地震层析成像作为一种有效还原地下介质速度模型的方法,为全波形反演提供了可靠的初始速度模型,从原始的射线层析到相移旅行时层析和瞬时旅行时层析,实现了地震波传播的有限频特性;从声波方程到弹性波方程,从各向同性介质到VTI,TTI介质,实现了对真实地下介质情况的模拟。减缓层析反演的病态性也一直是研究热点,常用的方法有正则化,用高斯束层析的敏感核代替传统的射线层析敏感核等。此外,为了避免使成像结果的精度依赖于共成像道集上反射位的真实深度,角度域双差分反射层析可以稳定有效地收敛到精确的偏移速度模型。如今,层析成像逐步向各向异性介质过渡,使用的数据从VSP到WVSP,从单一波形到多种波形联合反演发展,然而,分辨率和计算效率的相关问题仍然需要得到关注。
云南省待补镇—德泽镇地区位于曲靖—石林(褶冲带)Au-Pb-Zn-Cu-Fe-P-重晶石—煤—煤层气矿带,是西南地区重要磷、铅锌聚集区。笔者通过对待补—德泽镇地区1∶5万水系沉积物地球化学测量工作,对不同时代地层地球化学特征进行了对比与分析,查明了区域元素富集贫化规律及组合特征。重点对小米戛磷钼铅锌HS-23-甲1异常和藤子洼—热水村铅锌金HS-24-甲1异常进行了系统研究,查明前者P、Mo、Pb、Zn异常由灯影组三段、寒武系筇竹寺2个含矿层位引起,并圈定2个磷矿体,异常区找矿前景较高;后者Pb、Zn异常由铅锌矿细脉引起,Au异常由地表次生富集引起,找矿潜力较低,在此基础之上,总结了区内磷矿和铅锌矿找矿标志,为下一步区域找矿工作提供方向。
银川平原地质构造为一新生代断陷盆地,隶属于鄂尔多斯西缘裂陷带,被贺兰山隆褶带与陶乐—横山堡冲断带所夹持,同时受到鄂尔多斯地块西缘EW向拉张应力与阿拉善微陆块NE向的挤压应力,造就了该区现今复杂的地质构造特征,并且作为青藏地块、鄂尔多斯地块和阿拉善地块的分界及南北地震带的重要组成部分,银川断陷盆地成为中国大陆内活动性比较强的边界构造之一,历史上曾发生过多次强震。为解释银川断陷盆地深部地质构造,笔者以1∶20万区域重力资料为基础,钻孔、地震剖面、大地电磁测深剖面资料为约束,对银川平原进行2.5D人机交互反演,并以此成果为依据,构建了银川平原深部三维地质构造模型,为区域稳定性评价及地热资源勘探开发奠定坚实的基础。
渭河盆地西部地区构造复杂。目前对于该区的构造单元划分、地层发育特征和基底属性等基础地质问题认识不一。笔者利用宝鸡地区新实施的4条大地电磁(MT)测深剖面,结合重力资料,通过重电综合解释,推断了渭河盆地西部地区沉积地层分布特征及基底属性。研究表明,在陇县—凤翔一带,电阻率异常值低,重力异常值高,新生界较薄,基底埋深较浅,局部地区出露有白垩系,该区基底以中生界为主。在千阳一带,呈现高电阻率值和高重力值,且地表露头复杂,有寒武系、奥陶系、三叠系、白垩系、侏罗系等,其基底为中生界—古生界—元古界。岐山以南扶风以西一带,电阻率值较南北两侧骤降,推测基底为元古界变质岩。宝鸡—眉县北部呈高电阻率值、高重力值,北部局部有白垩系出露,基底为古生界—元古界。宝鸡—眉县以南为高电阻率值,低重力值,有大面积花岗岩出露,其基底为花岗岩。
为搞清鄂尔多斯盆地延长组典型致密储层的天然裂缝发育特征,综合利用钻井、岩心、测井和二维地震等资料进行分析,结果表明鄂尔多斯盆地合水地区延长组致密储层发育由走滑断层—破碎带—小尺度裂缝组成的复杂断裂系统,它们共同作用影响地下储层的非均质性、渗流能力,从而对油气生产产生重要影响。因此今后鄂尔多斯盆地伊陕斜坡内的天然裂缝研究应将断层、破碎带和天然小尺度裂缝当成一个系统来分析,仅研究天然小尺度裂缝对客观认识超低渗储层显然是不全面的。
