天然气水合物是一种潜在的新能源,广泛分布在大陆架边缘的深海沉积物和陆域多年冻土区。地球化学勘查技术作为天然气水合物勘探的重要手段之一,愈来愈受到极大的关注。笔者综合国内外研究现状,分别介绍海域和永久冻土带天然气水合物勘查中应用的主要地球化学方法,并详述各种方法的机理和研究进展。

根据中国东部及邻近海域总磁异常计算的三维解析信号振幅值比总磁异常,能精确地刻画磁源体的位置、深度和边界。结果显示在中国东部地区不同构造块体内的岩浆岩深度差异很大,华北块体的磁异常解析信号振幅值较高、尺度大,磁源体埋深达10 km左右或更深,反映了这个古老克拉通块体的中—下地壳内部较为强烈的岩浆活动过程与活化。受构造抬升和岩浆上涌影响,苏鲁—大别造山带的岩浆岩体埋深则相对较浅,多小于5 km。中、下扬子块体的岩浆岩体的埋深也普遍较大,但是岩浆活动微弱,解析信号振幅值很低。受晚中生代古太平洋俯冲的影响,华南块体及其东北海域分布比较孤立的岩浆岩体,其深度大都小于5 km。在东海,受新生代张裂作用的影响,岩浆岩体的深度与基底隆起或沉降呈明显对应关系。琉球群岛对应平静的磁异常并显示较深的岩浆岩体分布,表明琉球群岛不是菲律宾海板块俯冲形成的火山弧而可能是由俯冲增生楔物质和部分从欧亚大陆分离出来的块体构成,其西侧的岩浆岩带才是真正的火山弧。

在四川康定雅拉河拟选择建设水利工程的区域,联袂应用地气、射气与壤中α三种物化探方法,开展了探测隐伏断裂的工作。采用剖面控制方式,大致按线距2 km,点距20 m,完成沿雅拉河12 km长区域的探测工作。射气、土壤α强度、稀土、重金属等12种参数的探测结果表明,沿雅拉河流域确实有隐伏断裂存在,而且由至少两条分支断裂组成,断裂宽度在40~120 m左右。

由于化探异常受矿床与异常之间地质背景、微地球化学景观差异等随机过程的影响,矿床往往在形式上产于化探异常之外。然而矿床与异常在空间位置上的伴随性,又说明矿床与异常有关。重正化变换及基于矿床原生晕宽度的关联长度计算结果表明,如果异常点概率为0.05,1∶20万和1∶5万异常的重正化边界,应该是在已圈定异常的基础上,分别向外扩延5 km和0.13 km。尽管不同元素的异常或同种元素不同层次的异常与矿床之间的关系不尽相同,重正化边界与异常的关系显示,从已圈定的异常至重正化边界之间可能存在未探测到的异常,在进行成矿预测和布置查证工作时不应将其忽略,这样可以进一步提高地球化学异常的找矿效果。依据代家庄铅锌矿的各层次异常点频率计算的关联长度显示,当异常点的频率小于10%时,对关联长度起决定作用的是工作比例尺。

在甘肃北山干旱荒漠戈壁残山景观区选择试验区,开展1∶5万水系沉积物测量和土壤测量工作。对比结果认为,两种方法均可在该类景观区圈定出明显、完整的矿致异常。在残山和剥蚀戈壁相间分布区,土壤测量较水系沉积物测量覆盖面积大,异常强度高,效果好,缺点是较水系沉积物测量的工作量大。实际工作时,可根据工区水系发育情况合理采用两种方法。

通过对石碌铁矿区重磁异常特征的分析,总结了该矿区重磁异常特征与矿体之关系。探索重磁方法在该矿区找矿的有效性,建立其找矿模型,指导该矿区深部及外围的地质找矿工作。从而扩大矿区远景规模,增加矿区资源储量,为目前正在开展的全国矿产资源潜力评价项目提供资料,具有一定的实际意义。

笔者针对综合物探方法在嘉兴地区地热资源勘查中的应用,结合地热2号井的钻探验证情况,分析了物探方法的有效性,认为嘉善惠民地区有望形成地热田。嘉兴地热2号井打出热水,对杭嘉湖平原地热资源勘查及开发具有重要的指导意义。

