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论太阳轨道运动三定律及运动特征
刘复刚
地球物理学进展    2021, 36 (3): 894-900.   DOI: 10.6038/pg2021EE0468
摘要145)   HTML5)    PDF (2609KB)(749)    收藏

日心说是一种思想革命,它将太阳系坐标原点从地心移到日心.但这种革命并不彻底,因为日心又在绕太阳系质心运动.其实,太阳系的其他天体都是绕太阳系质心运动.类比行星轨道运动特征,本文将太阳轨道运动概括为三个基本定律:第1定律,太阳和行星系质心相对太阳系质心同步运动,其运行轨迹近似为绕太阳系质心旋进和旋出的连续变化的叶形曲线.第2定律,太阳轨道运动具有平均准22.13年方向周期.第3定律,太阳绕太阳系质心运动,当其边缘到达太阳系质心时,太阳轨道运动角速度处于减速状态;当太阳后部边缘即将离开太阳系质心时,太阳轨道运动角速度处于加速状态.

临震预滑在青藏活动地块区的观测证据
许健生, 吴琼
地球物理学进展    2021, 36 (1): 88-95.   DOI: 10.6038/pg2021EE0102
摘要80)   HTML3)    PDF (5291KB)(322)    收藏

实验室内大量岩石黏滑实验表明: 对存在断层的岩石加压,岩石在黏滑失稳前会有预滑,预滑会出现在断层的某个区域.由于浅源地震也是断层失稳破裂的结果,近年来临震预滑作为一种地震前兆信息日益受到地震学界关注.但目前尚缺乏广泛的野外观测证据来证实黏滑实验中的预滑现象在构造地震前也普遍存在.本文对青藏活动地块区内姑咱地震台等12个台的应变仪和水位仪的记录作对比分析后发现:在汶川MW 7.9级地震前数月,各台陆续记录到了一些“阶跃式”波形.在对观测结果可靠性讨论的基础上,用岩石黏滑实验结果和颗粒物理原理来解释这种“阶跃式”波形可能是预滑震相Xp.姑咱等12个地震台观测到预滑震相Xp表明:在青藏活动地块区临震预滑是普遍存在的.这种“准同步”的临震预滑,特别是2008年4月18日和5月6日2次幅度较大的预滑可能引发了汶川MW 7.9级地震.因此,关注预滑,特别是临震预滑对预测未来强震有一定的前兆意义.

中浅层构造裂隙型地热资源勘查中的综合地球物理方法——以苏南地区为例
杨林, 姜国庆
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2265-2275.   DOI: 10.6038/pg2020EE0211
摘要85)   HTML7)    PDF (10480KB)(313)    收藏

苏南地区中浅层构造裂隙型地热资源丰富,是一种潜力巨大的清洁能源.本文从区域地质及物性资料入手,综合运用重力、磁法、电法、测温、测氡多种地球物理方法,通过多元物探信息融合,从热源、通道、储层、盖层四个方面开展地热地质条件研究.区域重力与面积性电测深资料揭示研究区属于隆、凹相间构造,表明中生代以来上地幔热动力作用强烈,具备寻找地热资源的有利构造条件.区内磁法异常平静、单调,不存在隐伏岩体等附加热源,地热主要来自地球内部自然增温.可控源音频大地电磁法资料揭示区内北东向与北西向断裂发育,其中北西向断裂具有张扭性质,规模及切割深度大,伴生浅表地温及放射性氡异常,是导水、导热的重要通道和控热构造.面积性电测深资料显示区内三叠系青龙组灰岩广泛分布,成为良好的裂隙-岩溶含水热储层,第四系松散层及白垩系浦口组厚度大,导热率低,有利于热储层蓄热增温,为理想的地热盖层.在对研究区源、通、储、盖四个要素进行综合研究的基础上确定了地热井位置RSQ1.经钻探验证,RSQ1井钻遇地层及构造情况与物探推断结果基本吻合,水量及水温参数均满足设计要求,充分说明综合地球物理方法在苏南地区中浅层构造裂隙型地热资源勘查中的有效性.

地球内部结构及其密度分布特征研究综述
褚伟, 徐亚, 段杰翔, 樊驹
地球物理学进展    2021, 36 (2): 443-457.   DOI: 10.6038/pg2021EE0160
摘要146)   HTML20)    PDF (2655KB)(296)    收藏

地球内部密度结构是了解其构造特征及性质的重要参数.根据全球性模型的回顾分析可了解地球内部密度的基本特征,垂向的分层性和横向不均一是全球性的密度特征.对地球浅层地壳特别是沉积层,岩石采样的密度测试和速度-密度关系研究为揭示其密度特征提供了重要依据.在总结和分析前人速度-密度关系研究的基础上,本文进一步给出了具有更好适用性的速度-密度拟合关系,可为区域及全球性地壳密度结构研究提供参考.地幔及更深地球密度分布特征受温度、化学组成、构造等多种因素影响,通常可借助速度-密度比例因子Rρ/s,p和地球物理反演方法研究其结构及密度分布特征.随着全球尺度地球物理数据的丰富,基于多种地球物理数据反演地球内部密度分布,获得地球内部更详细结构成为可能,本文对地球内部密度分布特征的综述性分析可为全球性密度结构研究提供参考.

地热地球物理勘探现状与展望
陈昌昕, 严加永, 周文月, 王志辉, 张代磊
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1223-1231.   DOI: 10.6038/pg2020DD0229
摘要256)   HTML17)    PDF (2910KB)(285)    收藏

地热能作为一种绿色、可持续再生的可替代清洁能源,因其分布范围广,资源储量巨大的特点受到全世界的广泛关注.开发地热能在调整能源结构、缓解能源资源压力、促进消费转型升级和推进生态文明建设方面具有重大现实及战略意义.经过几十年勘探与开发,浅层高温地热能几乎已经勘查完毕.目前,地热能勘探受储层埋深大、温度较低和手段单一等的影响勘查难度较大.为了解决这些难题,提高地热能勘查效率,需要引入勘探深度大、方法手段多等特点的地球物理勘探方法.为指导地热勘探,本文按照物性测量差异分为直接测量和间接测量阐述国内外地热能勘探实例,并对主流地球物理地热能勘探特点进行了对比.认为在实际地热勘探工作中某一种物性参数并不能很好的反映地质背景及地质体的空间状态,需要将多种地球物理勘探手段融合,相互补充及验证,提高地热地球物理勘探效率.

基于人工智能的断层自动识别研究进展
陈桂, 刘洋
地球物理学进展    2021, 36 (1): 119-131.   DOI: 10.6038/pg2021EE0252
摘要242)   HTML9)    PDF (5156KB)(259)    收藏

随着油气勘探开发工作的进行,构造圈闭的勘探难度不断提高,断层作为油气运移、聚集的主要通道之一,断层的识别精度很大程度上影响了油气藏的勘探开发.在断层识别的发展过程中,国内外学者们提出了许多切实可行的方案.近年来,人工智能领域的兴起,使得断层自动识别方法更加多样化.本文通过调研大量的国内外相关文献,对基于人工智能的断层自动识别方法进行了归纳总结,将其划分为两个大类:智能算法、机器学习,又对每个大类进行了精细划分,并阐述了通过蚁群算法、边缘检测、BP神经网络、支持向量机、生成对抗网络、聚类及卷积神经网络来自动识别断层的基本原理、发展现状及优缺点.此外,卷积神经网络拥有卷积层、池化层等特殊结构,可以直接通过学习输入与输出之间的映射关系来实现断层自动识别,具有很好的非线性表达及泛化能力,相较于其他人工智能方法,兼具了较高的效率与精度.因此本文对基于卷积神经网络来自动识别断层的一些关键技术及优化算法进行了重点介绍,且利用大量三维合成地震记录及断层标签作为训练样本,实现了基于卷积神经网络的三维地震资料断层自动识别并对最终结果进行了深入分析.最后对断层自动识别技术的提高,给出展望与相应的结论.

