简要回顾了我国航放测量技术的发展历史,分析了航放测量的技术现状,指出已经形成了完整的航放测量技术体系。对60年来我国航放测量取得的重大进展和技术创新成果进行了较为系统全面的总结,认为我国航放测量仪器设备研发和技术水平达到了国际先进水平,技术创新成果从矿产勘查拓展到了工程地质、水文地质调查和环境调查与监测等领域。探讨了今后航放测量技术发展的7个主要方向:高精度大比例尺方向,放、重、磁、电综合集成化方向,无人值守和无人机方向,高原和高山无人区方向,成矿预测向多元信息综合方向,由地质找矿向环境调查方向扩展,科技创新和自主研发方向;梳理了航放测量工作中存在的6个主要问题,提出了今后的工作建议。
当前快速城市化与城市地下空间开发给浅层地震勘探技术的发展带来了挑战和良好机遇。笔者从地震勘探仪器设备、数据采集、数据处理和解释应用等方面介绍了近年来城市浅层地震勘探技术所取得的主要进展,包括陆上地震拖缆系统的研发、无线地震数据采集、可控震源伪随机扫描方法、城市噪声面波勘探技术及地震数据综合处理算法等。结果认为,通过瑞雷波约束折射P波层析成像结果或联合反演方法,可以提高后者对城市地下“百米”空间的探测精度;利用城市噪声作为震源,既能获得对描述浅层地质特征有重要意义的补充信息,同时又满足了城市对绿色、环保震源的要求;而陆上地震拖缆系统则使得S波技术在城市地下浅层勘探中可以发挥更加重要的作用。今后发展建议:一是加强城市浅层地震数据采集关键技术装备的研发;二是进一步开发和完善非传统(如面波)地震勘探方法,深入挖掘地震波中所蕴含的大量有用信息。
叠前同时反演是目前储层流体识别的主要技术之一,但由于地下地质情况复杂及地球物理响应特征的多解性,仍然存在一定的不确定性。笔者从流体替代入手,分析地震振幅响应特征变化,利用流体评价因子定量筛选适合本区的流体敏感参数,最后通过叠前同时反演得到流体指示剖面。研究表明,在本区高孔隙度水层是影响油层识别的关键干扰因素,而λ/μ是适合本区的流体敏感参数,且实际应用表明该方法有效压制了强振幅水层,提高了流体识别精度。
根据地球化学1:20万主成矿元素Mo的综合异常,采用1:1万地质填图和1:2.5万沟系土壤测量方法,快速圈定了Mo找矿靶区。在综合研究的基础上,确定找矿有利部位,经钻探验证,发现内蒙古乌拉特后旗查干德尔斯大型隐伏钼矿,证明了大比例尺沟系土壤地球化学测量对该区寻找隐伏矿床具有重要作用。笔者系统总结了该类矿床的地质地球化学找矿标志,为寻找隐伏矿床提供了参考。
汝阳竹园沟钼矿是在东秦岭—大别钼成矿带上新发现的中型钼矿床,矿床类型为斑岩型钼矿。通过对矿床区域物化探资料、矿区化探资料的分析研究,总结了寻找钼矿床的物化探方法,结果表明,物化探方法在找矿勘查中发挥了重要作用,并得出以下认识:含钼侵入体分布在重力低异常、磁低异常范围内, 1:5万高温热液矿物重砂异常与水系沉积物测量Mo、Pb、(Au)等综合异常重叠的地段,以及不同比例尺Mo、Pb、(Au)等元素地球化学异常重叠部位。
近年来陕西省秦巴地区金矿找矿难度增大,笔者在研究金的富集规律、建立区域不同类型金的典型矿床地球化学找矿模式的基础上,遵循相似地质条件和相似异常特征有可能找到相似矿床的经验规律,从Au异常分布特征、元素组合特征及地质背景研究入手,结合目前的金矿勘查成果,通过分析对比,对异常分类、筛选,将陕西省秦巴地区划分为12个金找矿预测区,并指出了各预测区地质特征、地球化学特征、控矿条件、主要的找矿区域及矿产类型,为该区下步金找矿工作部署,找矿方向提供了方向及借鉴。
