电性源瞬变电磁法(TEM)具有探测深度大、受地形限制小、工作效率高等优点,近些年发展较快,涌现出一系列面向地面、半航空、地—井的电性源瞬变电磁新方法。本文通过回顾近些年国内外出现的新方法,即长偏移距瞬变电磁法(LOTEM)、短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)、多通道瞬变电磁法(MTEM)、电性源半航空瞬变电磁法和电性源地—井瞬变电磁法的研究历史,总结各类方法在正演模拟、系统设计、反演成像和施工方法等方面的研究现状。研究结果表明:LOTEM研究基础丰厚,发展全面,是一种比较成熟的电性源TEM方法;而其他电性源TEM方法虽然取得了一些研究进展,但整体仍处在初步研究阶段,相关技术仍有待进一步提升;LOTEM中有价值的研究内容,如提高数据信噪比、高维反演和联合解释等,可为这些电磁勘探新技术提供借鉴,以期为高效率、高分辨率深部探测提供更多解决方案。

老挝川圹省约俄锡多金属矿区位于老挝川圹—越南长山构造岩浆岩带西部,属长山晚古生代—中生代Cu-Fe-Au等多金属成矿带。通过1:2.5万沟系土壤地球化学测量工作,结合元素变化系数、浓集系数及相关性等特征进行分析,通过异常查证优选出多个靶区及远景区,在重点靶区根据化探异常特征推断矿化体位置,通过槽探及钻探等工程验证,取得了较好的找矿效果,认为该区具备铜、锡、铅、锌、钨、金等多金属找矿潜力,表明该方法在东南亚热带季风气候发育的厚覆盖区及大面积空白研究区,可快速圈定找矿靶区及远景区,为下一步勘查工作提供有效依据。

三山岛海域金矿床是近年来发现的超大型金矿床,已探明金储量470 t、平均品位4.30×10^-6,属于典型的焦家式金矿床。本文选择海域金矿床为研究对象,开展钻孔岩石测量,结果发现,在赋矿构造蚀变带内,Au、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Cd、Bi、S、Fe₂O₃等发生富集,Na₂O、Ba、Sr则发生贫化。在此基础上,按照矿源岩和构造蚀变带总结了地球化学勘查标志,其中,矿源岩的典型地球化学勘查标志是富S和Au,即矿源岩内出现S、Au的正异常;构造蚀变带的典型地球化学勘查标志是富S、Au、Ag、Bi,贫Na₂O、CaO,即构造蚀变带内S、Au、Ag、Bi呈现正异常,Na₂O、CaO呈现负异常。利用上述元素及其异常,构建了海域金矿床矿致异常模式,为该矿床外围和深部金矿勘查提供了有益借鉴,提出了海域金矿成矿带主体深部可能沿ZK2403、ZK3008、ZK3814钻孔连线呈NEE向展布。

受勘探难度大和地震品质差等诸多影响,塔里木盆地西南地区(简称塔西南)的油气资源勘探历经数十年,至今尚未获得实质性重大突破。本文根据近年来在塔西南实测的高精度无人机航空磁测数据资料,针对盆地的基底结构、凹陷分布及特征,主要断裂构造及其对油气运移、聚集的控制规律,局部异常与含油气有利圈闭构造及其分布特征等与油气成藏相关的地质问题进行了探讨,取得了一些认识,成果可为塔西南进一步开展油气勘探战略选区及深部资源评价提供了重要参考。

为查明包头市固阳县矿集区的地层结构以及地下水污染情况,需在矿集区内典型矿山周边开展水文地质钻探工作。本文针对不同找水目标类型,应用高密度电阻率法测量技术,兼顾不同测量装置类型在分辨率、信噪比的优势,选用不同装置类型对矿集区内文圪气铁矿南选矿厂、鸿昌选厂、上十二份子金矿3个典型矿区周边含水地层的电性结构特征及成井模式规律进行了研究分析。研究表明,通过综合分析研究区的水文地质情况,选用不同高密度电法测量装置开展水资源调查是一种有效的技术方法,能够做到有的放矢,减少反演解释过程的多解性,提高了应用单一地球物理方法寻找地下水资源的效率,可为包头市固阳县矿集区找水定井提供技术依据。