基于岩体水流-传热的地热井间距研究
高俊义
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2058-2063.   DOI: 10.6038/pg2020EE0042
摘要113)   HTML9)    PDF (3758KB)(246)    收藏

水是地热能利用的载体.实际地热开采过程与地热井间距的科学布署息息相关,地热井间距对生产井温度的影响直接关系到地热的开采效率,而关于岩体水流-传热的地热井间距探究的报道较少.本文为研究地热井间距对岩体水流传热温度影响机理问题,根据地热开采的概念模型,应用3DEC程序计算不同地热井间距下岩体的温度场、地热井出口水温的变化特征.结果表明:(1)从瞬态到稳态,生产井和岩体温度逐渐升高,温度梯度逐渐减小,并且其等温线的连续性越来越差;相同时间内,生产井水流传热波及的深度范围随生产井间距的增大而减小.(2)生产井间距越小,温度叠加效应越强,使生产井和岩体的温度越高,其温度梯度越小.(3)模型达到稳态时,岩体和生产井形成从下向上为主的传热路径,并且生产井间距从 1 m 增大到4 m,模型达到稳态所需要的时间分别延长了约 4 h.实际地热开采中,在保证足够抽取平台空间的前提下,建议生产井间距保持在2~3 m之间热采效率较高.

地震数据智能去噪与传统去噪方法的对比及展望
孙小东, 王伟奇, 任丽娟, 李振春
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2211-2219.   DOI: 10.6038/pg2020DD0494
摘要254)   HTML15)    PDF (7909KB)(242)    收藏

在油气地震勘探中,提高地震资料的分辨率、信噪比、保真度一直以来都是地震资料处理环节的关键问题.一般来说,高信噪比是高分辨率的前提,只有信噪比达到一定的水平,地震资料处理才可能实现良好的保真度.当今的地震勘探正向着深层、复杂构造和岩性勘探的方向发展迈进,人们相应的对地震资料处理也提出了更高的要求.目前,业界比较流行的去噪手段包括f-x RNA法、f-x-y NRNA法、3D t-x-y APF法和t-x SOPF法等.本文将这些传统去噪方法与压缩感知去噪、卷积神经网络法等先进的智能去噪技术做了对比,并对智能去噪技术的前景做进一步的展望.

结合星载地基InSAR分析的四川新磨村滑坡早期识别与灾后监测
白泽朝, 吕森, 曹琨, 王彦平
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1637-1643.   DOI: 10.6038/pg2020DD0427
摘要180)   HTML26)    PDF (5322KB)(220)    收藏

滑坡是我国主要的地质灾害之一,广域范围滑坡灾害体的早期识别及局部重点区域近实时监测是地质灾害防治工作中的一项重要任务.本文通过四川茂县新磨村滑坡这一典型案例,采用星载InSAR技术对广域范围滑坡进行早期识别,并利用地基InSAR技术对局部重点滑坡近实时监测,探索星载InSAR技术和地基InSAR技术联合监测应用模式.在星载InSAR技术滑坡早期识别阶段,为了准确还原滑坡加速下滑过程,采用分级构网策略加密PS点,在时间域上低通滤波获取非线性形变信息.针对地基InSAR技术传统选点方法误选率高、合理性差等问题,设计了三阈值优化算法,提取分布合理的有效测量点.结果表明:星载InSAR技术成功识别出茂县滑坡不稳定坡体,且在滑坡发生前,不稳定坡体有加速下滑现象;在滑坡发生后,地基InSAR技术获取了滑坡体完整的形变信息,在滑源区和流通区存在两处明显形变区域.星载InSAR技术和地基InSAR技术联合监测在滑坡形变的不同阶段多尺度识别出变形区域,可在滑坡稳定性调查和评价中发挥重要作用.

高分辨深反射地震探测采集处理关键技术综述
李胜强, 刘振东, 严加永, 赵金花
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1400-1409.   DOI: 10.6038/pg2020DD0098
摘要148)   HTML4)    PDF (19755KB)(201)    收藏

深反射地震勘探以其可靠性强和精度高的特点,一直作为深地探测的主要技术之一.其中分辨率又作为评价深反射地震勘探质量的关键指标之一,在理论研究及实际生产中都有着重要的意义.文章将深反射地震勘探中影响分辨率的主要因素划分为采集、地质、处理三方面,采集因素主要包括子波激发、空间采样率、接收及观测系统设计;地质因素则主要包括深部波阻抗变化、深部地质体尺度、浅部构造、吸收衰减等,针对以上因素人们提出了静校正、振幅恢复、反褶积、偏移等处理方法来提高深反射地震勘探的分辨率.本文阐述了影响深反射地震勘探分辨率的主要因素,并对提高深反射地震勘探分辨率的主要方法进行了总结与展望.

岩石热导率影响因素研究进展
陈驰, 朱传庆, 唐博宁, 陈天戈
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2047-2057.   DOI: 10.6038/pg2020EE0013
摘要222)   HTML31)    PDF (3287KB)(178)    收藏

岩石热导率是岩石最重要的热物理性质之一,其影响因素也比其他热物理性质更为多样.本文综述了前人对岩石热导率影响因素的研究和认识,并对当前研究存在的问题以及研究的发展趋势进行了总结和展望.影响岩石热导率的因素可系统地归纳为岩石组构、温度、压力三个方面.岩石组构是影响岩石热导率的内在因素,对岩石热导率的影响有决定性的作用.岩石组构从岩石的组分和构型两个方面影响岩石热导率,岩石组分是热导率影响的首要因素,而构型对岩石热导率的影响较为复杂.温度和压力是影响岩石热导率的主要外在因素.一般情况下,岩石热导率随着温度升高而减少,随着压力增大而增大.组分热导率的估值精度、内部组构的模型准确度以及温压实验结果的机理认识等制约了对岩石热导率影响因素的定量化认识.随着实验技术精度的提高和计算机仿真模拟技术的发展,将高精度高温高压实验测试和数值模拟结合进行综合分析是未来研究岩石热导率的发展趋势.

基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演
张志厚, 路润琪, 廖晓龙, 徐正宣, 乔中坤, 范祥泰, 姚禹, 石泽玉, 刘鹏飞, 陆三明
地球物理学进展    2021, 36 (1): 325-337.   DOI: 10.6038/pg2021EE0222
摘要133)   HTML11)    PDF (11459KB)(171)    收藏

地球物理反演问题具有病态性、不适定性,传统的线性反演方法面临着次优逼近和初始模型选择等挑战,为了提高磁场数据反演的精度,受深度学习卓越的非线性映射能力的启发,本文提出了一种基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演方法.文中首先提出了一种基于网格点几何格架的磁异常及磁梯度异常的空间域快速正演算法,这为本文全卷积神经网络反演算法的实现奠定了基础;随后对大量不同剩余磁化强度模型进行正演计算获得样本数据集,将正演数据作为输入层,磁化强度模型作为输出层,并基于U-net网络结构设计了一种端到端的网络结构(MagInvNet),再对该网络结构进行监督学习与参数优化;最后进行反演预测.三组模型试验表明,MagInvNet网络能够快速准确识别出磁异常体的位置与形状,并且能够准确的反演出异常体磁化强度的大小,对于含噪声数据,其反演结果的质量不会降低.本文最后利用安徽霍邱铁矿的航磁数据验证了文中方法的有效性.

