为了研究在干旱荒漠区矿产检查工作中的有效物化探方法组合,实现地区找矿突破,以内蒙古黑鹰山地区某矿产检查调查区为例,探寻物化探方法寻找铜多金属矿的工作方法技术。调查区开展了1∶1万地质测量、大功率激电、高精度磁测及1∶5万热磁组分土壤测量面积工作。通过数据处理,圈定了2处激电异常和5处磁异常,区内也出现具有多元素组合异常特征的化探异常。在激电异常与元素异常浓集部位布置了可控源音频大地电磁测深剖面,确定了两个良导异常向下展布情况。探槽结果显示:在公婆泉组钠长阳起岩夹变质石英砂岩和大理岩接触处发生强烈硅化、矽卡岩化和孔雀石化;探槽样品中,多个样品中的Cu、Ag含量达到边界品位。区内找矿前景良好,可以开展进一步工作。
油气藏中的轻烃气体能够以微弱但可检出的量近似垂直地渗漏到地表土壤中,其中一部分烃类以游离态赋存在土壤或岩石颗粒空隙中。壤中游离气中的烃类能反映深部油气藏烃类的现代补偿性活跃微渗漏,被认为是油气地球化学勘探的最可靠方法之一。壤中游离气采集是获得第四系沉积层中微渗漏烃类地球化学异常的关键技术。自行研制了便携式游离气采集新装置,具有操作简便、携带方便、密封性好等特点。通过长期实践,总结了土壤游离气保真采集的方法。游离气方法在济阳坳陷惠民凹陷南坡临南—钱官屯地区、塔里木盆地阿克亚苏地区X井区的油气化探应用,获得的游离烃异常较好地反映了油气垂向微渗漏近地表信息,以及下伏油气的分布特征,油气微渗漏异常区与背景区分离明显,表明壤中游离气方法应用效果显著,在油气勘探中值得广泛推广。
煤层气含量是煤层勘探开发研究的重点参数之一,由于煤层气含量受多因素影响,能有效预测其含量至关重要。本文将斜率关联度法与随机森林算法相结合,以地球物理测井资料为基础进行煤层气含量预测。首先利用改进的斜率关联度法,计算得到对煤层气含量敏感的测井曲线,再利用交叉验证法探究合适的随机森林决策树个数,并结合选出的超参数利用随机森林算法预测煤层气含量。以沁水煤田柿庄北区3号层为例,对该区块进行评价预测,并将预测结果与多元回归模型拟合结果进行对比,同时对本文方法模型的泛化性进行研究分析。结果表明,应用斜率关联度法对测井曲线与煤层气含量进行分析计算能准确有效地找到可用于煤层气含量预测的测井曲线;用随机森林算法训练得到的模型预测非夹矸段煤岩的煤层气含量准确,计算结果可信度高,在夹矸段预测能力较弱,总体对煤层气勘探开发有指导意义,具有实际应用价值。
在中—新生代盆地区,受盆地盖层影响,砂岩型铀矿的航磁ΔT异常信息不明显,这直接影响利用航磁资料寻找砂岩型铀矿的应用效果。开展盆地内航磁微弱信息提取方法的研究,能充分发挥航磁资料在砂岩型铀矿勘查中的作用。本文总结了砂岩型铀矿形成微弱航磁异常的机理,分析界定了航磁微弱磁异常的定量范围,以1∶5万高精度航磁数据为基础,通过对内蒙古西部已发现的层间氧化带砂岩型铀矿床航磁特征进行分析研究,总结出一套利用高通滤波提取砂岩型铀矿上方航磁微弱信息的方法,使用该方法在内蒙古二连盆地某铀成矿带开展了航磁微弱异常提取实验,在3个已发现的氧化带砂岩型铀矿上方提取出航磁微弱异常信息,为利用高精度航磁测量方法在中—新生代盆地区寻找砂岩型铀矿探索出一条新途径。
钻井揭示渤海油田渤中A构造太古宙潜山拥有巨大的天然气勘探潜力,而目标区太古宙变质岩潜山裂缝储层面临埋深大、非均质性强、横向变化快等问题,制约了该区勘探评价的顺利实施。本次研究从潜山裂缝储层的成因机理出发,分别对风化裂缝带和内幕裂缝带储层特征进行综合分析,开展了针对性的潜山裂缝储层预测技术研究。对于风化带裂缝储层,创新采用基于双参数叠前裂缝储层孔隙度预测技术,通过三维弹性参数交会分析开展裂缝储层孔隙度预测,精细描述了风化带裂缝储层发育情况。针对潜山内幕裂缝储层,在F-K域相干增强技术改善潜山内幕有效反射成像的基础上,采用基于聚类分析的边缘增强裂缝检测技术,对潜山内幕裂缝发育规律进行了综合表征。针对性裂缝储层预测技术的综合应用,有力助推了渤中A构造勘探评价,也为目标区下一步勘探评价提供了重要依据。
