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新疆库拜盆地北缘宇海锆石砂矿床的发现,首次在中国乃至世界范围内证实了陆相沉积盆地内可以形成世界级的锆石砂矿床,为在全球范围内寻找同类型锆石矿床开辟了全新的思路和方向。本研究对该矿床的赋矿地层进行了详细的野外地质调查,采集了代表性样品开展锆石结构、形貌、年龄和元素的综合分析。结果表明,宇海锆石砂矿床的赋矿地层包括古-始新统库姆格列木群、渐新统阿瓦特组、中新统吉迪克组和康村组,碎屑锆石均为近源沉积,各个组均存在一个占统治地位的早二叠世年龄峰,峰值年龄分别为284 Ma、281 Ma、280 Ma和281 Ma。另有较弱的早古生代年龄峰在库姆格列木群和康村组出现,分别为456 Ma和448 Ma,在阿瓦特组和吉迪克组中几乎不出现。库姆格列木群中还存在零星分布的元古宙锆石,在其它组中几乎可以忽略。宇海锆石砂矿区新生代地层中占主导的二叠纪碎屑锆石源区以A型花岗质岩石为主,来源于库拜盆地北缘的阔克沙勒岭晚古生代陆缘盆地带发育的二叠纪碱性岩带,古生代、元古宙碎屑锆石指示了极少量更北侧的石炭纪-古元古代地质体的物源供给。中生代地层的碎屑锆石则来源于阔克沙勒岭晚古生代陆缘盆地带更北侧的东阿赖-哈尔克山古生代弧前增生带。这一锆石物源区的显著转换,表明随着新生代南天山快速隆升,造山带南缘阔克沙勒岭晚古生代陆缘盆地带抬升剥蚀,成为库拜盆地的主要物源供给区。其中的早二叠世碱性岩体是宇海锆石砂矿的主要成矿物质来源,而中生代地层则没有作为再循环物质参与成矿。
降雨与库水位作为库岸滑坡的主要诱因,通过改变边坡内渗流行为,进而影响边坡稳定性。因此,准确表征库岸边坡内渗流场的时空演化特征是开展稳定性分析的关键。然而,在降雨与库水位的联合作用下,边坡渗流过程受动态渗透边界控制,呈现显著的非平稳特征(如边界条件突变、水头响应滞后等),给传统数值方法的稳定求解带来了挑战。针对上述问题,本文提出一种级联物理信息神经网络模型(Cascading physics-informed neural network,CPINN)。该方法采用“分段建模-顺序训练-状态传递”的级联策略,分阶段学习由动态边界引起的非平稳物理过程。将全时间域按照渗透边界或入渗方式在时间上的阶段性变化划分为多个子时段,并为每个时段分别构建子 PINN 模型;训练时引入时间顺序推进机制,在保证物理约束一致性的前提下,实现各子模型之间的连续衔接与信息传递;预测时根据目标区段调用对应子模型,使框架既能捕捉水头随时间变化的全局趋势,又能反映不同渗透边界下的局部瞬态响应。结果表明,级联PINN有效解决了动态边界问题、显著降低了求解难度,并实现降雨与水位联合作用下库岸边坡瞬态渗流的准确模拟,为此类具有动态边界变化的复杂渗流问题提供了一种高效稳定的建模策略。
深部工程中高强脆性岩石的突发性破坏常导致严重岩体灾害,其早期预警高度依赖可靠的前兆信号识别。然而,现有声发射单参数预警方法难以兼顾不同岩性的破坏特征差异,制约了预警的精准性与时效性。本文以粗粒花岗岩、细粒花岗岩和石英岩为研究对象,结合单轴压缩试验、声发射监测试验与核磁共振孔隙结构表征,系统揭示了岩性控制下的力学响应、破坏模式与微破裂演化机制。在此基础上,构建了融合关联维数、b值、振铃计数及平均能量重心频率(AECF)的多参量声发射前兆指标体系,并定量分析了各参数在峰值应力前的演化规律及其物理意义。结果表明:高脆性岩石(细粒花岗岩和石英岩)的AE前兆信号出现时间显著晚于准脆性岩石(粗粒花岗岩),且AECF对突发性破坏更为敏感;据此提出一种岩性适配的分阶段多参数联合预警策略,可实现对不同脆性岩体破坏的差异化判识。研究成果为深部岩体灾变风险的评价与预警提供了理论支撑与技术路径。
基于阿曼盆地油气勘探实践成果和商业油气田数据库,以含油气系统和成藏组合为单元,对其超级盆地的形成背景和油气分布规律开展分析.研究表明,阿曼盆地自前寒武纪以来经历了多旋回构造运动,但以克拉通边缘和被动陆缘为主要发育特征;总体以浅海边缘沉积为主,持续的海侵-海退形成了优势的碳酸盐岩+膏盐/页岩岩相组合;各成藏要素高效配置,形成了5套含油气系统,垂向上叠置但互不干扰.盆地内油气分布呈现规律有序性:平面上环盐盆和隆起带分布,北部富油气、南部富油;纵向上围绕3套主力成藏组合分布,下部富油气、上部富油;富含常规油气、页岩油气和氦气,具有多层系、多类型资源立体成藏特征.分析认为阿曼盆地油气成藏与富集的主控因素有: 3大主力烃源灶是油气富集和有序分布的物质基础;盐盆内厚层盐岩和区域稳定发育的页岩控制了油气纵向有序富集;多期次断裂系统和区域不整合面为烃类/非烃类立体输导和有利圈闭形成提供重要支撑.