针对黄土塬区黄土层厚度大、潜水位深、地形复杂等特殊的地震地质条件,以鄂尔多斯盆地南部LA勘查区为例,通过采集技术分析试验,总结出适合黄土塬区煤田地震勘探采集技术的对策。首先,对LA勘查区地震地质条件进行分析;然后,在分析弯线施工技术参数的基础上进行采集参数试验分析,确定了激发井深、药量、井组合及井间距等采集参数。采用弯线地震勘探方法,通过试验在不同地形条件下采用不同的激发方式,可以克服黄土巨厚、沟谷陡峭、黄土干燥疏松等因素造成的激发、接收困难,取得了较好的地震效果,为黄土塬区煤田地震勘探提供了有价值的参考。
马鬃山地区位于北山金成矿区东段,已发现金矿均与航空伽马能谱测量铀异常有关。经实地查证,石板墩航放铀异常处于墩墩山岩体与三个井群的接触带部位,受东西向两条碎裂石英脉控制,铀含量最高达18×10 -6,已经超过10×10 -6工业边界品位;金含量在(0.5~6.16)×10 -6,也已达到工业品位,铀金具有明显伴生特点。因此,应用放射性测量方法,为在马鬃山地区寻找铀金矿产提供了快速有效方法。
内蒙古呼伦贝尔市阿尔布拉格地区为火山岩分布区,为研究该地区铀异常矿化特征,本次工作主要采用地面伽马能谱测量方法对该区进行初步分析研究,探讨了阿尔布拉格地区铀异常矿化分布特征,初步划分出两处铀成矿有利地段,表明该方法在铀矿找矿过程中应用效果明显,对下一步重点查证工作有一定的指导作用。
承载着能够复原人类文明进步史的古代木质沉船及其装载物是考古和历史学家关注的对象,考古意义和价值都十分重要,但主动探测寻找水下被掩埋的木质沉船类似于大海捞针,至今未见报道。笔者通过对某地木质沉船的探测和验证实例的介绍,不仅证实了高精度磁法技术可以胜任探测木质沉船的调查任务,而且通过对木船引起的磁异常解释,可以对木船的规模、平面投影位置等提供验证、发掘所需要的信息。实践证实了磁法勘察技术探测木质沉船的可行性、可靠性和有效性。
根据目前频谱激电和相位激电使用中遇到的问题,提出一种正弦波相位激电的新方法,基于单频正弦波窄带滤波可以大分贝衰减干扰信号、和固定频率滤波的物理相移可补偿的特性,在正弦波波形锁定的情况下,用单片机计数器直接刻读激电绝对相位,在正弦波波峰处定位A/D采集振幅计算电阻率,正弦波相位激电的工作频率1~12.5 Hz,具有原理简单快捷、设备成本低、电极接地条件要求不高、物探测量速度快的特点,抗工频干扰和抗游散直流干扰能力强,特别适合矿山物探,新方法有望解决目前频率域激电高成本、低效益和不适合地质普查的缺点,并在矿山生产中拓展新应用。
利用不同频带的地震波场对不同尺度裂缝其响应特征也不相同的原理,将多尺度边缘检测理论与煤系灰岩裂缝发育区的地震波场特征相结合,通过识别由地质体引起的地震波信号的振幅在纵横向上强弱变化的边界,实现多尺度裂缝的检测与刻画。该方法利用多尺度函数检测算子,能够对较小尺度断裂及裂缝引起的细微变化信息进行有效检测,提高地震预测裂缝的分辨率,在沁水盆地煤系灰岩裂缝分布预测与研究中,与测井检测结果和研究区断裂系统规律相吻合,取得了良好的应用效果。
重力资料是从地表到深部所有密度不均匀体引起的重力效应的叠加。针对不同的工作任务,需要利用不同尺度的重力资料进行研究。二维经验模式分解能够自适应地对非线性、非平稳信号实现多尺度分解。文章研究将二维经验模式分解应用于重力资料的多尺度分析,对重力数据进行二维经验模式分解以得到各级固有模态函数和剩余分量,利用径向对数功率谱分析方法估计各级模态函数所反映的地下场源的近似深度,定性地解释不同深度下的场源产生的异常,较好地揭示场源赋存的地质信息。模型数据和实际数据的测试佐证了该方法技术的可行性。
