电性源瞬变电磁法(TEM)具有探测深度大、受地形限制小、工作效率高等优点,近些年发展较快,涌现出一系列面向地面、半航空、地—井的电性源瞬变电磁新方法。本文通过回顾近些年国内外出现的新方法,即长偏移距瞬变电磁法(LOTEM)、短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)、多通道瞬变电磁法(MTEM)、电性源半航空瞬变电磁法和电性源地—井瞬变电磁法的研究历史,总结各类方法在正演模拟、系统设计、反演成像和施工方法等方面的研究现状。研究结果表明:LOTEM研究基础丰厚,发展全面,是一种比较成熟的电性源TEM方法;而其他电性源TEM方法虽然取得了一些研究进展,但整体仍处在初步研究阶段,相关技术仍有待进一步提升;LOTEM中有价值的研究内容,如提高数据信噪比、高维反演和联合解释等,可为这些电磁勘探新技术提供借鉴,以期为高效率、高分辨率深部探测提供更多解决方案。
老挝川圹省约俄锡多金属矿区位于老挝川圹—越南长山构造岩浆岩带西部,属长山晚古生代—中生代Cu-Fe-Au等多金属成矿带。通过1:2.5万沟系土壤地球化学测量工作,结合元素变化系数、浓集系数及相关性等特征进行分析,通过异常查证优选出多个靶区及远景区,在重点靶区根据化探异常特征推断矿化体位置,通过槽探及钻探等工程验证,取得了较好的找矿效果,认为该区具备铜、锡、铅、锌、钨、金等多金属找矿潜力,表明该方法在东南亚热带季风气候发育的厚覆盖区及大面积空白研究区,可快速圈定找矿靶区及远景区,为下一步勘查工作提供有效依据。
韦贵妃墓是唐昭陵众多陪葬墓中距离主陵最近、形制级别最高的陪葬墓,也是唯一一座已经发掘清理的唐代“因山为陵”的墓葬,是研究昭陵形制的直接资料。本次在韦贵妃墓开展无人机激光雷达测绘、地面高精度重磁测量、高密度电法测量、地质雷达探测和土壤氡气测量等工作,旨在验证方法有效性,总结技术要点,为昭陵地宫探测积累技术资料和经验。韦贵妃墓对原始地层的扰动和破坏,形成了明显的物性差异和特殊工程地质结构;本次利用地面高精度重磁测量结合土壤测氡,较为有效地圈定了地下墓室平面位置,高密度电法准确圈定了韦贵妃墓地下空间位置,探地雷达清晰地探测到了韦贵妃墓的精细结构,分辨率达到亚米级,这些成果为下一步地球物理探测昭陵地宫提供了依据。
成都市主城区存在多条隐伏断裂,而断裂的准确位置和分布情况尚不明确,这对成都市地下空间资源综合科学开发利用和城市建设规划布局优化造成极大安全隐患。为此,针对工区内的包江桥隐伏断裂采用了微动、高密度电阻率法、瞬变电磁法和土壤氡气测量这4种方法进行综合探测,不仅查明了测线位置的地层结构,而且还获得了包江桥隐伏断裂的位置、性质、产状和规模等参数。本次探测工作表明,采用综合物探方法进行城市隐伏断裂探测可以获得更好的效果。
通过对豫西合峪—车村地区30余个萤石矿床的地质矿产、勘查地球化学资料进行归纳分析,总结区内萤石矿床类型、空间分布及地球化学特征,探究矿床成因和物质来源。合峪—车村地区萤石矿类型主要为单一型,矿床分布于燕山期花岗岩及其外接触带的断裂带上;合峪岩体形成年龄为124.7~148.2 Ma,太山庙岩体形成年龄为115~123.1 Ma,萤石成矿年龄为120~126.8 Ma,说明成矿作用发生在合峪岩体侵入末期、太山庙岩体侵入早期。成矿流体属中低温、低盐度、低密度的NaCl-H2O体系,指示区内矿床为中低温浅成热液型萤石矿床。区内萤石稀土元素配分模式可分为略微左倾型、平坦型及右倾型3类,以右倾型为主,且右倾型萤石稀土元素配分模式与燕山期花岗岩相似,二者均表现为强Eu负异常和弱Ce负异常,说明燕山期花岗岩对萤石的形成提供了一定的物质来源。成矿元素F可能主要来源于合峪岩体和太山庙岩体,成矿元素Ca部分来源于花岗岩围岩。
四川盆地东部地区位于华蓥山与七曜山之间,经历多期次复杂的构造叠加和改造,形成了高陡构造带及断层,高陡构造带内探测分辨隐伏断层是地球物理勘探的难点。本文通过重、磁、电探测方法的正反演模拟成果得出高陡断褶带隐伏断层能够被探测识别,并结合利用重、磁、电综合物探方法在川东高陡断褶带探测隐伏断层的实际应用效果,总结了隐伏断层的异常形态和异常特征。同时总结了野外数据采集干扰压制的试验成果,断层破碎带异常的正演反演处理手段。本文为川东地区地质勘查工作提供参考依据和经验积累。
