综合物探方法在碎屑岩地区找水中的应用——以云南宣威大路边村为例

为探索地球物理方法在碎屑地区找水应用的有效性,文章以云南宣威大路边村为研究对象,选取高密度电阻率法、联合剖面法、音频大地电磁法对碎屑岩层进行找水研究。结果表明:三叠系上统飞仙关组(T1f)碎屑岩富水性中等,含水性较均匀;受地面场地狭窄限制,高密度电法及联合剖面法测线长度有限,探测深度较浅,受碎屑岩电阻率小的影响,其找水应用效果不佳,在可探测的深度范围内较难识别基岩裂隙等找水有效异常,需结合其他物探方法甄别异常;音频大地电磁法找水应用效果相对较好,具有较高的横向分辨率,可有效识别碎屑岩中的断裂破碎带及构造裂隙带,表现为相对低阻异常特征;视电阻率单支测深曲线能有效分辨不同深度的岩土层结构,具有较高的纵向分辨率,对裂隙破碎带有较好指示意义。在地面场地较为狭窄的碎屑岩地区开展找水工作,音频大地电磁法结合视电阻单支测深曲线能取得较好效果,以音频大地电磁法确定碎屑岩地区中的裂隙发育带位置,以视电阻单支测深曲线确定裂隙发育带的深度。

综合物探方法解译表层岩溶带空间结构特征研究——以广西平果市果化镇生态试验基地坡径流场为例

表层岩溶带是岩溶学研究的重要部分,其结构的解译对表层岩溶带水循环特征及岩溶水调蓄功能的研究具有重要意义。利用综合物探方法(包括高密度电阻率法、自然电位法和地质雷达法),对平果市果化镇生态试验基地坡径流场的表层岩溶带空间结构特征进行了探测解译。通过对高密度电阻率数据和自然电位数据反演,获得坡径流场若干电阻率断面和极化源的空间分布特征,解译了3处强径流带发育的空间位置;通过地质雷达影像图划分了表层岩溶带发育深度。此外,坡径流场地西北侧有深部岩溶裂隙发育,向东南地势逐渐走低,岩溶裂隙也逐渐向面上扩大。研究结果表明,自然电位法是探测岩溶含水构造的有效方法,结合高密度电阻率法,可有效解译强径流带的空间发育位置,而地质雷达法可高分辨地探测表层岩溶带的发育厚度和浅部岩溶裂隙的发育情况;地质雷达法、高密度电阻率法和自然电位法的综合应用能有效探测表层岩溶带的结构特征,是解译表层岩溶带厚度和探测强径流带空间分布的有效手段。

高密度电阻率法和音频大地电磁法在猴场滑坡结构探测中的应用

文章采用高密度电阻率法和音频大地电磁法对贵州省威宁县猴场滑坡区进行探测,探究从浅部到深部岩溶及裂缝发育情况、岩溶滑坡体底界面形态及滑坡体结构特征。通过音频大地电磁法划分了滑坡区地层结构,发现滑坡区发育浅部和深部两层岩溶,尤其在灰岩与泥页岩界面处的深部岩溶,加之煤层开采形成的采空区,是触发滑坡的背景条件;通过高密度电阻率法探测出的裂缝及岩溶发育区域,是滑坡体进一步位移拉裂的脆弱区。分析认为,岩溶发育破坏了滑坡体原来的整体性,使岩溶山体劣化成零散块体,是导致滑坡的关键因素之一。

