陆域大地电磁基础网规划与展望

阵列式大地电磁测深是区域地球物理调查的重点发展方向之一,对标国外先进水平和国家社会的基础性需求,中国阵列式大地电磁测深工作程度依然较低,缺乏整体规划,开展全国性观测计划亟需提上日程。系统总结了当前区域地球物理学的发展趋势及国内外大地电磁网建设现状,提出了合作共建陆域多层级大地电磁基础网和大数据中心的顶层设计和规划布局,并对中国大地电磁基础网未来的重点发展方向进行了展望和思考。相关工作的顺利开展将为中国的区域地球物理调查拓展一项新属性参数,推动构建物性地球、结构地球和地球物理场四维模型,进而变革区域地球物理研究范式和工作模式,支撑中国深地探测走向世界前列。

中国海域1∶100万区域地质调查主要成果与认识

中国海域及邻区是建设“21世纪海上丝绸之路”、打造海洋命运共同体和推动可持续发展的关键地区,也是地球科学最具有典型性和代表性的研究区域之一。中国管辖海域1∶100万区域地质调查是一项以国家需求为导向、以解决重大地球系统科学问题为目标的基础性公益性工作。中国地质调查局通过近20年的持续调查,实现了对中国管辖海域1∶100万区域地质调查的全面覆盖,系统地获取了海洋地质和地球物理基础数据,形成了基于实测数据的“一图一库一报告”,大幅提升了中国海洋地质调查工作程度。这项工作填补了中国小比例尺海洋地质国情调查的空白,初步摸清了中国管辖海域地质环境条件和资源环境潜力,取得了一批原创性的认识,为建设海洋强国提供了详实可靠的地质资料,为提升区域地质科学的认知水平奠定了坚实基础。

无需初值的RPC模型参数求解算法研究

针对国内外研究者求解RPC(Rational Polynom ial Cam era)模型参数的算法需要初值及迭代处理,且求解过程相当复杂的缺憾,提出基于全球DEM无需初值的RPC模型参数求解算法。利用SPOT-5卫星影像进行试验,获得该算法对线阵推扫式卫星遥感影像有意义的结论。对SPOT-5卫星影像在利用严格成像模型求解RPC模型参数时,进行了控制点格网大小及高程分层数对求解精度的影响试验,得出:对SPOT-5卫星影像,采用控制点的格网大小为20像素×20像素、高程分层数为3时,可以达到精度和效率的平衡。

中国南海天然气水合物开采储层水合物相变与渗流机理:综述与展望

【研究目的】中国地质调查局先后于2017年、2020年在南海北部神狐海域成功实施两轮水合物试采,创造了产气时间最长、产气总量最大、日均产气量最高等多项世界纪录,了解和掌握南海天然气水合物开采储层相变与渗流机理,有助于进一步揭示该类型水合物分解机理、产出规律、增产机制等,可为中国海域水合物资源规模高效开采提供理论基础。【研究方法】基于两轮试采实践,笔者通过深入研究发现,储层结构表征、水合物相变、多相渗流与增渗、产能模拟与调控是制约水合物分解产气效率的重要因素。【研究结果】研究表明,南海水合物相变具有分解温度低,易在储层内形成二次水合物等特点,是由渗流场-应力场-温度场-化学场共同作用的复杂系统;多相渗流作用主要受控于未固结储层的物性特征、水合物相变、开采方式等多元因素影响,具有较强的甲烷吸附性、绝对渗透率易突变、气相流动能力弱等特点;围绕南海水合物长期、稳定、高效开采目标,需要在初始储层改造基础上,通过实施储层二次改造,进一步优化提高储层渗流能力,实现增渗扩产目的。【结论】随着天然气水合物产业化进程不断向前推进,还需要着力解决大规模长时间产气过程中温度压力微观变化及物质能源交换响应机制以及水合物高效分解、二次生成边界条件等难题。

世界海洋地质调查发展历程与启示

综合考虑社会发展、文明演进、国家需求、科技进步、人才成长等因素,将世界海洋地质调查发展历史划分为"萌芽期""初创期""发展期""成熟期"和"升级期"5个阶段,探讨了不同阶段海洋地质调查的工作目标、主要特点和标志成果等,在此基础上总结凝练历史发展规律和启示,并结合我国实际提出海洋地质工作发展的相关建议。

