电(磁)法探测技术历经百年发展,从早期的直流电阻率法、激发极化法,逐步发展为涵盖大地电磁法、人工源电磁法及各种混场源电磁法的地球物理探测技术体系。然而,在我国开启新一轮找矿突破战略行动的新阶段,出现了深部找矿需求增加、人文噪声干扰加剧及三维结构解释不足等问题,严重制约了传统电(磁)法的应用效果。为突破技术瓶颈,大功率—超大功率电(磁)法技术成为关键发展方向之一。大功率—超大功率电(磁)探测技术通过增大发射电流,可以压制人文噪声、增大探测深度,有助于实现高分辨、多参数的三维探测,推动了方法技术、观测平台以及应用场景的拓展与创新。本文梳理了大功率—超大功率电(磁)法仪器发展历程与相关技术研究现状,并指出激发极化法真三维全波形采集与三维反演、张量可控源电磁法采集与三维反演、时频电磁法多参数联合约束反演及广域电磁法多分量全区探测等技术,可以显著提升深部目标体的探测能力。未来需进一步攻克各向异性三维反演、带场源全域反演以及复杂约束下极化率、磁化率提取等问题,推动电(磁)法向大深度、高精度、智能化方向发展,更好地服务新一轮找矿突破战略行动。
化探数据中地质矿产信息的深入挖掘,是数学地质学和地质大数据的热点研究之一。目前国内积累了丰富的区域化探数据,但对数据中的地质矿产信息深入挖掘有限,需要尝试建立科学有效、简单易行的数据处理流程和分析研究方法。本次以甘肃省徽县高桥地区为研究区域,依据地质背景,根据元素性质与地球化学行为理论对相关元素数据进行处理,挖掘化探数据中蕴藏的地质矿产信息,初步建立了侵入岩体边界圈定和岩相划分的数学模型,科学指导地质填图工作;初步建立构造蚀变岩型金矿床靶区圈定模型,并进行了有效性验证,圈定了7个新的、有较好找矿前景的靶区,通过矿产检查已发现矿点5处,提交矿致异常4处,其中2处正在开展甘肃省地勘基金矿产勘查工作。本次研究成果证明,根据元素地球化学性质原理对数据进行计算处理,可进一步挖掘区域化探数据中的隐藏信息,有效指导和修正地质填图工作,提升填图效率和工作质量;可进一步高质量提取化探异常信息,高质量指导新区找矿工作。
为优选镶黄旗毕山地区找矿预测靶区,开展1∶1万土壤地球化学测量工作。采用多元统计综合分析方法对研究区土壤中Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mn、Mo、Li、W、Sb、Bi、B、Hg和As共14种元素进行分析,结果表明:研究区土壤中Au、Ag、Pb、Zn、Li、As 6种元素富集程度较高,成矿潜力最大;具有较高含量的元素异常主要受下二叠统三面井组凝灰岩及凝灰质火山角砾岩与花岗岩之外接触带控制;成矿元素主要受NW向断裂构造带控制,硅化、白铁矿化、黄铁矿化、方铅矿化、闪锌矿化等蚀变为找矿主要标志;结合该区成矿地质条件,圈定了综合异常3处,找矿靶区2处,经工程验证发现了Ag矿体。研究显示,土壤地球化学测量方法是成功寻找多金属矿体的关键所在,为后续矿产勘查工作的开展奠定了重要基础。
江西白果含锂瓷石矿区地处九岭隆起南部,隶属九岭稀有金属成矿带,是江西省地质局物化探大队近年来通过化探方法发现、通过地质方法评价的大型蚀变花岗岩型含锂瓷石矿床。本次找矿过程中利用区域化探筛选找矿远景区,1∶50 000水系沉积物测量缩小找矿靶区,1∶10 000土壤测量详细圈定Li异常范围和形态,异常查证查明异常成因,槽探及钻探工程控制矿体的空间分布,实验测试查明锂赋存状态及可选性,再一次证实了化探方法找矿具有快速、直接、经济、高效的特点,体现了其在矿产勘查中的优势和重要性。值得注意的是,化探找锂过程中,应遵循锂的地球化学富集规律,注重异常解释的科学性,并与地质工作紧密结合,才能发挥出更好的找矿效果。
为进一步摸清兴义某铀矿区内铀矿及断层特征,为下一步钻探施工提供有力依据,采用FD216环境氡测量仪进行土壤氡气测量,并对数据进行综合分析,重点了解该地区土壤氡气含量及其分布特征,圈定土壤氡气异常晕,完善隐伏断层性质,结合地质、化探等资料,分析铀矿成矿特征。通过研究发现,研究区土壤氡气含量与断层走向关联性较好;土壤氡气异常较好区域为南西侧、中部—北东侧。研究区内铀矿赋存于断层破碎带中,且与地层相关,铀矿勘查目标应在三叠系中—下统嘉陵江组一段的断层中。
