临沂凸起东北缘位于鲁西地块东端,东侧紧邻沂沭大断裂,NE向鄌郚—葛沟断裂与NW向蒙山断裂控制了研究区内主要构造格架。受新生界覆盖影响,区内主要构造单元边界几乎处于隐伏状态,蒙山断裂东端走向变化及临沂凸起北界角度不整合界线的展布均有待深入研究。本文利用最新1:5万高精度重力资料,基于重力场定性分析及多元化重力位场转换解释,同时结合山东省大地构造单元划分方案,对区内构造单元边界位置及其交切关系进行了重点研究和讨论。分析认为:蒙山凸起、平邑凹陷交界的蒙山断裂在半程镇以东由NW走向转为近EW走向,并明显切割NE向鄌郚—葛沟断裂,且向东再次呈现NW向转折趋势;临沂凸起、平邑凹陷交界的角度不整合界线既非向北终止于蒙山断裂,也非向南转折,而是向东延伸至鄌郚—葛沟断裂,该不整合界线也控制了平邑凹陷南界,使其NW向条带状重力异常向东转折,在区内呈现出“靴形”重力低值异常特征。本研究基于高精度重力边界识别,精细厘定了临沂凸起东北缘地段的断裂体系及构造区划,为该区基础地质研究工作提供了高精度重力数据支撑,同时为下步矿产地质调查工作奠定了良好的基础。

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。

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。

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。

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。

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。

塔里木盆地轮古地区奥陶系碳酸盐岩古潜山内发现了大量岩溶缝洞型油藏,油气主要富集在缝洞储层中,这些缝洞储层主要跟碳酸盐岩古潜山内的古暗河系统有关。特别是在轮古西地区,古暗河系统最为发育,古暗河系统缝洞储层在纵、横向上具有较强的非均质性,搞清该区古暗河系统地震地质特征,是该区缝洞型油藏高效开发的关键。根据现代岩溶暗河特征,结合该区测井和钻井资料,建立暗河地质模型,开展模型正演模拟研究。研究结果表明,在致密灰岩背景下发育的地下暗河系统在地震剖面上表现为连续线性的强反射特征,暗河高度、宽度变窄,地震振幅变弱。地震上振幅越强,表明对应的暗河洞穴越大、充填物速度越低;振幅属性可以较准确地刻画地震上暗河的横向范围,频率、相位属性可以刻画地震上暗河的轮廓,但刻画的范围比实际暗河要大;暗河系统主河道易被泥质充填,分支暗河道被充填的概率低,是暗河储层发育的主要场所,也是油气富集的主要地区。

雄安新区位于冀中平原中部,地下结构具有新生界地层厚度大、成层性好、构造活动相对稳定的显著特点。为精细刻画浅层地质结构,查明断裂构造特征,提高浅部探测精度,本次研究采用二维地震和高密度电阻率测深结合的方法,取得了重要进展,主要包括:①精细刻画了工作区200 m以浅深度范围内地层结构和断裂构造空间展布特征;②构建了三维可视化地质结构模型,直观展示了调查区新生界地层起伏形态和主要断裂构造空间分布;③分析总结了城镇化高干扰背景环境下地球物理方法的探测深度、横纵向分辨率、目标体响应特征和适用性等。本次研究有效支撑和服务了雄安新区的规划、建设以及地下空间开发利用,对大厚度沉积盆地城市地下空间的地球物理探测具有借鉴意义。

土壤重金属元素含量影响土壤环境质量,依据调查数据采用不同模型对土壤重金属元素含量进行预测是研究土壤元素含量及土壤环境质量变化趋势的重要手段。在研究区1∶25万多目标区域地球化学调查和1∶5万土地质量地球化学评价数据基础上,分别采用单时段增量模型和输入输出通量模型预测2027年土壤中5种重金属元素的含量情况,结果显示:两种模型的预测结果有所差异,但变化趋势一致,5种重金属元素含量均有不同程度增加,单时段增量模型的增幅大于输入输出通量模型的增幅;通量模型的各种输入途径中,Cd、Pb主要通过大气干湿沉降进入土壤,As和Cr主要通过施肥进入土壤,Hg主要通过灌溉水进入土壤;对土壤点位的调查数据、预测数据进行土壤环境质量等级划分,优先保护等级的点位数量比例呈现下降趋势,说明土壤环境质量逐年下降。