土壤水分多源卫星遥感联合反演研究进展

土壤水分与全球气候变化、碳循环、水循环等过程,以及农业生产、生态保护修复等环节密切相关。土壤水分的探测经历了从地面测量到遥感探测的发展过程,实现了全球及区域尺度的调查监测。由于数据谱段不一、辐射传输机制不同、反演算法多样,需从算法机理、优势、局限等角度进行全面分析,为精度提升、算法改进提供基础。为此,该文从光学遥感、微波遥感、光学微波协同3个方面,系统梳理了光学遥感温度-植被指数空间特征、温度-地表短波净辐射时间特征反演土壤水分,被动、主动微波反演和主、被动微波遥感联合反演,以及基于精度改善和时空尺度转化的光学微波协同反演等技术方法的特点、存在的问题。目前,多源遥感数据联合反演土壤水分主要存在如下问题:①数据存在缺失及时空尺度不匹配问题;②不同数据源对地表穿透性不一致;③联合反演模型依赖于经验参数和大量辅助参数。随着卫星监测网络的完善、数据源对地表探测深度研究的深入,以及联合反演物理机理的明确、辅助参数时空连续数据集的建立,上述问题会得到有效解决。

岩溶区页岩气勘探中的近地表地球物理探测技术应用研究

岩溶区页岩气钻井在近地表常揭露溶洞、地下河、强裂隙带等不良地质体,严重制约了页岩气资源勘探开发的进程。在岩溶页岩气靶区利用地球物理技术探测对钻探不利的近地表地质结构构造,可有效规避钻井钻遇近地表强岩溶发育带、断层破碎带的风险。综合运用高密度电阻率成像法、音频大地电磁法和测氡法对贵州都匀和广西融安碳酸盐岩区的2个油气靶区进行了地下构造识别,结果表明:高密度电阻率成像法和音频大地电磁法能有效确定浅地表地下低阻构造的位置、宽度和产状,高密度电阻率成像法在50 m以浅深度拥有更高的分辨率,音频大地电磁法探测深度更深,但对地下介质的分辨率不高,氡气测量能很好地识别地下低阻构造的属性。高密度电阻率成像法、音频大地电磁法与测氡法三者可优势互补,组成有效识别岩溶区近地表地质结构构造的技术方法体系,可为南方岩溶区页岩气钻井避开近地表强岩溶发育带、断层破碎带以及最终位置的确定提供可靠的技术支撑。

遥感估算河道流量研究进展

鉴于全球径流数据的可获得性逐年下降,替代水文站点实测河道流量的反演算法正变得越来越重要。当前卫星遥感技术不断发展,估算河道流量的方法亦逐渐丰富,为此,该文对遥感技术反演河道流量的方法进行系统总结,并归纳了与河道流量估算密切相关的水力遥感要素反演方法及其进展情况。首先,梳理基于水文模型和基于经验回归方程2类算法的方法原理和应用现状;然后,总结不同方法的适用条件和存在不足;最后,展望未来通过卫星遥感技术反演世界范围内河道流量的发展趋势:①积极开发先进卫星遥感数据同化技术;②集成新的传感器产品;③优化与创新算法。

面向地质应用的ZY-102D高光谱数据大气校正方法对比

高光谱数据凭借其在光谱维的技术优势,在地物精细识别尤其是矿物信息精准识别方面应用广泛。高光谱反射率产品是开展矿物识别的基础数据依据,使用合适的大气校正方法获取能够满足应用需求的高精度的地表反射率产品至关重要。为此,采用ATCOR,FLAASH和QUAC这3种应用相对较广的大气校正模型,对资源一号02D(ZY-102D)卫星高光谱数据进行大气校正处理,并从目视效果、典型地物波谱分析和矿物信息提取3个方面开展了对比分析。分析结果表明:在目视效果上,3种大气校正模型均能有效提升影像清晰度,ATCOR模型略优于FLAASH和QUAC模型;3种模型典型地物光谱与ASD实测光谱相关系数平均值R 2达0.7以上,吻合度较好,精度较高,ATCOR模型反演结果的影像光谱更接近ASD实测光谱;对绿泥石识别结果三者一致性较好,绢云母一致性则稍差,对比发现FLAASH和QUAC模型在地表绢云母含量较低区域漏识率较高。综上所知,3种模型大气校正效果均比较理想,但在矿物识别应用中ATCOR模型较FLAASH和QUAC模型总体上有优势。

