综合地球物理方法在武山铜矿水文地质调查中的应用

深部水文地质条件研究是矿床深部开采必须解决的重要问题。为了查明武山铜矿南矿带南部与东部是否存在规模性的断裂及其产状和规模以及该地段有无管道式的水力通道存在,采用综合地球物理勘察方法,包括浅层地震反射法、可控源音频大地电磁测深法、自然电位法,在对采集数据进行处理之后,综合解译了研究区的断裂构造体系,进而探讨了其水文地质意义,旨在为武山铜矿的安全生产提供参考资料。

广东清远三坑地热田地质特征及勘查实践

为分析三坑地热田的地热地质特征,准确找到其最佳开发位置,采用多种方法对该地热田的某新工区进行了综合地热勘查。勘查结果表明:三坑地热田热储类型为岩溶裂隙-断裂构造型,地下热水受断裂构造控制,呈带状分布,并具明显的方向性和不均一性,赋存条件比较复杂;地热系统中的热、储、盖、通4要素,盖层不是必须的,如果有很好的热源、热通道和水源,盖层很薄甚至没有都可能存在可供经济开采的地热水资源;在深度500 m以内中浅层地热勘查中,将可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)与浅孔测温相结合,可显著提高勘探成功率。

基于瞬变电磁法的张家峁煤矿地层富水性特征研究

煤矿地层的富水性探测对于煤矿的防水与治水工作至关重要。张家峁煤矿现阶段主采2-2煤层,面临上部基岩风化含水层和工作面前方火烧岩涌水的水害风险。鉴于瞬变电磁法对富水区、采空区、含水构造等高导异常体的高灵敏度等优势,本研究采用地面瞬变电磁法对该煤田西部特定区域2-2煤层上覆的基岩、风化带、第四系岩层以及烧变岩的富水性进行探测,在四个地层分别探查出低阻异常区6处、9处、9处和2处,并结合钻孔、地层、水文、地形和磁法探测成果等多元资料以及低阻异常区的可靠性,对低阻异常区的成因分别进行了综合分析,这可为该区域煤层开采防水与治水工作的规划与执行提供科学依据。同时,本研究也可为瞬变电磁法在其它地区地层富水性探测中的应用提供一套全面的数据采集、处理、反演以及分析与解释的参考与借鉴资料,以推动该技术在煤矿地层探测领域的进一步发展与应用。

辽宁地区Lg波衰减及场地响应特征

准确的衰减特征及台站响应对于定量确定地震台网观测环境和分析其构造机制具有重要意义。选取2008—2017年辽宁数字地震台网地震波形资料,利用Lg波谱比与台站场地响应联合反演方法,获得了1~7 Hz Lg波三分向(UD,NS,EW)衰减关系,参与评估的32个台站的场地响应幅值曲线较为平滑,各频段衰减效应存在差异。大多数台站的场地效应幅值在1~8,少数台在低频或高频段上呈现放大效应,最大的幅值近16。结果表明:辽宁地区为低Q_0(对应频率1 Hz)和低频率依赖性的构造活跃区,场地响应特征与浅层结构及地质构造有密切关系。不同场地类型的场地响应特征差异明显:井下场地类型的场地响应在低频段内(1~2 Hz)有明显的放大效应;地表较山洞场地类型的场地响应幅值在径向和垂向上都有抬升;相同场地类型中,场地响应放大效应在径向上比垂向上大的多,可能与台基岩性特征有关,而岩性差异对场地响应特征的影响不明显。

利用阻尼型高斯牛顿法的激发极化数据聚焦反演

利用阻尼型高斯牛顿法求解反演目标函数,并将粗糙度矩阵约束和最小支撑泛函约束以及参考模型和模型参数界限约束引入到目标函数中,同时结合预条件共轭梯度法进行反演迭代,实现了激发极化数据三维聚焦反演快速计算。通过对几个典型模型的试算,并与传统光滑模型约束的反演结果进行比较,表明该反演算法的可靠性和稳定性较好,并且算法速度快,占用内存低且易于并行化。

海上拖缆随机采样抗混叠机理分析

目前海上拖缆地震采集只有道间距满足采样条件,而炮间距、炮线距和缆间距都不能满足采样条件,造成了地震数据的采样不足,导致频谱产生混叠效应。近年来发展了海上拖缆随机采集技术,为了分析该采集技术抗假频特性,以简谐信号和合成地震记录为研究对象,在空间规则采样的条件下,分别分析了充足采样和不充足采样情况下的频谱特征,分析了空间假频产生的原因。同时,在规则采样分析的基础上,对简谐信号和合成地震记录进行了随机抽样和频谱分析,研究了随机采样对空间假频的压制作用,数据分析结果表明海上拖缆地震随机采样可以降低频谱的混叠效应。