为了快速、有效探查堤坝隐患,本文提出了基于线性台阵的微动B超技术。大多数堤坝(土坝)兼顾公路功能,车辆运行产生的震动信号沿堤坝方向传播,基于此,沿着堤坝布设线性台阵,震动传播方向与接收方向一致,为堤坝隐患检测提供了丰富的震源。研究表明,在线性台阵的基础上利用多道采集技术,采集一次可获得多个勘探点数据,提高了野外数据采集效率,避免了震源差异性的影响,提高了横向分辨率以及勘探成果的准确性。将该技术应用于江西九江某堤坝汛前的安全检测,查明该区段存在3处低速隐患,推测为坝基软弱层隐患和堤身介质疏松隐患。实践证明:该技术有效弥补了以往微动勘探效率低、横向分辨率低的不足;并可进行每1 m间距或0.5 m间距的速度扫描,提高了横向分辨率,为堤坝安全治理提供高效、精确指导。

海底电磁接收机主要用于海底大地电磁与可控源电磁信号高精度观测。针对现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)体积大、功耗大、成本高等不足,开展了小型化、低功耗、低成本方面的技术研究。MicrOBEM小型海底电磁接收机开发了新的低功耗控制单元、低功耗前置放大器,配置了低功耗磁通门传感器,采取先进的电源管理技术,使得整机功耗由现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)的1 600 mW下降至500 mW(搭载感应式磁传感器配置)以内。针对传统的声学释放器昂贵、笨重(需要匹配更多的浮力材料)等问题,通过集成水声通讯模块,并增加外置的电腐蚀释放装置方式实现释放回收,MicrOBEM仅需一个直径为17 in(1 in=2.54 cm)的玻璃浮球作为浮体,大幅降低仪器的体积和硬件成本,提升了设备的集成度和作业效率。MicrOBEM的体积(不含测量臂等)相比OBEM-Ⅲ减少3/4,功耗减少2/3,成本降低1/2,并于2021年3月在南海南部开展了深水大地电磁试验,其大地电磁测量功能得到初步验证,具有小体积、低功耗、低成本的优势。

海底电磁接收机(OBEM, ocean bottom electromagnetic receiver)是用于观测海底大地电磁信号的主要仪器。为了验证仪器的功能并提升仪器测量精度,在仪器入水前采用通道标定的方式进行仪器自检。现有的OBME-Ⅲ在进行标定计算时,需将通道标定生成的标定文件从仪器中导出,再借助PC端的Matlab程序进行计算,存在海上作业复杂、计算效率低等不足。针对这一系列问题,笔者开发编写了基于ARM-Linux平台的标定计算程序。通过输入相关命令,便可在OBEM-Ⅲ本地实现通道标定计算,减少了导出数据进行多平台计算引起的麻烦。所采用的混合基快速傅里叶变换计算方法,在保证计算精度的同时,将计算时间从90 s缩短到11 s,大大提升了计算速度,提高了仪器海上作业的效率。在2020年7~8月南海西南开展的大地电磁科研任务中,该程序表现出色,成功获得高质量海底大地电磁测深数据。

针对传统不极化电极极差稳定性差、低频噪声大、寿命短、需要定期维护等缺点,研制出免维护超低噪声固体Pb-PbCl₂不极化电极。室内测试结果表明:所研制的电极极差在一个月内漂移小于0.06 mV,只有法国进口PMS9000电极的5%;温度系数小于20 μV/℃,不到PMS9000电极的1/5;在100 m电极距条件下,相对于天然感应电场的信噪比为40 dB@10³ s、20 dB@10⁴ s和10 dB@10⁵ s。野外对比测试表明:利用新研制的固体不极化电极可以明显提高对地电场信号的采集精度,显著提升大地电磁死频带和低频段数据质量。

采用可控源音频大地电磁法和广域电磁法在江苏省滨海县月亮湾进行地热资源勘查,对可控源音频大地电磁法数据进行近场和过渡场曲线辅助校正和反演约束,获得滨海港地下地热资源电性结构信息,同时采用微动探测方法获得地下几何结构信息。综合分析3种地球物理资料进行解释结果,获得研究区地热模型,确定异常位置,随后钻井深度2 919 m,出水量2 171 m³/d,水温51 ℃,综合物探成果与地质及地热井资料高度吻合,说明运用综合物探方法进行地热勘查,提高了勘探结果的可靠性。

地温测量是研究地温场分布最直接的方法。地热热源的强度与分布,直接影响地壳表层土壤温度场的分布,特别是存在热储层、热运移通道等都会使地温场的分布产生异常。在研究区16个民井和32个钻孔中进行地温测量,分析地温场分布状况以及地下热水活动规律,效果明显。结果表明研究区浅孔与深孔地温场平面特征一致,越接近东北角地温越有增加的趋势,而且地温异常区呈NNE向条带状分布,宽度约700 m,与NNE向断裂展布方向一致,地温最高点位于NW向断裂与NNE向断裂交汇处。研究区在纵向上地温分布特征差异性明显,地下热水分布范围较小,具有一定局限性,主要受构造断裂、岩溶发育程度等控制,温度低的地下水大量涌入导致地下水温降低,地温梯度出现异常;这种地温梯度异常现象也说明了研究区地下热水主要储存于灰质白云岩或角砾岩的裂隙溶洞中,裂隙、岩溶成为地下热水良好的运移通道。地温测量方法圈定了研究区地热异常区范围,为进一步勘查地热提供了重要的依据。

