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。

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)在野外数据采集中涉及诸多参数,它们的选择与实测数据的信号质量、探测灵敏度等密切相关。本文依据中国地球物理学会团体标准《电性源短偏移距瞬变电磁法勘探技术规程》(T/CGS 002—2021)中的相关规定,并结合一些数值模拟和实际案例,对发射源长度、发射基频、偏移距、装置类型、观测分量等关键参数的选取依据进行了分析与阐述,获得的相关认识对指导SOTEM野外施工、发挥SOTEM探测性能具有重要意义。

滁河断裂带上发育了多个与构造活动有关的温泉,除南端的半汤温泉外,其余温泉大多热能利用不甚理想,给当地相关产业的发展带来了影响,因此有必要选取滁河断裂带上的典型温泉,从水化学特征及其形成机理上进行研究,以期为后续温泉群地热资源的合理利用及勘查方法的选择提供科学依据。据此,以滁河断裂带半汤、昭关和香泉的温泉为研究对象,分别采集了温泉水、冷井水、地表水样品,总计9个样品,完成了样品中阴阳离子、常量和微量元素25个指标的组分测试,开展了样品的氢氧同位素数值测定。通过25个指标实测数据的分析,以及氢氧同位素示踪地热水来源及受控因素研究,结果表明:3个地区的温泉水都偏向于CaSO₄型,均与地下水和围岩发生相互作用密切相关;半汤和昭关地区各自的温泉水、冷井水及地表水具有同源特征,地热水主要由当地降水、地表水进行直接补给,香泉地区温泉水、地表水和冷井水同源特征较弱,地下冷水径流与地热水来源不同,需要在温泉主控因素判断中引起注意;研究区玉髓温标的计算结果与采出地表热水温度接近,而石英温标的计算结果与深部的热储温度相近。研究结果初步揭示了滁河断裂带温泉水的地球化学特征,温泉水的补给关系及水岩相互作用状况,提出了该区有效的地球化学温标,有助于加深滁河断裂带温泉机理及调控因素的认识,在后续温泉功能提升和地热资源开发利用方面具有实际应用价值和研究方法示范。

土壤有机质(SOM)时空变化对评估区域土壤质量和土壤固碳潜力具有重要意义。基于1980年黑龙江省第二次土壤普查和2020年黑龙江省土地质量地球化学调查两期土壤数据,运用GIS空间分析方法,对黑龙江省两大平原(松嫩平原和三江平原)近40年表层(0~20 cm)SOM含量时空变化特征进行分析,总结了不同土壤类型、各市县SOM流失分布规律。结果表明:近40年来两大平原表层SOM含量平均值下降5.68×10^-3,总体呈下降的趋势,SOM下降的地区主要分布在松嫩平原齐齐哈尔、大庆、绥化西部和三江平原鹤岗、佳木斯西部等地区,以嫩江流域沿岸齐齐哈尔—肇源一带下降幅度最大;沼泽土SOM流失率最高,为-44.68%,草甸土SOM流失贡献率为44.14%,是两大平原SOM流失贡献最多的土壤类型,望奎县、肇源县和大庆市SOM流失面积占比超过72.11%。本研究明晰了40年尺度下两大平原SOM时空变化特征,为区域黑土退化防治重点提供了理论依据。

地学领域一切问题研究的本体是源自壳—幔作用的对全球资源与环境产生深刻影响的物质世界。成矿地球化学理论认为,成矿物质是成矿系统影响成矿过程的内在因素,以成矿物质为主体研究成矿物质与成矿作用问题是成矿地球化学理论的基本含义,也是成矿规律与成矿理论研究的核心问题。成矿物质在成矿系统成矿作用过程形成相应规模的成矿系列。本文概略地提出成矿地球化学研究的若干科学问题,其中全球成矿系统主要研究成矿物质在全球成矿作用中成矿域、成矿省及成矿区带系列的成矿过程与成矿关系问题,区域成矿系统主要研究区域成矿作用中矿田系列成矿过程与成矿关系问题,矿田成矿系统主要研究矿田成矿作用中矿床系列成矿过程与成矿关系问题,矿床成矿系统主要研究矿床成矿作用中矿体系列成矿过程与成矿关系问题,以及研究这些问题的基本思路,包括全球各级次成矿系统与成矿系列在成矿过程中成矿物质的成因来源、迁移演化、分异富集及分带关系问题,总结成矿规律,探寻成矿机理,指导资源勘查预测。成矿地球化学以现代信息化、模式化与智能化应用研究为支撑,运用地球系统科学思想研究成矿系统与成矿系列问题,构建成矿地球化学研究的理论框架,为矿产资源勘查、评价与开发技术方法提供理论基础。

