基于并行直流电法的多频激电技术研究与应用

频谱激电法在探测过程中存在设备笨重,供电功率大,施工不便等缺点,利用并行直流电法快速时域信号采集的优势,通过快速傅里叶变换,可以将时域信号转换为频域信号,从而得到电流和电压的频谱参数,进而进行复电阻率的计算,可达到一次数据采集获得两种参数的优点,方法简单,计算方便。应用基于并行直流电法的多频激电技术对安徽宣城某矿的塌陷坑进行探测研究,布设了一条电法测线,获得了视电阻率剖面图。结果表明该方法具有一定的优越性,可为实际工程探测提供技术支撑。

高精度重磁方法寻找隐伏矽卡岩型铁矿

位于华北克拉通东部的鲁中莱芜地区是矽卡岩型富铁矿重要产区,矿床主要产于矿山岩体与中奥陶统碳酸盐岩地层的接触带中。本文利用最新重磁测量成果,对矿山岩体外围西部石家泉—刘家庙一带重磁异常特征进行了细致研究,结合区内已知铁矿重磁场特征,圈定了深部找矿靶区。在成矿有利地段布设了大比例尺重磁剖面,以已知钻孔为约束条件,利用2.5D重磁联合反演技术,对重磁异常进行了定性及定量解释。解释结果为后续钻孔位置布设及深度预测提供了依据,该钻孔揭露了15.8 m厚的富铁矿,找矿效果显著,为今后本区进一步寻找矽卡岩型铁矿提供了重要指示依据。

SOTEM野外数据采集中的关键参数分析

电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)在野外数据采集中涉及诸多参数,它们的选择与实测数据的信号质量、探测灵敏度等密切相关。本文依据中国地球物理学会团体标准《电性源短偏移距瞬变电磁法勘探技术规程》(T/CGS 002—2021)中的相关规定,并结合一些数值模拟和实际案例,对发射源长度、发射基频、偏移距、装置类型、观测分量等关键参数的选取依据进行了分析与阐述,获得的相关认识对指导SOTEM野外施工、发挥SOTEM探测性能具有重要意义。

广域电磁法在深部矿产勘查中的应用——以铜陵冬瓜山铜矿为例

铜陵市冬瓜山铜矿是中国目前最大的现代化井下坑采铜矿山,目前浅部矿产开发已近成熟;矿体埋深在-690~-1007 m,开采历史已经超过50年。为在冬瓜山铜矿床地区寻找第二成矿空间,查明区内-1~-3 km深度的地层、构造及岩浆岩分布,揭露和成矿密切相关的奥陶系—志留系界面的空间分布,本文针对冬瓜山铜矿强电磁干扰的勘探环境,开展了三维广域电磁勘探。通过现场干扰情况调查和数据采集试验设计了合理的广域电磁数据采集参数,获得了高质量广域电磁数据;在对强干扰区含噪数据进行精细去噪后,开展了拟二维反演;综合区域物性资料、钻孔资料、拟二维反演结果以及巷道揭露的1 000 m以浅的地层、岩体和矿体空间分布,开展了基于地质模型和岩石物性引导的广域电磁三维反演,验证了探测区1 000 m以浅的精细电性结构,并遵循“从已知到未知,从浅部到深部”的解译原则,推断了-1~-3 km范围内深部岩体及奥陶系—志留系界面的空间分布。研究成果可为冬瓜山矿体深边部找矿、成矿靶区预测及钻探选址提供了地球物理依据。

基于物性一致性的重力及其梯度数据协同反演方法

重力及其梯度数据可有效反映地下密度变化。为获得高分辨率的密度结果,笔者基于重力及其梯度数据的物性一致性特征,提出一种重力及其梯度数据协同反演方法,该方法将单分量数据的反演结果作为重力及其梯度数据联合反演的约束项,能够更好地结合不同分量数据的分辨率特征。模型实验表明,与单分量反演和交叉梯度反演方法相比,所提出的方法可以得到更高分辨率的反演结果,并且具有较强的抗噪能力。证明了基于物性一致性的重力及其计算梯度数据协同反演仍然可以得到高分辨率的结果。将该方法应用于长白山卫星重力及其计算梯度数据,获得的密度反演结果揭示了该地区的岩浆系统。