瞬变电磁正演是研究瞬变电磁响应规律的有效途径,瞬变电磁的高精度、快速三维正演技术,是当前瞬变电磁正演研究的热点。ANSYS软件中的Multiphysics模块也适用于瞬变电磁法的正演模拟问题。本文通过一些模型算例介绍了ANSYS软件在瞬变电磁场三维正演中的应用方法,包括建模、加载、求解设置、后处理的一般过程。数值计算结果表明,利用ANSYS软件进行瞬变电磁正演模拟具有很高的计算精度。合理使用ANSYS软件进行瞬变电磁响应模拟可以提高正演模拟计算的效率,为分析、理解瞬变电磁响应规律提供有力的支撑。
胶东地区作为我国主要的黄金产区,“攻深找盲”成为该区深部找矿重点研究方向。在“深部金矿资源评价理论、方法与预测”的工作基础之上,通过对莱州市金城镇—海阳市二十里店镇一带金矿集区开展高精度重力、高精度磁法、大地电磁测深综合物探剖面测量,综合前期已有成果对获取的重、磁、电资料进行综合研究分析,对区内太古宙至中生代侵入岩、前寒武纪变质基底、胶莱盆地地层的深部空间分布特征、相互关系及主要控矿构造的深部形态及特征进行了归纳总结,为后期深部金矿的找矿预测以及相关研究工作提供目标和依据。
三山岛海域金矿床是近年来发现的超大型金矿床,已探明金储量470 t、平均品位4.30×10-6,属于典型的焦家式金矿床。本文选择海域金矿床为研究对象,开展钻孔岩石测量,结果发现,在赋矿构造蚀变带内,Au、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Cd、Bi、S、Fe2O3等发生富集,Na2O、Ba、Sr则发生贫化。在此基础上,按照矿源岩和构造蚀变带总结了地球化学勘查标志,其中,矿源岩的典型地球化学勘查标志是富S和Au,即矿源岩内出现S、Au的正异常;构造蚀变带的典型地球化学勘查标志是富S、Au、Ag、Bi,贫Na2O、CaO,即构造蚀变带内S、Au、Ag、Bi呈现正异常,Na2O、CaO呈现负异常。利用上述元素及其异常,构建了海域金矿床矿致异常模式,为该矿床外围和深部金矿勘查提供了有益借鉴,提出了海域金矿成矿带主体深部可能沿ZK2403、ZK3008、ZK3814钻孔连线呈NEE向展布。
为查明包头市固阳县矿集区的地层结构以及地下水污染情况,需在矿集区内典型矿山周边开展水文地质钻探工作。本文针对不同找水目标类型,应用高密度电阻率法测量技术,兼顾不同测量装置类型在分辨率、信噪比的优势,选用不同装置类型对矿集区内文圪气铁矿南选矿厂、鸿昌选厂、上十二份子金矿3个典型矿区周边含水地层的电性结构特征及成井模式规律进行了研究分析。研究表明,通过综合分析研究区的水文地质情况,选用不同高密度电法测量装置开展水资源调查是一种有效的技术方法,能够做到有的放矢,减少反演解释过程的多解性,提高了应用单一地球物理方法寻找地下水资源的效率,可为包头市固阳县矿集区找水定井提供技术依据。
受勘探难度大和地震品质差等诸多影响,塔里木盆地西南地区(简称塔西南)的油气资源勘探历经数十年,至今尚未获得实质性重大突破。本文根据近年来在塔西南实测的高精度无人机航空磁测数据资料,针对盆地的基底结构、凹陷分布及特征,主要断裂构造及其对油气运移、聚集的控制规律,局部异常与含油气有利圈闭构造及其分布特征等与油气成藏相关的地质问题进行了探讨,取得了一些认识,成果可为塔西南进一步开展油气勘探战略选区及深部资源评价提供了重要参考。
黄土覆盖区由于较难采到基岩风化的水系沉积物,区域化探反映效果往往不理想,因此在我国很多黄土覆盖区域未开展区域化探工作。本文在河南崤山中河堤银铅锌多金属矿区利用深穿透地球化学方法开展了针对黄土覆盖区的隐伏矿地球化学勘查技术试验研究,采用的土壤微细粒分离测量和金属活动态提取测量结果表明,两种方法都能较好地指示黄土覆盖区下伏多金属矿(化)体异常,同时金属活动态提取方法进一步增强了成矿元素对矿体的异常指示,因而两种方法均可作为黄土覆盖区寻找隐伏多金属矿的有效手段。
面波频散曲线反演是获得地下横波速度结构的重要地球物理方法。常规基于迭代最小二乘等线性反演方法依赖于初始模型,且存在多极值、容易陷入局部最小、反演精度低等问题。基于贝叶斯理论的随机反演方法是一种可以融合先验信息的非线性反演方法,该方法无需人为给定初始模型,仅利用先验信息对模型进行随机采样,根据概率分布筛选接受合适的后验概率密度估计结果,可达到对细节信息的准确估计。本文针对瑞利面波频散曲线,提出了基于GPR数据先验资料约束的贝叶斯马尔科夫蒙特卡洛(MCMC)随机反演方法,通过随机改变模型参数并计算其频散曲线与实际频散曲线的似然函数来选择是否接受新的模型参数,不断重复此过程,最终得到与实际频散曲线拟合效果最佳的最优解以及横波速度解的后验概率密度分布。通过理论模型以及实际数据反演测试,验证了该方法与常规无约束的随机反演相比,可以有效地提高反演速度和反演精度。
