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深度学习在地球物理中的应用现状与前景
王昊, 严加永, 付光明, 王栩
地球物理学进展    2020, 35 (2): 642-655.   DOI: 10.6038/pg2020CC0476
摘要812)   HTML37)    PDF (4281KB)(417)    收藏

深度学习是机器学习的一个分支,是使用低维特征组合来表示高维特征组合,包含多重复杂结构或多个非线性变换的多个处理层对数据进行高维抽象的一种算法.深度学习的自我学习和适应能力使它在计算机视觉、语音识别、金融等领域得到了广泛应用.为分析深度学习在地球物理领域的应用前景,本文在介绍深度学习概况的基础上,结合实例分析了深度学习在地震探测定位、大地电磁数据处理、航空电磁数据解释等领域的应用现状.发现深度学习在处理海量数据在并行处理、进行模式识别特征提取、数据预测等方面都有巨大的优势.随着三维探测逐渐成为地球物理勘探主流趋势,必将产生海量数据,涉及大型计算和反演,深度学习在地球物理探测中应用将更加广泛.

声波远探测技术概述及发展
董经利, 许孝凯, 张晋言, 翟勇, 晁永胜, 张卫峰
地球物理学进展    2020, 35 (2): 566-572.   DOI: 10.6038/pg2020CC0180
摘要528)   HTML8)    PDF (6586KB)(182)    收藏

常规测井项目探测井外信息较浅,难以反映地质异常体距井外较远距离发育情况.声波远探测技术提出已近30年,商业化研究也有10余年,可以对井外数十米甚至上百米范围进行探测,该技术产生大大丰富了研究领域,已经发展成一种油气勘探行业中不可缺少的先进技术.声波远探测测井主要可以分为单极子反射纵波远探测和偶极子反射横波远探测,其中,单极子反射纵波远探测以斯伦贝谢为代表,偶极子反射横波由贝克休斯为代表,本文在描述了声波远探测基本概念的基础上,分别对两种远探测方法从国内外发展角度进行了概述,概述内容主要方面有:基本原理发展过程、仪器研发思路、处理方法改进及相关难点,对各科研院所及单位的研发现状进行总结,对偶极子反射横波远探测的优势进行了说明.通过油田应用情况进行分析,概括了远探测测井的主要作用,对偶极子远探测技术最新进展及相关应用实例进行了阐述,最后在分析远探测技术发展现状和趋势基础上,给出应用前景展望.

基于LSTM循环神经网络的储层物性参数预测方法研究
安鹏,曹丹平,赵宝银,杨晓利,张明
地球物理学进展    2019, 34 (5): 1849-1858.   DOI: 10.6038/pg2019CC0366
摘要474)   HTML14)    PDF (6173KB)(188)    收藏

储层物性参数是反映储层油气储集能力的重要参数,表征了不同地质时期的沉积特征.地球物理测井参数由深及浅反映了不同地质时期的声、放、电等沉积特征,因而测井参数和泥质含量(孔隙度)之间有很强非线性映射关系,并具有时间序列特征.充分利用多种测井参数预测储层泥质含量和孔隙度对于储层精细描述具有十分重要的意义.深度学习技术具有极强的数据结构挖掘能力,目前,全连接的深度神经网络已经在泥质含量预测进行了初步尝试并取得了较好的效果.而长短时记忆(LSTM)循环神经网络更适合解决序列化的数据问题,因此本文提出基于LSTM循环神经网络利用多种测井参数进行泥质含量和孔隙度预测的方法,预测结果的均方根误差比常规全连接深度神经网络分别下降了42.2%和48.6%,实际应用表明,对于具有序列化特性的泥质含量和孔隙度,LSTM循环神经网络预测的准确性和稳定性要明显优于常规全连接深度神经网络.

智绘地质——一种基于MapGIS的地质编图智能化系统
何文娜,朱长青,王永志,李仰春,孙仁斌,陈圆圆,蒋作瑞
地球物理学进展    2019, 34 (5): 2030-2036.   DOI: 10.6038/pg2019DD0433
摘要465)   HTML6)    PDF (5488KB)(107)    收藏

传统地质编图重复性工作量大、生产周期长、数据质量难以保证.为了提升地质编图的工作效率、提高数据质量,中国地质调查局瞄准国际地质信息化领域一直关注的智能地质编图问题,将MapGIS、制图标准、计算机软件、数据库、人工智能等技术有机融合,研制了一款地质调查综合智能编图系统——智绘地质(iMapower).智绘地质以地质专家知识为主线,通过专家有限参与的人机交互处理模式,对原地质图数据进行多种智能化的地图综合处理(如合并、简化、融合、圆滑等),能辅助快速完成大数据量的各种比例尺的地质图缩编及专题图制作.智绘地质在新版150万和250万地质图生产中使用,经实践证明该软件可至少节省65%~75%的编图工作时间,能极大减轻编图人员工作压力,有效提高成果的数据质量.MapGIS版的iMapower已面向全社会提供服务,可为地质调查、资源规划、灾害应急及生态保护等领域的多功能图件编制提供技术支撑.

基于最大似然属性的断层识别方法及应用
甄宗玉, 郑江峰, 孙佳林, 龚敏
地球物理学进展    2020, 35 (1): 374-378.   DOI: 10.6038/pg2020CC0515
摘要456)   HTML9)    PDF (2259KB)(162)    收藏
断层识别是断块型油气田勘探开发的重要研究内容,尤其是在复杂断块油气田的勘探开发中,准确合理的断层识别是落实油气田构造和确定注采井网的关键因素.方差体、相干体、曲率属性等常规方法在断层识别中发挥着重要作用,但在复杂断裂发育区地震资料品质较差,常规方法分辨率较低从而无法准确识别断层组合关系.基于相似系数改进的似然属性在已知断层倾向和倾角时可以精确表征断层,但由于断层的倾向和倾角是未知的,因此可以采用断层倾向和倾角扫描的方法计算最大似然属性来表征断层.本文对比分析了相似系数和最大似然属性的原理;并将最大似然属性应用于模型正演数据和实际地震数据进行断层识别分析,结果表明,最大似然属性在剖面上更符合断层展布特征,在平面上断层组合关系更加清晰,在断层识别上具有较好的应用效果.
短周期密集台阵被动源地震探测技术研究进展
张明辉, 武振波, 马立雪, 郑凡, 解桐桐, 郑孟杰, 侯爵, 刘有山, 张永谦, 徐涛, 白志明
地球物理学进展    2020, 35 (2): 495-511.   DOI: 10.6038/pg2020EE0022
摘要421)   HTML22)    PDF (14325KB)(307)    收藏