碳酸盐岩地层因成藏复杂,缝洞储层非均质性强、常规测井响应特征不明显,给勘探和有效开发带来较大难度。缝洞型储层有效性评价是深层油气勘探开发中面临的主要难题。对于储层中尺度较小的裂缝,由于地震的分辨率较低,常规测井方法探测深度较浅,难以对数十米地质构造进行准确评价。近年来发展起来的单井偶极横波反射成像技术能够有效利用低频横波的传播特点,对井旁20~30 m范围内的声反射体进行成像。纵波径向速度成像技术利用多接收阵列反演井壁1 m以内的纵波速度变化,能较好地指示储层的可改造性。偶极横波反射成像较好地发现井壁裂缝延伸以及井旁裂缝,纵波径向速度成像可反映井壁附近储层纵波速度变化,综合认为裂缝较发育,延伸较远或存在井旁隐蔽裂缝储层且井壁纵波径向速度变化较大的层段,具有较好的储层改造潜力。应用该方法对华北油田河西务潜山几口井进行处理分析,分析结果与储层改造后产液有较好的对应性,值得进一步推广应用。
多通道瞬变电磁数据受工频噪声干扰严重,去除周期性的工频噪声是多通道瞬变电磁法实测数据处理面临的重大难题。通过交换发射与接收位置避开电力线从源头上减小工频噪声只适合电力线分布少而简单、地形较平坦的情况,极性反转叠加法更适合阶跃激励电流,观测垂向电场仅适合一维电性结构。数字递归陷波能够相对稳健地压制周期性噪声,并且计算速度快,但是,数字递归陷波法本身也有问题:其一,反褶积前陷波会使大地脉冲响应出现周期性的凹陷;其二,数字递归陷波器本身存在瞬态响应。本文研究了利用数字递归陷波器去除多通道瞬变电磁数据的周期性噪声的几个关键问题。首先,对设计数字递归陷波器的传统零点极点法进行修正,推导了新的计算公式。新的设计方法采用陷波带宽计算滤波系数。陷波带宽具有明确的物理意义,便于分析问题。其次,研究反褶积后陷波,即直接对大地脉冲响应进行处理,并系统地分析了陷波带宽、初始条件、大地脉冲响应波形等因素对数字递归陷波器的瞬态响应及陷波效果的影响。研究表明,选择合适的初始条件可以有效压制数字递归陷波器的瞬态响应,从而消除大地脉冲响应包含的周期噪声。最后,应用反褶积后数字递归陷波方法处理了野外实测数据,得到了合理结果。
时间域有限元算法已被广泛应用于航空电磁三维正演模拟当中,然而由于航空电磁测区面积大,且采样密集,造成正演计算量巨大,传统的串行算法已经无法满足计算效率要求,为此,开展了并行加速算法研究以解决计算效率不足的问题。基于航空电磁系统的影响范围有限,采用局部网格技术将计算任务划分成多个子网格,即每个发射源一套网格,各网格的正演计算相互独立,不存在数据依赖性,具有很好的可并行性;利用MPI技术对多个子网格正演任务进行分配,在各个进程上进行并行计算;针对每个正演子网格,在进行时间域有限元算法正演模拟过程中,采用OpenMP技术对单元矩阵进行并行计算。典型地电模型的数值模拟结果表明本文开发的MPI+OpenMP并行正演算法可以有效提高正演速度,最高加速比可达10倍。
“滤波技术”是航空重力测量数据处理中的关键性核心技术之一。针对“小波”滤波这一核心技术,本文研究、设计了小波低通滤波器,用于航空重力测量数据处理。基于小波包分析方法,按估算的小波包分解层次对应的信号频率范围、低通滤波器的截止频率和小波包系数频率由小到大节点的排列顺序,优化设计小波包树。研究分析了不同小波的主要特性,选用正交或双正交小波,采用本文提出的阈值处理方案和设计的小波低通滤波器,对GT-1A航空重力勘查系统的测量数据进行了滤波试验研究。结果表明,上述滤波方法和阈值处理方案是可行的,在选用的小波中,离散Meyer小波滤波器滤波效果最佳,获得与GT-1A系统滤波结果几乎同样满意的滤波效果,二者滤波结果的均方差值在0.2~0.3 mGal之间。
