研究建立了一种适合于沙漠覆盖区获取隐伏砂岩铀矿信息的地气探测技术,该探测技术由沙漠专用地气信息采样装置与采样方法、地气信息探测器预处理与物质组分测试方法、数据处理与异常推断解释方法3部分构成。这项探测技术以地气物质迁移机理为依据,应用基于低本底聚氨酯泡沫塑料作为探测器的沙漠专用防沙尘污染地气物质采样装置,通过约45 d的积累式采样,可以在沙漠覆盖勘查区有效捕获到隐伏砂岩铀矿的U、稀土以及砂岩铀矿伴(共)生元素的含量信息,圈定出深部铀富集区域,进而达到找矿目的。将该技术应用于新疆某勘查区完成的世界上第一条沙漠覆盖区砂岩铀矿地气探测剖面,证明了所建立探测技术的有效性。
渭河盆地氦气资源丰富,大力开发盆地内的氦气资源,对于国家发展和社会进步具有重要意义。然而,渭河盆地地理环境因素和地质构造背景复杂,致使地震成像处理及解释存在极大的挑战性,严重制约了富氦天然气圈闭寻找与储层预测。本文以华州—华阴地区的地震数据处理为例,深入探讨了地震数据处理面临的困难和挑战,在明确地震勘探目标的基础上,针对地震数据处理难点,制定出有效的地震数据处理流程,并采取了有针对性的技术对策。研究结果表明,通过拟三维层析静校正、全局寻优剩余静校正、多域多种方法串联组合去噪、多种振幅补偿及子波校正、叠前时间偏移等技术应用,有效提高了地震数据成像处理质量,为探区内的富氦天然气勘探开发提供了重要的技术支撑,同时也为盆地内其他地区的地震数据处理提供了重要的经验启示。
内蒙古喀喇沁旗金蟾山金矿是与燕山期岩浆有关的岩浆—热液脉型金矿床,构造位置属于赤峰—朝阳金矿集中区,矿体主要赋存在安家营子岩体的断裂构造带内。本次研究对金蟾山金矿东矿化带自南至北南大洼矿段、李麻子沟矿段进行了系统的构造叠加晕异常分析。研究表明,金蟾山金矿原生晕轴向分带及特征参数与热液矿床原生晕典型高温—中温—低温元素轴向分带序列不相符,出现高温元素和低温元素相互重叠出现的现象,说明成矿作用具有多阶段多期次叠加的特点。本文首次利用各元素垂向不同标高的元素相关性对比分析曲线进行元素相关性分析,更好地分析了不同元素在不同标高的相关性特征,筛选出前缘晕元素为F、Ba,近矿晕元素为Au、Cu、Ag,尾矿晕元素为Co、Ti、V。通过建立构造叠加晕找矿模型圈定找矿靶区,并经采矿验证,见矿中段与预测靶区吻合。
深部煤层复杂的地质环境和温度等造成吸附负效应增强,游离气产出。游离气饱和度作为储量预测及指导优化采排方案设计的典型参数,对其进行准确揭示具有重要意义。本文以塔里木盆地库车北部构造带侏罗系克孜勒努尔组超深层(>4 km)煤层气为研究对象,基于等温吸附及现场解析、反推法、阿尔奇公式、元素改进体积模量方法、Gassmann-Wood公式和Gassmann-Brie方程,计算了目的层游离气含气饱和度,结合二维核磁实验资料对比分析了这几种饱和度计算方法,结果表明:元素改进体积模量方法、Gassmann-Wood公式与Gassmann-Brie方程更适合研究区域深层煤层游离气饱和度的计算。研究结果可为该区块深层游离气饱和度计算提供重要参考,进一步指导并推进研究区深层煤层气的勘探开发。
针对柴达木盆地昆特依气田昆2区块基岩目的层中的储层储集空间发育溶蚀孔和裂缝认识不清楚的问题,利用地震资料分选5大类12种属性分别对基岩储层进行裂缝预测和对比分析,结果表明:最大似然属性与井资料吻合好,纵横向分辨率高,优于曲率、相干、不连续和相似性类属性。同时,采用溶孔-裂缝叠合分析法,有效预测了基岩储层分布有利区,为后续开发井位部署提供了依据。
