地球科学与环境学报 /oa 电性源短偏移距瞬变电磁场扩散规律三维数值模拟 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006001 电性源短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)采用近源探测形式,极大地提高了信号强度,目前对电性源短偏移距瞬变电磁响应特征的研究主要基于一维模型,且主要讨论电场E<sub>x</sub>分量和磁场H<sub>z</sub>分量的响应特征和探测能力,不利于复杂目标体的精细探查。基于以上问题,采用三维时域有限差分法,对电性源短偏移距瞬变电磁场在地层中的扩散规律进行了模拟,并研究了三维异常体对电性源短偏移距瞬变电磁场扩散的影响。结果表明:电场E<sub>x</sub>分量的正极值区域主要集中在发射源附近,并随着时间的推移逐渐向下扩散; 电场E<sub>y</sub>分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 电场E<sub>z</sub>分量在地层分界面产生跃变; 磁场H<sub>x</sub>分量正极值区域和负极值区域分别位于发射源两端,并随着时间的推移逐渐向下、向外扩散; 磁场H<sub>y</sub>分量上部为负值区域,下部为正值区域,说明H<sub>y</sub>分量也会受到返回电流影响; 磁场H<sub>z</sub>分量极值区域主要位于发射源下方,并随着时间的推移逐渐向下移动; 对于三维异常体,电场E<sub>x</sub>分量和磁场H<sub>y</sub>分量的灵敏区域位于异常体上方,而电场E<sub>y</sub>分量和磁场H<sub>x</sub>分量的灵敏区域位于异常体外部,且分布在异常体四周,磁场H<sub>z</sub>分量的灵敏区域位于异常体两侧(靠近发射源和远离发射源位置),说明电性源短偏移距瞬变电磁场的5个分量对三维异常体的灵敏区域不同,不同的分量应选择不同的区域进行观测。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 711 721 10903227 常江浩<sup>1,2,3,4</sup>,薛国强<sup>1,2,3,5*</sup> 基于量子行为粒子群算法的航空瞬变电磁拟二维反演技术 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006002 传统的确定性反演算法严重依赖初始模型,易陷入局部极小值中,导致最终反演结果偏离真实模型。粒子群(PSO)算法作为一种随机性反演算法,具有较强的跳出局部极小值的能力,但是仍存在早熟收敛和收敛速度慢等问题,限制了该算法在二、三维电磁反演中的发展。针对上述问题,首先提出采用量子行为粒子群(QPSO)算法代替传统粒子群算法,将量子在势阱中运动规律引入到粒子群算法中,使得粒子可以出现在势阱内任何存在概率分布的位置上,有效地克服了由于群体的聚集性所导致的早熟收敛问题。此外,采用拟二维反演算法代替传统二维反演算法,使得反演模型参数维度下降,寻优过程中局部极小值个数将大幅度减少,显著提高粒子群算法的收敛速度,但是在粒子群中开展拟二维反演时,传统的正则化参数的寻优过程将浪费大量计算资源。结合量子行为粒子群算法中各测点的全局最优粒子在粒子群进化过程中的重要地位,采用α-Trimmed方法开展相邻点间全局最优粒子模型参数光滑约束,实现粒子群算法快速横向约束反演。最后将量子行为粒子群算法拟二维反演技术应用到含噪全航空瞬变电磁仿真数据处理中,反演结果与原始模型具有较好的一致性。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 722 730 4778287 何一鸣<sup>1,2,3</sup>,薛国强<sup>1,2,3,4*</sup>,赵炀<sup>1,2,3</sup> 瞬变电磁法探测薄层的分辨能力与偏移距关系 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006003 薄层探测问题一直是地球物理勘探关注的重点,以往的研究大多关注的是不同地球物理方法对薄层的探测效果,却没有关注观测参数对探测结果的影响。