近十年来,短周期密集台阵被动源探测技术日益成长为国内外深部结构探测领域的一项重要手段.该技术相较于传统宽频带地震探测具有高分辨、省时省钱、绿色环保等优点.尽管低频信号不足,对岩石圈地幔以深结构探测能力有限,但密集的台站间距使得地壳精细结构成像成为可能;台阵下方不同方位射线形成密集的交叉覆盖,从而可通过反演和叠加偏移等手段获取稳定的壳幔结构图像.因此,短周期密集台阵探测技术已广泛应用于深部速度和界面结构成像,以及矿产资源勘查、火山活动监测、微震精定位、发震断层的几何学和运动学特征研究等多种不同领域.本文系统的总结了短周期密集台阵在地壳结构研究和微震定位检测等方面的研究进展.展望未来,以科学问题为导向,利用天然地震及背景噪声观测、重力测量、InSAR数据、GPS测量等多种地球物理数据,开展联合反演和成像,并提取研究对象的多属性特征正日益成为减少解的非唯一性、揭示地质体真实赋存状态的有效途径;该领域方法技术的迅速提升有望大大促进地震学及地球动力学研究,在深部结构成像、矿产资源勘查等领域具有广阔应用前景.

海底节点(OBN)地震勘探:进展与成果
吴志强, 张训华, 赵维娜, 祁江豪, 朱晓青, 田振兴
地球物理学进展    2021, 36 (1): 412-424.   DOI: 10.6038/pg2021EE0029
摘要418)   HTML9)    PDF (5428KB)(142)    收藏

海底节点(OBN) 在有效弥补拖缆地震(TS)的勘探盲区、提供多波和宽方位角数据、定点和重复性等方面具有优势,成为海洋地震勘探的新技术方法.近十年来,OBN勘探技术和装备得到了快速发展,节点地震仪的性能进一步被优化,海底工作的时间和水深得到大幅度提升;智能自动化节点地震勘探系统走向实用,显著地提高了采集工作效率;针对OBN资料的特点,目前已研发了位置校正、上行/下行波场分离、镜像偏移、PS波成像与速度建模等处理方法,提高了成像品质,推动了OBN地震勘探在海洋油气田调查、地震识别和油气藏开发过程中的动态监测(4D)等方面的应用进程.本文重点介绍了OBN方法原理、工作特点、发展历程和应用实例,分析了OBN技术的发展方向.

分布式光纤声波传感器及其在天然地震学研究中的应用
张丽娜, 任亚玲, 林融冰, 宋政宏, 曾祥方
地球物理学进展    2020, 35 (1): 65-71.   DOI: 10.6038/pg2020DD0384
摘要415)   HTML18)    PDF (1684KB)(212)    收藏
分布式光纤声波传感器(Distributed Acoustic Sensing, DAS)是近年来兴起的超密集地震观测系统,具有一系列观测密度高、观测成本低、耐受恶劣环境等优势,在油气行业得到了广泛应用,也引起了天然地震学界的关注.本文简要回顾了DAS系统的测量原理、发展历程、技术方案、介绍了测量原理及其响应特性,然后围绕多个观测实验,介绍浅部结构成像、深部结构探测和地震监测三个方向的典型应用实例,最后讨论了DAS系统在天然地震学研究中应用面临的挑战和发展趋势.
中国直升机航空瞬变电磁探测技术进展
武欣,薛国强,方广有
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1679-1686.   DOI: 10.6038/pg2019CC0312
摘要412)   HTML5)    PDF (1911KB)(124)    收藏

直升机瞬变电磁法(Helicopter-borne Transient Electromagnetic Method, HTEM)是一种基于直升机平台的瞬变电磁探测方法,能够有效克服地面工作难以快速开展的地形地貌条件限制,具有高效、经济等特点.近年来,我国多家单位密切跟踪国际HTEM发展趋势,先后研制出CHTEM及CAS-HTEM等HTEM系统,打破国外技术封锁,填补国内技术空白,有力地推动了我国航空电磁探测方法、技术及装备的发展.本文以HTEM探测关键难点问题为切入点,重点介绍我国近年来在HTEM系统研发、数据处理方法及成像反演方法研究等方面取得的最新进展,并对我国HTEM方法技术发展做出展望,以期促进我国在该领域的研究与应用向更高层次发展.

主动源OBS探测技术及应用进展
刘训矩,郑彦鹏,刘洋廷,华清峰,李先锋,李祖辉,马龙
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1644-1654.   DOI: 10.6038/pg2019CC0243
摘要408)   HTML2)    PDF (2987KB)(89)    收藏

海底地震仪(OBS)是一种将检波器放在海底的地震观测装置,能够记录地震产生的P、S波,既能用于天然地震(被动源)观测,又能用于海上人工地震(主动源)勘探.近年来OBS发展迅速,世界上很多国家都对其进行了研发并应用到了实际的地震勘探中.主动源OBS数据处理流程主要包括数据格式的转换、二次定位、时差校正、基准面校正、水平(XY)分量旋转、波场分离、增益恢复、滤波、反褶积、P波、PS波速度分析、偏移成像等.主动源OBS探测技术广泛应用于天然气水合物、油气资源勘探和海洋工程与海底深部结构调查等方面.在水合物与油气勘探中,通过纵横波联合反演,查明速度异常与水合物层、游离气层或含油气层的关系,更好的圈定储层的范围;在海洋工程调查中利用Scholte波对海底沉积物进行成像,并利用成像结果对其进行评价,以减少工程建设中海底活动造成的损害;在海底深部结构研究中,主动源OBS探测为深部地壳与地幔速度结构分析、海底构造活动和盆地演化等方面的研究提供了良好的数据,弥补了以往方法的不足,为后期的地质地球物理解释工作奠定了基础.今后随着仪器的发展和数据处理技术的进步,OBS在以后的地球物理勘探中必将发挥更大的作用.