四川盆地东部地区位于华蓥山与七曜山之间,经历多期次复杂的构造叠加和改造,形成了高陡构造带及断层,高陡构造带内探测分辨隐伏断层是地球物理勘探的难点。本文通过重、磁、电探测方法的正反演模拟成果得出高陡断褶带隐伏断层能够被探测识别,并结合利用重、磁、电综合物探方法在川东高陡断褶带探测隐伏断层的实际应用效果,总结了隐伏断层的异常形态和异常特征。同时总结了野外数据采集干扰压制的试验成果,断层破碎带异常的正演反演处理手段。本文为川东地区地质勘查工作提供参考依据和经验积累。

本文以宁芜火山盆地向山南—大甸塘地区为例,利用地质、无人直升机航磁等方法进行老矿山深部及外围找矿工作的探索。通过对航磁异常进行综合分析和精细反演来确定钻孔位置。布设的所有钻孔均在老矿山深部见矿,该结果证明了本方法的有效性,为今后类似工作条件的地区快速有效开展老矿山深部及外围找矿工作提供参考。

作为重要的非常规油气资源,油页岩的勘探开发日益受到重视。利用地震环境噪声(微动)对地下介质的横波速度成像是一种无源、高效、低成本的地震勘探方法,是更符合“环保”要求的潜在油页岩勘探新方法。本文首次利用共中心面元空间自相关微动勘探方法,在松辽盆地开展了含油页岩地层识别研究。研究结果表明,共中心面元空间自相关微动勘探方法的观测系统可根据实际情况灵活多变,横波速度剖面与测线位置钻孔编录结果对应较好,能很好地划分主要地层,主要含油页岩的嫩江组二段呈现低横波速度特征。

乌尔逊凹陷为海拉尔盆地南部重要的含油区,具有较大勘探潜力。笔者通过油源对比确定乌尔逊凹陷主力烃源岩层,分析不同区域源岩发育特征及有机质丰度、类型等地球化学指标,评价乌尔逊凹陷主力烃源岩生油成熟期和成藏阶段,通过流体包裹体均一化温度的测量,来判断油气充注史,预测优先勘探潜力部位。研究发现,乌尔逊凹陷不同区域油源不完全相同,乌尔逊北部油藏源于南屯组泥页岩母质,乌尔逊南部区域除了南屯组泥页岩,还有铜钵庙组暗色泥岩生成的油流混入。乌尔逊凹陷具有两期成藏:第一期为伊敏组后期—青元岗组早期,原油由烃岩层排出、运移注入圈闭成藏;第二期为青元岗组后期构造活动使早期油藏原油重新调整分配注入新的圈闭成藏。综合分析认为乌北洼陷西侧、乌南洼陷东侧构造带为两个重要的勘探潜力带。

作为宁夏北部重要的区域性断裂之一,黄河断裂控制了银川新生代断陷盆地形成与演化,是研究银川平原地震活动及地热资源富集规律不可避免的关键点之一。目前,专项针对黄河断裂的研究较少,以地表调查为主,局部地区开展了浅层地球物理勘探。本文以地质露头资料为线索,基于区域1:20万重力资料,利用小波分界、斜导数等地球物理数据处理技术,清晰刻画出黄河断裂具有“雁行式”平面展布特征,据此将断裂划分为灵武段、临河段、月牙湖段与礼和段4个亚段;临河段与灵武段的CSAMT资料揭示黄河主断裂及其次级断裂由东向西呈逐级下掉的“阶梯状”,具有明显的“分级”特征。黄河主断裂下切深度直抵上地壳,剖面上与次级规模断裂组合形态呈现典型的“扫帚”状,各条断裂“上陡、中缓、下陡”的“座椅式”空间赋存形态明显。与已有研究成果对比发现,二者之间存在展布特征、展布位置、展布关系3方面的差异。

