四川盆地三叠系气田型深层富钾锂卤水勘探历程、进展与展望

四川盆地三叠系嘉陵江组和雷口坡组不仅是常规天然气的主要赋存层位,同时也形成和储存了富含钾锂等关键元素的卤水资源。本文梳理总结了四川盆地三叠系气田型深层卤水勘探进程、成因机理、富集规律方面的进展和认识,并对潜在的研究重点进行了展望。四川盆地三叠系气田型深层卤水中钾、锂等关键金属元素均达到了工业品位,随着全球对锂资源需求的增大,由起初的“气钾兼探”逐渐向“气钾锂综合勘探”过渡。四川盆地三叠系深层富钾锂卤水的成因机制大体上相同,其中干旱气候条件下古海水的蒸发浓缩致使卤水中的钾锂富集;高温高压下含钾/锂元素的杂卤石/绿豆岩与埋藏卤水发生水岩反应,进一步促进了钾锂的富集;淋滤作用也是卤水中钾元素富集的重要成因。深层卤水主要储集于各类白云岩中,其富集主要受断裂、裂缝发育带和背斜等构造控制,富集规律可归纳为“孔隙裂缝储卤、断裂运卤、背斜核部富卤”。基于目前四川盆地气田型深层卤水的勘探现状和不足,未来应该加强地球物理勘探集成新技术的研发、资源评价方法与体系的优化、含高品位伴生元素新层系的勘探以及气田型卤水有效开发利用技术的研究。未来有望在四川盆地气田型深层卤水继续取得新的找矿突破。

基于L1+L2混合范数频域三维重力场反演方法

三维重力反演被广泛应用于矿产资源勘探和深部密度结构研究,然而传统空间域三维重力场反演方法存在着深度分辨率低、多解性强和计算效率低的问题,影响了地质解释的准确性和可信度.本文针对上述不足,提出基于混合范数正则化约束的频域三维重力场反演方法.首先构建基于深度加权和L1+L2混合范数的模型目标函数.并在反演迭代过程中,采用频域三维重力场正演方法更新模型,将传统空间域三维重力场反演中稠密雅可比矩阵的存储和计算等问题转化为频域正演,大幅度降低内存占用.此外使用高精度高斯型数值积分代替传统快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)算法中的矩形积分,以保证频域正演方法的计算精度.模型试验表明,相比于传统空间域基于L2范数光滑约束反演方法以及基于L1范数聚焦反演方法,本文反演方法能有效降低三维重力反演的"趋肤效应"和拖尾现象,能恢复出更复杂地质模型,且反演结果更接近真实模型.最后将该方法应用到加拿大魁北克省诺兰达市的Mobrun硫化物矿体三维密度成像,结果显示该矿体深度范围约15~170 m,与前人钻井数据所得深度范围一致,证明了方法的有效性.

铬铁矿地球物理勘探:回顾与展望

铬铁矿是关键金属铬唯一可经济利用的自然资源,主要有层状铬铁矿和蛇绿岩中的豆荚状铬铁矿两种类型,其中豆荚状铬铁矿矿体规模小、发育不规律,是一个长期存在的勘探难题。由于铬铁矿特殊的经济战略地位,美国、欧洲、苏联和中国都非常重视铬铁矿地球物理勘探。铬铁矿地球物理探测技术发展始于20世纪30年代,至20世纪80年代,发展了以重力、磁法为主导的铬铁矿地球物理勘探技术,地震、电法也被应用。这一阶段在苏联乌拉尔肯皮尔赛等超大型蛇绿岩型隐伏铬铁矿勘探取得重大突破,在其他矿区取得一定的进展。自21世纪以来,高精度的便携式仪器和新兴地球物理技术逐渐运用到铬铁矿地球物理勘探,综合地球物理成为铬铁矿勘探的主流方法,在我国罗布莎等多个岩体隐伏铬铁矿勘探中取得突破,在印度、阿尔巴尼亚等国家也取得进展。本文回顾了铬铁矿地球物理勘探的发展历程,综述了铬铁矿岩石物理特征与测量方法、重磁勘探主要应用及存在问题、电磁法勘探的主要方法,并重点介绍了音频大地电磁测深在罗布莎铬铁矿的探测效果和电磁法勘探模式,展望了张量CSAMT技术、磁异常模量反演、高光谱遥感、高密度激电、无人机物探等有望在铬铁矿地球物理勘探中发挥重要作用的前沿技术。

