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田钢研究成果

（1）1997年以第一作者在国际地球物理界的最高学术刊物之一的《Geophysical Prospecting》上发表了题为“Seismic inversion for coal-seam thickness: trials from the Belvoircoalfield, England”一文，在此之前（1996年6月）该文曾在荷兰阿姆斯特丹举行的第58届欧洲地学家及工程师联合学会的年会上作了宣读。该文在国际上首次针对当前煤田勘探中的薄层分辨难题，较为系统地研究了影响薄煤层分辨的参数和规律；它利用地震剖面与测井资料相结合，采用了带有约束的广义线性反演（GLI）方法，编制了计算机程序原码，同时对地震子波、煤层的位置与厚度及波阻抗进行迭代反演，获得了比较好的结果。其科学意义在于系统地研究了如何将地震数据与测井资料有机地结合的方法，如何考虑相互联系并影响煤层厚度的若干参数的反演问题；对那些在商业公司仍然处于保密期限的商用软件的实质和适用性进行了研究；薄煤层厚度反演精度的提高为将来的新型能源——煤层气的勘探和开发提供了发展基础。（2）1996年开始对90年代发展起来的高频电磁波方法——地质雷达的开发与应用进行研究。在所负责承担的“利用地质雷达进行长平高速公路路面及路基质量检测”的研究项目中，拓展了Sir-2型雷达的应用范围，提高了高速公路路面质量检测的效率和精度，为长平高速公路的提前建成通车作出了应有的贡献，受到了省高速公路指挥部的好评。这项研究中的创新之处是在国内首次将Sir-2型雷达用于高速公路路面厚度和质量检测，解决了主机悬浮后的资料解释问题，监测测量轮的精度问题；在国内首次将地质雷达数据转换成地震数据，并用Evasdropper地震处理软件对雷达测量数据进行了处理和绘图输出，满足了用户要求。其科学意义在于使得地震方法的研究成果可以直接用于地质雷达的数据处理，提高了地质雷达数据的解释精度。其成果的应用效果直接导致了省高速公路指挥部于次年从美国引进了一套公路质量检测专用雷达，已将这项高新技术应用于交通领域。成果于1997年发表在《世界地质》第2期上（“地质雷达在高速公路质量检测中的应用”）。（3）1997年主持承担的对“吉林省长白公路石碑岭隧道工程应用综合地球物理方法进行隧道掘进超前预测”项目的研究工作，项目保质按时地完成使得公路隧道工程能够安全顺利地贯通成为可能。该项目的创新之处在于充分总结了国内外过去各种方法缺点的基础上，提出采用多方法综合立体预测的思路，即采用长、中、短距离超前预测相结合，多方法结果相互验证，三维可视，使结果更加可靠。它采用对较远的目标体以高分辨率浅层反射和折射地震方法为主；对较近的目标体以地质雷达为主，所探测的目标体较小，分辨率较高；对于地面的探测工作，使用高密度电法、电导率方法和地震方法相结合，从整体上确定地下的断裂和溶洞等。该方法在施工中取得了较好的效果，为施工单位合理安排施工速度、减少工程损失作出了贡献。成果于2000年发表在《长春科技大学学报》第1期上（“隧道掘进中掌子面前方岩石结构的超前预报”）。（4）1998年以第一作者在俄罗斯科学院新西伯利亚分院的地球物理国际研讨会上宣读了题为：“Physical modeling study on data acquisition and resolution in marine seismology”的文章，该论文为与海洋石油研究中心合作研究的科研项目的成果,它的创新之处是在国内首次用物理模型实验对海上地震勘探的激发采集方式及其分辨率进行了研究，特别是得出了单位阶跃函数的激发震源方式要比单位脉冲函数的激发震源方式的分辨率要高的结论，分析了海水作为半无限空间界面对激发接收的影响因素，为海洋高分辨地震勘探的实施方案提供了依据。