党河南山是甘肃省重要的金成矿区之一,已发现贾公台、黑刺沟、狼岔沟等一批重要金矿产地,成矿条件极为有利,但由于该区特殊的地球化学景观,外围找矿效果不佳。笔者在开展黑达坂—党河南山地区1:50 000矿产远景调查项目时,针对该区低缓异常,首次将1:10 000构造地球化学岩屑测量方法引入找金工作中,并对区内地球化学特征、元素组合特征等进行相关分析,结合成矿地质背景圈定化探综合异常13处,主成矿元素Au、Pb、Ag及探途元素As、Sb在有利构造部位强烈富集。通过槽探揭露,新发现金矿化带6条,圈定金矿体15个,并进一步将该方法推广到相邻区域的找金工作中,取得了良好的找矿效果。该方法的成功应用,对浅覆盖高寒荒漠地球化学景观区找矿具有重要的借鉴意义。

黄土覆盖区由于较难采到基岩风化的水系沉积物,区域化探反映效果往往不理想,因此在我国很多黄土覆盖区域未开展区域化探工作。本文在河南崤山中河堤银铅锌多金属矿区利用深穿透地球化学方法开展了针对黄土覆盖区的隐伏矿地球化学勘查技术试验研究,采用的土壤微细粒分离测量和金属活动态提取测量结果表明,两种方法都能较好地指示黄土覆盖区下伏多金属矿(化)体异常,同时金属活动态提取方法进一步增强了成矿元素对矿体的异常指示,因而两种方法均可作为黄土覆盖区寻找隐伏多金属矿的有效手段。

冀东地区分布有众多燕山期花岗岩侵入体,具备良好的花岗岩型稀有金属矿成矿背景。为研究这些岩体的成矿前景,以该地区的汉儿庄花岗岩体为研究对象,开展多道能谱测量工作,分析了不同岩性放射性参数特征、放射性异常特征及与稀有金属成矿关系。研究表明,区内U、Th、总道计数异常明显,在二长花岗岩中的平均含量分别是全区背景值的9倍、8.5倍和3.9倍,异常场异常场展布特征与二长花岗岩的地表出露形态基本一致;结合岩石地球化学、人工重砂等成果,二长花岗岩全岩稀有金属矿化较好,岩石中含有大量褐钇铌矿、独居石等含U、Th、 Hf矿物,这些矿物与Nb、Ta、Rb等稀有金属矿物存在共生关系。依据异常场分布及钍钾、钍铀、铀钾比值等参数的特征可直接圈出稀有金属矿化有利地段,指导探矿工程的布置。该方法的有效实施,为今后在花岗岩地区开展稀有金属矿勘查提供了一种便捷、高效、廉价的手段。

面波频散曲线反演是获得地下横波速度结构的重要地球物理方法。常规基于迭代最小二乘等线性反演方法依赖于初始模型,且存在多极值、容易陷入局部最小、反演精度低等问题。基于贝叶斯理论的随机反演方法是一种可以融合先验信息的非线性反演方法,该方法无需人为给定初始模型,仅利用先验信息对模型进行随机采样,根据概率分布筛选接受合适的后验概率密度估计结果,可达到对细节信息的准确估计。本文针对瑞利面波频散曲线,提出了基于GPR数据先验资料约束的贝叶斯马尔科夫蒙特卡洛(MCMC)随机反演方法,通过随机改变模型参数并计算其频散曲线与实际频散曲线的似然函数来选择是否接受新的模型参数,不断重复此过程,最终得到与实际频散曲线拟合效果最佳的最优解以及横波速度解的后验概率密度分布。通过理论模型以及实际数据反演测试,验证了该方法与常规无约束的随机反演相比,可以有效地提高反演速度和反演精度。

