土壤重金属污染具有巨大环境风险。笔者围绕土壤重金属元素生物有效性(可给性)概念、元素形态与有效性影响因素、有效态(可给态)实验技术,综述了国内外研究现状。土壤金属元素形态和生物有效性取决于其地球化学行为、元素成因来源、土壤理化条件(pH值、有机质、粘土矿物与化学活性矿物、土壤粒级组成等)以及植物根际效应等。选择性单步提取和连续提取是检测土壤元素形态、有效态的有效和可行方法。针对手—口是土壤铅等污染物在儿童群体暴露的重要途径,发展了生物可给态体外试验方法。土壤污染物生物有效性和可给性已成为土壤污染风险评价的重要指标参数,实验成果也为土壤污染修复提供了重要依据。

航空物探是将航空地球物理勘探仪器搭载在不同飞行器上,通过特定的飞行作业方式开展的地球物理勘查技术。航空物探的勘查效果同时受物探仪器性能和所采用的飞行平台及其飞行控制效果的双重影响。根据不同的需求,合理地选择并运用飞行器,是开展航空物探测量工作需要解决的首要任务。笔者在回顾国内航空物探发展的基础上,将主要使用的航空物探飞行器分为固定翼、直升机、无人机及其他等四类,分析每类飞行器作为航空物探搭载平台的优缺点,从持续服务地质勘查的需要出发,展望了航空物探及搭载平台的主要发展方向。

通过对地球化学特征参数、地球化学异常特征值和综合地球化学异常指标的计算,得出了6个地球化学参数:剔除比率、变异系数、浓集比率、富集系数、矿化系数、单元素地球化学异常指标及综合地球化学异常指标,用于定量评价化探异常,以供探讨。

安徽庐枞小包庄铁矿床主矿体位于已知罗河大型铁矿床正下方,埋藏深度达1 500~1 800 m。应用磁异常指导钻探工程布置,需对罗河(上部)铁矿与小包庄(下部)铁矿引起的磁异常进行分离。通过小波变换多尺度分析方法,较好地分离、提取了深部小包庄铁矿引起的低缓异常,其六阶细节异常指导找矿工程布置,见矿效果较好,从而快速、高效发现了一大型磁铁矿床。实践表明,该方法对于分离深埋藏、具垂向叠加铁矿床磁异常是有效的,可推广应用于同类型铁矿床的找矿勘探工作。

基于岩体和矿体的电性差异, 应用大地电磁测深法在河北怀来颜家沟金矿进行地球物理勘探,通过对采集原始数据的处理分析,建立电性剖面模型,依据电性剖面中的电阻率梯度分布特征, 结合钻探勘查成果和高精度磁测发现的成矿异常等地质资料, 预测在测区西部 11 号测点、南部 54 号测点、东部 21 号测点深部及附近发育的低阻异常带是有利成矿位置,并已得到部分工程验证,该成果为覆盖区隐伏矿体预测提供了科学依据。

陕南西乡太山庙地区以往物化探工作程度低,方法单一,异常信息量少。为了探明基性岩体中磁铁矿的展布、延伸边界及深部变化情况,利用地面高精度磁法,使用向上延拓、2.5D人机交互反演等方法,结合1:2.5万水系沉积物地球化学测量成果和初步的地质特征,对异常作出解释推断和综合评价。通过对地面高精度磁法资料的精细处理,圈定了磁异常范围,确定了基性岩体中磁铁矿的分布范围和空间特征,为地质勘查工程部署提供了可验证靶区。

在金矿床中,金、铋常常相伴产出,在金矿体周围存在明显的铋异常,它可作为重要的指示元素。笔者研究了玲珑金矿不同岩石中铋与金含量之间的关系,比较了基岩地球化学剖面中两元素的相关性,采用电子探针分析了主要矿石矿物中铋和金的含量,发现不同类型岩石中铋含量差异明显,铋在矿体中含量远高于围岩,在矿区中铋与金呈幂函数正相关,铋原生晕规模大、衬度高,与金都是以独立矿物相形式存在。在玲珑金矿化探找矿中,铋含量高,与金呈较好的正相关关系,是最佳指示元素之一。

