以前国内重力勘探教科书中,关于2.0 km以远地壳质量重力校正值的计算仅限于2.0~166.7 km圆形环带以内,并且采用的是直角坐标系内成立的计算公式.近年,中国地质调查局推出直角坐标系公式和球坐标系公式一起应用的重力校正值计算程序,但校正值计算涉及范围仍然局限于2.0~166.7 km圆形环带内.笔者曾推导出球壳型六面体重力场△g(zi)公式和其他与重力校正计算相关的公式,现用这些公式开展纯球坐标系内地壳质量的重力校正值高精度计算及其数值特征研究.取得的成果是:①全球陆地和海洋表面、尺度约40 km正方形网格上,169 km以远地壳全部质量重力校正值计算;②中国陆地2'×2'网格上,169 km以远地壳全部质量重力校正值计算;③西藏雅江大转弯3°×2°小区地表、尺度约0.556 km正方形网格上,169 km以远地壳全部质量重力校正值计算.通过对上述全球和局部地区169 km以远地壳质量的重力校正值分布特征分析,得到如下结论:①全球重力校正值的最大值、最小值和平均值分别为106.990×10-5 m/s2(87.877°E,32.271°N),-41.146×10-5 m/s2(166.122°E,28.327°N)和-16.439×10-5 m/s2,其数值分布特征与全球高程/海深分布特征基本一致.②在局部地区,169~1 272 km大环带的地壳质量的陆地地形校正值分布特征与该区高程分布特征基本一致.这说明,在地形高程差异大的地区,重力校正值中存在与地形高程正相关的高频成分,与以前众多专家的认识大不相同.实际上,该高频成分是由计算区本身相邻计算点之间存在较大的高程差值引起的.③无论局部地区及其周围陆高或海深变化多么大,1 272 km以远地壳质量的重力校正值均近似为数值很小的常数,可以不计算.④当局部地区及其周围高程或海深变化均很平缓时,169 km以远地壳全部质量的重力校正值也近似为常数,也可以不计算.此成果对于完善地壳质量重力校正值高精度计算有重要意义.
依据我国地球化学勘查的特点和需要,结合我国的自然地理、地形地貌等特征,对全国地球化学景观进行了划分和总结,编制了全国地球化学景观图.本项工作不仅为全国地球化学勘查资料的应用和成果解释提供景观划分方面的参考资料,同时为在不同景观区选择适宜的方法技术提供指导.
从频谱激电法的发展概况﹑仪器系统、数学模型、反演方法及应用等方面,介绍了频谱激电法的研究现状.介绍了频谱激电法目前常用的仪器系统:SIP-FUCHSII和V8,数据模型主要有:Cole-Cole、常相位角模型CPA、普通化的Cole-Cole模型和理论模型SNP.反演方法简要介绍了几种常用算法,反演算法也由一维、二维发展到三维.列举了频谱激电法近年来在矿产资源、水资源调查等多个领域的应用概况,展望了频谱激电法的发展方向:(1)同时考虑激电效应和电磁效应的三维电磁场正演计算技术是研究的前沿和热点;(2)频谱激电法对有机污染的探查成为未来应用研究的新领域.
河南洛宁南岭地区位于华北克拉通南缘与秦岭造山带结合部位之北侧,属熊耳山铅锌金银多金属成矿带之北亚带.通过对该区开展1:1万土壤地球化学测量,分析元素地球化学特征、单元素异常特征、异常赋存的地质环境等,圈定了4个综合异常区并进行查证,在Ⅰ号异常区寻找到一条铅银矿化体.结合成矿地质条件分析,认为该区找矿前景很好,是寻找中低温热液充填交代型铅锌银多金属矿的有利地区.对该区继续开展工作,可望获得突破性进展.
利用屯溪地区重磁、地质和矿产资料,阐述了屯溪地区航磁、重力异常特征,并结合物性特征,分析了航磁、重力异常的地质成因及其对地质构造和矿产的反映.屯溪地区重磁异常特征十分清晰,反映了屯溪盆地地基底、盖层和侵入岩分布规律,标明屯溪盆地是古生代基底,这一认识大大扩展了屯溪地区找矿空间,说明在红层盆地古生代基底中有寻找朱溪式超大型矽卡岩钨铜矿床的可能性.
