“十二五”期间(2011~2015年)勘查地球化学以全国区域化探与多目标区域地球化学调查为主导,实行高密度的大数据、大信息综合集成运作,在资源与环境各方面继续取得显著成果,产生广泛影响力和重要经济社会效益,成为地质工作最具活力的领域。已经逐步建立以调查为基础,以理论为指导,融合资源与环境为一体的现代勘查地球化学发展总体框架与科学体系。矿产资源领域以全国区域化探为基础,成矿地球化学理论为指导,建立调查体系、理论体系、评价体系与方法体系。生态环境领域以全国多目标区域地球化学调查为基础,生态地球化学理论为指导,建立调查体系、理论体系、评价体系、预警体系、修复体系及方法体系。这是学科发展成熟的标志。本文简要论述勘查地球化学框架体系的构成、内涵及相互关联等。与此相关,提出若干新思想与新概念,以供讨论。

为研究小秦岭南部小河岩体周边的含矿性,选择1∶50 000水系沉积物8-乙3 Ag、W、Bi异常、中元古界小河岩体与中元古界官道口群接触带F1断裂开展了地质、物探及化探综合勘查。土壤测量发现了张吉口1-甲3 Ag、Au、Sb、Zn、Pb、As、Co、Cu、Mo、Bi综合异常,各元素套合较好,异常面积大、强度高;其中Ag异常最高值大于20 ppm,具有清晰的三级浓度分带和较强的浓集中心。激电测深预测F1断裂向深部延伸,地表槽探工程在F1构造蚀变带1-甲3异常区发现银矿体,钻孔资料证实深部存在厚大的银铅锌矿体。该矿床的发现实现了小河岩体南缘的找矿突破,也是化探、物探、地质等综合勘查方法应用的典型实例。

南京地质调查中心于2007~2015年间在宁芜北部南门头地区开展了大量的物探测量和地质工作,为长江中下游深部找矿提供了找矿经验和方法指导。南门头地区物探资料的解释存在一定多解性,在分析物性数据的基础上,对南门头地区的重磁异常数据进行了一定的处理和解释,总结了引起重力异常的主要因素,并对本区岩体、火山岩、隐爆角砾岩筒、古火山通道的分布及断裂特征有了新的认识。在验证钻孔的控制下,结合重磁剖面、CR法与CSAMT法剖面特征、钻孔测井曲线特征,对本区深部地质结构有了整体的认识。通过对电法、重磁异常的二次解释及对以往取得的资料进行的综合分析,丰富了物探异常解释的经验,对于长江中下游深部找矿方法技术的研究及应用具有一定的指导意义。

超临界CO₂流体萃取技术萃取地表油气化探样品中的稠环芳烃,以荧光光谱仪进行测定,重复性和稳定性较好,其相对标准偏差小于5%,与常规化探冷萃取方法对比显示出明显的优势。将该技术应用于南阳凹陷N65井区剖面上,分析测试数据,并与顶空气轻烃、酸解烃等化探指标进行对比,随后在南阳凹陷黑龙庙地区开展地表油气勘探,结果发现,超临界CO₂技术在圈划油气聚集区方面有一定作用。

赞比亚Mwombezhi地区具有较好的找矿前景。在该区铜钴矿预查找矿中,圈出了两处土壤地球化学异常,选择重点地段投入激电测量、槽探和钻探等方法手段进行异常查证,结果表明,异常为矿化引起,斜长角闪片岩为含矿层,并圈定了10条铜矿(化)体;结合土壤地球化学异常、激电视频散率异常分布以及区域地层分布特征,推断了两个长达数千米呈北东向展布的含矿层。土壤Cu、Co异常可以有效地反映铜(钴)矿化体的存在,证明土壤地球化学测量方法适用于当地景观条件,且准确有效、经济快速,可在赞比亚乃至中南部非洲同类地区铜钴找矿中推广使用。