航空地球物理勘探是认识极地区域构造的重要技术手段。在回顾和分析南极航空地球物理勘探发展历史与现状的基础上,总结归纳了航空地球物理勘探在南极地区取得的主要成果。归纳出南极地壳结构研究、南极古大陆重建与恢复、南极火山与岩浆作用调查和南极冰架与地质相互作用研究等4方面典型实例,航空地球物理勘探为南极地区域地质构造研究提供了有效的技术支撑。目前,南极部分区域仍为航空地球物理勘探的空白区,可将成功的经验应用于下一步的实际工作中,特别是将航空重、磁方法与航空冰雷达探测方法相结合,已成为解决南极冰层与基岩相互作用问题的未来趋势,也为我国南极航空地球物理勘探提供了方向。
21世纪以来,地表微渗漏表现特征的形成机理研究已取得显著进展,对油气勘探具有重要意义。含油气盆地微渗漏气体是以甲烷为主,在地下从烃源岩或储层出发,近于垂向微运移,而在地表造成的化学、物理及生物变化特征是地下油气藏的近似映射,它是客观存在的,是“石油渗漏系统”中一个重要组成部分,目前已替代宏观渗漏成为地表追踪地下油气藏最有效的“窗口”。甲烷微渗漏监测可以在地表、水体及大气中直接进行,测试获得的含甲烷烃类气体组分浓度及同位素组成是地下油气评价的第一手重要资料。甲烷微渗漏间接监测数据主要来源于地表微生物、植被、矿物、放射性及磁性等,与直接获得的化探数据相似,这些不同的地表异常监测数据都可区别于远离油气藏地表的背景值,其异常分布区将成为有利勘探区的靶向。进入综合勘探时代,甲烷微渗漏机理的深入认识,单一监测方法及其片面认识的避免,地表综合监测方法的思路转变,以及数理分析新体系的建立,必将在未来油气勘探中发挥越来越重要的作用。
黄土盖层对地震波、电磁波等有很强的衰减作用,限制了地震反射波法、电磁波法等多种物探方法在黄土覆盖区的应用。针对黄土盖层厚度大、分层细的特点,采用主动源与被动源面波法联合勘探,使两种面波方法优势互补,达到准确探测黄土覆盖区地质分层的目的。研究区位于渭河盆地凤翔县郊,为典型的黄土覆盖区,黄土覆盖层厚度为80~120 m。通过对研究区主动源与被动源面波实测资料的处理,得到的二维横波速度剖面上的主要地层分层位置与实际钻孔测试结果基本一致,同时得到了研究区的三维地层结构。联合成像结果表明采用被动源与主动源面波联合勘探进行黄土覆盖区地层结构分层是可行且有效的,为黄土覆盖区地质填图提供了技术支持和有益思路。
在系统收集华北地区稀土矿床资料基础上,分析了华北地区稀土资源现状及稀土矿床的时间、空间分布规律。分析认为,华北地区稀土矿床成矿类型主要包括沉积变质型、火成碳酸岩浆型、岩浆热液型、伟晶岩型和离子吸附型。根据华北地区稀土矿床构造位置及控矿特征,认为华北地区古老变质基底、太古宙—古元古代陆块边缘裂谷带、中元古代陆缘裂谷带、燕山期滨西太平洋活动陆缘均是稀土矿床成矿的有利地球动力学背景。区域深大断裂、地槽发育初期的火山—沉积事件及碱性正长岩和碱性花岗岩类岩浆活动,是寻找各类稀土矿床的有利构造—沉积—岩浆条件,降雨量高、冲积平原、棕壤—褐土分布区则提供良好的稀土元素地球化学背景。
作为宁夏北部重要的区域性断裂之一,黄河断裂控制了银川新生代断陷盆地形成与演化,是研究银川平原地震活动及地热资源富集规律不可避免的关键点之一。目前,专项针对黄河断裂的研究较少,以地表调查为主,局部地区开展了浅层地球物理勘探。本文以地质露头资料为线索,基于区域1:20万重力资料,利用小波分界、斜导数等地球物理数据处理技术,清晰刻画出黄河断裂具有“雁行式”平面展布特征,据此将断裂划分为灵武段、临河段、月牙湖段与礼和段4个亚段;临河段与灵武段的CSAMT资料揭示黄河主断裂及其次级断裂由东向西呈逐级下掉的“阶梯状”,具有明显的“分级”特征。黄河主断裂下切深度直抵上地壳,剖面上与次级规模断裂组合形态呈现典型的“扫帚”状,各条断裂“上陡、中缓、下陡”的“座椅式”空间赋存形态明显。与已有研究成果对比发现,二者之间存在展布特征、展布位置、展布关系3方面的差异。
