经过近50多年航磁工作,发现和圈定了全国大中型沉积盆地及沉积岩总厚度,评价了各沉积盆地的找油气方向,发现一系列重要条带状构造带及断块状构造区,它们断错镶嵌组成中国地学中的断块构造图景,其中近东西向的阴山—天山构造带,勾绘了亲西伯利亚构造域(准噶尔、松辽、佳木斯断块南界)。西昆仑—秦岭—大别构造带组成了古中华构造域(塔里木、柴达木—阿拉善、华北—胶辽断块)的南界;可可西里—金沙江构造带展现了亲冈瓦纳构造域(羌塘、革吉—班戈、冈底斯—拉萨、喜马拉雅断块)的东北边界;钦州—杭州构造带围限出华夏—南海构造域(华夏断块、东海陆架、台湾海峡、珠江口—海南岛断块及南海海盆)的北部边界。在镶嵌地学断块中,南北走的裂谷构造带,边幕型弧块构造带及环形构造区,在航磁异常图中展示明显,且与隐伏的油气资源、煤田及铁矿富集区关系密切,是当前全国找矿的重要方向。中国陆壳历经复杂的裂解、增生、拼贴、重力调整、热力均衡演化活动,这些活动被地球旋转非均衡性作用和地慢的上涌及沉降动力学所控制。
针对南海北部地质构造背景复杂、火成岩发育、多次波干扰严重等地质问题,利用海洋重磁测量数据,以美国FUGRO-LCT重磁震综合处理解释系统为研究平台,结合地震资料建立合理的2D地质地球物理初始模型,进行重磁正反演同步计算,根据拟合结果修正地震反射模糊区域标定的层位、明确中深部地层属性及地壳结构。结果显示南海东北部海域中生代地层密度一般在2.40~2.57 g/cm3,存在部分火成岩密度小于沉积岩的情况;局部区域中生界具磁性,为沉积岩夹火成岩地层;东沙群岛南部陆坡与洋盆交界处是地壳结构薄弱区域,可能存在前中生代地层。南部隆起至中央海盆东北部区域仍属过渡型地壳。
为确定北京平原地区重要的隐伏活动断裂——夏垫断裂中南段的土壤气体地球化学特征,判别其地震危险性,在齐心庄、潘各庄和大东关跨夏垫断裂布置了3条测量剖面,共计221个测点,在全部测点完成了土壤气体He、H2、CO2和Rn的浓度测量,确定了各剖面上土壤气体的地球化学特征、背景值和异常界限。测量结果表明,夏垫断裂上出现多种土壤气体组分异常,利用多种土壤气体组分可以有效地勘探隐伏断裂。根据各剖面上He和Rn的异常幅度,推断夏垫断裂在潘各庄的活动性强于齐心庄和大东关,但由于测得的H2浓度峰值降低,结合地震剖面资料,推断夏垫断裂中南段的活动性有所减弱。
长期以来,磅逊盆地石油地质勘探研究程度较低,此前未进行过任何油气勘探工作,缺乏地震、钻井资料。为了深入分析评价该区油气勘探潜力,此次研究综合应用新采集2D地震资料和高精度卫星重力数据,根据重力场理论,利用全球重力场模型计算了布格重力异常、重力垂向二阶导数和重力水平总梯度异常。运用地震资料对卫星重力资料进行约束反演、综合解释,分析了磅逊盆地断裂系统,划分了构造单元。
目前,陆域永久冻土带天然气水合物勘查没有形成一种有效的勘测技术,成为冻土带水合物勘探的瓶颈。笔者在祁连山木里天然气水合物发现区进行地球化学勘查方法技术试验,试验结果表明:水合物发现区浅表土壤酸解烃、顶空气等地球化学指标具有明显异常,地球化学异常与水合物为同源成因,初步提出木里地区天然气水合物地球化学勘查模式。
受特殊岩性及井壁垮塌等因素的影响,利用实测声波、密度曲线及由其计算的波阻抗难以区分文昌A油田珠江组一段储层的岩性及物性,给储层预测带来了困难。笔者利用测井—地震多属性反映岩性特征,并对目的层段的声波曲线进行了重构处理。应用该技术重构的曲线能真正反映储层的特点,突显储层与围岩的差异,提高了波阻抗反演剖面的分辨率,显著改善了对储层的描述和预测能力。通过在文昌A油田的实际应用,取得了良好的效果。