基于卷积神经网络的智能化地震数据插值技术
郑浩, 张兵
地球物理学进展    2020, 35 (2): 721-727.   DOI: 10.6038/pg2020DD0013
摘要396)   HTML12)    PDF (5189KB)(195)    收藏

地震数据通常存在数据缺失问题,严重影响地震数据各个处理环节,需采用适当的手段对其重构.本文提出了一种基于深度学习卷积神经网络(CNN)的智能化地震数据插值技术.算法的关键在于构建一个适用于地震资料插值的CNN模型,该技术以缺失地震数据作为输入层,由卷积算法提取地震数据的特征信息,并通过池化层实现数据压缩降维,同时引入修正线性函数(ReLU)提高模型的非线性表达能力,再通过反卷积层恢复数据尺寸,最终搭建卷积自编码器模型(CAE),实现数据-数据的映射关系.该模型通过残差学习获得缺失数据特征并实现重构数据输出,与现有技术相比,该方法采用自监督学习方式,利用大量数据训练卷积自编码器模型,通过所得模型实现缺失地震道的数据重构.分别利用CAE模型及POCS插值技术对模型资料和实际数据进行插值,测试结果表明,CAE能有效实现地震数据插值,且与POCS方法相比具有更高的精度,验证了算法的可行性和有效性.

天然气水合物地球物理勘探技术的应用及发展
景鹏飞,胡高伟,卜庆涛,徐华宁
地球物理学进展    2019, 34 (5): 2046-2064.   DOI: 10.6038/pg2019CC0259
摘要395)   HTML10)    PDF (6131KB)(181)    收藏

天然气水合物是一种广泛分布于全球、能量密度高、具有极高资源价值的新型清洁能源,因而成为油气勘探界长期研究的热点.本文基于ICGH-9(第九届国际天然气水合物会),结合相关文献资料对天然气水合物地球物理方法及其取得的进展进行综述.内容主要包括地震勘探、海底地震仪(OBS)、地球物理测井、海洋电磁法、地质雷达以及室内声学研究在水合物相关的地质构造(麻坑、泥火山、底辟构造、气烟囱、大型海底滑坡及地质体)、地震识别和处理、地震属性分析与提取技术、天然气水合物及游离气饱和度计算、水合物模拟实验等方面取得的进展.提出地震勘探、地球物理测井技术目前在水合物地球物理勘探中具有勘探精度高、分辨率高等优势,海洋电磁技术因对烃类气体、薄层及薄互层识别困难而逐渐成为了辅助手段,建议在下一步勘探中:①在当前集中于近海底研究的基础上,开展对海底表面、海水甚至海面都进行有效的系统性调查;②建立海洋地震勘探、可控源电磁法、地球物理测井、数据采集、数据处理、数值模拟、异常分析、成像技术等一体化系统;③结合地震、地质、岩性等资料对水合物生产动态进行数值模拟计算,带入储层岩性及地质结构特征参数、储层温压状态参数、水合物藏的储量等参数,结合岩石物理模型、地温梯度参数、水合物相平衡条件以及常规产气速率等,对不同开采方式或者多种方式联合使用情况下,模拟生产对天然气水合物储层的物性影响、引起的环境效应以及最高产气量等多种响应.

探地雷达在城市道路塌陷隐患探测中的应用
郭士礼,段建先,张建锋,李修忠
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1609-1613.   DOI: 10.6038/pg2019CC0438
摘要383)   HTML8)    PDF (2699KB)(212)    收藏

为预防城市道路塌陷,需要对其进行快速、全面、定期体检,探测出可能诱发道路塌陷的深层隐性病害.探地雷达法具有精度高、效率快、连续无损、实时成像等优点,是目前城市道路塌陷隐患探测的主要方法.本文在分析道路塌陷主要诱因的基础上,提出了探地雷达探测的重点区域及其测线布置原则,讨论了采集参数设置及其数据采集质量的评判方法,研究了正常道路、典型干扰源和典型道路隐性病害的地球物理特征及其对应的探地雷达波组特征,结果表明:空中电缆线的绕射波双曲线曲率小,两翼缓而长,地下管线的绕射波双曲线曲率大,两翼陡而短,易于识别和剔除;依据探地雷达反射波的动力学特征,如相位变化、振幅强弱、波形杂乱程度等信息,可以准确识别地下病害的类型,圈定其位置、埋深和范围,评价其风险等级,为采取针对性的处治修复措施,及时消除塌陷隐患提供依据和指导.

地震波射线追踪方法综述——方法、分类、发展现状与趋势
邴琦, 孙章庆, 韩复兴, 王生奥
地球物理学进展    2020, 35 (2): 536-547.   DOI: 10.6038/pg2020DD0003
摘要371)   HTML11)    PDF (2548KB)(225)    收藏

地震波的走时与射线路径是地震数据处理技术中重要的参数,它们的计算精度、效率、稳定性等特性直接决定着偏移成像、层析成像、速度分析等地震数据处理技术的各种特性.为了更加清楚地认识、发展和利用这一类方法,本文首先对地震波射线追踪问题进行了简要概述;其次,阐述了主要的射线追踪方法的相关内容;然后,对射线追踪方法进行了分类;最后,详细阐述了射线追踪的发展现状与趋势,并给出相应的结论与讨论.

ISC-GEM地震目录的产出
李保昆,冯向东,万永革,DomenicoDiGiacomo,黄辅琼,马延路
地球物理学进展    2019, 34 (5): 1770-1775.   DOI: 10.6038/pg2019CC0344
摘要351)   HTML14)    PDF (1841KB)(69)    收藏

ISC-GEM地震目录是ISC发布和管理的一份全新的、基于仪器记录的全球中强震地震目录,于2013年首次发布.截至2018年2月,该目录从1900—2014年,跨越115年的时间尺度,共计28000余条地震,其中中国陆地区域的地震近千条.ISC-GEM地震目录的产出过程中,收集了1900年以后共百余年的观测数据,截至2018年6月,可用的地震波到时数据达20000000余条,振幅数据达6000000余条.目录中的所有地震经过两步法重新定位: EHB方法确定震源深度,ISCloc修定震中和发震时间.矩震级是唯一的震级标度,采用直接计算或由其他震级(MSmb)转换的方式而获得.