安徽石台地区位于修水—宁国碳硅泥岩型铀成矿带的东段,该区断裂构造活动频繁,铀成矿潜力较大。为探讨皖南石台地区的铀成矿前景,本文在该区开展了1∶5万比例尺的地面伽马能谱测量,采用传统统计法和铀差量分析法提取铀成矿信息,并分析了区内放射性元素的分布特征。通过能谱—地质剖面研究了荷塘组4个层段的放射性异常特征,发现其中第一段的铀含量最高。结合野外地质调查和显微岩石学分析,进一步研究了该层的地质特征及其与铀成矿的潜在关系。结果表明,荷塘组地层是区内的主要铀源层,而荷塘组一段则为主要的含矿层,富含大量有机质、黏土矿物、黄铁矿等成矿物质,有利于铀的富集。对目标层的深入研究为后续该地区同类型铀矿的勘查提供了技术指导。
目前常规各向异性介质的反演容易受小角度入射、地层弱性质变化的假设条件限制,并且岩石弹性参数的预测多通过线性反演弹性参数进而间接拟合得到,使得各向异性地层的岩石物理参数反演结果的精度与可靠性较低。为此,本文推导了具有垂直对称轴的横向各向同性(transverse isotropy with vertical axis of symmetry,VTI)介质杨氏模量、泊松比以及裂缝参数的岩石物理模型,基于精确VTI反射系数方程,提出了一种L1范数约束的贝叶斯各向异性非线性直接反演方法,用于对页岩气储层的脆性及裂缝参数进行直接反演预测。该方法在西南页岩气工区取得了良好的应用效果,为页岩气的储层表征提供了新的方法。
井震误差校正是求取VTI介质的Thomsen纵波各向异性参数的主要方法,也是获得准确的深度偏移成像的重要处理手段。常规的井震误差校正方法是求取井点处的井震误差,然后直接沿平面插值对层位深度进行校正,但这种校正方法在地层厚度变化较大的地方容易出现构造畸变和各向异性参数δ的异常值。常用的解决方法是对各向异性参数场和各向异性速度场进行人工编辑和平滑,但这样会浪费较多的人力和时间。本文提出了构造导向的井震误差校正方法,引入“井震误差系数”的概念,用地层厚度进行约束来对井震误差进行平面插值,并且对不同地层的井震误差采用从浅到深依次计算并插值的策略。这种方法得到的井震误差分布值更符合地层厚度的变化规律,求取的各向异性参数δ值更加稳定且无异常值,有效地避免了井震误差校正后出现构造畸变,在实际项目运作中节省了人力和时间。
针对陆相盆地叠置薄砂岩预测的难点,本文提出了利用地震波形指示反演方法开展叠置薄砂岩的技术流程。首先,基于波形相似性原则优选的样本井测井曲线构建反演初始模型;然后,在贝叶斯框架下对初始模型进行迭代优化,得到高分辨率的波形指示反演结果;最后,地震波形指示方法与低频反演结果融合,不仅能够提供纵向上的高分辨率,还能够有效地描绘砂岩的横向叠置特征与砂岩横向边界。研究实例表明,地震波形指示反演在叠置薄砂岩预测中精度达到了2~3 m,参与井和验证井的符合率分别达到91.5%和85.2%,证明了该方法的合理性和反演结果的高精度,为陆相盆地薄层叠置砂岩预测提供了有效的技术手段。
地下介质中的盐丘高速体和高陡构造对传统成像方法构成挑战。在常规地震勘探中,多次波通常被视为噪声加以压制或消除。然而,多次波由于其地下传播路径长、反射角小,所以具备更广的成像范围和更丰富的地下构造信息。地震干涉理论能够正确预测多次波,因此基于地震干涉的多次波逆时偏移方法在复杂地下构造成像中具有重要意义。本文分析了地震干涉的基本原理,推导出相应公式并给出算法,提出了基于地震干涉的多次波预测技术。该技术避免了传统多次波处理方法,提高了成像效率,为后续多次波逆时偏移提供了研究基础。针对常规多次波逆时偏移中存在大量串扰噪声的问题,本文创新性地利用地震干涉原理进行了分阶多次波逆时偏移研究,提出了基于地震干涉的分阶多次波逆时偏移方法,有效改善了多次波成像的串扰噪声问题。数值实验表明,相较于一次波逆时偏移,多次波逆时偏移在盐丘下构造成像方面有明显改善,而基于地震干涉理论的分阶多次波逆时偏移则能进一步压制常规多次波逆时偏移中的串扰噪声,对盐下复杂构造进行准确成像,提高了成像分辨率。