通过对辽宁西部肖家营子钼矿地质矿产特征及所处区域、矿区的地球化学特征分析及总结,初步建成了肖家营子斑岩—矽卡岩型钼矿的地质—地球化学找矿模型:地质条件以出露地层为雾迷山组含燧石条白云岩和含燧石结核白云岩,岩浆活动十分强烈且成矿前断裂构造发育为特征;区域地球化学异常表现为出现Mo、W、Au、Cu、Pb等异常,且各单元素高值区内的浓集中心显著;成矿局部表现为岩体、接触带及地层分布的元素组分分带性显著,且以Mo、W、Cu、Au为近矿指示元素组合。矿床地质—地球化学找矿模型的建立,可以为寻找同类型矿床开展的预测远景区圈定、找矿靶区挑选、资源量估算等工作提供重要依据。
处于长江中下游成矿带中段、庐枞盆地北缘、清水塘—岳山铁、铅锌找矿靶区的西湾铁多金属矿预查区地势低洼,水网密布,地表覆盖厚。为了解决在覆盖区找铁多金属矿的难题,采用地质与综合物探相结合的方法,通过对重、磁、电异常的分析,明确了找矿目标,确定了有利的找矿部位,通过钻探验证,在激电异常部位发现了铅锌矿,取得了良好的找矿效果。
叠前时间偏移得到的CRP道集和叠前弹性参数同时反演技术为岩性和隐蔽油气藏勘探开发提供最为有效的含油气储层的识别方法。依据弹性波传播的基本理论,对Zoeppritz方程进行简化,给出了计算纵横波波阻抗同时反演的公式。在井资料分析及计算其弹性参数的基础上,通过交会图分析得知利用P波阻抗和S波阻抗交会可以区分岩性,P波阻抗和孔隙度交会可以区分储层,储层和流体因子λ交会可以区分储层的含油气性。通过反演结果提取了研究区沙河子组的含油气储层平面特征和剖面特征,其预测结果与实钻结果一致,证明了叠前弹性参数同时反演对预测含油气性具有较好的实用性。
通过舞钢市王楼矿区物探方法组合试验,表明高精度磁法和可控源音频大地电磁法是该区寻找变质岩型铁矿的最佳组合。利用高精度磁法确定地下深部是否有磁性地质体的存在,用可控源音频大地电磁法确定磁性地质体是否为低阻体,再结合地质成矿规律,判定磁异常是否为铁矿体引起,根据地球物理场特征,确定铁矿体的空间赋存状态。
目前重力勘探主要采用RTK模式进行测点定位,但RTK需要架设基站,且随着流动站与基准站之间距离的增加,精度逐渐降低。CORS系统能快速获得高精度的WGS84三维坐标,不需要架设基准站,弥补了RTK测量模式的不足。CORS系统已经广泛应用于测绘、国土、水利、地质灾害等领域,但尚未在应用到重力勘探中。笔者首先论述了CORS在重力勘探中的应用优势;然后探讨如何将CORS成果转换为高精度的三维国家或地方坐标的方法。通过在江苏1∶5万重力调查中进行检核,平面精度优于1 cm,似大地水准面精化高程精度最差为5.2 cm,完全满足勘探精度要求。
台阶是重力梯度带异常解释的主要物理模型。通过模型计算,证实台阶布格重力异常Δg的一阶水平方向导数Vxz极大值位置与台阶上沿的地面投影位置相一致,而与倾角关系不大。因此,利用Vxz极大值可以方便地确定台阶上沿的地面投影位置。根据Vxz曲线极大值两侧的对称性可以判断出台阶的倾向。同时推导出应用1/2与3/4Vxz极值点位置反演台阶模型参数的计算公式,并证明这个公式比应用1/2与1/4Vxz极值点反演精度更高。
我国激电法测量所使用的发送机都是电压源供电,但计算机极化率却采用稳流源供电公式,这样,所得极化率偏低,不是大地真实的极化率。针对此问题,导出了电压源供电计算极化率的公式,并据此研制了测定电流变化率的装置。利用纠正公式,可将电压源供电所测极化率纠正至稳流源供电的极化率,得到大地真实的极化率。
航空伽马能谱测量受地形因素影响较大,采用常规高度改正方法对复杂地形条件下的航空伽马能谱数据进行改正,会造成结果失真。笔者结合航测动态测量特点,论述了利用航测过程中获得的地形数据,对作用带内的地形进行细化,应用点状辐射体辐射场理论,采用地形校正系数对航空伽马能谱数据进行地形影响改正的具体实现方法;通过实测的航空伽马能谱数据对该方法进行检验,并与地面异常查证的结果对比,表明该地形改正方法效果较好,基本能消除地形起伏对测量结果产生的影响。
