基础地质资料,创新性地提出制图技术路线:构建岩石地球化学库、地层结构信息库和地质单元空间信息库;从基础数据库提取地层和岩体的地理空间信息;将岩石地球化学信息赋予地层和岩体,获得地层和岩体的空间分布及其元素含量;通过GIS技术实现对出露地壳76种元素含量空间分布模式的可视化表达。此外,本文对制图流程存在的地质信息精确度、特殊岩性岩石样品缺乏、可靠性评价与适用范围等问题进行剖析,并提出解决方案。出露地壳元素地球化学图具有重要的应用价值,可为地球化学背景调查和岩石—沉积物元素循环等研究提供基础数据支撑。

新房金矿位于辽宁东部金多金属矿集区内,从区域成矿规律和已有的勘查成果来看,新房金矿所在的鸭绿江断裂带南部具有较大的金矿资源潜力。随着勘查工作的进一步深入,有望发现更多的金矿体。但目前由于缺少有效的深部勘查手段,该金矿区进一步的勘探开发研究工作进度不明显,不能很好地揭示该地区岩性界面延深特征及断裂构造分布情况。因此,本文应用广域电磁法首次在该地区进行勘查,根据数据结果结合地质工程资料对3 km以浅的电性层位进行了厘定,查明了新元古界盖层的厚度,并推测出多条断裂带,结合现有的地质资料认为深1 km左右的低阻异常带为韧性剪切发育的伸展构造面,为辽东地区地质找矿模型的建立提供了有效的地球物理数据,对该地区地质矿产勘查具有较高的研究意义。

为了评估宁夏石嘴山地区土壤—农作物系统中重金属的生态风险和健康风险,收集数据并分析了该地区土壤及玉米、水稻、小麦3种作物中重金属(Cd、Cr、Hg、As、Pb)的分布、富集特征及健康风险。结果表明,研究区土壤中重金属含量低于全国背景值,地累积指数显示土壤环境整体清洁;不同作物对重金属的富集能力表现出显著差异,小麦对Cd和Pb的富集能力较强,水稻对As和Hg的富集能力较强;此外,土壤pH与重金属的富集系数存在显著相关性,玉米对Cr和As的富集系数随pH升高显著增加,而水稻对As的富集系数随pH升高显著下降;土壤有机质通过降低重金属的生物有效性抑制了作物对重金属的吸收富集;在健康风险评价中,儿童通过手口摄入途径的非致癌风险指数较高,As的含量在部分样品中超出食品安全标准,需重点监测。本次研究成果为土壤污染治理和作物安全生产提供了科学依据。

在瞬态瑞利面波数据采集时,偏移距和震源质量选择是非常关键的因素,因此需要对不同偏移距和不同质量震源采集的面波数据所计算出的频散谱特征进行研究。本文通过理论和数值模拟分析研究了影响频散谱的关键因素,通过野外试验研究了不同激发位置、不同质量震源激发所采集到面波数据的频散谱特征,针对瞬态面波采集时震源在不同位置激发所获得的频散谱存在差异的问题,提出了一种多频散谱叠加融合方法。该方法可有效避免瞬态面波数据采集时由于震源位置不同导致的频散曲线差异,从而使得面波探测结果更加有效。

渭河盆地氦气资源丰富,大力开发盆地内的氦气资源,对于国家发展和社会进步具有重要意义。然而,渭河盆地地理环境因素和地质构造背景复杂,致使地震成像处理及解释存在极大的挑战性,严重制约了富氦天然气圈闭寻找与储层预测。本文以华州—华阴地区的地震数据处理为例,深入探讨了地震数据处理面临的困难和挑战,在明确地震勘探目标的基础上,针对地震数据处理难点,制定出有效的地震数据处理流程,并采取了有针对性的技术对策。研究结果表明,通过拟三维层析静校正、全局寻优剩余静校正、多域多种方法串联组合去噪、多种振幅补偿及子波校正、叠前时间偏移等技术应用,有效提高了地震数据成像处理质量,为探区内的富氦天然气勘探开发提供了重要的技术支撑,同时也为盆地内其他地区的地震数据处理提供了重要的经验启示。