B油气田处于开发初期,钻井少,目标区内含气储层边界认识不清,直接影响油田储量准确计算及后期开发井网部署和优化。为准确落实油田含气储层边界,利用分频能量衰减技术、AVO分析技术以及叠前弹性参数反演等多技术结合,并与已钻井相互印证,开展目标区含气储层地震响应特征分析,进而准确预测目标区含气储层边界。分析表明,受地震波衰减特性的影响,目标区含气储层具有低频能量增加、高频能量减弱的“低频共振、高频衰减”特征;通过已钻井AVO正演分析可以判定目标区含气储层属于第Ⅲ类AVO异常,其地震正振幅随偏移距的增大而增强;岩石物理参数中,拉梅系数、泊松比、纵横波速度比为含气砂岩敏感参数,且泊松比区分含气砂岩的效果最好,可较好地反映含气储层平面分布。分频能量衰减、AVO分析及叠前弹性参数反演能较好地检测含气储层,多技术结合相互印证有助于提高含气储层边界预测精度,为目标区储量准确计算和开发井网部署优化提供支持。

地震波正演模拟技术广泛应用于浅层勘探,此方法可以将地质模型和地震模型有机结合起来,验证和指导地震资料的采集、处理和解释。基于石油反射地震技术发展起来的深反射地震剖面探测技术,经过几十年的发展及应用,已经非常成熟,但到目前为止,地震波正演技术在深反射地震剖面探测中的应用却很少。本文利用跨越四川盆地深反射地震剖面来开展正演研究,通过对比拟合正演模拟数据和实际地震数据的层位到时,不断修正速度、层位等参数,建立最终深度域地质模型,为构造剖面提供较为准确的地壳厚度、莫霍面深度等地层信息。通过深度域地质模型,揭示出扬子板块西北缘新元古代古俯冲的角度约30°,俯冲的深度达到60 km。

泌阳凹陷南部高陡构造带地震成像困难。为提高成像精度,本文研究应用山前带起伏地表层析静校正技术、基于低频断面波保护的叠前多域噪声压制技术、山前带起伏地表高陡构造速度建模技术、起伏地表逆时偏移等技术,提高了该地区高陡构造带复杂构造的地震成像精度,边界大断裂带刻画更加准确,地层接触关系及构造成像清晰。

为提高储层参数预测的精度,提出一种基于核独立分量分析(KICA)属性优化的支持向量机储层参数预测技术,KICA属性优化技术充分体现属性信息的非线性关系与高阶统计特性,提取出相互统计独立的反映地下储层参数的储层信息。支持向量机技术基于结构风险最小化原理,可解决小样本、高维与局部最小的非线性系统问题,二者有效的结合,能够将繁冗的地震属性空间,结合较少的井数据精确预测出储层的参数分布。通过模型及实际资料研究表明,本文储层参数预测方法的应用效果好,预测精度高。

随着勘探程度的不断提高,低幅度构造油气藏日益受到重视。目前识别低幅度构造的方法不能有效消除地震资料中包含的构造低频背景信息,无法精确识别低幅度构造。本文以去低频化为基础,利用趋势分解法,通过搜索构造起伏拐点,实现对低幅度构造成图,再结合小波分解在大尺度时频域具有良好的连续性,将构造数据进行小波变换和逆变换,最终得到消除构造低频背景的低幅构造解释图。E盆地北部的实际应用显示,基于去低频化的低幅度构造识别方法,增强了局部微构造特征,同时也弥补了构造高程差及随机因子对低幅度构造的影响,达到低幅度构造成图完整精细的目的,对后续构造幅度低的复杂油气藏的勘探开发具有重大的指导意义。

可控震源已经广泛应用在石油、煤田等地震勘探工作中,相应的技术手段也较为成熟,但涉及高频检波器采集的较少,尤其是使用可控震源进行中浅部地震勘探时参数的选择缺乏参考依据。为了研究如何在中浅部地震勘探中获取高品质数据,在雄安地区开展了一系列“可控震源激发、高频检波器接收”试验。本文在大量试验数据的基础上,采用原始单炮定性分析与频谱定量分析相结合的方式,从原始数据信噪比与分辨率的角度出发,系统论述了可控震源震动次数、扫描长度、初始频率、终止频率、驱动幅度、斜坡长度以及检波器自然频率等参数的选择对数据质量的影响;明确了所涉及参数的选择要点及依据,提出了高截止频率的概念;最后,总结了中浅部地震勘探参数选择的策略,对以后中浅部可控震源地震勘探具有一定的借鉴意义。