1989—2021年中国大陆海岸带潮滩、海岸线、养殖水体遥感观测

海岸带是世界上容纳人口最多的区域,其生态系统受到人类活动的强烈影响。潮滩、海岸线、养殖水体变化是海岸带生态系统健康监测的重要要素。由于潮汐作用,海陆水边线处于动态变化状态,是应用遥感技术进行潮滩、海岸线检测的主要难点,故通过综合Landsat4/5/7/8和Sentinel-2A/B卫星遥感数据对1989—2021年间中国大陆海岸带潮滩、海岸线、养殖水体进行了7期监测,发挥了多源卫星观测频次高的优势,通过检测不同潮位的水边线实现潮滩、海岸线、养殖水体的识别。结果表明:针对不同水色的海水应选用不同的水体指数组合,对于清澈或低浑浊度的海水,应分别采用修正的水体指数(modified normalized difference water index,mNDWI)与归一化差值水体指数(normalized difference water index,NDWI)检测高潮位、低潮位水边线,有效提高潮滩检测的可靠性,检测的潮滩面积比通常仅用mNDWI指数检测的潮滩面积大122%;对于高浑浊度海水(浙江省、江苏省和上海市),应采用mNDWI进行高潮位、低潮位水边线的检测,以避免NDWI将高浑浊度海水误识别为潮滩,对养殖水体应采用NDWI检测。1989—2021年,中国大陆海岸带发生了巨大变化,潮滩快速消失,养殖水体面积和海岸线长度增加,整个中国大陆海岸带的潮滩减少率、海岸线长度和养殖水体增加率平均分别为46.2%,34.4%和149.3%,潮滩面积减少了7173.2 km^(2),海岸线长度增加5320.5 km,养殖水体面积增加了9046.5 km^(2)。北方省份或城市遭受的潮滩损失比南方省份或城市更严重。以1989—2021年潮滩平均减少率计算,辽宁省、河北省和天津市、山东省的潮滩将分别在27 a,10 a和22 a内完全消失。潮滩和养殖水体的面积变化高度负相关,表明养殖水体的扩展是潮滩减少的重要驱动因素。

基于高光谱数据的甘肃花西山金矿蚀变特征分析与找矿预测应用

利用地物光谱仪识别具有光谱诊断性吸收特征的蚀变矿物,并分析其空间分布及组合特征,是后续利用航空、航天高光谱遥感开展找矿预测的重要理论依据。本文以位于甘肃柳园地区花牛山矿集区的花西山金矿床为例,首先利用FieldSpecPro FR便携式光谱仪对采集样品进行光谱测量,通过The Spectral Geologist 8软件对获得的光谱数据进行分析解译,揭示了与矿化关系密切的地表蚀变矿物为绢云母(白云母和多硅白云母)+黄钾铁矾+赤铁矿+针铁矿,外围蚀变矿物主要为绢云母(钠云母)+绿帘石+绿泥石+蒙脱石+水铝石。基于这一认识,对矿区及周边开展CASI/SASI航空高光谱遥感蚀变矿物信息提取,综合地表及航空高光谱解译信息,建立了花西山式金矿床的高光谱遥感找矿预测模型,并基于该找矿预测模型在外围圈定了预测区1处,经野外查证,预测区内发现有明显金异常。研究结果表明,在分析和总结调查区成矿地质背景和蚀变特征的基础上,结合高光谱遥感信息可快速地、更有针对性地发现成矿有利区段,为矿产勘查部署提供重要参考资料。