通过快速检测条件的优化,确定了单针进样一次分析岩屑顶空气二氧化碳、氧、氮的气相色谱最佳分析条件。运用准确度和精密度对方法进行评价,结果证明该方法精密度高、准确度高。本方法具有设定色谱条件简单,分析速度快,所需气量小的特点。通过在已知区的应用,取得较好的应用效果,适合于油气化探地表勘探的样品以及模拟气、天然气中二氧化碳、氧、氮的测定。
选择青海省木里地区天然气水合物已知区作为试验区,探索和研究了传统油气地球化学方法(酸解烃、顶空气、ΔC)对陆域天然气水合物勘查的适用性和有效性。试验结果表明,天然气水合物已知区浅表层土壤酸解烃、顶空气、ΔC等地球化学指标具有顶部异常特征,各指标按累积频率圈定了3处异常,异常范围基本吻合且与地下天然气水合物分布具有良好的相关性,初步提出了“酸解烃+顶空气+ΔC”异常是地下天然气水合物赋存的重要标志。
为确定元素相态识别异常的作用,研究了斑岩铜矿Cu和热液铅锌矿床Zn的硫化物相、氧化物相和结合相组成。斑岩铜矿区,Cu以硫化物相和氧化物相为主,(w硫化物相Cu+w氧化物相Cu)/w结合相Cu≥21、(w硫化物相Cu+w氧化物相Cu)/w全量Cu≥96%,是矿化异常的标志。在铅锌矿区,背景区Zn的含量主要是结合相;在w(Zn)≥200×10-6异常地段,Zn主要是以硫化物相(包括氧化物相)存在,(w硫化物相Zn+w氧化物相Zn)/w全量Zn≥87%、(w硫化物相Zn+w氧化物相Zn)/w结合相Zn≥7 时是有利的找矿地段,将是指示出露矿和隐伏矿的标志。
地层上部、低降速带之下存在的低速异常体,称之为隐蔽低速体。当其厚度和横向尺度较大时,将会使地震波旅行时发生较大的变化。隐蔽低速体由于处于低、降速带之下,一般静校正处理对其产生的地震波走时延迟的校正往往缺失,因而这种旅行时的变化将会使地下反射同相轴的形态发生变化,即构造形态发生变化。分析发现,隐蔽低速体对反射波形态的改变应该属于静态时差影响的范畴,但是,由于其对不同深度反射波形态的改变是不完全相同的,往往被误认为地下构造形态发生了变化。若不对其正确地处理,得到的地震构造图将会失真,给勘探部署带来困扰。
浅地层剖面仪是目前海洋工程勘察和海洋地质研究应用最为广泛的地球物理调查仪器之一,其地层探测分辨率越来越高,但实际获取的声学地层剖面资料在解释时会存在一些陷阱,值得引起注意。笔者从浅地层剖面仪的工作原理出发,分析了导致解释陷阱的4种情况:声学地层与地质地层的不同导致的陷阱、非自激自收导致的浅水区浅部地层厚度畸变、特殊反射界面在声学剖面上的空间变形和海底地层中声速变化造成的地层厚度失真,并对浅地层剖面资料处理和解释中如何预防和消除这些陷阱的影响进行了讨论。
矿井工作面底板探水电法穿透方式较多,且特点各异。通过室内实验模拟井下常用的单极—偶极法、平行双极—偶极法以及双巷并行电法技术,分析三种探测方法的优缺点,为工作面底板水害实测提供参考。结果表明:三种方法采集数据各有特点,对于异常体均有反应。单极—偶极法采集数据量有限,其探测结果的收敛性稍差;平行双极—偶极法数据采集量较大,但数据采集效率相对较低,施工时间长,适合进行小范围探测;双巷并行电法技术的数据采集量大,数据采集效率高,目标体收敛性好,其面内底板赋水区的空间范围判断准确,适合于进行精细探查。
以地震反演为主,结合测井、岩石物理、地震相和正演模拟等技术综合研究火成岩的速度场特征。岩石物理实验是研究火成岩物性参数有效的工具,实验数据的分析能帮助预测火成岩岩性和速度信息,为反演等工作利用地震资料描述火成岩提供依据。原始测井曲线的环境校正和标准化处理是高品质合成记录和反演效果的前提条件。稀疏脉冲反演、基于模型的反演和神经网络反演这三种方法结果的分辨率较原始地震数据有了很大提高,从中可识别出火成岩的空间展布,但基于模型的反演分辨率相对较高。伽马属性反演的分辨率在识别火成岩方面比上述三种方法要高得多,但是单一的属性又很难满足火成岩特征描述的要求,因此多参数融合是一种行之有效的方法。结合地震相的应用,最终得到符合地质特征的火成岩三维速度场,并通过误差分析和正演模拟验证了速度场精度,为变速度成图和低幅构造勘探提供了科学的依据。