容城凸起是华北地区地热资源富集区域之一,探测容城凸起基岩面的精细结构、埋深和断裂,对理解该区地热资源的分布和富集以及地热资源的勘查与开发具有重要意义。本文基于中国地质科学院2018年在容城凸起采集的SN向反射地震剖面数据,通过对反射数据精细处理,获得容城凸起4 km以浅的高精度几何结构,经地热孔资料标定后开展解释。主要获得以下4点认识:容城凸起基岩面以上新生代沉积地层呈近水平层状分布,这些近水平地层对容城地热田起到保温盖层作用;容城凸起基岩面埋深在700~3 000 m之间,其凸起中心部位变化相对平缓,向周边迅速加深到3 000 m左右;牛南断裂和容东断裂在深部延伸交汇,与其他中、小型断裂组成的断裂系统为水和热的传导提供了通道和空间;基岩面凸起的几何结构有利于热流在凸起下方汇聚。

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。

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。

玛湖凹陷二叠系风城组复杂岩性组合横波预测技术攻关是准确落实该区油气富集区的重点,也是难点,不同岩性分类型岩石物理建模技术攻关是核心。针对岩性类型多样、岩石矿物组分复杂的关键问题,开展不同岩性分类型岩石物理建模技术攻关。形成了基于复杂岩性“分层段、分岩性、分模型”的三分法横波速度预测技术和基于复杂岩石矿物组分“舍轻就重,同类合并”为原则的碱湖型云化致密储层干岩石骨架建立技术,并对比优选了自洽模型(self-consistent)开展了云化砂岩段储层的岩石物理建模横波计算。该技术的探索应用,在玛湖凹陷风城组复杂岩性组合横波预测及甜点储层预测中取得了较好的效果,为该区井位部署和储量落实提供了依据,为类似地区油气勘探积累了宝贵的经验。

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。

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。

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。

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。

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。

以往针对页岩储层的岩石物理建模常忽略孔隙类型与软矿物纵横比对弹性模量的影响。本文同时考虑孔隙类型、孔隙形状与软矿物纵横比,建立横向各向同性页岩岩石物理模型:将固体矿物分为硬矿物与软矿物两类,考虑软矿物的各向异性特征与形状变化;基于储层实际情况将孔隙分为粒内孔、有机孔与粒间孔三类,孔隙形状分为硬孔隙与软孔隙两种;最后,利用粒子群法反演输入参数,进一步计算纵横波速度、各向异性参数与岩石力学参数。结合实际资料应用,用已知测井横波速度与各向同性岩石力学计算结果进行对比,结果表明该模型的应用效果较好。

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。

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。

在煤矿生产中,准确判断煤层顶底板位置、识别对采掘安全存在威胁的地质构造是保障煤矿安全生产的重要举措。为此,提出一种针对煤层顶底板探测的方法技术,包括基于工作面的煤矿井下钻孔雷达探测方法和数据处理流程,并将其应用于实际工作。首先,对采集自新元煤矿某工作面钻孔内的实测钻孔雷达数据进行零时刻校正、直流消除、带通滤波、去直达波、增益等处理,实现了雷达剖面的去噪和增强;然后,通过速度拾取、反射面提取、绕射叠加偏移和时深转换、翻转拼接和钻孔轨迹校正等一系列处理解释,实现了对煤矿井下煤层顶底板位置的拾取和显示。该技术的提出为煤矿安全运营提供了一种有效手段,具有推广价值。