1948—2021年河南省土壤含水量时空分布特征及其影响因素研究

本研究联合1948—2014年GLDAS_2.0数据和2000—2021年GLDAS_2.1数据,构建河南省1948—2021年逐月土壤含水量数据集。利用M-K趋势分析和突变检验、小波分析、互相关分析,揭示河南省土壤含水量的时空分布特征及主要影响因素。结果表明:重构的2000—2014年逐月土壤含水量与GLDAS_2.1提供的月度土壤含水量的平均偏差为2.09 mm,平均绝对误差为13.01 mm,均方根误差为18.26 mm,数据是可信的。基于该构建的土壤含水量数据,1948—2021年土壤含水量则以0.3010 mm/a的速度减少,其中,春季河南省土壤含水量的变化率为-0.2368 mm/a,夏季土壤含水量的变化率为-0.0855 mm/a,秋季土壤含水量的变化率为-0.3805 mm/a,冬季土壤含水量的变化率为-0.2403 mm/a。空间上,土壤含水量变化整体上由南向北递减,与降水和蒸散发具有明显的一致性。垂向上,单位深度土壤含水量为2.63 mm/cm。小波分析与互相关分析表明降水是影响土壤含水量的主要因素。本研究不仅揭示了河南省长时间序列的土壤含水量及其时空分布特征,还可为河南省地表水资源科学管理提供依据。

基于高分五号高光谱数据的石漠化调查应用研究

石漠化是我国西南岩溶山区的首要生态环境问题,必须制定科学的石漠化防治措施,全面推进石漠化防治进程。遥感技术快速定位、覆盖区域广以及经济高效的特点使其成为调查区域石漠化空间分布情况的重要技术方法。为此,采用基于高分五号(GF-5)高光谱数据的混合像元分解法和基于Landsat8多光谱数据的光谱指数法,分别对研究区植被覆盖率、基岩裸露率和土被覆盖率3个表征石漠化信息的关键指标进行提取。结果表明,2种卫星遥感数据对于植被覆盖信息都能进行准确提取;但是Landsat8的波段设置和光谱分辨率很难区分裸露基岩和裸露土壤;而GF-5高光谱数据不仅能直接有效提取基岩裸露率和土被覆盖率,并能精确识别裸露基岩中方解石和白云石等矿物成分。研究结果可为石漠化的评价和分级以及综合治理提供更科学有效的技术基础和理论依据。

河南“7·20”极端暴雨的水文效应研究

本研究利用4种GLDAS陆面模型(NOAH10-M、NOAH025-3H、CLSM10-M和CLSM025-DA)数据和3种GRACE/GRACE-FO重力卫星数据(CRS-M、JPL-M和GSFZ-M)揭示了河南省土壤含水量和陆地水储量对“7·20”极端暴雨的时空响应。结果表明:河南省2000—2021年平均土壤含水量为232.46 mm,2021年土壤含水量为247.49 mm;2003—2021年河南省陆地水储量整体上以1.04~1.39 cm/年的速率减少,其中陆地水储量在7—9月呈增加的趋势;受“7·20”极端暴雨的影响,2021年7月20日土壤含水量为660.91 mm,显著高于2000年7月—2020年7月的平均值(525.09 mm);不同深度的土壤含水量对“7·20”极端暴雨的响应不同,0~10 cm和10~40 cm的土壤层对降水具有瞬时响应,而受其缓冲作用的影响,40~100 cm和100~200 cm的土壤层含水量较为稳定;受降水的影响,2021年7月、8月、9月、10月河南省陆地水储量分别增加了76、52、102、62 mm。降水与水储量之间的相关性分析表明,区域水储量的年际下降趋势会掩盖降水对水储量造成的季节性变化规律。