基于前人的研究及咸宁岩溶地区地下水化学类型判别,知舒卡列夫分类法存在一些不足,提出了系统聚类分析法。文中对系统聚类法的4个过程(矩阵构造、相似程度表征、消除量纲差异和样本系统聚类)进行了详细讨论,编制了相应的程序,并将其应用于咸宁岩溶地区采集的水样,取阈值3.2时可分为10类,最后对每种水化学类型与舒卡列夫分类进行了对比分析,效果较好。
复杂地表区地表起伏大,表层低速带横向变化大,静校正是此类地区地震资料处理的关键和难点。层析静校正方法利用地震初至波射线的走时和路径反演介质速度结构,因不受地表及近地表结构纵横向变化的约束等优势在地震资料处理领域得到广泛应用。笔者针对人机交互和全自动层析静校正技术做了概要描述,并给出了两种技术的实现过程,结合鄂尔多斯北部工区的实际资料,开展初至拾取、反演模型、静校正量、反射波剩余量、叠加剖面、闭合误差和长波长静校正等应用效果的对比研究,论述两者在静校正应用效果上的优缺点和差异,为地震资料处理选择实用高效的静校正技术提供依据。
西部沙漠等地区存在严重的吸收衰减及低信噪比问题,为提高地震资料的品质,文中研究了一种基于目的层反射波频率特征的非线性扫描信号设计方法,改善目的层反射资料信噪比。根据主要目的层反射资料频谱特征和勘探任务要求,制定期望的频谱特征曲线,作为扫描频率与能量分布关系,控制扫描频率的驻留时间,求取非线性时频关系,获得非线性扫描信号。这一方法突出扫描信号期望的优势频率能量,优化可控震源输出地震波频谱特征。通过正演模拟和单炮记录试验,验证了本方法正确性和有效性,通过应用试验取得了较好效果。
合成地震记录标定是构造解释和储层预测的基础,合成地震记录标定的结果是否准确直接决定着后续构造解释与储层预测的准确性,只有准确判断地震剖面对应子波的极性,合成记录标定才会准确,因此,地震资料极性的判断是最基础的工作。在实际生产应用中,采用正极性子波和负极性子波分别制作合成地震记录,然后对比二者与地震道的对应关系这种常规的判断地震资料极性的方法很难判别地震剖面的极性。笔者以苏里格气田地震剖面极性判定为例,根据相位扫描原理,通过正演模拟以及公式推导表明:地震剖面的相位与相位校正量互为相反数。在实际资料分析中,利用相位扫描方法,对比井阻抗与井旁道反演的相对阻抗,得到相位校正量进而得到地震剖面的相位,帮助判断地震剖面的极性,该方法直观,在实际应用中具有较好的操作与推广性。
从一阶速度—应力弹性波方程出发,基于旋转交错网格,推导了时间二阶精度空间2M阶精度的有限差分离散格式。阐述了递归卷积复频移完全匹配层(CPML)边界条件的原理,建立了一阶速度—应力弹性波高阶差分CPML边界条件的递推公式。开展了CPML边界中关键参数m、κ和α的选取实验,通过分析反射误差分布图,选取了CPML边界条件中最优参数。全局反射误差与波场快照都说明,CPML较PML对隐失波具有更优的吸收性能。基于Matlab平台,编写了基于CPML边界的旋转交错网格弹性波正演模拟程序,应用该程序对各向异性介质及随机介质进行了模拟,得到了弹性波正演剖面记录及波场快照,通过对正演剖面记录及波场快照的分析,可以更清楚地了解弹性波在各向异性介质及随机介质的传播特性,指导非均匀介质中地震勘探资料解释。
瞬变电磁法在地形条件复杂的地区应用时,勘探效果往往不理想,究其原因,主要是忽略地形因素影响致使解释结果偏差较大。笔者采用三维时域有限差分法模拟起伏地形下瞬变电磁响应,通过麦克斯韦方程直接导出瞬变电磁扩散方程,引入虚拟位移电流项构建时域有限差分方程。首先,针对均匀半空间模型的计算结果与解析解进行对比,检验本文算法精度;然后,模拟分析了山峰、沟谷模型的地形响应特征,得出早期信号表现为两种特征,沟谷地形,早期“前段”较正常地形感应电动势值减弱,导致“假高阻异常”,早期“后段”较正常地形感应电动势值值增强,导致“假低阻异常”,山峰地形特征恰好相反,至晚期地形影响呈逐渐减弱的趋势;最后,通过实测数据证实正演模拟结果的正确性。研究结果对地形效应识别及校正工作具有较好的参考意义。