河南省商城县汤家坪钼矿为典型的花岗斑岩型钼矿床,花岗斑岩体具有超酸、富碱、高钾的特点,钼矿化与钾化、硅化关系密切。对应钼矿范围出现较强的Mo异常,ΔT表现为相对负磁异常。根据矿床地、物、化特征建立了花岗斑岩型钼矿综合找矿模式,依照模式寻找到半隐伏大型钼矿床1处,并客观评价了国内多个Mo异常,取得了较好的应用效果。

研究区处于内蒙古东乌珠穆沁旗多金属成矿带,区域有多个1:5万土壤化学测量综合异常分布,以中低温元素为主,异常规模大,数量多,峰值高。多伦沟矿区分布一个以Ag、Pb、Zn为主的1:5万土壤测量综合异常,经1:1万土壤测量查证,分解了多个子异常,子异常以Ag为主,元素浓度分带明显,浓集中心套合程度好,主要子异常区内发育以褐铁矿化为主的蚀变带,蚀变带中赋存以银为主的多金属矿(化)体。经探槽初步揭露控制,蚀变带中银单样最高达1 332×10^-6,伴生铅锌矿,推断异常由以银为主的多金属矿引起,显示出本区有良好的找矿前景,区域有望形成内蒙古又一重要的银多金属矿带。

天然气水合物是一种新能源,目前,世界上许多国家都在进行天然气水合物研究。琼东南盆地是天然气水合物可能赋存的重点目标区,笔者针对琼东南海域二维地震资料进行以突出含天然气水合物地层地震反射特征为目的的处理,进一步识别含天然气水合物地层地震反射特征与分布。通过应用地震资料保幅处理技术,对该海域含天然气水合物地层地震反射特征,如似海底反射(BSR)、BSR强反射界面之上的高速异常带、BSR附近的振幅空白带、BSR的极性反转等,有了更多的认识,对开展全区含BSR特征研究有借鉴意义。

依据非震物化探找油的基本原理及反映油气藏的特点,分析了鄂尔多斯盆地内多个油气区的非震物化探指标的油气探测效果,研究了非震物化探异常区之间的相关度及与油气富集区的相关系数,提出了鄂尔多斯盆地内非震物化探多方法找油优选组合的一般模式。该研究对今后鄂尔多斯盆地内非震物化探找油工作具有一定的指导意义。

近年来,陕北黄土塬地区下古生界奥陶系中组合马五₅地层发现了一大批白云岩岩性气藏。但是由于黄土塬地表条件复杂,地震资料成像精度差,马五₅储层分布面积广、厚度薄、非均质性强、横向变化快,地震预测难度非常大。文中针对近年在陕北苏203井区实施的600 km²三维高保真地震资料,在强化岩石物理分析和叠前反演的基础上,创新应用FFP(岩相流体概率)分析技术,结合完钻井拟合弹性参数函数关系式,计算得到工区马五₅地层的白云岩概率体、含气概率体、孔隙度及含气饱和度,刻画了苏203井区马五₅白云岩储层含气有利区的平面展布。评价、落实了钻探有利目标,取得了较好的效果。

在水文地质条件较差的江苏赤山湖地区,采用CSAMT、微动勘探方法寻找地热构造, 结合已有的重力、电测深资料及地质、钻孔资料,综合分析、研究2 500 m深度内地层岩性结构、热储埋深、断裂位置等地热地质和水文地质条件,最终选定了最佳地热井位,钻探结果:出水量500 m³/d,水温55 ℃。