拟选用电性源瞬变电磁法,以一维正演理论为基础,通过定义相对异常表征分辨能力,研究偏移距、观测时间与分辨能力之间的关系,从而决定如何选择合适的观测参数以实现薄层异常的快速有效勘探。结果表明:瞬变电磁法对薄层的分辨能力随着偏移距的增大先呈线性递减后逐步趋于稳定,同时所需的观测时间也逐渐增大; 分辨能力的衰减速率随着电阻率及埋藏深度的增大逐渐减弱。综上所述,采用较小的偏移距进行数据采集,不仅有利于提高勘探精度,也能相应地提升勘探效率。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 731 736 2684912 雷康信<sup>1,2,3</sup>,薛国强<sup>1,2,3,4*</sup>,陈卫营<sup>1,2,3</sup>,周楠楠<sup>1,2,3</sup> 轴向各向异性地-井瞬变电磁三分量响应特征 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006004 基于三维时域有限差分算法,引入电导率张量构建控制方程,采用空间上后向差分、时间上中心差分进行离散,以电流密度的形式加入安培环路定理实现电流源的加载,通过轴向各向异性三维瞬变电磁正演研究地层电导率轴向各向异性对地-井瞬变电磁(BHTEM)三分量响应的影响规律。同时,与各向异性半空间模型一维解析解对比验证算法的准确性,然后建立各向异性三维模型并计算其回线源地-井瞬变电磁三分量响应特征。结果表明:在地表激发条件下,水平轴电导率各向异性对地-井瞬变电磁三分量响应的影响大于垂直轴电导率各向异性; x轴各向异性对B<sub>y</sub>/t分量响应影响大于y轴各向异性,y轴各向异性对B<sub>x</sub>/t分量响应影响大于x轴各向异性。研究成果为地-井瞬变电磁各向异性数据解释提供指导,也为地-井瞬变电磁各向异性反演奠定基础。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 737 748 10668529 郭建磊<sup>1,2</sup>,姜涛<sup>1</sup>,郭恒<sup>1</sup>,宁辉<sup>1</sup>,刘航<sup>1</sup> 任意形状水平电性源瞬变电磁全区视电阻率计算 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006005 传统电性源瞬变电磁法的资料解释多采用反函数迭代法计算长直导线源的全区视电阻率,该方法计算效率低,适用性有限。考虑到野外实际工作中水平接地导线源形状可能发生变化,给出了一种适应于复杂电性源发射的全区视电阻率定义方法。首先,利用电偶极子叠加原理得到了任意形状水平电性源瞬变电磁场的表达式; 接着,研究了均匀半空间下磁场强度及其时间导数的平移特性,通过理论公式推导给出了基于两种方式定义的全区视电阻率计算方法,该方法无需迭代,计算精度高、速度快; 最后,通过设计几种不同的地电模型,验证了用该方法求取全区视电阻率的可行性及有效性。结果表明:全区视电阻率能够很好地反映目标体的地电断面信息,对于低阻异常体的分辨能力要明显优于高阻异常体; 相比于磁场强度,用磁场强度时间导数定义的全区视电阻率有更大的异常幅值,且更接近地层的真实电阻率; 另外,全区视电阻率只与地层的电性结构特征有关,与装置的收发距无关。在对陕西省渭南市华州区华阳乡的实测数据处理中,将观测的二次感应电压转换成磁场强度时间导数,再运用平移算法求取全区视电阻率,取得了较好的应用效果。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 749 758 5218148 商天新<sup>1</sup>,张继锋<sup>1*</sup>,冯兵<sup>1</sup>,刘长生<sup>2</sup> 钻孔瞬变电磁拟地震反演方法在露天煤矿采空区精细探测中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006006 露天开采煤矿地下存在大量小煤窑采空区,严重威胁煤矿生产安全和人员生命安全。受露天煤矿地表工作环境影响,常规物探手段探测采空区精度较差,而钻孔瞬变电磁探测是一种精度较高的探测方法,属于一种动源动接收的工作方法。