在利用电阻率参数进行地热田勘查时,将电阻率参数转换为温度参数后形成的温度断面图能够更直观地显示地下温度场的分布情况;当勘查剖面有已知地热钻孔时,能够利用已知钻孔温度预测地下温度场的温度分布,这对判定热储构造分布、确定钻孔位置十分有利。温度计算时,地层电阻率初值的计算和勘查方法有关,选择正确的电阻率初值计算方法对温度计算结果至关重要。笔者对电阻率计算温度方法、地层电阻率初值计算方法进行了探讨,这对地热田勘查解释具有重要意义。

基岩山区地下水类型以构造裂隙水为主,而山区构造裂隙发育具有各向异性以及容易受地形影响的特点。为此,研究了大地电磁测深法TM、TE两种观测模式的响应特征,认为通过这两种观测模式的对比应用,可以清晰地了解地层的各向异性,且TE观测模式在识别构造空间分布特征方面更具有突出的优势。在太行山区的实际应用验证了该技术的有效性,为山区构造裂隙水的勘查提供了新的技术支撑。

以时间域中梯装置激发极化、偶极—偶极装置相位激电测深和可控源音频大地电磁测深在内蒙古乌尼克吐铅锌矿试验结果为例,验证综合电法在寻找矽卡岩型铅锌矿床中的作用及找矿效果。试验结果表明,在激发极化普查测量中应注意供电电极与异常体之间相互关系,否则会产生虚假异常;在勘查区岩矿石电性条件较好的情况下,激发极化面积测量基本能够反映出异常源平面分布情况。在矿(体)与围岩之间的电阻率差异不明显的条件下,较相位激电测深,可控源音频大地电磁测深基本能够推断出矿体的空间赋存位置。所以,时间域中梯装置激发极化与可控源音频大地电磁测深的电法组合在有色金属矿产勘查中可以发挥更大作用。

荧光光谱法是多环芳烃分析常用的方法,可以判定油气运移及地下原油属性。新疆位于我国西部,冬天积雪覆盖,根据它的地理气候环境,结合荧光光谱法的检测限低,灵敏度高等特点,在新疆某已知油区的一条剖面上,对积雪及其下方土壤进行荧光光谱法分析,主要从二维荧光光谱、固定波长同步荧光光谱、三维荧光光谱的分析结果进行对比,发现积雪对稠环芳烃存在较好的吸附作用,对地下油气藏也有较好的异常指示。

以黔北煤田习水县双龙井田物探测井的应用为例,利用已知煤层或目的层,采用地质界线特征法、地质标志层特征法、煤层序列解释特征法、煤层层间距比较特征法等,对单条或多条物性参数曲线所表现的测井异常特征进行对比分析,总结煤层判定及煤层沉积序列编号的常用解释方法及经验,从而确定煤炭资源储量。

阐述了井间地震层析成像的正反演技术——基于最短路径法的射线追踪正演技术和基于LSQR算法的反演技术的原理,并且通过数值模型对正反演算法进行了较细致的研究,重建了地下构造原像,效果较好。结合工程应用实例,进一步表明井间地震层析成像技术能够更清晰、更客观地反映出地下构造情况,为地质结构研究和后期施工提供更详实的资料。最后,对层析成像的分辨率进行了探讨,指出了层析成像质量的影响因素。

以苏里格气田盒8段为研究对象,在细分层和精细沉积学研究基础上,通过对关键井详细研究,以流动层段指标为储层流动单元划分标准,将目的层分为3类流动单元。通过相关性分析结合专家经验,从诸多电性、物性、岩性等参数中优选出表征流动单元的10个特征变量作为预测模型的输入,应用基于神经网络算法的聚类分析方法建立储层流动单元非线性识别模型。通过对其他关键井的回判预测表明,建立的流动单元预测模型可以更全面地考虑各类地质因素与流动单元之间的结构性复杂映射关系,气井产能与流动单元具有较高的对应关系,为气田精细描述与开发井网的优化部署提供可靠基础。

黄土塬已知煤层采空区的弹性波多波波场研究表明,反射波、散射波、天然源面波和人工源面波等各种弹性波波场显示出表征性特点。借助于这种波场特征,对于煤层采空区的地震勘探具有一定的指向意义。

影响水深测量精度的因素较多,水深测量误差主要有仪器误差、声速误差、潮位观测误差、船速误差和船只因素,较全面进行了测量误差原因分析,针对作业过程,提出采取提高测量精度措施,并通过应用实例说明应用注意事项。