随着油基钻井液在西湖凹陷的广泛应用,储层的测、录井响应特征发生改变,复杂流体识别难度增大,基于水基钻井液的流体评价方法不再适用。为此,基于凝析气层和轻质油层的气测录井组分、地化轻烃特征参数及谱图形态差异性特征,提出了适用于油基钻井液的复杂流体识别方法。试验结果表明:①在数据处理和敏感参数优选的基础上,通过对10种气测衍生参数进行Pearson相关性分析,利用敏感参数Hc、Hb建立了识别图版,可以定性区分凝析气和轻质油;②利用与气油比相关性最高的参数Hc与泵抽取样、地层测试数据进行拟合,建立气油比定量计算模型,相关性系数大于0.98,可以在随钻过程中对气油比进行定量预测;③凝析气层和轻质油层的地化轻烃谱图形态特征具有明显差异,凝析气层表现为高nC1~nC4,nC5以后正构烷烃缺失,异构烷烃、芳香烃含量检测范围较少,出峰不齐全、峰值较低;而轻质油层具有正构烷烃nC1~nC9组分齐全,异构烷烃、芳香烃峰值较高的特点;④基于凝析气层和轻质油层的轻烃比值参数差异,优选气指数Ig、油指数Io建立识别图版,可以有效区分两种流体。通过气测录井和地化轻烃两种方法的相结合,可以有效解决西湖凹陷油基钻井液条件下的流体识别难题,具有较强的推广应用价值。
本次研究使用便携式γ能谱仪在安徽皖南地区进行剖面能谱测量,利用地质体内存在天然放射性元素的种类和数量的差异,将U、Th、K特征参数折线统计图与地质地形图进行对比,进一步明确矿体的赋存部位,同时研究γ能谱在萤石矿勘查中的适用性,并对测量参数及异常值判定提供经验性建议。实验结果表明,伽马能谱法能够应用于萤石矿产勘查,其中Th可以作为主要指示元素,表现为低值异常,与矿体对应程度较好,同时适用于其他赋存围岩条件。论文同时从环保领域进行分析验证,计算证明了萤石脉矿体所致γ辐射剂量率远小于本底值,可作为找矿初步判断依据。
接地电阻是影响音频大地电磁测量精度的重要因素之一,因此,研究降低接地电阻的干扰对于提高音频大地电磁数据的可靠性和解释精度具有重要意义。本文深入研究了接地电阻对实测电场、视电阻率和阻抗相位的影响,并提出了相应数值校正方法,将接地电阻的影响降低至可忽略的程度。理论计算结果表明,当接地电阻过高时,高频段的视电阻率最大减小至原来的1/4,阻抗相位最大偏移20°。实测数据校正结果表明,该方法能有效降低接地电阻造成的干扰,提高音频大地电磁法对浅部信息探测的精度,对于改善音频大地电磁法在工程勘查等领域的应用效果具有重要意义。
纵横波速度比是判别岩性、描述储层特征、识别气藏的重要工具。通过PP波地震数据直接反演纵波速度和横波速度的技术已经相对成熟,但分别反演纵横波速度后再求取其比值会产生累积误差。相比之下,PS波中包含横波速度信息,联合反演能够提高纵横波速度比的反演精度。本文引入了L1-2范数以提高反演结果的分辨率。相较于L1范数和L2范数,L1-2范数更稀疏,可以得到分辨率更高的反演结果。首先,通过推导线性化的PP波和PS波正演近似公式并分析其精度。然后,基于贝叶斯理论,引入L1-2范数构建直接反演纵横波速度比的目标函数,通过求解该目标函数,获得纵横波速度比的反演结果。定量对比相关系数表明,基于L1-2范数的反演结果优于L1范数和L2范数,直接反演结果优于间接反演结果,联合反演的结果优于单独反演的结果。合成数据和实际资料的反演验证了所提方法的有效性和可行性。
三维地质建模是一种寻找深部矿产的有效技术方法,但在砂岩型铀矿勘查中深部成矿预测方面的应用较少。本文以二连盆地哈达图—赛汉高毕一带为研究对象,融合研究区地质、物探和遥感数据建立了三维地质模型,据此开展了深部成矿预测。针对多元地学信息的特点,提出了一种采用不同深度的隐式建模方法,其中1 000 m以浅主要利用地质、钻探资料和地面电磁法测量结果进行建模,1 000 m以深利用重磁三维联合反演结果进行建模。最终的三维地质模型显示,研究区地层主要有新近系—古近系、下白垩统、二叠系、石炭系和新元古界,岩体主要有花岗岩和中基性岩;已知铀矿周围出现的航放铀含量高场、偏高场与含铀物质的运移、沉积、富集以及断裂构造运动有关。利用成矿条件分析法进行了三维成矿预测,圈定了3处与已知矿床具有类似成矿条件的远景区。本研究为在盆地内航放资料的解释和深部铀矿勘查提供了一种新思路。