基于层状大地表面水平电偶极源电磁场公式系统,提出了比值法获取Hy分量全区视电阻率计算公式。计算了层状地电模型多个收发距的电磁场各场分量Ex、Hy、Hz,并用这三个场分量计算了全区视电阻率,以及Ex/Hy卡尼亚电阻率,并与模型的MT卡尼亚电阻率频谱曲线进行对比。发现Hy全区视电阻率在赤道装置和轴向装置的广大区域对地电模型均有较好的响应,可进行单分量广域电磁测深。轴向装置Hy全区视电阻率与赤道装置垂直磁场Hz全区视电阻率相似,在低频段与层状模型大地电磁测深卡尼亚电阻率有相似的频率响应特征,在较小收发距条件下对大埋深基底就能有较好的响应。赤道装置和轴向装置测量的水平电场Ex分量全区视电阻率在低频区均会进入“饱和”区。对于各电阻率定义方法,合适的收发距是较好地反映出地电特征深度变化的前提,多收发距测量有利于揭示深部电性特征。
速度是水合物勘查的重要参数,但是速度的影响因素众多,给高精度识别水合物带来一定困难。水合物储层岩石物理是研究多种因素对速度影响的有效手段之一。考虑到水合物储层未固结等特征,本文采用SCA-DEM模型,重点对比了孔隙度、饱和度等对纵横波速度以及AVO特征的影响,并构建了一种新的水合物指示因子,消除了由于孔隙变化带来的假异常。岩石物理分析表明该指示因子与水合物饱和度具有很高的相关性。然后,推导得到了基于水合物指示因子的地震反射特征方程,并基于该方程反演得到了水合物指示因子,反演结果与实际钻探结果吻合较好,表明该方法具有一定的实用性以及科学性。
音频大地电磁测深(AMT)与可控源音频大地电磁测深(CSAMT)均为深部勘查常用方法。AMT方法采集频带较宽,但存在“死频带”,在“死频带”范围无法完全得到地质体响应。CSAMT信噪比高,但通常受发射功率的限制,收发距离一般放置不够远,容易过早进入“近区”。本文展示了将两种方法数据拼接组合的一种处理方式:首先在前人理论研究的基础上,利用CSAMT和AMT均匀半空间模型进行了正演计算,结果表明,CSAMT远区与AMT数据拼接具有可行性;选择湖南仁里铌钽矿床7号剖面的野外实测数据进行实验,将同测点位置的CSAMT远区数据和AMT同测点同模式数据相“拼接”,合成新AMT数据;最后进行反演,反演结果与钻探结果对应较好,表明该方法具有一定的效果。
航空重力测量以飞机为载体对重力场数据进行采集。由于气流、飞行状态及机体自身振动等因素的影响,航空重力测量原始数据含有大量的噪声,信噪比高达上万级分之一,因此从原始测量数据中获取弱小重力信号成为航空重力测量系统发展的一个技术难题。本文针对航空重力测量系统将通用卡尔曼滤波公式进行了适应性调整,建立了航空重力异常的数学模型,针对系统测量原理提出了卡尔曼滤波状态方程,解决了重力信号与差分GNSS信号匹配、航空重力弱小信号提取的难题。经过实测的航空重力测量数据验证,提出的航空重力数据解算方法能够高精度地解算出航空重力异常,且优于FIR低通滤波器(目前工程上采用)的解算结果,推进了航空重力弱信号提取技术的发展。