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。

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。

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。

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。

本文论述了土壤定义、土壤中同生组分和后生组分,重点论述了后生异常, 特别是上置后生异常。 提出深穿透化探技术设计原理是提取土壤中来自深部与矿化有关的后生组分,而尽可能不破坏或少破坏土壤基体(同生组分)。 用实例说明同生异常和后生异常特征, 为什么常规化探(全量) 难以在运积物覆盖区隐伏矿勘查中发挥作用的原因。从提取土壤后生异常角度,分析了各种深穿透技术历史、 现状和存在问题 。

在地球物理领域,时频分析方法在资料处理过程中占据着愈发重要的位置;运用分频属性检测断层、裂缝等应用广泛;因此,寻求更高精度的时频分析方法一直是地震信号处理领域所追求的目标。改进短时傅立叶变换方法由于窗函数的限制导致时频分析结果准确度不理想,为了更大限度地提升时频分辨率,对改进短时傅立叶变换后的时频谱进行挤压,发展了同步挤压改进短时傅立叶变换;根据合成信号结果可知,同步挤压改进短时傅立叶变换其时频汇聚程度更加明显,在刻画信号的时频特征上更有优势。理论表明,地震数据高频成分可以对微小的次生裂缝进行精确的雕刻,而蚂蚁追踪技术是检测裂缝、断层信息的有效手段。因此,本文基于高分辨的时频分析方法,并结合蚂蚁追踪技术对三维数据体进行裂缝预测,结果表明:该方法可以更好地勾勒出微小裂缝以及伴生褶皱,识别精度与传统蚂蚁追踪算法相比有了明显的提高,同时也证实了该方法在实际应用中可行且有效。

近年来在黑龙江三江平原局部地区发现有珍贵的富硒土地,但对三江平原土壤硒的分布以及土壤硒含量的控制因素研究较少。三江平原西部地区土地质量地球化学调查发现,该区表层土壤主要以足硒为主,未见硒中毒土壤,富硒土壤主要分布于完达山山前至沿挠力河之间的冲湖积低平原地区,少量分布于萝北县城北部的湖成剥蚀台地,硒不足或硒潜在不足地区主要沿松花江河流以及萝北地区黑龙江古河道展布。根据相关性分析、因子分析、聚类分析结果,并结合硒元素地球化学空间分布,认为三江平原表层土壤硒含量主要受表层土壤中有机质以及土壤质地中黏土的吸附作用影响,铁、锰等氧化物以及土壤pH对硒富集具有一定影响,但作用较小。土壤环境质量综合评价显示三江平原地区多为无风险区,是一块珍贵的清洁土地资源,当地可依托富硒土地发展绿色富硒农业。

在井巷工程中探明前方或周边涌水是十分必要的。以云南彝良毛坪矿区为例,利用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)和音频大地电磁法(AMT),探测了帷幕注浆工程轴线以下700 m范围内的含水断裂带的发育情况,意图为帷幕注浆治水工程提供指导意见。通过物探综合分析,探明具有富水性的异常7个。本项研究结果表明,OCTEM法能够识别出较小的含水节理或裂隙,AMT法对大深度含水破碎带较为敏感,两者结合对不良含水地质体探测效果明显。由此可见,综合物探在帷幕注浆治水中应用效果较好,有效查明了含水通道的深部延伸,为帷幕注浆治水提供了目标靶区。

钻井揭示渤海油田渤中A构造太古宙潜山拥有巨大的天然气勘探潜力,而目标区太古宙变质岩潜山裂缝储层面临埋深大、非均质性强、横向变化快等问题,制约了该区勘探评价的顺利实施。本次研究从潜山裂缝储层的成因机理出发,分别对风化裂缝带和内幕裂缝带储层特征进行综合分析,开展了针对性的潜山裂缝储层预测技术研究。对于风化带裂缝储层,创新采用基于双参数叠前裂缝储层孔隙度预测技术,通过三维弹性参数交会分析开展裂缝储层孔隙度预测,精细描述了风化带裂缝储层发育情况。针对潜山内幕裂缝储层,在F-K域相干增强技术改善潜山内幕有效反射成像的基础上,采用基于聚类分析的边缘增强裂缝检测技术,对潜山内幕裂缝发育规律进行了综合表征。针对性裂缝储层预测技术的综合应用,有力助推了渤中A构造勘探评价,也为目标区下一步勘探评价提供了重要依据。

