矿产地球化学勘查划分为区域地球化学勘查、地球化学普查、地球化学详查三个阶段,每个阶段都有其自身的工作特点。但我国化探工作习惯以区域化探的思维来开展地球化学普查、地球化学详查工作,导致部分工作不到位,出现地球化学信息获取不足等情况。笔者通过对矿产地球化学勘查不同阶段的目的任务与性质、野外工作方法、室内资料整理、异常分类与异常查证、分析测试等五个方面的梳理与分析,提出区域地球化学勘查→地球化学普查→地球化学详查,是地球化学勘查方法的采样介质从水系沉积物→土壤→岩石,样品密度逐步加密,与地质体联系趋于紧密,不断逼近找矿目标体的一个系统过程。
通常把多个地质单元中的不同背景值简称为化探异常的"多背景"。两个以上1:5万图幅联测或工作区存在多个地质单元、数据存在多个母体分布的情况是很普遍的,有些测区不同岩性或地层单元的元素背景差异可以达到数倍至数十倍,这种情况下采用全区统一背景圈定异常,会在高背景区出现大范围与矿无关的异常,而在低背景区掩盖了可能反映隐伏矿体的弱异常。笔者提出采用多个地质单元分别统计元素背景值和异常下限,在多背景情况下用衬度圈定化探异常的处理方法,并比较了该方法与采用全区统一背景圈定异常的差异,以及对异常评价结果的影响。基于多背景圈定的异常,没有边界效应和异常位移现象,同时消除了高背景单元中的大范围外带异常,显示出了一些可能具有寻找隐伏矿前景的低缓异常,突出了找矿信息。在工作区存在多个地质单元,且各单元背景差异明显时,极力推荐采用多单元的多背景圈定异常。
根据多年工作实践,总结了应用土壤地球化学资料解决基础地质问题的实例,其中包括判断下覆岩性、圈定构造、地层对比划分等问题,阐述了在解决地质问题中的地球化学原理和应用条件,介绍了如何利用残积晕在浅覆盖区、干旱草原区、热带雨林区扩大地质填图的基岩出露面积,识别推断下覆地层岩性;通过残积晕和上置晕推断隐伏构造;通过地球化学建造晕进行地层划分和对比。认为在矿产地质调查中充分利用地质调查区的化探资料,是可以提高地质填图质量的,并有助于解决常规地质工作中遇到的问题。地质与化探的结合也可以提高化探异常的地质解释能力。
地震波在地下介质中传播时,由于地下介质的吸收衰减作用,地震波的部分弹性能量不可逆转的转化为热能而发生耗散,使得地震波的能量发生衰减,相位产生畸变,降低了地震资料的分辨率和信噪比。为了实现对地震波的吸收衰减进行补偿,国内外许多学者在这方面做了大量的研究工作。笔者简单介绍了地震波的衰减机制和影响地震波衰减的主要因素,重点概括了各种地震波衰减补偿的研究方法,如反Q滤波方法、时频分析方法和反Q偏移方法,分析了各种补偿方法的优缺点。最后用黏声波逆时偏移方法对地震波衰减进行了补偿,并预测了地震波衰减补偿研究的发展趋势。
油气的运移聚集和微渗漏作用都会引起地球化学环境的变化,导致油气田上方土壤中与有机质结合紧密的微量元素发生贫富变化。海量的多目标区域地球化学调查资料可以提供油气勘查的区域地球化学信息。利用松嫩平原南部多目标区域地球化学调查数据,结合松辽盆地已知油气田上方微量元素反映油气异常的效果,认为Cl、S、I、Sr、CaO、TC、Br等微量元素指标与油气田区存在着响应关系,为该区预测油气的有效指标。
江西南部金华寺测区位于南岭成矿带与武夷山隆起成矿带结合部位,属南武夷锰-锡-铜-金-银-铅-锌成矿亚带。在1:2.5万沟系沉积物测量的基础上,选取异常较好地段进行1:1万土壤地球化学测量,分析元素地球化学特征。针对测区内土壤地球化学元素异常较好地段进行岩石地球化学分析,进一步剖析其含矿性。结合野外地质调查,初步总结了测区内主要成矿元素的地球化学勘查模型及找矿方向。研究表明,金华寺测区Ag、Au地球化学异常明显,与断裂活动、辉绿岩脉关系密切;异常区具有一定的矿化,其中1号Ag异常地表矿化好,但深部找矿潜力有待查明。