为了重磁数据中有效信号的分离与提取,本文研究了最近十几年发展起来的一种方法:曲波变换方法(Curvelet transform method)。从曲波变换的基本原理入手,通过重力位场理论模型数据分析了曲波变换的多尺度分解重构能力,并且利用加噪理论模型数据分析了曲波变换的阈值去噪能力,此外,还使用曲波变换对南岭东部地区布格重力异常资料进行了有效信号提取。结果验证了该方法可同时适用于位场数据的分解和去噪处理研究,为重磁数据多尺度分析处理提供参考,也为实际资料数据提供一定的指示作用。
确定起伏地表的空间位置是叠前深度域起伏地表偏移成像和速度建模成功的关键。浮动基准面本身就是一个起伏高程面,此外它还定义了CMP道集在其上进行基准面校正的规则。本文分析了确定浮动基准面的常用方法并明确了其在一般情况下所具有的物理意义,指出了即便是基于平均静校正法得到的浮动基准面,在一定条件下也可以直接用于起伏地表叠前深度域偏移成像和速度建模。此外,还讨论了在叠前深度域速度建模中错误地使用浮动基准面数据可能导致深度域成像结果中层位深度的移位和畸变的问题。
多辐射场源半航空瞬变电磁法是对电性源半航空瞬变电磁法的发展和补充,具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点。基于一维正演理论,本文对平行辐射场源、带角度多辐射场源和单个源模型在空中产生的三分量瞬变响应特征进行分析,结果表明:整体来说z分量瞬变响应曲线形态最为简单,多辐射场源情况下响应增强的特点最明显,最利于数据处理和解释;x分量瞬变响应形态最为复杂,在全场域经常表现出极性反转的变号现象,但晚期信号幅值总是增大;y分量瞬变响应受电流方向和接收点位置的影响最大,曲线形态和响应幅值变化均较为复杂。结合偏移距变化下响应衰减幅度,建议工作区域偏移距控制在辐射源长度的5~6倍内为宜。本文的研究结果可为实际勘查工作的野外施工布置及定性分析提供参考,同时获得了对该方法的初步认识。
本文通过一维和三维正演程序分别生成了回线源瞬变电磁法的感应电压场和Bz场数据,并从多个角度对比了二者的探测效果。通过多个模型对比分析了这两种数据在当前主流硬件的数据采集精度下的最长有效延迟时间;通过全时视电导率计算与一维反演对比分析了两种数据的纵向分辨率和横向分辨率。结果表明,在本文采用的仪器精度水平和测量方式下,只有当模型中存在电导率≥0.036 S/m的高导异常体时,Bz场的有效观测延迟时间才可能比感应电压场更长;Bz场相比感应电压场虽然能够提前感知到地下异常体,但是在横向和纵向分辨率以及对异常体电导率的呈现程度上均比感应电压场差。在实际野外测量时,不建议仅开展Bz场测量,而是在有条件情况下,同时采集感应电压场和Bz场,充分利用感应电压场和Bz场各自的优势,达到最佳的探测效果。
针对地震资料处理中存在的时差、相位差问题,提出了一种时差、相位差自动识别校正方法。该方法以希尔伯特变换和相对熵算法为理论基础,以KL散度为判别准则,全过程数据驱动,自动化实现时差、相位差的识别与校正, 有效降低人工识别成本,避免人为因素带来的误差。文中详细阐述了相关原理及实施过程,并通过数值模拟结果验证了该方法的正确性和有效性。连片、多分量实际资料的应用分析表明,相较于人工识别及理论值校正,该方法可以有效提高识别及校正精度,增强处理对象的一致性,改善剖面质量,为后续处理及解释工作提供技术保障。
CNN-GRU混合深度学习反演弹性阻抗取得了较好的反演效果。但是,基于深度学习的叠前反演参数众多,包括内部深度学习网络可学习参数和外部超参数等,目前超参数选取对网络性能及计算速度影响尚缺乏系统性研究,这直接影响到了该方法的进一步推广应用。因此,本文在混合深度学习反演弹性阻抗基础上,探讨学习率、Epoch、batch_size、正则化参数及参与网络训练的测井个数等5个超参数对网络性能及计算速度的影响,为深度学习地震反演超参数选取提供依据。研究结果可为三维大面积深度学习反演提供一个可行的质控手段,对于推动深度学习方法在石油物探中广泛应用具有一定意义。