随着我国油气勘探的不断深入,如今地震勘探成像的重点从大尺度整体成像逐渐转向小尺度复杂构造体成像。受地震波传播机理的限制,小尺度、高陡等复杂构造存在界面反射信息拾取困难、反射能量弱等问题,常规地面地震勘探成像方式难以实现精确成像。通过地震干涉法能够使虚拟观测系统更靠近目标区域,提高对复杂界面的成像分辨率,实现面向目标构造的高精度成像。笔者对地震干涉原理进行理论推导,对小尺度模型进行正演模拟,将生成的干涉道集与实际参考道集进行对比,验证了干涉方法的正确性。将该方法应用到BP气云模型和高陡构造—薄互层模型进行数值试算,并将成像结果与常规RTM成像结果进行对比,证明了地震干涉法可以实现对深层复杂构造的高精度成像。
在瞬态瑞利面波数据采集时,偏移距和震源质量选择是非常关键的因素,因此需要对不同偏移距和不同质量震源采集的面波数据所计算出的频散谱特征进行研究。本文通过理论和数值模拟分析研究了影响频散谱的关键因素,通过野外试验研究了不同激发位置、不同质量震源激发所采集到面波数据的频散谱特征,针对瞬态面波采集时震源在不同位置激发所获得的频散谱存在差异的问题,提出了一种多频散谱叠加融合方法。该方法可有效避免瞬态面波数据采集时由于震源位置不同导致的频散曲线差异,从而使得面波探测结果更加有效。
地震波在地下传播过程中会发生能量衰减,尤以高频成分衰减最为明显,导致高频段信号的信噪降低,极大降低了深层油气地震勘探的准确度。为了更好地提高深层资料信噪比,本文基于地震信号的非平稳特征,采用时频分析技术描述信号频率随时间变化的关系,提出一种基于时频分析法压制深层高频噪声的方法。利用有效信号的时频特征具有稳定性和相似性、而高频干扰具有不确定性和随机性的原理,提出一种基于相关性分析的自适应阈值选择策略,从优势频段提取有效信号的时频特征,与高频段信号时频特征进行对比分析,对高频端时频谱进行特征约束衰减,从而达到压制高频噪声的目的。理论模型和实际资料处理结果表明,该方法能够较好地压制高频噪声,有效提高深层资料的信噪比。
高密度电阻率法已成为滑坡结构调查的主要地球物理方法之一,但是受滑坡复杂地形、地表崩积物的影响,实际工作中测线难以沿直线规整布置,导致视电阻率计算结果出现偏差。为了最大程度降低不规则测线对最终结果的影响,笔者提出了一种实测数据的3D反演方案,通过寻找完全测线最小包围面积矩形,最小化3D网格剖分;通过增大测线垂直方向的正则化参数,抑制模型参数在垂直方向上的变化。数值模拟结果表明,相比传统的2D反演方案,本研究提出的3D反演方案可以显著提升滑带的识别精度。白水河滑坡的实测结果验证了该方法的有效性。
针对均匀半空间背景下的三维良导体模型进行正演计算,研究其在平面波电磁探测条件下的响应特征。三维良导体的电磁异常主要由分界面静态积累电荷产生的二次场所引起,因此目标体电阻率与围岩电阻率相对差异越大,响应相对异常也越大;观测电极距离目标体越近,响应相对异常越大。三维体在水平方向上和垂直方向上的尺寸变化对异常的影响程度不同:垂向厚度变化对异常影响较小;水平方向两个尺寸相差不大时,视电阻率响应曲线形态呈现类似于二层D型测深曲线形态,响应相对异常随水平尺寸变大而变大;当水平方向两个异常体尺寸相差较大时(大尺寸达到小尺寸的8倍以上),沿着大尺寸方向观测与沿着小尺寸方向观测得到的曲线形态不同。沿着大尺寸方向观测时,视电阻率响应曲线形态呈现类似于高低高变化的三层H型测深曲线。此外,视电阻率相对异常一般为相位相对异常值的2倍以上,而且视电阻率异常纵向上遵循静态效应规律,在高频出现异常后将一直延伸至低频更有利于发现异常,因此利用视电阻异常更有利于识别异常。