江西赣中铁矿位于江西省新余市,属沉积变质型铁矿,围岩均不具有磁性,具备磁法勘探找矿的物性基础。赣中铁矿矿体具有薄且深的特点,以往对矿区磁法勘探的资料解释工作未取得较好效果,勘探工作多以地质勘查和钻探为主。在充分了解研究区工作现状的基础上,利用小波分析方法对杨家桥矿区磁异常进行了多尺度分解,提取了深部场并加以解释;将重磁异常边界识别技术应用到磁测资料的解释中,划分了深部找矿远景区;最后,应用井中三分量磁测资料解释技术对松山工区62勘探线进行了精细反演解释,提供了定量解释结果,指出井中三分量磁测是寻找深部矿的有效方法,为赣中铁矿深部及外围找矿提供了新的工作思路。
二人山—黄石坡沟多金属矿区矿体空间上受到东西向断裂构造破碎带控制,矿化蚀变发育,矿化体和围岩物性差异明显。综合矿区地质、地球化学、地球物理特征,进行了EH-4剖面测量工作,所得结果较好地反映了含矿破碎带垂向延伸及产状特征,达到间接找矿的目的。本次研究在化探方法确定找矿靶区后,利用物探技术指导工程验证,效果显著。
三维地质建模是目前西方地质学和矿业界通行的一种地质研究和储量计算方法,它运用地质统计学原理,引入区域化变量概念,对矿体三维模型合理划分块段,并进行品位估值和储量计算。以吉尔吉斯斯坦某大型铁矿为研究对象,利用矿山矿石品位与密度之间的相关函数,将品位估值的矿体三维模型转换为密度三维模型(密度点元),最后通过点元法重力正演计算,并将正演结果与矿区实测重力数据进行对比分析,提出铁矿矿山重力勘探的新思路,为矿山增储及勘探工作部署提出依据。
通过对东秦岭金堆城钼矿集区及邻区已有重、磁测量资料系统整理和研究,并结合地质、钻井等前人研究成果,对研究区的重、磁资料进行了处理,推断了研究区的断裂构造,分析了重、磁局部异常与已知钼矿点的分布特征,进而探讨了研究区的成矿有利区。研究结果表明,研究区主要断裂可以分为近东西向、北东向和北西向3组,近东西向和北东向两组断裂构造的交切点控制了岩浆岩体的空间侵位,并且控制了研究区钼矿点(床)的产出位置;钼矿(床)点分布在重力低异常区、重力局部低异常向高异常过渡的舌状伸出部位和化极后局部正负磁异常的边界上,并且与负磁异常相关;根据地质构造和已知钼矿点在局部重、磁异常中的反映,结合化探异常和断裂控矿特点,圈定了4个找矿有利区。
宁夏固原市硝口岩盐矿是近年来在宁夏境内发现的一座大型沉积型岩盐矿,为了进一步探测地下复杂地质结构,拟采用可控源音频大地电磁法为勘查手段。经可行性试验后,使用收发距10 km、发射距1 km、测点距200 m的野外观测装置,野外数据经过圆滑滤波、静态校正及二维反演后,以二维反演剖面图为依据,结合工区地质资料及物性参数,圈定了断层的产状与形态,划分了各地质界面。经后期钻孔验证,证实了方法在本测区的应用效果。
采用频谱激电(SIP)法对豫西某铅锌银矿区已发现的激电中梯异常进行了评价。利用V8多功能电法工作站9道轴向偶极—偶极装置采集数据,经过视谱反演后,根据从已知到未知的原则,总结了本区的物探找矿标识,确定了高充电率、中低阻梯度带、中等时间常数,低频率相关系数的视谱参数组合特征。根据地质矿产资料对具有"高—梯度带(中低阻)—中—低"组合特征的频谱激电异常进行了分类评价,并圈定了找矿靶区。根据圈定的找矿靶区进行了钻探验证,结果表明在定位的Ⅰ类异常靶区中寻找到较大规模的深部隐伏矿体,取得了较好的应用效果。
与传统的燃煤发电相比,海上风电利用海上风能资源,是一种清洁的可再生能源。本文介绍了浅地层剖面探测方法在海上风电场工程勘查中的应用,主要针对唐山市两港(京唐港、曹妃甸港)之间乐亭县海域风电场区域内的海底石油管道进行了探测,并使用配套软件对采集数据进行了处理和解释,准确定位了管道的位置和走向,为风电场的安全施工提供了依据。
