內容簡介
應用探地雷達技術進行沉積物研究在我國開展較少,本書選譯瞭由倫敦地質學會2003年齣版的《GroundPenetratingRadarinSediments》一書中與我國陸相沉積相關的13篇文章,內容反映瞭探地雷達在研究沉積物內部結構中的主要進展、方法及應用成果。
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目錄
目錄
譯者序
前言
第1章探地雷達在沉積物研究中的應用概述1
1.1引言1
1.2現代沉積研究中的應用2
1.2.1風成沉積與海岸沉積環境2
1.2.2河流和衝積扇環境3
1.2.3冰川環境4
1.2.4湖泊環境4
1.3古代沉積物研究中的應用5
1.4構造研究中的應用5
1.5工程和環境應用6
1.6GPR方法論6
1.7結論7
參考文獻7
第2章探地雷達技術沉積物研究實用指南——關於數據采集、基本處理和解釋的建議13
2.1引言13
2.2數據采集和測量設計14
2.2.1背景14
2.2.2反射剖麵測量15
2.2.3速度探測22
2.2.4試測24
2.2.5地貌24
2.2.6後勤保障與測量工作安排25
2.2.7極端環境28
2.3處理和顯示29
2.4解釋方法32
2.5雷達地層學概述33
2.6結論35
參考文獻35
第3章加拿大卑詩省西南部Cheekye扇沉積構型及其後冰期演化41
3.1沉積背景43
3.2Cheekye扇沉積特徵44
3.3GPR研究方法47
3.4GPR雷達相49
3.4.1空白反射相50
3.4.2基岩相51
3.4.3衝積扇相152
3.4.4具有電纜和管道等公用設施的衝積扇相52
3.4.5衝積扇相252
3.4.6衝積扇相353
3.4.7衝積扇相453
3.4.8河道充填相53
3.4.9三角洲前積相53
3.4.10河流相54
3.5Cheekye扇內部構型54
3.6結論55
參考文獻56
第4章加拿大卑詩省西溫哥華市Cypress Creek扇三角洲沉積構型與雷達相研究59
4.1自然環境60
4.2海平麵變化史62
4.3GPR研究方法63
4.4扇三角洲雷達相64
4.4.1雷達相Ⅰ:斜坡雷達相65
4.4.2雷達相Ⅱ:丘狀雷達相67
4.4.3雷達相Ⅲ:波狀起伏近水平狀雷達相67
4.4.4雷達相Ⅳ:下凹雷達相68
4.4.5雷達相Ⅴ:水平雷達相69
4.5沉積與地貌環境69
4.5.1三角洲平原69
4.5.2河道帶71
4.5.3海灘帶72
4.5.4三角洲前緣73
4.6討論74
4.6.1海平麵變化與三角洲演變的關係74
4.6.2強潮湧扇三角洲:標誌性的雷達相特徵75
4.6.3提齣的Cypress Creek沉積模式75
4.7結論77
參考文獻78
第5章德國西南部第四紀不同類型礫石河床辮狀河沉積三維探地雷達分析80
5.1沉積學81
5.2GPR反射、數據采集及處理84
5.3成果85
5.3.1GPR剖麵標定85
5.3.2實例研究87
5.4討論92
5.5結論93
參考文獻94
第6章探地雷達在砂質河流相沉積環境中的應用:方法探討96
6.1研究區地點97
6.2野外工作方法97
6.2.1GPR係統選擇99
6.2.2數據采集方式99
6.2.3疊加測試101
6.2.4測點間距101
6.2.5頻率選擇102
6.2.6地錶構造繪製103
6.3處理方法103
6.3.1時間零點校正104
6.3.2DEWOW處理104
6.3.3帶通濾波106
6.3.4背景消除108
6.3.5偏移108
6.3.6海拔靜校正和深度轉換108
6.3.7增益應用108
6.4速度分析109
6.5GPR數據解釋110
6.5.1地下實況約束GPR解釋110
6.5.2GPR反射和沉積學解釋111
6.6活動河道沙壩的GPR反射解釋113
6.7結論115
參考文獻116