传统深海声学释放器存在体积大、重量大、成本高以及驱动机构动密封困难等问题,新型声学释放装置方案有望解决上述问题。研究中通过对比,确定采用无密封电磁铁提供释放过程所需的驱动力;设计了控制电路和机械结构,利用释放过程电磁螺管的电感变化,通过控制电路的一系列转换,回收反馈信息,实现了电磁铁控制接线的复用功能。经过联调测试,验证了整个方案的可行性。该装置相对于现有声学释放器除具有更小的体积和重量、更低的成本等优势外,结构更加精巧、易于控制,值得进一步研究,也将为下一步声学释放器整体封装和设计提供有用参考。
设计了多个1D/3D、2D/3D模型进行数值模拟分析,从模型三维响应和二维响应的差异大小和反演结果对比两个方面,分析了利用二维反演解释方法来逼近解释三维地质模型的适用性问题。分析结果表明:在异常体沿走向长度逐渐缩短的过程中,模型的三维特性逐渐增强,采用TM极化模式的二维反演结果基本保持不变,TE极化模式的二维反演结果逐渐产生畸变,表明TM极化模式对模型二维性的要求远远低于TE极化模式,TE/TM联合模式二维反演效果通常介于前两者之间,有时优于TM极化模式的二维反演结果。综合得出:一般条件下采用TM极化模式进行二维反演通常可以较好地重建原始模型,TE/TM联合二维反演结果在与TM极化模式反演结果整体电性特征相似的情况下,其对模型电阻率值的反演优于TM极化模式。
研究了频率域航空电磁法的电磁场理论、边界条件、有限元单元法求解等内容,重点介绍了网格剖分原理,实现了人机交互网格剖分软件以及二维有限单元数值模拟算法。通过二维数值模拟计算,了解了圆柱体模型的响应曲线特征,提高了频率域航空电磁数据的解释水平。
基于ArcGIS平台强大的空间数据管理和分析功能,采用OGRE图形引擎从底层研发地下三维地质信息模型,运用云计算技术设计基于T-C-V(终端—云端—虚拟端)架构模式的三维城市地质信息共享平台。通过统一入库标准、专业的分析算例、通用的服务接口、完备的服务体系,构建集城市工程钻孔管理、多源数据融合、区域信息服务、三维地质建模、地质成果输出与共享、地质资料检索等功能于一体的服务体系。建立统一的数据中心,以服务的形式实现平台数据共享与互操作,达到提高三维城市地质数据的应用能力和增强地质信息的共享水平的目的。依据笔者方法建立了原型系统,在实际使用中证实能够满足生产要求。
RockPlot岩石地球化学图解软件是以岩石地球化学参数计算与图解为研究对象,应用计算机处理岩石地球化学数据的一次新的尝试。系统整体运用WPF技术,采用松耦合的插件式设计,既保证岩石化学计算与图解的独立性,也维持了系统的整体性;采用简单、易于读写的JSON轻量级数据格式作为岩石化学计算与图解的统一配置模块,提供了高度灵活的扩展功能,并实现了矢量化输出。系统集计算与图解功能于一身,提供了综合、整体的岩石地球化学数据处理应用体验。