为精细研究尖北构造及断裂体系特征,探索侏罗系地层空间展布规律,提高断点、断面成像精度,落实小断层及隐伏断层的分布,为基岩岩性圈闭提供有力支撑,在柴达木盆地尖顶山地区采用低频可控震源“两宽一高”(宽方位、宽频带、高密度)的高精度地震勘探技术,此技术能够较完整地记录波场信息,低频信息丰富、空间假频少,有利于薄互层油气藏的宽频带处理及方位各向异性的研究。从该区的波场特征、信噪比及频率等方面出发,利用低频可控震源“两宽一高”宽频带、宽方位的高分辨率保幅处理技术,对小断层及基岩成像进行了精细的刻画,体现了“两宽一高”在宽频带和宽方位资料处理中具有的独特优势。
以松辽盆地北部肇源地区Y5井区扶余油层河道砂体为研究对象,针对砂体厚度薄、横向变化快以及相同厚度砂体地震响应特征不一致的现象,在正演模拟分析目标砂体的地震响应特征基础上,采用时频分析技术,通过广义S变换在频率域优选不同厚度及组合砂体对应的敏感频率,依托敏感频率重构数据,消除砂体理论响应地震波形与地震剖面特征不一致情形,进而优选地震属性预测砂体展布。研究结果表明:利用敏感频率重构数据体提取的地震属性,可以有效提高薄层河道砂体的预测精度,大大降低油田勘探开发风险。
随着勘探开发目标的日益精细化和复杂化,基于反演理论的最小二乘逆时偏移逐渐成为目前的发展趋势。为了使最小二乘逆时偏移更好地为油气藏的勘探开发服务,分析其不同条件下的成像效果,有助于在实际资料处理过程中指导处理人员做出适当的调整。为此,针对实际勘探过程中出现的偏移速度误差以及地震资料中存在噪声的情况,对比了最小二乘逆时偏移在不同条件下的成像效果。结果表明:在偏移速度存在系统误差的情况下,界面成像深度会出现误差,成像剖面难以反映实际构造形态;平滑后的偏移速度误差对最小二乘逆时偏移影响远小于偏移速度的系统误差,适当平滑可改善成像质量,但是过分平滑会影响成像质量;最小二乘逆时偏移能够压制部分噪声,但随着地震记录中噪声增强,弱反射逐渐被淹没,难以反映地下构造形态。
常规的基于地震沉积学原理的地震相分析,主要利用地震切片技术沿目标层提取均方根振幅属性,在地震信号信噪比较低,目标层厚度薄时,容易影响地震相分析的精度和可靠性。本文从地震沉积学原理出发,沿地层切片提取地震波形特征向量,然后引入地震波形特征向量凝聚层次聚类方法(agglomerative hierarchical clustering,AHC)开展地震相划分。波形凝聚层次聚类是一种无监督的机器学习算法,与传统的地层切片地震相分析方法相比较,基于波形聚类的分析方法,通过波形特征的变化,综合考虑了地震信号的振幅、相位和频率属性特征,具有更好的抗噪能力和更高的横向分辨率。物理模型数据测试和实际资料应用都证明了该方法的稳定性和适用性,验证了本方法具有较好的沉积相特征划分能力,是一类新的岩性分析工具,具有良好的应用前景。