Transformer网络在大地电磁反演成像中的应用

传统大地电磁反演通常是基于确定性梯度的迭代求解,不仅需要大量时间计算雅可比矩阵,还依赖于初始模型的输入和正则化因子等参数的设置。近年来学者们不断引入机器学习方法以试图改善大地电磁反演,该方法不需要计算雅可比矩阵,不用输入初始模型,训练好的网络仅需几毫秒就可实现反演成像。这里利用Google团队提出的Transformer神经网络经典框架搭建大地电磁数据和模型之间的映射网络,以9240组正演数据为样本,对Transformer网络参数进行训练。采用南非开源大地电磁数据,实现了由视电阻率图像到电阻率模型的反演成像。研究表明:①经训练后的Transformer网络可以较准确的反映出异常体位置和大小;②网络实现了简单的矩阵并行化运算,大幅度提高训练的效率,且成像效率高于传统的反演。

青藏高原东缘龙门山逆冲构造深部电性结构特征

通过对汶川地震前观测的碌曲—若尔盖—北川—中江大地电磁剖面的数据处理和反演解释,揭示了沿剖面的松潘—甘孜地块、川西前陆盆地、龙门山构造带及秦岭构造带50 km深度的电性结构特征及相互关系,表明青藏高原东缘向东挤压,迫使向东流动的地壳物质沿高原东缘堆积,并向扬子陆块逆冲推覆.龙门山恰好位于松潘—甘孜地块与扬子陆块对挤部位,主要受松潘—甘孜地块壳内高导层滑脱和四川盆地基底高阻体阻挡的约束,地壳深部存在着西倾且连续展布的壳内低阻层,表明龙门山深部确实存在着逆冲推覆构造,其逆冲断裂系中的三条断裂不仅以不同的倾角向西北倾斜,并且向深部逐渐汇集,但茂县—汶川断裂可能在深部与北川—映秀断裂是分离的.龙门山两翼的四川盆地和松潘甘孜褶皱带的电性结构既具有明显差异性,又具有一定的相关性.四川盆地显示巨厚的低阻沉积盖层和连续稳定的高阻基底的二元电性结构,而松潘—甘孜地块则表现为反向二元结构,即上部大套高阻褶皱带,下部整体为低阻的变化带,龙门山逆冲构造带本身又表现为松潘地块逆冲上覆在四川盆地之上,构成上部高阻褶皱带、中部低阻逆冲断裂带和底部盆地高阻基底的三层电性结构.对比龙门山逆冲构造断裂带的西倾延伸上下盘两侧的两个反对称的二元电性结构,松潘区块深部推断的结晶基底与龙门山断裂带下盘推断的下伏盆地结晶基底又存在某种内在对应关系,推断可能存在一个西延至若尔盖地块的泛扬子陆块.因此,龙门山构造带地壳电性结构研究对于揭示青藏高原东缘陆内造山动力过程,探索汶川大地震的深部生成机理都具有重要意义.

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.

沁水盆地北部煤层气富集区CSAMT勘探试验研究

在分析沁水盆地北部煤层气富集与地下水和地质构造之间的关系基础上,采用大地电磁法探测地下水分布以及有利和不利煤层气富集影响因素、间接探测煤层气相对富集区;根据煤层气富集地质模型设计了地球物理模型,利用有限单元法开展典型薄层模型正演模拟,讨论了探测方法的可行性;选择山西沁水盆地北部煤层气勘探区开展可控源音频大地电磁探测技术试验,结合已有地质、钻井及测井资料完成了试验资料的处理与解释;试验结果表明,利用可控源音频大地电磁法能有效获得地层电性结构,推断含水、富水区,结合煤层气有利富集地质条件和影响因素,可以实现间接预测煤层气的有利富集区.

龙门山逆冲构造带大地电磁测深初步成果

通过对穿过龙门山逆冲构造带中段松潘-中江大地电磁观测资料的处理和反演解释,揭示了松潘-甘孜褶皱带、龙门山及川西前陆盆地30 km深度的地壳电性结构,发现龙门山-松潘地壳15～20 km深部存在西倾连续的壳内高导层,大地电磁测深结果明显显示龙门山深部逆冲推覆构造特征。龙门山深部电性结构初步研究,对于分析其与相邻构造单元的关系,研究青藏高原东缘陆内造山带深部地球动力学过程都具有重要理论意义。

扇形边界条件下的龙门山壳幔电性结构特征

沿甘肃碌曲—四川龙门山—重庆合川布设了长周期大地电磁剖面,对龙门山及邻区进行了壳幔电性结构探测,采用更直观合理的扇形边界条件下的反演算法对长周期大地电磁资料进行二维反演.该剖面电性结果揭示了自北西向南东岩石圈深部的若尔盖壳幔高阻块体、松潘壳幔低阻带、龙门山壳幔高阻块体和川中壳幔高阻块体电性结构特征;龙门山逆冲推覆构造带下方的龙门山壳幔高阻体显示为向北西延伸的楔形构造,推断龙门山及松潘—甘孜地块由于受青藏高原东缘和上扬子地块双向挤压,松潘—甘孜地块地壳物质向龙门山逆冲推覆,中下地壳至上地幔向下向南东俯冲,呈现上扬子地块西缘壳幔高阻楔形体插入青藏高原东缘的态势;初步认为上扬子地块西缘深部以松潘壳幔韧性剪切带作为中新生代以来的边界.