对代家庄铅锌矿地物化综合勘查中物探在不同找矿阶段所起作用和效果进行了再认识.首先利用区域重磁场特征划分东、西秦岭的分界,揭示出东、西秦岭不同的地质构造背景和控矿的差异性;激电测量借助探测目标物的物性差异普详查起到间接找矿作用;据高精度磁测弱异常差异,探讨了成岩成矿的氧化还原环境;利用可控源音频大地电磁测深,在探采阶段,由已知含矿部位向外围进行定位预测指导采矿.
使用大地电磁(MT)测深技术,结合测区的地质和物性特征,对中上扬子地区的断裂、褶皱、地层展布进行了地面、地下对比分析,证实了该区构造划分与地面构造分布基本一致;综合地层分布、电阻率异常显示和地质情况,解释了局部构造发育情况.根据局部构造的发育位置和层序,结合油气地质分析,初步认为,剖面西部和中部局部构造电性特征清楚,构造落实程度较高;寒武系、震旦系埋深在4 km以下,上部志留系—上奥陶统低阻层分布稳定,盖层发育广泛,断层封堵性较好,有利于寒武系、震旦系油气的保存.
地震数据保幅性处理是一项复杂的系统工程.笔者分析了实际地震数据处理流程中各个关节点模块的保幅性,重点评价了反褶积和振幅补偿的保幅性,并论述了俞氏子波统计反褶积比预测反褶积有更好的保幅性,而剩余振幅补偿需要用叠前弹性阻抗或者叠后反演结果来检验其保幅性.根据上述的保幅性分析结论,对目标区进行了保幅性的地震数据处理,运用叠前弹性参数反演的方法预测了该区的含油气性,其预测的结果与钻井结果相符合,说明了该文采用的保幅处理流程和方法能够提供一套保幅性比较可靠的基础数据.
通过研究南方碳酸盐岩海相地层发育区岩石标本电磁物性特征,得出页岩层系在地层剖面中为典型的低阻目标,具备利用电磁法勘探的基础,同时,基于岩石样品和井中岩芯的测定结果证实富有机质页岩层系的高极化响应和高TOC含量有很好的对应关系,具备利用极化异常圈定页岩气"甜点"区的有利条件.时频电磁法将时间域电性勘探和频率域极化性勘探结合在一起,通过大功率发射有效激发页岩层系的响应,配合地震勘探等技术,发挥了综合勘探的技术经济优势,实现了快速识别页岩气"甜点"目标的目的.笔者从页岩气目标的物性基础研究入手,总结了针对页岩气目标的电性和极化性异常提取和综合分析技术,为页岩气勘探提高成功率提供了一种快速识别"甜点"目标的新思路和有效手段.
在海南岛九所—陵水断裂带附近的黄流、九所、崖城测区,使用联合剖面法和高密度电阻率法进行地下水勘查;发现九所测区低阻异常处钻孔出水量贫乏,黄流测区团块状高阻异常处钻孔出水量较大,在崖城测区,将钻孔布置在高阻地段,勘探到基岩裂隙型温泉.初步认为上述测区低阻地段岩石破碎,泥化严重,水量贫乏;而团块状高阻地段,基岩裂隙未被泥土填充,导水性较好,钻孔出水量较大.
通过对钱家店凹陷地球化学场分析,揭示化探异常与油气运移、富集之间的内在关系,指出研究区应依托胡力海洼陷斜坡带的成烃成藏条件,进一步落实胡力海洼陷至东喜伯营子洼陷化探有利区带的砂体及圈闭情况,以近源区域作为主要勘探目标区.
通过对西南地区航磁数据进行化极、垂导和延拓等处理,研究西南地区航磁区域特征,确定采用航磁化极上延20 km等值线图作为西南地区航磁区域异常,对西南地区区域航磁异常划分了13个分区.结合地质、重力、天然地震和遥感等资料进行综合推断解释,将西南地区划分为3个一级构造单元,9个二级构造单元,22个三级构造单元,并重点对6个二级构造单元的地质、矿产和航磁异常特征进行了深入分析研究,认为班公湖—怒江异常带、雅鲁藏布江异常带、三江异常带等串珠状磁异常与该成矿带的矿产地位置吻合较好,证明航磁异常在找磁性矿产方面效果显著.通过航磁异常上延10 km与地震震中点位对比分析,证明航磁反映深部断裂构造特征明显,能明显反映出西南地区区域地质构造特征.