活动态提取技术是深穿透地球化学研究隐伏矿的有效手段之一。提取时间是活动态提取技术的一个关键因子,由于提取剂与目标元素、赋存矿物的作用方式不同,提取时间对提取效果的影响会不同。本研究采用全反射X射线荧光光谱法(TXRF)测定土壤中Cu、Pb、Zn、Ni、Mn活动态提取量随提取时间的变化。结果表明,在1 h内,分析元素提取量随提取时间急速增长,在7 h内提取量增长速率较高,分析元素提取量基本在24 h达到平衡。对各元素的提取过程建立了两点动力学模型wt=w1exp(-k1t)+w2exp(-k2t),模拟提取土壤中两种吸附形式的活动态元素,方程中k1代表非专性吸附活动态(如离子态、静电吸附、以纳微颗粒形式存在)的提取速率常数,提取速率较快,k2代表专性吸附的活动态(粘土吸附态、铁锰氧化物弱结合或有机络合态)的提取速率常数,提取速率相对较慢。
样品测试周期长、等报告、催结果的窘境是当前存在的一个普遍现象。近3年来在黔西南地区以卡林型金矿为主攻矿种的矿产地质调查项目中,项目组引入了20世纪90年代提出的目视比色法,通过反复对比试验对原方法进行了部分改进和装备升级,研制出了一套能够便于野外运输、使用的一体化测试分析箱。与试验室同一批样品的测试结果进行了对比,证明新研制的分析箱在检出下限、测试精度等指标上能够满足快速定性判断的实际需求,能够有效辅助一线地质人员在野外调查过程中对于矿化蚀变现象、新矿点等的新发现进行及时地判定,提高金矿勘查工作的成效性。
针对现有常规去噪方法手段在参数选择及条件假设的不合理因素,导致去除的噪声剖面中残留部分有效信号(又称能量泄漏)的问题,本文提出了基于自适应K-SVD的能量泄漏恢复方法,实现残存有效信号的回收利用。首先采用小波阈值、f-x域去噪等传统方法处理,获得一个较高品质的样本进行字典的构造,再引入相关系数匹配准则对残差剖面进行稀疏分解,实现随机噪声与残留有效信号的二次分离。试验结果表明,本文算法能较好地兼顾地震信号的去噪与保幅,具有自适应性。
高斯束层析速度建模方法利用高斯束传播算子计算层析核函数,能够提高速度模型反演的精度与稳定性,但尚未引入地质先验信息有时会导致反演结果缺乏地质意义。基于此,通过引入预条件模型正则化算子,推导得到构造导向滤波约束下的高斯束层析速度建模方法,该方法的关键是构造导向滤波算子的构建。本文通过地震剖面计算构造的结构张量,利用各向异性光滑算子加入地质构造特征作为反演的正则化约束条件。该方法完全基于数据驱动,实现了对层析反演的“软约束”,既缓解层析反演求解的多解性,同时又提高反演分辨率,得到更加符合地质认识的高精度速度模型。数值模拟实验及实际数据应用验证了构造导向滤波下的高斯束层析速度建模的有效性与实用性。
薄互层油气藏、岩性与隐蔽油气藏逐渐成为勘探开发的重点领域,对提高地震分辨率处理方法及效果保真性提出了更高的要求。地震资料提高分辨率处理过程中,重点研究工作主要集中在提高地震分辨率方面,缺少系统全面的提高分辨率效果定量评价分析方法及软件。针对提高地震分辨率质量监控的迫切需求,开展了提高地震分辨率效果评价方法研究及软件研发,从而高效优选提高分辨率处理技术、流程和参数,全面可靠的监控提高分辨率处理流程,实现地震数据提高分辨率处理的效果定量评价分析,从而获取最佳的高分辨率地震数据。提高分辨率效果定量评价方法在新疆车排子地区沙湾组薄层油藏进行了推广应用,对提高地震分辨率处理进行了全流程的效果定量评价分析,解决了常规处理参数试验繁琐的难题,提高地震分辨率处理后薄层砂体识别能力显著增强。