川滇地区三维P波速度结构研究
邓山泉, 章文波, 于湘伟, 宋倩
地球物理学进展    2021, 36 (3): 863-876.   DOI: 10.6038/pg2021EE0254
摘要53)   HTML4)    PDF (20141KB)(169)    收藏

根据本文提出的更为严格的地震数据筛选方法——横向分区地震均值筛选法,选取了四川、云南、重庆和贵州地震台网的224个固定台站和49个流动台站在2008年1月1日—2017年12月31日期间记录的48,177个地震、372,483条初至P波绝对到时数据以及2,413,407条精度较高的相对到时数据,利用区域双差地震层析成像方法联合反演了青藏高原东南缘川滇地区三维P波速度结构和地震震源参数.研究结果表明:(1)川滇地区上地壳结构横向不均匀性明显,四川盆地上地壳10 km深度范围内表现为低速异常,而松潘—甘孜地块、滇中地块则表现为明显的高速异常;(2)川滇地区地震主要沿着边界断裂分布,大多数地震为浅源地震,震源深度主要集中在 5~15 km深度范围内,震源主要位于高速异常与低速异常交界区域,且偏向高速异常体一侧;(3)震源分布研究推测龙门山断裂带前山断裂东南侧可能存在一条倾向北西、倾角约为40°的北东向走向的隐伏断裂,且为芦山地震的主要发震断裂;(4)川滇地区中下地壳低速异常体可能反映了中下地壳弱物质流的存在,中下地壳物质流不是广泛分布在川滇地区,而是沿着川滇块体东部有限的通道向南流动.中下地壳流可能是沿着鲜水河断裂带向东南方向流出,在雅安一带遇到坚硬稳定的四川盆地的阻挡,一部分物质向北东方向流动,而另一部分物质转向南沿着安宁河断裂带和则木河断裂带分布,并继续向南沿着小江断裂带流动.

郯庐断裂带苏鲁交汇区b值时空特征研究
余腾, 朱益民, 王鑫, 胡伍生, 朱红
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2134-2142.   DOI: 10.6038/pg2020EE0072
摘要128)   HTML7)    PDF (6250KB)(163)    收藏

以郯庐断裂带苏鲁交汇区及邻区近50年的地方震资料为数据样本,在定量分析交汇区最小完备震级和系统推导极大似然法原理的基础上,重点研究区域G-R关系尤其是b值时空分布演化特征,依据b值指示意义进行区域内5级以上地震关联性和构造应力分布状况分析.研究得到:b值时间分布特征表明中强震发生时段与中短期b值下降时段吻合明显;b值空间分布特征表明区域内郯庐断裂带西侧东经117°~118°、北纬33.5°~35.5°范围地壳应力较高,结合相关地质资料认为此范围处于孕震阶段,本文可对郯庐断裂带苏鲁交汇区潜在震源区和地震危险性的评估、推断提供一定的科学启示.

背景噪声互相关去噪的滑动窗加权SVD滤波方法
马小军, 吴庆举
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2083-2089.   DOI: 10.6038/pg2020DD0530
摘要192)   HTML13)    PDF (4821KB)(144)    收藏

假设噪声互相关函数中的面波为相干信号和椭圆极化的,而噪声信号一般是非相干的,本文采用滑动窗加权SVD方法对噪声互相关函数去噪,通过对一些列时间窗内的波形进行SVD分解,将前两个特征图像叠加重构波形,叠加过程中引入与极化强度有关的权重因子达到滤波目的.该方法显著的增加了噪声互相关函数的信噪比,面波前驱信号也得到有效压制,有效增加了远距离台站对射线数目,射线覆盖和交叉程度的增加一定程度上提高了成像的分辨率.

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.

利用叠后地震资料方位强度属性预测开启裂缝
陈志刚, 马文杰, 赵宏忠, 许凤, 崔全章, 孟阳, 郭建明
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1745-1750.   DOI: 10.6038/pg2020DD0299
摘要188)   HTML5)    PDF (6215KB)(143)    收藏

裂缝储层是一种各向异性储层,在油气勘探开发中,利用地震资料进行裂缝储层的预测一直是个难题.随着地震勘探技术的提高,近几年研究人员开始尝试利用“宽方位、宽频、高密度”资料的“宽方位”特性预测裂缝或者利用常规资料的曲率、相干、蚂蚁追踪等几何属性预测裂缝,但目前实例大都局限于裂缝密度即裂缝发育带的预测,对于裂缝开启性的地震预测,几乎没有涉及.近几年Nissen及Guo Yanxia等提出利用叠后地震资料曲率属性计算方位强度的流程,认为可以预测裂缝的开启性.本文重建了上述流程,首先进行曲率计算,即计算最大正曲率、最大负曲率数据体,随后对曲率进行加权比例化,即曲率增强;然后对比例化的曲率体分方位滤波,求出不同方位的曲率子体,最后利用平面任意点到裂缝的径向距离的倒数脉冲序列与不同方位曲率子体褶积,得到不同方位的方位强度属性.在哈萨克K油田的裂缝预测中,预测结果与产能具有较高相关性,基于预测结果提出的钻井获得了较好的勘探效果.

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.

东北亚陆缘中-新生代主要构造事件的古地磁学制约
周在征, 李三忠, 姜兆霞, 李玺瑶, 李阳
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1332-1351.   DOI: 10.6038/pg2020DD0132
摘要156)   HTML11)    PDF (10553KB)(140)    收藏

东北亚陆缘位于西太平洋洋-陆过渡带的北段,中-新生代经历了古洋盆的闭合与打开,陆缘弧的发育,洋底高原、洋内弧与弧前盆地的侧向增生等复杂的构造演化过程.本文系统梳理了东北亚陆缘的古地磁数据,涉及华北东部、朝鲜半岛、佳木斯—兴凯、那丹哈达、俄罗斯远东和日本等地区.作为定量研究地块运动有效的方法,古地磁资料对该地区几个主要构造过程起到了关键的制约作用,包括牡丹江洋的闭合、日本海的打开、陆内块体旋转或调整运动、陆缘增生楔的就位过程以及西北太平洋洋内岛弧系统的运移过程等.同时,东北亚陆缘古地磁研究目前还存在诸多问题,如数据时空分布的不均匀性、同区域构造解析结合的薄弱性以及对探讨块体动力学机制的局限性等.未来应着重在以下几个方面开展工作:加强对数据缺乏区的古地磁研究,开展该地区磁组构的构造应用研究,同精细构造解析相结合深度挖掘数据意义以及开展地球动力学数值模拟工作以探究块体运动的动力学机制等.

目录
地球物理学进展    2020, 35 (4): 0-0.  
摘要33)      PDF (454KB)(138)    收藏
基于深度学习的隧道衬砌结构物探地雷达图像自动识别
冯德山, 杨子龙
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1552-1556.   DOI: 10.6038/pg2020DD0325
摘要246)   HTML12)    PDF (2230KB)(136)    收藏

传统探地雷达图像识别方法中存在识别准确率不高,复杂目标体识别难度大,识别流程较为繁琐,不能实现端到端识别等问题,不能准确的识别实测数据.本文将深度学习中Faster R-CNN、YOLOv3这两种具有代表性的目标检测算法运用到探地雷达的图像识别当中.选择隧道的衬砌结构作为探测识别研究目标,制作了包含钢拱架、钢筋网、施工缝三类结构物标注的实测数据集.从准确率、召回率、平均准确率,准确率-召回率曲线等评价指标,分析了这两种算法在实测数据集上的表现.并对照典型的识别结果,结合这两种算法的原理说明了其运用到探地雷达图像自动识别上的特点.在测试集上,Faster R-CNN在钢拱架、钢筋网、施工缝三类结构物的识别中分别取得了95.5%、90.5%、96.8%平均准确率,YOLOv3则分别取得了90.0%、16.6%、95.3%平均准确率.实验结果表明两种深度学习目标检测方法在隧道衬砌探地雷达图像的识别上取得了良好的效果,其中Faster R-CNN整体效果更好,但会将多次波误识别为有效信号,YOLOv3较少误识别多次波,但是对钢筋网识别效果不好,两种方法搭配使用会形成优势互补.