黏弹性介质瑞雷波有限差分模拟与特性分析

本文通过数值模拟研究了介质黏弹性对瑞雷波传播的影响.模拟采用结合了交错Adams-Bashforth时间积分法、应力镜像法和多轴完美匹配层的标准交错网格高阶有限差分方案.通过模拟结果和理论结果对比,测试了方法的精度,验证了结果的正确性.在均匀半空间模型中,分别从波场快照、波形曲线及频散能量图三个角度,对黏弹性介质瑞雷波衰减和频散特性进行了详细分析.两层速度递增模型被用于进一步分析瑞雷波在黏弹性层状介质中的特性.结果表明:由于介质的黏弹性,瑞雷波振幅发生衰减,高频成分比低频成分衰减更剧烈,衰减程度随偏移距增大而增强;瑞雷波相速度发生频散,且随频率增大而增大,频散能量的分辨率有所降低;黏弹性波动方程中的参考频率,不会影响瑞雷波振幅衰减和相速度频散的程度,但决定了黏弹性和弹性介质瑞雷波相速度相等的频率位置.本研究有助于人们更好地理解地球介质中瑞雷波的行为,并为瑞雷波勘探的应用和研究提供了科学和有价值的参考.

基于导向滤波的分频高精度相干断层自动提取技术及应用

在诸多断裂刻画的案例中,往往是利用相干体对断裂进行刻画与描述,但是相干体在一定程度上对断裂的识别不够精细准确。因此本文提出了基于导向滤波的分频相干体的断层自动提取技术(Auto Fault Extraction,AFE),并针对特定工区改进了断裂识别的技术流程。首先在原始地震记录的基础上使用频谱分解技术生成多个分频数据体,再对分频数据体进行构造导向滤波,之后采用高精度相干算法对每个分频数据体求取相应的分频相干体,通过对比不同分频相干体选择出刻画工区内断裂带的优势频段,并使用带通滤波技术进行切除,最后在带通滤波的数据体上再次计算相干体数据,并在该相干体数据上做AFE属性提取。应用此技术在实际地震资料断裂刻画中,与常规相干体技术相比,对断裂带的刻画更加精细准确,与地质认识以及实际钻井勘探结果吻合度更高。

基于受限玻尔兹曼机的专家乘积系统的一种改进算法

深度学习在高维特征向量的信息提取和分类中具有很强的能力,但深度学习训练时间也比较长,超参数搜索空间大,从而导致超参数寻优较困难。针对此问题,该文提出一种基于受限玻尔兹曼机(RBM)专家乘积系统的改进方法。先将专家乘积系统原理与RBM算法相结合,采用全是真实概率值的参数更新方式会引起模型识别效果不理想和带来密度问题,为此将其更新方式进行改进;为加快网络收敛和提高模型识别能力,采取在RBM预训练阶段和微调阶段引入不同组合方式动量项的一种改进算法。通过对MNIST数据库中的0~9的手写数字体的识别和CMU-PIE数据库的人脸识别实验,提出的算法减少了学习时间,提高了超参数寻优的效率,进而构建的深层网络能获得较好的分类效果。试验结果表明,提出的改进算法在处理高维大量的数据时,计算效率有较大提高,其算法有效。

重磁异常独立成分分析的多道信号构建方法

独立成分分析方法(ICA)通过求解观测信号中源信号统计独立性最大的最优化问题对观测信号进行分解,得到相互独立的信号分量即独立成分。这种利用统计学原理的信号分解方法在静态和时变重磁数据处理中具有广泛的应用前景,前人利用相邻剖面法构建ICA算法所需的多道输入信号并对重磁异常数据进行分解,得到了较优的位场分解结果。本文在前人的研究基础上,首先提出了利用相空间重构法与空间延拓方法构建ICA多道输入数据;其次,分别使用相邻剖面法、相空间重构法与空间延拓法对仿真的重、磁异常数据进行分解,对比分析了三种方法在异常分离中的应用效果,结果表明空间延拓法能够更加有效地对局部场与区域场进行分离;最后,将基于空间延拓的ICA方法应用于克拉玛依后山地区的重磁异常数据,结果显示ICA分解具有一定的模态混叠效应,因此在其基础上再进行匹配滤波,相比于直接的匹配滤波,联合方法计算结果的边界效应更弱,并且分离得到的局部重磁异常与地质构造之间的对应关系更加清晰。