龙门山构造带壳幔电性结构特征及其与汶川、芦山强震关系

青藏高原东缘龙门山构造带是研究青藏高原地壳物质向东侧向挤出的焦点地区.为探索龙门山构造带活动构造特征及其与发震构造的关系,本文通过布置垂直龙门山构造带南段芦山地震震源区的大地电磁测深剖面,运用多种数据处理手段,得到研究区可靠的电性结构,并通过与已有龙门山中段和北段剖面进行对比分析.研究表明:(1)青藏高原东缘岩石圈存在明显的低阻异常带——松潘岩石圈低阻带,该低阻异常带沿龙日坝断裂—岷山断裂—龙门山后山断裂分布,形成松潘—甘孜地块向扬子地块俯冲的深部动力学模式,通过统计研究区的历史强震,发现震源主要沿低阻异常带东侧分布,同时,低阻异常带也是低速度、低密度异常带,松潘岩石圈低阻带可能是扬子地块的西缘边界;(2)青藏高原物质东移过程中,受到克拉通型四川盆地的强烈阻挡,龙门山构造带表层块体和物质发生仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造,中下地壳和上地幔顶部物质向龙门山构造带岩石圈深部俯冲,印支运动晚期,扬子古板块持续向华北板块俯冲,在上述构造运动作用下,呈现出刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔状构造;(3)根据电性结构推断,芦山地震受到深部上里隐伏壳幔韧性剪切带向上扩展的影响,构成芦山地震的深部主要动力来源;汶川地震的发生,在龙门山南段形成应力加载区,是触发或加快芦山地震孕育发生的另一个动力来源.

青藏高原东缘深部地球物理与大陆动力学研究进展

经过数十年的努力,我国青藏高原深部地球物理与大陆动力学领域的研究呈现蓬勃的发展态势,取得了一系列研究成果.《地球物理学报》以青藏高原为专辑,集中在2017年6期刊发36篇文章,涵盖了青藏高原深部地球物理与大陆动力学方面的一批最新研究成果.这些工作涉及地震特性与大陆动力学、壳幔结构与地震各向异性、深部电性结构及密度结构等研究方向.本文将从这几个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,分享青藏高原深部地球物理与大陆动力学的研究成果.

大地电磁测深二维地形影响及其校正方法研究

采用有限元法实现ＭＴ二维模型的正演模拟，将地形条件下的二维地电模型的ＭＴ响应分解为地形引起的畸变场和与测点高程位置有关的稳定场两部分进行分析。用有限元法模拟二维地形条件下地电结构的ＭＴ 响应和纯地形的ＭＴ响应，采用比值法消除地形引起的干扰场，然后，将消除地形影响后的视电阻率值通过延拓方法获水平地形条件下二维地电结构的视电阻率分布，完善大地电磁测深视电阻率曲线的地形校正。

矿山灾害预警与救助新技术体系

为了解决日益增长的煤能源的需求与愈加严重的矿山灾害这一矛盾,提出了建立新型的矿山灾害预警救助新技术体系。新体系以RFID与GIS技术为核心,以危险因子监测为重点,以新型救助技术为补充,结合现有监控系统形成一整套完善的矿山安全保证系统。

电磁导数场概率成像方法研究

电磁导数场概率成像方法是一种侧重于识别地质异常体的成像反演方法。它基于归一化的电磁场的偏导数更能突出异常场分布特性,将电磁场概率成像的发生概率函数改为实测电磁场场值函数与相应的扫描函数各自的导数函数经归一化后的互相关函数。用新方法对几个理论模型进行成像,成像结果显示:改进的概率成像方法使得高概率更加集中于异常体区域,并且不再需要计算背景场,使概率成像方法对复杂地质体成像成为可能。