可控震源已经广泛应用在石油、煤田等地震勘探工作中,相应的技术手段也较为成熟,但涉及高频检波器采集的较少,尤其是使用可控震源进行中浅部地震勘探时参数的选择缺乏参考依据。为了研究如何在中浅部地震勘探中获取高品质数据,在雄安地区开展了一系列“可控震源激发、高频检波器接收”试验。本文在大量试验数据的基础上,采用原始单炮定性分析与频谱定量分析相结合的方式,从原始数据信噪比与分辨率的角度出发,系统论述了可控震源震动次数、扫描长度、初始频率、终止频率、驱动幅度、斜坡长度以及检波器自然频率等参数的选择对数据质量的影响;明确了所涉及参数的选择要点及依据,提出了高截止频率的概念;最后,总结了中浅部地震勘探参数选择的策略,对以后中浅部可控震源地震勘探具有一定的借鉴意义。
地震波正演模拟技术广泛应用于浅层勘探,此方法可以将地质模型和地震模型有机结合起来,验证和指导地震资料的采集、处理和解释。基于石油反射地震技术发展起来的深反射地震剖面探测技术,经过几十年的发展及应用,已经非常成熟,但到目前为止,地震波正演技术在深反射地震剖面探测中的应用却很少。本文利用跨越四川盆地深反射地震剖面来开展正演研究,通过对比拟合正演模拟数据和实际地震数据的层位到时,不断修正速度、层位等参数,建立最终深度域地质模型,为构造剖面提供较为准确的地壳厚度、莫霍面深度等地层信息。通过深度域地质模型,揭示出扬子板块西北缘新元古代古俯冲的角度约30°,俯冲的深度达到60 km。
泌阳凹陷南部高陡构造带地震成像困难。为提高成像精度,本文研究应用山前带起伏地表层析静校正技术、基于低频断面波保护的叠前多域噪声压制技术、山前带起伏地表高陡构造速度建模技术、起伏地表逆时偏移等技术,提高了该地区高陡构造带复杂构造的地震成像精度,边界大断裂带刻画更加准确,地层接触关系及构造成像清晰。
党河南山是甘肃省重要的金成矿区之一,已发现贾公台、黑刺沟、狼岔沟等一批重要金矿产地,成矿条件极为有利,但由于该区特殊的地球化学景观,外围找矿效果不佳。笔者在开展黑达坂—党河南山地区1:50 000矿产远景调查项目时,针对该区低缓异常,首次将1:10 000构造地球化学岩屑测量方法引入找金工作中,并对区内地球化学特征、元素组合特征等进行相关分析,结合成矿地质背景圈定化探综合异常13处,主成矿元素Au、Pb、Ag及探途元素As、Sb在有利构造部位强烈富集。通过槽探揭露,新发现金矿化带6条,圈定金矿体15个,并进一步将该方法推广到相邻区域的找金工作中,取得了良好的找矿效果。该方法的成功应用,对浅覆盖高寒荒漠地球化学景观区找矿具有重要的借鉴意义。
作为重要的非常规油气资源,油页岩的勘探开发日益受到重视。利用地震环境噪声(微动)对地下介质的横波速度成像是一种无源、高效、低成本的地震勘探方法,是更符合“环保”要求的潜在油页岩勘探新方法。本文首次利用共中心面元空间自相关微动勘探方法,在松辽盆地开展了含油页岩地层识别研究。研究结果表明,共中心面元空间自相关微动勘探方法的观测系统可根据实际情况灵活多变,横波速度剖面与测线位置钻孔编录结果对应较好,能很好地划分主要地层,主要含油页岩的嫩江组二段呈现低横波速度特征。
基于传统地质统计学的综采工作面煤层赋存形态三维建模的基础是Kriging插值算法,但其选择并拟合的变差函数模型并不能较好地反映实际的地质特征与空间数据的变化趋势。对此,本文提出UPSO-Kriging插值法:针对PSO算法存在的收敛速度慢、易陷入局部解等问题,优化算法,将优化的PSO算法(UPSO)引入Kriging插值中求解变差参数,拟合出变差函数模型,实现工作面煤层结构中各层的高程值预测;在此基础上,基于规则网格法建立DEM数字高程模型,运用Three.js实现了综采工作面煤层赋存形态三维可视化,可为煤炭企业的透明、智能、分质开采提供科学依据。
本文以宁芜火山盆地向山南—大甸塘地区为例,利用地质、无人直升机航磁等方法进行老矿山深部及外围找矿工作的探索。通过对航磁异常进行综合分析和精细反演来确定钻孔位置。布设的所有钻孔均在老矿山深部见矿,该结果证明了本方法的有效性,为今后类似工作条件的地区快速有效开展老矿山深部及外围找矿工作提供参考。
传统的地震波阻抗反演方法存在岩性分辨能力不高和多解性问题,反演结果难以满足精细刻画岩性分布规律的要求。本文通过构建包含岩性和波阻抗信息的归一化后的拟伽马曲线作为岩性指示曲线,利用神经网络方法,将地震数据转化为与岩性关系更密切的伽马数据体。通过神经网络地震反演,得到砂泥岩岩性反演数据体。将该方法用于西湖凹陷平湖组砂泥岩岩性反演,与传统方法相比,泥岩厚度预测精度达93%,较为准确地刻画了地下砂泥岩分布情况,为后期的油气勘探提供依据。