无人机噪声对半航空瞬变电磁数据的影响分析

无人机作为半航空瞬变电磁的飞行平台,其本身会产生电磁信号,对采集的瞬变电磁信号产生影响。本文研究了半航空瞬变电磁数据采集过程中无人机产生的噪声对采集数据的影响,通过开展野外试验、系统性能测试等,分析了不同转速、不同吊挂长度、不同飞行高度、不同飞行速度对无人机噪声的影响,提出了通过确定最优吊挂长度、加入屏蔽层等措施进行无人机噪声的压制方法。本文研究基于KWT-X8L-25八旋翼无人机开展,其研究过程与研究思路同样适用于其他型号的无人机,可以为半航空瞬变电磁飞行平台的遴选提供借鉴。

面向深部矿产资源勘探的井中重磁三维交叉梯度联合反演

单一井中重磁方法解决问题有限,其三维反演具有严重的多解性。开展面向深部矿产资源勘探的井中重磁三维交叉梯度联合反演,采用交叉梯度函数对密度和磁化率进行耦合,综合井中重磁多参数信息进行联合反演,减少反解的多解性,提高深部矿体识别的准确性。通过理论模型和实际资料进行反演分析。结果表明:井中重磁交叉梯度联合反演具有较高的纵向分辨能力,可以显著提高深部矿体识别的准确性,特别是能有效识别深部隐伏矿体。

高干扰矿集区大地电磁噪声抑制技术探索

大地电磁测深(MT)在矿产资源勘探方面应用广泛,但强人文电磁干扰严重制约了高质量的原始MT数据的获取。本文详细总结了国内常见电磁噪声源的类型,对其产生的电磁噪声特征进行分类分析;对国内外MT电磁噪声去噪方法进行对比,结合实际生产需求,总结了一套适用于高干扰矿集区快速有效的MT数据去噪施工与处理工艺。研究表明:Robust处理、远参考道技术和人工挑选是提高MT数据采集质量的有效和必要的手段,而通过理论计算,远参考站设置距离不小于3.56倍趋肤深度即可;在江苏洪泽盐盆矿集区开展的MT试验工作验证了该设定。

胶东地区重磁场特征及地质解释

本文系统统计了山东胶东地区各地层、岩浆岩的磁化率、剩余磁化强度及密度等物性参数特征,从地质、物性两个角度对区域重磁场特征进行了综合分析。研究结果表明:重、磁场总体走向呈NE—NNE,宏观上反映了胶东地区的地层分布、构造格架和岩浆活动;重力场强度变化较大,跨越(-40~40)×10^(-5)m/s^(2)区间,在胶莱盆地南北两侧表现为重力低,盆地内则反映为重力高;磁场以低缓磁场为主,北、中部场强低、变化小,东南部场强高、变化大。胶东地区重磁场特征反映了该区南部、北部岩浆活动较强烈,中部壳层变薄,基底构造以近EW向、局部构造呈NE向,以及较高密度、较强磁性的古老结晶基底呈带、呈块分布的总体格局。

复杂地形条件下高精度重力勘探的地质效果

分别用斜顶三棱柱体及方柱体模型分近、中、远区对某山区1：5万高精度重力勘探成果进行地形改正。用常规方法对地改后的布格重力异常进行处理效果不佳。本文提出了一种二维视深度滤波法，其实现过程为：首先利用解析法对观测数据向上延拓，然后利用差分法向下延拓，重复进行上、下延拓一定的次数，再用差分法向下延拓一次，达到滤波的目的。用此法对某山区资料进行处理，并与地震及钻井资料对比分析，取得了令人满意的效果。