随着西部大开发战略推进和国家重大工程的建设运营需求,雪崩因其超强流动性和巨大危害性成为了高寒山区地质灾害防控的突出问题。准确识别雪崩潜在启动区并开展定量致灾强度预测,是提升防灾减灾效能的核心需求。本文建立了基于多因子地形与雪层特征约束的雪崩潜在启动区识别方法,并结合RAMMS::Extended深度平均动力学模型,构建了“启动区识别-动力学模拟-风险区划”的雪崩致灾强度预测技术体系。该启动区识别方法在地形地貌和植被特征分析基础上,额外融入了雪层断裂效应的尺寸约束,可实现复杂山体条件下潜在雪崩启动区自动化识别;动力学模型量化了坡面积雪铲刮裹挟、雪水相变热融减阻与气浪成生传播等关键物理过程,可高效准确地模拟雪崩运动致灾全过程。以瑞士达沃斯Braemabuel与Salezer地区雪崩灾害为例开展分析,识别预测的潜在启动区特征和雪崩致灾范围与实际情况高度吻合,验证了模型有效性。本文方法区域适应性强,可迁移至数据匮乏的高山区域,实现大范围雪崩灾害快速风险评价,为藏东南等雪崩高发区的灾害预测与风险防控提供理论和技术支撑。
深部地质工程地质条件复杂、隐蔽性强,施工过程存在较多安全隐患,准确预报围岩级别对保障高效施工至关重要。本文针对破碎岩体特征的不易界定性提出了融合图像-文本多模态探测信息的围岩级别智能预报方法。使用依据里程范围对齐的综合物探图像,由图文跨模态匹配模型训练得到物探图像响应特征识别模型,用于提取破碎岩体响应特征;由目标检测模型对破碎岩体响应特征进行定位;进而融合物探图像的文本描述特征、破碎岩体目标检测框序列特征及相关地质参数,构建多维统一特征向量,利用多输出随机森林模型实现探测里程范围内围岩级别的准确预报。通过文本预报结论和目标框预报结论的相互验证,有效避免了不易界定的破碎岩体特征的误报和漏报,实现了由多源物探图像到围岩级别等级的预报,在实际测试中准确率达到92%,为深部地质工程超前智能预报工作奠定了重要基础。
深层高温页岩统计损伤本构模型及脆性评价是推动深层页岩油气高效勘探开发的关键研究课题。以川南五峰组页岩为研究对象,通过XRD、SEM及高温三轴压缩实验,系统研究温度-围压耦合作用下其微观组构、力学特性、损伤演化规律及脆性特征。结合应力-应变过程引入热损伤变量,首次建立基于幂函数分布与Mogi-Coulomb准则的统计损伤本构模型,给出模型参数计算解析式,并基于损伤演化率提出一种能够描述温度-围压作用下新的脆性评价方法。结果表明:川南五峰组页岩石英平均含量为68.49%,属于典型硬脆性页岩;温度升高会诱发热裂纹并劣化力学性能;岩样峰值强度与弹性模量均与围压呈正相关性,与温度呈负相关性;围压增加,岩样复合型裂纹破坏特征逐步向以单一剪切裂纹为主的破坏模式转变,且整体倾向于剪切破坏;所提出本构模型能够较准确地模拟不同温度-围压下试样各阶段应力-应变曲线,且精准描述试样峰值强度与峰值应变;损伤演化率与围压呈负相关性,即该模型能准确刻画围压升高对试样损伤发展的抑制过程;新的脆性指数在室温和高温条件下均随围压增加而降低,且相同围压下温度升高岩石脆性指数减小,验证了该指标的合理性,研究结果丰富了岩石脆性评价方法。
“微生物白云石模式”为解释“白云石之谜”提供了思路,但多数实验缺乏微量元素输入。本研究分析不同浓度Mn2+(0、0.6、3、6 mmol/L)对细菌Vreelandella alkaliphila J1诱导原白云石沉淀的影响。通过水化学监测、胞外聚合物(EPS)组分分析、X射线衍射(XRD)及扫描电镜-元素能谱(SEM-EDS)等表征手段,揭示Mn2+通过影响微生物EPS组分调控原白云石沉淀的机制。结果发现低浓度Mn2+(0.6 mmol/L)促使细胞产生富含羧基的蛋白质,使矿物晶格Mg/Ca增加,有利于原白云石形成。高浓度Mn2+(3-6 mmol/L)抑制微生物生长及EPS分泌,Mn2+更易与CO32-结合形成菱锰矿,从而抑制原白云石形成。本结果丰富对微生物白云石成因机制的认识,揭示了Mn抑制原白云石形成的浓度效应,对理解地质记录中富Mn白云岩的形成有一定的启示作用。