内蒙古呼伦贝尔市某露天煤矿的主采煤层埋深在39~90 m,地下有许多地质资料不详的采空区,给露天开采剥离带来了巨大的安全隐患。为了查明地下采空区的具体位置和连通情况,利用跨孔电磁波CT法对采空区内部进行了详细探测,获得了真实可靠的地球物理数据。经分析,较完整岩层电磁波吸收系数在0.43~0.51 Nper/m之间,未充水的采空区电磁波吸收系数在0.29~0.41 Nper/m之间。根据采空区与围岩电磁波吸收系数的差异,绘制了采空区的形态解释成果图,经与钻孔资料对比,一致性较好。
本文基于 Python 语言构建了瑞利面波频散反演工作流程:①通过pysurf96软件包实现水平层状模型的频散曲线正演;②建立描述频散曲线拟合度的目标函数;③利用scikit-opt软件包中的启发式算法实现频散曲线反演。提出并解决了调用函数过程中所遇到的问题,实验测试表明反演结果可靠,同时具备一定的计算效率。由此实现了搭建基于Python语言的面波频散反演地下层状结构研究平台,为其他研究者依靠开源软件进行反演运算提供了方法支持。最后,通过利用彭一波研究海拉尔盆地背景噪声时提取的频散曲线对地壳以及上地幔结构进行了反演,得到不错的效果。
在海洋油气勘探中,为了准确获取勘探目的层高精度、高分辨率的反射信息,实现更加细腻的成像,海洋地震宽频采集及处理技术近年来得到了极大的创新和发展。本文研究了海洋地震勘探中鬼波的产生机理、鬼波的分类和特性及其在实际地震资料中的表现形式。采用频率域高精度斜缆Radon变换作为主要处理方法,对某直斜缆宽频数据进行了鬼波的衰减,经过鬼波压制处理后,地震资料的震源鬼波和电缆鬼波都得到了极大程度的衰减,陷波点能量显著增强。鬼波压制处理既拓宽了地震资料的低频成分,也拓宽了地震资料的高频成分,尤其低频成分能量得到了显著的增强,该方法在实际海洋地震资料的应用中取得了良好的应用效果。
浅层地震作为城市地下空间探测中必不可少的一种手段,其勘探效果受到很多方面的影响,如激发、接收因素、采集参数以及处理方法等,因此需要根据地质任务进行系统科学的论证、选取。笔者以济南地下空间探测项目为例,探讨提高浅层地震勘探分辨率的方法,通过综合分析研究区的资料建立合理的地震地质模型,基于该模型进行地震采集参数波动方程正演分析与照明分析,获得高密度二维地震观测方案;通过对叠前去噪、反褶积和速度场优化等针对性数据处理技术的研究,获取高分辨率的反射成像。项目取得了很好的勘探效果,为济南智慧城市建设提供了可靠的物探资料参考,对今后该地区浅层地震勘探工作的开展有一定的借鉴作用。
针对目前广域电磁法数据处理软件集成度低、操作繁琐、数据无法统一管理的缺点,开发了广域电磁法数据处理与解释软件。软件采用客户机—服务器架构和模块化设计。基于MySQL数据库开发的项目管理模块,可以实现项目数据自动化的存储和管理,基于Python的科学计算库开发的广域电磁法的数据处理模块,可满足广域电磁法勘探的数据处理需求,以数据可视化和交互操作为基础,可极大简化处理人员的操作过程,提高数据处理效率。本软件已经应用到实际项目中,对大量数据进行了处理,取得了较好的效果。
倾子对地下构造的电性不均匀性反映较灵敏,在大地电磁资料解释中可作为复杂构造的表征。本文在三维大地电磁有限元正演模拟的基础上,根据倾子定义推导出三维倾子计算公式,构建复杂异常体模型进行三维倾子正演模拟。研究表明针对多个异常体模型,倾子的各个分量均能反映出异常体的空间位置,倾子不仅能准确地反映出单个异常体的边界,且对多个异常体的边界反映也较准确,其中对低阻异常体反映较高阻异常体敏感,由此进一步了解了三维倾子资料特征和规律,为倾子资料的应用提供了理论依据。
随着勘探程度的不断提高,低幅度构造油气藏日益受到重视。目前识别低幅度构造的方法不能有效消除地震资料中包含的构造低频背景信息,无法精确识别低幅度构造。本文以去低频化为基础,利用趋势分解法,通过搜索构造起伏拐点,实现对低幅度构造成图,再结合小波分解在大尺度时频域具有良好的连续性,将构造数据进行小波变换和逆变换,最终得到消除构造低频背景的低幅构造解释图。E盆地北部的实际应用显示,基于去低频化的低幅度构造识别方法,增强了局部微构造特征,同时也弥补了构造高程差及随机因子对低幅度构造的影响,达到低幅度构造成图完整精细的目的,对后续构造幅度低的复杂油气藏的勘探开发具有重大的指导意义。