焦家断裂带是山东省胶西北金矿集中区主要的成矿断裂之一,该断裂带南部被第四系严重覆盖,多年探索研究未果。此次利用高精度磁测、视电阻率联合剖面、CSAMT及SIP等多种物探方法,结合区内成矿地质条件,推断出焦家断裂带南延部分隐伏断裂分布情况,即在黄家附近向北至徐村院为一条断裂带(F1),向南分为三条断裂带(F1、F8和F9),其中F1为主断裂,F8、F9为其次级断裂。经钻探验证与物探推断的焦家断裂带南延部分相吻合,为该区下一步金矿勘查提供了找矿方向。

在阿尔泰高纬度冰碛物等覆盖区,通过分析岩石磁性资料,调查区岩石磁性差异明显,初步建立地质体磁异常识别标志,磁场划分为三大区,Ⅰ-1高平稳场区与黑云花岗岩体对应,Ⅰ-2高跳跃场区反映了志留纪深变质岩区的分布,Ⅱ中等平稳场区对应二云母花岗岩,Ⅲ低磁场区是震旦系—下寒武统弱—无磁的浅变质岩的反应;推断北西、北东向两组隐伏断裂构造8条,为本区构造格架的建立提供了物探依据,地面高精度磁测在覆盖区辅助地质填图效果良好,在实际地质填图中起到了指导作用。

由于在低压输入,多匝、低阻发射线圈条件下很难实现理想的方波电流脉冲,GEOTEM等国外经典的时间域航空电磁系统大都采用半正弦波发射电路来实现大磁矩发射。笔者设计了一种新型的准谐振组合波脉冲发射电路,能够在提高通断速度的同时实现近似方波的组合波脉冲发射,有利于提高航空电磁勘查系统的分辨能力。在此基础上,成功研发了一套固定翼航空电磁脉冲发射系统,可激发基频可选、脉宽可调的双极性组合波电流脉冲,电流脉冲的幅值达到650 A,峰值磁矩达到50万Am²。

分析说明了G-S变换和汉克尔变换的计算精度,当n=12或16时,G-S变换适用范围广且能保证精度;而汉克尔变换计算的相对精度达到10^-6数量级;并且基于时间域航空电磁法偶极—偶极装置一维正演算法,在选取不同参数时,对航空电磁响应数值模拟精度进行了分析。结果表明G-S变换n值的选取对计算精度影响相对较大,而汉克尔变换中滤波参数的选取对计算精度影响较小。

勘测深部盲矿体时,矿体距离观测点较远,磁异常的相互叠加常常在地面形成具有一个磁异常中心的宽缓磁异常,分辨不清矿致异常和背景异常。通常用向上延拓、方向导数等处理的效果差强人意。笔者采用向下延拓方法处理了青海某矿区的宽缓磁异常,向下延拓深度为30倍点距,获得了精细的各矿体异常特征。通过与大量的见矿、未见矿钻孔比较,向下延拓场反映的磁异常位置与已见矿钻孔有较好的对应关系,同时指示出全部的未见矿钻孔都处于向下延拓场反映的磁异常外围。基于当前向下延拓方法的稳定计算问题已经取得突破,笔者认为针对一些大埋藏深度的宽缓磁异常采用向下延拓处理,区分叠加异常,圈定异常位置,可以获得事半功倍的效果,为钻孔布置提供佐证。同时对勘探精度也作了一些有意义的讨论。

根据吕梁山前丘陵区的地层特点,对可控源音频大地电磁(CSAMT)法的数据采集频率进行了选择研究,将其应用在地下水及地热探查工作中,取得了良好的地质效果。试验结果表明,加密数据采集频率密度,对于埋藏深度较大且厚度不大的地层,可提高分辨能力,不遗漏有意义的小异常;尤其在勘测资料为深层地下水含水层和薄层地层时,应用高密度频率进行数据采集,增加调查信息量,将会收到良好的地质效果。

