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地质学报 2023年第12期97卷 4179-4197页

作者：肖昆邹长春卢振权杨亚新李红星段忠义东华理工大学核资源与环境国家重点实验室江西南昌330013 中国地质大学(北京)地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室北京100083 中国地质调查局油气资源调查中心北京100029

音频大地电磁测深(AMT)是以岩石的电性差异为基础来研究地层电性结构的有效探测方法。冻土区水合物具有显著的高阻特征,与围岩存在电性差异,AMT方法可用于冻土区水合物勘探评价。基于祁连山冻土区水合物储层的实际赋存地质特征,结合电... 详细信息

音频大地电磁测深(AMT)是以岩石的电性差异为基础来研究地层电性结构的有效探测方法。冻土区水合物具有显著的高阻特征,与围岩存在电性差异,AMT方法可用于冻土区水合物勘探评价。基于祁连山冻土区水合物储层的实际赋存地质特征,结合电阻率测井建立水合物储层的地电模型,采用有限单元法和非线性共轭梯度法数值模拟了AMT方法探测水合物储层的适用范围和最佳采集参数设置方案。当水合物储层孔隙度小于5%、水合物饱和度大于70%、赋存规模小于50 m、埋深超过500 m时,AMT方法难以识别与圈定水合物储层;在水合物可能赋存区域,效果最佳的采集参数为3倍区域宽度的测线长度、11个测点数、4个高频段(100~1000 Hz)的频点数。研究结果可为祁连山冻土区水合物电法勘探提供理论依据和技术支撑。

关键词：祁连山冻土区水合物电阻率测井音频大地电磁测深响应特征

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基于双电性源的磁共振地下水探测技术数值模拟与特征分析

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地球物理学报 2025年第3期68卷 1174-1185页

作者：林小雪韦萌常天琦林婷婷吉林大学仪器科学与电气工程学院长春130026 地球信息探测仪器教育部重点实验室长春130026

磁共振测深技术具备定性、定量获取地下水分布信息以及针对性强等优势,被广泛应用于野外水资源勘察以及工程性危害水源预警等领域.近年来,随着城市地下空间的逐渐开发和利用,城市地下水的探测需求越来越迫切.基于传统磁性源的地面磁共... 详细信息

磁共振测深技术具备定性、定量获取地下水分布信息以及针对性强等优势,被广泛应用于野外水资源勘察以及工程性危害水源预警等领域.近年来,随着城市地下空间的逐渐开发和利用,城市地下水的探测需求越来越迫切.基于传统磁性源的地面磁共振地下水探测方法已趋于成熟,但由于其存在磁性回路覆盖面积大、响应信号振幅低等问题而无法在高噪声的城市环境中开展应用.针对以上问题,本文提出利用双电性源代替传统大规模磁性源回路,以解决环境适应性问题;推导空间磁场表达式,构建核函数,获取强振幅正演响应,以解决信号幅值低的问题;建立反向脉冲和同向脉冲双电性源激发模型,以讨论最佳双源装置;设置不同收发距和百米级深水案例,以探索收发参数对城市深水场景的探测潜力.经深入分析得知,同向脉冲双电性源装置能够获取远超于反向脉冲双电性源、单电性源以及传统磁性源的磁场覆盖距离、灵敏度核函数辐射深度以及深水信号感应强度.结果证明,本文所提出的双电性源磁共振探测方法具有地形适应性好、探测灵敏度高以及激发深度大等绝对优势,能够极大地拓宽磁场覆盖范围,从方法上突破传统磁性源探测弊端,具备纵深聚焦揭示深部异常体的能力.本文的研究结论为打破传统磁共振探测的瓶颈深度、以及推进城市环境下的磁共振地下水探测进程提供了理论基础.