GRACE月时变模型缺失值的填补方法与精度分析
陈智伟, 张兴福, 周波阳, 崔家武
地球物理学进展    2020, 35 (3): 815-822.   DOI: 10.6038/pg2020DD0178
摘要347)   HTML21)    PDF (11005KB)(172)    收藏

长时间序列的GRACE时变重力场对研究全球地表质量变化具有重要的意义.部分月份的GRACE卫星观测数据质量不佳导致了相应月份的时变重力场模型缺失,为了保持时变重力场模型的连续性,可采用一定的插值方法填补.本文以ITSG-Grace2016时变重力场模型序列为研究对象,详细分析了三次样条插值、三次埃尔米特插值和三次多项式插值等3种方法用于填补GRACE时变模型序列的精度,实验结果表明:(1)利用3种插值方法获取空缺1个月或连续空缺2个月的时变重力场模型时,插值时变模型与实测时变模型比较,阶误差均较小,且三次埃尔米特插值的精度稍好;(2)利用插值时变模型分析区域质量变化时,在空缺1个月数据的情况下,插值时变模型与实测时变模型符合度较高,但在连续空缺2个月数据的情况下,插值时变模型与实测时变模型的计算结果差异较大,说明利用阶误差评定模型精度具有一定局限性;(3)对区域质量变化的趋势项进行分析时,区域质量变化的复杂程度决定了模型内插的精度,当时间序列的长度在3年或3年以上时,插值时变模型的精度对区域质量变化分析的影响较小.在分析区域质量变化时,三次样条插值方法的插值结果与实测结果更为接近,建议采用该方法填补GRACE月时变重力场模型的缺失值.

干热岩勘探过程中地球物理方法技术应用探讨
杨冶,姜志海,岳建华,刘树才
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1556-1567.   DOI: 10.6038/pg2019CC0276
摘要346)   HTML5)    PDF (7097KB)(282)    收藏

干热岩(Hot Dry Rock,HDR)地热资源又称作增强型地热资源(Enhanced Geothermal Resources,EGS),是地热资源的重要组成部分.目前国际上非常重视干热岩地热的勘探开发,干热岩地热资源在今后清洁能源开发中潜力巨大,研究干热岩对于环境保护、能源利用、国家发展都具有重大的意义.本文回顾了国内外干热岩勘探开发现状;简要分析干热岩岩体地球物理特征;结合我国干热岩勘探实例总结了常用的干热岩勘探方法及存在的问题.在干热岩勘探开发过程中,经济有效地选择合适的干热岩靶区是关键.通过对我国干热岩靶区勘探方向及方法选择的探讨,概括了我国目前圈定干热岩靶区的探测方法,说明了地球物理勘探方法在干热岩开发环节中的重要性.希望通过本文的概述,读者能够对地球物理方法勘探干热岩有初步的认识,以期本文对干热岩地热资源开发勘探有一定指导作用.

重震联合反演方法及其应用进展
张佩,宋晓东,熊奥林
地球物理学进展    2019, 34 (5): 1818-1825.   DOI: 10.6038/pg2019CC0223
摘要341)   HTML7)    PDF (890KB)(209)    收藏

地球物理反演是探索地下结构的最佳途径之一.地震波可以穿透到地球深部进行直接采样,是探测地球深部的主要方法.重力是结构体密度分布与地表观测点之间距离的体积积分效应,重力异常随着源深度的增加衰减很快,其对浅部结构的灵敏度明显优于地震数据.地震和重力联合反演能够相互补充和约束,提高空间分辨率,使反演结果更加稳定可靠.本文首先介绍了联系地震和重力数据的速度-密度经验关系,随后分别介绍了重震联合反演的3种常用方法—顺序反演、同步反演和交叉梯度反演,简要阐述了各种方法在国内外的应用情况.分析认为顺序反演将两类数据分开独立进行计算,原理简单,易于操作实现.但是该方法依赖于先验模型和速度-密度经验关系,可能存在分辨率较低区域(如模型边界)的误差放大效应.同步反演采用将地震和重力数据放在同一方程组中同时反演的策略,减弱了单一数据先验模型对结果的影响,但两种数据的同时运用势必引入数据权重分配问题.交叉梯度寻求不同物理参数模型在结构上的相似性,对潜在的岩石物性关系做了最少的假设,一定程度上降低了反演的非唯一性,但强制性地匹配模型的结构不一定完全符合地下介质的物性分布.因此使用交叉梯度方法反演时应注意模型的推导需要遵循客观标准,以控制模型的结构相似性和数据拟合度.最后指出重震联合反演中的速度-密度经验关系和数据的权重分配仍是值得探究的问题.

探地雷达逆时偏移成像方法研究现状及进展
王敏玲,梁值欢,王洪华,龚俊波,张智,熊彬
地球物理学进展    2019, 34 (5): 2087-2096.   DOI: 10.6038/pg2019CC0169
摘要333)   HTML6)    PDF (1480KB)(172)    收藏

基于双程波动方程的逆时偏移相比于传统的单程波偏移,具有原理简单、成像精确且无倾角限制、适应任意复杂速度模型等诸多优点,在探地雷达(GPR)高精度成像领域得到广泛关注.本文首先回顾和总结了逆时偏移方法在GPR成像领域的研究现状及其存在的问题.然后,分别从多偏移距GPR数据的快速采集,复杂介质的GPR逆时偏移成像、成像条件的稳定性、成像效果的改善、计算效率的提高等方面介绍了GPR逆时偏移成像研究的最新进展及其具体的应用效果.最后对GPR逆时偏移成像的发展趋势进行了总结.

海底地下水排泄电阻率法监测技术研究进展(1998—2018年)
张琨焜,郭秀军,李宁
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1700-1706.   DOI: 10.6038/pg2019CC0284
摘要318)   HTML9)    PDF (5481KB)(77)    收藏

海底地下水排泄是陆海边界物质交换的重要过程,是陆源物质进入海洋的重要渠道.二十年来,电阻率法已经被证实可有效对该过程进行原位监测.本文归纳分析了十几个典型案例,评价了电阻率探测技术对地下水排泄过程咸淡水时空变化的监测能力和基于监测结果的排泄量计算方法.研究认为常用的海床基电阻率法、走航式电阻率法及井中电阻率法各有优缺点,但海床基电阻率法更适合开展连续监测.监测电阻率剖面可清晰、直观反映出地下水排泄过程沉积物中水体运移、混合及交换界面变化.通过建立监测电阻率变化率与盐度变化关系可进一步计算出海底地下水排泄量,计算结果与同位素示踪法估算结果在同一数量级.