针对双江701和凤庆901铀矿点,对临沧地区富铀花岗岩体进行岩相学、地球化学和U-Pb定年研究,旨在探讨岩石成因类型、成岩构造背景与铀成矿的关系。结果表明:临沧富铀花岗岩体具有高硅(最高达90.11%,平均含量71.6%)、富碱、高钾、高钙特征,属于强过铝质、高钾钙碱性系列岩石。U-Pb锆石定年结论为214±12 Ma,表明临沧富铀花岗岩体形成于印支晚期。稀土元素呈微右倾“V”字形,轻、重稀土分馏明显(w(LREE)/w(HREE)平均为7.26),Eu负异常明显(δEu=0.28~0.49),相对富集Rb、U、Th,相对亏损Ba、Nb、Sr、Ti和Eu。综合分析认为,临沧富铀花岗岩属于分异明显的S型花岗岩,源于上地壳物质熔融,形成于碰撞后期造山环境之中,属于S澜沧江碰撞带有关的同碰撞花岗岩,其高含量的铀为铀成矿过程提供了部分铀源,铀元素经过淋滤作用被搬运到断层破碎带附近富集形成花岗岩型铀矿。

密度界面反演方法在油气勘探、推断区域构造、获取地壳结晶基底面、莫霍面起伏形态等方面具有重要意义。现有的密度界面反演方法大多基于笛卡尔坐标系统,当涉及到大区域乃至全球尺度的密度界面反演时,地球曲率的影响将不可忽视,需考虑基于球坐标系Tesseroid模型的密度界面反演方法。然而,受计算精度和效率制约,已有的基于Tesseroid模型的密度界面反演方法并不能很好地适用于地表重力观测数据的反演计算。笔者基于前人研究,给出了一种适用于地表观测数据的球坐标系密度界面反演方法。该方法首先将常规的球坐标系高斯—勒让德重力积分公式进行简化,提高了重力正演计算效率。随后,引入并改进了前人的自适应剖分方案,提高了重力正演计算精度。在此基础上,采用Cordell迭代优化算法,得到了适用于地表观测数据的球坐标系密度界面反演方法。通过模型数据试验,对本文球坐标系密度界面反演方法进行了验证。结果表明,笔者对高斯—勒让德积分公式加以改进和引入改进的自适应剖分方案后,很好地克服了计算精度和效率对地表观测重力计算的掣肘,并且,基于球坐标系的密度界面反演结果优于基于笛卡尔坐标系的密度界面反演结果。在华南大陆实际数据试验中,利用文中方法得到的华南大陆的莫霍面深度与前人得到的莫霍面深度具有较高的吻合度,莫霍面自西向东逐渐抬升,西部抬升剧烈,东部抬升平缓,沿武陵山—贵桂交界一带呈现明显的NNE向莫霍面梯级带,验证了文中方法的科学有效性。

矿产资源是国民经济发展的命脉,电磁法是寻找矿产资源的最有效方法之一,随着浅部资源的日渐枯竭,大深度高精度的电磁勘探是世界各国共同面临的技术难题,也是勘探地球物理学的研究热点。针对原有的人工源频率域电磁法深度浅、精度低等问题,从理论、方法、技术到应用,开展了系统研究,发明了广域电磁法。为频率域电磁法由粗放到精细的发展,跨越了一大步。由此形成了“大深度高精度广域电磁勘探技术与装备”成果,2018年荣获国家技术发明一等奖。广域电磁法为油气勘探、深部找矿、煤矿水害探测、地质灾害防治、压裂监测、城市物探等提供了全新的技术手段, 有力地支撑了面向国家重大需求的“深地探测”战略。本专栏收集的论文,主要分布在固体矿产、页岩气和地热探测,压裂监测与航空物探应用等技术研究领域。本文重点围绕这些论文,对广域电磁法理论及应用研究进展加以讨论。