SAR影像的RPC模型参数求解算法研究

首次对ERS-SAR卫星影像进行了基于SRTM DEM无需初值的RPC模型参数求解试验,对比了9种形式RPC模型参数的求解精度,并对控制点格网大小及高程分层对参数求解精度的影响作了评价。试验表明SAR卫星遥感影像的成像几何可以用RPC参数进行拟合,可以和光学遥感影像一样进行摄影测量处理,简化SAR影像几何处理的难度;对于ERS-SAR影像,阶数为3并且分母不同的RPC模型可以取代严格成像模型进行摄影测量处理,在利用严格成像模型求解RPC模型参数时候,采用控制点的格网大小为30×30、高程分层为3可以达到精度和效率的平衡。

多传感器卫星遥感影像无控制点区域网平差

为了验证多传感器卫星遥感影响无控制点区域网平差算法,采用理论分析和实验的方法,从卫星遥感影像区域网平差的成像几何模型出发,利用卫星遥感影像附带的参数拟合RPC模型参数,然后根据RPC模型和像面的仿射变换模型构建了多传感器卫星遥感影像区域网平差的数学模型。对某地区不同分辨率的SPOT-5 HRG影像进行直接空间前方交会处理和无控制点的区域网平差试验,验证了多传感器卫星遥感影响无控制点区域网平差算法。研究结果证实多传感器卫星影像的区域网平差技术在卫星遥感对地目标定位中有较好的应用前景,尤其可应用于西部无图区的困难地区测绘。

5.12汶川地震四川省平武县次生地质灾害遥感分析

5.12汶川特大地震诱发了大量次生地质灾害,形成了堰塞湖等。以多类型、多时相的遥感图像为信息源,在地学知识的支撑下,采用人机交互的方式解析了5.12汶川地震形成的次生地质灾害及潜在地质灾害体。运用地理信息系统叠加技术,探讨了四川省平武县次生地质灾害发生、分布与基础地质背景条件的关系。结果表明:沿平通镇—南坝镇北东向断裂带(为区域上的龙门山中央断裂带北段)分布大量的滑坡体,水观乡—坝子乡—南坝镇一带震旦系地层区灾害点的数量、规模明显高于其他地层区,山河再造中导致了巨大的损失。其研究成果对灾害遥感机理研究具有科学意义,对灾后重建、地震多发地区的防灾具有借鉴作用。

南海海盆区莫霍面分布规律及其对深部钻探的意义

钻遇莫霍面是人类一直以来的梦想。深海海底是地球上离莫霍面最近的地方,目前有研究推测南海是世界上莫霍面深度最浅的海域之一,但缺乏足够的直接证据。深反射地震探测可以直接揭示岩石圈的构造形态,是莫霍面探测的重要手段。本文基于长达15000 km的深反射多道地震剖面的解释、处理、制图和分析,结合前人的研究,形成了南海海盆区莫霍面反射特征和空间分布的初步认识。①南海东部次海盆南部早期经历了较快速扩张,岩浆供应充足,受扩张停止后岩浆活动影响较小,基底平坦,地质构造相对简单,同时洋壳地震速度结构不存在异常,且有较强的广角莫霍面反射波和可识别的地幔顶部折射波,具备莫霍面钻探的基本条件。②南海海盆不同区域的莫霍面反射强度存在较大差异。其中东部次海盆莫霍面反射最为强烈且清晰,西北次海盆次之,西南次海盆仅有零星出现的清晰莫霍面反射且可信度不高。③识别南海海盆区莫霍面地震反射长度超过3500 km,首次形成了海盆区深度域莫霍面地震反射空间分布图。与重力反演的莫霍面深度相比,利用深反射多道地震计算的莫霍面深度细节更为丰富,并且可以在垂向上清晰刻画莫霍面的结构。整体上,南海海盆区莫霍面地震反射强烈和可信度高的区域中,深度较浅的区域之一是东部次海盆南部,最浅处仅约9.5 km,其中水深4.01 km,洋壳厚度仅5.54 km。综合判断,东部次海盆南部是南海重要的莫霍面钻探备选区,这对南海莫霍面钻探选址具有重要意义。

京津冀地区高分一号宽覆盖正射影像生成

针对高分一号宽覆盖1A级影像的大区域正射影像生成后,相邻影像接边精度不高的问题,提出利用数字高程模型(DEM)作为高程约束的平面区域网平差方法提高其对地目标定位精度。通过京津冀地区的高分一号宽覆盖影像的平面区域网平差并进行正射纠正试验,在GOTOPO30 DEM的支持下,采用的区域正射纠正方法和处理流程取得了较好的效果。