在高海拔山区,滑坡稳定性同时受降雨与降雪融雪共同影响。系统地量化降雨和降雪累积与融化过程对滑坡稳定性影响和灾害评估具有重要意义。本研究提出一种基于图像监测的积雪自动识别与量化方法,通过图像处理识别计算图像中的积雪体素指标,并结合降雨、气温、湿度及历史位移等多源时序数据,以深度学习神经网络为基础构建滑坡位移预测模型,并以意大利圣安德烈滑坡为研究对象进行验证。在考虑积雪因素条件下,模型能够有效预测滑坡地表位移变化,结果表明滑坡位移对融雪过程具有显著响应特征,降雪及融雪过程显著影响滑坡变形速率。通过引入基于图像的积雪识别,改进了仅以降雨为输入的位移预测模型,显著提高了预测准确度,为寒区滑坡监测预报提供了新的技术途径。
陆相盆地源-汇系统在沉积过程恢复、宏观控砂作用及砂体富集预测上均取得积极进展,但对多物源-多构造坡折带条件下,边缘相带砂体尖灭与岩性圈闭的形成机制尚不明确。以歧口凹陷南斜坡为例,通过大量的钻井、分析化验资料和全覆盖的三维地震资料,综合开展了物源体系的划分和对比,剖析了构造坡折体系的内在构成及共生关系,探讨了共生构造坡折带在源-汇系统中的有机配置作用,明确了砂体的富集区和尖灭带,在斜坡带新发现或落实了15个岩性圈闭,总面积21.5km2。研究表明,斜坡带岩性圈闭主要受构造坡折带和沉积相类型控制,远岸斜坡下段半遮挡区和孤台区是最有利的赋存位置,侧向遮挡砂岩尖灭岩性圈闭、前端遮挡砂岩尖灭岩性圈闭和孤立尖灭岩性圈闭广泛分布。源-汇系统下的控砂控圈作用研究,能有效解决斜坡带岩性圈闭预测难题,在复杂斜坡带岩性油气藏勘探中具有广阔的应用前景。
地层可钻性作为衡量钻进过程中地层被钻难易程度的关键指标,是合理选择钻进方法和优化钻进操作参数的重要依据。针对深部地质钻进过程中可钻性信息获取成本高昂、许多岩石没有对应的地层可钻性范围标准等问题,本文提出一种基于可钻性知识图谱的深部在钻地层可钻性智能推断方法。该方法首先构建包含岩石关键特征的可钻性知识图谱,设计基于岩石相似性度量的可钻性推理算法,将地矿行业标准中的67种地层可钻性级别推广至已知的292种岩石。其次,通过钻孔地层岩性动态分析与可钻性智能推断,实时分析地层岩性分布,推断在钻地层可钻性级别。最后,通过微钻实验和压入硬度实验验证所提方法的有效性。该方法为深部地质钻进过程智能控制奠定了重要基础。
为揭示突发型滑坡启动过程的细观动力学机制,本研究基于光弹性测力技术与颗粒柱坍塌物理模型,实现了岩土颗粒材料在瞬态启动阶段颗粒位移与力链网络演化的同步系统观测。结果表明,滑坡启动过程中力链断裂重组与剪切带形成在时空上具有高度一致性。在形成稳定颗粒流之前,颗粒加速阶段与体系内部应力水平的快速衰减呈显著相关,表明应力释放是驱动滑坡突发启动的重要动力学机制。进一步分析发现,突发型滑坡启动过程中颗粒尺度动力学行为可划分为两种不同模式:一是滑动区内颗粒沿主滑移方向发生系统性位移;二是非滑动区内颗粒表现出不规则的非局域位移特征,该非局域运动主要受局部剪切扰动及力链传递过程控制。
应力是煤层气安全高效开发的关键影响因素之一,而目前针对煤层气储层应力大小、应力机制动态以及有效应力拐点定量表征的研究报道少见。应用弹性理论,基于单轴应变、垂向荷载不变假设,考虑甲烷解吸引起的弹性模量变化,建立远井带煤层气储层应力动态数学模型,推导水平有效主应力-储层压力曲线拐点处的储层压力解析解,探讨了远井带储层有效主应力大小及应力机制的变化规律。结果表明,远井带储层垂直有效主应力在排采过程中持续增加;水平有效主应力在排水阶段单调增加,在采气阶段先增加后减小;初始正断层应力机制始终保持不变,而初始走滑断层、初始逆断层应力机制分别有3种、6种可能的演化模式:(I排水阶段)走滑-(II产气阶段)走滑、走滑-(走滑-正)、(走滑-正)-正;逆-逆、逆-(逆-走滑)、逆-(逆-走滑-正)、(逆-走滑)-走滑、(逆-走滑)-(走滑-正)、(逆-走滑-正)-正。深部储层主应力差、渗透性随排采呈增大趋势;浅部逆断层应力机制储层可通过二次压裂改善其渗透性。研究认识可为储层稳定性分析、生产动态预测及开发方案优化提供借鉴。
深部地质数据是地球科学研究的基础性战略资源,在保障国家能源安全、防灾减灾、促进地质研究等方面起着重要作用。为了科学、有效地发挥深部地质数据的效能,对深部地质数据开展有效检索和智能检索,本研究引入知识图谱技术,结合深部地质数据特点,理清深部地质知识的关联关系,创新性地研究、实现深部地质数据智能检索算法。该算法在进行验证分析的同时,开展其在深地科学大数据管理与服务系统平台的应用。研究结果表明:本算法能够为深部地质智能检索业务提供有效的支持,显著提高深部地质检索业务的准确性和可靠性,为深部地质其他方面的业务应用提供了新的思路和方法。
