四川盆地南部志留系龙马溪组页岩层具有埋藏深度大(>3 000 m)、优质页岩段厚度薄、地层倾角变化快、微幅构造和微断裂发育等地质特点,传统地质导向技术难以准确识别纵向上甜点的靶体位置,水平段钻井过程中面临较高的靶体脱靶和出层风险。三维地震资料能够给水平井的侧钻和入靶提供导向,并通过地震资料指导水平段钻进。本文以四川盆地南部复杂地区页岩气水平井地震跟踪为例,介绍基于各向异性叠前深度偏移三维数据体的水平井地震导向技术新思路:以高精度成像资料为基础,考虑区域速度场背景,地质约束速度建模确保精准入靶;同时开展目标区块实时各向异性深度偏移处理,提高储层钻遇率;钻井过程中地震实时跟踪,有效帮助钻井地质导向,为钻井工程提供预警和调整方案。实钻表明:面向开发和工程需求的页岩气复杂构造区水平井地震导向技术,可有效提高水平井的有效储层钻遇率。

页岩气藏具有低孔隙度、低渗透率的特点,大规模开采页岩气需通过水平井压裂技术实现页岩储层的改造。 有数据表明:页岩气水平井方位与最大水平主应力近垂直,且水平地应力差异比较小时,有利于压裂形成网状裂缝,提高储层改造效果。 针对南川工区建立地应力预测模型,在精细的三维地震解释、三维地震叠前反演的基础上,利用井点数据模拟选取应力计算的区域适应性参数,开展地应力场的三维模拟,预测最大水平主应力方向、最小水平主应力方向以及水平应力差异系数;通过区域应力机制分析以及钻井实测诱导缝解释结果和应用情况对比分析,验证了地应力地震预测结果的可靠性,证实了地应力研究在页岩气开发中的重要作用。

含气量是评价页岩气能否富集高产的主要参数之一,含气量越高越有利于页岩气井获得高产。传统含气量地震预测方法基于单属性、多属性的线性拟合或简单的神经网络,精度较低。基于深度神经网络的含气量预测方法,通过优选地震属性及最优化求解方法,选择合适的隐藏层个数、神经元个数、迭代次数来建立预测模型,从而预测页岩含气量,该方法能有效提高页岩含气量预测精度,为页岩气研究区地质评价、页岩气水平井井位布署提供支撑。

为查明福建省三明市宁化县黄泥桥地区地热资源赋存情况,利用音频大地电磁法(AMT)在该区开展地热勘查工作,通过分析工区内地层结构、岩性特征,推断了区内断裂构造分布,根据断裂展布特征圈定了1处优选地热异常靶区,经钻探验证,井孔含水地层与AMT二维反演低阻异常吻合较好。在验证基础上,构建了区内断裂空间分布模型,并根据AMT反演结果和断裂展布特征推断了4处潜在断裂型热储区。

随着银川都市圈建设步伐的逐渐加快,特别是宁东国家级能源化工基地进一步扩容扩建,致使银川平原城市群面临严峻的环境质量问题,尤其以大气质量问题更为突出。因此,加大力度开发利用清洁能源,优化本地区能源利用结构,减少有害气体排放,是改善大气质量有效途径之一。本文以银川盆地东缘区域地质构造及地热地质条件为基础,利用区域重力、磁法、电法、地震及钻孔资料,重点分析了深部热源、导热通道及储盖层3个重要的地热富集条件,总结了银川盆地东缘地热成藏模式,为后续地热资源的开发利用奠定了坚实的研究基础。