关键词：电性源磁共振双源信号增强

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淮南深地地磁总场连续观测与时变特征

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地球物理学报 2024年第2期67卷 820-828页

作者：郭良辉王博宋晓林王赟金承奕姚硕史钰峰陆内火山与地震教育部重点实验室(中国地质大学北京)北京100083 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083 地质过程与矿产资源国家重点实验室(中国地质大学) 北京100083 山东航天电子技术研究所山东烟台264000

深地实验室具有电磁干扰小的"超净"地磁观测优势,已成为地磁观测的新平台和研究热点.为了评估淮南深地实验室地磁环境、认识地磁总场时变特征及地下与地面耦合性,我们于2022年在地下巷道(-848 m)和地表(+22 m)同步实施了地磁... 详细信息

深地实验室具有电磁干扰小的"超净"地磁观测优势,已成为地磁观测的新平台和研究热点.为了评估淮南深地实验室地磁环境、认识地磁总场时变特征及地下与地面耦合性,我们于2022年在地下巷道(-848 m)和地表(+22 m)同步实施了地磁总场长期连续观测,对观测数据进行了功率谱、小波谱、地磁总场变化特征的分析及与附近的蒙城地磁台比对.研究结果表明:(1)地下无(或弱)磁干扰点位的地磁环境较优越,与蒙城地磁台相媲美,适用于地磁场变化的高精度、长期连续观测;(2)地下地磁观测可有效过滤地表上由工业与人类活动等的电磁干扰,其记录的地磁总场变化与蒙城地磁台具有较好的耦合性;(3)地下磁测可清晰记录地磁总场的平静变化、不同周期磁暴、地磁脉冲等丰富的时变信息,可为地球系统科学研究提供地磁学依据.

关键词：深地实验室地磁总场时间变化观测地磁环境

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基于机器学习和SHAP算法的声波测井曲线重构及可解释性分析

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地质科技通报 2025年第1期44卷 321-331页

作者：黎子豪蒋恕中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室武汉430074 中国地质大学(武汉)资源学院武汉430074

测井技术是查明地下岩性、地层及地质流体的关键技术手段,在石油勘探行业中发挥着至关重要的作用。然而,由于仪器损坏、井眼条件等因素,经常造成测井数据缺失、曲线不全等问题,传统多元线性回归或经验公式方法无法合理地构建测井曲线间... 详细信息

测井技术是查明地下岩性、地层及地质流体的关键技术手段,在石油勘探行业中发挥着至关重要的作用。然而,由于仪器损坏、井眼条件等因素,经常造成测井数据缺失、曲线不全等问题,传统多元线性回归或经验公式方法无法合理地构建测井曲线间的关系模型使得曲线重构精度相对较低,机器学习算法虽能在大量数据之间找到最为合适的数据映射关系进而提高模型精度,但相较而言其所构建的黑箱模型无法得到良好的解释。近期,可解释性算法的运用使得机器学习在重构测井曲线中的应用更为合理。通过将支持向量回归(support vector regression,简称SVR),随机森林(random forest,简称RF)以及极限梯度提升(extreme gradient boosting,简称XGBoost)和传统多元线性回归方法(linear regression,简称LR)的对比对英国能源局22-30b-11号井声波测井曲线进行了模型重构并基于shapley additive explanations(SHAP)算法对XGBoost模型进行了解释。结果表明,XGBoost在测试集上的决定系数(R2)和均方误差(MSE)分别为0.996,6.371,优于SVR的0.990、15.755和RF的0.993、9.871,而传统多元线性回归方法则为0.969、48.895,表明XGBoost对声波时差曲线的重构具有更高的准确度和更好的泛化性能。创新性地采用SHAP算法对XGBoost黑箱模型的解释表明,在模型构建选择重要特征时,XGBoost模型采用地层温度数据作为特征明显合理于多元线性回归方法采用的井径测井数据。最后基于SHAP对模型进行了单点和全局特征交互解释。上述结果表明在声波测井曲线重构方面,机器学习算法明显优于传统的多元线性回归方法,并证明了SHAP算法在声波测井曲线重构机器学习模型解释方面的可行性,为后续机器学习在测井解释中的发展提供了新的思路。