用微地震法在油田生产波及区对生产动态进行实时监测,是目前国内外广泛关注的前沿课题。文中论述了产生微地震事件的力学机理、微地震监测原理及方法。利用微地震监测技术对泌阳凹陷BYHF1页岩水平井分段大型压裂过程实时监测,运用偶极子测井和VSP资料建立监测井区的初始速度模型,并通过射孔炮对其校正。在识别出有效微震事件的基础上,利用纵波和横波信息计算得到微地震事件的位置,通过可视化技术对压裂井区裂缝发育的方向、大小、空间分布进行了描述,监测结果与成像测井结果吻合良好。
在油田近地表勘探中,可以利用现有的地震大炮记录中的瑞利波信息进行频散成像,提取瑞利波频散曲线反演近地表的横波速度结构。由于大炮地震记录的采集排列很长,且不同炮检距范围内瑞利波数据的频散成像结果存在差异,从而会对频散曲线的提取和反演结果产生影响。笔者利用胜利油田LJ地区的盒子波地震数据,从频散成像的分辨率和连续性两个方面,分析了不同排列长度和不同偏移距下的频散成像结果,发现长排列可以有效提高频散成像的分辨率,且在较近偏移距下的频散成像效果更好。同时,验证了Zhang2004年提出的最优偏移距计算公式在石油近地表勘探中的有效性及适用性,并可以作为近地表瑞利波勘探时最优偏移距的选择标准。
为了解瞬变电磁法勘探在一些简单条件下的探测能力,采用物理模拟实验的方法,对不同电阻率背景中的球形异常体、高电阻背景不同形态的板状异常体以及不同深度段球形异常体的响应进行了模拟,得到了一系列感应电压归一化多测道曲线和视电阻率—时间剖面。分析认为瞬变电磁法探测高电阻背景条件下方的低阻异常体效果最佳,其探测深度大概为线框边长的2~3倍。这一结论可以为开展瞬变电磁法探测提供一些参考。
从激发极化测井的原理、现场方法技术入手,结合实测曲线,分析探讨了电极系的电极距、地层电阻率以及剩余极化电位对视极化率测井曲线的影响。所得结论为:在测井详细分层时应选择小极距的电极系,为了解岩矿层的电性和选取背景值时,应选择大极距的电极系;岩层电阻率只是在分层附近对视极化率测井曲线有影响;为避免剩余极化电位的影响,下放测井用底部梯度电极系,提升测井用顶部梯度电极系。
土壤中不同形态重金属及其转化的影响因素研究对于了解重金属的地球化学行为具有重要意义。以山东烟台金矿区及城镇周边典型土壤为例,探讨了土壤中不同形态重金属与土壤有机质、黏粒、磁化率和pH值的关系及其生态危害性。结果表明:土壤中大多数重金属以残渣态和铁锰氧化态存在,而Cd以离子交换态为主;土壤酸化可使Ni、Zn、Cd、Hg的活动态含量增加;对于Pb污染严重的土壤,使土壤pH维持在中碱性环境,可以降低Pb危害;防止土壤盐碱化是消除土壤As污染的有效措施;土壤有机质含量增加可明显降低Pb、Hg、Ni等活动态含量,随黏粒含量增加,Pb、Zn等离子交换态含量占总量的比例略有减小;土壤磁化率对了解土壤酸化的状况和土壤污染程度有较好的指示作用。
为查明高密市高氟地下水的地球化学及水文地球化学背景,了解地下水中氟的来源、运移及富集规律,对采集到的382件岩土样品,300件地下水样品进行了主要组分的分析测试;将F-与岩土类别,地下水pH值,Na+、Ca2+等阳离子以及Cl-、SO42-等阴离子进行相关性分析;对F-在高密市的水平分布特征和垂向分布特征进行了细致研究。结果表明:该区地下水中主要供氟源为南部丘陵基岩区的砂岩、砾岩、泥岩及火山岩、火山碎屑岩;土壤氟含量水平分布由南向北递增,垂向分布为上高下低;高氟水中F-含量与Na+呈正相关、与Ca2+呈负相关,与Mg2+无明显相关性,与阴离子含量无明显相关性,与矿化度无明显相关性,与pH值呈微弱正相关。通过开展高氟区地球化学和水文地球化学背景研究,对地氟病高发区高氟地下水的形成、运移与富集研究起到一定的参考作用。