长江中下游成矿带断凹区深部是否发育类似断隆区的铜金矿化引起了广泛关注。本文基于穿过铜陵断隆区和繁昌断凹区的地球物理剖面,利用重磁电震综合地球物理探测方法,厘定了铜陵和繁昌地区深部地质结构、控岩控矿构造和岩浆系统的空间分布形态,对比分析表明两地区深部岩体的岩性、侵入高度和范围明显不同,繁昌地区深部岩体较铜陵岩体偏酸性,且侵位深度浅。断裂的作用也明显不同,铜陵地区的断裂仅起到控制岩体浅部定位的作用,而繁昌盆地边界断裂则是盆地内岩浆上升的通道。同时铜陵地区岩体具有“一母多胎”的特征,衍生出来自同一岩浆房的多个岩枝或岩株,这直接表明了铜陵地区不同类型的岩浆岩为同一岩浆源区演化的产物,不同的演化程度可能是导致它们矿化差异的原因之一。本次研究运用综合地球物理探测方法探讨了铜陵和繁昌地区成岩成矿作用差异,从地球物理的角度解释了为何繁昌断凹区成矿特点不同于铜陵断隆区和繁昌盆地深部不存在“第二个铜陵”的原因,进一步深化了对长江中下游成矿带铜铁成矿作用规律的认识,为今后的找矿勘探提供了理论支持。

依据“小岩体成大矿”和“岩浆通道理论”,对杨柳坪铜镍硫化物矿床的岩浆通道进行研究,在充分梳理前人地质勘查成果的基础上,运用w(Pd)/w(Ir)、w(Ni)/w(Cu)在各矿体品位的变化规律判断含矿岩浆通道的运移方向,随后通过开展地质、地面高精度磁测和AMT法对深部地质特征进行研究,推断出深部岩浆通道的位置,提出了在杨柳坪矿区深部找矿工作的综合方法。

郯庐断裂带安丘—莒县断裂在莒县盆地段处于隐伏状态,盆地内地球物理资料缺乏,断裂展布及空间几何特征尚不清楚。鉴于此,本文通过浅层地震反射探测对盆地内隐伏断裂进行探测,结合前人的研究成果对安丘—莒县断裂在盆地内的展布特征进行初步探讨与分析。研究结果表明,安丘—莒县断裂在莒县盆地错断第四系,埋深相对较浅,断层特征主要表现为挤压逆冲,局部地段表现为正断性质。浅层地震反射剖面呈现了安丘—莒县断裂在莒县盆地内地球物理新证据,同时也为该断裂的整体性评价提供了地球物理参考依据。

腾格尔坳陷铀矿找矿工作一直无实质进展,因此利用可控源音频大地电磁法(CSAMT)进行探测,识别研究区沉积特征、构造格架,尤其是对找矿目的层——下白垩统赛汉组及其砂体进行识别。结合地质钻孔资料,通过对研究区数据正反演计算,优选了反演模型和反演参数,识别出了研究区下白垩统赛汉组砂体的空间展布特征,简要分析了古河道的发育特征,为铀矿勘查方向提供了参考。

岔河锡矿是四川省最大的锡矿床。为寻求岔河地区锡矿找矿突破,对其开展了1:5万水系沉积物测量。通过测试数据特征分析及因子分析等,研究元素组合特征,结果表明:Ag-Pb-Zn、Bi-F-W-Sn、Cu-Ni 3组主成矿元素分别具有相似的富集规律,其中Sn、W等中高温元素富集规律极为明显,元素异常空间分布叠合性较好。通过累积频率法、迭代法综合分析确定异常下限值,在此基础上编制元素异常图,并圈定9个综合异常。通过开展异常综合评价,优选出岔河和方家综合异常区为成矿远景区。通过成矿地质条件分析及矿产综合检查,在岔河成矿远景区新发现矽卡岩型钨锡矿脉一条,在方家成矿远景区新发现石英脉型钨矿脉十数条,其地质特征与钨矿床“五层楼+地下室”找矿模型具一定的相似性,具有较好的钨、铜、铅、钼等多金属矿找矿前景。