关键词：测井曲线重构机器学习模型解释 SHAP算法声波测井

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基于曲波压缩的重磁异常三维反演及其应用

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石油地球物理勘探 2023年第4期58卷 993-1001页

作者：张恒磊耿美霞胡祥云中国地质大学(武汉)地质探测与评估教育部重点实验室湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院湖北武汉430074 哈利法科学技术大学阿联酋阿布扎比127788

重磁异常三维反演在构建地下三维空间精细结构研究中作用显著,然而反演核函数矩阵规模较大,对计算机内存需求高,限制了三维反演的广泛应用。为了减小核函数的内存需求,提出了基于曲波压缩的重磁异常三维反演方法,即通过曲波变换,核矩阵... 详细信息

重磁异常三维反演在构建地下三维空间精细结构研究中作用显著,然而反演核函数矩阵规模较大,对计算机内存需求高,限制了三维反演的广泛应用。为了减小核函数的内存需求,提出了基于曲波压缩的重磁异常三维反演方法,即通过曲波变换,核矩阵的能量主要保留在小部分稀疏的曲波系数中,可实现高效的压缩反演。相比小波变换,曲波变换具有更优越的信号稀疏表征能力,因此在相同压缩率条件下曲波变换可以获得更高的压缩精度。文中对比研究了小波压缩与曲波压缩在重磁异常三维反演中的应用效果。考虑相同计算精度,曲波压缩可以将核函数压缩率提高100%,降低50%的内存需求。理论模型试验中反演核函数大小为(100×100)×(100×100×50)(双精度存储量约37 GB),利用文中方法仅需4%的压缩比(即核函数的内存需求仅为1.48 GB),即可实现与传统小波压缩10%的压缩比类似的反演效果。将文中方法应用于中国西部尕林格矿区的磁异常三维反演,曲波压缩反演得到的三维磁化强度模型较清晰地揭示了矿体的埋藏深度、空间分布、磁性强弱等特征,为后期钻探验证、储量评估、盲矿探测等提供了可靠依据。

关键词：重力异常磁异常三维反演压缩曲波变换

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可移动式超音频快速电磁勘探技术研究

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现代地质 2025年第2期39卷 514-522页

作者：阮宏宇王猛林祖灿张袭远王心畅周珂宇张辉张魁元张荣薄汪永青张启升陆内火山与地震教育部重点实验室(中国地质大学(北京)) 北京100083 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083

可控源射频大地电磁法(controlled source radio magnetotelluric method,CSRMT)是一种新型的频率域近地表电磁测深技术。该方法基于传统的大地电磁法(magnetotelluric,MT),通过设置人工发射源,并在远距离处观测电磁场的各个分量,从而... 详细信息

可控源射频大地电磁法(controlled source radio magnetotelluric method,CSRMT)是一种新型的频率域近地表电磁测深技术。该方法基于传统的大地电磁法(magnetotelluric,MT),通过设置人工发射源,并在远距离处观测电磁场的各个分量,从而推断地下结构。本文提出的可移动式超音频快速电磁勘探技术基于可控源射频大地电磁法(CSRMT),它可以利用广播电台发射的AM信号、VLF海军电台发射的甚低频电磁信号、国家授时中心发射的电磁信号这些已有的人工场源进行电磁勘探,可通过运载车装配超音频可控源电磁接收机进行移动式勘探,不需要像传统的CSMT中那样现场布置人工场源,可使勘探效率大幅提升,节约了布置和维护发射机的勘探成本。本项技术中所研发可移动式超音频可控源电磁接收机的带宽范围达到1 Hz~600 kHz,采样率高达2.5 MHz,动态范围达到138 dB,视电阻率测量精度优于3%。