郯庐断裂带南段大地电磁主轴方位统计分析及其意义
崔腾发, 陈小斌, 邓琰
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1238-1249.   DOI: 10.6038/pg2020DD0109
摘要132)   HTML13)    PDF (14275KB)(130)    收藏

本文利用多测点-多频点阻抗张量统计成像技术统计分析了三条横跨郯庐断裂带南段的大地电磁剖面上的电性主轴分布特征,从电性主轴的角度描绘了大别郯庐构造区不同构造的特征及构造间的几何关系.统计结果显示:郯庐断裂带南段在断裂带浅部的电性主轴方位及二维有效因子中有明显的显示,同时郯庐断裂带南段可能未影响断裂深部介质;扬子板块及大别块体东南部地区浅部和深部的主轴方位明显不一致,表明浅部和深部之间存在结构不整合,主轴方位表明不同深度的介质受不同方向构造力的作用;大别造山带南部及以南地区深部介质中EW向电性主轴可能是板块汇聚时期扬子板块深部韧性层受NS向挤压应力作用的结果,郯庐断裂带以东地区深部韧性层中NWW向的电性主轴则是扬子板块沿郯庐带向NNE方向运动形成的;北大别块体深浅一致的电性主轴分布特征符合中生代穹隆抬升、增厚的演化过程.对该地区电性主轴的统计结果为认识该地区的深部结构及地下介质的运动极性提供了重要的依据,也为认识大别郯庐构造区的演化过程提供了新的证据.

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.

测井曲线标准化研究进展综述
高春云, 周立发, 路萍
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1777-1783.   DOI: 10.6038/pg2020DD0398
摘要153)   HTML2)    PDF (1294KB)(125)    收藏

测井曲线标准化用来消除数据采集时不可避免的系统误差,是多井油藏评价和井震结合储层预测中必不可少的基础性工作.本文对测井曲线标准化研究现状进行了分析,阐述了测井曲线标准化的基本思想和标准化方程;提出了常规方法选取理想标准层困难的情况下的几种解决办法:“相控标准层”、“视标准层”、“虚拟标准层”以及“宏观标准层”等,并对这些方法的优缺点及各自的适用范围做出了客观评价;对标准化过程中特征值和标准值的确定问题进行了讨论:除了常规的直方图法、趋势面法等,还对包络函数法、具有趋势的克里格法以及BP神经网络法等较为新颖的方法做了介绍,并给出了每种方法的适用条件;对测井曲线标准化效果的评价方法进行了总结,提出利用取心井资料检验的方法和对标准化后的数据和偏差分析的检验方法.最后指出了标准化工作中应该注意的一些问题.

四川九寨沟7.0级地震前震情跟踪概述及震后总结
高曙德
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1250-1260.   DOI: 10.6038/pg2020DD0249
摘要156)   HTML13)    PDF (6205KB)(123)    收藏

对于强震可否预测与如何科学预测的问题,通过九寨沟地震前的震情跟踪及地球物理场的时空演化总结,科学地认识地震预测工作.四川九寨沟7.0级地震前距离震中400 km范围内,在1~2年内出现形变、地电阻率等地球物理场的异常.异常时间主要从2016年开始,空间上主要沿北东方向分布,在200 km内有流动水准4项异常、GNSS观测1项;200~400 km流动水准1项异常、定点形变2项,GNSS观测1项,地电阻率3项.这些异常变化出现后,地震部门组织了多次现场核实和跟踪;最为典型的核实是2017年6月27日至29日中国地震局台网中心、宁夏地震局、甘肃省地震局组成异常核实小组,对甘宁川交界地区多台地电阻率变化进行了分析研判,2016年7月平凉台井下观测的地电阻率有1年的趋势性破年变异常,NS和EW向地电阻率异常变化率比背景值(背景值年变化为0.6%、0.4%)的明显增大,分别为1.1%、0.6%;天水深井地电阻率从2月份三个测道地电阻率值偏离背景值幅度达到0.4%,宁夏固原EW测项异常下降幅度约为0.4%,计算分析这组异常是由地层电性变化引起;针对上述变化再结合2015年全国7级地震(M 7)大形势危险区判定意见,以及地壳形变多测项异常的变化,预测在未来较短的时间(3个月内)甘宁陕交界地区(平凉、固原、宝鸡)有发生6.0级以上地震的可能,尽管预测意见偏离了九寨沟7.0级地震震中和震级.但通过梳理异常变化的序列,总结分析在监测范围内出现有限的异常时,如何判定地震要素?以期对未来地震预测提供的借鉴.

基于车辆振动噪声的城市面波观测方法研究及其应用
姜文龙, 涂善波, 何效周, 马若龙
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1557-1564.   DOI: 10.6038/pg2020DD0265
摘要159)   HTML7)    PDF (7426KB)(122)    收藏

针对城市复杂环境干扰且常规物探方法无法有效进行作业特点,本文重点分析了城市环境的振动噪声特征,同时以面波理论为基础分析了城市环境振动噪声在瞬态面波与被动源面波中的表征的,认为可通过有效方式将环境噪声作为有效信号进行利用.结合相关分析,本文在某城市环境进行了实际数据采集,对不同工况下环境振动干扰进行了分析,认为多重强干扰情况下无法将环境振动模拟为单一虚拟震源,需结合复杂环境信号传播特征进行合理的观测系统布置,同时采用合理的分析方式压制干扰,以获取合理的地层波速结构.结合上述分析方式,本文在城市强振动环境进行了应用分析,并结合实际钻孔资料对获取的波速结构合理性进行了分析.

目录
地球物理学进展    2020, 35 (6): 0-0.  
摘要11)      PDF (444KB)(117)    收藏
小行星引力场综述
郭茜, 鄢建国, 杨轩, 金炜桐, 李斐
地球物理学进展    2021, 36 (1): 1-7.   DOI: 10.6038/pg2021EE0045
摘要147)   HTML15)    PDF (951KB)(116)    收藏

近年来小行星探测已成为各航天大国的热点,小行星引力场对研究其内部结构、组成成分、早期演化和探测器轨道设计、着陆等方面有着极其重要的作用.随着小行星探测数据的不断更新、探测任务的增多和观测技术改进,针对小行星引力场的研究也在不断增多并产生新的进展.目前获取小行星引力场的方法主要为利用探测器飞掠过程中得到的轨道跟踪数据反演引力场及根据小行星形状模型正演引力场两种方法.本文对这两种方法进行介绍,通过回顾几个取得较大进展的小行星探测任务,综述截至目前小行星引力场模型的发展现状,分析各个研究模型的优缺点,并对小行星引力场的发展进行展望.