破译岩浆储运系统对于揭示幔源岩浆岩成因、演化及相关资源环境效应具有重要的意义。单斜辉石是岩浆岩中的常见造岩矿物,对其结晶时的物理化学条件极其敏感,是重建岩浆储运系统的重要载体。本文综述了单斜辉石所能揭露的主要岩石学信息,包括:矿物晶体成因、结构特征记录的岩浆过程、结晶物理化学条件(P-T-H2O-fO2)、元素扩散记录的时间尺度、微量元素反映的源区信息。综合利用这些信息,可以重建幔源岩浆从源区到浅表所经历的岩浆储运系统,并识别其中的岩浆演化过程,为幔源岩浆演化提供矿物学尺度的证据。未来研究应致力于提升单斜辉石温压计、湿度计及氧逸度计的精度与适用范围,并拓展其原位同位素分析体系;同时,将研究对象扩展至不同构造背景及不同种类岩石及地外样品,为深入理解地球乃至行星尺度的岩浆演化过程提供关键约束。
为揭示秦岭北麓生态环境变化趋势,本文基于遥感生态指数RSEI模型系统评估2001—2022年间西安秦岭北麓生态环境质量,采用Sen + Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数分析生态环境变化显著性及未来动向,运用地理探测器对该地区生态环境质量变化驱动因子进行了探究。结果表明:RSEI均值呈现“稳定-波动-攀升”三波段变化,年均增长0.00315,区域生态环境逐步改善;生态环境质量空间上呈现“南高北低”的特征,南部中低山区环境质量“显著改善”;未来秦岭北麓65.53%的区域生态环境将持续改善,年均气温、土地利用类型以及高程是影响秦岭北麓RSEI的最主要的驱动因素。地质环境作为本底条件深刻影响生态环境格局,土地利用类型转变是影响生态环境质量变化的重要因素,同时实施生态保护工程有效提升了生态质量,未来气候变化和土地利用模式仍是制约秦岭北麓生态的关键要素。
赋存于斑岩体的银铅锌矿床作为一类具有特殊产状的银铅锌矿床,往往存在较大的成因类型争议。该产状的银铅锌矿床通常被认为是斑岩型矿床或浅成低温热液矿床,而这两种矿床类型在成矿模式上具有显著差别。为了加深对赋存于斑岩体内银铅锌矿床的成因认识,指导找矿勘查工作,本文选取华北南缘崤山地区老里湾矿床作为研究对象,重点对花岗斑岩体与围岩接触带蚀变、斑岩体内及角砾岩内银铅锌矿化特征进行了系统刻画,并结合流体包裹体显微测温、硫-铅同位素分析以及同位素定年等方法以确定其成因类型。老里湾矿床主要矿体赋存于花岗斑岩体内,并受断裂构造控制。野外观察显示,花岗斑岩体和围岩熊耳群地层接触带部位仅发育少量石英—黄铁矿和方解石—黄铁矿细脉,未见银铅锌矿化。老里湾矿床银铅锌矿化主要表现为赋存于切穿斑岩体的断裂构造带内的断裂带矿化,其次为在斑岩体周边爆破角砾岩中少量角砾状矿化。流体包裹体研究表明两种银铅锌矿化的成矿流体主要为NaCl-H2O体系,测温结果显示这两种矿化主成矿阶段的均一温度和盐度的平均值分别为240℃,6.8 wt.% NaCl eqv.和279℃,9.0 wt.% NaCl eqv.,表现为中低温、中低盐度的流体特征。断裂带矿化各成矿阶段的硫同位素组成变化较小,δ34S值集中于0‰~5‰;角砾状矿化δ34S值介于0.4‰~2.7‰,表明两种类型矿化的硫主要来自岩浆热液。断裂带矿化和角砾状矿化铅同位素变化范围较小,且分布相对集中,表明两种矿化形式成矿物质来源相似,均具有深部来源的特点。断裂带矿化绢云母原位Rb-Sr同位素等时线年龄和含辉钼矿全岩Re-Os同位素等时线年龄分别为127.1±2.5 Ma和129.5±2.8 Ma,与斑岩体成岩年龄较为一致。上述研究表明老里湾矿床的成矿作用虽与早白垩世的岩浆活动密切相关,但其地质特征表明银铅锌成矿作用晚于斑岩体成岩作用,其矿化特征符合中硫型浅成低温热液矿床而非斑岩型矿床。老里湾花岗斑岩体并非成矿母岩,形成该矿床的岩体应位于深部,且在深部有寻找斑岩型钼矿床的潜力。老里湾矿床的成因研究表明,赋矿围岩为斑岩体这一特征并不是确定银铅锌矿床类型的关键要素,应结合矿床地质特征和相关地球化学等证据进行综合判定。