通过对车村—鲁山大断裂与河南鲁山五大温泉关系的探讨,并应用激电测深法勘探、RGIS软件反演解释技术,查明下汤温泉东西两侧1 500 m范围内水文地质条件,认为下汤温泉即受控于近东西向车村—鲁山断裂(F1),也受控于北东向F4断裂.前者为一级控热导热构造,是深部热源向上对流的主要通道;后者为二级控热导热构造.在地形和水头压差的驱动下,地下水沿着断裂带自西向东缓慢的运移,期间受地壳内部热源传导,在排泄区受到北东向F4断裂的控制,向地表运移,出露成泉.
根据长江中下游九瑞矿集区武山外围地区的区域地质背景、成矿条件和岩石物性特征,在该区开展音频大地电磁测深法(AMT)的剖面性测量研究.首先对AMT原始时间域数据进行平移去噪、线性插值拟合去噪和应用经验态分解去噪,从而达到消除噪声,还原数据真实地电信息的目的,然后通过傅氏变换将时间域数据转换成频率域数据,再对频率域数据进行二维反演解释,推测了地下2 km以内的电阻率差异较大的岩性接触带和断裂构造.结合该区的地质资料和钻探结果,二维反演结果表明音频大地电磁法能够很好地探测地下目标地质体,清晰划分出标志性地电层及其分层结构.
六盘山盆地被巨厚的黄土所覆盖,是表层和深层双复杂区域.巨厚的黄土和复杂的地形条件使该区干扰波非常发育,严重影响了地震资料的信噪比.为了有效调查该区干扰波发育特征,并进行针对性地压制,通过盒子波调查技术在该区的应用分析,提出了和生产结合进行盒子波调查的有效方式,克服了静校正问题对盒子波调查数据的影响.针对两种地形条件下的盒子波资料,分析了在不同地形和表层条件下干扰波场的变化,认为影响浅层和中深层信噪比的干扰波特征存在差异;并通过组合压噪效果分析,提出对不同深度勘探目标进行针对性压噪的组合接收方式,提高了六盘山地区巨厚黄土塬勘探区目标层采集资料的信噪比.
原始微地震监测数据的信噪比相对较低,监测数据品质决定了微地震有效信号的定位精度,提高监测数据信噪比是微地震处理的关键环节.改进S变换对窗函数进行能量归一化处理,解决了常规S变换时频谱中频率定位不准的问题,具有更高的时频分辨率精度.利用改进S变换的良好二维时频域聚焦特性,设计时变的二维时频域滤波器,将时频域去噪方法引入到微地震监测数据的去噪处理中.利用改进S变换对微地震监测数据进行时频分析,能够更加准确地分析不同信号分量的振幅能量以及频率随时间的变化情况,实现微地震有效信号分量与噪声干扰分量的有效分离.通过合成模拟信号和实际井中微地震监测数据的试处理和对比分析,验证了该方法的可行性和有效性.
设计了一个简单的三维模型:三维低阻异常体和高阻异常体位于一维层状介质模型中,以"十"字型和"米"字型观测剖面方式作为模拟方式,开展模型一维、二维、三维反演技术有效性对比试验,其中一维反演计算采用自适应正则化(ARIA)反演,二维反演计算采用非线性共轭梯度(NLCG)反演,三维反演计算采用REBOCC三维反演,将剖面下方不同的反演结果与原始模型进行对比分析,发现:在该模型条件下,一维和二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,REBOCC三维反演更偏向重建原始模型的宏观电性特征;在一维反演结果中,对于深部的电性结构特征,通常TE极化模式的反演结果好于TM极化模式,TE/TM几何平均值反演结果介于前两者之间;在二维反演结果中,通常TM极化模式的反演结果好于TE极化模式,TE/TM联合模式反演结果与TM极化模型相当,甚至更好;模型REBOCC三维反演相比一维、二维反演更易受反演结果多解性影响,REBOCC三维反演结果偏向重建原始模型的宏观电性特征.