传统的地震波阻抗反演方法存在岩性分辨能力不高和多解性问题,反演结果难以满足精细刻画岩性分布规律的要求。本文通过构建包含岩性和波阻抗信息的归一化后的拟伽马曲线作为岩性指示曲线,利用神经网络方法,将地震数据转化为与岩性关系更密切的伽马数据体。通过神经网络地震反演,得到砂泥岩岩性反演数据体。将该方法用于西湖凹陷平湖组砂泥岩岩性反演,与传统方法相比,泥岩厚度预测精度达93%,较为准确地刻画了地下砂泥岩分布情况,为后期的油气勘探提供依据。

倾子对地下构造的电性不均匀性反映较灵敏,在大地电磁资料解释中可作为复杂构造的表征。本文在三维大地电磁有限元正演模拟的基础上,根据倾子定义推导出三维倾子计算公式,构建复杂异常体模型进行三维倾子正演模拟。研究表明针对多个异常体模型,倾子的各个分量均能反映出异常体的空间位置,倾子不仅能准确地反映出单个异常体的边界,且对多个异常体的边界反映也较准确,其中对低阻异常体反映较高阻异常体敏感,由此进一步了解了三维倾子资料特征和规律,为倾子资料的应用提供了理论依据。

针对目前广域电磁法数据处理软件集成度低、操作繁琐、数据无法统一管理的缺点,开发了广域电磁法数据处理与解释软件。软件采用客户机—服务器架构和模块化设计。基于MySQL数据库开发的项目管理模块,可以实现项目数据自动化的存储和管理,基于Python的科学计算库开发的广域电磁法的数据处理模块,可满足广域电磁法勘探的数据处理需求,以数据可视化和交互操作为基础,可极大简化处理人员的操作过程,提高数据处理效率。本软件已经应用到实际项目中,对大量数据进行了处理,取得了较好的效果。

瞬变电磁正演是研究瞬变电磁响应规律的有效途径,瞬变电磁的高精度、快速三维正演技术,是当前瞬变电磁正演研究的热点。ANSYS软件中的Multiphysics模块也适用于瞬变电磁法的正演模拟问题。本文通过一些模型算例介绍了ANSYS软件在瞬变电磁场三维正演中的应用方法,包括建模、加载、求解设置、后处理的一般过程。数值计算结果表明,利用ANSYS软件进行瞬变电磁正演模拟具有很高的计算精度。合理使用ANSYS软件进行瞬变电磁响应模拟可以提高正演模拟计算的效率,为分析、理解瞬变电磁响应规律提供有力的支撑。

油气化探分析测试质量的监控与评估在现行各标准规范中规定不够详尽,质量要求上也存在一定的差异。本文通过对现行有效的国家标准、行业标准和企业标准相关内容的比较并结合多年质量管理经验,对油气化探分析测试工作中常用的监控和评估方法进行了系统的分析和评价。同时,在对比研究各标准对允许误差和合格率规定的基础上,指出了其他标准在质量规定上低于国家标准,需要及时对其进行制修订,并呼吁加快研制油气化探标准样,保证量值准确溯源,促进和提升油气化探分析测试质量监控水平。