NASVD方法(noise-adjusted singular value decomposition)是一种基于多元统计分析来降低测量固有噪声的数据处理方法,通过将多道航空γ能谱仪采集到的大量测点构成的谱线矩阵分解为若干特征向量,再舍弃仅反映噪声的部分特征向量,利用噪声较少的特征向量对谱线矩阵进行重组。重组后,谱线矩阵中提取出的钾、铀、钍窗的计数率噪声均显著降低。笔者主要通过一些实际测区数据的处理结果来讨论聚类NASVD方法在不同情况测区的实际降噪效果。使用该方法分别对不同比例尺及飞行高度的实际测量数据进行了成图处理,并对处理结果进行了比较。在小比例尺航空γ能谱测量中,本方法优势并不十分显著。但在大比例尺,低高度的测量中,NASVD方法在空间分辨上较传统简单滤波方法有着非常明显的优势。
对宜兴地区2004、2009和2015年的土壤地球化学调查数据进行分析,土壤pH值变化于3.53~8.86之间,其中酸性和强酸性土壤主要分布在低山丘陵砂岩地层分布区,微碱性土壤主要分布在石灰岩地层分布区,平原区土壤以微酸性为主,反映了成土母质、地形地貌对土壤pH值的影响。对比研究表明,过去6年间宜兴地区有 49.77%的土地pH值处在下降之中,有23.53%的土地pH值处在上升之中,只有26.70%的土地pH值基本没有变化。由于工业化发展对环境的改变,本区土壤酸化受酸雨沉降影响明显。在成土作用、酸雨沉降、农耕等多因素的长期影响下,平原区表层土壤要比底层土壤pH值低1.2左右,表层土壤酸化主要发生在耕作层,深度在30 cm左右,底层土壤基本为中性。总体来看,宜兴地区10多年来表层土壤呈酸化趋势,如果没有相应的措施,继续下降的可能性很大。
通过对五莲县中东部地区的天然放射性环境地质调查,分析了该区环境的放射性特征、分布规律及其影响因素。结果表明:调查区内天然放射性本底中,γ辐射剂量率背景值为80.0nGy/h,公众照射所致居民平均年有效剂量为0.46mSv。天然辐射高本底区域主要表现为岩石(土壤)γ剂量率和 232Th核素含量异常特征,主要岩性为二长花岗岩和含黑云二长花岗质片麻岩。调查区内供水水源、河流及民用水井中水体的放射性核素浓度值均较低,水源安全。
工程场地隐伏断裂等地质构造的探测主要采用浅层地震勘探、电联合剖面法、电阻率测深、高密度电阻率法、地质雷达和瞬变电磁等物探方法,从介质的电性、弹性波速度及相对介电常数的变化上,获得地质构造的分布特征,通过研究物探资料上地质构造的分布关系,结合地质资料、遥感资料和同位素或热释光测年等方法,对断层的活动性做出科学的评价,对场地的合理利用,工程的安全布局都具有重要的作用。文中以长春某水泥生产线工程场地的物探勘查为例,讨论了物探方法在隐伏断裂的探测与地震活动性评价等应用问题。
瞬变电磁法早期二次场是浅层地质信息的反应,一次场关断产生的自感电场会与早期二次场进行叠加形成一个浅层盲区,造成探测结果不能真实反映浅层地层信息。对早期纯二次场的探测能够从根本上消除浅层盲区。文中首先介绍了等值反磁通瞬变电磁法的线圈装置,通过零磁通面积感应电压规律的分析,对该方法如何实现早期二次场采集进行了说明。以某水电站公路边坡岩溶探测为研究背景,通过对测试数据的反演结果进行分析,得到了不同深度地层电阻率信息,圈定了岩溶的空间位置分布。事实证明等值反磁通瞬变电磁法能有效避免一次场关断对二次场的影响,基本消除了浅层盲区,实现了浅层地层的准确探测。
在垂直地埋管现场热物性测试中,计算岩土体综合热物性参数时一般采用线热源的简化解析式,求解综合热导率和钻孔热阻。这种方法在各种测试条件下会产生不同程度的误差。通过传热数值计算方法,研究了循环介质流量、加载功率、两次测试的间隔时间、测试设备性能、测试孔深度、回填材料热导率、岩土体中水渗流情况、地温梯度对综合热导率和钻孔热阻误差的影响。以传热数值计算结果为基础,提出了降低线热源计算误差的方法:根据测试条件选择相对合理的测试参数;对系统误差采用模型经验修正法予以消除,或改用完善的数值计算方法求解。