关键词：可控源射频大地电磁法电磁接收机 FPGA 视电阻率

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基于涡度协方差技术的白洋淀湿地蒸散速率研究

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湖泊科学 2025年第3期37卷 1024-1034页

作者：杨磊蒋小伟张志远韩鹏飞欧阳恺皋高冰张源李海涛中国地质大学(北京) 地下水循环与环境演化教育部重点实验室北京100083 中国地质环境监测院北京100081

水面蒸发和植被蒸腾是湿地水平衡的关键要素,如何定量湿地的植被蒸腾速率是水文学领域的难题。本研究采用涡度协方差系统获得的白洋淀典型区域2022年芦苇生长季(4—10月)蒸散速率(ET)为6.75 mm/d,显著大于参考作物蒸散速率(ET_(0))(5.06... 详细信息

水面蒸发和植被蒸腾是湿地水平衡的关键要素,如何定量湿地的植被蒸腾速率是水文学领域的难题。本研究采用涡度协方差系统获得的白洋淀典型区域2022年芦苇生长季(4—10月)蒸散速率(ET)为6.75 mm/d,显著大于参考作物蒸散速率(ET_(0))(5.06 mm/d)。结合蒸发池获得的无植被区水面蒸发速率(E_(w))均值(3.22 mm/d)和遥感方法识别的植被覆盖率(65%)等信息,计算发现植被覆盖区蒸散速率(ET_(c))均值为8.65 mm/d,是E_(w)均值的2.7倍。由于植被覆盖区蒸散主要由植被蒸腾控制,ET_(c)在月尺度与对应观测范围的NDVI呈线性关系,指示与植被生长阶段密切相关。在生长季前期(4月1日—5月18日),ET_(c)由4.19 mm/d逐渐增大至9.76 mm/d,均值为6.86 mm/d,对应作物系数(K_(c),ET_(c)与ET_(0)的比值)为1.01;在快速生长阶段(5月19日—6月24日),ET_(c)介于9.88~13.00 mm/d之间,均值为11.73 mm/d,对应K_(c)为1.77;在成熟阶段(6月25日—9月30日),ET_(c)介于8.19~9.95 mm/d之间,均值为9.19 mm/d,对应K_(c)为1.74;而在衰老阶段(10月1日—10月31日),ET_(c)由8.16 mm/d快速减小到3.58 mm/d,均值为5.66 mm/d,对应K_(c)为1.80。本研究获得的ET_(c)及K_(c)可为白洋淀水量平衡分析和雄安新区水资源安全保障提供科学依据。

关键词：植被蒸腾水面蒸发涡度协方差系统作物系数水平衡白洋淀雄安新区

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基于分布式光纤声传感火车噪声属性的车型识别及运行规律

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地球物理学报 2024年第7期67卷 2850-2862页

作者：郑兴鹏邢磊张汉羽徐团伟刘怀山吴时国中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 海南省生态环境地质调查院海口570206 青岛市海洋地球物理勘探技术重点实验室山东青岛266100 中国科学院深海科学与工程研究所海南省海底资源与探测技术重点实验室海南三亚572000 中国科学院半导体研究所传感技术国家重点实验室北京100083

火车运行时产生强烈的移动噪声传播至地下空间,形成一种绿色环保、强能量的人工地震波.由于载荷系统形态基本固定,火车运行时间规律,震源重复性高,这种火车震源被广泛应用于轨道安全监测、近地表成像和城市地下空间探测等领域.分布式光... 详细信息

火车运行时产生强烈的移动噪声传播至地下空间,形成一种绿色环保、强能量的人工地震波.由于载荷系统形态基本固定,火车运行时间规律,震源重复性高,这种火车震源被广泛应用于轨道安全监测、近地表成像和城市地下空间探测等领域.分布式光纤声传感是一种新兴的地震采集技术,拥有密集采样、布设简单、抗电磁干扰能力强等优点,近年来在城市交通事件微震监测、裂隙探测和地下空间成像领域逐步应用.本研究基于分布式光纤声传感技术获得的秦皇岛试验场火车移动噪声数据,拾取了30个火车交通事件,开展火车噪声视速度、波形和频谱、能量时空变化的属性分析.结果表明:试验区光纤传感的火车噪声具有明显的属性差异,低速度重载荷的火车比高铁引起的地震振幅更大、能量更强,低速火车产生的噪声包含了丰富的低频信息;根据已知的视速度、振幅属性、时频属性,划分了4种类型的火车,并揭示了它们的进出站规律.本研究拓展了分布式光纤传感的应用场景,证明分布式光纤声传感有望应用于不同车型的通勤监测.