叠前地震资料中包含纵波速度、横波速度、密度和吸收衰减系数等弹性及粘弹性信息,其中吸收衰减属性对储层物性及流体性质尤为敏感。本文从粘弹介质精确Zoeppritz方程出发,基于介质分解理论通过公式推导及近似,建立了包含纵波速度、横波速度、密度和吸收衰减系数的纵波反射系数特征方程,利用贝叶斯反演框架,实现了叠前纵波速度、横波速度、密度、衰减四参数同步反演。模型与实际资料反演效果均表明了该方法的可靠性。该方法较好应用于胜利油田东部海上探区的油气识别,相比于常规弹性介质流体因子,四参数同步反演方法得到的吸收衰减系数能更准确地表征油气的分布。
采用非结构三角形网格结合快速Occam算法对海洋可控源电磁(CSEM)与大地电磁(MT)数据进行二维联合反演试验研究。非结构三角形网格能够准确地模拟起伏地形和复杂地质构造,对反演目标区域采用精细网格剖分,其他区域采用粗网格剖分,在满足精度的前提下减少了不必要的计算量。将CSEM与MT数据加入到同一反演数据集中,通过对联合反演数据权重公式进行推导,构建CSEM及MT数据相关权重因子,控制不同数据的拟合权重来实现联合反演。最后对不同模型进行了反演计算,结果表明联合反演比单一反演对海底构造与异常体的还原度更高,验证了联合反演算法的可靠性。
电阻率法可用于地表浅层的探测,也可用于对动态地下目标进行监测。对于监测数据的反演,不同数据集的单独反演存在一定缺陷,为此本文在常规电阻率反演算法的基础上,推导了时移电阻率反演公式,实现了时移反演算法程序;为了论证时移反演算法对动态地下目标成像的优越性,建立一组多个正演模型,利用模拟数据进行单独反演和时移反演,并对比两种方法的结果。研究表明,尽管两种算法都能圈定动态地下目标体,但时移反演算法可以消除不同观测数据集中所包含的随机误差,减少假异常的出现。
在重力勘查工作中,尤其是第四系覆盖区的重力勘查工作中,准确测定松散沉积层的密度,对重力资料的改正、处理、反演、解释研究等都具有非常重要的意义。一直以来,重力勘查野外工作中,均采用规则形体大样法测定松散沉积层密度。然而,野外实际工作中很难获取一个规则形体的采样坑,因此,基于规则形体计算公式得到的采样坑体积与实际采样坑体积往往存在较大的误差,导致松散沉积层密度值测定不准确。本文采用一种符合野外实际情况的不规则六面体体积计算方法,对规则形体大样法进行改进,可更精确地测定松散沉积层密度值,并提高工作效率。
岩石密度测定是获取准确密度值的重要手段,同时密度也是对重力测量结果进行地形校正和中间层校正不可缺少的参数。密度测定精度越高,利用其进行地质解译的精度也越高,但不同版本的测定规范对岩石密度测定前是否需要浸泡处理存在分歧。本文以白云鄂博矿区12种岩(矿)石标本为例,对比浸泡前后的密度变化,得出除云母型铁矿石外,浸泡后的岩石密度均不同程度增大。对于孔隙或裂隙发育的岩(矿)石,浸泡后的密度差百分比大于0.5%。而结构致密的岩(矿)石,浸泡对密度测定的影响低于2倍测定误差,可忽略不计。
直升机TEM被广泛应用于矿产、水文地质勘查等领域,该测量方法在国内还处于发展阶段,且飞行难度大,总结其野外测量流程、分析野外测量影响因素,对于今后直升机TEM飞行作业具有实际意义。笔者结合雄安新区白洋淀和雄县两个测区实测资料,对直升机TEM野外测量主要环节中存在的影响因素进行了分析,并提出了相应的建议,如机型选择、直升机起降点、天气、飞行高度、速度、飞行计划及测量系统稳定性监控等,为今后直升机TEM测量飞行提供参考经验。