第7章應用高分辨探地雷達進行活動正斷層及其共生沉積物的成像及錶徵119
7.1GPR在構造研究中的應用119
7.1.1GPR設備、數據處理及研究方法論120
7.1.2活動正斷層研究區的構造及地質背景122
7.2高分辨雷達圖像上的斷層和同生沉積構造123
7.2.1實例研究123
7.2.2與斷崖共生的沉積構造實例123
7.3討論129
7.4結論130
參考文獻130
第8章猶他州Bonneville湖三角洲重復GPR反射振幅分析132
8.1地質背景和GPR測量135
8.2模擬GPR電磁波傳播138
8.3實測GPR對模型中介電常數差異的形式及其相對幅度的約束139
8.3.1大型地層139
8.3.2小型地層141
8.4實測GPR對模型中電導率的約束142
8.5用AVO模擬約束介電常數146
8.6直達地麵波振幅分析147
8.7結論148
參考文獻148
第9章西愛爾蘭Clare郡石炭係Ross組濁流水道沉積構型GPR三維成像研究151
9.1石炭係Ross組153
9.2Ross大橋研究區155
9.3GPR采集和測試156
9.4研究區速度計算技術160
9.4.1共中心點采集160
9.4.2垂直雷達剖麵160
9.5GPR固定偏移剖麵測量及解釋161
9.6三維模型的建立164
9.7下一步的工作164
9.8結論165
參考文獻166
第10章應用井下探地雷達進行Alaska州Fairbanks附近地下介質屬性高分辨率分析168
10.1研究方法169
10.2凍土觀測171
10.2.1Chena 河永凍帶171
10.2.2Fox永凍土隧道172
10.3被汙染區觀測177
10.4速度和衰減分析結果182
10.5結論182
參考文獻183
前言/序言
隨著我國油田進入高含水開發階段,不同沉積環境油藏內部精細結構對剩餘油的控製作用日益增強,其錶徵難度越來越大,迫切需要精細解剖露頭和現代沉積建立儲層精細的原型地質模型。傳統的地質研究方法隻能針對露頭和現代沉積的有限齣露局部特徵進行描述,對沉積體的控製程度很低,極大地限製瞭露頭與現代沉積在儲層精細錶徵中的作用。探地雷達是一種高效的淺層地球物理探測技術,它通過嚮地下發射高頻電磁脈衝,利用地下介質電性參數差異,根據迴波的振幅、波形和頻率等特徵,來分析和推斷淺層沉積體結構和物性特徵。隨著探地雷達技術的不斷進步,近年來國外高校和科研機構將探地雷達與沉積學研究結閤,開展瞭一係列古代及現代沉積探地雷達勘測工作,也取得瞭一係列的研究成果。
2003年倫敦地質協會由英國倫敦大學伯貝剋學院C.S.Bristow教授和美國威斯康星大學歐剋萊爾分校H.M.Jol教授共同擔任主編,編輯齣版瞭Ground Penetrating Radarin Sediments一書,係統論述瞭探地雷達在沉積物研究中的各種技術方法和針對不同沉積環境的研究實例,內容貼近沉積儲層非均質性研究的實際,對油田儲層精細刻畫具有很大的指導意義。而國內在該領域起步較晚,將探地雷達技術與沉積學研究結閤的成功案例較少。本書的翻譯,恰恰填補瞭這一空白,對於促進該技術在我國沉積領域的發展具有很強的學術參考價值。
原著涵蓋的內容較多,覆蓋麵廣。為瞭突齣重點,本次翻譯結閤我國油藏沉積特點,優選可比性、代錶性較強的十篇文章加以翻譯,其中第1章、第2章係統介紹瞭探地雷達在沉積學方麵的研究進展及實際測量、處理、解釋中的技術方法與步驟;第3章~第6章介紹瞭探地雷達技術在河流、衝積扇和扇三角洲沉積環境中的應用實例;第7章介紹瞭探地雷達技術對活動斷層及同生沉積物的研究;第8章、第9章介紹瞭探地雷達技術在三角洲及濁流水道沉積中的研究成果;最後考慮到探地雷達測量方式的全麵性,第10章介紹瞭井中雷達在凍土層及烴類汙染監測方麵的研究成果及應用實例。本書第1章、第2章由高興軍、宋新民閤譯;第3章~第6章由高興軍負責翻譯,宋新民審校;第7章~第10章由宋新民負責翻譯,高興軍審校;全書最後由高興軍負責統校。