针对地形对电磁测量结果的影响,设计了一组带地形模型,采用有限差分法对其进行了正演模拟计算。对模拟结果进行了分析,总结了地形对电磁测量视电阻率的影响规律,即TM模式比TE模式易受地形影响,山顶比山谷易受地形影响。在此基础上,分析了常用地形校正方法的优缺点;理论模型和实测资料反演结果表明带地形的二维联合反演可有效消除地形影响。

地球磁场强度存在沿纬度方向和高度方向上的变化,在开展高精度磁测工作时,必须进行高度改正和正常场改正。目前普遍使用的改正方法是根据高斯球谐表达式的13级近似式、十级近似式以及一级近似式进行改正的。经计算发现,与高斯球谐表达式的13级近似式相比,当测点与基点的南北方向距离为30 km时,使用十级近似式计算的正常场改正误差为-0.21 nT;使用一级近似式计算的正常场改正的误差随测点与基点的南北方向距离增大而增大,当测点与基点的南北方向的距离大于4 km时,正常场改正误差大于1 nT;使用一级近似式计算的高度改正的误差随测点与基点高度差增大而增大,当测点与基点高度差大于300 m时,误差大于1 nT。

地震资料的相对保幅性处理是进行岩性油气藏勘探的基础,目前关于相对保幅性处理业界没有统一的认识,缺乏对关键处理技术的系统分析。笔者根据多年的实际地震资料处理经验,重点分析了相对保幅处理的难点,提出相对保幅处理的几项判断标准,并以此标准对振幅处理、噪声压制和提高分辨率等处理技术的保幅性进行了分析,这对相对保幅处理具有一定的借鉴意义。

基于地电化学方法的发展状况及存在问题,分析了地电化学方法的技术改进思想及思路,研制了使用固体材料作为载体物质的"固体载体型元素提取器"。该装置具有轻便、实用、可操作性强、工作效率高等特点,已初步具备规模化应用推广条件。

介绍了一种新型基于无线传感网络的多点辐射监测系统的实现。阐述了采用G-M 管作为辐射探测器,以time-to-count技术作为测量方法,基于无线传感网络完成多点辐射强度检测的软、硬件实现技术要点。无线传感网络是由大量传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络,能够对监测区域内的信息进行实时协作的监测、采集、处理和传输。为提高数据传输的可靠性,系统采用监测节点、汇聚节点和中心控制节点的多维异构网络结构。

在兰州—白银地区,由于各种复杂的地质作用及人类活动综合影响,农作物所需营养元素及有毒、有害组分在区内表层土壤中的分布明显不均衡。以土壤地球化学测量中元素含量分布为主要依据,在分析兰州—白银地区土壤污染现状、农作物所需有益元素丰缺现状的基础上,对区内农业土壤环境质量进行了评价,Cr、Ni等重金属元素生态风险及富集污染强度、空间离散强度相对较弱,而Cd、Hg、Pb、Zn、Cu、As都极为离散。按环境的优劣划分了农业生态优质区(Ⅰ类)、一般区(Ⅱ类)、不良区(Ⅲ类)三个等级,并提出了土壤培肥原则和修复措施。

详细研究了冀中南平原土壤氟的地球化学特征,并探讨其控制因素。冀中南平原整体氟含量较高,且分布不均匀,具有明显分带性,分别出现4个高氟带和4个低氟带。氟在该区的分布明显受自然地理、地质因素和人为因素控制,且以自然地理、地质因素为主。在自然地理、地质因素中地貌起主导作用,而在人为因素中化肥为主导因素。

针对青东5地区滩浅海过渡带的地表特征,在对原始资料进行详细分析和研究的基础上,采用二次定位、互相关、模型法振幅调节和叠前时间偏移等关键技术,对拖缆漂移、不同震源及检波器差异和过渡带振幅能量异常现象进行了相应的研究和针对性的处理,这些技术的应用有效消除了滩浅海资料在振幅、频率及相位等方面的不一致性,最终取得了较好的成像效果,为该区域油气勘探开发提供了有利的支持。