快速便捷且更可靠地获得人口密集地区强干扰环境下的城市浅层地下结构,对现阶段城市地下空间数字透明化及其安全开发具有非常重要的意义。随着节点地震仪的发展,被动源地震成像方法在不同尺度的地下结构成像中得到了广泛的应用,为城市地下空间浅层地下结构探测提供了成功示范。受城市道路及狭窄空间特殊条件的限制,在众多被动源台阵布置方式中直线型密集台阵具有较高的适应性。我们在已知地下埋设管道异常体试验区域分别设计1 m、3 m和5 m三种不同道间距的线型台阵布置方式进行1 h噪声数据持续观测,利用扩展空间自相关方法(ESPAC)计算面波频散数据,并进行横波速度反演,与此同时对原始数据、频散曲线以及反演横波速度剖面进行综合分析,以此提供被动源地震在城市地下空间尺度探测中,小道距线型密集台阵观测系统参数选择的科学认知和依据。最终,根据试验成果,我们选择科学合理的观测系统应用于实际城市地下空间建设探测工程中,获得施工区域完整的地层结构以及破碎带等导水构造。因此,本研究表明在城市地下空间探测尺度,选择小道距线型密集台阵具有更好的勘探分辨率和勘探精度,并且该技术在人文干扰严重环境区域同样具备较好的适应性。

地震速度模型精度对深度域偏移成像效果影响较大,但工业界对其缺少定量化分析和明确认识。本文以塔里木超深层断控缝洞储集体地震成像为例,构建了接近真实地下介质情况的深度域数值速度模型,采用实际生产的地震采集观测系统进行三维地震正演模拟;对数值速度模型的不同层系速度进行平滑,定量化分析不同层系速度对相同参数的地震逆时偏移成像的影响;以地震模拟数据为基础,采用工业化流程构建各向同性和各向异性地震深度域速度模型,定量化分析构建的速度模型及偏移成像结果与数值速度模型及偏移成像结果在不同层系和不同地质现象中的差异。通过研究,实现了不同层系各向同性和各向异性工业化速度建模精度定量化分析,以及对偏移成像影响的定量化误差对比,取得了几点较为明确的认识。

音频大地电磁测深是一种广泛应用于中浅层地质探测的电法勘探技术,影响其数据质量的因素包括人文电磁干扰、电极极化和接地电阻等,本文主要研究电极极化和接地电阻对数据质量的影响规律。首先从理论上分析电极极化作用机理和接地电阻对视电阻率和相位的影响机理。然后结合实测数据分析了电极极化和接地电阻对视电阻率和相位曲线的影响规律,最后通过实测数据二维反演结果对比分析,揭示接地电阻对地质解释结果的影响。研究结果表明:电极极化会显著降低低频段数据质量,但可通过相应数据处理手段予以改善,对高频段影响较小;接地电阻不稳定主要影响高频段数据,造成视电阻率和相位显著降低,至低频段逐渐恢复稳定。此外,接地电阻不稳定将导致反演结果偏离真实地电结构,进而引发错误地质解释。本文研究结果为野外数据采集和资料处理提供了重要参考。

老湾金矿带地处秦岭造山带东段,南阳盆地与吴城盆地之间,金资源量达超大型规模,属形成于燕山晚期的中低温岩浆热液型金矿床。为了推动第二找矿空间的开辟,实现新的找矿突破,对老湾金矿59号矿体原生晕进行研究,采用多种统计方法探讨成矿元素之间的相关关系,寻找可靠的地球化学预测标志,进而预测深部找矿方向。研究表明:矿体原生晕轴向分带序列为Sn-Ba-As-Au-Pb-Cu-Sb-Ag-Mo-Bi-W-Hg-Zn,前缘元素Hg排序靠后,在成矿元素Au、Ag、Pb、Cu的后面,指示矿体向深部还有盲矿体,或原有矿体向-650 m以深还有较大的延伸;尾晕元素Sn在分带序列前排,指示矿体遭受了一定程度的剥蚀。采用相关分析、聚类分析和因子分析的方法研究了成矿元素与其他金属元素之间的亲缘性,其中Cu、Ag与Au具较强相关性,可作为矿区内找矿标志。前缘晕与尾晕的累加指数比值在深部-650 m处有升高趋势,且F2因子得分等值线在深部-650 m处异常较为发育且尚未闭合,说明-650 m标高以深仍有较好的找矿远景。综上分析后提出,研究区304勘探线ZK3041标高-650 m以深为找矿目标区域。在304勘探线ZK3041北部指导施工了预测钻孔,在-720 m左右成功见到59号矿体的延伸,根据各评价指标,认为矿体向下仍有很好的找矿潜力。