《深層感知:超越錶象的地下世界探索》 引言: 我們腳下的土地,是一個充滿未知與奧秘的巨大寶庫。從地質構造的宏偉史詩,到埋藏韆年的曆史遺跡,再到現代工程建設賴以生存的地基,這一切都深深地根植於地錶之下。然而,傳統的勘探方法往往受限於其侵入性、高成本或有限的穿透深度,使得我們對這個龐大地下世界的認知充滿盲區。我們渴望一種非接觸、高分辨率、能夠深入探測的方法,去揭示那些隱藏在地層深處的信息,去理解地球的演變,去守護人類的文明。 《深層感知:超越錶象的地下世界探索》正是應運而生,它將帶領讀者進入一個全新的地下探測領域,聚焦於一種顛覆性的技術——差分反射光譜成像。本書並非探討已知的探地雷達技術,而是將視角轉嚮一種更為精細、更為前沿的光譜分析方法,通過其獨特的工作原理,實現對地下物質組成、結構、以及潛在異常的精準識彆。 本書核心內容聚焦於: 第一章:差分反射光譜成像的基本原理 本章將深入剖析差分反射光譜成像技術的核心科學原理。與傳統的單一光譜分析不同,差分反射光譜成像的核心在於比較物體在不同光譜區域的反射強度差異。我們將詳細闡述: 光譜響應與物質特徵: 解釋不同物質(例如,不同類型的土壤、岩石、水分、有機物、甚至某些人工填埋物)在特定波長範圍內的光綫反射率存在顯著差異。這些差異是物質的“光譜指紋”。 差分分析的優勢: 強調為何“差分”是關鍵。通過計算不同光譜通道反射率之間的比值或差值,可以有效消除環境因素(如光照強度變化、傳感器自身噪聲)的乾擾,增強目標物質與背景環境的對比度,從而提高探測的靈敏度和準確性。 成像的構建過程: 介紹差分反射光譜成像係統如何工作,包括光源的選取、多光譜傳感器的陣列、數據采集的策略,以及通過算法將采集到的光譜信息轉化為具有空間分辨率的二維或三維圖像。我們將詳細介紹如何利用這些光譜圖像來區分地下不同組分,例如,識彆不同含水量的區域,區分不同粒度的沉積物,甚至識彆某些可能存在的有機質含量變化。 與其他成像技術的對比(非探地雷達): 簡要介紹本書所探討技術在分辨率、穿透深度、物質識彆能力等方麵,與其他常用的非接觸式成像技術(例如,可見光成像、紅外成像、熱成像等)的區彆與優勢。重點突齣其在地下物質成分分析上的獨特性。 第二章:關鍵技術與儀器設計 本章將著重介紹實現差分反射光譜成像所必需的關鍵技術和儀器設計理念。我們將探討: 多光譜成像傳感器: 詳細介紹用於差分反射光譜成像的多光譜傳感器的類型、性能指標(如光譜分辨率、信噪比、探測效率)以及選擇標準。我們將討論如何根據不同的應用場景,設計傳感器陣列以覆蓋關鍵的光譜範圍。 光源與照明係統: 分析不同類型光源(如LED陣列、寬帶光源)在差分反射光譜成像中的作用,以及如何設計高效、均勻的照明係統,以確保采集到的光譜數據具有一緻性。 數據采集與處理流程: 詳細闡述數據采集過程中的關鍵參數設置,例如掃描速度、采樣率、地麵分辨率等。同時,我們將介紹數據預處理的步驟,包括輻射定標、幾何校正、以及差分光譜圖像的生成算法。 差分光譜指數的開發與應用: 介紹如何根據特定的地物類型和研究目標,開發有效的差分光譜指數。例如,可能存在針對特定礦物含量、有機質分解程度、或土壤水分變化的特有光譜指數,本書將對此進行詳細的理論推導和實際應用案例展示。 儀器平颱與集成: 討論將差分反射光譜成像係統集成到不同平颱上的可能性,例如無人機、地麵漫遊車等,以及不同平颱在作業模式、應用場景上的考量。 第三章:在土壤與地質學研究中的應用 本章將聚焦於差分反射光譜成像技術在土壤學和地質學領域的具體應用。我們將通過詳實的案例分析,展示該技術如何揭示隱藏在地錶之下的地質信息: 土壤成分與性質分析: 有機質含量估算: 探討如何利用差分反射光譜特徵,精準估算土壤錶層及淺層有機質含量,這對於農田管理、土壤退化評估至關重要。 土壤水分動態監測: 分析不同含水量條件下,土壤光譜反射率的變化規律,以及差分光譜技術如何實現高精度、大範圍的土壤水分空間分布製圖。 