基于重磁资料研究贵州省深部构造特征
屈念念,李家斌,张西君,刘俊
地球物理学进展    2019, 34 (5): 1785-1793.   DOI: 10.6038/pg2019CC0310
摘要312)   HTML24)    PDF (8084KB)(208)    收藏

贵州省在大地构造位置上属于羌塘—扬子—华南板块下的扬子陆块,受不同构造旋回期的发展演化控制,早期地质构造被掩盖,而研究深部构造有利于构造单元划分、成矿作用等研究.本文利用区域重磁资料,结合其他地质资料,利用优选向上延拓分离不同尺度重磁异常,并对不同尺度重磁异常进行归一化总水平导数垂向导数处理,提取线性构造信息,分析区内主要断裂构造特征,进行定性分析;根据分离出的大尺度重磁异常反演研究区莫霍面、居里面起伏特征,莫霍面起伏介于34~46 km之间,总体上具有西高东低的特征;居里面深度介于22~28.5 km之间,西部以坳陷区为主,东部以隆起区为主,以区内两条深大断裂为界,深部构造具有南北分带、东西分块的特征,反映出贵州省上扬子地块与江南造山带两个三级构造分区的深部构造特征差异.

基于Python对MTU和V8系列大地电磁测深仪TBL数据研究与应用
雷清,刘桂梅,王身龙,夏训银,袁航,李世斌,马为,范剑,吴晓飞
地球物理学进展    2019, 34 (5): 2065-2070.   DOI: 10.6038/pg2019CC0322
摘要310)   HTML15)    PDF (1509KB)(144)    收藏

在大地电磁测深工作中,加拿大凤凰公司MTU及V8系列仪器被广泛使用,但其在数据采集时参数设置繁琐,易引起误操作,数据处理中,仪器自带软件无法进行数据信息提取及修正的批量操作,V8及MTU-3E等类型仪器坐标格式存储错误,且数据分析及反演方面较为薄弱.由于其原始数据为特殊二进制格式,为了简化野外数据采集的操作流程、提高野外工作质量及效率,节约室内工作人员的工作时间,为数据分析及反演等软件的编写提供基础,有必要对原始数据进行详细研究.目前在大地电磁领域基于Python的应用研究较少,鉴于其众多优秀特性,通过Python对TBL文件进行研究分析后,编写程序,实现了相关功能的批量处理,修正了TBL坐标格式错误问题,为Python在大地电磁数据分析及反演中的应用研究提供思路.

等值反磁通原理瞬变电磁法探测薄层能力
龙霞, 席振铢, 周胜, 侯海涛, 王亮, 薛军平
地球物理学进展    2020, 35 (2): 753-759.   DOI: 10.6038/pg2020CC0225
摘要308)   HTML5)    PDF (2610KB)(113)    收藏

等值反磁通原理瞬变电磁法(OCTEM)的应用日益普遍.为了研究其探测能力,论文基于正演层状模型的瞬变二次磁场时间导数响应,以包含薄层的响应和不包含薄层的背景响应的相对误差作为评价指标,对比分析了不同埋深、不同厚度、不同电阻率薄层以及不同电阻率围岩等情况下的瞬变电磁响应相对异常.结果表明:OCTEM对低阻薄层较对高阻薄层更敏感,薄层与围岩电阻率差异越大,薄层厚度与埋深比越大,越容易被探测到.以响应相对异常值15%作为临界标准探讨了OCTEM方法的探测能力(薄层厚度与可探测埋深的百分比):对于低阻薄层,当与围岩电阻率比值为0.1时,OCTEM探测能力约为1.5%;对于高阻薄层,当与围岩电阻率比值为10时,OCTEM探测能力约为20%.相同情况下常规单磁源瞬变电磁法的探测能力分别为2%和25%,略低于OCTEM对薄层的分辨能力.

BDS/GPS/GLONASS多模融合伪距单点定位性能比较与分析
布金伟,左小清,周羽佳,常军,李小龙,范军
地球物理学进展    2019, 34 (5): 1707-1713.   DOI: 10.6038/pg2019BB0588
摘要306)   HTML22)    PDF (5250KB)(98)    收藏

利用最小二乘法原理推导了多系统组合伪距单点定位的数学模型.然后,对不同组合模式(BDS、GPS、GLONASS、BDS/GPS、BDS/GLONASS、GPS/GLONASS和BDS/GPS/GLONASS)的单点定位进行解算和试验比较分析.试验结果表明:多系统(BDS/GPS/GLONASS)组合单点定位与单系统相比,多系统组合具有更多的可视卫星,从而获得了较小的PDOP值,随着截止高度角的增加,可见卫星数逐渐减少,定位精度也会随之降低.然而,在观测条件恶劣、截止高度角较大情况下,单系统和双系统定位精度都较差,三系统组合仍能获得比较好的定位精度,1 d内的定位精度均在10 m以下,优于GPS单点定位精度.使其在建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值.

三维数字岩心技术岩石物理应用研究进展
赵建鹏, 陈惠, 李宁, 丁泾莉, 高建申
地球物理学进展    2020, 35 (3): 1099-1108.   DOI: 10.6038/pg2020DD0486
摘要304)   HTML19)    PDF (2814KB)(137)    收藏

三维数字岩心可在孔隙尺度上对岩石的微观结构进行精细表征,以数字岩心为载体的岩石微观结构分析与岩石物理属性模拟研究已成为岩石物理分析的重要发展方向之一.本文从数字岩心建模、数字岩心图像分析及岩石物理属性模拟三个方面对数字岩心技术进行了介绍.将数字岩心技术在岩石物理领域的应用分为两大类:基于三维数字图像的直接分析和基于三维数字岩心的岩石物理属性数值模拟.通过三维图像分析可获得孔隙结构、矿物成分、粒度分布等信息;通过岩石物理属性模拟可以研究储层岩石电性、弹性、渗流和核磁共振特征.多种手段相结合建立多尺度、多组分数字岩心,突破分辨率与样品尺度的矛盾限制是数字岩心技术未来的发展趋势.数字岩心技术已发展成为岩石物理实验的重要组成部分,如何将孔隙尺度得到的岩石物理参数升尺度到数字井筒、数字油藏中是数字岩心技术发展亟需解决的难题.