CSAMT在浙江省武义县水文勘查中的应用

可控源音频大地电磁法(CSAMT)具有勘探深度大、分辨率高及抗干扰能力强的优点。为了解浙江省武义县测区地下电性结构,从而查明该区地下水赋存情况,在勘查区布置了两条CSAMT测线,通过对所采集的两条CSAMT剖面数据进行处理与二维反演,获得了工区地下1 km以浅的电性分布特征。并结合该区地质与水文资料得出了CSAMT与水文工程地质联合剖面图,推断出了不同地层分界面及断裂构造深部延展情况,为该区下一步的地下水钻孔工作提供了有效的参考依据。

广西及邻区航磁异常与全球岩石圈磁场模型解算数据之间的对比分析

全球岩石圈磁场模型可以辅助航空与地面磁测数据处理。为了挑选出适用性较高的模型,进一步为广西及邻区航磁异常数据的处理与解释以及磁异常场建模等提供参考资料,选取三个代表性的高阶全球岩石圈磁场模型,将其解算磁异常数据与航空磁异常数据进行对比分析,包括差异性分析和相关性分析。分析结果表明,NGDC720v3p1、WDMAMv2与EMM2017三个最新的全球岩石圈磁场模型在广西地区的适用性均较差,相比而言.EMM2017模型较优。

隧道空间对高密度电法在掌子面及侧壁富水构造探测中的影响研究

在隧道中进行高密度电法探测时,由于全三维正反演算法计算量大,建模较为困难,通常采用半空间假设的二维正反演算法进行计算,而实际隧道更接近于三维全空间模型,因此半空间假设会给视电阻率计算和反演结果带来误差。为研究高密度电法在隧道富水结构探测时采用半空间假设计算视电阻率带来的误差水平,以及对反演结果的影响,本文首先建立隧道三维模型,然后采用数值计算方法计算了三维隧道模型的准确视电阻率值,并将三维模型计算的装置系数带入反演的正演迭代过程,定量分析了半空间假设时对视电阻率和反演结果带来的影响。结果表明,在掌子面探测时,真实视电阻率是半空间假设计算结果的0.66~1.0倍;而在隧道侧壁探测时,该比值在0.9~1.6范围内。但半空间假设计算的视电阻率值的空间特征与真实值基本一致,而且误差较大的视电阻率值大多位于高密度电法的低分辨率区域内,对反演结果的影响较小。模拟结果表明了基于半空间假设的反演算法在隧道探测中的反演误差可以忽略,为实际工程应用提供了理论依据。

隧道环境下频率域声波全波形反演优化方法对比

隧道地震超前探测方法是获取隧道前方复杂地质体结构的重要手段,对隧道工程的安全建设和灾害防治极为重要。针对目前隧道地震超前探测方法获取掌子面前方地质体结构和物性精度不足的问题,本研究将高分辨率的频率域声波全波形反演方法应用于隧道超前探测,并讨论了最速下降法(STD)、截断牛顿法(TRN)以及l-BFGS三种主要反演优化方法在隧道全波形反演中的迭代收敛速度、反演精度和计算效率,以期获取综合效果较好的隧道空间掌子面前方高分辨率成像全波形反演优化方法。通过对比得出,l-BFGS优化方法在反演精度、反演速度中存在明显优势,更适合隧道环境下的频率域全波形反演成像,这一结果可为全波形反演方法在隧道超前探测研究提供借鉴。

重磁边界识别方法在西准噶尔地区三维地质填图中的应用

以3种前人所提出的重磁边界识别方法与笔者提出的归一化偏差法作为技术手段(其中归一化偏差法对于数据噪声有着较好的抵抗力)能够较为准确全面地识别边界位置.在分析对比方法原理及应用特性的基础上,通过理论模型试验证明了方法的可靠性和实用性;并针对断裂和地质体边界深部倾向问题,开展了多方法联合及多尺度识别手段试验,获取了更多地质构造及边界的信息.通过将该技术应用于克拉玛依后山地区实际资料的处理解释之中,获得了研究区域内剖面与平面上的断裂和岩体的位置分布及它们的深部倾向信息,并对主要断裂与岩体三维空间特征进行了描述,为该地区三维地质填图和三维地质模型构建提供了重要依据.

鄂西丹江口水库区域周边断裂构造解析及特征

鄂西地区位于中国大陆构造演化的关键节点上,地质构造十分复杂,而其中的丹江口水库区域更是我国南水北调工程的核心区域.在此处开展断裂构造研究对于深化南水北调工程的地震安全系统的建设具有重要意义.利用浅层地震反射波勘探技术对丹江口水库周边的3条主要断裂,即丹江、两郧和白河-谷城断裂进行分析,将各断裂内的断层构造进行地震剖面成像,得到了0~300m深度范围内的断层结构特征.研究结果显示,3条断裂内的断层多为北东走向,丹江和白河-谷城断裂内的断层型态以正断层为主,但两郧断裂以逆断层为主,此特征可能与水库蓄水后,局部应力分布受到影响有关.研究成果不仅刻画出鄂西丹江口地区的断层形态,同时也对将来深入剖析此区域内背景应力及其周边构造单元之间的关系提供了重要的地震学参考资料.