南海西南次海盆深部结构研究进展与展望

西南次海盆位于南海渐进式扩张的西南端,共轭陆缘结构和残留扩张脊保留完整,是研究南海深部结构和动力学机制的关键区域。前期研究发现,西南次海盆洋陆过渡带较窄、同扩张断层发育、地震反射莫霍面不清晰、具有慢速扩张等特征。然而,由于不同探测方法获取的地壳结构具有多解性,使得西南次海盆洋陆转换过程、慢速扩张洋壳结构与增生模式以及龙门海山岩石性质与地幔成因机制等基础科学问题尚存争议。为此本文建议在西南次海盆开展地质取样获取海山岩石样品,确定其年龄与性质,分析扩张后海山形成的深部动力过程;并对关键构造部署高精度的地震反射/折射联合探测,结合岩石物理分析,对西南次海盆进行构造成像和物质组成参数正反演,以实现壳幔尺度的地震学透视,为探索西南次海盆洋陆转换过程和洋壳增生模式提供重要的证据,以丰富和完善南海的动力学演化模式。

南海天然气水合物试采储层热流耦合与温度场调控研究进展

中国南海天然气水合物储层类型以泥质粉砂为主,与其他国家和地区的砂质储层相比开采难度大。本文针对南海北部泥质粉砂天然气水合物降压开采涉及的相变习性演化、有效渗透率变化、热流耦合模式、试采系统温度场调控与矿场尺度增温防冰等关键问题,综述了笔者团队近年来取得的最新研究成果。研究表明,泥质粉砂型水合物相变始终处于动态平衡状态,储层因富含黏土水合物相变滞后效应明显;试采井壁处节流膨胀效应强烈,“温度漏斗”斜率最大,一旦形成“水锁”与生成二次水合物,气相渗流能力将明显降低;在无外部热源补给情况下,较高的产气速率,易造成水合物分解速率减缓直至停止分解,中国南海泥质粉砂水合物分解主要受传热控制模式影响,亟需建立有效的“储层-井筒”试采系统多元温压调控与安全流动机制,提高产气效率;依托自然资源部青海木里天然气水合物与冻土环境野外科学观测研究站,利用原位补热降压充填的水合物开采方法,成功完成矿场尺度水合物试采系统温度场改造试验,进一步优化提高了储层渗流能力,实现了增渗扩产目的。

从有路导航走向无路导航

在有路导航日臻成熟的背景下,该文结合车辆在复杂非结构化环境下对导航服务的需求,提出了无路导航这一多学科交叉研究方向。首先,介绍了有路导航的发展及无路导航的需求场景,基于车辆通过性的4个具体方面,提出了从有路导航走向无路导航过程中的科学问题,包括地理-地质通行要素精细化遥感探测、无路区域软地面土壤参数遥感获取、天候变化对地面特性的定量影响机理,阐明了无路导航的研究导向;然后,归纳了车辆通过性计算与表征技术、无路区域数字路网构建技术、无路导航智能路径规划技术等关键技术,提出了“无路区域有路化”的技术途径与无路区域数字路网的概念,构建了无路导航技术体系;最后,结合无路导航相关技术的实践,展现了其应用潜力。无路导航的研究将进一步丰富导航的内涵,拓宽导航应用边界。

中国南海天然气水合物第二次试采主要进展

泥质粉砂型天然气水合物被认为是储量最大开采难度亦最大的水合物储层,2017年南海天然气水合物试采,初步验证了此类水合物储层具备可开采性。在总结前次试采认识的基础上,对试采矿体进行优选、精细评价、数值与试验模拟和陆地试验,中国地质调查局于2019年10月-2020年4月在南海水深1225 m神狐海域进行了第二次天然气水合物试采。本次试采攻克了钻井井口稳定性、水平井定向钻进、储层增产改造与防砂、精准降压等一系列深水浅软地层水平井技术难题,实现连续产气30 d,总产气量86.14×104m3,日均产气2.87×104m3,是首次试采日产气量的5.57倍,大大提高了日产气量和产气总量。试采监测结果表明,整个试采过程海底、海水及大气甲烷含量无异常。本次成功试采进一步表明,泥质粉砂储层天然气水合物具备可安全高效开采的可行性。