为研究刘营萤石矿的成矿物质来源和成矿时代,对区内11件围岩和矿石样品的稀土元素进行了测试分析,并采用Sm-Nd法测定了萤石的成矿年龄。结果表明,围岩(大理岩+二云石英片岩)、萤石矿石及牛心山黑云母二长花岗岩的稀土元素球粒陨石标准化配分模式均具有右倾趋势,但萤石矿石和黑云母二长花岗岩在配分曲线右倾程度和不同参数统计值方面更加接近,说明二者有明显的成因联系。测得萤石的成矿年龄为141 Ma,εNd(t)值均为负值,其主成矿时代为早白垩世,壳源特征显著,与牛心山黑云母二长花岗岩的SHRIMP 锆石U-Pb年龄(132.4~138.4 Ma)基本一致,暗示二者之间关系密切,物质来源应一致或相近。

勉略宁地区是扬子板块周缘地质构造最为复杂的地区之一。通过对勉略宁西部白雀寺基性杂岩体以西的高磁异常带与区域重力异常梯度带及Fe、V、Ti等元素化探异常的对比研究,结合沿异常带分布的溢流相玄武岩的岩石地球化学特征,推测地表遥感解译出的NNE向浅层断裂深部可能存在规模更大的隐伏断裂。这一隐伏深大断裂可能为新元古代勉略宁地区弧后裂解背景下的幔源岩浆活动提供了重要通道:一方面由深成岩浆侵入形成白雀寺基性杂岩体与火成碳酸岩;另一方面,由裂隙式火山喷发形成带状展布的富含磁铁矿的溢流相玄武岩。这一隐伏深大断裂的推断对于勉略宁地区新元古代的地质构造背景与幔源岩浆成矿作用研究具有重要意义。

会宁县罐子峡M勘查区地处黄土高原丘陵沟壑区,具有较好的石墨矿勘查前景。对勘查区内石墨矿成矿地质条件进行分析,选择石墨矿化有利地段开展物探工作。采取双频激电中梯剖面测量视幅频率、视电阻率及自然电场电位法测量自然电位这两种方法圈定石墨矿化异常,矿化异常表现为视幅频率高、视电阻率低和自然电位负异常较高的异常特征,在此基础上采用激电测深方法查明矿化异常体的空间展布特征;多种方法相互佐证为钻探提供依据。经钻探验证,钻遇石墨矿2层,取得了较好的勘查成果。

西藏甲玛矿区作为冈底斯东段斑岩型铜矿带内最重要的大型矿床之一,岩石种类众多,不同地层及侵入岩的物性特征复杂多样。以往岩石物性工作由于缺乏足够的重视,岩石测定的种类不够全面,对甲玛矿区的岩石物性特征缺乏系统性和完整性的认识。本次在以往岩石物性资料分析的基础上,通过对甲玛矿区较为典型的6口钻孔岩心标本进行物性测定和统计分析,总结出矿区的岩石密度、磁性、电阻率和极化率特征,建立了矿区岩石—地质地球物理模型,为矿区后续开展地球物理工作提供可靠的依据。同时,利用本次岩石电性参数对矿区开展的大地电磁测深剖面上引起静态效应的测点进行了校正,为大地电磁测深剖面解释提供依据,并与钻孔资料进行了对比,取得了较好的勘探效果。

为探讨适应我国南方潮湿环境的深穿透地球化学找矿方法,在酶提取方法基础上调整部分实验参数,形成了一套非晶质锰吸附解析法室内及室外操作流程。选择万古金矿区505号剖面开展方法有效性验证,与传统土壤王水溶矿测试、岩石测量等方法进行对比研究,结果显示,非晶质锰吸附解析法可以在隐伏矿上方有效地发现异常,-100目样品中浸出率呈现Cl>Br>I>Au>Ag>Sb>As的特征,且该方法检测出的Au、Sb异常敏锐度高于土壤全量测量,并与岩石测量异常契合度较高。

过套管脉冲中子—中子(PNN)测井技术通过测量未被地层俘获的热中子数量来识别流体性质,解决了水淹层电性测井响应不明显以及中子寿命测井受伽马本底影响的问题。本文引入自适应遗传算法,通过选择、交叉、变异概率的设定以及在标准层中选取初始种群的方法,有效消除了多种非地质因素的影响,得到解释参数最优解;针对研究区块清污混注导致混合地层水矿化度变化大的特点,提出变参数PNN解释方法,分小层计算混合地层水宏观俘获截面,达到准确识别水淹层、大幅度提高剩余油饱和度计算精度的效果。