基于梯度下降法的传统人工神经网络瞬变电磁反演方法计算效率低,不能保证全局收敛。为了解决上述问题,提出一种在线惯序极限学习机(online sequential extreme learning machine, OSELM)的瞬变电磁反演方法。该方法针对瞬变电磁法所获取的高维勘探数据进行建模反演,首先,通过随机设定隐层参数(输入权值和偏差)来简化模型的学习过程;然后,将测试得到的预测样本加入训练样本中,作为下一次的更新信息,建立在线贯序极限学习机预测模型,从而最大限度提高反演精度;最后,设计了两个经典的瞬变电磁层状地电模型并进行了拟二维地电模型的反演。反演结果表明,该方法能够较好地解决瞬变电磁法高维数据非线性建模的反演问题,同时相较极限学习机(extreme learning machine, ELM),非线性反演方法具有更加准确的反演结果、更好的泛化能力以及更高的计算效率,为神经网络在地球物理反演中的应用提供了新思路。

煤矿充水采空区形成后,分布形态各异且位置不明,因此极易造成严重水害事故。为了精准定位充水采空区并研究其电磁响应特征,本文选择神东煤矿1号煤层为工程背景,采用亚克力玻璃架子充当实验台,并使用相似模拟材料充当各岩层设计了不同积水量以及不同垮落岩体存在状态下充水采空区的瞬变电磁探测物理实验。结果表明:当采空区内充水时,感应电动势曲线在衰减过程中会受到低阻效应而产生异常的“上凸”现象,且充水量越大异常幅度越明显。垮落岩体的存在会有限地减弱低阻异常效应。当采空区内未充水时,感应电动势曲线正常衰减,此时垮落岩体产生的影响可忽略不计。本次研究对于煤矿采空区水害防治具有重要意义。

花海盆地位于甘肃省河西走廊盆地群西缘,深部矿产资源潜力尚不明朗。本文以土壤氡气浓度测量成果为基础,结合花海盆地构造背景及演化规律,分析了熵—中位数子区衬值滤波辨识的平面氡浓度异常特征。结果表明,研究区不同的大、小窗口(m,n)子区中位数衬值滤波正、负异常结果不同;滤波结果熵值变化范围为2.5~3.6,与大、小窗口比率k呈现“周期波动—下凹型”多项式变化。研究区最佳大、小窗口比率k范围为15~20,此时子区中位数衬值滤波熵值最小,滤波结果中显示研究区西部土壤氡气异常区域可信度最高,是本区后续勘探的有利区域。

基于传统地质统计学的综采工作面煤层赋存形态三维建模的基础是Kriging插值算法,但其选择并拟合的变差函数模型并不能较好地反映实际的地质特征与空间数据的变化趋势。对此,本文提出UPSO-Kriging插值法:针对PSO算法存在的收敛速度慢、易陷入局部解等问题,优化算法,将优化的PSO算法(UPSO)引入Kriging插值中求解变差参数,拟合出变差函数模型,实现工作面煤层结构中各层的高程值预测;在此基础上,基于规则网格法建立DEM数字高程模型,运用Three.js实现了综采工作面煤层赋存形态三维可视化,可为煤炭企业的透明、智能、分质开采提供科学依据。

成都市主城区存在多条隐伏断裂,而断裂的准确位置和分布情况尚不明确,这对成都市地下空间资源综合科学开发利用和城市建设规划布局优化造成极大安全隐患。为此,针对工区内的包江桥隐伏断裂采用了微动、高密度电阻率法、瞬变电磁法和土壤氡气测量这4种方法进行综合探测,不仅查明了测线位置的地层结构,而且还获得了包江桥隐伏断裂的位置、性质、产状和规模等参数。本次探测工作表明,采用综合物探方法进行城市隐伏断裂探测可以获得更好的效果。

内蒙古呼伦贝尔市某露天煤矿的主采煤层埋深在39~90 m,地下有许多地质资料不详的采空区,给露天开采剥离带来了巨大的安全隐患。为了查明地下采空区的具体位置和连通情况,利用跨孔电磁波CT法对采空区内部进行了详细探测,获得了真实可靠的地球物理数据。经分析,较完整岩层电磁波吸收系数在0.43~0.51 Nper/m之间,未充水的采空区电磁波吸收系数在0.29~0.41 Nper/m之间。根据采空区与围岩电磁波吸收系数的差异,绘制了采空区的形态解释成果图,经与钻孔资料对比,一致性较好。