银川盆地东缘天山海世界地热田的发现,揭示了该区域赋存优质地热资源,其成藏地质条件显著有别于盆地内“传导型”地热,为宁夏黄河流域清洁能源的研究提供了新的方向。本文以区域地质、地球物理特征为基础,针对1∶5万重力、可控源大地电磁测深与微动测量资料进行处理与分析。研究结果显示:奥陶系基底隆升地带位于灵武凹陷东侧,沿黄河断裂呈“S”形展布,至天山海世界达隆升最高部位,并与NW向局部隆起区叠合;深部储热层奥陶系为中高阻层特征,中部第一盖层石炭系—二叠系表现为中低阻、弱低速层,浅部第二盖层古近系—新近系与低阻、低速层对应。以上述研究成果为基础,预测了3处地热资源开发利用远景区。

海洋可控源电磁法广泛用于天然气水合物、海底油气资源勘探和地质构造勘查。在海上作业时,船载甲板供电单元通过深拖缆向海底的海洋可控源电磁发射机提供电能。利用深拖缆传输高压大功率电能的过程中,需要对高压供电回路的绝缘电阻进行自动实时测量和监测,确保电能的安全传输和供电异常时的及时处理。本文基于高压宽频耦合器件、绝缘检测模块、远程数据传输部件和上位机监控软件,通过收集高压端至外壳地之间的漏电电流,将其模拟放大,通过测量电压值,反算绝缘电阻,实现了对高压回路对大地之间绝缘电阻的自动测量和监测。所形成的自动绝缘在线监测技术,经过海上试验验证,能够满足海洋可控源电磁发射系统的要求,很好地在线评价了系统的绝缘性能,为海洋仪器同类功能的研发提供了有益的参考。

深部金属矿常常是多种不同尺度的非均匀地质体共生,加之矿区多处于地质构造复杂、断层较发育、岩性变化剧烈地区,地表条件和表层结构复杂,造成金属矿地震数据往往是复杂多变、多种波相互干涉的地震波场,信噪比极低,严重制约了金属矿地震解释和隐伏矿体预测。本文以内蒙古查干花钼矿区二维地震数据为例,开展深部金属矿地震数据处理关键技术研究,通过分析研究区内金属矿地震数据的特点,归纳总结金属矿地震数据处理的难点,制定一套针对查干花钼矿区的地震数据处理流程。实际处理效果与地质钻孔剖面上已知的矿体分布吻合较好,矿体较厚区域产生的反射波能量较强,薄层矿体产生的反射波振幅较弱,并支撑了区内地质构造的推断及隐伏矿体的圈定。

我国岩溶分布范围广泛,岩溶区地质环境脆弱,地质灾害频发,严重威胁到人民群众的生命财产安全,造成了巨大的经济损失。本文采用可控源音频大地电磁法(CSAMT)和微重力法,通过二维拟断面反演、小波多尺度提取剩余重力异常,较好地划分了岩溶区的岩土界面及强岩溶发育带,圈定了溶洞的位置、埋深、规模及空间分布情况。通过钻孔验证,CSAMT解释的岩土界面及强岩溶发育带与钻孔基本吻合,微重力圈定的塌陷溶洞规模及埋深与工勘钻孔基本吻合,表明CSAMT配合微重力法在探测隐伏岩溶塌陷时效果较为显著,可为潜在的岩溶塌陷区及类似地质灾害防治预警提供科学探查方法。

近年来我国能源及矿产资源需求旺盛,覆盖区找矿已成为热点,急需有针对性的新方法技术解决覆盖区勘查找矿问题。本文提出一种针对覆盖区找岩浆型铜镍矿的空—地—井协同快速找矿方法技术体系,并建立了针对隐伏岩浆型铜镍矿的深部矿产资源空—地—井协同快速有效勘查技术体系的架构及说明。该技术体系以覆盖区的地形、地质和深部矿产资源分布特点为前提条件,以综合航空地球物理为主、协同地面—井中地球物理探测方法为手段,以大数据融合、弱信息提取、地球物理-地质建模方法为重点,以地质构造和成矿理论为指导。该技术体系在新疆若羌县启鑫地区隐伏岩浆型铜镍矿床勘查中得到验证,并取得较好的应用效果。