礦物成分識彆與分布: 介紹如何通過識彆土壤中不同礦物的特徵光譜,繪製特定礦物(如粘土礦物、碳酸鹽礦物)的分布圖,這對於地質勘探、土壤改良具有重要意義。 土壤鹽漬化與重金屬汙染監測: 探討利用差分光譜技術識彆土壤中鹽分纍積和某些重金屬元素(通過其對光譜的影響)的潛在應用。 地層結構與地質異常探測: 淺層地層界麵識彆: 分析不同地層(如錶土、亞錶土、基岩)在光譜上的差異,以及差分光譜成像如何實現對淺層地層界麵的無損探測。 斷層、裂隙與地下水路徑探測: 探索差分光譜信號在斷層、裂隙區域的異常變化,以及如何通過分析這些異常來推斷地下水的流動路徑。 地質災害風險評估: 討論如何利用差分光譜成像技術,識彆可能導緻滑坡、地麵沉降等地質災害的潛在因素,如地下水分異常、土壤成分不均等。 第四章:在環境與資源勘探中的潛力 本書將進一步拓展差分反射光譜成像技術在環境監測和資源勘探領域的前景,展示其作為一種高效、非侵入式探測工具的巨大潛力。 地下水資源評估: 地下水埋深與分布預測: 結閤土壤水分信息,分析差分光譜數據如何輔助預測地下水的埋深和空間分布,為地下水資源的閤理開發利用提供依據。 地下水質量初步評估: 探討特定光譜特徵是否能指示地下水中的某些汙染物(如富營養化物質),為地下水質量的初步篩查提供可能。 環境汙染監測與修復: 地下填埋物識彆與監測: 分析差分光譜特徵在識彆和監測地下填埋物(如固體廢物、有害物質)方麵的潛力,為地下汙染場地調查提供新的手段。 土壤修復效果評估: 介紹如何利用差分光譜技術,對土壤修復工程實施前後的土壤成分和性質變化進行監測,以評估修復效果。 礦産資源勘探輔助: 指示礦物識彆: 探討在特定地質條件下,某些指示礦物(與特定礦床伴生)的光譜特徵,以及差分光譜成像能否作為一種快速、大範圍的礦産資源勘探輔助手段。 淺層礦産資源初步普查: 分析差分光譜技術在識彆和定位淺層礦産資源(如某些氧化物、黏土礦物)的潛力。 第五章:技術挑戰與未來展望 在深入探討差分反射光譜成像技術的應用價值的同時,本書也將誠實地麵對其當前麵臨的技術挑戰,並展望其未來的發展方嚮。 技術挑戰: 穿透深度限製: 坦誠分析差分反射光譜成像技術在穿透深度方麵的局限性,以及可能影響穿透深度的因素(如土壤介電常數、錶麵覆蓋物等)。 數據處理與解譯的復雜性: 討論大規模、高光譜分辨率數據的處理和解譯所麵臨的挑戰,以及對專業知識和高級算法的需求。 環境因素的進一步影響: 盡管差分技術能有效減弱乾擾,但在極端天氣、復雜地形等環境下,仍可能存在需要進一步剋服的挑戰。 標準與規範的建立: 指齣差分反射光譜成像技術在標準化、行業規範方麵仍需發展。 未來展望: 高光譜分辨率與超光譜成像的融閤: 展望超光譜成像技術在差分分析中的應用,以獲得更精細的光譜信息,實現更準確的物質識彆。 人工智能與機器學習的賦能: 探討如何利用深度學習等人工智能技術,優化數據解譯過程,提升物質識彆的準確性和自動化水平。 多源數據融閤與綜閤分析: 強調將差分反射光譜成像與其他地球物理、遙感技術進行數據融閤,構建更全麵的地下環境信息模型。 嚮更深層次和更復雜環境的拓展: 展望未來技術發展,期望能突破當前穿透深度限製,並應用於更復雜的地質和環境條件下。 標準化與商業化應用: 展望差分反射光譜成像技術在未來的標準化進程,以及其在環境監測、資源勘探、工程建設等領域的廣泛商業化應用前景。 結語: 《深層感知:超越錶象的地下世界探索》並非一本枯燥的技術手冊,而是希望通過深入淺齣的講解,結閤豐富的應用案例,帶領讀者認識一種充滿潛力的地下探測技術。我們相信,差分反射光譜成像技術將為我們理解地球、保護環境、利用資源提供前所未有的視角和工具。它將幫助我們“看透”地錶之下,揭示那些曾經被遮蔽的奧秘,為科學研究、工程實踐和社會發展注入新的活力。本書期待能激發更多對地下世界的好奇與探索,共同推動這項技術在未來的不斷發展與應用。