火山岩型铀矿床既可以产于火山岩体内,也产于火山岩体附近下古生界浅变质岩和中生界陆相砂砾岩中,因此火山岩体发育情况的探测对铀矿勘查工作的进一步开展具有重要意义。笔者简要介绍了可控源音频大地电磁测量(CSAMT)和地面高精度磁测的工作方法以及在五里营地区的实际应用。结合地质资料和岩石物性特征,利用CSAMT测量资料,大致查明了安山玢岩和粗安斑岩的深部发育特征,利用地面高精度磁测资料提高了识别岩体接触带及断裂构造推测的可靠性。通过钻孔验证,效果较好。综合分析认为:CSAMT测量有较好的垂向分辨力,能够较准确得探测岩体的深部发育特征、断裂发育的位置及向深部延伸情况,地面高精度磁测可大致圈定岩体,识别岩体接触带、断裂等;两种方法相互结合可以较为全面的解决地质问题,为火山型铀矿勘查提供有效技术手段。

湖南省隆回县荆枝村为典型贫水山区,其中龙潭组砂页岩大面积出露于村落四周,灰岩分布面积十分有限。为解决该地区饮水困难问题,在综合研究该区地形地貌特征和地质情况的基础上,投入高密度电阻率法、激电测深和音频大地电磁测深进行地下水资源勘查。通过靶区刷选,在典型异常处布设了3个钻孔,出水量分别为32 m³/d、347 m³/d和256 m³/d,有效解决了当地饮水问题,证明了综合物探方法在该地区地下水资源勘查中的重要性。

营脑矿区位于南岭银坑贵多金属矿田西部,以破碎蚀变岩型银多金属矿产为主。该区壤中汞气异常明显,最大含量为5 200.0 ng/m³,峰背比最高达60.4。汞气异常形态与区内NE向控矿破碎带分布基本一致,对含矿破碎带表现出异常叠加的特征。以汞气异常为依据,结合研究区成矿地质条件,综合圈定出3个找矿远景区,并认为Ⅲ远景区找矿潜力最大。

天然气水合物横向速度分布不均匀,且与断层、碳酸岩盐、渗流和盐底辟等构造有密切关系,由时间偏移得到的地质成像不准确,因此必须通过深度偏移得到深度域的地质成像。利用层析成像手段优化深度域的速度模型,因其精度高和可靠性大,目前被广泛应用。文中应用高精度网格层析速度反演方法来优化叠前深度偏移速度模型,阐述了剩余曲率分析(RCA)原理,详细介绍了利用高精度网格层析速度反演方法来优化深度域层速度模型的步骤和方法。对实际采集的准三维西沙水合物地震资料速度模型建立的应用效果表明,此种方法不仅运算效率高,而且从偏移剖面上可以看出:断层带内的成像精度明显提高,断裂结构更加清楚,波组特征明显变好,还能为研究断层与天然气水合物的关系提供基础资料,以及为后续优选有利钻探目标、评价天然气水合物资源潜力提供依据。

地层孔隙压力是油气层能量的反映,是油气在储层流动的动力,准确预测地层压力对油气勘探开发尤其是深层天然气有着十分重要的意义。针对歧口凹陷异常超压发育普遍,但空间分布规律井网无法预测的问题,利用地震资料结合测井、地质信息进行压力系数预测,主要分为3个步骤:① 从多井泥岩段测井曲线出发,利用多项式拟合出正常压实层速度;② 结合本地区地质认识建立地质框架并进行井约束地震反演,获取准确层速度体;③ 利用衍生Fillippone法计算地层的压力系数。歧北斜坡的滚动勘探证实,压力系数预测结果具有误差小、准确度高的特点,为深层天然气勘探提供有力依据。

在全球气候日益变暖的情况下,青藏高原多年冻土退化将导致区域水文地质条件发生改变,进而影响到区域水资源循环过程和生态环境,需要开展青藏高原地区冻土地球物理勘查技术方法研究,以实现了解冻土地球物理特征、空间分布信息等。针对以上情况,对地震反射、地震转换波反射、地震折射、探地雷达、音频大地电磁(EH4)、高密度电阻率法这6种技术方法的探测效果进行了对比试验研究。研究结果表明,6种物探技术方法均可探测地层结构、冻土地球物理特征、空间分布信息等,但各种技术方法均存在一定局限性。针对不同目标任务,提出了3种青藏高原冻土地球物理勘查方法组合模式。该组合模式可为今后青藏高原冻土地球物理勘查提供技术支持。