中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能分析
鲍玲玲, 徐豹, 王子勇, 李本军, 罗景辉
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1217-1222.   DOI: 10.6038/pg2020DD0335
摘要175)   HTML13)    PDF (2625KB)(114)    收藏

为了探讨不同因素对中深层同轴套管式地埋管换热器传热性能的影响,采用了一种中深层同轴套管式地埋管换热器数值模型,利用交替方向隐式法和追赶法,并结合邯郸地区现场测试数据,对该模型进行了求解.分析了环腔流体流速、管径比、内管导热系数、回填材料导热系数、岩土导热系数及井孔深度对套管换热器换热量及出口水温的影响规律.结果表明,增加环腔流体流速、减小管径比、减小内管导热系数、增大回填材料及岩土导热系数、增加井孔深度,可提高换热量;减小管径比、减小内管导热系数、增大回填材料及岩土导热系数、增加井孔深度,可提高出口水温.因此,在实际工程中,应选择高热阻的管材作为内管、选择导热系数较大的回填材料、岩土导热系数较大的地区有利于地热能开发、选择管径之比较小的套管、环腔流体流速的大小在允许范围内宜取大、较深井孔宜作为地热开采井,同时要综合考虑换热量、循环水泵功耗、钻井成本和实际负荷需求及热泵机组性能匹配.

四川盆地—大巴山结合带地壳构造特征:深反射地震约束的重磁解释
潘商, 徐啸, 郭良辉, 高锐
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1292-1298.   DOI: 10.6038/pg2020DD0246
摘要151)   HTML8)    PDF (5841KB)(113)    收藏

大巴山位于四川盆地北部、秦岭南缘,以发育大规模的中生代逆冲推覆构造为世人瞩目,其地壳尺度结构与构造特征对于理解扬子克拉通和华北克拉通的碰撞过程有重要意义.本文基于深反射地震剖面和宽角反射与折射地震数据的约束,结合地质与钻井资料,通过重磁场分析拟合解释,对四川盆地北部—大巴山地壳尺度的构造进行综合研究,建立了地壳断面结构与构造模型.模型显示,四川盆地北部基底和沉积盖层变形差异较大,且上下地壳具有解耦性,上地壳向北延伸至紫阳断裂一带;而下地壳与上地壳拆离,向北延伸远至安康断裂一带.研究区莫霍面起伏较大,自南向北先加深后抬升,在大巴山下出现Moho的构造叠置,这种现象源于大陆地块(扬子克拉通)下地壳向大巴山—秦岭造山带下的俯冲.类似的现象也出现在西昆仑山下,即塔里木盆地下地壳向西昆仑山下俯冲,俯冲板片前缘出现Moho的叠置.

Rayleigh波ZH幅度比(椭率)研究综述
秦彤威, 冯宣政, 王少曈, 鲁来玉
地球物理学进展    2021, 36 (1): 39-66.   DOI: 10.6038/pg2021EE0289
摘要117)   HTML10)    PDF (10723KB)(110)    收藏

Rayleigh波ZH幅度比,又称为Rayleigh波椭率(Ellipticity),是指Rayleigh波垂直分量和水平分量的比值.椭率是随频率变化的函数,最早由Boore和Toks?z(1969)提出将其用于反演地壳结构.对于3D介质结构,ZH幅度比不仅受到台站下方的结构控制,同时也受台站附近半波长范围内结构相对于其下方结构扰动的影响.对于水平层状的1D介质,Rayleigh波ZH幅度比只和台站下方的结构有关,与震源机制和方位无关.相对于Rayleigh波相速度,作为独立的量,ZH幅度比对浅层速度结构更为敏感,因此可以用来约束浅层,尤其是沉积层的速度结构.近年来,大规模地震台阵的出现为研究面波成像方法提供了高质量的三分量数据,也为Rayleigh波ZH幅度比的应用提供了基础数据,因此,Rayleigh波ZH幅度比和相(群)速度的联合反演成为研究者关注的课题,并广泛用于弥补单独相(群)速度反演对浅层结构约束不够的缺点.本文从横向均匀介质的面波理论出发,结合三维面波的散射理论及变分原理,对Rayleigh波ZH幅度比的理论基础,灵敏度核的计算,ZH幅度比的提取方法及其在地壳结构反演中的应用进行评述.

DAS技术在油气地球物理中的应用综述
周小慧, 陈伟, 杨江峰, 李霞
地球物理学进展    2021, 36 (1): 338-350.   DOI: 10.6038/pg2021DD0472
摘要202)   HTML5)    PDF (10353KB)(110)    收藏

光纤分布式声波传感技术(DAS)基于相位敏感光时域反射,是一种利用光纤后向瑞利散射干涉效应实现声波信号连续分布式探测的新型传感技术.在油气勘探开发领域,近年来在井中VSP、地表地震采集、时延或永久油藏监测、水力压裂监测等方面开展了试验和应用,取得了初步的成功.相比常规地面检波器及井中检波器,DAS技术具有低成本、高效率、密集采样、资料品质不低于传统地震检波器等优势.但DAS技术的局限性在于数据信噪比受光纤布设方式影响、单分量采集、保真距离有限.在综合分析的基础上,展望DAS技术未来发展方向:(1)螺旋缠绕技术等多分量DAS技术的发展及实用化和工业化,以及新型光纤电缆的发展,将大幅度地提高光纤的灵敏度和动态范围,DAS将逐渐克服其局限性.(2)DAS解调技术的发展和光纤采集方式的优化,包括新型采集观测系统、光纤与地层耦合技术等,以及针对性处理、成像技术发展将进一步提高DAS数据的信噪比和成像质量.(3)由于DAS具有成本低、采样率高等优点以及未来DAS技术在提高信噪比方面的进展,DAS技术在油气地球物理技术领域的应用前景将更广阔.

煤及煤层气储层导电特性研究综述与展望
刘之的, 王伟, 杨珺茹, 时梦璇, 马廷昊, 王得志, 杨海星
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1415-1423.   DOI: 10.6038/pg2020DD0317
摘要84)   HTML4)    PDF (3856KB)(107)    收藏

随着人类对天然气资源需求的剧增,煤层气勘探开发已备受业界重视.煤层气勘探开发的诸多技术均移植于常规天然气.常规天然气储层的含气饱和度与电阻率间具有良好的相关性.对于煤层气储层,煤层含气量与电阻率间是否具有相关性、其影响因素主要有哪些,对电阻率预测煤层含气量至关重要.本文翔实调研了国内外煤及煤层气储层导电性研究的相关文献,系统总结了煤体结构、煤的变质程度、温度及水分等对煤体导电性的影响特征,并细致梳理了含气煤储层吸附和解吸过程中电阻率变化规律.系统总结得知,现有研究成果多集中在煤体导电性的研究方面,煤层含气量与煤储层导电性间的内在定量关系尚不清晰.借助于煤岩样标定电阻率测井,进而来分煤阶、分煤体结构来研究煤层气储层导电性是本领域发展的趋势.

基于蒙古东戈壁AMT数据的“死频带”分析
李红领, 王光杰, 杨磊, 康慧敏, 何国丽
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2153-2158.   DOI: 10.6038/pg2020DD0094
摘要167)   HTML8)    PDF (4117KB)(107)    收藏

音频大地电磁测深是利用1 Hz~10 kHz频率范围内天然电磁场进行勘探的一种被动源电磁法.天然电磁场本身信号微弱,尤其是1 k~5 kHz有时甚至会低于仪器噪声水平,被称为“死频带”.“死频带”电磁场信号微弱,且具有昼夜变化的特点,晚上信号强度强于白天.“死频带”范围内正交的电场和磁场的相关度较低.“死频带”的影响在视电阻率曲线上表现为在1 k~5 kHz范围内的频点出现严重脱节现象,但不同频点受到的影响程度不同,其中1500 Hz受影响最严重.文章利用在蒙古国东戈壁省安静电磁环境中取得的AMT数据充分分析了“死频带”的频谱和相关性等数据特征,及其对视电阻率和相位曲线的影响,并使用时间域去噪法处理“死频带”数据收到了一定的效果,即,选择满足约束条件的时间序列,删除不满足约束条件的时间序列,这里的约束条件可以是电磁场强度或者电场与磁场的相关度.具体做法为在时频变换的基础上,通过设置一定的临界值检索信号强度较大的特定频率的高频脉冲,然后重新组合成新的时间序列.最后对仪器的采集方案提出了改善意见.