定量交会技术在油气勘探中应用广泛,在储层流体识别中也起到了非常重要的作用。笔者介绍了多参数优选的方法, 经计算得到敏感性较高的参数,在此基础上进行流体属性敏感性分析,避免多参数选择的多解性和不确定性。以Castagna和Smith发布的在全球范围测量的25个数据集为模型,用优选的参数进行三维交会分析,对储层的识别效果很好。

航空电磁勘探中,高度计显示的发射线圈高度数据往往是不准确的,这可能会影响反演结果,出现假异常现象。针对这一情况,提出了一种高度计数据不准确条件下的航空瞬变电磁资料一维反演方法,在重构地电参数的同时也对发射线圈高度值进行校正。由于航空电磁反演问题是典型的病态问题,使用正则化反演方法,正则化因子由数据目标函数与模型目标函数之间的关系以自适应方式给出,使得反演迭代能稳定进行。以直升机航空瞬变电磁资料反演为例,用理论模型响应数据加入噪声进行反演,结果表明,无论初始高度值是高于真值还是低于真值,该反演方法均能够较好地重构地下介质参数和发射线圈高度值;作为反演初值的发射线圈高度测量值越准确时,反演迭代收敛速度就越快,反演效果也越好。

区域化探样点布置工作中,大格编码是一项必不可少的内容,人工编制起来较繁琐,易出错。笔者根据多年区域化探工作经验,利用计算机程序编制语言,编制大格编码自动生成软件包,根据实际需要生成大格编码图层,提高了野外工作效率和室内制图质量。

单孔波速测试的传统做法是在地面激振,在孔中接收,但该方法测试深度受限,测试精度较低,且对于海上钻孔来说,根本无法实现激振,故对于海洋工程钻孔的波速测试,则需要新技术来实现横波波速的获取。笔者介绍的悬挂式波速测井法将震源和检波器同时放入井孔中,摆脱了笨重的地面敲击震源,实现了波速测井设备的轻便化,由相距1 m的两个检波器接收S波的传播信号,为一发双收装置,利用传感器接收到震源传来的S波信号到达时间(初至)差,来确定钻孔所在处地层波速的一种新技术。该方法在南堡油田平台场址调查中发挥了重要作用,对120 m深的钻孔进行了横波测井,取得了良好的测试成果,为该工程项目提供了准确的剪切波速,为划分该场址的场地土类别发挥了重要作用。

针对坑道直流电法异常受坑道空腔及坑道内各种良导设施的影响发生严重畸变,给实测资料解释和异常体的准确定位带来困难,用有限元法对坑道直流电法环境影响进行了三维数值模拟,首先研究了坑道特殊条件下电阻率有限元计算方法并编制了计算程序,并设计3个不同模型计算坑道环境对周围异常体探测的影响,再使用比较法、差值法和综合改正法对坑道环境影响进行消除。计算结果表明,坑道直流电阻率法实测数据解释前必须进行坑道环境影响消除,比较法、差值法和综合改正法等都可以消除坑道环境影响。

应用同性点源之间的相斥和聚焦原理,设计出适合坑道空间的垂直聚焦超前探测方案。利用有限元法结合高效行压缩存储格式及迭代求解算法,对三维坑道空间中聚焦超前探测效果进行模拟研究。数值计算结果与土槽物理模拟实验结果对比,说明设计方案达到l了聚焦超前探测的目地。通过坑道复杂模型计算,表明垂直聚焦观测方案能够有效探测前方和旁侧存在的不良地质体。

矿井瞬变电磁法是有效探查巷道迎头赋水性情况的矿井物探方法之一。快速处理数据和显示成图可以促进矿井瞬变电磁法在井下探查工作中发挥更大的优势。根据井下巷道迎头超前探测的工作装置和探查技术,介绍了超前探测数据处理与显示成图的操作步骤,实现了成果数据的坐标转换,生成了更加直观的与实际探测区域吻合的扇形图。

针对探地雷达的数据干扰问题,讨论了探地雷达接收波的种类和速度参数,确定干扰信息,并分别对电线杆、架空线路、山体等各种干扰体进行了实例分析,利用到达时间和传播速度上的差异,综合运用反褶积、FK滤波、偏移等方法对干扰进行了滤波处理,结果显示多次波、弧形干扰、水平干扰等一系列干扰都被有效滤除,突出了有效波。证明这种滤波思路和方法是可行的,能够为下一步的解释工作打下良好基础。