天电噪声是影响时间域航空电磁数据质量的主要噪声源之一,在实际工作中如何对其高效、快速地去除是数据预处理的关键。前人研究的α-trimmed均值/中值滤波对天电噪声去除效果较好,但单窗口滤波存在一定问题,小窗口滤波去除天电噪声不彻底,大窗口滤波虽可很好地去除天电噪声,但供电处、峰值和断电处数据会被过度平均化。因此,提出混合窗口剪切均值滤波,即每半个周期内供电处、峰值和断电处数据采用小窗口参数滤波,其他数据采用大窗口参数滤波,该方法滤波后保证数据变化趋势的同时较好地去除了天电噪声。天电噪声的去除不仅能提高数据信噪比且能增大勘探深度,可以为后期数据处理提供高质量的原始测量数据。
本文将深度学习与重力异常体识别结合,基于近年来在图像识别邻域取得优异效果的卷积神经网络,将重力观测等值线图看作待识别的二维图像,将地下重力异常体的空间参数看作识别输出,从而形成适用于异常体识别的卷积神经网络模型。在训练中,随机生成大量不同参数的三维异常体模型,正演得到其重力观测二维数据,用异常体模型参数标签和重力数据训练卷积神经网络。在模型算例中测试训练好的网络模型,其识别准确性良好。同时,相比于传统神经网络从二维重力测线中识别异常体的埋深,卷积神经网络可从二维的重力数据识别三维异常体的埋深和大小信息。最后,将网络应用于澳大利亚Kauring地区重力观测数据,异常体识别结果与前人研究结果相符。说明卷积神经网络具泛化能力,可用于识别实测重力异常体,结果可靠。
笔者开展等值线追踪算法研究及相应软件开发。研究工作完善了地球物理数据处理与解释系统功能,为全自主国产化软件研发提供了方法技术支撑。笔者以网格数据访问接口及插件技术为基础,结合等值线特点,通过构建逐行追踪算法模型,研制了等值线追踪软件,统一了网格数据访问接口,保持了系统功能的完整性。实际数据测试结果表明,该追踪算法在效果及效率上均达到国际通用软件水平,满足了系统设计要求。
玛湖凹陷在侏罗纪时期整体处于浅水沉积环境,湖盆宽缓、基底振荡,在凹陷西侧斜坡区沉积多套砂泥岩薄互层,易于形成岩性油气藏;该时期还沉积多套煤层,煤层的发育对下部地层的地震响应产生屏蔽作用,造成砂泥层的波阻抗无明显差异,无法进行常规的储层反演预测。通过测井曲线对岩性变化敏感性分析,采用密度和中子曲线共同构建拟声波曲线,使得该曲线削弱煤层影响,能够清晰地反映地层岩性的差异;并以此为约束条件进行拟声波地震反演,解决了该区薄储层预测的难题,取得较好的应用效果。
基于云南省盈江县旧城—姐冒地区土壤、岩石和农产品采样分析资料,研究了土壤硒地球化学特征及主要影响因素,分析了农产品硒含量特征。结果表明,研究区土壤硒含量范围为0.01×10 -6~2.22×10 -6,平均值为0.23×10 -6,其中富硒土壤面积为73.41 km 2,占比17.47%;硒主要以残渣态形式存在,而能被农作物有效吸收的水溶态和离子交换态含量仅占总量的3.32%;土壤硒含量主要受成土母质、土壤硅铝铁率、有机质和pH值等因素影响。按照相关评价标准,研究区共有15件咖啡、1件澳洲坚果、2件稻谷和5件甘蔗达到安全富硒食品要求,其安全富硒率分别为100%、10%、1.32%和16.67%,且与富硒土壤集中分布位置基本一致。