高分遥感技术在西昆仑大红柳滩—俘虏沟地区地质找矿中的应用

在西昆仑大红柳滩—俘虏沟地区,以WorldView-2高空间分辨率数据为主要信息源,在标准影像图制作基础上,针对性地进行图像增强处理,突出相关控矿要素和矿化信息,开展地质矿产遥感解译;利用ASTER数据开展矿化蚀变有关的遥感异常信息提取,配合适量的野外调查验证,发现了4种极具找矿前景的矿化带类型:(1)大红柳滩(含稀有金属)花岗伟晶岩带1处;(2)大红柳滩层控型铁多金属矿化带1处;(3)俘虏沟燕山期花岗岩有关热液脉型铁、铅、银、铜矿化区1处;(4)俘虏沟层控型含铜铅锌银的菱铁-赤铁矿矿化带4处;通过遥感综合分析,圈定遥感找矿靶区11处,其中A级遥感找矿靶区5处、B级遥感找矿靶区3处、C级遥感找矿靶区3处,为后续区域地质矿产调查项目规划部署和矿产资源勘查评价提供依据。因此,高分遥感技术在西昆仑地区矿产地质综合调查中作用显著,可实现找矿工作的快速突破,值得在相同或类似区域进一步推广应用。

基于高分辨率遥感数据的稀有金属矿化带勘查

以西昆仑大红柳滩地区花岗伟晶岩型稀有金属矿化带为研究对象,以World View-2高空间分辨率数据为主要信息源,在影像图制作的基础上,有针对性地进行图像增强处理,突出控矿要素和矿化信息,开展该矿种的遥感综合解译;利用ASTER数据开展与花岗伟晶岩型稀有金属成(控)矿作用相关的异常信息提取;配合适量的野外查证,分析其高分辨率遥感特征及成矿地质条件,建立遥感地质找矿模型。结果表明,利用高分辨率遥感卫星数据为主的数据源能够快速圈定找矿有利地段,满足西昆仑大红柳滩地区稀有金属矿勘查和资源评价需求,可为在相同或类似地区开展此类工作提供借鉴。

矿产资源开发遥感监测技术问题与对策研究

根据目前国家对矿产资源开发状况,对矿山环境监督管理的现状及需求进行了分析,探讨了遥感技术在矿山开发状况和矿山环境监测方面的应用前景,指出大规模矿山环境监测所面临的问题,并提出解决问题的思路,得出了遥感技术在该领域具有较好推广及应用前景的结论。

西藏扎布耶盐湖总盐含量遥感定量分析

在水体遥感理论的基础上,利用三维盐指数、主成分分析、相关分析等方法,对浓度高、成分复杂的西藏扎布耶盐湖的总盐含量进行了定量研究。揭示了扎布耶盐湖总含盐量的多中心分布以及北湖的总含盐量比南湖的高、南湖有明显的退化趋势的空间变化规律;建立了高含盐量复杂成分卤水的三维盐指数:NS(TM3/TM7、TM3/TM4、TM3/TM5);探索了在三维盐指数基础上分离总含盐量信息的遥感方法———主成分分析法:PCA(TM(3/7、3/4、3/5)),得到3个组分的图像数据,其中PC1与总含盐量信息相关性最强;最后,基于上述研究建立了高含盐量复杂成分卤水的遥感模型:Y=aX+b,X为PC1图像亮度值,Y为总盐含量,a、b为系数。该项研究对中国西部地区盐湖的调查有一定的指导意义。

新型无人机航磁系统在多宝山矿区的应用试验

通过气动外形、电磁兼容、数据传输、信息处理、传感器结构设计等关键技术攻关,基于彩虹三国产长航时无人机平台,集成了一套新型固定翼无人机航空磁测系统,在黑龙江省嫩江县多宝山矿区开展了1∶1万大比例尺航磁测量试验,验证了全自主飞行、高精度测控、超低空地形跟随、全天候作业等关键性能,介绍了本次试验的结果及与有人机航磁系统的应用效果对比,标志我内首次使用无人机进行面积性高精度航磁测量获得成功。

基于RPC模型的高分辨率SAR影像正射纠正

在分析TerraSAR-X、COSMO-SkyMed等高分辨率SAR影像成像几何模型的基础上,采用RPC模型拟合SAR影像的成像几何模型,拟合的精度在1%个像素以内;在1∶5万DRG上选取1个控制点对RPC模型参数精度的改进,结合1∶5万DEM对TerraSAR-X、COSMO-SkyMed数据进行正射纠正,纠正结果能满足1∶5万DOM的精度要求。从而说明RPC拟合雷达成像几何的正确性以及利用RPC模型进行高分辨率SAR影像正射纠正的可行性。