笔者通过津巴布韦北东部Mutawatawa地区Chelsea East金矿床的发现,提出了适合于南部非洲亚热带大陆性半干旱气候区的多元信息综合找矿方法,即以成矿地质特征研究为前提,融合了地质、地球物理、地球化学和工程验证等多种技术手段的综合找矿过程。实践证明,综合找矿具有经济、快捷和找矿效果显著等特点。在此基础上,通过对各种找矿方法的相互配合和分析研究,提出了适合于本地区的金综合找矿模型,为本地区乃至南部非洲地区的金多金属矿找矿提供了重要的指导意义。
云南镇康芦子园铅锌铁矿床位于西南三江保山—镇康成矿带南段,地质构造复杂,多期次构造岩浆活动发育,成矿地质条件优越。经矿区重力、航磁及地质等综合资料分析,认为芦子园地区存在隐伏酸性岩体。为查明隐伏岩体的分布特征、起伏形态及埋深,本次研究使用了大地电磁法(AMT)和重力三维反演方法。通过重力三维反演图可以看出芦子园地区隐伏岩体的分布情况及其形态;通过AMT二维反演反映出深部地质构造及隐伏岩体形态及埋深。结合地质资料,综合研究了岩体与地表、近地表的铁铅锌矿化关系,为深部找矿指出了方向,进一步指导勘查区的深部找矿工作。
自中心回线全区电动势响应推导得出后,发表了很多用它求解全区视电阻率特性的文章,总结的特点为:唯一解、双解及无解。它是纯数学理论结果,正确无误,然而并不全面。笔者认为层状大地实测数据求全区视电阻率特征的要点在于曲线的连续性。笔者根据模型研究认为层状大地的曲线都是不连续的,因为无唯一解,在转换点两侧的左右支不是无解就是偏解。因为实测层状大地的数据是非连续采样读取,极少可能正在转换点上,所得响应值大于理论值则无法求得视电阻率(无解),若低于理论值虽可求得视电阻率值,但其值并不正确,笔者命名此特征为"偏解"。"偏解"特征为以往所忽略,为使全区视电阻率曲线连续,采用归一法求全区视电阻率是一个合适的方法。
针对盐下构造,建立合适的速度模型分析流程是实现逆时偏移高精度成像的前提,选择合理的逆时偏移参数是改善成像效果的关键问题。笔者将单一沿层速度建模方法作了相应改进和调整,采用三步法进行速度建模,提高了盐丘内的速度分析精度,盐丘翼部形态得到了较好的表达。利用三步法的建模结果作RTM偏移成像试验,消除了盐下出现的假构造,使盐下小幅度构造背斜细节得到准确成像,实现了对盐丘边界及盐丘侧翼的准确归位。模型试验证明,三步法建模方法适用于复杂盐丘构造的速度建模。同时,在建模精度提高的基础上,针对逆时偏移流程中的子波主频、偏移孔径以及偏移网格关键参数作了分析研究,通过西非地区的实际资料试验,对比成像结果的质量,优化参数,消除了由于参数选取不合理而造成的陡倾角成像不准、信噪比降低、数值频散、浪费计算资源等问题的影响,实现了复杂盐丘构造的高精度成像。
由于缝洞型碳酸盐岩储层孔隙结构复杂,非均质性极强,使得碳酸盐岩缝洞型储层的识别和评价一直以来是测井分析的热点和难点。文章从碳酸盐岩缝洞型储层的识别、储层参数计算、储层有效性评价以及储层流体识别等4个方面,较系统地介绍了碳酸盐岩缝洞型储层测井评价的方法技术。在正确认识各种方法的技术要点及应用条件的基础上,综合利用测井技术,并结合地质、地震等相关手段,可以提高碳酸盐岩测井评价的效率和准确性。
为了得到TTI介质中传播的纯纵波和纯横波波场,采用旋转交错网格高阶有限差分法对TTI介质中传播的地震波场进行了数值模拟,并利用qP波、qSV波、SH波的极化方向相互垂直的特性,来实现qP波、qSV波、SH波的分解。通过对均匀介质模型和复杂层状介质模型分解前后波场快照和地震记录的对比,验证了本文方法的正确性。