煤矿充水采空区形成后,分布形态各异且位置不明,因此极易造成严重水害事故。为了精准定位充水采空区并研究其电磁响应特征,本文选择神东煤矿1号煤层为工程背景,采用亚克力玻璃架子充当实验台,并使用相似模拟材料充当各岩层设计了不同积水量以及不同垮落岩体存在状态下充水采空区的瞬变电磁探测物理实验。结果表明:当采空区内充水时,感应电动势曲线在衰减过程中会受到低阻效应而产生异常的“上凸”现象,且充水量越大异常幅度越明显。垮落岩体的存在会有限地减弱低阻异常效应。当采空区内未充水时,感应电动势曲线正常衰减,此时垮落岩体产生的影响可忽略不计。本次研究对于煤矿采空区水害防治具有重要意义。
城市地面沉降极易导致地面裂缝甚至塌陷,引发安全事故。城市环境中,人文干扰强烈,安全、环保要求高,导致传统物探方法无法在城市中有效开展。微动勘探技术是一种无源、高效、环境友好的物探方法,且能够在城市强干扰环境下对地下地质情况进行探测。选取合肥市谢岗小学作为研究场地,重点探究微动方法在地面沉降原因探测方面的适用性和有效性。根据采集到的微动数据,采用F-K法进行频散曲线提取,再进行反演得到地下横波速度结构,进而了解地下地质情况,最后采取钻探进行验证。研究结果表明:微动勘探技术可以有效地探测出地下不密实土体的位置、规模等信息,从而排除沉降区二次事故的发生。
基于梯度下降法的传统人工神经网络瞬变电磁反演方法计算效率低,不能保证全局收敛。为了解决上述问题,提出一种在线惯序极限学习机(online sequential extreme learning machine, OSELM)的瞬变电磁反演方法。该方法针对瞬变电磁法所获取的高维勘探数据进行建模反演,首先,通过随机设定隐层参数(输入权值和偏差)来简化模型的学习过程;然后,将测试得到的预测样本加入训练样本中,作为下一次的更新信息,建立在线贯序极限学习机预测模型,从而最大限度提高反演精度;最后,设计了两个经典的瞬变电磁层状地电模型并进行了拟二维地电模型的反演。反演结果表明,该方法能够较好地解决瞬变电磁法高维数据非线性建模的反演问题,同时相较极限学习机(extreme learning machine, ELM),非线性反演方法具有更加准确的反演结果、更好的泛化能力以及更高的计算效率,为神经网络在地球物理反演中的应用提供了新思路。
天然富硒土壤的形成常受控于成土母质,空间上与黑色岩系、含煤岩系、炭质泥(页)岩、泥质灰岩、火山岩等富硒岩石分布区密切相关。不同成因类型的富硒土壤开发适宜性差异较大,但目前尚无天然富硒土壤系统的成因分类方案。本文通过整理我国主要天然富硒土壤成因,按土壤硒来源的主要控制因素——成土母质,在现有分类方案基础上,将天然富硒土壤成因归纳为3个大类、10个亚类。对黑色岩系型、含煤岩系型、火山岩型、浅变质岩型等4种重要亚类的富硒土壤主要特征及开发适宜性进行概略评述,并据此提出天然富硒土壤开发适宜性评价指标。
国家对油气资源需求日益剧增的背景下,油气田勘探开发的主战场由常规转向非常规领域,致密油气成为当今及未来非常规油气勘探开发的热点和重点。我国致密储层多为陆相沉积,横向连续性差、纵向非均质性强、岩性复杂、物性变化大,致使致密储层的孔隙结构难以有效表征。储层孔隙结构不仅影响油气赋存,还严重制约着油气渗流和高效开采。为有针对性地分析致密储层的孔隙结构特征,系统调研了致密储层孔隙结构评价手段的相关文献资料,梳理了半渗透隔板等间接测定法、铸体薄片等直接观测法、数字岩心法之后,剖析了致密储层孔隙结构测井评价方法,并探讨了各方法的适用性和优缺点,进而基于该领域的研究现状展望了其发展趋势。
针对杭州部分地区残坡积层厚度薄、地形条件较差的特点,在余杭区鸬鸟镇典型斜坡段,开展了多道瞬态面波和微动探测工作,对这二项技术在斜坡内部结构调查中的适用性和有效性进行分析。分别基于频率—波数(F-K)和空间自相关(SPAC)法提取频散曲线,计算得到速度剖面,进而对表层含角砾粉质黏土、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩及中—微风化凝灰岩之间的界面进行了划分。结果表明:面波勘探具有很好的分层性,能有效区分残坡积层覆盖斜坡内部结构;多道瞬态面波和微动探测计算得到的瑞利波相速度变化趋势一致,表层含角砾粉质黏土对应瑞利波相速度小于300 m/s,全风化凝灰岩对应瑞利波相速度为300~400 m/s,强风化凝灰岩对应瑞利波相速度为400~600 m/s,与钻孔资料基本吻合。数据分析还表明,频率小于15 Hz时,微动探测空间自相关函数与第一类零阶贝塞尔函数具有很好的拟合关系,高于15 Hz时,拟合精度有所降低。