在甘肃北山干旱戈壁荒漠景观特征研究的基础上,对三白墩地区进行1:5万水系沉积物测量,圈定水系综合异常10处。优选AS-3异常,采用100 m×20 m的网度,在1/3线距范围内多点采取2~20 mm粒级岩石碎屑的方法进行详细检查。圈定岩屑综合异常3处,对异常特征进行研究,确定主成矿元素为As、Au,并优选综合异常2个。利用地球化学剖面、槽探等方法进行详细检查,发现Au矿体4条,As矿体2条,Au、As矿化体各1条,显示出该方法在甘肃北山干旱戈壁荒漠景观区找矿中具有较好的找矿效果,同时也说明可以运用1:1万岩屑测量对1:5万水系沉积物测量的异常进行查证。

全波形反演(full waveform inversion,FWI)是目前精度最高的一种速度反演工具,通过迭代反演得到高精度的地下构造,为叠前成像技术提供更准确的速度场,满足目前勘探开发日益复杂的需求。但FWI需要估计精确的震源子波,而从野外采集的地震数据提取子波是非常困难的,此外,反演过程中,模型参数与观测数据存在强的非线性关系,容易产生周波跳跃现象。针对中低波数反演过程中存在周波跳跃现象与地震子波难提取的问题,本文构建了一种基于组合震源的多尺度波形反演方法。首先对子波和地震数据进行时移组合叠加,再进行互相关梯度求取,只需要一次逆时偏移的计算量,就可以完成梯度的求取,实现多尺度反演的目标。通过模型试算,基于组合震源的FWI方法,可以达到多尺度反演的目的,使得反演结果更稳定;与不依赖子波的方法相结合,反演结果相对准确。

单道地震探测技术以其配置灵活、简便高效、分辨率高的优势,在海洋区域地质调查、近海工程物探等领域得到了广泛的应用,但在内陆江河湖区域的实际应用案列较少。本文以河北雄安新区白洋淀为例,开展内陆浅水区高分辨率单道地震探测技术试验研究;对关键的采集参数,包括激发能量、激发间隔、航行速度以及接收单元个数等进行实际效果对比,以确定最优的参数组合;制定一套内陆浅水区单道地震数据处理流程及方法技术组合,逐步衰减各类干扰噪声,最大程度地提高内陆浅水区单道地震剖面的信噪比及分辨率。试验结果表明,内陆浅水域单道地震探测技术能够精细划分水域浅层地质结构,并与钻探资料吻合较好,有效地支撑服务江河湖环境、地质、地质灾害的调查研究。

苏里格S区块储层与围岩阻抗差异小、气水关系复杂,叠后纵波阻抗反演方法难以区分优质储层,通过研究区岩石物理分析可知,叠前参数纵横波比可以有效区分岩性和含气性。本文首先进行模型正演确定储层地震响应特征;然后通过适用于砂泥岩的Xu-White模型进行岩石物理建模及横波预测,建立岩石物理模板;其次采取线性去噪、剩余振幅补偿等处理方法对CRP道集进行优化;最后通过叠前同时反演定量预测储层厚度及含气性。结果表明:①储层顶界的地震反射特征为强波谷反射,底界反射不明显;②纵横波比小于1.68可有效划分砂岩,联合纵波阻抗小于12 200 g·cm^-3·m·s^-1预测储层,再由更低的纵横波比小于1.57识别含气性;③储层展布特征与含气性预测范围趋势相似,但在局部上存在差异,储层发育程度与其含气性不一定呈正相关。本文所提方法期望为下一步圈定有利含气储层面积及井位部署提供有力的技术支撑。

河南省老湾地区是桐柏—大别有色贵金属成矿带上重要的金成矿区。在综合分析该区成矿因素的基础上,提取构置了地层、韧性剪切域、脆性断束、岩浆岩、与Au有关的蚀变带和Au、As、Sb、Ag水系沉积物单元素异常等9个预测变量,基于MRAS软件,采用证据权重模型对该区金矿进行了成矿远景预测工作。本次采用0.10 km×0.10 km的网格单元进行预测,经过各预测变量的先验概率计算、权重值统计、独立性检验和后验概率的计算等过程,划分出A、B、C三个级别的成矿远景区块,根据预测网格分布特点及该区金矿地质特征,圈出了Ⅰ级找矿远景区4处,Ⅱ级找矿远景区4处。综合分析认为:已知金矿床或矿点多数落入A级或B级成矿远景区块,C级成矿远景区块主要是在A级或B级成矿远景区块的周边,与成矿区带从中心向边缘渐变的特征相符合;圈出的Ⅰ级找矿远景区内均已发现金矿床(点),并且后验概率平均值较高,具有较好的金矿找矿潜力。