瞬变电磁法是探测煤田采空区的一种有效方法.瞬变电磁拟地震处理解释方法研究日渐成为电磁勘探领域的热点并且取得了突破性进展,所以可以把瞬变电磁拟地震处理解释运用到煤田采空区的探测中来提高勘探精度.文中在瞬变电磁三维时域有限差分数值模拟两层含水采空区模型的基础上,运用预条件正则化共轭梯度算法实现了瞬变电磁扩散场到虚拟波场的稳定转化,并对虚拟波场进行了脉冲压缩处理;最后通过克希霍夫积分解,对虚拟波场进行延拓成像,实现了两层含水采空区模型的三维解释.
场源效应严重影响了可控源音频大地电磁法(CSAMT)的应用效果,为了分析场源效应的影响,利用三维积分方程数值模拟计算方法,模拟场源下方存在三维异常体模型,然后做了相关的野外试验.模拟和野外试验证明场源下方基岩深浅不同,受影响的是低频段,高频段几乎不受影响;低阻体产生的场源复印效应更强,也就是说观测数据受低阻体影响更大.
网络并行电法是以分布式并行智能电极电位差信号采集方法为技术核心支撑的直流电法,其数据采集模拟地震勘探方式进行,与常规电法每次供电只能采得一个测点数据不同,并行电法每次供电可同时获得多个测点数据,是一种全电场观测技术.运用两种方法对龙岩市新罗区大弯煤矿和武平荧石矿进行超前探测试验对比研究,并经实际巷道掘进揭露验证,表明网络并行电法技术较传统电法技术效果更好,效率更高.
以湘西北水系沉积物测量常量元素含量数据为研究对象,针对湘西北铅锌矿床的层控特征,以研究区含矿层地球化学常量元素含量的统计规律为基础,利用对数比变换(alr、clr、ilr变换)对原始数据进行预处理,并在此基础上进行偏最小二乘(PLS)降维分析,提取了地球化学组合异常,并与常用的主成分分析、因子分析的结果进行对比.分析结果表明,等距对数比变换(ilr变换)相对于其他变换方法有明显的优势,变换后的数据对称特征明显,更趋于正态分布.相对于其他两种降维方法,偏最小二乘法提取的元素组合与研究区铅锌矿的地球化学基本特征更为接近,组合异常与已知矿床分布和构造特征耦合良好,与研究区地质特征吻合,比主成分分析与因子分析得到的结果更易于地质解释.
在狮子山矿田胡村深部铜钼矿开展了地电化学方法技术找矿可行性研究.试验结果表明,地电化学测量可以提高异常衬度,特别适合对弱异常区进行地球化学详查工作;As、Sb、Se、Ag、Pb衬度高,异常范围宽,具有一定的深部找矿意义;Ba、Zn也具有一定的指示意义.此外,利用常规电化学测量获得的pH值和电导率异常,能有效区分出浅部矿化导致的地电提取异常.根据野外试验,该方法不适合土层较薄的基岩出露区.同时,考虑到工作量较大,认为地电化学测量可以用于精细地球化学深部找矿工作.
为了解决东濮油田复杂断块成像难题,笔者采用了多步逆时偏移成像方法,并使用了GPU进行并行加速.经过GPU并行加速的多步逆时偏移成像方法解决了RTM计算效率低的应用限制问题,并成功应用于复杂断层成像处理中.通过对前梨园三维地震资料的偏移成像处理,验证了逆时偏移成像技术在处理东濮地下复杂小断块和兰聊大断层上具有成像优越性;偏移效率分析试验证明了基于GPU并行加速的逆时偏移成像方法,能有效地提高计算效率75倍.
在西安地裂缝勘察中,人工地震反射波勘探的覆盖次数越高,叠加剖面信噪比越高,但同时也增加了施工难度,提高了勘探成本.为了研究不同覆盖次数在西安地裂缝地震勘探中勘探效果,笔者通过三个场地地裂缝地震勘探资料的处理分析,采用抽稀炮点方法得出不同覆盖次数的叠加剖面,对比分析了不同剖面的勘探效果,结合验证的钻孔资料,总结了不同覆盖次数的勘探效果,认为在原始记录信噪比较高的情况下,12次反射波覆盖能明显确定地裂缝异常,最低覆盖次数不要低于6次.