关键词：分布式光纤声传感火车震源交通事件噪声属性

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基于测井频谱分析的松科二井登娄库组地层沉积速率研究

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地球学报 2022年第5期43卷 654-664页

作者：张浩东邹长春彭诚杨玉卿中国地质大学(北京)地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083 中海油田服务股份有限公司油田技术事业部河北廊坊065201

松辽盆地科学钻探工程松科二井获取了白垩纪陆相沉积资料,其中连续、多参数、高分辨率的地球物理测井资料为研究松辽盆地地层的沉积速率变化规律提供了机会。本文利用GR、Th、K、Th/K多种测井数据,采用天文旋回的方法来计算松科二井登... 详细信息

松辽盆地科学钻探工程松科二井获取了白垩纪陆相沉积资料,其中连续、多参数、高分辨率的地球物理测井资料为研究松辽盆地地层的沉积速率变化规律提供了机会。本文利用GR、Th、K、Th/K多种测井数据,采用天文旋回的方法来计算松科二井登娄库组地层的沉积速率,并探讨影响地层沉积的主控因素。多种测井数据的频谱分析结果表明了登娄库组地层记录着米兰科维奇旋回信息,这说明登娄库组沉积过程受天文轨道驱动力影响。Th测井数据对天文旋回信息的敏感性强,综合考虑多种测井数据的测试结果获得了连续、相对准确的地层沉积速率。登娄库组地层沉积速率从下往上整体呈现为由高到低的趋势。登二段至登三段时期地层沉积主要受盆地断陷活动控制,地层整体具有高沉积速率特征,最高达到16.2 cm/ka。随后至登四段时期由于断陷活动逐渐减弱,盆地向区域坳陷的构造格局转化,登四段整体具有沉积速率较低的特征,最低为5.9cm/ka。该研究建立了松科二井登娄库组地层连续的沉积速率剖面,为揭示松辽盆地由断陷活动过渡到坳陷活动的地质规律提供了测井证据。

关键词：松科二井登娄库组地球物理测井沉积速率天文旋回

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基于差分结构的地面核磁共振数据噪声压制技术

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吉林大学学报（地球科学版） 2024年第1期54卷 46-53页

作者：张洋王美婷尚新磊地球信息探测仪器教育部重点实验室(吉林大学) 长春130026 吉林大学仪器科学与电气工程学院长春130026

地面核磁共振(surface nuclear magnetic resonance,SNMR)技术是一种可直接定性定量探测地下水的非侵害式地球物理方法,已广泛应用于资源勘探、地质灾害预警和环境检测等方面。但在实际应用中,复杂的环境噪声导致微弱的SNMR信号常常被淹... 详细信息

地面核磁共振(surface nuclear magnetic resonance,SNMR)技术是一种可直接定性定量探测地下水的非侵害式地球物理方法,已广泛应用于资源勘探、地质灾害预警和环境检测等方面。但在实际应用中,复杂的环境噪声导致微弱的SNMR信号常常被淹没,很难获取有效的SNMR信号。针对这一问题,本文提出了一种基于差分结构的SNMR数据噪声压制技术,采用两个接收线圈等距设置在发射线圈上下位置。这种分布可以实时抵消大部分环境噪声以及消除收发线圈耦合影响。理论建模和仿真结果验证了新方法能够有效压制噪声,并可靠获取到早期自由感应衰减(free induction decay,FID)信号。

关键词：地面核磁共振噪声压制 FID信号消除收发耦合

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