对一个有近40年历史的废弃加油站,分别使用探地雷达方法和高密度电阻率法进行探测,同时布置了4口监测井进行取样分析,以验证两种方法探测石油烃类轻质非水相液体(LNAPLs)污染物的准确性。测量结果明确显示了污染源及其扩散范围。实际应用证实了探地雷达与高密度电阻率法可以作为有效的工具在加油站及类似场地用于环境探测。
在塔河地区,大型洞穴及溶蚀孔洞是奥陶系碳酸盐岩的主要储集空间类型,其构造特征复杂,岩性横向变化大,缝洞体的地震响应特征主要表现绕射波,其成像精度对缝洞储层的预测精度有着重要影响,基于散射理论的等效偏移距叠前时间偏移方法在提高绕射波的成像精度方面具有明显的优势。介绍了等效偏移距叠前时间偏移方法以及其并行实现方法,通过理论模型验证了该方法的有效性,最后将该方法应用于塔河地区的实际资料处理中。实际资料成像结果表明,与常规叠前时间偏移成像结果相比,等效偏移距叠前偏移剖面中,缝洞绕射波归位合理,缝洞边界、断层、断点成像清晰,横向分辨率高。
随着三维深部地质填图和含页岩气盆地潜力的评价项目展开,大地电磁方法的重要性越来越突显。大地电磁资料处理和解释中,至今还存在几个挑战性难题,例如阻抗张量旋转、TE和TM模式识别、静态矫正、TE和TM模式选择二维反演问题。从WinGlink软件大地电磁模块出发,使用5种阻抗旋转方法和3种数据圆滑方法处理在内蒙古扎鲁特旗采集的大地电磁数据。以数据质量不同的3个测点的处理结果为依据,对各种旋转方法和圆滑方法进行详细评价,数据极化图显示地下结构模型是复杂的三维结构。对这些方法的比较研究,对三维结构下大地电磁数据处理,特别是对使用WinGlink软件处理大地电磁数据具有重要现实意义。
针对中区地改精度计算与评价的问题,笔者采用了旋转DEM数据和测量数据的方法,计算中区地形改正精度,对旋转数据方法的可行性及旋转的精度进行了阐述,并用高精度的1∶1万DEM数据对1∶5万DEM数据进行了精度评价。通过对比分析,认为旋转方法是切实可行的,地改精度能够满足1∶5万重力勘探的要求。
首先对海洋中深海区中心回线装置的瞬变电磁响应进行了一维正演计算,频率域垂直磁场分量表达式中的汉克尔积分变换采用了124点滤波系数进行数值计算;时—频域转换使用了适应时间范围较宽的余弦变换算法;然后采用连分式算法求取了典型地电模型全时域视电阻率随深度变化的曲线。结果表明,曲线基本可以反映地下电性介质的相对大小变化;并且,根据极值点可以大致确定低阻或高阻层顶界面深度。这为海洋TEM实测资料的快速定性解释以及反演初始模型参数的选定打下了基础。
针对传统感应测井线性迭代反演受初始模型影响,易陷入局部最优解的特点,设计一种基于粒子群优化的非线性全局最优化反演方法。利用该方法对不同厚度储层模型进行反演研究,在无噪声情况下,反演结果和模型基本一致;在加入5%、10%和15%随机噪声后,反演仍取得良好效果。数值实验结果表明,该反演方法不依赖于初始模型,具有较好的全局寻优和抗噪声能力,能有效反演感应测井数据。
对目前在工程上应用比较广泛的2款大地电磁勘察反演软件——基于博斯蒂克(BOSTIK)方法的IMAGEM软件和基于非线性共轭梯度(NLCG)方法的WINGLINK软件的特点进行了对比研究。这两款软件在反演方法、操作系统平台、数据编辑、静态校正、反演效果等方面有很大的不同。在此基础上,对兰渝线某隧道工程EH-4大地电磁资料的反演解释实例进行了分析,认为两款软件各有侧重,建议结合使用。
通过总结工程实践经验,结合理论知识,对探地雷达在铁路隧道衬砌厚度、衬砌背后回填密实度、衬砌内部钢筋、钢架检测时应注意的问题进行了归纳和阐述,尤其是对衬砌厚度的检测精度,双排钢筋情况下对第二排钢筋的判读和二衬内存在钢筋网的情况下对初衬钢架的检测。旨在说明探地雷达在目前科技水平下的实际检测能力,让广大工程技术人员对探地雷达能够解决的问题有进一步的认知。