为提高资料处理精度,应用滑动时窗波场反变换算法对数据进行高精度波场转换,采用共轭梯度法研究了针对瞬变电磁虚拟波场数据的拟声波介质全波形反演算法,实现了钻孔瞬变电磁数据的拟地震反演,计算了三维数值模型数据的反演结果,并对钻孔径向的小规模低阻异常体取得了良好的成像效果。结合山西朔州地区某露天煤矿的工程实践,对该方法精细探测积水采空巷道形态、性质和规模的实用性和有效性进行了检验。结果表明:钻孔瞬变电磁探测方法是矿井物探与钻探的有机结合与相互补充,拟地震反演方法能够有效应用于露天煤矿采空区的精细解释。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 759 766 3526018 范涛<sup>1,2</sup>,李鸿泰<sup>3</sup>,郭建磊<sup>1,2</sup>,李博凡<sup>1</sup>,赵睿<sup>1</sup>,王冰纯<sup>1</sup>, 姚伟华<sup>1</sup>,李宇腾<sup>1</sup>,刘磊<sup>1</sup> 高密度电法与音频大地电磁法在城市输水隧洞勘察中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006007 为避免在建造浙江省某大型输水隧洞时发生地质灾害,通过高密度电法与音频大地电磁法相结合以查明浅部覆盖层厚度、基岩风化厚度及断裂破碎带构造。采用高密度电法探测浅层地下含水裂隙带的异常形态及岩体的稳定性,部分区域通过音频大地电磁法推断出深部地质断裂构造位置。依据前期地质资料,建立了相应地电模型,通过对模型响应数据进行反演试算,发现这两种方法相结合具有可行性,能精确反映地下不同深度的地质情况,探测结果能为后期设计和施工提供参考依据。实测数据反演结果显示:地层上部杂填土、含砾粉质黏土、碎石夹黏土等厚1~15 m; 高密度电法识别出6条断裂发育带的位置,倾角为56°~75°,影响宽度为10~15 m; 音频大地电磁法识别出一处断裂发育带,影响宽度约为15 m; 裂隙发育带、构造破碎带对岩体完整性破坏较大,强度受软弱结构面控制,易受地下水作用影响,浅部岩体稳定性较差,电阻率表现为低阻特征并向下延伸。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 767 775 6270213 叶益信<sup>1</sup>,杜家明<sup>1</sup>,薛海军<sup>2</sup>,艾正敏<sup>1</sup>,姜奋勇<sup>1</sup>,黄远生<sup>1</sup> 地空时间域电磁系统在陕西神木地区煤矿采空区勘查中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006008 为实现陕西神木地区哈拉沟煤矿周边小煤矿采空区的精确定位,采用地空时间域电磁系统在哈拉沟煤矿三盘区附近原小煤矿可能开采范围开展勘查工作。利用电源车集成的大功率地面发射系统,搭配基于旋翼无人机的单分量地空电磁信号接收系统,共采集23条测线的电磁数据。经数据处理后,得到勘查区内地下视电阻率与视深度的高分辨率成像剖面,结合已知钻孔资料综合分析,推测勘查区对应地下煤层位置的低阻带是由煤层积水采空区造成,据此共圈定了8处疑似积水采空区,其中5处为相对低阻异常区域,分布于勘查区中南部、中部以及东北部区域。本次探测工作验证了地空时间域电磁系统在煤矿采空区勘查中的有效性,能够为工作面合理布置和采空区治理等提供可靠的地质信息。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 776 783 7959076 王振荣<sup>1</sup>,程久龙<sup>2*</sup>,宋立兵<sup>1</sup>,滕飞<sup>3</sup>,李果<sup>1</sup>,杨茂林<sup>1</sup>,陈永亮<sup>1</sup> 高密度电法与瞬变电磁法联合勘查河北承德地区基岩裂隙水 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006009 缺水基岩山区的找水定井难度较大,单一地球物理方法很难达到准确找水的目的。为了弥补高密度电法探测深度浅,受地形影响较大等问题,采用高密度电法联合瞬变电磁法对基岩山区地下水进行探测,高效经济地实现山区地下水资源精准勘查。