基于监督下降法的短偏移距瞬变电磁快速反演研究

短偏移距瞬变电磁法(简称SOTEM)通常采用传统式基于物理建模的反演方法,反演效率较低,不易灵活融入先验信息,而基于数据驱动的反演方法能够提高反演精度与效率,泛化能力却难以保证。为了提高SOTEM数据反演的精度和效率,并兼顾可靠的泛化能力,本文探索了一种融合物理建模与数据驱动的反演方法,将机器学习中监督下降法应用于SOTEM数据反演中。基于监督下降法的SOTEM数据反演分为线下训练和线上预测,线下训练时通过合理的训练集灵活融入先验信息,获得隐含模型特征的平均下降方向,线上预测时借助物理建模函数和训练所得下降方向,在传统反演框架下完成模型参数重建。文中利用层状大地模型构建训练集和测试集,实现了基于监督下降法的SOTEM数据一维反演,并与传统Occam算法进行了对比。结果表明:基于监督下降法的SOTEM反演效率大幅提升,反演精度较高,具有良好的泛化能力。

SOTEM在厚覆盖煤矿采空区探测中的应用实例

徐州沛县某煤矿新生代在断陷盆地内沉积了砖红色的古近系和新近系,第四系普遍覆盖在各地层之上,其中第四系、侏罗—白垩系覆盖层较厚,可达500 m以上。采用电性源短偏移距瞬变电磁法进行探测,根据地电情况设计合理的观测参数,得到地下1 300 m深度范围内的电性结构,在地下900 m深度发现采空区,圈定的采空区域与矿区的开采现状吻合。探测成果对今后华北型煤田厚覆盖采空区探测有借鉴意义。

孔—巷瞬变电磁隧道不良地质体超前预报方法研究

在复杂环境下进行隧道施工,需要解决对溶洞、裂隙等小规模不良地质体的精细探测。为此设计了掌子面前方存在小规模溶洞的隧道施工模型,在掌子面中心点向隧道施工方向打一个钻孔,将电性源放入孔中进行激发,在掌子面上进行阵列式数据采集,采用时域有限元方法对模型进行瞬变电磁三维正演计算。结果表明可以通过源的移动对目标体进行电磁测深,通过掌子面上电磁场分布规律确定不良地质体的平面位置。采用孔中电性源激发的方式,可以提高瞬变电磁对小规模溶洞的探测能力,为隧道环境中提高超前预报精度提供一种可行性手段。

1∶20万区域重力调查成果分析——以可可西里湖地区为例

可可西里湖地区位于青藏高原北部,地质工作程度较低,为认识测区主要地层展布、断裂构造、岩浆岩及沉积盆地分布,在可可西里湖地区开展1∶20万区域重力调查,进行数据处理和综合研究,结果表明:本区地壳趋于均衡补偿,莫霍面与地势大致呈“镜像”关系;共推断断裂21条,东昆仑南断裂是西域板块和华南板块的边界,其以北地区莫霍面快速抬升,东昆仑中断裂位置较以往偏北约12 km;圈定侵入岩10处,主要在东昆仑中缝合带发育;识别中新生代沉积盆地9处,并反演底界面埋深变化,楚玛尔河盆地新生界厚度在2000 m以上;在速度结构和电性结构约束下,通过重力2.5维定量反演建立了地质地球物理剖面模型,分析了主要构造单元的地质特征,同时初步划分金属矿找矿远景区4处。

重力梯度测量的现状及复兴

评述重力梯度测量的发展史，介绍重力梯度的各种应用，预测重力梯度测量的前景。由于重力梯度值或重力高次导数具有比重力本身高的分辨率，特别适合于探测或研究局部的小地质体及其细节；由于美国海军秘密重力梯度仪技术的公开，并投入工业应用，以及多种新型重力梯度仪正在加速研究，重力梯度测量在石油、金属矿勘探和小地质体探测以及研究方面必将起更重要的作用。