多个激励源无延时发射(多源并发)相同中心频率脉冲会形成平面波束信号,增强数据记录质量。本文通过数值模拟对比分析在多源并发情况下,非分裂递归卷积完全匹配层作为吸收边界条件和Mur二阶吸收边界条件对电磁波的吸收效果。其研究结果表明,传统的Mur二阶吸收边界条件对多源并发、多角度掠射情况下电磁波的吸收效果不佳,在大偏移距下会造成波形畸变和形成虚假反射。而在多源并发情况下采用非分裂递归卷积完全匹配层作为吸收边界条件,将坐标伸缩因子引进时域有限差分算法中。通过傅里叶逆变换将频率域坐标伸缩变换PML方程转换到时域,对电场和磁场值在离散状态下进行递归卷积运算求解。从而避免了直接对卷积进行数值求解的复杂计算,在保证计算准确性的同时,节约了内存空间,提高了计算效率。在不分裂波场情况下,改善了网格截断位置对电磁波的吸收效果。

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。

由于地理因素和历史等原因,城市地下方形空洞“多”、“密”、“乱”的状况越来越严重,地质雷达方形空洞扫描图像解析并不明确。基于地质雷达扫描探测全过程,将雷达紧贴地面扫描地下方形空洞的图像对称轴左侧细分为3个阶段,建立各阶段水平距离与回波延时之间的关系,系统分析不同埋深、不同大小条件下方形空洞地质雷达扫描图像的变化情况,结合探测实例实现地下方形空洞地质雷达成像机理的科学解释。总结出均匀介质中地下方形空洞雷达扫描图像对称轴左侧3个阶段分别为斜率不变的连续直线,单调递减的连续凹曲线和与水平距离无关的连续水平直线;随着埋深与空洞大小的增大,曲线图像趋于缓和,曲线的特征体现出张开弧度增大的趋势。

大地电磁测深曲线畸变的校正是大地电磁勘探中的重要问题。通过在D盆地的电阻率测井曲线与大地电磁测深平移方式校正前后的反演测深曲线相比较,构造变换函数,实现了测井曲线对大地电磁测深曲线的标定。经过该技术改进的大地电磁反演结果与验证钻孔极为吻合,结合钻井、地震、重力、磁法资料进行综合分析,有效地揭示了D盆地的构造特征。

通过1:25万多目标土壤地球化学调查采集的表、深层双网格土壤样品,对宣城市土壤硒地球化学特征及成因来源进行分析。结果表明:宣城市表层土壤Se含量在(0.12~8.80)×10^-6,平均含量0.44×10^-6,区内足硒和富硒土壤分布广泛,占比分别为61.90%和35.63%,富硒土壤主要分布在宁国市宁墩镇—绩溪县伏岭镇、泾县晏公镇—宣州区百棵树—水东镇、泾县陈村—赤坑山、广德县新杭镇等地。土壤Se含量主要受母岩及成土母质控制,震旦系蓝田组,寒武系荷塘组、杨柳岗组等含炭质泥页岩、炭质硅质泥岩分布区,二叠系、三叠系、石炭系、寒武系、奥陶系等灰岩分布区土壤Se含量高,燕山期中酸性侵入岩、第四系分布区土壤Se含量低。不同成土母质中碳酸盐岩类、浅色碎屑岩类、浅变质岩类母质土壤Se含量高于晚更新世黄土、河流冲积物以及酸性岩类母质Se含量;不同土壤类型中石灰岩土、粗骨土、石质土、红壤Se含量高于水稻土、黄褐土、潮土Se含量。土壤Se含量与V、Cd、Ba、Ag、Zn、Mo、U、Ni、Sb、P、S以及有机质等理化指标相关性较好,土壤全量硒与有效硒相关性较好。区内采集的47件水稻均富硒,富硒率100%,但茶叶和玉米均不富硒,蔬菜有部分富硒,表现出不同作物对土壤硒的吸收能力不同。

石英脉型金矿床是岩浆期后热液及变质热液作用的产物,受主断裂及次级断裂构造控制,成矿物质主要来自围岩。该类型金矿在西北多有分布,宽度一般较窄,在走向和延伸方向断续分布。单一物探方法有局限性,难以做出全面、合理的解释。本文以西北某石英脉型金矿为例,对此类矿床进行了重、磁、电综合物探工作并进行了正反演计算和定量预测。结合地质成矿条件、物探相关理论及正反演计算,推断了控矿断裂构造,定量预测了的赋矿体。过程中,各方法互相衔接,互相验证,定量解释预测,是综合物探在石英脉型金隐伏矿体找矿方面进行的有效尝试。