武陵山区具备巨大的页岩气资源潜力,但该区地质构造复杂,地形起伏剧烈,大面积碳酸盐岩出露,油气勘探不适于使用以地震勘探为主的传统物探方法。 本次采用广域电磁法在黔北桐梓地区开展页岩气勘探,克服了地形、碳酸盐岩和构造复杂的影响,查明了桐梓地区从EN—WS呈“凹隆相间”的构造格局,落实了目的层五峰—龙马溪组的空间展布特征,圈定出4处页岩气勘探有利区,有望助力实现武陵山区页岩气勘探开发由点到面的突破。

非震地球物理勘探方法是目前地热勘查的有效手段。本文以山东齐河荣盛温泉小镇为例,针对该区断裂较为发育,地层横向变化大,地质条件复杂的难点问题,综合考虑地层电性和地层速度差异特征,采取“两步走”方式进行地热勘查。第一步利用电磁方法查明研究区断裂构造位置和热储埋深,初步圈定有利的富水区域;第二步通过地微动方法验证断裂和地层的展布特征,缩小目标靶区,为地热井布设提供充实的依据。经钻井表明,多种非震方法相结合具有较好的应用效果,为今后复杂地质条件的地热勘探提供了有利的参考价值和重要的借鉴意义。

以重庆市典型农业区——南川区为研究区,系统采集了表层土壤样品,测定了Se元素含量,分析讨论了土壤Se地球化学特征及其影响因素。研究结果表明,南川区土壤Se含量变化范围为(0.056~10.80)×10^-6,平均值为0.46 ×10 ^-6,高于全国土壤硒的平均值,其中富硒土壤面积占42.31%。南川区土壤Se含量在空间上呈现出“南高北低”的特点,土壤高Se区主要集中分布在南部的水江镇、南平镇、南川城区及金佛山地区,南川区城镇地区和工矿区土壤Se含量最高,农田用地土壤Se含量最低。南川区高 Se 土壤主要分布在二叠系、三叠系(飞仙关组合嘉陵江组)、志留系、奥陶系和寒武系地层,土壤Se含量主要受成土母质控制,与土壤有机质呈显著的正相关关系,总体上呈现出随海拔的增加而增加的趋势,但与土壤pH关系不显著。

为检验我国自主研发的SAG-2M型海洋重力仪的技术性能,验证其获取重力数据的可靠性,选用德国KSS31M型海洋重力仪开展同船比测工作。按照海洋地质调查规范分别处理了2台重力仪的原始重力数据,对2台重力仪得到的自由空间重力异常数据的交点差、测线及网格数据进行了对比分析及相关性分析。数据对比分析结果表明,两种型号重力仪测量精度相当,数据异常形态及变化趋势一致,幅值基本吻合,两者数据高度线性相关。通过此次同船比测工作,认为我国自主研发的SAG-2M型海洋重力仪平台稳定,测量精度与德国KSS31M型海洋重力仪相当,该比测结果对今后SAG-2M型海洋重力仪的研发及测量工作具有重要参考价值。

针对丘陵区地形地貌变化显著、地质背景变化大且对地球化学元素含量影响明显的特点,提出了以地质背景分析为基础,以耕地、园地、缓坡地土壤地球化学测量为重点的丘陵区土地质量地球化学调查工作思路。根据赣州地区地质地理特征,具体细化了盆地、谷地、山地的样品布设要求、以地质背景为主要依据的图斑赋值方法、生态地质综合调查与土壤地球化学调查相结合的途径、以无公害富硒集中连片区划定与土地质量建档为核心的成果对接方法等。