可控震源技术在沙漠、戈壁、潜水面较深等成孔困难的地区应用较多。在野外施工过程中,选取合适的激发参数是保证地震勘探效果的必要前提。文中以J矿区煤田地震勘探为研究对象,以提高地震资料分辨率与信噪比为主要目的,对可控震源的扫描频率范围、扫描长度、驱动电平和震动台次等参数进行了实验,通过定性与定量分析相结合的手段,选取了最佳激发参数进行数据采集,获得了质量较高的地震时间剖面,展示了其较好的应用效果。结果表明:在炸药激发困难地区,应用可控震源采集技术进行煤田地震勘探是有效、可行的。

东海C区块具有复杂断块发育、地层非均质性强、储层连通性复杂等特点,同时受采集等因素的影响,地震资料随机噪声较为严重,给后续的勘探开发工作带来极大挑战。为此本文提出将改进的F-X滤波和各向异性扩散滤波技术相结合的三维边缘保持滤波方法。该方法通过结构张量估计得到目标地层的倾角和方位角,在倾角和方位角信息约束下提取目标点位置处的滤波窗口,在滤波窗口内采用自适应F-X滤波,从而实现随机噪声的压制,增强有效反射信息的连续性、保护断层等不连续地质体的边缘信息的目的。三维模拟数据和实际地震数据测试表明,与常规F-X滤波方法以及各向异性扩散滤波方法相比,新方法在提高数据体信噪比的同时,能有效保护断层等边缘信息的反射信号,增强地震剖面中弯曲、倾斜同相轴的连续性,在时间切片中较好地展示地质体边缘信息的连续性。

反Q滤波是提高地震资料分辨率和保幅处理的常用方法之一,在地震储层预测中具有重要的实用价值。长期以来人们不断加以研究改进,其中采用时变增益限振幅补偿函数的反Q滤波方法是当前研究改进的方向之一。本文通过对几种常用的反Q滤波方法进行研究,提出了一种基于Teager-Kaiser能量原理求取振幅补偿函数增益限的时变增益限反Q滤波方法,改进了传统反Q滤波方法中存在的不足。新方法基于平滑连续函数而不是基于常用反Q滤波方法中采用的分段函数或截止频率来计算补偿函数的时变增益极限,因此新方法具有稳定调整时变增益极限的优点,从而提高了反Q滤波的可靠性和精度,特别是对于深层介质的保幅及分辨率提高效果较好。本文用理论模型及实际资料证明了新方法的有效性及实用性。

磁共振测深方法是一种基于地磁场中地下水氢核的弛豫特性差异进行探测的地球物理勘查方法,它可以无损探测地下水含量及分布。近年来,随着磁共振测深方法的应用范围不断扩大,该方法常面临地表有较大坡度情况下的探测,使用传统手段反演时,容易导致反演结果不准确。本文对地磁场矢量与线圈所在平面之间的夹角——等效地磁倾角进行介绍,并据此给出了单斜地形情况下的磁共振测深方法的反演方法。依据地质资料或其他物探方法提供的先验信息,可以计算得出磁共振测深方法平行分层核函数或水平分层核函数的分布,从而对倾斜地表情况下的核磁共振信号进行反演。本文构建了倾斜地表情况下的地下一维含水层及二维含水体模型,通过正演计算求得相应的核磁共振信号,并分别采用等效地磁倾角计算得到的核函数及直接计算的核函数进行反演。反演结果显示,在地表倾斜的情况下,传统的磁共振测深反演方法会产生误差,而采用等效地磁倾角构建的核函数进行反演能够压制单斜地形的影响。对白水河滑坡区磁共振测深数据的反演工作验证了该方法的有效性及可行性。因此,本文所提出的基于等效地磁倾角的单斜地形反演能够极大提升磁共振测深方法的适用范围。