对瞬变电磁法"小线框大电流"观测方式进行了研究。对小线框中心点处激发场(一次场)强度随深度的变化进行了计算,并和大定源回线进行对比;计算了小线框的关断时间,并和大定源进行对比;以实际地层为例,设定模型,计算了理论勘探深度;最后对实验线的应用效果进行了分析。研究结果表明,小线框观测方式完全可以满足常规勘探要求,并在缩小浅层盲区范围和方便施工等理论及实际应用方面具有明显的优势。
介绍了有限差分算法在大地电磁测深法中的应用,推导了一维层状介质和连续介质模型下的有限差分算法,提出了一种新的网格剖分方法,并通过两层和三层介质模型的正演计算,验证了算法的正确性以及网格剖分方法的合理性。设计了一种连续介质模型,与两种不同程度近似的多层层状介质模型进行了正演结果的对比,指出了研究连续介质模型正演的必要性。对于连续介质模型,计算中剖分得越详细,其结果越接近真实值,而随着误差的逐渐减小,精确度的提高不再明显,但资源与时间的消耗将大幅增加。因此,无限制地减小网格步长是不必要的。同时,为了兼顾误差大小与网格步长的关系,采用了一种将一次网格剖分进行二次差分计算的方法得到新的结果,使计算结果明显得到了改善。
常规CSAMT勘探是利用电场与磁场的比值来计算卡尼亚视电阻率。通过均匀半空间及层状介质模型,对CSAMT各场分量进行了计算,对视电阻率定义方式进行了分析。研究结果表明:采用电场Ex单分量定义的视电阻率,可以减轻比值视电阻率近区畸变严重的问题。实测资料分析结果进一步验证了Ex分量视电阻率的这一优点。在野外CSAMT资料采集时不必拘泥比值视电阻率这一种定义方式,可以根据野外实际条件灵活地调整采集方式,提高工作质量和效率。
以往地—井瞬变电磁法资料解释研究主要为定性解释。本文在瞬变电磁等效涡流的理论基础上,通过研究等效场矢量的空间特征,发现感应二次场矢量的方向与一次场强度、观测点距离及观测时间均无关,只与观测点的方位有关,经简单的修正,二次场特征矢量就可以交会于异常中心位置。研究的地—井瞬变电磁矢量交会法是一种新的定量解释方法,该方法通过绘制每个测点的特征矢量,根据异常区矢量交会于一点的规律,确定异常中心位置。分别采用理论模型和实测资料对该方法进行了验证,结果表明矢量交会法能够对井旁盲矿中心位置进行较准确地定位。
研究了电法测井不同测量方式(井—地,地—井,井—井)下点源场井中电法的三维有限差分数值模拟。采用六面体网格剖分方式来对模型进行剖分,运用一维非零元素行压缩存储模式来存储系数矩阵,减少了内存需求和计算量;采用不完全Cholesky共轭梯度(ICCG)方法来求解线性方程组,提高了求解效率;编制了相应的程序实现了井—地、地—井、井—井、倾斜井条件下的电法测井三维有限差分数值模拟。设计的算例结果验证了该算法的正确性和效率性,并且分析了各种情形下的异常特征,为进一步的反演工作打下了基础。
SM-30磁化率仪可用于野外岩矿石磁化率快速分析,受到越来越多从业人员的青睐。文章总结了该仪器具有的轻便、灵敏的特点以及其存在测定精度不高的问题,并使用英国产Minisep、MS2磁化率仪与SM-30磁化率仪对279个钻孔岩矿石样品进行了测定对比试验,发现三种仪器的磁化率测定结果尽管有较强的相关性,但SM-30磁化率仪的测定精度偏低,值得从业人员重视。
基于散射理论的等效偏移距方法在地震资料数据处理中具有独特的优势,尤其在速度分析和偏移成像方面。笔者将该理论应用到垂直地震剖面(VSP)数据处理中,研究了基于该理论的VSP数据共散射点道集的形成方法,并试验了VSP共散射点道集在速度分析和成像方面的应用效果。理论模型和实际资料测试结果表明,该方法能方便有效地为VSP提供不受初始速度和地层倾角影响的有效偏移速度,除了能在常规成像方法的成像区域内准确成像外,还能在常规成像方法的盲区外有效成像,在一定程度上扩大了VSP方法的成像范围,具有有较好的研究意义和应用前景。