高精度可控震源在深反射地震采集中的应用
王海波,张伟,张宏,肖虎,高云路,顾剑华,唐美斌,韩峰
地球物理学进展    2019, 34 (5): 1910-1916.   DOI: 10.6038/pg2019DD0314
摘要300)   HTML10)    PDF (9795KB)(332)    收藏

深反射地震采集要获取地下深度超过30 km处的莫霍面信息,通常采用大药量炸药激发,炸药激发对生态环境影响较大,不符合绿色环保的勘探发展方向.本研究旨在探索采用可控震源实施深部探测的可行性,及与可控震源激发相匹配的最佳的接收方式.通过对辽东地区开展的可控震源和炸药激发对比试验分析表明,采用高精度可控震源EV56激发,SN5-5低频检波器2支串联的接收方式,可以获得较好的深层地壳结构图像.试验的成功,为后续采用可控震源进行深地地质探测提供了有效的科学依据,具有重要的实际参考价值.

太康隆起与周口坳陷边界位置讨论
刘志龙,石峰,朱怀亮,胥博文,任鸿飞,王兴元,王申屾,刘镇昊
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1328-1335.   DOI: 10.6038/pg2019CC0026
摘要294)   HTML4)    PDF (3267KB)(273)    收藏

太康隆起与周口坳陷位于华北板块南缘,中生代以前同属南华北盆地,中生代的燕山运动使隆起与坳陷格局初具雏形,古近纪是隆起与坳陷形成的关键时期,新生界沉积厚度是判别太康隆起与周口坳陷的关键点之一.太康隆起与周口坳陷边界位置争议较多,缺乏深部地球物理数据支撑.本文通过对许昌东部太康隆起与周口坳陷边界处一条长约55 km的南西—北东向大地电磁测深剖面数据的定性分析及反演解释,获得了太康隆起与周口坳陷两构造单元4 km以浅电性结构图.阻抗张量分解结果表明研究区主构造走向为EW向,研究区电性结构纵向上具有典型的分层特征,从上到下可分为三层:低阻层-中高阻层-高阻层.从南往北剖面经过区域发育四条断裂:商水断裂、固相断裂、张桥断裂和柏梁断裂.柏梁断裂两侧新生界沉积厚度差别大,据此判断太康隆起与周口坳陷的边界断裂为柏梁断裂,在L1-73测点位置处.太康隆起与周口坳陷边界断裂带划分对于该区地热资源勘探开发具有指导意义.

海上地震资料子波提取鬼波压制技术
邓勇, 彭海龙, 裴健翔, 赫建伟, 史德锋
地球物理学进展    2020, 35 (1): 281-286.   DOI: 10.6038/pg2020CC0521
摘要293)   HTML3)    PDF (2461KB)(96)    收藏
海洋地震勘探由于受到海面强反射界面的影响,记录数据中存在鬼波,致使数据频谱中产生陷波效应,限制数据的频带宽度,影响数据的分辨率,干扰地层反射的识别.近年来发展的鬼波压制方法,能够较好的压制地震数据中的鬼波,然而现有鬼波压制技术容易产生延续相位,且计算效率较低.为进一步提高鬼波压制效果和工作效率,本文对海上地震资料特性进行分析,研究认为,海上地震资料中的海底反射信号真实记录了海底有效反射、震源鬼波和检波点鬼波的形态,可以利用提取的海底反射子波对数据进行确定性子波反褶积处理,能够有效的压制震源鬼波和检波点鬼波.模型海上实际数据测试结果表明,该方法具有鬼波压制效果好、计算效率高的优势,处理之后的数据频带得到有效拓宽,低频和高频信息均得到加强.
微震震源定位研究现状及展望
李翔, 徐奴文
地球物理学进展    2020, 35 (2): 598-607.   DOI: 10.6038/pg2020DD0105
摘要290)   HTML7)    PDF (2552KB)(195)    收藏

微震震源定位研究是微震监测技术研究的重点之一,定位精度的高低直接影响着微震分析的结果.随着微震监测技术的广泛应用,出现了大量新的微震震源定位方法,针对不同的工程研究,这些方法各有千秋.首先,通过收集并分析近20年来国内外比较盛行的微震震源定位方法,其包括混合优化法、震源扫描算法、波速模型法和无预先测速法.然后,讨论这些方法的优缺点及适用条件,并主要分析微震检波器分布、首次到时拾取、波速模型和定位算法对微震震源定位的影响.最后,讨论地球物理学、声学、军事学等领域已有的先进定位方法在微震震源定位研究的意义.结果表明:(1)优化传感器的布置,必须协调自动到时拾取、波速模型和定位算法之间的关系;(2)减小波速模型和首次到达时间对震源位置的影响是微震监测未来发展的必然要求;(3)采用射线追踪理论、逆时偏移成像和被动时间反转镜技术可对速度结构模型进行优化;(4)利用双波定位、信息融合技术可进一步提高定位精度;(5)其他领域的先进定位方法在微震震源定位研究上具有潜在价值,可以达到微震震源定位更快、更准、更稳定的目的.

微动测深法探测厚覆盖层结构——以北京城市副中心为例
李巧灵,雷晓东,李晨,冉伟彦,杨全合,何祎
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1635-1643.   DOI: 10.6038/pg2019CC0128
摘要290)   HTML11)    PDF (3999KB)(196)    收藏

微动测深法通过提取表征介质物性差异的频散曲线,反演S波速度结构,为厚覆盖层结构划分提供地球物理依据.本文以北京城市副中心为例,在通州北部布设45个微动测深点,采用扩展空间自相关法(ESPAC)从预处理后的微动信号垂向分量中提取Rayleigh波相速度频散曲线,基于遗传搜索算法模型反演,获得各测点S波速度结构特征.沿北西向近似垂直地质构造走向切剖面AA’,利用剖面附近各测点反演结果,勾画主要地层结构.研究表明,微动测深可以有效探测新生界覆盖层厚度和结构,探明研究区新生界覆盖层厚度约为200~700 m,东南部甘棠凹陷沉积中心新生界覆盖层厚度约为700 m,凹陷发育受控于燕郊断裂和张家湾断裂.新生界覆盖层厚度和结构变化特征与区内搜集到的钻孔资料吻合.研究成果为北京副中心地区地质灾害防控和地热资源利用提供了科学依据.