其科学意义表现为对影响海洋地震分辨率的因素有了进一步的了解。部分成果于2001年发表在《石油物探》第4期上（“海上高分辨率地震采集的物理模拟实验初探”）。（5）1998年7月负责承担了松辽委东北勘测设计院的小山电站水库水坝泄漏的调查工作。该水库在水坝储水后，下游的每秒100多升的漏水将给电站造成每年近百万元的经济损失。在试验了多种方法之后由于无法确定其泄漏区域而很难治理。我们利用地质雷达方法，采用接收和发射一体的100MHz天线和收发分离的低频杆状天线相结合，对浅部采用高频高分辨率的天线和深部采用低频探测深度大的天线相结合。由下游往上、由浅到深逐渐追索，从而确定出了水坝泄漏范围，为坝体泄漏区的进一步检测和治理提供依据。其创新之处在于正确地选用了不同深度与不同频率天线的组合，充分利用了渗漏水体与围岩的介电常数具有巨大的差异的特点，加之科学的施工方法，因而利用地质雷达能有效地确定出渗漏水的范围。成果于1999年发表在《CT理论与应用研究》第3期上（“面板堆石坝地质雷达检测”）。（6）1997年负责承担的吉林省科委的“地质雷达在吉林省西部盐碱地区碱化层与洪积扇区砾石层深度和厚度调查中的应用”研究项目，该项目将代表90年代勘查技术水平的地质雷达引入到农业土壤调查，在国内尚属创新。特别是将地质雷达用于盐碱地区碱化层的深度和厚度调查以及对全盐量和有机质含量评价的尝试，更是在世界上也没有见到。但这恰恰是我省西部地区的主要土壤特征，可见该项目不仅具有科学研究意义，而且有着极为重要的现实应用价值。研究成果已于2001年发表在《长春科技大学学报》第4期上（“白城地区盐碱地分层划界的地质雷达方法研究”）和2002年发表在《水土保持通报》第2期上（“白城地区盐碱地土壤性质与地质雷达信息应用研究”）。（7）1999年完成了由本人负责承担的“高分辨地震物理模拟实验研究”教育部启动基金项目，在此项目中，模拟实验系统硬件设计方面的花费少而精度高的特点可以说是一个创新；分析处理软件方便的窗口操作和可视化程度高表明了软件设计的先进性；海上不同采集方式对鬼波影响的物理模拟实验和地震记录上散射随机噪声特性的物理模拟研究方法均属创造性的成果；散射随机噪声特性的系统性数学模拟和现代小波分析方法技术具有先进性的特点。该科研成果首先为如何利用地震物理模拟实验解决科研的理论和实际问题提供了一个典型范例，其次高分辨地震物理模拟实验系统的建立为今后的国土资源部开放实验室——应用地球物理综合解释理论实验室的对外开放合作打下了一个坚实基础，再者它为高分辨的海上石油天然气的采集工作提供了一些可供参考的合理化建议，最后为认识并最终消除地震记录上的高频随机干扰得出了一些有益的结论。总之它为企业生产部门以及科研机构与大学开放实验室的合作研究展示了一个良好的前景。高分辨地震物理模拟实验系统的硬件和软件系统均属国内领先且处于国际先进水平；利用地震物理模拟实验研究海上不同地震采集方式的效果的研究在国内没有见过报道先例，国际上只有荷兰Delft大学进行过海平面采集排列方式效果的物理模拟实验对比研究；地震记录随机散射噪声的物理模拟实验研究在国内外都未见到报道，如此系统的对散射随机噪声的数学模拟研究也不多见。综上所述，该科研成果所涉及的技术在国内外均属先进或领先水平。该研究成果的论文被中国地球物理学会第15届年会邀请作为大会发言，并被评为优秀青年论文奖。部分成果分别于1998年发表在《长春科技大学学报》上（“三维地震模型实验系统的研究”）和2000年发表在《长春科技大学学报》上（“随机噪声形成机制及其数学模拟”）。（8）2012年完成的的中国地质调查局“综合方法技术在浅覆盖区区域地质调查中的应用研究”项目是一项具有较高科学意义和较大经济效益的工作，通过该项应用研究工作将为中国地质调查局提供具有“技术标准”性质的、先进实用的、以物探方法为主的综合方法在浅覆盖区满足1：25万填图要求的技术方案。