水中自然电场法探测病态水库岩溶渗漏通道——以金鸡河水库一级水电站为例

在岩溶区修建的水库或矿山尾矿库等建筑物,常因库区岩溶地质条件复杂而出现库水或污水渗漏等问题,岩溶渗漏通道勘察中常用的物探方法多布置在库区的大坝、坝肩等库岸陆地一带,未能对库内的库底岩溶塌陷等岩溶渗漏通道直接进行探测与评价,致使探测与治理效果往往不佳。本文以桂北金鸡河水库一级水电站放水涵管旁岩溶渗漏通道探测为例,研究水上自然电场法探测水库岩溶渗漏通道的原理、现场工作方法及探测效果。研究区出露地层主要由泥盆系榴江组(D_3l)石灰岩夹白云岩、白云质灰岩,泥盆系东岗岭阶(D_2d)白云岩、石灰岩、泥质灰岩组成,隐伏岩溶中等发育。区内一级水电站放水管入水口放水可引起强烈水上自然电位负心区域场,经采用圆周平均法划分水上自然电位区域场与剩余局部异常计算,分离出6个被强烈区域场淹盖了的次级似等轴状或似椭圆状负心水上自然电位剩余局部异常。经潜水员潜水入库内查看,这6个负心剩余局部异常区在库底均有岩溶塌陷或岩溶开口或库底渗漏天窗一一对应,其中,16线46-48号测点附近出现的似等轴状负心剩余局部异常对应的库底岩溶塌陷规模最大,塌陷坑直径约1.8 m,塌陷坑深约2.5 m,其余异常区对应的库底渗漏天窗或岩溶开口规模次之。经库内外水的简易连通实验及工程地质钻探,物探异常查证效果好。水上自然电场法可用于岩溶病态库区水上应急、快速圈定浅层岩溶渗漏通道范围等岩溶地质问题调查。

多道瞬态面波法与微动法联合推断岩溶塌陷区覆盖层的结构和厚度分布

为了大尺度范围内获取岩溶塌陷典型调查区覆盖层的结构和厚度分布,采用多道瞬态面波法与微动法,对柳州市柳城县东泉公社幅岩溶塌陷重点调查区进行了野外观测,根据微动法提取的特征频率与地层厚度的关系,结合已知钻孔资料,得出覆盖层厚度与特征频率的函数关系,获取了覆盖层的厚度分布,根据面波的频散特性,得出覆盖层的横波速度分布,获取了覆盖层的结构分布,结合得出的覆盖层结构和厚度分布,推断出测区内发育4条断层或溶沟等局部构造。研究表明,利用微动法提取的特征频率和面波的频散特性,可以有效地推断出塌陷区覆盖层的结构和厚度分布。

地球物理方法探索隐伏岩溶古河道——以湖南郴州万华岩为例

为探讨湖南郴州万华岩景区上游岩溶古河道的存在性,丰富景区岩溶洞穴科普知识以推动地方旅游经济发展,探索性地应用高精度磁法、高密度电法、音频大地电磁测深法(EH4)等综合地球物理方法在景区上游进行了探测研究,其结果发现几处磁、电异常部位,并结合区内岩溶垮塌地貌形态、区域地质背景资料及野外地质调查成果,认为景区上游存在岩溶古河道,同时确定出岩溶古河道的剖面位置及平面走向。整个研究思路表明综合地球物理方法在研究岩溶古河道时具有可行性。

微动HVSR法在岩溶区探测地下河管道和溶洞的有效性研究

微动HVSR(Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio)法是一种简单有效的被动源地震勘探方法,当测点下方介质存在明显的速度变化时,HVSR曲线会呈现相应的异常形态。为探索该方法在岩溶区探测地下河管道和溶洞的有效性,选择桂林毛村地下河流域内的大岩前村作为研究区,并在此开展野外试验。研究区发育有一条地下河管道,通过精准的洞穴测量,获得了此地下河管道的平面位置和洞高等信息。在研究区的地下河管道上方地面布设3条物探测线,均进行微动HVSR法测量,并用探地雷达法测量作对比。结果表明,两种物探方法的异常位置与测线下方地下河管道的实际平面位置基本一致,证明微动HVSR法可作为一种有效的地下河管道和溶洞探测方法。