基于优化的BP神经网络的重力数据反演马尼拉俯冲带及花东海盆区域地壳厚度

地壳厚度是地质体的重要参数,对认识区域地壳形变以及量化物质循环至关重要。由于变形破坏以及地壳厚度在较窄空间上的急剧变化,地震探测方法对俯冲增生带的莫霍面成像质量较差,很难获得准确的地壳厚度。学者们常利用重力数据反演俯冲带的地壳厚度,由于缺乏其他地球物理数据的约束,加上传统的Parker-Oldenburg算法在迭代过程中常需引入低通滤波以确保计算稳定。然而,如果低通滤波的范围选择不当,可能会使反演结果过于光滑。这些问题导致重力反演得到的地壳厚度结果与地震数据的一致性较差。本文基于卫星重力数据和大量海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)剖面,运用优化的反向传播(back propagation, BP)神经网络的方法,建立了一个多影响指标控制的定量估计地壳厚度的模型,并利用该模型反演了马尼拉俯冲带与花东海盆区域地壳厚度。与传统重力反演(Parker-Oldenburg)法相比,在地壳厚度变化显著的区域,BP神经网络重力反演方法具有明显的优势,与OBS剖面较吻合,更符合实际地质情况。结果表明,南海海盆地壳厚度在4~9 km,东部海盆残余扩张中心呈SW-NE向一直延伸至马尼拉海沟,地壳厚度局部增厚至10 km以上。花东海盆地壳厚度为4~7 km,推测为洋壳属性。通过分析不同构造单元地壳厚度的对称性,本研究推测加瓜脊可能是西菲律宾海盆向花东海盆俯冲的产物。

超短时长被动源面波成像在浅地表空洞识别中的应用

为解决城市物探工作中由于勘探场地的监管限制导致无法进行长时间数据采集工作的问题,笔者使用超短时长被动源噪声数据,通过相位加权叠加互相关函数法提取出频散曲线,并对基阶频散曲线反演得到一维横波速度剖面,以一维横波速度剖面为初始模型反演得到第二阶段反演结果,指示出地下空洞的存在。研究结果表明超短时长被动源面波成像方法在空洞识别方向应用的可行性。

重力勘探在银川平原活动断裂构造调查中的应用

活动断裂是地震、滑坡等地质灾害的直接诱因。为进一步查明活动断层的空间分布对浅地表活动的影响,评估地质灾害危险性以及城市建设区域选址,本文以银川平原1∶20万重力数据为基础,采用小波分析手段在研究区内截取6条重力剖面,选取的剖面穿过区内主要断裂构造,运用边界识别、欧拉反演、人机交互反演等多种方法对重力异常数据进行处理。根据处理结果对研究区内断裂构造进行解释,明确了区内银川断裂和芦花台断裂的顶面埋深、倾角和位置等具体参数,进一步补充、完善了对银川平原断裂体系的认识。

基于三维电阻率法的水电工程隧道地质条件探查

为开展水电工程隧道施工地质条件的探查与研究,基于三维电阻率技术构建了隧道地质条件的计算模型,采用数值模拟获得隧道模型的三维电性分布特征;将该技术应用于云南某水资源配置工程现场探查,经钻孔验证,获得了良好的探查效果。研究结果表明三维电阻率法对水电工程隧道的施工地质条件探查具有好的适用性,能够准确判断地层层厚,圈定岩溶空洞的大小、位置及充填物性质。通过探测研究获得的定量、定性信息,为隧道施工管理、信息化建设和防灾提供了可靠的依据。

基于结合先验信息的最小支撑稳定器的三维重力正则化反演

如何将先验信息融入地球物理反演,进而改善反演的不适定性,一直是地球物理反演领域的研究热点。将先验信息直接融入目标函数的方法通常会增加目标函数的复杂性。为了不在目标函数上增加约束项,更加简单、方便地实现先验信息的融入,本文以三维重力正则化反演为例,将先验信息融入最小支撑稳定器,实现了对最小支撑稳定器的重构,并设计了单块体和双块体模型,进行对比试验。试验结果表明:相较于基于最小支撑稳定器的三维重力反演结果,基于结合先验信息的最小支撑稳定器的三维重力正则化反演更好地还原了异常体的几何形态和物性分布;此外,基于新方法反演的误差迭代曲线收敛更快,拟合精度更高。故此,通过最小支撑稳定器的重构实现先验信息的融入是可行的,该方法适用于三维重力反演,具有实现方便且不额外增加约束项的优点。