云南省安宁市是长江上游滇中经济发展和生态文明建设的重要地区。本文以2018~2020年度在安宁地区系统采集的表层土壤样品为研究对象,对研究区表层土壤重金属等元素含量特征和富集程度进行研究,利用地累积指数和潜在生态风险评价指数对土壤重金属的生态风险进行评价,并采用相关性和主成分分析其来源。结果表明,研究区土壤重金属Cr、Zn、As、Cd、Pb、Hg以及放射性元素U显著高于云南省土壤背景值,且变异程度较高,空间分布不均;重金属Cr地质异常累积程度最高,As、Cd和Hg潜在生态风险等级高,生态风险主要集中在磷矿采区及螳螂川流域钢铁厂、化工厂周边。研究区土壤中Cr、Ni、Cu可能更多地来源于成土母质;Cd、Pb、Zn和As高含量区受人为活动的影响较为显著;Hg可能存在复合污染源。本研究结果将为识别安宁地区土壤重金属的来源及当地土地资源安全管护提供科学依据。

为了对应长期低油价形势,地震勘探采集成本不断降低,同时为了满足越来越严格的环保要求,节点采集设备凭借其低成本、低采集脚印等优势不断推广。节点仪器的设计制造入门门槛偏低。市场上部分产品出于设计或成本等方面的考虑,在一些细节方面的缺失或忽视会造成地震勘探采集作业现场应用的困难。本文结合多年地震勘探设备使用经验,以及当前市场常见节点特性分析,在信号采集、测试功能、电路设计、存储、电池、外形、配套系统、质量控制及配套设备几个方面节点设计需要注意的细节进行阐述。避免由于设计原因出现信号采集的失真、耦合、EMC等问题。节点设备的采集质量完全依靠每一个节点设备在本地的独立工作性能和工作稳定性。而这两方面完全依靠厂家对于地震勘探采集信号和采集作业的理解,进而产生的设计。设计必须考虑为满足新形势下油气勘探开发需要,油气勘探开发重心不断向深层—超深层、强复杂地表更复杂领域转移,当前地震勘探采集更多地关注深层,要求对于信号拾取高精度、高分辨率,因此也就更需要提高对于弱信号、宽频信号的采集能力。

快速高效地查明城市中引起地面塌陷的隐患,对于城市建设、灾害防护及保护人民财产具有重要意义。将城市浅层地面塌陷归纳为3类:溶蚀作用造成的空洞塌陷、无序抽排地下水造成的土洞塌陷以及人防工程老旧空洞塌陷,通过正演计算,研究分析了3类空洞地质模型的等值反磁通瞬变电磁响应规律,以及各模型分别在高阻和低阻覆盖层下的衰减曲线的变化特征;利用岩石的瞬变电磁响应变化率分析了各类空洞地质模型的电性特征。正演结果表明:溶蚀空洞模型和土洞模型与围岩相比呈低阻特性,人防空洞模型呈高阻特性;3种模型的瞬变电磁响应变化率表明等值反磁通技术对各类空洞隐患均具有较好的识别能力。将等值反磁通瞬变电磁法应用于昆明、郑州等地的3类空洞探测,结果证明该方法对城市浅部空洞探测是行之有效的。

通过先进的勘探设备与技术实现综采工作面的透明化,使煤层信息更加全面、准确,可为综采工作面的智能化生产奠定坚实的基础。直流电阻率法是矿井物探常用方法,其稳定性好、抗干扰能力强,对低阻体和高阻体都有灵敏的反映能力,因此直流电阻率法是实现工作面透明化的关键手段之一。为探究直流电阻率法在工作面透明化中的应用效果,对工作面探明含水构造、巷道迎头超前探测等问题,分别使用不同的工作方法对两种问题的响应特征进行三维正、反演。结果表明在对应的工作方法下得到的三维直流反演数据分布规律与初始模型基本一致,有良好的高、低阻体区分能力。对实际工程中直流电阻率法在工作面透明化中的应用有一定指导作用。

贵州镇远马坪“东方一号”岩体是我国首次发现的含金刚石原生矿母岩,马坪地区发现的岩体属于金伯利岩浆体系的浅部相,其深部可能存在规模较大的隐伏岩管或岩筒。为揭示马坪地区深部含金刚石隐伏岩管或岩筒的空间展布特征,在区内开展了80 m×40 m高密集网度的音频大地电磁勘探工作;利用三维正演技术模拟研究区纯地形响应并在实测数据中去除,得到的定性解释结果在一定程度上恢复了被静态效应扭曲的AMT阻抗相位不变量分布形态;使用AR-QN拟牛顿反演方法对数据进行三维反演,根据研究区岩性统计结果设定地下单元的电阻率变化区间,获得了可靠的三维电性结构;最后依据地表发现的岩筒、钻孔揭露的多条岩脉等地质资料对该地电模型进行精细解释,勾画出了隐伏岩管(岩筒)的形态,为区内下一步金刚石原生矿找矿方向及预测提供了地球物理依据。