该技术方案以利用已有资料为主，结合当今先进的3S技术，采用高精度、高保真的数据处理和正反演解释方法，侧重对资料的定性、定量推断解释，最终提供多信息的可视化结果，以便于提高覆盖地区的填图精度和效率，并为下一步的三维地质填图打下坚实的基础。部分成果已投稿到国内核心刊物《物探与化探》、《地质与勘探》和《世界地质》上。（9）对“勘查技术与工程”专业的课程体系建设有自己独到的思路和见解，提出了“两步走”的渐进策略，特别注重学生的素质和能力培养，在实验基地班的实践中获得了成功，其研究成果获得了吉林省2001年优秀教学成果三等奖。从1997年开始开展双语教学实践，已有多年的教学经验，使用英语分别讲授了《物探数据处理》、《工程与环境地球物理学》等课程，获得了学生的好评。在此基础上，作为主编编写了《环境地球物理学教程》教材一部（地质出版社出版）。（10）同美国堪萨斯大学著名教授D. Steeples一起进行了高分辨率的超浅地表反射地震与面波勘探研究，该项研究无疑将对工程与环境地球物理的研究提供一个更为可靠与精确的方法。进展成果包括首次提出了在面波勘探的野外观测系统中引入虚拟炮点排列方法, 提高了面波反演的空间分辨率. 证明了多道分析地震面波方法中自动埋置检波器技术方法可以取得与常规检波器布置方法同样的反演效果, 但其效率却大大提高,研究成果以第一作者分别在国际SCI期刊《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》和《Geophysics》杂志上发表。同时还与国外学者共同对利用面波的基阶与高阶分量进行速度反演以及利用面波反演地下介质Q值进行了研究，作为研究成果的两篇论文已在《Journal of Applied Geophysics》上发表(SCI和EI收录和检索杂志)。利用高分辨的超浅地震技术对土壤的压实情况进行了分析对比.借助于随钻地球物理测井技术和辅助岩心资料, 同面波的横波速度反演结果进行了对比, 结论认为超浅层地震面波技术是可以用来研究土壤的压实情况。研究成果2003年已发表在《地球物理学进展》杂志上。（11）与中石化新星公司的西北石油局和华北石油局合作，开展了对新疆塔河北部地区低幅背斜油气藏高分辨处理研究；利用综合地球物理技术开展了对鄂尔多斯盆地的复杂近地表条件下得到高分辨率、高信噪比地震资料的采集技术和近地表高频信号补偿校正技术研究。上述研究均为生产应用研究，特别是后一项研究采用了国际上最新的多道面波分析技术来解决生产实际问题，将地质雷达与瞬变电磁方法引入沙漠地区的覆盖层厚度和起伏情况调查，利用微测井研究近地表介质对地震波的吸收衰减情况，进而进行高频补偿，项目的完成必将有助于提高数据的分析解释精度以及数据采集精度。该项目已通过鉴定，结果表明对叠加剖面上的目的层的反射信号的主频优势频带已展宽了近10赫兹，超额完成了项目合同设计的要求。该项成果中的多道面波技术在国内的应用几乎空白，用于沙漠地区的近地表低降速带调查研究在国外也没有先例，特殊耦合检波器装置与数字耦合反滤波相结合技术属国内外首创，利用微测井资料分析衰减并据此进行高频补偿技术也是国内外没有见到。在这种情况下，取得了较好的效果，实属难能可贵。同时为在鄂尔多斯盆地进一步进行高分辨地震数据采集与处理研究奠定了坚实的基础。上述成果已发表在《Journal of Geophysics and Engineering》（2004年）、《石油地球物理勘探》（2005年）、《石油物探》（2005年）和《Journal of Environmental & Engineering Geophysics》（2006年）杂志上。