目前利用地震反演方法对复杂砂、泥岩储层的预测缺乏有针对性的研究,在砂、泥岩互层或存在水平裂缝发育的情况下,常规的反演方法难以给出准确的砂体预测结果。为此,结合实际工区的测井岩石物理交会,优选了泊松阻抗作为储层预测的敏感参数,同时考虑储层存在裂缝发育的特征,推导了含泊松阻抗的VTI各向异性反射系数方程。在此基础上,采用非平稳褶积模型设计了正演算子改善砂、泥岩互层产生的地震波强衰减特性,保护深层薄储层的反射特征,提出了一种叠前地震各向异性高分辨率直接反演泊松阻抗及裂缝参数的方法,为砂、泥岩储层高分辨率展布、刻画以及含裂缝性评价开辟了新的思路。模型测试与实际资料测试结果证明了本方法的可行性和适应性。
多震源技术极大地提高了地震数据的采集效率,但采集到的数据存在严重的混叠和缺失现象,需要在分离的过程中有效地对缺失道进行重建。由于单一的分离和重建算法在精度和速度上不能同时提高。为此,本文提出将阈值迭代法和加速线性Bregman方法进行联合,充分利用阈值迭代法后期处理精度高和加速线性Bregman方法前期收敛速度快的优势,用于多震源数据的同时分离和重建。在此过程中,选择曲波变换为稀疏基,引入硬阈值函数、指数阈值因子和加速因子,并提出新型指数加权因子,最终分离和重建出单震源数据,并且与单独的阈值迭代法和加速线性Bregman方法进行对比分析。此外,本文还对该联合方法的抗噪性和去噪能力进行了研究。理论模拟和实际应用表明,在分离和重建出完整的单震源信号方面,联合方法具有更高的精度和更快的计算效率。
基于监督的深度学习反演依赖地下介质标签进行训练,然而实测电法数据通常缺乏地下介质标签。使用模型正演生成大量合成数据进行监督学习,对于超出训练集以外的复杂数据反演又难以获得可靠的结果。本文尝试基于正演约束的半监督学习反演方法,结合标签数据和无标签数据训练,用于提高反演精度和对复杂地质结构的刻画能力。合成数据反演结果表明,该半监督学习反演方法具有较强的泛化能力。实测数据反演结果表明,相比于传统最小二乘法反演,半监督反演结果具有较好的分辨率,尤其对纵向岩性界面的刻画更接近实际情况。本文提出的半监督学习为高密度电法反演提供了一种新的思路。
激电介质可通过随频率变化的复电阻率参数来表征其电阻和电容特性。为能够准确、高效地模拟人工源激发下激电介质的电磁响应特征,本文通过频率域Maxwell方程建立复电阻率法三维正演控制方程,并以交错网格有限差分法进行差分离散,利用复全局拟最小残差法(QMR)求解离散复线性方程组,并在正演中考虑了电磁效应的作用。首先通过简单层状模型的半解析解对计算精度进行检验,并分别建立较大规模和埋深的金属矿藏模型与较小规模和埋深的有机质渗漏模型,依次计算了两种不同激电模型在低频(1 Hz)、中频(10 Hz)、高频(100 Hz)的电场响应。各模型不同频率的计算结果均表明,残差范数均能随迭代次数较快收敛,验证了该算法的适用性和有效性。最后依据计算结果分析了激电介质电容特性对电场幅值和相位的影响,认为激电介质中电容特性对电场幅值的影响非常小,但对相位的影响非常明显,且激电效应越强,对相位的影响越显著。