地球物理方法在城市膏盐富集层探测中的应用效果浅析
李华, 杨剑, 王桥, 王东辉, 席振铢, 王亮, 韩浩东, 张伟, 廖国忠, 龙霞
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1577-1583.   DOI: 10.6038/pg2020DD0332
摘要132)   HTML8)    PDF (5399KB)(105)    收藏

膏盐层是红层地区城市地下空间利用过程中常见的不良地质体.提前获知基岩内膏盐层的埋深及空间展布规律,对城市地下空间资源的开发利用以及地基承载力、持力层、基础选型等参数的确定具有重要的参考意义.本文采用高密度电法、微动勘探、三分量频率谐振勘探和等值反磁通等方法在成都市天府新区国际生物城开展了膏盐富集层的探测研究,综合对比分析各种方法的探测效果、施工效率及经济成本后,认为在城市膏盐层的调查应用中,等值反磁通瞬变电磁法是一种相对经济、可行、有效的方法;选择该方法对2 km2的研究区开展了100 m×10 m的扫面测量工作,通过反演计算建立了研究区200 m以浅的三维电性结构,结合钻孔信息成功推断出膏盐层的空间展布形态,证明了该方法对红层地区城市地下空间膏盐层的探测的有效性.

基于深度学习UNet++网络的初至波拾取方法
李薇薇, 龚仁彬, 周相广, 林霞, 米兰, 李宁, 王晓东, 肖高杰
地球物理学进展    2021, 36 (1): 187-194.   DOI: 10.6038/pg2021EE0152
摘要150)   HTML5)    PDF (14511KB)(104)    收藏

初至波拾取是地震资料处理中一项基础而重要的工作.为解决我国西部沙漠、黄土塬、戈壁等地区地震资料信噪比低,致使初至波拾取准确率不高的难题.本文创新提出一种基于图像分割技术——UNet++神经网络应用于初至波智能拾取.输入原始地震数据及少量初至时间的标签数据进行监督学习,并建立UNet++ 模型,应用西部某工区地震数据测试,实验证明,UNet++模型性能稳定,炸药震源初至波拾取准确率达到98%,可控震源初至波拾取准确率达到98%.此外,本方法与商业软件、U-net网络的初至拾取对比表明,UNet++优势明显,具有准确率高,抗噪能力强,性能稳定、高效等特点.

致密砂岩储层天然裂缝建模方法研究进展
林承焰, 李辉, 任丽华, 董春梅, 李师涛, 梁书义
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1803-1814.   DOI: 10.6038/pg2020DD0429
摘要117)   HTML2)    PDF (6446KB)(103)    收藏

致密砂岩储层中天然裂缝的存在极大影响储层非均质性与渗流储集空间.精准刻画三维裂缝空间展布,是目前致密砂岩储层亟待解决的问题.本文基于天然裂缝形成力学机理,将建模方法分为基于岩石破裂瞬态的有限元分析方法和基于裂缝扩展过程的离散元分析方法.其中有限元方法分为基于岩石破裂准则的建模方法,和基于能量守恒的建模方法;离散元方法分为基于多物理场真三轴实验的裂缝扩展建模方法,以及基于实时CT扫描三维岩石破裂过程的建模方法.本文结合实际工区案例系统介绍了四类方法的原理、特征及优缺点,并在最后对基于裂缝成因的天然裂缝建模方法的发展趋势进行展望.研究结果表明:基于破裂准则的建模方法适合岩石破坏形式单一,较为均质的储层,是一种能够快速判断裂缝空间展布的半定量方法.基于能量守恒的建模方法适合绝大多数裂缝系统,是一种能够针对复杂构造、强非均质储层进行三维定量建模的方法.基于多物理场真三轴实验的裂缝扩展建模方法具有还原真实裂缝形成环境的优势,是进行深层-超深层储层裂缝建模的最佳选择.基于实时CT扫描三维岩石破裂过程的建模方法具有对岩石破裂过程实时三维成像,直接构建立体模型的优势,适用于复杂岩体内部裂缝建模研究工作.

地震全波形反演及其探测壳-幔结构的研究进展
蒋梦凡, 孙伟家, 塔力哈尔·哈帕尔, 魏伟, 李卿卿, 符力耘
地球物理学进展    2021, 36 (2): 464-480.   DOI: 10.6038/pg2021EE0024
摘要115)   HTML18)    PDF (8054KB)(100)    收藏

地球介质的物理属性 (如速度) 隐含了地球内部结构和演化信息,因而获取高精度的地下介质模型是探测内部结构的重要目标之一.全波形反演方法利用地震观测记录的振幅、相位等全波信息来重建速度和密度等介质参数模型,被认为是建立高精度地下介质模型的最有潜力的研究方法之一,其不但是石油勘探地震成像的主要研究方向,而且在结构地震学获得了较高关注和初步应用.随着该理论的完善以及计算机技术的发展,全波形反演方法已被应用于大陆尺度以及全球尺度的壳-幔结构探测,并成为探测地球深部结构的研究方向之一.本文首先简述了全波形反演理论研究及应用进展,包括地震波场正演模拟方法、目标函数构建、迭代优化方法、初始模型建立等;然后介绍了全波形反演方法在澳大利亚、东亚、欧亚大陆以及全球尺度的上地幔结构研究,并分析其探测壳-幔结构的效果;最后给出算法的优化策略(例如地震波场正演模拟、目标函数、寻优算法等),时间域或频率域的多尺度反演策略,结合其他反演方法(如走时反演)的多手段联合反演策略以及高性能计算技术将是全波形反演方法突破计算瓶颈并在内部结构成像广泛应用的可能途径.

储层物性的地震预测技术综述
韩宏伟, 程远锋, 张云银, 王兴谋, 曲志鹏, 隋志强, 冯德永, 梁鸿贤, 王玉梅, 慎国强
地球物理学进展    2021, 36 (2): 595-610.   DOI: 10.6038/pg2021DD0382
摘要103)   HTML13)    PDF (7978KB)(100)    收藏

想要掌握储层物性的空间分布情况,地震预测是不可或缺的手段.近半个世纪期间,主要出现了7种有关储层物性地震预测的方法技术,包括阻抗反演技术、储层物性间接反演技术、储层物性波动方程反演技术、地质统计方法和人工智能预测方法,以及以上方法技术所依赖的机理性岩石物理分析技术和统计岩石物理分析技术,本文论述了这些方法技术的原理及现状.从反射地震数据出发反演得到地层的声阻抗和弹性阻抗,这已经是石油工业界常规的技术流程.借助理论和实验手段进行机理性岩石物理分析,进而经由储层物性和阻抗间的媒介关系进行储层物性的间接反演或是基于波动方程进行直接反演,这是进行储层表征的有效途径.另外,地质统计方法和人工智能方法在储层物性的空间展布预测方面正发挥着独特的作用.很多情况下,简化物理模型难以描述复杂的动力学机制,而综合了岩石物理理论、随机模拟和Bayes估计的统计岩石物理分析技术是另外一种可供选择的储层物性预测方法.同时,本文也客观地指出了每种预测技术的优点、适用性和局限性,以便读者可以迅速掌握各种技术手段的精髓,并在工作中能够选用适合自己任务特点的储层物性地震预测技术.