依托近2.6万口水平井全生命周期大数据,采用数理统计、随机森林与Pareto多目标优化方法,揭示了Bakken页岩油气藏工程技术与开发效益的协同演化规律。研究表明,通过工程参数的持续迭代,水平段长由2150m延伸至5217m,加砂强度由0.29t/m提升至1.54t/m,钻井周期压缩至40d,驱动单井EUR倍增至10.6×104t,同时单位油当量钻压成本由89美元/t降至45美元/t,形成了显著的“产量上升、成本下降”效益剪刀差。基于大数据规律,首次建立了“垂深—水垂比”与“垂深—水平段长—加砂强度”三维协同优化图版,量化了深层高脆性页岩油开发的参数适配区间。研究为我国陆相页岩油破解开发瓶颈、实现从“经验驱动”向“数智驱动”转型提供了可量化的技术范式。
为了解海洋性气候积雪的结构演化和物理力学特性,以西藏嘎隆拉山稳定积雪期-融雪期的积雪为例,通过现场试验对不同深度物理力学性质进行测试。结果表明,在稳定积雪期,积雪物理力学参数随着深度和时间的增加表现出增大的趋势,同时提出硬度和抗剪强度与深度关系式;在融雪期,会出现多层明显的软弱层,力学性质显著弱于雪板层。自由水通过重力和毛细作用在早期弱层中积聚,加速弱层演变。含水率是影响积雪稳定的关键因素,电阻率与含水率为负相关关系,通过现场试验构建了积雪硬度、锥尖阻力与电阻率的关系式。研究成果揭示了积雪结构演化特征及其力学特征变化规律,为雪崩区的预警与防治工作提供理论基础。
伴随能源、交通、国家水网等强国战略工程的实施,我国已成为地下工程建设数量、规模和难度最大的国家。西部地区工程建设大多面临高海拔、高埋深、高应力、高水压和大落差的极端地质环境,精细化勘察势在必行。针对西部地区某水电工程深切河谷区域横纵岩性展布规律不明确、定向精细化勘察难度大等问题,研发绳索取心柔性导向取心钻具,建立基于Bezier理论的轨迹控制模型,构建“柔性导向取心钻具+Bezier理论轨迹控制模型”的工作模式,形成大曲率定向连续取心方法技术体系,完成艰险复杂地质区域千米级大曲率定向连续取心精准轨迹控制,实现精细化勘察目标。应用结果表明:(1)建立柔性导向取心钻具在不同控制点下的力学仿真模型,仿真结果表明:稳定器距钻头距离越远,钻头横向应力、最大应力、挠度等均减小,表明稳定器距离钻头越近造斜强度越大。(2)基于Bezier理论的轨迹控制模型计算轨迹控制参数与实测值的最大误差在5%以内;(3)千米级曲线钻孔实际终孔孔斜78°,满足地质要求,终孔方位角212°,与初始方位角误差仅为0.95%,实现大曲率造斜段连续取心,且国内外首次取出弯曲状岩心,轨迹控制较好,可为艰险复杂地质区域的大曲率定向连续取心钻探提供技术支撑。
五道梁-长沙贡玛断裂是巴颜喀拉地块内部NW向大型走滑断裂之一,已有研究表明其中段为全新世活动断裂并发生过多次古地震,获得其晚第四纪以来的变形速率,对了解巴颜喀拉地块内部变形分配和强震风险具有重要意义。本文结合高分辨率影像解译、地震地质野外考察、无人机摄影测绘、光释光定年等方法对断裂中段开展了精细研究,获得中段的空间展布和多个位错量,结合阶地沉积物的定年,获得断裂中段晚第四纪左旋走滑速率为1.8±0.2mm/a。变形速率与地块内部的其他断裂基本相当,明显低于地块边界断层。但内部断裂长期持续活动表明,除边界断裂带外地块内部也承担了一部分地壳形变,且具备发生7级左右地震的能力,因此内部断裂的地震危险性仍需持续关注。
在能源低碳转型的宏观背景下,风电、光伏等新能源固有的随机性与波动性,导致其并网难度大、利用效率低,已成为制约能源结构优化升级的关键瓶颈.储能技术作为实现跨时段能量调节的核心手段,为破解这一难题提供了重要技术支撑.深部地热储能作为一种新兴的长时大规模储能技术,凭借规模化潜力大、经济性优、应用场景广及系统韧性强等显著优势,逐渐成为新能源领域的研究热点和前沿方向.系统阐述了深部地热储能的技术背景与核心优势,深入分析了深部地热系统的分类特征、储能地质结构、储能能力及储能效率的关键影响因素;详细综述了含水层储能、岩土储能、压缩空气储能及二氧化碳羽流储能等主流技术路径的原理、工程应用现状与关键技术进展;全面剖析了当前深部地热储能在储址勘测、储能效率调控及环境安全风险防控等方面面临的核心问题;最后从多能互补能源体系构建、技术创新与产业化体系完善两个维度提出了未来发展建议,旨在为深部地热储能技术的规模化应用与可持续发展提供理论参考与技术支撑,助力我国“双碳”目标与能源安全战略的实现.