天然及人工放射性是目前生态研究领域的热点之一。在本次试验中,抽查了广东省内不同土壤(沉积物)类型中放射性核素 238U、 232Th、 226Ra和 40K的含量,49件样品中 238U、 232Th、 226Ra和 40K的含量分别为84.3(17.9~209.1)Bq/kg、103.0(10.6~263.8)Bq/kg、77.7(12.0~206.0)Bq/kg和463.3(15.3~1557.6)Bq/kg,地表空气中的伽马吸收剂量率为126.8(27.2~265.9)nGy/h。研究区样品的等效镭为260.7(33.5~619.0)Bq/kg,外部危害指数值为1.2(0.15~2.8),年有效剂量率确定在155.5(33.3~326.1)μSv/y。将每件样品分为岩石背景、地貌背景和土壤类型三个变量因子,随机森林分析表明,样品中的放射性核素分布主要受控于不同的岩石背景,其次为土壤类型和地貌特征。与国内外不同地区的研究对比,广东省内土壤样品中的放射性核素浓度高于国内和全球的平均值,但放射性水平在安全范围内。
通过系统采集0~20 cm表层土壤、水平剖面土壤及0~200 cm垂向剖面土壤样品,测定土壤氟及相关指标含量,研究表层土壤及剖面土壤氟含量分配分布特征及其影响因素。结果表明,研究区表层土壤中氟含量范围为448×10 -6~1 009×10 -6,平均含量为685×10 -6。表层土壤氟含量分配分布特征受地质、地貌制约明显,氟高背景土壤(>730×10 -6)集中分布于蚌埠组(Qhb)亚黏土内,地貌为泛滥坡平地。表层土壤氟与TFe2O3(r=0.76)、Mn(r=0.79)、CaO(r=0.66)及Al2O3(r=0.59)呈正相关,与w(SiO2)/w(Al2O3)呈负相关。垂向剖面上,土壤氟主要富集于0~155 cm,铁、锰氧化物为制约土壤氟垂向分布的重要因素。
大型水电站建设过程中形成大范围弃渣堆积体,堆载过量极易引发滑塌事故,因此,开展弃渣堆积体分布调查极为重要。本文以某水电站弃渣堆积体为研究对象,以高密度电阻率法为主要手段,并在电法异常区及关键位置采用瞬态瑞利面波法进行验证,同时在场地内布设钻孔进行对比分析,结果表明高密度电阻率法处理成果与瞬态瑞利面波法及钻孔资料吻合程度高,此次调查基本查明了弃渣堆积体的分布情况。
三峡库岸岩石受构造、风化及消落带水位影响裂隙发育,本文利用有限差分正演算法程序模拟计算危岩裂隙的探地雷达响应特征,结果表明:不同形态下的裂缝有不同的探地雷达响应特征,通过模型与模拟计算结果建立的对应关系可从野外实测数据中识别岩体裂缝。以重庆巫峡板壁岩危岩带探地雷达探测为例,对探地雷达野外实测数据进行推断解释危岩裂隙带,并以钻孔高清摄像及波速测试验证推断解释的准确性,为防治、监测方案的制定提供科学依据。该案例可为其他库岸高陡峡谷区危岩裂隙带探测提供借鉴。
在深厚覆盖层条件下,如何经济快速地对水利工程中存在的复杂工程地质问题做出正确判断是水利水电工程勘察的重要问题之一。采用场源补偿情况下的面波勘探技术,具有经济、快捷、稳定性好及受外界干扰小等优点,已在许多领域得到应用,并且取得良好效果。笔者以复杂地质问题入手,通过对比分析不同物探方法的探测效果,重点对大深度面波探测技术在解决复杂地质问题中能力问题进行了研究。
受右坝肩正断层F2的影响,某水库岩溶发育,一直存在渗漏问题,经多处防渗处理,问题依然存在且日趋严重。本文综合采用流场法、自然电场法、高密度电阻率法对该水库渗漏进行了探测。发现老隧洞封堵质量较差,存在渗漏问题,并导致其下游侧坝体集中渗漏和大面积散浸;大坝坝体中部存在从上游坝坡至下游渗漏通道,是坝体下游二级坝坡出现散浸的主要原因;大坝右岸低矮山体存在渗漏入口,并可能与下游山脚的泉水点相连通;大坝右坝肩F2断层带防渗性差,存在与下游断层露头集中渗漏点相通的渗漏通道。此次探测结果表明:综合物探法能较准确获得水库渗漏源、渗流通道等位置信息。