通过对广东省顺德地区土壤进行1:5万生态地球化学详查,探讨了该区土壤重金属的来源,并对土壤重金属污染现状作了初步评价。对测区495个样品的测试数据统计分析发现,土壤中Cd、Cu、Pb、Zn、As和Hg含量都明显超出广东省土壤均值,Cd和As分别高出18和6.8倍。根据土地利用方式,将研究区按土地功能分成河道沿岸、工厂用地(包括家具厂和电器厂)、鱼塘基土、居民区四类,计算不同功能区土壤单因子污染指数(Pi)和内梅罗综合指数(P综),重金属平均污染程度为Cd>As>Zn>Cu>Hg>Pb,综合污染指数大小为河道沿岸>家具厂区>居民区>鱼塘基地>电器厂区土。对研究区水样和蔬菜样的分析可知,研究区土—水—植物已全面受到污染。利用Pearson相关分析和主成分分析,Cd、Cu、Pb、Zn相关性高,是典型的铅锌矿组合,主要受自然因素控制,为自然三角洲沉积;As不仅由河流带来,也由工业活动释放出;Hg主要来自人类生活区的各种废弃物堆放。结合土壤自然形态和土地利用类型判断,测区土壤重金属的严重污染和癌症等水土病的高发性,是自然沉积富集和人为工业污染相叠加的两种作用的结果。
在1:5万水系沉积物测量数据成图过程中,为最大程度地保留原始数据信息,通常采用MapGIS软件的三角剖分功能绘制平面等值线图。由于布点原因,图幅边部未能有效控制,往往造成图面完整性较差。通过Surfer软件的离散数据网格化,对非均匀分布的1:5万水系沉积物测量原始成图数据进行插值,并利用其白化功能,对插值数据进行扩边处理,减少离散数据网格化的外推区域。利用MapGIS软件中三角剖分对扩边后的数据和原始数据制作地球化学图件,解决了三角剖分绘制平面等值线图不能完整充填图幅的问题,保证了地球化学图件的原始性、真实性与完整性。
无网格法作为一种新型数值方法,精度高、自适应分析容易,避免了复杂的网格生成过程,在计算力学领域应用广泛。尝试将无网格算法用于点源二维电场的计算,从点源二维变分问题出发代入移动最小二乘近似构造的形函数,推导了与之对应的无网格总体矩阵表达式并用含背景网格的高斯积分将其离散化;通过一个简单的二层模型算例验证了算法的正确性。
利用野外获得的离散点数据制作地球化学图,通常采用规则矩形网格化和不规则三角网格化两种方式,前者易出现元素浓集区中心与极值点偏移的现象,后者难以保证等值线圆滑美观,且成图边界不规则。针对上述问题,笔者提出了一种极值无偏的地球化学等值线图生成方法,合并极值点与规则矩形网格点,并剔除畸形网格点,在此基础上构建不规则三角网,而后追踪等值线,通过极值点和规则矩形网格点分别控制等值线图的精度和可视化效果。实验结果证明,采用该方法制作的等值线图,元素浓集中心与极值点位置完全吻合,曲线光滑美观,同时有效解决了扩边问题。
三维弹性波动方程有限差分正演模拟的低效率问题是导致该算法无法在大规模实际生产中应用的最重要的原因,使用GPU平台进行加速又面临GPU显存的限制。针对这一问题,提出了一种基于CPU/GPU的异构集群环境的并行加速解决方案。通过使用CPU/GPU协同并行模式和区域分解方法,实现了该算法的多级并行策略,并提出了非阻塞通讯、存储优化和基于MPI-IO的并行读写等方法,对程序的执行效率和存储使用进行了优化,为大规模实际生产应用提供了有效支撑。