太赫兹时域光谱技术具有矿物识别、快速定量分析和高灵敏度特性。本文针对华北克拉通冀北地区大乌苏南沟铁矿床典型矿石,及其矿石矿物、脉石矿物进行了岩相学与太赫兹时域光谱分析。研究发现,不同类型矿石在太赫兹波段表现出明显差异。钒钛磁铁矿较铁磷矿具有更显著的振幅衰减与时间延迟以及强吸收特征。磁铁矿、绿泥石、斜长石和黄铁矿在太赫兹波段吸收系数和折射率具有不同的光谱特征,这些差异主要受矿物结构和含量控制。磁铁矿的吸收系数与铁含量呈显著正相关,绿泥石吸收系数与折射率随其含量增加而升高,斜长石吸收系数受共生矿物组合影响,黄铁矿具有高折射率、较低吸收系数和振幅强度。研究表明,太赫兹时域光谱技术能够有效识别典型矿石及其矿石矿物、脉石矿物,为铁矿床深部勘查与矿体圈定提供了一种新的检测手段。
针对钻井过程中钻速预测与优化面临的参数耦合复杂、地层描述粗糙、模型可解释性差等挑战,旨在实现地质驱动的钻进参数智能优化。本文提出一种融合地质特征量化与多参数可视化分析的“地质标签-参数图谱”体系。基于南海某区块实际数据,引入因子分析将该区域的深度、压力、地震波速、岩性等多源地质参数降维为三个公共因子,据此构建12类具有明确物理意义的地质标签。基于地质标签与目标钻速区间的钻进参数图谱,直观展示不同地质条件下十余项工程参数的合理取值范围与最佳值。基于图谱,可在实钻中通过比对参数曲线与图谱偏离,制定定量的参数优化策略;在设计阶段通过计算参数与多套图谱的匹配概率,实现钻速区间定量预测。
本论文提出一种基于酶诱导氧化镁碳化(EIMC)技术的复合改性方法,通过室内冲刷试验对比研究了生物矿化结皮、有机物调控、EIMC固化小球缓释三者协同提升生态修复边坡客土水-力学特性的规律与作用机制。以碳化度、冲刷率和累计侵蚀量评估改性与抗侵蚀效果;用扫描电镜和纳米压痕技术分析微观结构和力学特性。结果表明,三者联合改性效果最优,冲刷率比单一EIMC处理降低77.9%,比空白组降低82.4%;在261 mm/24h降雨、冲刷100 min下,累计侵蚀量最低(9.84 g)。红薯淀粉通过调控成核、优化孔隙与稳定水化学环境,使碳化度提升2.5%,弹性模量提高43.4%。固化小球实现Mg2+缓释,促进深层碳化度提升3.6%,弹性模量提升132.6%。喷洒使得EIMC浆液在坡表快速形成致密结皮层,有效阻隔表面冲刷。
相较于传统水基钻井液,智能水基钻井液具备“自识别、自调节、自适应”等智能化特征,有望从本质上破解当前钻井液领域面临的技术瓶颈,是未来更具发展潜力的方向。本文在文献调研的基础上,围绕分子设计、响应机理与性能评价三个方面,系统综述了智能水基钻井液关键处理剂(包括流型调节剂、降滤失剂、页岩抑制剂、增粘剂和堵漏材料)的研究进展,进而针对各类智能处理剂存在的关键技术问题,进一步展望了其未来发展趋势,以期为智能钻井液体系构建提供理论参考。
陆相页岩层系石油储层中烃类赋存机制复杂,烃类赋存及其与多尺度、多类型储集空间的配置关系是制约甜点预测与高效开发的关键科学问题。本文选取鄂尔多斯盆地长7段与渤海湾盆地沧东凹陷孔二段两类典型陆相页岩层系石油富集区,综合运用岩石学分析、微观结构表征、有机地球化学分析及流体状态测试等研究手段,系统揭示了不同源储配置模式下烃类的赋存机制及其与储集空间的耦合关系。研究发现:(1)在鄂尔多斯盆地长71+2亚段“源储分离”型夹层砂岩储层中,烃类主要“游离”赋存于微米级的无机孔隙中,富集总量由储层孔隙度决定。(2)在渤海湾盆地沧东凹陷孔二段“源储共生”型混积页岩储层中,烃类赋存于纳-微米级的有机-无机复合孔隙系统,烃类常以“吸附”形式赋存于运移沥青二次热解形成的次生有机孔内,富集程度受有机质热成熟度调控。(3)在鄂尔多斯盆地长73亚段“源储一体”型富有机质页岩储层中,页岩干酪根内存在烃类“溶胀”赋存机制,富集规模受总有机碳含量(TOC)控制。