利用传统有限单元法在有限空间范围内开展三维地球物理场正演模拟时,由于截断边界的影响,会引起局部异常的畸变,影响数值模拟的精度,对该问题通常采用扩边的办法加以解决,但需要的范围较大,从而大大增加运算成本,影响正演模拟效率。本文基于COMSOL Multiphysics软件,在求解域外部边界设置无限元以替代传统边界条件,达到减小计算区域目的。通过孤立球体和组合模型磁场正演模拟,考虑退磁、剩磁及地表起伏条件,与传统有限元方法相比,有限元—无限元耦合算法能够有效克服边界效应,提高计算精度,降低运算量,从而提高了有限单元法正演数值模拟效率。

瞬变电磁感应式接收天线处于临界阻尼状态时,主输出信号才是纯目标体的感应信号。这种临界阻尼状态与接收天线的电感、分布电容以及电阻等电参数有关,其中电阻、电感值可以通过频谱仪直接测量得出,但是分布电容无法直接获取。为了能够研制高性能接收天线,本文提出了一种精确计算接收天线分布电容的方法。首先,构建瞬变电磁感应式接收天线等效电路模型;然后,推导输出信号零相位的谐振频率计算公式;最后,通过测量天线的谐振频率,并计算分布电容。为了验证了此方法的可行性,采用标准电容与计算电容比对,并测试了不同类型瞬变电磁感应式天线,测试结果表明:用零相位法计算分布电容精度高,方便快捷,可用于设计和制作高性能瞬变电磁感应式传感器。

大地极化声子测深技术是一种利用自然电磁辐射的被动源地球物理电磁勘探方法。本文从岩石的压电效应出发,导出了岩石压裂过程中产生的电磁辐射表达式,分析了电磁辐射频率的影响因素,通过数值模拟研究了压裂电磁辐射的频率响应特征。结果表明:基于岩石压电效应的大地极化声子测深具有与其他电磁探测方法相似的电磁响应特性,大地极化声子测深具有潜在的应用价值。

深度学习是人工神经网络算法的扩展,对复杂函数有很好的逼近能力,本文将其引入用于瞬变电磁视电阻率计算。首先,建立归一化感应电动势与瞬变场参数单一映射关系的5层深度神经网络,通过对单一隐含层不同神经元个数所训练的误差情况进行分析,确定5层深度神经网络各隐含层神经元个数为13,8,5,8,13。训练算法选择了改进的具有自适应学习率的Nadam算法,该算法可加速训练过程。对训练好的深度神经网络模型进行仿真实验,采用典型地电模型加以验证,发现其对不同的地电模型均具有较好的反映,证明本文采用的基于深度学习计算视电阻率的可行性。应用结果表明训练好的深度神经网络模型可快速准确计算视电阻率。

Z轴倾子电磁法(ZTEM)是一种新型频率域航空天然场源电磁法,该方法采用倾子作为研究参数,可用于起伏地形下的大规模地质勘探。本文在对TEM三维有限差分正演和数据空间OCCAM反演算法研究的基础上,考虑地形起伏的影响,研究了带地形的频率域三维ZTEM正反演算法。首先,对起伏地表下ZTEM正演算法的准确性进行了验证,计算和分析了纯地形的ZTEM三维异常响应特征。其次,通过对山峰和山谷地形下低阻棱柱体合成算例的反演分析,表明带地形的ZTEM数据空间OCCAM反演算法能够获得比较接近真实导电性结构的地电模型,尤其对地下目标体的横向边界具有理想的约束效果。最后,与不带地形的ZTEM反演结果对比,验证了所开发的带地形ZTEM倾子资料反演算法的有效性。