专题地图是展示物探研究成果最为直观的表现形式之一,而一张成果图的定稿需经多次的修改完善。根据地质解释图的制图特点和要求,以电磁法中的断面解释图为例,利用Python语言中丰富的第三方库,设计编写了自动化制图程序。文中对不整合线(波浪线)的绘制、微短线删除、多边形化、颜色填充等主要环节进行较为详尽的阐述,并提供了关键代码。
福建省位于东南沿海,花岗岩大面积出露,导致土壤中的放射性核素普遍高,从而使环境地表γ辐射剂量率也较高。近年来,人居环境安全越来越受重视,较高的γ辐射剂量率是否存在风险成为人们关心的问题。本项目选择永安罗坊、武平忠地两处重点区开展1∶5万环境地表γ辐射剂量率测量,并在同点采集配套土壤样品。通过研究土壤放射性元素238U、232Th、40K比活度与γ辐射剂量率的关系特征建立多元回归方程,利用福建省1∶25万多目标区域地球化学调查所获得的31 303个表层土壤U、Th、K测试成果换算福建省2 km×2 km网格环境地表γ辐射剂量率,编制人居环境适宜性评价图。得出福建省γ辐射安全区(无风险)约12.1万km2,占研究区总面积的99.64%,风险区(可能存在风险)433 km2,占0.36%,管制区(存在风险)仅4 km2,天然放射性人居环境优良。
以1∶5万高炉集幅为研究对象,在6个点/km 2及4个点/km 2两种采样密度条件下,土壤元素在地球化学参数特征及空间分布上均相近,表明该图幅内采样密度4个点/km 2可以满足1∶5万土地质量调查评价工作的要求。基于不同采样密度下土壤元素地球化学特征的对比分析,提出淮北平原覆盖区地质背景相对单一的连片耕地区开展1∶5万土地质量调查时可采用最低采样密度(4个点/km 2)。土壤环境质量评价结果显示,区内土壤环境质量优良,以优先保护类土壤为主,安全利用类土壤仅零星分布,影响土壤环境质量的指标为Cd,研究结果可为该地区实施绿色无公害产业发展提供科学依据。
以天津市核桃主产区土壤和核桃为研究对象,分析了土壤重金属元素Cd、Hg、Pb、As、Cr、Zn和Cu的含量特征,选用内梅罗指数法、地累积指数法和污染负荷指数法等3种方法评价了土壤环境质量,并分析了核桃食用安全性。结果表明:研究区土壤样品中Cd、Hg、Pb、As、Cr、Zn和Cu的平均含量分别为0.19×10-6、0.06×10-6、24.1×10-6、11.9×10-6、75.5×10-6、78.9×10-6和30.6×10-6,Cd、Hg和As平均值均超过了天津市背景值,而且Cd和Cu分别有11.7%和1.7%的样品点位超过风险筛选值。根据内梅罗综合指数法可以得出,研究区土壤环境质量总体较好,但由地累积指数与污染负荷指数评价发现,研究区存在人为原因引起的土壤重金属积累情况,且污染点位均匀分布于研究区。核桃样品中Cd、Hg、Pb、As和Cr平均含量分别为0.003×10-6、0.004×10-6、0.044×10-6、0.043×10-6和0.760×10-6,均满足食品安全标准要求。
通过对四川省沐川县北部土地质量地球化学调查,查明了工作区土壤Se的地球化学特征,并对其成因进行了初步研究。结果表明,工作区土壤Se含量范围为0.06×10-6~1.49 ×10 -6,平均值为0.41×10-6,主要以富硒土壤为主,满足富硒土壤条件的土壤面积占工作区总面积的60%。不同成土母岩中土壤Se含量差异较大,趋于表层富集,成土母岩为香溪群的土壤中Se含量较高,且重金属含量低;不同土地利用类型中,林地土壤Se含量最高;不同土壤类型中Se含量差异较小。相关分析表明,土壤Se含量与有机质、Pb、As、Cd等呈显著正相关,不同成土母岩对Se含量与pH值的相关性影响较大,表明成土母岩、有机质、重金属元素是影响该区土壤中Se含量的主要因素。