原本均质饱满的干酪根在经有机溶剂抽提后其表面可见大量因体积收缩形成的网状裂缝,为干酪根内烃类溶胀赋存机制提供了直接图像证据。(4)在页岩油“生-排-运-聚”过程中,从烃源岩核心到外围储层,烃类赋存形式遵循“溶胀-吸附-游离”的垂向连续分布序列,储集空间由纳米级有机孔向微米级无机孔系统演变,构成一个从“原位滞留”到“规模运移”、从“纳米束缚”到“微米可动”的完整地质谱系。本研究深化了对陆相页岩油地质理论的认识,为不同类型页岩油储层的勘探目标优选与开发方案设计提供了重要理论依据。
东南地区花岗岩风化壳边坡广布,在梅雨或台风暴雨作用下易发生群发性滑坡。本文以2024年6月福建武平下坝乡四处典型降雨型滑坡为例,结合高密度地脉动观测、无人机LiDAR和野外地质调查,采用水平-垂直谱比(HVSR)法反演边坡二维横波速度结构。结果表明,花岗岩风化壳可划分为低速残积土层、全风化层、强风化层和中风化层,其中残积土层为主要滑体,滑动面多发育于全风化层内。滑坡后缘普遍发育沿坡向展布的低速异常带,并与径流路径和渗流点对应,表明地下水弱化全风化层是重要控制因素。当残积土厚度大于约0.8 m且浅层平均横波速度低于约400 m/s时,坡体滑坡易发性较高。研究为花岗岩风化壳边坡的快速调查与滑坡易发性评估提供地球物理参考。
针对常规煤矿钻机电控系统集成度低、现场调试周期长、故障定位效率低等问题,设计一种煤矿钻机用数字直驱式电液控制系统。采用分布式架构,构建双通道隔离CAN总线通信网络,开发数据服务与边缘计算模块,多源异构数据采集板和基于数字阀的驱动电路;制定专用通信协议,开发总线在线监测、传感器故障诊断、变值触发式控制指令下发算法;融合远程组网与IAP远程升级技术,实现系统远程调试与维护。将系统应用于多种矿用钻机,与传统电液控制系统相比,平均调试周期缩短约50%,非电源短路情况下的常规电控系统故障识别率达100%,售后服务频次降低约50%。本研究有效提升了电控钻机数字化水平和系统可维护性,为矿用钻机数字化升级提供了一套可行的方案。
沂南金铜铁矿床是鲁西乃至山东省唯一的大型矽卡岩型金多金属矿床,但其矽卡岩期成矿流体的特征及演化过程仍研究较为薄弱。对该矿床深部矿体的石榴子石开展了系统的岩相学、原位U-Pb年代学和微区元素地球化学研究。结果显示,矿床中的石榴子石可分为四个世代,整体属于钙铝榴石-钙铁榴石(Grs0.00-67.03Adr31.36-100.00)固溶体系列,其形成年龄为127~126 Ma,代表成矿年龄的上限。微区微量元素特征表明,第一世代石榴子石结晶于低氧逸度、近中性、低水岩比的封闭系统,显示类球粒陨石的Y/Ho值(~28);后三个世代石榴子石具有变化范围较大的Y/Ho值(0.91~68.7),其结晶的氧逸度经历了升高到降低再升高的变化,pH值则经历了降低到升高再降低的变化,流体系统逐渐由封闭转变为开放,水岩比持续升高。结合前人流体包裹体及H-O同位素研究,上述元素特征及物理化学条件的转变是两期岩浆水的脉动式注入及不同比例大气降水混入的结果,并伴随着流体沸腾和高氧逸度流体的形成,进而诱发后期金属矿物的大量沉淀。
克拉通内部走滑断裂普遍发育已被勘探证实,且围绕走滑断裂带勘探相继发现了顺北、富满油田。近年来,随着三维地震的规模实施和深入应用,走滑断裂沿纵向分层这一鲜明特色也被逐渐证实,这对于深化克拉通盆地基础地质理论、开拓油气勘探四新领域意义重大。本文以我国中西部塔里木、四川和鄂尔多斯盆地为研究对象,针对走滑断裂纵向分层的科学问题,通过广泛调研、横向对比、综合论证的方法,系统总结走滑断裂纵向分层的发育规律、成因机制及油气地质作用,取得了5个方面的重要进展。