满丈岗金矿床是近几年青海省新发现的浅成低温热液型金矿床。在野外工作的基础上,采用光薄片鉴定、化学成分分析、电子探针分析、物相分析等技术手段,查明了该矿床主要具有石英脉型、蚀变凝灰岩型、破碎蚀变岩型3种矿石类型,矿石结构主要有斑状结构、碎裂结构、自形半自形结构、他形粒状结构等,矿石构造主要有块状构造、浸染状构造,次为脉状、网脉状构造等。自然金多以粒间金形式分布,粒度主要集中在0.15~0.074 mm和0.04~0.01 mm两个粒级,其分布率分别为38.99%和42.05%,易单体解离,利于其选矿富集。原矿在磨矿细度-0.074 mm占60.55%时进行尼尔森重选,尾矿进行无氰浸出,最终金总回收率可达98.63%。

微分相似优化(Differential Semblance Optimization,DSO)法是一种可以有效避免非线性最小二乘反演过程中不聚焦问题的速度反演方法。基于DSO原理的波动方程偏移速度分析将成像道集的聚焦或者拉平程度作为速度判定的准则,其目标泛函具有良好的凸性,可以有效避免局部极值问题,目标泛函的梯度较为光滑,并且对地震数据中低频成分的要求较低,对速度模型中背景速度的估计较为准确。一般情况下,DSO方法利用偏移距域共成像点道集建立目标泛函,文中利用角度域共成像点道集建立目标泛函对速度的准确性进行判定。模型试算结果表明,通过角道集可以更加直观地对速度的准确性进行判定,并且准确反映速度与深度的对应关系。

Born近似描述了介质扰动引起的一次散射现象,是线性化地震反演的重要基础。笔者基于Born近似,利用高斯束传播算子表征格林函数,推导得到基于地下慢度扰动的一次反射波场理论公式,称这种反射波场的模拟为高斯束线性正演。在编程实现方法的基础上,通过对绕射体模型、复杂砂砾岩体模型以及起伏地表模型进行数值模拟,并对模拟产生的多炮记录进行偏移试验,结果表明:①高斯束线性正演能够准确地模拟出不含直达波和多次波的一次反射波信息;②对高斯束线性正演产生的多炮记录进行偏移能够恢复模型构造特征;③高斯束线性正演易于实现面向目标的数值模拟。

地震数据叠前逆时偏移(RTM)在高精度成像中具有重要应用,但其对存储量具有极高要求。使用随机边界条件会大大降低逆时偏移的存储成本,文中以自相关函数类型、相关长度、速度扰动标准差3个参数描述的随机介质表达方式来构建参数化的随机边界,对其三参数的意义及取值进行了分析,认为指数型自相关函数、相关长度与波长接近、速度扰动标准差为30%左右为相对优化的随机边界参数组合。模型试验表明,在RTM中采用参数组合优化的随机边界条件能有效破坏人工边界反射波场的相干性,在节省存储量的同时获得较高精度的成像结果。

近年来东营凹陷的浊积岩油气藏勘探难度越来越大,储层中混有灰质是影响识别浊积岩油气藏的主要因素。为了精确识别灰质发育区的浊积岩储层,对该区开展砂、灰、泥岩的纵横波速度、密度、拉梅参数等岩石物理参数分析,利用直方图技术优选出该区敏感的岩性识别因子F,根据Aki-Richards近似方程合理推导得到包含该岩性识别因子F的AVO近似公式,并借鉴Connolly叠前反演方法得到基于岩性识别因子F的叠前弹性阻抗方程。应用该方程对模型和实际资料进行了试算分析,试算结果表明,该方法能够在灰质发育区有效识别浊积岩储层。

地震勘探中的随机噪声会对有效信号产生严重干扰,甚至会导致信号畸变。为了满足高精度的地震勘探要求,应用高精度字典学习算法压制随机噪声。该算法基于超完备稀疏表示理论,对传统的字典学习算法从字典训练和稀疏编码两个方面进行了改善:在字典训练阶段,保持支集完备的情况下,对字典进行循环更新,使字典更好地适应数据;在稀疏编码阶段,选用上一轮更新的部分大系数作为新一轮迭代的初始系数,充分利用大系数表示有效信号的特点。对理论数据和实际含噪地震资料的处理结果表明,与传统算法相比,高精度字典学习算法在去噪的同时能保护有效信息,明显改善去噪精度,对地震记录信噪比的提高有显著优势。