桂南陇瑞洼地浅层岩溶自然电场特征剖析

岩溶洼地地下水渗透流在一定的渗透压力作用下,通过洼地土层过滤后沿碳酸盐岩溶蚀裂隙网络或孔隙下渗补给岩溶管道或地下河等深层岩溶水,便会产生离子导电岩土层的自然极化现象和自然电场,这种自然电场的研究方法可用于洼地浅层岩溶水的探测。研究结果表明,陇瑞洼地浅层岩溶发育带产生的自然电场实测值的平面等值线在洼地中心部位上出现了场幅值-60^-80mV、带宽约40m的带状异常,异常带由北至南呈似"S"状分布;自然电位梯度实测值的平面等值线在岩溶发育带顶部在地面投影中心线附近出现由负值向正值过度的"零值"异常带,"零值"异常带平面分布位置的变化指示了洼地浅层岩溶发育的平面差异与变化。以第18测线为例,陇瑞洼地浅层岩溶自然电位在剖面上分布满足位函数分布特征,即自然电位在浅层岩溶带顶部(615/18测点附近)取得极小值,在极小值的两侧由于逐渐远离岩溶发育带自然电位幅值逐渐减弱,直至趋近于零;自然电场梯度在浅层岩溶带顶部(615/18测点)附近出现由负值向正值过度的"零点"异常,呈似中心对称曲线。水文地质监测钻孔在不同深度揭露了浅层溶洞、溶隙和断层破碎带,从而验证了自然电场法探测岩溶洼地浅层岩溶水资源的有效性。

“高分一号02、03、04星”卫星数据在矿山开发环境遥感监测中的初步应用评价

"高分一号02、03、04"卫星是国家第一个民用高分辨星座,3星成功组网后,将大幅度提高山水林田湖草、矿产等自然资源全要素、全覆盖、全天候的实时调查监测能力。为了更好地了解卫星的应用性能,充分发挥和利用好高分一号02、03、04卫星数据在矿山开发环境调查工作中的应用。文章利用高分一号02、03、04卫星在河北迁西、遵化,山东招远、龙口地区的相关影像数据开展了矿山开发环境遥感调查应用评价,从地下、露天矿山的开发及环境信息的识别,以及不同数据源对比分析等方面分别进行评价。结果表明,高分一号02、03、04卫星数据能有效识别露天矿山开发和环境等要素信息,可解译出部分地下开采矿山的矿山地物等要素,满足1∶25 000的矿山遥感调查工作,可为矿山环境遥感监测提供又一强有力的数据支撑。

可见短波红外高光谱相机有效载荷观测能力及应用前景

高分五号卫星上的主载荷之一——可见短波红外高光谱相机(AHSI)是国际上首个采用改进型Offner结构凸面光栅分光的星载高光谱相机,以60km幅宽、30m空间分辨率和5~10nm光谱分辨率,同时获取地物在400~2 500nm范围内共330个连续谱段的空间信息和光谱信息,具有突出的地物探测和识别能力。通过地面测试与在轨测试验证了该相机的主要性能指标。与国际上经典的高光谱相机相比,该相机幅宽提高8倍,光谱数增加近百个,信噪比提升近4倍;与德国、日本、意大利等国家高光谱相机比较,AHSI在幅宽和光谱通道数等方面具有明显优势,其综合性能指标处于国际领先水平。该相机将为遥感应用如生态环境监测,国土资源和地质矿产调查,以及灾害监测,农、林、牧业精细作业,城市规划等中的许多关键问题提供解决方案。

深空对地观测创新工程进展与主要成果

科技创新是地质调查事业发展的第一驱动力。深空对地观测科技创新工程(以下简称工程)是中国地质调查局"地质科技创新计划"的重要组成部分。工程针对我国自主对地观测系统性、整体性不足,卫星业务应用产品类型相对单一,以及数据处理能力较为薄弱等问题,从对地观测数据体系构建、应用系统建设、自然资源与环境变化监测体系创新,以及新型对地观测技术研发等方面开展工作与部署,取得了一系列工作成果。这些成果提高了我国深空对地综合观测能力,提升了基础地质调查、地质环境监测的定量化水平。