国际地磁参考场(IGRF)是一种描述地球主磁场的国际通用模型。目前利用该模型能够计算任意点位的地磁七要素,但随着航空全张量磁测技术的发展,对地球主磁场的全张量磁梯度数据有着迫切的需求。笔者梳理了IGRF模型的计算原理并进一步推导出球谐展开的全张量磁梯度表达式,实现了任意给定点位地磁场七要素和全张量的计算,并用地磁七要素与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)网站计算数据进行对照,结果准确可靠。绘制了某地区地磁场的全张量磁梯度等值线图,结果满足Laplace方程,为航空全张量磁梯度测量中选择学习飞行工区和飞行高度提供了理论依据。

地震层析成像作为一种有效还原地下介质速度模型的方法,为全波形反演提供了可靠的初始速度模型,从原始的射线层析到相移旅行时层析和瞬时旅行时层析,实现了地震波传播的有限频特性;从声波方程到弹性波方程,从各向同性介质到VTI,TTI介质,实现了对真实地下介质情况的模拟。减缓层析反演的病态性也一直是研究热点,常用的方法有正则化,用高斯束层析的敏感核代替传统的射线层析敏感核等。此外,为了避免使成像结果的精度依赖于共成像道集上反射位的真实深度,角度域双差分反射层析可以稳定有效地收敛到精确的偏移速度模型。如今,层析成像逐步向各向异性介质过渡,使用的数据从VSP到WVSP,从单一波形到多种波形联合反演发展,然而,分辨率和计算效率的相关问题仍然需要得到关注。

本文将深度学习与重力异常体识别结合,基于近年来在图像识别邻域取得优异效果的卷积神经网络,将重力观测等值线图看作待识别的二维图像,将地下重力异常体的空间参数看作识别输出,从而形成适用于异常体识别的卷积神经网络模型。在训练中,随机生成大量不同参数的三维异常体模型,正演得到其重力观测二维数据,用异常体模型参数标签和重力数据训练卷积神经网络。在模型算例中测试训练好的网络模型,其识别准确性良好。同时,相比于传统神经网络从二维重力测线中识别异常体的埋深,卷积神经网络可从二维的重力数据识别三维异常体的埋深和大小信息。最后,将网络应用于澳大利亚Kauring地区重力观测数据,异常体识别结果与前人研究结果相符。说明卷积神经网络具泛化能力,可用于识别实测重力异常体,结果可靠。

由于重力梯度张量是重力位的二阶导数,与传统的重力测量相比,重力梯度张量具有更高的分辨率,并且重力梯度张量具有5个相互独立的分量,包含了更多的地下空间信息和密度信息,因此将重力梯度张量数据应用到反演中可以得到较好的反演结果。非结构化网格具有很强的几何适应性,能够较好地拟合复杂异常体的边界,通过非结构化网格对反演目标区域进行离散,可以降低剖分误差,从而提高计算精度。为了降低反演过程中的多解性问题,将地球物理反问题的广义正则化目标函数应用于基于非结构化网格的三维重力梯度张量反演中,推导了相关公式,实现了各分量的独立反演,并阐述了深度加权函数在反演过程中的作用。为了充分利用重力梯度张量各分量所携带的密度、空间信息,将5个独立的分量进行了联合反演,反演结果表明,基于非结构化网格的三维重力梯度张量反演能够较好地反映地下异常源的物性分布和赋存位置。通过与长方体网格反演结果对比,本反演方法突出了非结构化网格反演的优越性;最后,通过较复杂组合模型的计算证实了方法的实用性。

以柳江中下游流域沉积物为研究对象,采集91件水系沉积物样品,计算并分析As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等元素地球化学参数特征,对当前污染现状及潜在风险进行预测评价,并解析重金属元素来源。结果显示:柳江流域重金属元素含量分布表现出较强的地域特征;柳江流域污染等级以轻度及偏中度为主,潜在生态风险等级为中低等级,主要影响因子为Cd;As、Cr、Cu、Hg、Ni来源以自然源为主,Cd、Pb以人为源为主,其中Cd自然源贡献率高值区主要分布于龙江流域,工矿业源贡献率高值区主要分布于金城江周边以及柳江柳州市区段。