土壤盐渍化是由自然或人类活动引起的一种环境风险,对工农业生产具有重要影响.本次研究在天津滨海地区布置了6条具有代表性的土壤盐渍化剖面,选取其中4个剖面进行了为期两年的按月采样监测.研究发现,除了BHY6土壤剖面由于长年耕种,表现为平衡型土壤剖面形态之外,其余基本表现为底聚型土壤盐渍化剖面形态;从剖面中下部直到底部浅层地下水位附近,土壤中阳离子以Na+为主,阴离子以Cl-或Cl-+HCO3-为主,尤其在浅层地下水矿化度显著偏高(达盐水程度)的地区,土壤中Na+、Cl-所占比例具有绝对优势,具有滨海盐土的基本发生特征;气候因素、浅层地下水矿化度及埋深、表层土壤植被都是滨海地区土壤盐渍化的重要影响因素.表层土壤表现出春季积盐、夏季脱盐、秋冬季缓慢积盐的特征,浅层地下水矿化度越高、埋深越浅,其土壤剖面含盐量越高;果林地和长期耕种的土地可以降低土壤盐分的活性,有效抑制盐分的累积,降低滨海地区土壤盐渍化程度,保护和改良土壤.
利用多目标区域地球化学调查数据,估算了重庆西部地区表层土壤有机碳密度和储量.结果表明,重庆西部地区表层(0~20 cm)土壤有机碳储量为41 038 589 t,平均密度为2 929 t·km-2.从地貌类型看,低山(2 984 t·km-2)和中山(2 986 t·km-2)区土壤有机碳密度较高,丘陵区(2 628 t·km-2)最低,山地土壤有机碳储量最丰富.不同类型土壤中,石灰土有机碳平均密度最高(5 043 t·km-2),其次为黄壤(3 756 t·km-2),紫色土最低(2 329 t·km-2),紫色土有机碳储量最大.就土地利用方式而言,林地土壤有机碳平均密度最高(4 071 t·km-2),耕地土壤处于中等水平(2 752 t·km-2),居民及建筑用地有机碳密度最低(2 416 t·km-2),耕地土壤有机碳储量最大.与第二次土壤普查数据对比发现,该区土壤有机碳储量和密度呈降低趋势,表层土壤作为碳源向大气释放碳,尤其是江津、潼南地区土壤有机碳密度分别降低了56.7%、45.1%.
激发极化衰减谱是一系列单指数衰减的线性叠加,因此可以对衰减谱进行多指数反演,得到的弛豫时间谱可用于储层孔隙结构和渗透性评价,是一种非常有前途的技术.由于实际测井的信噪比相对较低,常规的奇异值分解方法难以获得合理的弛豫时间谱,为此,采用正则化约束,结合奇异值分解,对合成数据和实际测量的衰减谱进行反演,得到连续的弛豫时间谱;同时,讨论了弛豫时间谱的时间常数分布、正则化因子以及信噪比对反演结果的影响.研究结果表明:该方法适用于信噪比较低的实际测量结果的反演,弛豫时间常数的分布点数为32~64较为合适;随着正则化因子的增加,反演结果逐渐变得平滑,存在一个最优的正则化因子,用于获得最为合理的弛豫时间谱;在双对数图中,最优正则化因子随着信噪比的增加而线性降低,因此通过测量结果的信噪比,可以求取最优正则化因子,进而将该技术应用于实际.
根据磁日变模拟纸卷的打印特点,以数模转换芯片为主体,设计了数模信息转换器机箱及外部接口,利用Visual Basic语言编制了相应的磁日变模拟输出软件,并介绍软件的操作和功能.经过实测数据的打印测试,并与磁日变观测站获得的磁日变曲线进行对比,结果表明,两者在曲线形态、振幅、换挡等方面都具有较高的一致性,验证了笔者研制的软硬件复制磁日变模拟纸卷是可行的,有利于磁日变模拟纸卷的保存与共享,以及航空物探磁日变观测无人值守工作的开展.