冀东地区分布有众多燕山期花岗岩侵入体,具备良好的花岗岩型稀有金属矿成矿背景。为研究这些岩体的成矿前景,以该地区的汉儿庄花岗岩体为研究对象,开展多道能谱测量工作,分析了不同岩性放射性参数特征、放射性异常特征及与稀有金属成矿关系。研究表明,区内U、Th、总道计数异常明显,在二长花岗岩中的平均含量分别是全区背景值的9倍、8.5倍和3.9倍,异常场异常场展布特征与二长花岗岩的地表出露形态基本一致;结合岩石地球化学、人工重砂等成果,二长花岗岩全岩稀有金属矿化较好,岩石中含有大量褐钇铌矿、独居石等含U、Th、 Hf矿物,这些矿物与Nb、Ta、Rb等稀有金属矿物存在共生关系。依据异常场分布及钍钾、钍铀、铀钾比值等参数的特征可直接圈出稀有金属矿化有利地段,指导探矿工程的布置。该方法的有效实施,为今后在花岗岩地区开展稀有金属矿勘查提供了一种便捷、高效、廉价的手段。
为改善欧拉反演结果的收敛性,本文采用不依赖于构造指数的改进Tilt-Euler(iTilt-Euler)进行计算,并利用水平总梯度倾斜角峰值(TAHG)约束法约束反演数据,优化计算结果。模型试算结果表明,采用TAHG法约束的iTilt-Euler反演结果的收敛性得到了有效提高,且为深源地质体的位置和深度提供了更多信息。在肯尼亚ANZA盆地某区块重力数据处理中的应用表明,TAHG法约束下的iTilt-Euler反演解连续性较好,主要呈NW向,其次是NE向,且NW向展布的解延伸长、深度大,反映为控制区内构造单元边界的基底断裂,被NE向展布的盖层断裂所切割。此外,研究区东南部发育一条NNE向的深断裂,切割了NW向及NE向断裂,推测其可能控制了区域构造单元的东南边界。应用结果表明,iTilt-Euler法和TAHG法可为断裂解释提供可靠的研究手段,具有较好的实用性。
对南祁连阳康地区花岗闪长岩岩体进行了锆石U-Pb年代学及岩石地球化学研究,以便对其岩石成因和中—南祁连消减拼合作用的开始时间给予制约。花岗闪长岩中LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,该岩体形成于晚奥陶世(444±1.2 Ma, MSWD=1.14),属于高钾钙碱性系列,A/CNK值介于1.007~1.104,属弱过铝质,为I型花岗岩,并且明显富集大离子亲石元素(如K、Ba、Rb)、轻稀土元素(LREE)及Th,相对亏损高场强元素(如Ta、Nb)。上述结果表明,该类岩体的原始岩浆应起源于地壳的部分熔融。综合区域同时代火成岩的研究成果,认为花岗闪长岩岩体形成于活动大陆边缘的构造背景。
B油气田处于开发初期,钻井少,目标区内含气储层边界认识不清,直接影响油田储量准确计算及后期开发井网部署和优化。为准确落实油田含气储层边界,利用分频能量衰减技术、AVO分析技术以及叠前弹性参数反演等多技术结合,并与已钻井相互印证,开展目标区含气储层地震响应特征分析,进而准确预测目标区含气储层边界。分析表明,受地震波衰减特性的影响,目标区含气储层具有低频能量增加、高频能量减弱的“低频共振、高频衰减”特征;通过已钻井AVO正演分析可以判定目标区含气储层属于第Ⅲ类AVO异常,其地震正振幅随偏移距的增大而增强;岩石物理参数中,拉梅系数、泊松比、纵横波速度比为含气砂岩敏感参数,且泊松比区分含气砂岩的效果最好,可较好地反映含气储层平面分布。分频能量衰减、AVO分析及叠前弹性参数反演能较好地检测含气储层,多技术结合相互印证有助于提高含气储层边界预测精度,为目标区储量准确计算和开发井网部署优化提供支持。
三维网格模型的正演计算是重力资料反演的基础。高精度、高效率的正演有利于提高反演解释质量。针对大尺度、地表观测面研究区的高精度、高效率重力正演问题,本文给出球坐标系三维Tesseroid网格模型重力异常正演方法及并行算法。其中,正演算法采用改进的高斯—勒让德积分法实现大尺度、地表观测面的重力异常高精度计算,并行算法采用基于OpenMP的MATLAB任务并行算法实现高效率计算。理论模型和华东岩石圈三维模型数据试验验证了本文方法的有效性。本文方法为高效的大尺度重力场模拟和三维反演提供技术支撑。
花海盆地位于甘肃省河西走廊盆地群西缘,深部矿产资源潜力尚不明朗。本文以土壤氡气浓度测量成果为基础,结合花海盆地构造背景及演化规律,分析了熵—中位数子区衬值滤波辨识的平面氡浓度异常特征。结果表明,研究区不同的大、小窗口(m,n)子区中位数衬值滤波正、负异常结果不同;滤波结果熵值变化范围为2.5~3.6,与大、小窗口比率k呈现“周期波动—下凹型”多项式变化。研究区最佳大、小窗口比率k范围为15~20,此时子区中位数衬值滤波熵值最小,滤波结果中显示研究区西部土壤氡气异常区域可信度最高,是本区后续勘探的有利区域。