海洋深水地震资料鬼波发育,造成地质假象,严重影响油田的勘探开发。分析地震资料采集环境及采集特征,采用子波法压制鬼波,在Echos(地震资料处理软件)处理平台上,利用采集设计子波,计算反褶积算子,再将压制鬼波算子应用于实际地震资料。鬼波压制后频率域陷波点得到有效补偿,单炮及叠加剖面上鬼波被有效压制,资料品质得到明显改善,利于构造解释及储层研究。

区域化探数据包含丰富的地质信息,从区域化探数据中挖掘出这些信息,对于区域地质研究具有重要意义。笔者提出了一种利用自组织特征映射网络和K-means聚类算法挖掘区域化探数据中地质信息的方法,将标准化之后的元素含量数据作为模型输入值,通过自组织神经网络进行聚类,再通过K-means算法进行二次聚类,从聚类结果中分析其中包含的地质信息。以英格兰西南部某区水系沉积物区域化探数据为例,进行实例研究以检验该方法的实际效果。实例结果表明:①利用该方法得出的聚类结果图很好地响应了地质体的空间分布,可用于推断地质体的分布特征;②地质信息隐藏在每个聚类类型的地球化学特征之中,通过对这些特征进行分析和解释,可以挖掘出其中所包含的信息;③基于SOM网络和K-means聚类的区域化探数据挖掘方法是一种有效的地质信息获取方法,对于传统区域地质研究可以起到补充和增强的作用。

当气井产量较低时,由于气相速度不足以将地层产水带出井筒,随着开发的时间推移,井筒内积液将不断增多,最终造成气井水淹,影响气井产能。文中建立了气携水状态下的力学模型,用于计算气携水流动状态下的气相流量,并根据井筒中上、中、下三段流型特征,提出了三段式气相流量计算方法。将该解释方法用于大牛地低产气井产气剖面测井资料的解释,结果表明新方法的解释结果和实际生产状况更吻合,提高了解释精度。

电性源瞬变电磁法是目前研究的热点,研究该方法的全区视电阻率定义同样很重要。文中给出了一种快速有效的全区视电阻率定义方法,利用该方法可以快速计算电性源瞬变电磁多分量的全区视电阻率。利用均匀半空间磁场强度响应曲线的平移伸缩特性实现视电阻率定义,该算法无需迭代就可以直接计算,速度快,精度高。最后,对比了水平磁场分量和垂直磁场分量定义的全区视电阻率对地层的分辨能力。结果表明,两种分量定义的全区视电阻率有相同的分辨能力,给电性源瞬变电磁法的多分量综合解释技术奠定了理论基础。

传统的剖面图算法对地层尖灭、透镜体、地层缺失处理能力差,算法精度难以满足生产要求。针对该问题,笔者提出一种地层分布模型自匹配的地质剖面图构建算法。首先,构建了工程钻孔数据结构;然后,根据地层分布规律定义地层分布模式,并推导出各个模式下地层剖面线生长策略和规则,通过地层分布模型规则和匹配算法判断地层点的剖面线从属关系;最后,将剖面线点集连接成线,并进行标注与地图整饰。笔者算法克服了传统钻孔相邻连接造成的连续性差、一致性欠缺的缺点,能够对地质剖面的歼灭、透镜体、地层缺失现象有准确地处理。实验表明,采用本文算法所构建的地质剖面图能准确、高效地反映研究区域的地层分布,广泛适用于工程生产。

在BDS/GPS组合定位中,选择空间位置最优的卫星组合是第一步,也是十分重要的一步。传统选星算法在选取最佳卫星组合过程中涉及大量的矩阵乘法和求逆运算,计算量大,定位实时性低。为解决快速选星定位问题,综合考虑定位精度和实时性要求,提出一种新的选星算法,该算法将BP神经网络和遗传算法相结合,并将几何精度因子(GDOP)作为判断定位精度高低的依据。将应用该算法得到的GDOP和运算时间与最小几何精度因子法所得对应结果进行比较,实验结果表明,该算法在大大减小了计算量的同时保证了定位精度,具有良好的实时性和可行性。