基于最小二乘偏移的地震分辨率分析
刘国章, 魏伟, 符力耘, 孙伟家
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2171-2180.   DOI: 10.6038/pg2020DD0462
摘要108)   HTML4)    PDF (2953KB)(99)    收藏

最小二乘偏移将地震成像过程视为一种最小二乘线性反演问题,能有效降低由数据不规则引起的偏移假象,改善窄频率或窄波数带宽、复杂变化子波和强吸收衰减所造成的偏移噪声,进而提高复杂勘探目标的成像分辨率,得到更接近真实地层反射系数的振幅信息,是解决深层油藏描述和油藏监测问题的重要手段之一.理论上,最小二乘偏移能完全消除采集的有限孔径和不规则性对成像的影响,获得最佳的空间分辨率和振幅精度,但在实际应用中,由于反演精度和迭代次数的限制,最小二乘偏移过程仍会受到采集因素的制约,需要对其效果进行评价.但另一方面,最小二乘偏移的分辨率特征及其采集需求与传统偏移具有明显的差异,传统的分辨率评估手段也不再适用.基于此,本文提出了一种基于最小二乘偏移的地震采集观测系统聚焦分辨率定量评价方法,能在采集施工前,针对复杂三维速度模型中的目标点、目的层或目标区域,基于最小二乘偏移算法定量预测待选采集方案的分辨率和振幅精度,进而反馈采集参数设计,从数据采集的源头提高复杂地区的地震成像效果.实例应用结果表明,在较复杂介质条件地区或存在地表采集障碍区的情况下,最小二乘聚焦分析得到的偏移噪声、分辨率和角度域振幅精度均要明显地优于一步法聚焦分析的结果,采用最小二乘聚焦分析可以实现更准确的采集评价.

一种基于压缩感知的地震数据重建方法及其在城市活断层地震勘探中的应用
曹静杰, 杨志权, 杨歧焱
地球物理学进展    2020, 35 (4): 1545-1551.   DOI: 10.6038/pg2020DD0267
摘要151)   HTML5)    PDF (3518KB)(97)    收藏

在城市地区采用地震勘探方法时,由于地表障碍物、地形等因素的影响,地震检波器不能按照观测系统设计规则布设,采集的地震数据存在道缺失,常规的浅层地震数据处理方法由于没有采用数据重建方法,因此会影响地震数据处理和解释的效果.压缩感知技术被引入到地震勘探中已经有十余年,但都是在石油地震勘探中应用,其原因是石油地震勘探数据量大,信噪比高.由于浅层地震勘探的覆盖次数小,信噪比低,在浅层地震勘探中应用压缩感知技术存在一定的挑战,能否应用压缩感知技术于城市浅层地震勘探尚未可知.本文对压缩感知理论在浅层地震勘探中的应用进行探索,将模拟的压缩感知采集的数据进行重建;以曲波变换为稀疏变换,通过构造0-范数的一种逼近函数建立稀疏反演模型,并提出了一种快速的求解方法.模拟数据实验表明,本文方法能够很好的对缺失地震数据进行重建.对某地区地震活断层勘探的实际地震数据进行了模拟的压缩感知采样和数据重建,并对原始数据、压缩感知采集数据和重建数据分别进行了相同的地震数据处理,偏移成像结果验证了基于压缩感知的重建方法能够获得和常规采集数据相当的处理结果.本文验证了基于压缩感知的地震数据重建技术在浅层地震勘探中的可行性,为后续的研究打下了良好的基础.

地层孔隙压力地球物理测井预测技术综述及展望
时梦璇, 刘之的, 杨学峰, 杨珺茹, 陈秀娟, 刘洪壮, 曹晋璐
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1845-1853.   DOI: 10.6038/pg2020DD0435
摘要177)   HTML5)    PDF (3578KB)(96)    收藏

地层孔隙压力的精准预测直接关系到钻井工程设计、油气藏开发方案制定等油气田勘探开发的各个重要环节.测井信息具有纵向分辨率高、连续测量等独特的优势,在地层孔隙压力预测方面得到了广泛的应用.目前,业界所研发的地层孔隙压力测井预测方法较多,在现场实际生产中未必能全部利用这些方法来计算地层孔隙压力,而利用单一方法有可能难以保障其预测精度.为了精准地预测地层孔隙压力,本文系统调研了国内外地层孔隙压力测井预测方面的文献,详实阐述各预测技术的方法原理之后,细致归纳总结了各地层孔隙压力预测技术的适用性.系统总结得知,有效应力法和Bowers法均能准确地预测地层孔隙压力,经验统计模型法也具有较高的预测精度,而等效深度法、Eaton法受制于正常压实趋势方程的精度,其预测效果相对较差.借助研究区力学参数试验,有机融合地球物理测井和压力检测资料,构建地层孔隙压力非线性预测模型将是本领域发展的趋势.

老旧小区近距离铸铁管线探测实验与应用
邓诗凡, 张智华, 马思煜, 张世强
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1945-1952.   DOI: 10.6038/pg2020DD0405
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地下管线是城市基础设施的重要组成部分,老旧小区的管线探测与维护已成为我国城市快速发展中的难题,其中铸铁管线是小区一种常见管线.以陕西省西安市西北大学太白校区内近距离铸铁管线(消防管线、给水管线)集中区域为例,开展了综合探测实验.探测方法包括电磁感应法、地质雷达法、声学探测法的组合应用.针对不同的近距离管线分布(同源和平行)组合,采用不同探测方法相互配合和交叉验证,最终绘制了准确的管网分布图.结果表明,采用合适的探测方法进行组合,分步骤进行试验和逻辑判断,可以有效地解决实际的近距离铸铁管线探测中的信号严重干扰问题.该研究为解决近距离铸铁管线探测问题提供了一定的参考.

压力和温度对致密砂岩纵波速度影响的实验研究
房春慧, 李继龙, 姜纪沂, 黄骥超, 石砚斌
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1770-1776.   DOI: 10.6038/pg2020DD0458
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高温高压条件下测量的岩石纵波速度对于储层评价具有重要作用,但该条件下岩石声波速度的测量要比常温常压条件下复杂的多,而高温高压和常温常压条件下的岩石纵波速度的关系,受到孔隙度和孔隙结构等因素的影响.为了研究温度和压力对岩石纵波速度的作用及影响因素,测量了随压力和温度变化的致密砂岩纵波速度,得到了压力和温度对纵波速度的影响系数,建立了影响系数与孔隙度及表征孔隙结构特征的核磁参数之间的关系,从而获得了不同样品的纵波速度与压力和温度的关系.基于该关系对储层的纵波速度进行计算,并与测井数据进行对比,计算结果与测井数据有很好的一致性,说明本文建立的关系是有效的.因此基于本文的研究,可以根据常温常压下的纵波速度计算高温高压条件纵波速度,这为常规条件测量纵波速度的应用提供了支持.