煤体结构作为煤层勘探开发研究的重点参数之一,影响着煤层产能,有效识别煤层煤体结构至关重要。本文利用支持向量机算法,以地球物理测井资料为基础进行煤体结构识别,并以沁水煤田柿庄北区3号层为例,对该区块进行煤体结构类型分类,利用支持向量机的双二分类与“一对多”分类两种建模模式,建立基于测井曲线的煤体结构识别模型,再利用交叉验证评价模型的泛化性,并对该模型用未参与建模数据进行准确性评价。结果表明,应用支持向量机算法的两种模式能有效识别煤体结构,模型具有泛化性与准确性,且“一对多”分类模式精度更高,在对有利产出煤和不利产出煤的区分上效果突出,对有利产出煤的具体类型区分上具有准确性,可对后续压裂施工提供指导。总体上,基于支持向量机算法和地球物理测井资料建立的煤体结构识别模型对煤层气勘探开发有指导意义,具有实际应用价值。

基于福建省武平县农业地质调查取得的土壤元素含量数据资料,研究了土壤硒含量分布特征及其控制影响因素。结果表明,研究区土壤硒含量平均值为0.25×10^-6,硒高值区主要分布在调查区的南东部,且较为集中连片,高值区硒含量平均值为0.42×10^-6,达到富硒标准;土壤硒含量主要受控于地质背景,石炭系、二叠系碳酸盐地层及含煤地层硒含量较高,其风化形成的土壤硒含量也较高,是富硒土壤的主要分布区;不同成土母质区土壤硒含量不同,其中海相沉积岩区土壤硒平均值最高,达到0.34×10^-6,火山碎屑岩区、花岗岩区、变质岩区土壤硒平均值较相近,分别为0.25×10^-6、0.24×10^-6、0.23×10^-6;不同土地利用方式对土壤硒含量有一定的影响,茶园(0.57×10^-6)、果园(0.40×10^-6)土壤硒含量高于水田(0.25×10^-6)土壤;土壤理化性质对硒含量有重要影响,表现为土壤硒含量与土壤pH 值、有机质和铁氧化物之间具显著相关关系。

岩溶发育地区地质条件复杂,地质情况直接影响桥梁设计方案。株洲湘江大桥桥区岩溶强烈发育,在综合研究该区地形地貌特征和地质情况的基础上,为查明桥址区及各桥墩位置深部岩溶发育类型、规模,勘察中采用了高密度电法、大地电磁、水上浅层地震和孔间弹性波CT进行探测。异常区钻孔验证结果显示,探测结果准确可靠,表明综合物探方法应用于桥址勘察是准确、有效的。调整了桥梁跨径布置方案及桩基基础奠基高程,使布跨和桩长更合理,成功避开岩溶,实现了地质优先,择地建桥的桥梁设计方案。

隧道上方存在的隐伏构造在施工过程中极易诱发隧道地质灾害。在传统电测深法中引入正交投影法的地形校正技术和多电极一次布极的高供电电压技术,将其用于长大深埋隧道隐伏构造的探测,勘探成果充分反映了隐伏构造的空间展布形态,并与钻探成果表现出较好的一致性。此次研究表明:改进电测深法能有效探测出沿测线剖面地质体电阻率的变化情况,准确识别隐伏构造的规模及位置,为隧道安全施工与隧道地质灾害防治提供了依据。

石油孔老井伽马复测是利用油田作业队在对措施井维修(检泵)取出抽油杆时,利用FD-3019探管进行放射性测量的一种经济实用的方法。进行老井复测时,由于石油钻孔中的固井水泥环对伽马测井结果影响较大,目前伽马测井规范仅有铁水系数修正,而没有水泥环吸收衰减的修正,须经过水泥环属性参数修正,才能正确利用伽马复测资料进行钻孔放射性异常评价。分析认为,固井水泥环主要影响参数为水泥环密度和水泥环厚度,通过制作多个不同厚度不同密度的水泥环模型孔,模拟井下情况,建立模型,利用不同模型水泥环吸收系数值进行拟合,最终找出固井水泥环对伽马测井照射量率的影响系数,并进行修正论证实验,使修正后的数据无限接近地层真实值。文中结合内蒙古某油田区块实际资料,通过水泥环实验测井修正系数,对资料进行修正,探讨了水泥环密度和厚度与照射量率的关系,进一步通过验证孔验证了方法技术的可行性,从而为指导下一步石油老井复测结果提供修正依据。