在探讨高密度电法和瞬变电磁法的基本原理和联合探测可行性的基础上,介绍了联合探测的找水前提和依据,结合河北承德地区基岩山区地下水勘查的工程应用,讨论了地形对高密度电法的影响,分析了两种方法的联合探测结果,综合两者低阻异常对应区域最终确定了基岩裂隙含水区,并通过钻孔验证了综合地球物理技术在基岩山区找水的有效性,为今后在类似地质条件地区基岩裂隙水的勘查提供了理论和实践依据。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 784 790 3679770 王瑞丰<sup>1,2</sup>,温来福<sup>3,4</sup>,程久龙<sup>3*</sup>,陈志<sup>3</sup>,焦俊俊<sup>3</sup>,申国强<sup>2</sup> 高密度电法在陕西泾阳地区黄土台塬地下水位探测中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006010 黄土滑坡灾害与地下水位、黄土含水率有一定的关系,查清地下水位分布对黄土滑坡的预测与稳定性分析具有重要意义。基于高密度电法摸清陕西泾阳南塬黄土台塬地下介质电阻率分布情况,研究地下黄土含水率、视电阻率、视电阻率垂向导数与深度的关系,并推测勘查区地下水位线分布情况。结果表明:当地下某一深度黄土含水率为30%左右,视电阻率为30 Ω·m左右,且视电阻率垂向导数达到峰值时,可推断出该深度存在地下水位线。因此,在黄土滑坡灾害的预测与分析中,基于高密度电法,将含水率、视电阻率、视电阻率垂向导数与深度的关系作为判断依据,可以较为准确地确定地下水位的深度。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 791 800 7411501 白旸,冯兵<sup>*</sup>,张继锋 陕西凤太矿集区深部铅锌矿产资源潜力及地球物理找矿方向 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006011 随着近20年的铅锌矿业开发,陕西凤太矿集区各大中型矿山将面临资源枯竭的困境。甘肃西成矿集区近年通过物探方法寻找到郭家沟隐伏铅锌矿体,表明物探方法对于深部找矿意义重大。从地质和地球物理角度综合研究,以凤太矿集区古岔河向斜为界,总结了南、北两侧的铅硐山—东塘子、银硐梁、八方山—二里河等大型铅锌矿床,手搬崖、峰崖、黑崖、银母寺等中型铅锌矿床以及多处小型矿床和矿点的铅锌矿体产出特征、形态特征及其赋存特征、控矿因素、物探识别标志。以银母寺铅锌矿床深部广域电磁法异常验证见到含铜矿化体,杨家湾铜矿点深部瞬变电磁法异常验证见到铜矿体,及二里河铅锌矿床深部短偏移距瞬变电磁法推断出寻找铅锌矿较好地段等3种地球物理方法技术的深部找矿实例,结合铅锌矿的空间分布规律,认为矿集区内铅硐山—水柏沟背斜西段、尖端山—八方山背斜东段、银母寺—大黑沟背斜西段等已知矿床的深部延伸部位,及含矿背斜旁侧更次一级具有找矿潜力的隐伏背斜成矿有利新区(如铅硐山—水柏沟背斜西段两侧区域、银母寺—大黑沟背斜西段两侧区域、尖端山—八方山背斜两侧区域)为铅锌矿地球物理找矿方向。同时,综合比较各种物探方法在凤太矿集区中的应用,建议选用长剖面或面积性的广域电磁法开展深部找矿。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 801 818 10164342 王备战<sup>1</sup>,王瑞廷<sup>2,3*</sup>,王宏宇<sup>1</sup>,张革利<sup>4</sup>,李青锋<sup>2</sup> 古太平洋板块早侏罗世俯冲作用:来自吉林延边和龙地区辉长岩年代学和地球化学记录 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006012 吉林延边地区位于兴蒙造山带南缘东段,是古亚洲洋构造域和环太平洋构造域叠加与改造的地区。为确定吉林延边和龙地区沙松顶子辉长岩侵位时代和成因,探讨其大地构造背景,对沙松顶子辉长岩进行了岩相学、锆石U-Pb年代学、Hf同位素和地球化学分析。