探地雷达多剖面联合解释方法及应用
郭士礼,邓健,李伟伟,张学强
地球物理学进展    2019, 34 (5): 2022-2029.   DOI: 10.6038/pg2019DD0060
摘要290)   HTML6)    PDF (4774KB)(193)    收藏

在城市道路塌陷隐患探测中,相邻车道地下介质差异性较小,其探地雷达剖面之间具有较高的一致性和关联性,为了提高探地雷达资料解释的准确性和速度,综合对比分析相邻车道探地雷达剖面之间的相关性,提出了探地雷达多剖面联合解释方法,首先同时对多个相邻车道探地雷达剖面中的塌陷隐患病害同步进行分类和分级判释,然后将每个病害异常输出为单体病害文件至单体病害文件库,并基于人机交互方式对单向或双向多车道探地雷达剖面中的任意病害类型或病害等级进行综合统计、自动排序,可用于生成严重病害的现场加密复测验证单和最终的检测报告.结果表明:探地雷达多剖面联合解释方法能够同时对多个相邻车道探地雷达剖面同步进行对比分析、相互验证,能有效克服单剖面信息量不足的局限性,不仅可以快速辨别和剔除外界干扰形成的虚假异常,减少多解性,而且可以估算地下病害异常的面积范围和空间展布,有效提高解释的自动化、准确性和可信度,明显加快解释速度.

初始模型对角度域偏移速度分析的影响
李江
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1460-1464.   DOI: 10.6038/pg2019CC0229
摘要288)   HTML7)    PDF (1708KB)(423)    收藏

波动方程叠前深度偏移输出的角度域共成像点道集不仅包含着丰富的构造和岩性信息,而且直观地反映了偏移速度误差,非常适用于偏移速度分析.本文从角度域共成像点道集的剩余深度量方程出发,分析了初始速度模型存在正、负方向误差时对剩余深度量的影响,然后通过两组模型数据对理论分析的结果进行了测试和验证.结果表明,初始速度偏大时在角度域共成像点道集上能引起更大的剩余深度量,这更有利于判断速度误差并加快速度向正确的方向收敛,进而提高速度分析的精度和效率.因此,在角度域偏移速度分析中宜选择偏大的速度作为初始模型速度;在偏移结果受速度误差方向差异性影响的指导下,最终进行速度建模时,可以选择相对较小的速度值,因为偏小的速度对偏移结果影响相对较小.

水力压裂微地震事件定位方法综述
毛庆辉,王鹏,曾隽
地球物理学进展    2019, 34 (5): 1878-1886.   DOI: 10.6038/pg2019CC0240
摘要282)   HTML3)    PDF (2253KB)(135)    收藏

随着国内外页岩气勘探开发的不断深入,水力压裂微地震监测技术重要性越来越大,而该技术的核心是微地震事件定位.近些年前人对微地震事件的定位方法做了比较深入的研究,形成了众多定位方法.为此,依据目标函数构造及其求解方式对微地震事件定位方法进行了分类,主要介绍了两大类具有代表性的微地震事件定位方法:(1)基于走时的射线追踪定位方法;(2)基于波形的偏移定位方法.然后对其算法思路流程、优缺点等方面进行了归纳总结,分析了各类算法的研究现状及两种典型算法的应用实例,最后对微地震事件定位方法的发展趋势进行了展望.

欠阻尼中心回线瞬变电磁效应
叶子剑,叶英,张成平
地球物理学进展    2019, 34 (5): 2106-2111.   DOI: 10.6038/pg2019CC0391
摘要281)   HTML1)    PDF (4577KB)(55)    收藏

瞬变电磁法经过近百年的发展,在各行各业都有广泛的应用,常规的瞬变电磁法对于天线的选择都尽可能选取临界阻尼天线,以减少过渡过程的影响.基于地震波检波器原理的启发,地震波检波器采集震动信号的过程,实质上是震动衰减转换为电磁振荡阻尼过程,欠阻尼瞬变电磁接收回线采集电磁波的过程,其实质也是电磁振荡衰减过程,两者接收都是感应电压信号,因此,欠阻尼中心回线的采集原理和地震检波器相同.本文利用欠阻尼中心回线研究探测砼结构的瞬变电磁效应,同时和过阻尼天线进行对比,说明欠阻尼天线在特点条件下探测结构体具有较强的探测能力及较高的异常分辨能力,其拟地震波图谱显示便于对异常体形状的判译.这种装置将揭开瞬变电磁法在混凝土结构探测中新的应用方向.

原子干涉重力仪测量原理与发展现状
谭立龙, 张彦涛, 王鹏, 陈思, 钟山
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1310-1316.   DOI: 10.6038/pg2020DD0012
摘要279)   HTML8)    PDF (3131KB)(125)    收藏

针对当前新型号导弹武器无依托发射时惯导参数标定及战略导弹核潜艇导航定位的现实需求,针对我国重力测量精度低、依赖进口的现状,介绍了原子干涉重力仪的基本原理和近年来国内外主要发展状况.分析了近年来国外仪器测量精度有所提升,但存在实用化、产品市场化不足的特点,国内主要存在测量精度低、技术体制单一及环境适应性差的主要差距,展望了原子干涉绝对重力仪的发展方向.