二维大地电磁静位移估算及其在隧道勘探中的应用

研究目的:在长大隧道的音频大地电磁勘探中,如何客观地识别与处理静态位移引起的虚假电性异常是主要技术难题之一。考虑到二维结构中阻抗相位不受静态位移影响的特点,提出了基于阻抗相位的静态位移因子估算方法,以期可以对静态位移量进行更为客观地估算。在此基础上,开展了静态位移因子在二维反演中的应用研究,以确保反演模型的电性结构更为合理。研究结论:(1)与目前其他静态校正方法相比,以阻抗相位为基础估算得到的静位移因子客观真实、人为随意性较小;(2)使用位移因子对异常区实测曲线进行平移,根据平移曲线的一维反演结果可以为二维反演构建较合理的初始模型;(3)对原始数据进行二维反演,既能有效地消除静态效应对反演模型深部结构的影响,也能在反演中获得正确的浅部电性结构;(4)模型验算以及工程实例表明:本文提出的静态位移因子估算算法及其在反演中的应用方法可以有效地压制二维大地电磁静态效应。

江汉盆地拖市构造热演化特征及地质意义

该文利用油层温度和井温资料建立了江汉盆地拖市现代地温场分布，并估算了大地热流；采用镜质体反射率积分法计算了两期古地温梯度；用均一法实测硬石膏包裹体捕获古温度数据。结果表明，不同时期的热演化反映区域构造活动具有从东北向西南迁移的规律。根据热历史与成岩及构造演化之间的关系，讨论了导致该区域储层致密的主要因素硬石膏的充填与沉淀特征。

科学研究视域下的研究生学术道德规范探析

研究生作为非正式或正式的科学共同体成员,应严格遵守包括法律法规、学校相关条例和科学研究等不同层次的学术道德规范。默顿提出的科学研究基本规范适用于研究生学术道德规范。其中,"普遍主义"体现在研究成果评判中;"公有性"要求研究生对已有研究成果优先权的尊重;"无私利性"强调研究生创新能力的拓展;"有条理的怀疑主义"注重研究生批判精神的培养。将失范行为原因分为两类,并提出加强科学精神培养、学术水平评价标准多元化和导师进一步规范自身学术行为等建议。

基于声波与振动探测的地震灾害生命搜索系统信号分析

基于声波与振动探测原理的地震生命探测系统的研制在我国灾害生命搜索救助领域中占有重要位置。对于其中数理模型的研究是研制和开发声波、振动生命探测定位仪的基础。测试实验表明,在声波与振动灾害救助系统中,所采集的信号带有大量的随机噪声,为了提高信噪比,必然要进行滤波。本文用的是小波变换的去噪方法。同时,从传感器接收到的信号可能是从多个振源发出的,这就要涉及到多源信号的分离问题。为此,引入了独立变量分析(ICA)的分离方法和傅立叶变换加以解决。当找到需要的信号后,通过相关函数分析自动获取多道信号的相对时差,进而求取振源的位置。

综合物探方法勘查福建贵安地热田

福建东南沿海地热田主要受断裂控制，温泉多为中低温水热系统，适用于直接供热。在该区典型地热田之一的贵安地热田进行了４种物探方法试验研究：大地电流和声频大地电磁测深、自然电场法、地面磁测、一米测温。由于温度并非是影响电阻率变化的唯一因素，因此仅仅根据电阻率值并不能区别高温带与低温带。研究表明：大地电流和声频大地电磁测深资料的定性和定量解释所获取的电阻率分布可确定断裂构造在地表以及向地下延伸分布特征；另外３种方法在某种程度上反映构造或温度变化，可以有效地圈定热田中心部位。例如，构造破碎带可以引起负磁异常；自然电位正异常与上涌泉相关；浅孔测温高值带与热田最高温泉相对应等。

灾害救助超宽带电磁生命探测方法的模拟研究

将超宽带电磁探测技术引入灾害救助方法技术之中,以充分发挥其穿透障碍物能力强、探测距离大、分辨率高和携带目标信息量丰富等优势。为了研究超宽带电磁波在有障碍物下的探测目标人体的可行性,论文以穿墙探测障碍物后的生命体模型为例,使用时域有限差分方法模拟超宽带电磁波的三维传播过程;给出一个呼吸周期内的人体胸部几个变化状态下的人体回波信号的模拟结果,给出多个状态下的微动信号的加强积分曲线。模拟结果显示了超宽带电磁波能高分辨率地反映墙体与障碍物后面的目标人体,能检测到人体呼吸所致的胸部运动信号,因而超宽带电磁探测技术用于灾害现场生命检测是理论可行的,在穿透墙体及障碍物方面具有独特优势。研究成果为城市灾害以及紧急事件现场生命救助提供了电磁探测方法与数理模拟技术,并为建立一种新型、非接触、有效的灾害救助实用技术打下了基础。