结果表明:沙松顶子辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb加权平均年龄为(175.6&#177;1.1)Ma,为早侏罗世晚期; 辉长岩具低Si、高Al特征和较高的Mg<sup>#</sup>值,并含有较高的Cr、Ni、V、Co和Sc含量,Zr/Hf和Ba/Rb值具有幔源岩浆岩的特征,Nb/U值接近大陆地壳,反映沙松顶子辉长岩原始岩浆在上升过程中有陆壳物质的加入; 辉长岩稀土元素总含量较低,弱富集轻稀土元素,富集大离子亲石元素Cs、K、Sr等,亏损Nb、Ta等高场强元素,具有正Eu异常,地球化学特征表现出俯冲环境下形成的基性岩浆岩特征; 辉长岩具有显著亏损的Hf同位素组成特征,ε<sub>Hf</sub>(t)为2.5~7.0,均为正值,说明辉长岩原始岩浆应起源于高度亏损的地幔。综上所述,沙松顶子辉长岩形成于古太平洋俯冲作用下活动大陆边缘的构造环境,其原始岩浆可能来源于亏损地幔,并遭受俯冲板片析出流体的交代作用和地壳物质的混染。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 819 832 8364329 张超<sup>1,2</sup>,王路远<sup>1</sup>,耿瑞<sup>3</sup>,刘正宏<sup>2,4</sup>,张乐彤<sup>5</sup> 鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统延安组地质特征及铀成矿条件 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006013 鄂尔多斯盆地是中国砂岩型铀矿的重要产区,赋矿岩层主要为中侏罗统直罗组下段砂岩层,其下部中侏罗统延安组研究程度较低,找矿成果不显著。对鄂尔多斯盆地东北部中侏罗统延安组沉积体系、砂体、层间氧化带、岩石矿物学及铀赋存形式等进行了系统分析。结果表明:延安组属于河流-三角洲沉积体系,自下而上可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共5个岩段。其中,Ⅰ、Ⅴ岩段分别为辫状河相和曲流河相沉积的河道砂体,发育厚度大,透水性及连通性好,利于成矿; Ⅰ、Ⅴ岩段发育较好的层间氧化带,在氧化带前锋线附近有不同程度的铀矿化,并且铀矿化以微粒状、短柱状的铀石为主。综合分析铀矿物质来源、砂体、古气候、水文地质等条件,认为中侏罗统延安组具备铀成矿条件,尤其是Ⅰ、Ⅴ岩段氧化-还原过渡带中的灰色砂体具有较大成矿潜力。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 833 848 16145681 李瑞霜<sup>1,2</sup>,刘战庆<sup>1*</sup>,杨胜富<sup>2</sup> 黄土高原变绿对黄河中游延河流域径流演变的影响估算 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202006014 近年来,黄土高原变绿对黄河中游,特别是黄土高原的径流演变扰动显著且影响强烈,估算其影响对保障区域水安全与黄河流域高质量发展意义重大。基于1959~2016年黄河中游延河干流延安水文站控制流域(以下简称“延河流域”)径流量及同期面降水量,识别了径流演变的变异年份,分析了径流与降水和土地利用/覆被变化间的响应关系,定量估算了黄土高原变绿对延河流域径流非一致性变化的影响。结果表明:延河流域在1970、1996年发生了径流变异,总体呈现衰减趋势; 若以1970年之前径流过程为参照基准,则可得统计期内降水变化导致径流减少2.8&#215;10<sup>8</sup> m<sup>3</sup>,贡献率为18.1%; 1971~1995年,延河流域径流主要受以水利工程建设为主导的人类活动影响,驱动径流减少4.75&#215;10<sup>8</sup> m<sup>3</sup>,贡献率为30.6%,之后径流变化由新增人类活动和植被恢复为主导的黄土高原变绿联合驱动,贡献率分别为3.7%和47.6%。综上所述,黄土高原变绿正在成为驱动延河流域径流减少的主要因素,潜在威胁着黄土高原未来的水资源安全与社会发展。 2020年11月15 00:00 2020年第06期 849 860 6140696 夏岩<sup>1,2</sup>,张姝琪<sup>3</sup>,高文冰<sup>1,2</sup>,张洪波<sup>3,4*</sup>,郭路<sup>1,2</sup>