频率域地空电磁法(ground-airborne frequency-domain electromagnetic,GAFDEM)相比传统地面电磁法具有工作效率高、成本低、可适用于复杂地形地貌环境的特点,是一种很有发展潜力的方法。已经成功研制与该方法相关的仪器和设备,并得到了初步应用,但其解释方法还有待于发展。本文研究了均匀半空间下磁场三分量随电阻率的变化规律,提出了用基于泰勒级数展开的方式,采用迭代法计算全域视电阻率的方法。通过对典型地层模型的计算,分析了不同分量、不同频域、不同飞行高度、不同偏移距下全域视电阻率的特征。结果表明,该全域视电阻率定义方法基本不受收发距、飞行高度等参数的影响,能够正确地反映地层电阻率的变化,为后续频率域地空电磁法数据的处理和解释提供了理论指导。
本研究旨在探讨湘江流域土壤中重金属元素的地球化学背景值和基准值特征,选取表层和深层土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn、Ni、pH共9项指标,运用迭代法、箱图剔除法、含量—面积分形法等方法,对湘江流域多目标区域地球化学调查完成区的土壤环境背景值进行研究,按不同地层单元及土壤类型对地球化学背景值和基准值影响因素进行讨论。研究结果显示,以上几种计算方法总体差异不大,但不同方法得出的结论均反映研究区内土壤中8种重金属背景值总体高于全国水平,其中Hg和Cd的背景值接近全国背景值的两倍,表明湘江流域是Hg、Cd高背景区;土壤重金属背景值与母岩关系密切,元素富集水平及富集元素数量随着地层年代的由古到今呈增大的趋势,其中Cd的表现尤为明显;湘江流域不同土壤类型的重金属元素地球化学背景值普遍高于基准值。本次研究成果为湘江流域生态环境评价及土地规划提供了重要依据。
玛沁县是青海省重要的牧业县,区内天然可利用草原超过1 300万亩,牧草资源丰富,2022年在玛沁县东部地区开展了1∶25万土地(牧草地)质量地球化学调查工作。本文依据调查区表层土壤植物营养元素含量数据,评价了各养分元素的丰缺情况。区内土壤养分地球化学综合等级以一等、二等土壤为主,占调查区总面积的 91.68%,三等、四等土壤仅占8.33%,无五等土壤;土壤养分整体较丰富,为发展高原特色农牧业奠定了良好基础条件。研究成果为当地牧草地规划利用、特色农牧业发展以及退化草场的修复提供了重要的基础资料。
大气沉降是土壤重金属累积的重要来源。为查明四川崇州地区大气干湿沉降对农田土壤的影响,定量监测研究区干湿沉降并测试重金属含量,据此估算干湿沉降通量及重金属变化率,进行潜在生态风险评价,探讨研究区干湿沉降八项重金属元素输入在农田土壤重金属累积中的作用。研究结果表明:本区干湿沉降物重金属含量Cd、Pb、Zn超周边土壤含量,Cd、Zn超农用地土壤污染筛选值的2.25倍、1.09倍;大气干湿沉降重金属元素年通量均小于全国平均值,沉降通量Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>As>Cd>Hg。与前人研究结果对比表明,研究区各项重金属沉降年通量均有所下降,其中Cd下降幅度最大。对于大气重金属沉降通量空间分布,除Cr元素外,其他重金属元素相对高值区基本出现在距市区、工业园区、交通干线较近,受人类活动影响较大的区域。地累积指数显示,各重金属污染程度Cd为重度—严重污染,其次为Hg、Pb,As、Ni无污染。大气干湿沉降物对土壤影响最显著的重金属为Cd和Zn,1 年后的增量分别为0.421 mg/kg、104.653 mg/kg,年变化率达到了0.138%和0.146%,表明大气沉降物为本区农田土壤中重金属Cd、Zn的重要来源之一;低沉降通量的Cd含量超标最多,引起土壤环境变化最显著,需引起注意。