大深度激电测深法需要长导线大电流供电,感性阻抗、分布电容等因素导致发射关断波形振荡,极大影响了激电测量精度。针对此问题,本文首先构建了大功率激电发射极长导线引起的电磁感应仿真模型,提出了基于RCD吸收回路消除激电电磁耦合方法;然后基于最优吸收回路算法,计算了最优吸收回路参数;接着设计大功率30 kW激电发射机最优吸收电路,通过仿真计算表明,最优吸收回路有效解决了发射关断波形振荡的问题;最后,基于最优吸收回路研发了大功率激电样机,并在山西某地布置了AB/2长1 500 m的大极距,发射电流10 A重复观测了4个测量点的关断全波形,极化率最大标准差为0.02,其实验效果较好,精度满足相关规范要求。
西非下刚果盆地深水区发育典型水道浊流体系,是深水油气勘探的重点区域。该区浊积体具有非均质性强、储层展布复杂的特点。传统方法在浊积体识别精度和储层预测能力上存在不足,难以满足高效勘探需求。本研究基于深水重力流理论,以西非下刚果盆地深水区水道浊流体系为对象,依据浊积作用发育部位、可容空间形态及浊积体内幕特征,结合钻井揭示的岩石相、测井相以及地震相等综合建立了4类不同尺度水道浊积体的特征识别模式;进一步以相带控储为基础,基于改进的射线弹性阻抗反演方法构建了新的复合弹性参数,使其对浊积砂岩储层具有更佳的分辨能力,从而实现了浊积砂岩储层的定量预测。经后验井检验精度较高,应用效果好,为该类深水区油气资源评价、井位部署提供了重要依据。
地震速度模型精度对深度域偏移成像效果影响较大,但工业界对其缺少定量化分析和明确认识。本文以塔里木超深层断控缝洞储集体地震成像为例,构建了接近真实地下介质情况的深度域数值速度模型,采用实际生产的地震采集观测系统进行三维地震正演模拟;对数值速度模型的不同层系速度进行平滑,定量化分析不同层系速度对相同参数的地震逆时偏移成像的影响;以地震模拟数据为基础,采用工业化流程构建各向同性和各向异性地震深度域速度模型,定量化分析构建的速度模型及偏移成像结果与数值速度模型及偏移成像结果在不同层系和不同地质现象中的差异。通过研究,实现了不同层系各向同性和各向异性工业化速度建模精度定量化分析,以及对偏移成像影响的定量化误差对比,取得了几点较为明确的认识。
为了评估宁夏石嘴山地区土壤—农作物系统中重金属的生态风险和健康风险,收集数据并分析了该地区土壤及玉米、水稻、小麦3种作物中重金属(Cd、Cr、Hg、As、Pb)的分布、富集特征及健康风险。结果表明,研究区土壤中重金属含量低于全国背景值,地累积指数显示土壤环境整体清洁;不同作物对重金属的富集能力表现出显著差异,小麦对Cd和Pb的富集能力较强,水稻对As和Hg的富集能力较强;此外,土壤pH与重金属的富集系数存在显著相关性,玉米对Cr和As的富集系数随pH升高显著增加,而水稻对As的富集系数随pH升高显著下降;土壤有机质通过降低重金属的生物有效性抑制了作物对重金属的吸收富集;在健康风险评价中,儿童通过手口摄入途径的非致癌风险指数较高,As的含量在部分样品中超出食品安全标准,需重点监测。本次研究成果为土壤污染治理和作物安全生产提供了科学依据。
为摸清青藏高原北缘土壤硒含量背景、服务富硒土地资源利用和缺硒风险防控,系统采集了8 273件表层和2 190件深层土壤样品,分析测试了Se及其他相关指标,剖析了土壤Se与土壤类型、理化性质等因子间的响应关系。结果表明,青藏高原北缘表层土壤Se背景值为0.188×10-6,深层土壤Se背景值为0.153×10-6;土壤Se在门源盆地、西宁盆地、青海湖北部、拉脊山和达坂山形成高值区;古近系西宁群红色碎屑岩和含煤碎屑岩风化物成土母质区土壤中Se含量最高;土壤Se与pH呈负相关,与有机质、铁铝氧化物呈正相关;土壤Se在林地、草地及含泥炭丰富的沼泽土、草甸土中易富集。研究认为,古近系西宁群红色碎屑岩和含煤碎屑岩等Se高背景成土母质是形成富硒土壤的主控因子,含炭质丰富的林草地及草甸土、沼泽土为次控因子,经水系搬运和沉积改造形成了青藏高原北缘土壤硒局部富集的空间分布格局。