近年来在黑龙江三江平原局部地区发现有珍贵的富硒土地,但对三江平原土壤硒的分布以及土壤硒含量的控制因素研究较少。三江平原西部地区土地质量地球化学调查发现,该区表层土壤主要以足硒为主,未见硒中毒土壤,富硒土壤主要分布于完达山山前至沿挠力河之间的冲湖积低平原地区,少量分布于萝北县城北部的湖成剥蚀台地,硒不足或硒潜在不足地区主要沿松花江河流以及萝北地区黑龙江古河道展布。根据相关性分析、因子分析、聚类分析结果,并结合硒元素地球化学空间分布,认为三江平原表层土壤硒含量主要受表层土壤中有机质以及土壤质地中黏土的吸附作用影响,铁、锰等氧化物以及土壤pH对硒富集具有一定影响,但作用较小。土壤环境质量综合评价显示三江平原地区多为无风险区,是一块珍贵的清洁土地资源,当地可依托富硒土地发展绿色富硒农业。
通过对三原—阎良地区土壤与农作物采样分析研究,发现该地区土壤环境总体清洁,足硒—富硒土壤占调查区总面积的94.62%,富硒土壤分布广,具备了开发富硒农产品的基本土壤条件;大宗粮食作物均达富硒水平,其中油菜富硒率100%,小麦富硒率99.4%,玉米富硒率88.1%,大部分蔬菜也都达到了富硒蔬菜的标准,适合种植富硒大宗粮食作物和蔬菜;农作物硒与土壤硒整体相关性较好,玉米硒含量与根系土硒含量相关系数为0.788,小麦硒含量与根系土硒含量相关系数为0.612,富硒产业发展前景好。三原—阎良地区是陕西省关中地区重要的粮食、蔬菜产地,建议选择示范点开展富硒农产品种植试点,为关中地区富硒资源开发利用提供科学依据,在此基础上打造建设一批富硒粮食、蔬菜产业基地,更好地支撑服务乡村振兴战略和精准脱贫攻坚战。
探地雷达共中心点(CMP)法仅用于局部速度测试,为使用宽角反射法进行剖面探测,可固定一个雷达天线而将另一个天线沿测线移动,从而获取整个地质界面的反射信号。本文提出宽角反射剖面探测方法,基于平直岩层界面导出其反射信号的关系式,并开发出解释软件,可精确计算岩层几何参数和层速度,从而进行地质分层。
在井巷工程中探明前方或周边涌水是十分必要的。以云南彝良毛坪矿区为例,利用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)和音频大地电磁法(AMT),探测了帷幕注浆工程轴线以下700 m范围内的含水断裂带的发育情况,意图为帷幕注浆治水工程提供指导意见。通过物探综合分析,探明具有富水性的异常7个。本项研究结果表明,OCTEM法能够识别出较小的含水节理或裂隙,AMT法对大深度含水破碎带较为敏感,两者结合对不良含水地质体探测效果明显。由此可见,综合物探在帷幕注浆治水中应用效果较好,有效查明了含水通道的深部延伸,为帷幕注浆治水提供了目标靶区。
发育深度、充填物、展布方向等岩溶发育特征是在高山峡谷地区进行桥址区地球物理勘察时需要重点考虑的问题,受风化物、岩层、地下水和地形等因素影响,很难得到满意的地球物理勘察信息。某悬索桥建于岩溶发育的高山峡谷地区,为了提高勘察效率,采用浅层地震、音频大地电磁、对称四极测深3种地球物理勘察方法,勘察精度依次提高,勘察内容相互印证,得到表观、宏观和微观岩溶发育特征。上述地球物理综合勘察方法能为类似地区岩溶发育地球物理勘察提供借鉴。