土壤和水是植物生长发育的重要自然资源,了解植被对水和土壤特征的反映对于科学管理农业生产具有十分重要的意义。然而,这些因素的耦合特征较少量化。为揭示水、土壤和植被之间的耦合特征,探究其响应关系,以三江平原腹地桦川县、集贤县、友谊县耕作区为研究区,通过植被调查、土壤和水体样品的采样分析,建立水—土壤—植被的评价指标体系,采用主成分分析法确定评价指标权重,构建了耕作区水—土壤—植被的耦合协调模型,并运用灰色关联度法分析植物生长的主要影响因素。结果表明,耕作区植被与水和土壤间存在较强的耦合关系,其中土壤容重,砂粒含量,锌、硼、铜含量和水体钙离子浓度、硬度对植被生长发育的影响最为显著;三者间耦合协调度与耦合度表现并不一致,耕作区水、土壤和植被耦合程度较好,以良好协调为主,桦川县和集贤县部分地区水、土壤和植被耦合程度较差,主要由于水体的污染、土壤质地的变化和微量元素的缺乏,因此,应加强该区地下水生态环境的改善和耕地保护性耕作。本文建立的水、土壤和植被的耦合模型,为生态环境保护和修复提供了重要依据。
本文旨在进行吸波材料在时域脉冲探地雷达天线设计中的应用研究。首先分析了电磁波在吸波材料介质界面及内部的传播机理,在理论分析的基础上采用多层泡棉复合吸波材料对天线进行不同方式的加载,使用CST电磁仿真软件对不同加载方式的天线进行了波形保真度、天线增益、端口驻波比等参数的仿真比较,并结合实际应用场景进行了发射天线、接收天线、分层大地及地下目标物系统建模仿真,通过比较天线在不同加载方式下目标回波信号特点,得出了多层泡棉复合类吸波材料在探地雷达天线中的最佳加载方式。按照本文提出的加载方式进行了带屏蔽壳体的平板型偶极天线设计与加工,并搭载LTD-2600探地雷达进行了贴地与架空情况下的实地测试,测试图像可明显看出地下5.6 m处地层异常信号,可为探地雷达天线设计及工程应用提供有效指导。
快速便捷且更可靠地获得人口密集地区强干扰环境下的城市浅层地下结构,对现阶段城市地下空间数字透明化及其安全开发具有非常重要的意义。随着节点地震仪的发展,被动源地震成像方法在不同尺度的地下结构成像中得到了广泛的应用,为城市地下空间浅层地下结构探测提供了成功示范。受城市道路及狭窄空间特殊条件的限制,在众多被动源台阵布置方式中直线型密集台阵具有较高的适应性。我们在已知地下埋设管道异常体试验区域分别设计1 m、3 m和5 m三种不同道间距的线型台阵布置方式进行1 h噪声数据持续观测,利用扩展空间自相关方法(ESPAC)计算面波频散数据,并进行横波速度反演,与此同时对原始数据、频散曲线以及反演横波速度剖面进行综合分析,以此提供被动源地震在城市地下空间尺度探测中,小道距线型密集台阵观测系统参数选择的科学认知和依据。最终,根据试验成果,我们选择科学合理的观测系统应用于实际城市地下空间建设探测工程中,获得施工区域完整的地层结构以及破碎带等导水构造。因此,本研究表明在城市地下空间探测尺度,选择小道距线型密集台阵具有更好的勘探分辨率和勘探精度,并且该技术在人文干扰严重环境区域同样具备较好的适应性。
西部山区的大风顶隧道属深埋特长隧道,区域内地震活动性较强,地质及水文地质条件极其复杂。此隧道勘查工作的重难点在于复杂地质条件与不良勘探环境增加了勘查难度,同时需精准推断隧址区岩体破碎程度及富水性特征,以制定有效的防震措施。因此,在利用地质资料进行区域岩性的初步划分基础上,开展了以音频大地电磁测深为主结合高密度电法的综合物探。结果表明,综合物探有效揭示了隧址区整体视电阻率变化和浅部详细的视电阻率分布,尤其是隧道洞口附近电场分布特征,从而推断出隧址区岩体的破碎程度与富水性特征。同时通过钻井资料有效验证了物探方法的有效性,表明使用综合物探方法可以为强震区特长深埋隧道勘查和建设提供参考。