在安徽省两个已知磁铁矿区上进行了可控源音频大地电磁法(CSAMT)张量测量与标量测量的对比试验,根据已知地质勘探剖面进行了应用效果的对比工作。试验结果表明,在一维层状电性结构条件下,张量测量与标量测量的找矿效果相近;在电性结构复杂情况下,张量测量的找矿效果优于标量测量结果。同时,指出可CSAMT法张量测量工作需进一步探讨和亟待研究的一些问题。

基于DGPS在GT-1A型航空重力系统测量中的应用,针对GPS基站的位置精度和选择展开探讨,并对计算获得的空间重力异常结果进行对比分析。对比结果表明GPS基站所用位置值不同会引起测线空间重力异常的水平误差,相同测线经过水平调整后基本保持一致。GPS基站和移动站的距离长短对测线空间重力异常的局部细节幅值有影响,进行水平调整后相同测线间的内符合总精度为0.3 mGal左右。

网状裂缝型储层具有良好的油气储集能力且广泛存在。双侧向测井能够有效地识别裂缝。采用三维有限元素法对水平井网状裂缝型储层的双侧向响应进行数值模拟,并重点对网状裂缝中流体电阻率、基岩电阻率及裂缝倾角等因素变化所引起的响应特性进行了研究。 数值结果分析表明,随着裂缝中流体电阻率增加,视电阻率值相应增加,但增加幅度不大;随着基岩电阻率的增加,视电阻也会随着增加,当基岩电阻率较小时,基岩电阻率的影响会降低;两组裂缝为低角度裂缝时,形成的网状裂缝对电流的阻碍能力较强。所得结论可为水平井网状裂缝型储层测井评价提供理论参考。

利用有限元大地电磁二维正演程序模拟了二层大地低阻静态效应的地电模型,研究了静态效应产生的原理及其影响,并利用小波变换方法对静态效应进行压制,相对于其他常规空间滤波法来说,取得了较好的压制效果,证实了小波变换方法在压制静态效应当中的可行性和有效性。用小波变换方法对某工区实测EH-4音频大地电磁资料数据进行分析、处理,从数学上识别和判断了静态效应,在较好地压制静态效应的同时又能较好地突出地层原本的地质异常。

复杂山前带是油气勘探的重要领域,具有良好的成藏条件,但由于其复杂的地表、近地表及复杂地下构造,造成该地区地震资料信噪比低,成像精度差。基于山前带砾石区的激发特点,笔者认为在山前激发点选取过程中可借助Google Earth平台进行点位设计,在激发点选取时应采取避高就低、避砾就岩、避陡就缓的原则;小排列层析反演技术能较好地结合小折射和微测井优点,适用于山前表层调查;井深设计时应尽量选择在速度较高、激发能量较强、激发频率高的介质中激发。ZD地区的采集资料显示,采用山前砾石区激发方式能较好地改善地震资料品质。

以TGP超前地质预报理论和实际工程资料为基础,运用信息化逻辑方法对TGP二维与三维地质预报成果进行分析对比,主要从预报地质构造的位置、规模、围岩级别和产状四个成果比较二者的相同和不同之处。结果表明,对于隧道前方岩性无明显差异的围岩,二维与三维的地质预报结果基本相同;对于与隧道斜交的地质构造,二维与三维地质预报在构造产状预报结果上相近,但二维地质预报在围岩级别预测方面有利,三维地质预报在规模和位置的预报方面有利;对于与隧道激发炮孔连线一侧边墙不相交的地质构造,二维与三维地质预报结果基本不同,且三维比二维的地质预报结果有利。

研究地层电各向异性性质能够圈定沉积地层中的油气储层和与地球动力学过程、地震预报有关的深部线性构造。通过得到的N层倾斜电各向异性介质大地电磁响应公式,在不同的电各向异性系数、地层倾角、倾斜层厚度参数下,对电各向异性倾斜地层模型进行了正演计算。结果表明:当电各向异性系数、地层倾角、地层厚度三者中任一变量改变时,视电阻率曲线的形态基本保持不变,但视电阻率曲线振幅值变化较大;视电阻率曲线对地层倾角参数的变化反应最为敏感;电各向异性系数的增加,能突显薄层电阻率异常。这有助于以后的电各向异性介质大地电磁反演和应用研究。