塔里木盆地塔河南岸富满油田超深层奥陶系灰岩地层缝洞型油藏现如今是油田产能建设的核心靶区。研究区储层是受走滑断裂作用控制地层破裂形成的大量溶蚀孔洞,非均质性强。而常规波阻抗反演的低频模型是由层位、断裂和测井数据建立起来的,不能表征储层的断控非均质性。为此,提出以“断裂破碎带相”为约束的迭代反演方法来预测储层,其技术流程是先对原始地震数据进行解释性处理,得到能反映储层断裂破碎带特征的属性体,将其与常规波阻抗反演得到的优质储层空间轮廓数据和初始低频模型进行比例融合,生成新的非均质性低频模型,进而开展多轮次迭代反演。反演结果可真实地刻画非均质储层断裂破碎带特征,10口井的预测吻合率可达92.86%。应用表明,该方法改善了储层预测效果,提高了断控储层的预测精度,有效地支撑了研究区的工作。

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。

保定凹陷位于渤海湾盆地冀中坳陷西缘,其西侧以太行山山前断裂为界与太行山隆起相邻,查明凹陷内深部构造和精细地质结构,对油气勘探和深部热储调查评价有着重要的意义,同时对太行山山前断裂的发育特征的研究也有一定的帮助。反射地震勘探在深部地质结构探测中具有高精度、高分辨率的优势,因此,在保定凹陷构造单元及其外围开展了深反射地震测量,采用炸药震源激发、长排列多道接收、高覆盖次数的工作方法,获得了高品质的原始地震记录。通过静校正、叠前噪声压制、反褶积和偏移叠加等高精度成像数据处理方法技术,得到能清晰反映测区深部地质结构和构造特征的反射地震剖面。地震剖面清楚地查明了凹陷内断裂构造特征,以此划分了内部次级构造单元。根据地震剖面上识别的角度不整合面,划分了基底构造层、断陷期构造层和凹陷期构造层,并据此探讨了3个构造层的构造演化过程。

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。

页岩气水力压裂过程中,在远区开展人工源电磁场激励或在自身地电场的激励下,压裂液的注入、返排、滞留和吸收等过程将引起电场的改变,在压裂区上方通过监测微弱电场变化的方法可以反映压裂信息随时间的变化情况。为了满足压裂现场实时监测的需要,本文基于分布式微弱电场节点采集设备开展了监测技术初探。该监测系统仅采集水平正交的两路电场信号,监测一定范围内实时变化的电场信息,并将初步处理后的数据以无线的方式传回数据中心。测试结果表明,该监测系统工作性能稳定、待机时间10天以上、密封性能好、适用于复杂的野外环境,可为未来获取压裂液运移成像提供重要的技术支撑。

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。

人工源电磁法是深部资源探查的重要手段,其核心在于通过创新技术提升探测深度和精度。电磁法的探测模式由远场转向近场是电磁法的重要变革,研究近源电磁探测方法是近年来的国际前沿。基于最新发展的广域电磁法和多通道瞬变电磁法,作者团队提出短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)。该方法的特点在于收发距离小,短偏移情况下信号更强、带宽更宽,更有利于实现大深度和高精度的探测。本专栏收集了8篇关于短偏移距瞬变电磁探测方法、技术、软件和应用的文章,这些研究成果将有力支持更深层次的精细探测需求。

重力及其梯度异常正演计算效率决定了反演的可行性,也是高效构建足量、多样深度学习样本数据的基础。为了进一步提高重力及其梯度异常正演的计算速度,受航空电磁领域“Moving-footprint”快速正演技术的启发,本文在基于网格点几何格架函数空间域快速正演的基础上,提出了一种“Moving-footprint”大尺度模型分解的重力及其梯度异常正演计算方法。此方法在地下半空间内选择观测点正下方一定有效范围的子空间,该观测点异常近似为其对应子空间内长方体单元的异常和,而忽略子空间外长方体单元产生的异常;当观测点移动,其对应的子空间随之移动,从而可以将地下半空间长方体模型进行大尺度模型分解,为每一个计算点所对应的子空间进行正演计算。模型实验表明,在256×256×15个长方体模型的地下半空间内选取32×32×15的子空间进行计算,重力异常及部分梯度异常的相对平均误差小于10%,计算速度提高19倍;文中方法针对1 024×1 024×15个长方体模型计算时间约为32 min,相比已有算法中存在的超常规计算量的瓶颈问题具有显著的计算优势。