深地震反射剖面所揭示的大陆碰撞后期的构造演化——以大别山造山带研究为例
闫诚, 高锐, 郭晓玉
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1702-1709.   DOI: 10.6038/pg2020DD0362
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目前我们已经对大陆碰撞带下的深部构造有了深入的研究,但对于后碰撞造山带中俯冲大陆地壳的深部变形过程还缺乏一定的了解.大别山被看作是经历了完整陆陆碰撞过程的中生代造山带,是了解陆陆碰撞后期陆壳深部构造变形过程的天然实验室.本文以大别山造山带为研究对象.通过综合解释两条南北向横过大别山造山带的深地震反射剖面(364 km),我们获得了南北向横跨大别山造山带完整的地壳尺度结构剖面.综合前人在大别山地区的地球化学/岩石学/年代学以及地表地质研究成果,并与目前正在进行的喜马拉雅造山过程进行对比,我们的研究结果认为大别山地区在大陆碰撞时期也发生了类似于喜马拉雅地区的双重逆冲过程.在陆陆碰撞后期的构造运动过程中,由于扬子地块顺时针旋转所产生的向南构造拉伸作用,扬子地块俯冲前缘及其上覆的大别造山带也经历了相应的向南延伸.这种外力作用导致的地壳减薄,为俯冲的扬子板块地壳以高温底辟穹隆的方式折返提供了空间.在大别山超高压变质岩中发现的柯石英,也为扬子板块俯冲前缘在外力拉伸和内部浮力共同作用下的快速折返过程,提供了有力的证据.

南海北部壳幔结构特征及其地球动力学过程指示
李文兰, 周元泽, 崔清辉
地球物理学进展    2021, 36 (1): 19-29.   DOI: 10.6038/pg2021EE0073
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地壳和上地幔结构及其性质对于理解地球浅部构造演化过程具有非常重要的指示作用. 南海地区位于亚洲东南部,其构造演化长期以来受到了特提斯和太平洋构造域的控制. 晚中生代以来, 南海北部经历了主动大陆边缘向被动大陆边缘的演化, 并且发生了多期次拉张构造运动, 形成了一系列裂陷和盆地. 近几年来, 地震学探测方面的丰硕成果为理解此过程提供了有效的约束. (1)地壳结构方面而言: 海底地震探测结果表明, 南海北部陆缘地壳厚度范围为7~32 km, 最厚和最薄处分别对应着东沙隆起和白云凹陷. 深地震反射/折射剖面结果显示南海东北部大陆架和洋陆过渡带的下地壳底部发育有明显的高速层, 厚度为0~10 km, 且向洋盆减薄并尖灭, 此特征与张裂运动后岩浆底侵过程一致. 东沙隆起的上地壳岩性为长英质,表明该区12 km厚的下地壳高速层可能与中生代太平洋板块俯冲产生的火山弧有关. (2)在岩石圈尺度上: 面波成像结果显示,南海北部的岩石圈比周边陆块的要薄一些, 大致在60~75 km之间, 为中生代俯冲形成的软弱带. (3)上地幔结构方面: 体波层析成像结果表明在南海北部地区地幔转换带内存在高速异常, 三重震相波形拟合则进一步约束了该高速异常体, 即厚度为209~225 km, P波高速异常为1.5%~3.5%, 其可能为中生代太平洋俯冲板片或伴随有大陆岩石圈拆沉体, 也可能是古南海北部板片的俯冲残留体. 滞留板片带来的低温异常导致410 km间断面抬升了5 km, 660 km间断面下沉了5~15 km. 与此同时, 在地幔转换带之上存在厚度为60~75 km,P波低速异常为2.0%~2.5%的低速层, 其可能与地幔转换带内俯冲板片脱水有关.

目录
地球物理学进展    2021, 36 (1): 0-0.  
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微动勘探波束形成与台阵响应特征
殷勇, 张红梅
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2416-2428.   DOI: 10.6038/pg2020EE0035
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目前应用于微动勘探的波束形成算法主要有常规波束形成(CBF)和自适应波束形成(MVDR/Capon).常规波束形成算法简单清晰,鲁棒性强,分辨率仅取决于台阵结构;自适应波束形成算法分辨率高,波束形成器的权重函数依赖于输入数据,分辨率是数据相关的.采用波束形成器对单色平面波的波慢度及来波方向进行估算的准确性是判断算法是否优异的关键.首先,本文针对不同的台阵结构,求取两种波束形成器台阵响应函数(ARF),得出同一台阵结构,自适应波束形成器均优于常规波束形成器,并给出选择优越且经济台阵结构的建议.其次,采用自适应波束形成算法,模拟不同波长单色平面波通过圆形或嵌套圆形台阵,得出波长大于台阵孔径时,波束效果极好;小于台阵孔径时,波束形态中旁瓣能量有所增强,波束效果变差.随后模拟两列单色平面波从不同方位通过台阵,波束形成功率谱形态变得复杂,对波慢度及来波方向估算误差增大,甚至失效.最后,我们通过3个比较典型的实例,来说明自适应波束形成(MVDR/Capon)具有大测深,高分辨的优异性能.

基于气枪信号偏振特征的震相自动判别研究
金星, 林彬华, 蔡辉腾, 韦永祥, 李军, 郭阳, 于伟恒
地球物理学进展    2021, 36 (1): 8-18.   DOI: 10.6038/pg2021EE0092
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气枪震相拾取是地下结构探测的一项基础性工作,震相拾取的精度和波组类型的可靠度是速度结构反演的关键.本文提出了基于偏振特征的气枪震相自动识别方法,通过将水平分量旋转为径向和切向分量,由垂向分量和径向分量构成的偏振特征量初步判别P波组和S波组,根据质点运动轨迹确定出偏振角和偏振线性度参数,针对偏振角大小判别出具体波组类型Pg、Pn、PmP、Sg、Sn、SmS,结合STA/LTA-AIC、理论走时与振幅等特征形成一套气枪震相自动识别技术.采用龙门滩水库气枪信号叠加500次的波形对自动识别算法进行测试,结果表明,本研究的偏振识别方法正确识别率为91%,漏识别率为9%,误识别率为13%,识别效果优于一般识别方法,特别是震中距130~180 km波组交汇处的判别更能发挥其作用.通过对气枪偏振特征的研究既提高了气枪震相拾取的精度和效率,也为不同类型波组的正确识别提供潜在的技术手段.

基于无网格的地震波场数值模拟方法综述
刘立彬, 段沛然, 张云银, 田坤, 谭明友, 李振春, 窦婧瑛, 李青阳
地球物理学进展    2020, 35 (5): 1815-1825.   DOI: 10.6038/pg2020DD0117
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高精度地震波数值模拟方法是波动方程正演、偏移成像和全波形反演等问题的关键,为储层评价、岩性解释和油藏描述等提供重要的理论依据.传统波动理论的数值模拟方法基于固定采样步长进行网格剖分,难以适应复杂精细地质构造和起伏地表问题.与之相比,无网格法摆脱了网格的束缚,能够有效避免网格剖分产生的虚假反射;同时无网格节点半径随模型速度变化,在不同速度区域可灵活采取不同半径剖分策略,从根源上解决了速度差异较大区域的网格适配问题.但国内关于无网格的地震波场模拟研究并不多,未有融入最新进展的综述性文献.本文针对无网格地震波场数值模拟进行了回顾性分析,讨论了不同类型无网格方法的优劣.滑动最小二乘法计算成本和存储量远低于有限元法,但加载边界过程复杂;无单元Galerkin法求解精度高但计算量大,需要采用数值积分构造背景节点;广义有限差分法无需构建基函数且在导数逼近方面具有优势,但由节点构造的星存在病态性;径向基函数有限差分法形式简单、抗畸变能力强、灵活性好,为目前应用最为广泛的数值模拟算法,但不便于大型问题的求解.最后,详细阐述了无网格地震波数值模拟的发展现状与趋势,并给出相应的结论.