西准噶尔及邻区的岩石圈密度结构特征及其构造意义

对西准噶尔及周边地区壳幔结构的研究是揭示准噶尔盆地演化的重要基础。利用最新的卫星重力场模型，通过计算得到西准噶尔及周边地区的布格重力异常，进而采用三维反演技术，对西准噶尔及周边地区的地壳与上地幔顶部进行密度成像，得到了0-80 km 深度范围的密度异常结构。地壳密度分布显示古准噶尔洋壳有可能向 NE 和 NW 分别俯冲于西伯利亚板块和西准噶尔地块之下。上地幔顶部密度变化表明：阿尔泰褶皱带具有相对较低的密度，可能为古大陆巨厚的硅铝层所致；哈萨克斯坦－准噶尔盆地具有相对完整的高密度结构；天山褶皱带区域的密度大幅度变化刻画了超岩石圈断裂对岩石圈的切割以及岩石圈形变与构造活动的痕迹。

菲律宾海岩石圈磁异常特征

利用NGDC720地磁模型提供的磁异常数据,分析了菲律宾海板块磁异常特征,进而对磁异常进行多尺度分解,给出了研究区岩石圈深部和浅部磁异常.结合热流分布特点和磁异常信息,进一步分析了研究区引起磁异常成因.菲律宾海板块区域的磁异常既反映了该区域岩石圈浅部的构造特征,也隐含深部构造信息.在西菲律宾海盆以及大东脊构造区,浅部构造磁异常信息较好地继承了深部构造特征,反映这些区域岩石圈的整体性特征.四国海盆与帕里西维拉海盆浅部磁异常信息显示了与近代(约10Ma)扩张轴一致的特征,且磁异常与海底构造走向不一致;而深部异常显示的帕里西维拉海盆磁异常走向与西菲律宾海盆一致的信息,可能指示帕里西维拉海盆岩石圈曾与西菲律宾海盆有过类似的演化史.

准噶尔盆地及邻区地壳磁性特征及其构造意义

准噶尔地块可分为东、西准噶尔构造区和准噶尔盆地.自古生代以来准噶尔盆地及其周边大规模的火山活动和复杂的构造演化、以及有关准噶尔盆地基底及其与周边的构造关系及其演化,一直存在争议.利用EMAG2岩石圈磁异常模型,采用三维反演技术,对准噶尔及其周边地区的地壳磁化率进行成像,得到了0~60km深度范围之内的磁性结构.反演结果显示：准噶尔盆地腹部地壳磁性结构相对完整;西准噶尔地壳具有与洋壳俯冲相关岛弧环境的磁性结构;东准噶尔和吐哈盆地磁性层较厚且连续,具有古陆基底特征.此外,地壳磁化率异常展示了区域断裂构造及其深部延伸特征,同时显示在覆盖区可能存在隐伏深大断裂带.对该地区岩石圈磁异常成因的定量解释,为深入剖析准噶尔地区岩石圈构造及其与周边构造单元之间的关系提供了有益的资料和参考.

格陵兰岛冰盖消融时空特征(2003~2015年)及其对海平面上升的贡献

研究格陵兰冰盖(GrIS)质量变化异常速率可以帮助了解异常气候事件驱动海平面变化的机制.聚焦于2010~2012年GrIS质量变化的异常速率,及其对海平面指纹(SLF)和相对海平面(RSL)变化的贡献.通过联合2003~2015年GRACE月重力场数据和表面质量平衡(SMB)数据,采用mascon拟合法及网格尺度因子恢复泄漏,获得了6个流域的质量变化时空分布.基于海平面变化方程(SLE)并考虑负荷自吸引效应估算了SLF的空间分布.结果表明,2003~2015年间GrIS总质量变化速率分别为-288±7 Gt/a及-275±1 Gt/a;而在2010~2012年间速率相应地增加至-456±30 Gt/a及-464±38 Gt/a,该时期格陵兰西北海岸及东南沿海地区呈现出大量冰盖融化,其对海平面的贡献变化呈现倒"V"型(即先升后降),而全球平均海平面变化呈现出明显的正"V"型(即先降后升).另外,GrIS融化对海平面的贡献约为31%,造成全球平均RSL增加了0.07 cm/a,而对斯堪的纳维亚及北欧地区的RSL贡献为-0.6 cm/a,GrIS融化造成的远海地区RSL上升速率比全球平均RSL速率高近30%.