在青海东部地区表层、深层土壤重金属调查基础上,根据国家《土壤重金属污染评价标准》(GB15618-1995),对土壤中重金属污染状况进行评价;重点选择甘河滩地区,对区内单点样、植物样、水样、地球化学剖面结果进行探讨;比较了Cd、Hg在不同时期污染形势的变化。综合分析认为,青海省东部地区重金属污染总体上并不严重,但在甘河滩一带Zn、Cd、Pb在不同介质中形成较为明显的循环污染,污染程度已达深层,不适宜农业发展;时间尺度上,Cd污染有加剧趋势,Hg污染状况有所改善。

通过对东营油气开采污染区土壤环境状况的研究,发现井口附近土壤中Cr、Pb、Zn含量较高,随着离井口距离的加大向两侧有降低的趋势;Cd含量基本上在井口处表现为高值,在井口两侧的土壤中含量降低并趋于稳定;Cr、Zn含量受落油污染的影响较大,影响范围在1 m以内;Cu、Ni、Pb和As的含量随深度变化不大,仅在80 cm或1 m深度处略有增加;多数采油井附近的土壤中,饱和烃、芳烃、非烃和沥青质的含量最大值存在于采油井口处,这与油田开发过程中落油易在井口处富集的现象相吻合;采油井附近土壤中烃类含量有随时间而逐渐减弱的趋势,说明开发时间越长烃类污染越严重。

通过对广西北部湾沿海经济区土壤硒含量调查,研究了土壤总硒含量的分布特征、成因来源及其与土壤理化性质的关系。研究结果表明,表层土壤总硒含量为(0.06~0.90)×10^-6,平均值为0.44×10^-6,深层土壤总硒含量为(0.07~0.92)×10^-6,平均值为0.44×10^-6,研究区表层和深层土壤分别有62.2%和64.5%属于富硒土壤。表层土壤总硒对深层土壤总硒具有一定的继承性,土壤总硒主要受控于成土母质。相关分析表明,土壤中总硒含量与C、OrgC、Al₂O₃、TFe₂O₃等呈显著性正相关,说明土壤中有机碳、铁锰氧化物对硒的地球化学行为有重要影响。研究区生态环境质量优良,具有开发富硒农产品的潜力。

偶极子法可用于防渗膜渗漏检测。膜上介质厚度以及偶极子与膜的距离会对偶极子检测的灵敏度产生影响。基于填埋场防渗膜高压直流电法的检测原理,对膜上介质厚度对偶极子检测的影响进行了研究,结果表明:防渗膜上介质厚度增大,通过在介质表面上移动偶极子来检测漏洞是困难的;但若偶极子能逼近膜的表面进行检测,无论膜上介质厚度多大,在漏洞附近都能检测到明显的电势异常。

地层对地震波的吸收效应是限制地震数据分辨率的主要原因之一,其机制、估计与补偿对提高地震资料的分辨率具有重要意义。文中基于ARX模型,针对地层吸收过程进行逆向建模,将实际地面地震资料与井资料、井间地震资料分别作为模型的输入与输出,从而得到模型结构参数,建立地层吸收过程的逆向模型以进行高频信息补偿,达到地震资料的提频目的。对实际地震资料的处理结果表明,该方法可将主频提高10~15 Hz,频带拓宽8~10 Hz。在保侍原资料基本特征的同时,有效提高了地面地震资料的纵向分辨率。