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,在地震数据保幅性处理中,针对振幅补偿类技术的相对保幅性进行系统评价方面表现不足。本文以球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿方法为例给出了地震补偿类方法的保幅性理论分析思路以及评价标准。首先,从理论上分析了两种方法的相对保幅性;其次,对三维正演数据进行地震振幅补偿处理;最后,将模型正演数据与对其进行振幅补偿后的数据作定量对比,从而定量分析两种补偿方法对振幅相对关系的影响。理论分析及数值试验结果表明:球面扩散补偿、地表一致性补偿方法保幅性较好。
叠加是地震数据处理的核心环节,可以有效地压制噪声提高信噪比。在VSP地震勘探中,常规的叠加方法在复杂构造中成像精度受到极大的限制。文中采用高斯射线束方法对复杂构造进行正演模拟,将得到的波场特征与实际资料波场特征进行对比,调整参数获得合适的速度场;在叠加过程中采用逆高斯的思想,对实际地震资料共炮集数据进行反射波场归位,得到共反射点道集数据,选择合适的面元尺寸进行叠加获得复杂构造的叠加波场特征。通过大量模型测试,VSP高斯束叠加方法可以有效地反演地下结构特征。应用该方法对M地区进行成像研究,结果表明该方法能够准确反演地下结构特征,为数据处理与解释提供依据。
基于脉冲体制探地雷达天线原理,针对混凝土结构探测的需求,以变形领结天线为基础,设计了一种双极化、多天线的探地雷达天线阵列,该天线阵列具有0.75~2.25 GHz的频带宽度,且方向性良好。该天线阵列不仅可以提高雷达系统的探测深度,也提高了雷达的探测效率。设计的天线阵列已成功应用于成像探地雷达项目中,对工程质量检测具有重要意义,为探地雷达三维成像设备的进一步开发提供了强有力的技术支撑。
采用探地雷达探测,在隧洞中布置交叉测网或某些特殊情况下必需沿隧洞断面作环形探测时,测线为首尾相接的圆。平面构造和球状地质构造在圆形测线的雷达图像中均表现为弧状同相轴。通过圆形测线与探测对象的空间几何关系,导出其反射信号的关系式,并开发出解释软件,可精确计算探测对象的几何参数。
结合公路工程实例,对电场波CT探测技术进行简要说明,分别通过Surfer和Voxler软件作出电磁波CT二维与三维吸收系数图像,并进行对比研究。研究结果表明:二维图像可以直观反映两孔间地下介质的构造形态;三维图像内容更为丰富,可以取得各深度范围的电磁波吸收系数切片,重现空间内地下介质的构造形态,为工程地质勘察提供更详尽的资料。
采取有效技术手段进行煤矿采空区调查已成为矿区生态环境治理、矿井安全生产和重大工程建设项目选址中亟需解决的问题。本文以频率域电磁法基本原理为基础,对比分析EH-4电导率成像系统和可控源音频大地电磁法(CSAMT)的方法特点,通过数值模拟探讨不同介质充填采空区的电性响应特征,并结合典型工程实例对EH-4电导率成像系统和可控源音频大地电磁法探测煤矿采空区的实际应用效果进行分析。数值模拟结果和工程实践表明,煤矿采空区相对围岩具有显著的电性差异,以此为物性基础采用频率域电磁法进行采空区探测可以取得较为理想的效果。频率域电磁法在探测煤层采空区方面是一种行之有效的方法,可以成为煤矿防治水和采空区地质灾害调查的有效技术方法。
探地雷达是一种分辨率比较高的工程地球物理方法,对掌子面前方的溶洞、富水带、断层破碎带和裂隙带等不良地质现象有明显的异常反应。文中介绍了探地雷达在隧道超前预报中探测的原理、测线布置和数据采集方式,分析不良地质现象与围岩之间的结构和介电差异特征,设计合理的正演模型进行正演模拟,分析正演模拟图像的波形、频率、振幅、相位等特征,理论上总结了不良地质现象在雷达图像上的信号特征,并通过对实测典型雷达图像的解释,对不良地质现象的雷达反射波的频谱特征做进一步研究,可以为探地雷达在隧道超前预报中的解译提供参考。