反射波形反演通过交替更新模型中的中低波数组分和高波数组分为全波形反演提供良好的初始模型。但时域反射波形反演需要存储整个时间序列的震源背景波场与接收点散射波场互相关求取梯度,占用巨量的计算机存储空间。频域反射波形反演虽然有多尺度特性,但对计算机运算内存要求高。本文通过离散傅里叶变换,从时域波场提取对应的频域波场进行多尺度的时频域反演,仅需存储数片单频波场,在存储需求方面明显优于传统的时域反演,运算成本方面明显优于频率域,结合了时域反演的高效性和频域反演多尺度的特性。针对实际地震资料低频地震数据易缺失的问题,进一步结合包络反射波反演,在重构中深层地下介质低频信息的基础上进行逐级优化反演,降低对低频长偏移地震数据的要求。最后本文通过数值算例验证了基于包络数据的时频域反射波形反演方法对低频信息恢复的有效性。

针对陆相盆地叠置薄砂岩预测的难点,本文提出了利用地震波形指示反演方法开展叠置薄砂岩的技术流程。首先,基于波形相似性原则优选的样本井测井曲线构建反演初始模型;然后,在贝叶斯框架下对初始模型进行迭代优化,得到高分辨率的波形指示反演结果;最后,地震波形指示方法与低频反演结果融合,不仅能够提供纵向上的高分辨率,还能够有效地描绘砂岩的横向叠置特征与砂岩横向边界。研究实例表明,地震波形指示反演在叠置薄砂岩预测中精度达到了2~3 m,参与井和验证井的符合率分别达到91.5%和85.2%,证明了该方法的合理性和反演结果的高精度,为陆相盆地薄层叠置砂岩预测提供了有效的技术手段。

研究建立了一种适合于沙漠覆盖区获取隐伏砂岩铀矿信息的地气探测技术,该探测技术由沙漠专用地气信息采样装置与采样方法、地气信息探测器预处理与物质组分测试方法、数据处理与异常推断解释方法3部分构成。这项探测技术以地气物质迁移机理为依据,应用基于低本底聚氨酯泡沫塑料作为探测器的沙漠专用防沙尘污染地气物质采样装置,通过约45 d的积累式采样,可以在沙漠覆盖勘查区有效捕获到隐伏砂岩铀矿的U、稀土以及砂岩铀矿伴(共)生元素的含量信息,圈定出深部铀富集区域,进而达到找矿目的。将该技术应用于新疆某勘查区完成的世界上第一条沙漠覆盖区砂岩铀矿地气探测剖面,证明了所建立探测技术的有效性。

西部山区的大风顶隧道属深埋特长隧道,区域内地震活动性较强,地质及水文地质条件极其复杂。此隧道勘查工作的重难点在于复杂地质条件与不良勘探环境增加了勘查难度,同时需精准推断隧址区岩体破碎程度及富水性特征,以制定有效的防震措施。因此,在利用地质资料进行区域岩性的初步划分基础上,开展了以音频大地电磁测深为主结合高密度电法的综合物探。结果表明,综合物探有效揭示了隧址区整体视电阻率变化和浅部详细的视电阻率分布,尤其是隧道洞口附近电场分布特征,从而推断出隧址区岩体的破碎程度与富水性特征。同时通过钻井资料有效验证了物探方法的有效性,表明使用综合物探方法可以为强震区特长深埋隧道勘查和建设提供参考。

安徽石台地区位于修水—宁国碳硅泥岩型铀成矿带的东段,该区断裂构造活动频繁,铀成矿潜力较大。为探讨皖南石台地区的铀成矿前景,本文在该区开展了1∶5万比例尺的地面伽马能谱测量,采用传统统计法和铀差量分析法提取铀成矿信息,并分析了区内放射性元素的分布特征。通过能谱—地质剖面研究了荷塘组4个层段的放射性异常特征,发现其中第一段的铀含量最高。结合野外地质调查和显微岩石学分析,进一步研究了该层的地质特征及其与铀成矿的潜在关系。结果表明,荷塘组地层是区内的主要铀源层,而荷塘组一段则为主要的含矿层,富含大量有机质、黏土矿物、黄铁矿等成矿物质,有利于铀的富集。对目标层的深入研究为后续该地区同类型铀矿的勘查提供了技术指导。