甘肃省玛曲县大水金矿是西秦岭地区的典型矿山之一,由于矿山的连年持续开采,导致在5号、9号高陡边坡下方形成一系列不同埋深的采空区,引起局部地面塌陷,存在较大安全隐患,根据环保及安全方面的要求,急需查明隐伏塌陷的空间展布特征,有效预防地质灾害的发生。本次研究采用等值反磁通瞬变电磁勘探技术,通过对勘察区典型断面图异常特征的精细解释,结合勘察区水文地质、基础地质等资料的综合分析,进而实现矿山隐伏塌陷的透明化、立体化。研究结果表明:利用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)进行地下采空区探测,能够较好地反映采空区隐伏地层的岩性电性特征,并且采空区与围岩的物性差异明显,可有效查明地下采空区的空间位置及基本形态特征。同时基于多勘探线物探剖面采空区边界特征点数据,结合计算机三维建模技术,可实现采空区空间形态三维可视化,透视采空区的立体特征。等值反磁通瞬变电磁法的实施效果及三维建模技术为矿山恢复治理及安全评价提供了技术依据,可以有效服务于数字矿山的建设。

针对浅层或矿井瞬变电磁法探测中发射系统电源电压有限使发射磁矩受限,而发射回线的寄生电感导致电流关断时间过长的问题,设计了瞬变电磁法超小线圈并联式发射回线,通过线圈的并联来增大发射磁矩,再通过外加电阻等方式减小关断时间。从理论上对常规发射线圈与并联式发射线圈建立了等效电路模型进行分析,并对并联式发射线圈与常规发射线圈进行了实验对比测试。结果表明:并联式发射线圈能有效增大发射磁矩,进而减小关断时间。本设计对减少浅层或矿井瞬变电磁法勘探盲区、加大勘探深度具有指导意义。

宽方位地震资料波场正演响应特征表明:地震纵波在地下地质体中传播时,反射系数在不同的方向具有明显的方位各向异性特征。利用方位各向异性进行裂缝预测已经成为国内外的研究热点之一。本文通过地震纵波随方位变化的正演响应特征分析,结合Bakulin等提出的含流体裂缝各向异性参数之间的相互关系,对Rüger公式进行了近似简化,推导了裂缝型储层含流体情况下,可以用于表征裂缝发育的各向异性参数γ与反射系数之间的表达式,提出了一种基于各向异性参数反演的裂缝预测方法。通过理论模型和实际资料应用证明了方法的有效性和适用性,为应用宽方位叠前地震资料进行裂缝预测提供了一种可行的方法技术。

泸州页岩气区块位于四川盆地内南部,经历多期构造演化,不仅发育非常复杂的断裂,垂向上还发育多套滑脱层,因此构造具有多期次、多走向、多层系等特征。针对研究区的构造解释难点,集成了一套地震多属性技术组合,即地震多属性优选和属性融合技术辅助断层解释、构造异常值属性识别微构造、地震属性沿层切片技术分析构造时空演化特征、多次叠加蚂蚁追踪属性技术预测裂缝发育。应用该技术组合,完成了区内复杂断层的精细解释,有效刻画了微构造发育特征,捋清了区内的构造期次和展布,提高了裂缝预测精度,描述了裂缝发育特征,为下一步的平台部署提供坚实的数据和基础。

去噪是大地电磁数据处理的重要一环。为了丰富和发展大地电磁时间序列去噪方法,将循环神经网络中的LSTM网络引入大地电磁时间序列方波噪声处理中,将实测无人文干扰的大地电磁时间序列叠加模拟方波噪声作为网络输入,将无噪原始时间序列作为网络的目标输出,训练了1 500次epoch后,网络从仿真含噪信号提取的时间序列与原始时间序列的归一化互相关系数高达0.971 8,说明网络很好地学习了无噪大地电磁时间序列的特征。通过实测含方波噪声信号的去噪试验,表明了本文方法可以有效压制方波噪声干扰,改善阻抗估计质量,为深度学习在大地电磁时间序列处理的应用提供了新思路。

南金山金矿是北山成矿带典型的浅成低温热液型矿床,该矿床沿NE向延伸至外围浅覆盖区,外围成矿潜力较大。为进一步实现外围浅覆盖区的找矿突破,选择开展机动浅钻地球化学测量试点工作。依据覆盖层性质及厚度,利用车载空气正循环+三翼合金刮刀钻进/气动潜孔锤钻进工艺对浅覆盖区开展机动浅钻化探取样126件,采样密度16.8个点/km²,进一步探讨了浅覆盖区浅钻化探方法技术,包括钻进工艺选择、采样网度、采样物质、样品采集等内容;对零星基岩区开展土壤测量,采集样品278件,采样密度48.77个点/km²;分析测试了Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Bi、Cr、Co、Ni等15种元素。通过上述工作,圈定化探综合异常7处,后经异常查证在基岩区新圈定金矿体6条、银矿体1条,浅覆盖区新发现隐伏金矿体2条、银矿体1条,取得了较好的找矿效果。本次研究表明浅钻地球化学测量在北山干旱荒漠戈壁景观浅覆盖区找矿是有效可行的。