吉尔吉斯斯坦是中亚天山金属成矿带的重要组成部分, 矿产资源丰富,金属矿产种类齐全。吉尔吉斯斯坦国家尺度(1∶100万)地球化学填图覆盖了吉尔吉斯斯坦全境约19万km2,分析测试了69种元素,填补了吉尔吉斯斯坦国家尺度地球化学填图空白,为吉尔吉斯斯坦基础地质、矿产开发、环境保护、农业生产等多个方面研究提供了基础地球化学数据支撑。根据区域地质构造演化、地球化学背景,将研究区划分为5个构造地球化学分区。结合地质背景,通过对主要成矿元素地球化学参数统计分析认为:吉尔吉斯斯坦是Au、Cu、Pb、Sb、Sn、W、Ag等元素的有利成矿区。地球化学异常分布特征明显,北天山Au、Cu、Pb、Zn、Ag、Be、As等元素异常强度高; 中天山以费尔干纳断裂为界,西部富集Au、Cu、Cr、Mo、Co,东部富集Au、W、Sn、Co、Cr、Ni;南天山西段集中分布Cu、Co、Cr、Ni、Au、As、Sb、Hg等元素,东段则以W、Sn、Bi元素组合分布为特点。分析成矿显著度,认为吉尔吉斯斯坦最具有找矿潜力的地区为中天山恰特卡尔地区,该区寻找铜、铅、金、钨的潜力巨大。其次,南天山东段撒雷贾兹地区也具有很好的找矿潜力,该区是寻找金、铜、钨、锡十分有利的地区。南天山西段和塔拉斯—纳伦地区找矿潜力也较好,是金、铜、铅、锌等多金属矿的有利找矿区。
瞬变电磁法在我国广泛应用于煤田水文地质勘探和采空区调查,但由于方法本身的特点,地面装置纵向分辨率低,无法实现采空区精细探测。在山西某煤矿采空区探查项目中,通过岩心、测井曲线,结合以往电法勘探经验,建立了简单的煤系地层采空区模型,数值模拟了均匀半空间采空区含水、不含水时的地面瞬变电磁响应和三维水平薄板的地—井瞬变电磁响应,并结合实际案例探讨了采空区的地面、地—井瞬变电磁特征,证实了地—井瞬变电磁法具有较高的纵向分辨率,为采空区精细探查提供了思路。
正在建设的川藏铁路有大量隧道具有高地温、高地应力特征,如何提高高地温—高地应力隧道超前地质预报的精度是工程建设面临的一大难点。以TSP法超前地质预报为例,分析该方法在高地温—高地应力隧道探测主要存在两方面的问题:一方面是采用乳化炸药和塑料导爆管在高岩温炮孔中激震时易发生拒爆、哑炮及瞎炮,影响数据采集;另一方面是数据处理未考虑高地应力隧道已开挖区和未开挖区的波速变化。针对这些问题,提出六点改进措施,即:研制绝热保温袋起爆药包、建立基于多元地质信息的智能工程评价体系、改变TSP的激震方式、推广超前地质预报新技术新方法、研发适用于TBM的超前地质预报系统、改善地质预报组织管理。这些措施可为高地温—高地应力地区隧道超前地质预报的高效探测提供借鉴。
铜(Cu)是人体所必需的微量元素,目前我国还没有农作物Cu含量的推荐值,更缺少开发富Cu土地资源的土壤Cu含量标准。本文以四川省邻水县华蓥山—西槽耕地区为研究区,根据1∶5万土地质量地球化学调查获取的表层土壤、农作物及根系土中Cu含量数据调查结果,研究了土壤与农作物中Cu的含量及分布特征,分析了玉米籽实Cu生物富集系数(BAF)的影响因素,构建了玉米籽实Cu的BAF预测模型,提出了开发富Cu玉米和富Cu土地资源的Cu含量最佳赋值范围。研究结果显示:①研究区表层土壤Cu含量范围为(3.33~173)×10-6,平均值、中位值分别为26.85×10-6、25.60×10-6。土壤Cu高值区主要分布在邻水县华蓥山玄武岩、碳酸盐岩与炭质页岩为成土母岩的地区,土壤Cu低值区分布在西槽侏罗系砂页岩为成土母岩的地区。②研究区玉米籽实Cu含量范围为(0.80~2.71)×10-6,平均值为1.76×10-6,中位值为1.82×10-6。③为保证人体摄入Cu安全,研究区玉米籽实中Cu含量最佳范围为(0.756~10.080)×10-6,土壤中Cu含量最佳范围为(12.67~169.00)×10-6。
地面核磁共振法可直接寻找地下水(卤水),高密度电阻率法在判断卤水与淡水方面较为适用。应用上述两种物探方法在西藏扎仓茶卡盐湖和茶里错盐湖进行了联合探测,查明了研究区地下卤水的分布情况,避免了单一方法的局限性和片面性,为西藏两大盐湖卤水钾矿的勘查开发总体布局提供了依据。同时,结合地质浅井资料进行了对比分析,发现两种物探方法联合探测的结果与浅井资料较为吻合,表明应用上述两种物探方法可为西藏地区的地下卤水探测提供一种高效、精准的勘探模式。