基于深度卷积神经网络的地震数据重建
杨冠雨, 王璐, 孟凡顺
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1497-1506.   DOI: 10.6038/pg2020DD0525
摘要279)   HTML10)    PDF (5781KB)(143)    收藏

地震数据重建是一个不适定的反问题, 通常采用正则化方法求解. 正则化方法需要人工建模, 建模的准确性会影响重建结果, 此类方法还存在计算代价高的问题. 为克服正则化方法存在的问题, 本文使用深度卷积神经网络实现了端到端的地震数据重建.此方法是基于数据驱动的, 直接从数据中学习输入与输出的映射关系, 无需人工建模, 经过训练的网络可直接用于非完整数据的重建工作. 数值实验分别使用模拟数据和实际数据并与传统正则化方法对比验证深度卷积神经网络方法的有效性. 实验结果表明, 深度卷积神经网络方法的计算代价主要在于网络的训练阶段, 数据重建阶段仅需花费极短的时间, 与传统正则化方法相比, 对于缺道50%的地震数据, 深度卷积神经网络方法的重建结果质量更高, 速度更快.

井间电磁法综述
刘四新, 倪建福
地球物理学进展    2020, 35 (1): 153-165.   DOI: 10.6038/pg2020DD0088
摘要276)   HTML11)    PDF (2403KB)(143)    收藏
地面电磁法在实际工作中在很大程度上受到了探测深度和分辨率的限制.为了克服这些缺点,出现了井间电磁法.井间电磁法指的是在两个(或多个)钻孔中分别发射或接收电磁波信号,利用电磁波信号进行成像并探测井间物理性质的地球物理方法.由于发射机和接收机可以分别放置在很深钻孔中,其具有大透距、大探测深度的特点,因而广泛应用于工程环境物探、矿产勘查、石油勘探等中.针对不同的应用,产生了各具特点的一些特殊方法,包括井间无线电波成像、跨孔雷达、井间电磁成像.井间无线电波成像仪目前只测量电场强度数据,工作频率低,一般是单频的电磁波,频率范围通常在1 kHz至10 MHz.由于缺少走时数据修正射线路径,井间无线电波成像主要是进行基于直射线追踪的衰减层析成像.井间无线电波成像既可用于工程与环境地球物理也可用于找矿.跨孔雷达是钻孔雷达的一种探测方式,用高频电磁脉冲探测两个井孔间介电常数和电导率的变化.跨孔雷达层析成像也叫地质雷达CT,既可进行走时成像,还可进行衰减成像.一般来说,地质雷达CT的电磁波工作频率较高,中心频率通常在10 MHz和1 GHz之间,因此在分辨率指标上占有优势,跨孔雷达主要用于工程与环境地球物理.井间电磁成像采用更低的频率,测量复电磁信号,适合油气储集层监测,是一种地球物理前沿技术.经过在多个试验区初步试验表明,井间电磁成像是油藏研究的有效手段,可用于分析剩余油分布,寻找油气富集区,进而达到提高钻探高效井成功率和提高采收率的目的.本文详细介绍对比了这三种方法在理论和实践中的一些特点,并对未来的发展进行了展望.
利用卷积神经网络对储层孔隙度的预测研究与应用
杨柳青,陈伟,查蓓
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1548-1555.   DOI: 10.6038/pg2019CC0528
摘要273)   HTML7)    PDF (3176KB)(136)    收藏

在测井资料与岩心数据较少,储层参数在地质综合解释方面又非常重要的情况下,如何提高储层参数的预测精准度显得尤为关键.本文提出使用深度学习方法根据已有的测井数据预测岩心孔隙度,构建出基于Adam优化算法、dropout技术、ReLU激励函数等技术融合的卷积神经网络模型.首先,分析选定测井参数与孔隙度的相关性.然后,通过交叉验证实验优选模型参数,如学习率、网络深度等.最后,运用卷积神经网络建立自然伽马等四种测井参数与孔隙度的非线性映射关系.通过对实际资料的训练测试,结果显示,基于测井资料的卷积神经网络模型相对于深度神经网络等模型而言,总样本预测数值相关性提高了2%左右,模型预测数值偏差下降了1.5%,通过实验验证卷积神经网络模型具有预测优越性与鲁棒性,在储层参数预测方向有良好的应用前景.

基于频移目标函数的包络反演方法
梁展源,吴国忱,张晓语
地球物理学进展    2019, 34 (4): 1481-1488.   DOI: 10.6038/pg2019CC0221
摘要269)   HTML4)    PDF (4338KB)(66)    收藏

地震数据的包络携带着超低频信息,能够在缺失低频的情况下,为全波形反演提供一个精确的初始模型.包络反演虽然利用超低频数据进行反演,但需与全波形反演采用同样精细的网格,具有几乎相同的计算量.根据包络数据的特性,对于给定的频带,在频率移动时,地震数据会发生变化,但是它的瞬时振幅包络是不变的.基于此性质,我们提出一种频移目标函数降低地震数据的频带,推导了相应的梯度算子.新方法可以在保持精度不变的情况下减少包络反演的计算量,提高计算效率.模型测试采用重采样后Marmousi模型,对比了频移前后的地震数据,分析了不同频移数据反演速度的精度,验证了本文方法的可行性与有效性.

Walkaway 和Walkaround VSP技术在东海深层气田中的应用
高顺莉,胡森清,鲁法伟,王小刚,张国栋,姜雨,刘春锋
地球物理学进展    2019, 34 (5): 2016-2021.   DOI: 10.6038/pg2019CC0327
摘要267)   HTML4)    PDF (6139KB)(89)    收藏

海上非零偏VSP技术是一项在地震船井周放炮以实现变井源距激发、井筒中布设三分量检波器进行接收的井筒物探技术.本次试验采集是Walkaway和Walkaround VSP在中国近海海域深层气田的首次非零偏VSP联合试验,为改善海上深层常规拖缆三维地震资料品质提出了新的解决方案.东海盆地存在目的层埋藏深、构造复杂以及储层非均质性强等特殊地质条件,常规拖缆地震采集处理存在多次波发育、信噪比和分辨率低等问题.经过优选试验靶区,开展采集模拟设计,优化采集方式和采集参数等确定了观测系统,在东海深层开展了四个方向的Walkaway VSP以及两个不同半径环线的Walkaround VSP现场作业,通过精细处理获得了井周精细构造及储层信息.同时,利用非零偏地震资料求取衰减因子和多次波模型等相关地震参数,通过井控三维处理得到分辨率和信噪比增强的拖缆三维地震数据.实际应用及分析表明,该项井震结合技术可有效提高地震资料品质,对海上深层气田砂体追踪和气藏描述效果良好.