（12）通过与大庆油田合作的近地表吸收衰减规律和高频补偿的研究，成功地将微测井分析地震衰减信号方法应用于近地表介质条件评估领域，其中对某一特定频率的吸收结果平面图，是对高频吸收因子求取的扩展应用，研究成果2006年已投稿到《大庆石油地质与开发》并发表。同时近地表高频补偿技术得到进一步的应用和开发，相关应用成果2007年发表在《地球物理学报》和《石油地球物理勘探》上。（13）与中石化西部指挥部合作，开展了对高精度叠加的研究，这是将最小平方反滤波技术的应用于不同领域的又一次拓展，它是将共深度点道集的近偏移距道形成一个模型参考道，然后将此道记录作为期望输出，求取其他欲叠加道的差异滤波器，然后对所有剩余各道进行类似处理，分别求得多个滤波器，最后将每个滤波器作用与对应的地震道之后进行叠加，就可以得到高精度叠加的效果。该成果拟申请国家发明专利。同时还开展了利用大炮面波进行近地表调查的尝试研究，这是国内外首次，为地震大炮面波信息的应用开创了先河，成果2007年发表在《Applied Geophysics》上。（14）2004年开始与中国极地研究中心合作开展了利用船载电磁波方法进行海冰厚度实时测量的技术研究，相关技术获得了海洋863项目的支持，该成果为国内首次，相应成果发表在2007年的《Applied Geophysics》、2008年的《地球物理学报》以及《吉林大学学报》（地球科学版）上。同时还开展了利用冰雷达进行南极冰盖下构造的研究，该项研究中的冰穹A的冰下构造研究和利用极化雷达属性进行模拟和反演研究具有国际先进水平，相关成果发表在《中国科学》（2010年）和《地球物理学报》（2009年）以及《Applied Geophysics》（2009年）等杂志上。（15）自2005年工作调到浙江大学以后，同中石化、中石油等部门继续开展了地震勘探采集方面的系列技术研究，承担了中石化海相前瞻项目、国家重大专项子课题以及国家863项目专题的研究，包括检波器耦合理论、检波器分频匹配技术、海洋地震立体气枪震源设计等相关成果处于国内领先水平，其中分频匹配和三自由度检波器耦合理论属国内外首创，部分成果获得国家发明专利授权，部分成果发表在《地球物理学报》（2010）、《石油地球物理勘探》（2011）、《浙江大学学报》（2012）、《Applied Geophysics》（2013，2014）、《Geophysical Prospecting》（2014）等杂志上。（16）2008年开始与文物考古部门合作开展了一系列的考古地球物理技术试验和研究，包括在不同土壤环境下的古城墙和古墓探测、古水系调查、古城遗址布局调查等领域，在超浅层三维地震方法、地质雷达属性技术以及综合方法运用等技术上取得了较好的进展，并承担了省文物保护项目和国家社科基金重大项目，相应的成果部分获得了国家发明专利，部分成果发表于《吉林大学学报》（2010）、《核技术》（2010）、《物探与化探》（2010）、《浙江大学学报》（2011，2013）、《地球物理学报》（2011）、《Applied Geophysics》（2012）、《Near Surface Geophysics》（2013、2015）、《Journal of Applied Geophysics》（2013、2018）、《工程勘察》（2014）、《Journal of Archaeological Science》（2015）、《Geophysical Journal International》（2015）等杂志上。（17）2009年开始与航天部门合作，开展了位场资料延拓以及正反演方法研究，进而承担了973项目的课题研究，其部分理论成果发表在《Geophysics》（2014）和《Journal of Applied Geophysics》（2017）杂志上。