为了研究双相介质瑞雷面波的形成机制及传播规律,促进瑞雷面波资料处理方法的发展。文章根据弹性波动方程,采用交错网格有限差分算法,对二维各向同性弹性介质做解析解与数值解的对比,在此基础上,将PML吸收边界条件,改进的镜像法应用于双相介质波动方程中,并作了稳定性分析,对双相介质水平层状、起伏分界面等典型模型瑞雷面波及体波在内的全波场进行研究。结果表明:基于弹性介质解析解与数值解的对比,在误差接受范围内,研究双相介质是可行的;把稍作改进的镜像法应用于双相介质中,能够有效地处理瑞雷面波自由边界问题;通过详细分析双相介质瑞雷面波及体波在内的全波场的信息,对以双相介质为基础的地震波勘探有一定的指导作用。

基于AutoCAD 2002中ObjectARX二次开发平台,以Microsoft Visual C++ 6.0为开发工具,开发出了磁法剖面平面图快速成图插件,并利用Microsoft Visual Studio.net将该插件移植到AutoCAD 2004平台中。该插件仅需要读取前期处理完毕的磁法观测数据文件及相应的剖面端点坐标文件,并在界面上简单拖拽选择制图比例尺、纵轴比例尺,填写图名及点距,即可在预先设定的个性化设置的基础上,直接生成包含剖面、图名、图例、图框、比例尺、责任表等磁法平剖图上相关元素。生成的图件美观大方,操作简便,可大大减轻内业制图人员的工作负担,提高工作效率。

为了满足区域重力调查高精度测地工作的要求,实现不同坐标系之间的转换,通过区域似大地水准面的二次精化方法及开发的软件,将GPS大地高转换到正常高。采用实测26个水准点外检核精度,全区软件转换精度为±5.57 cm,完全满足重力测量中高程精度要求。

第三代相干体算法(C3算法)具有分辨率高、压制噪声能力强的优点,但是该算法需要计算协方差矩阵的特征值,所以耗时较多。为提高大矩阵特征值分解的运算速度,提出了一种估计最大特征值的快速收敛算法,通过运用A^2k矩阵的迹来构造一种收敛速度更快的特征值估计方法,并给出了这种方法的误差估计表达式,实现计算精度的有效控制。文中还讨论了地震数据体边缘补地震道方法,解决了将递推算法应用到平面方向时空间窗越过边界的问题。实例表明,本算法的计算效率明显高于常规的C3算法。

航空物探测量是应用GPS导航,沿着规划路线(测线)进行飞行作业,测线数据是航空物探数据处理与解释基础,通过线索引进行区分,随着无人值守作业的开展,缺少人为干预,导致线索引缺失。笔者在分析航空物探作业特点的基础上,提出了无人值守线索引编辑软件设计方案,在GeoProbe地球物理软件平台上,采用插件技术研制了测线索引自动编辑软件,提高了航空物探野外工作效率。

底板注浆加固与含水层改造是承压水体上煤层安全开采底板岩溶水害防治的有效方法之一。为了评价煤层底板注浆加固效果,以皖北恒源煤矿Ⅱ615工作面为研究对象,采用钻孔震波检层法,选择正常区域和异常区域,分别对各区域注浆前后底板岩体进行了波速探测,结果表明:注浆前,正常、异常区域波速存在较大差异,注浆后两者基本一致;注浆后底板砂岩段岩层波速增加明显,约为注浆前的1.20倍,而海相泥岩段注浆前后波速变化不大,这与钻孔揭露岩芯的完整性和底板水无上升现象一致,充分说明注浆对裂隙岩体起到了很好的加固作用。

近间距、非金属地下管线的探测是当今管线探测的两大难题,再加上复杂的层状介质及干扰因素的影响,使得管线探测的难度增加,雷达剖面上目标体异常的判断比较困难。为了定位目标管线,提高解释的精度,针对两大探测难题及干扰因素,运用探地雷达模拟软件GprMax,结合Matlab语言建立复杂层状条件下的管线模型进行模拟研究。模拟结果表明:250 MHz天线频率下埋深1 m的管线横向分辨率为50 cm,金属管线和非金属管线的雷达反射波图像不同,可根据非金属管线的雷达剖面图像判断出管线充填物质和管径大小。模拟结果对实际复杂地下管线探测可起到指导作用。