优选向上延拓技术可以保持深源低频信号基本不变的同时,使浅部高频信号衰减,能够较为准确地提取区域异常,进而分离出局部异常;避免了传统向上延拓浅源高频信号与深源低频信号同时衰减。笔者利用优选向上延拓技术处理鞍山—本溪示范区航磁资料,实现了深部区域异常的增强和分离,获得了较好的效果;并进一步对西鞍山铁矿床航磁异常进行三维反演,初步推断了西鞍山铁矿体空间形态和规模,为后期资料的成果解释提供了重要的参考依据。

通过对前三岛海域进行海底沉积物和海水地球化学调查,研究了26项地球化学指标分布特征。结果显示,该海域沉积物中大部分指标属于均匀型分布且与背景值总体接近,海底沉积物及海水质量总体良好,但局部地点也存在部分指标含量较高,甚至个别指标超标的现象,存在生态风险。鉴于此,经过相关评价初步圈定了该海域的3块(点)风险区和潜在风险区位置,明确了As和Pb为风险指标,Cd、Ba、MnO等为潜在风险指标,对前三岛海域沉积物质量分为清洁区、尚清洁区、轻度污染区3个级别,并尝试讨论As、Pb、Ba等风险及潜在风险指标的成因和演化趋势,为该区沿海开发利用提供了参考,为其他海域相关工作提供了借鉴。

板栗是低成本、高效益的经济树种,但其品质地域性差异较大。天津蓟州山区自然条件适合板栗种植。本文从板栗品质指标及其立地地质背景,对天津板栗主产区进行了研究分析。研究表明:天津板栗脂肪含量平均为0.75 g/100 g,水分平均为48.78%,可溶性总糖平均为11.53%,蛋白质平均为8.80 g/100 g,维生素C平均为15.18 mg/100 g,板栗果实中N、K、P、Mg、S、Ca含量高;板栗主产区地层主要为长城系串岭沟组,岩性以暗色页岩、粉砂质页岩为主,土壤中SiO₂、K、Corg、N、Fe、B、Mn、Ca含量及pH值非常适宜板栗树生长,有利于果实高品质的形成。

随着浅层地裂缝等地质灾害问题精细探测需求的增大,采用初至波速度层析反演技术,可以提供较高精度的浅层速度场的纵横向异常变化,可为识别地裂缝等地质灾害现象提供依据。通常,在采集参数一定的条件下,其反演成像精度受算法、网格类型和剖分尺度的限制,在网格类型不变的条件下,要提高精度就必须加密正反演计算网格,改进算法,从而实现增量而不减速且高精度的效果。文中利用OpenMP的单机多核并行技术,探讨并实现了初至波层析成像并行算法,其中正演部分使用了改进的旅行时线性插值法,针对原有的按列计算,加入了按行计算,充分考虑到来自各方向的射线,使得计算出的旅行时最小,反演部分使用了能迅速稳定收敛的LSQR法以及正则化技术,通过理论和实际资料测试,其收敛速度快,反演结果较好。同时,在加密采样和缩小网格尺度的条件下,与常规串行算法相比,其运算速度和效率有较大提高,与商业软件比较,其运算效率差异不大,但反演结果的精度和可分辨性较好。

无线电波透视技术在煤矿工作面内部隐伏构造的探查方面已有很多的成功实例,目前该方法对陷落柱探查的分辨率和局限性的研究比较少见。为说明该方法对陷落柱探测的可靠性和局限性,从数值模拟和实际透视实例两方面进行讨论。采用数值模拟办法模拟工作面陷落柱响应并对模拟数据进行反演,无线电波透视方法对于孤立的单个或多个陷落柱都有较高的区分度,反演位置与实际情况吻合;对天地王坡煤矿的坑透数据进行处理,圈定了陷落柱的范围,并经工作面回采证实。该工程实例证明了数值模拟的结论:对于横向位置差别不大的陷落柱,无线电波透视分辨能力下降,施工方法限制了分辨能力的提高。