(1)走滑断裂分层特征仅限于克拉通叠合盆地内部的局部地区,并不具有区域性的特点,在塔里木盆地塔北-塔中地区、四川盆地川中地区和鄂尔多斯盆地的西南部表现明显;(2)走滑断裂分层在三大克拉通叠合盆地内部具有四大表现形式,即①大型的区域性整合面是走滑断裂纵向分层的主要分界面; ②在不同构造层之间走滑断裂具有同一走向叠置和不同走向叠置两种方式; ③在同一构造层内部走滑断裂纵向上并不一定完全贯穿,其间可发育一定厚度的间隔层; ④走滑断裂分层特征并不完全受控于基底断裂的控制;(3)将走滑断裂分层特征划分为不同构造层之间的分层和同一构造层内部的分层两种类型。在塔北-塔中地区、川中地区和鄂尔多斯盆地西南部,前种类型走滑断裂的分层分别具有“双层”、“三层”和“四层”结构,后种类型的走滑断裂并不完全贯穿某一构造层,而是分别表现为上奥陶统、下寒武统、石炭-二叠系及下三叠统内断裂不发育,构成走滑断裂在纵向上的重要间隔层;(4)走滑断裂分层受稳定基底、厚盖层、挤压应力三大条件共同控制,不同构造层之间的断裂分层主要受控于不同期次的区域应力场,同一构造层内部的断裂分层主要受控于同一期次构造应力的向下衰减和深部构造环境的变化;(5)走滑断裂分层规律不仅证实了克拉通叠合盆地内部确实存在区域上的纵向构造解耦,而且有助于理解克拉通内油气纵向分层、上下独立成藏的深层根源。目前,在鄂尔多斯盆地内部证实走滑断裂向下收敛的分层位置钻井液往往漏失最为严重,这可为钻井方案设定及过程工程预警提供重要的理论支撑。
为解决中国非地震触发滑坡多尺度时空分布分析不足、尤其缺乏小时尺度规律研究的问题,本研究首先构建1982-2025年时间精度达小时级的中国非地震触发滑坡数据库(含347起滑坡),然后采用卡方拟合优度检验、卡方独立性检验、皮尔逊相关系数检验、二项分布检验及单样本t检验,系统开展多尺度时空分布规律分析。结果显示,空间上单位面积滑坡密度呈现“西南最高、华南及东南次之、西北与华中及华东较低、华北及东北最低”的特征,以人口密度与GDP密度为指标计算的滑坡暴露度指数指示华南及东南为最高风险区,华中及华东为高风险区,西南为中风险区,华北及东北为低风险区,西北为最低风险区。滑坡频次与平均坡度强线性正相关(R2≥0.49)、与平均高程中等线性正相关(0.09≤R2<0.49),且受降雨气候显著影响,即空间分布由地形与气候共同决定;月尺度上,全国5个区域滑坡均高发于6-8月,滑坡频次与月均降雨量强线性正相关(R2≥0.49),即月尺度分布由夏季集中降雨主导;小时尺度上,全国滑坡高发时段为03:00-15:00,其中降雨触发型高发于00:00-12:00(与夜雨水文响应匹配),非降雨触发型高发于08:00-20:00(与人类日间活动关联),即小时尺度分布受降雨与人类活动双重驱动。本研究表明中国非地震触发滑坡多尺度时空分布特征与区域地形气候条件及人类活动密切相关,不仅填补了中国非地震触发滑坡精确到小时级时间分布规律的研究空白,而且为滑坡分时段、分区域预警及风险防控提供了科学参考。
高地应力深埋隧道开挖建设过程中面临严重的岩爆灾害风险,准确预测岩爆等级和分布是岩爆防控的关键。依托某在建高原深埋超长隧道,采用数值反演等手段分析隧址区地应力场分布特征,结合花岗岩压缩试验和声发射监测,探究隧道深埋花岗岩的力学特性、破坏特征和能量演化规律,提出Whp判据开展隧道岩爆预测。结果表明:隧址区构造应力方向为NNE~NEE,最大水平主应力方向为N42°~54°E,三向主应力整体呈σH>σv>σh的规律,隧道轴线最大主应力值超50 MPa;不同压缩条件下,深埋花岗岩展现出应变型岩爆、板裂屈曲型岩爆等不同破坏形式,并表现出高强度、高储能、高脆性特点,具备强烈岩爆发生的岩性条件;岩爆发生前声发射活动存在平静期,岩石趋近失稳破坏时声发射振铃计数和能量突然激增,b值急剧下降,可视为岩爆发生的前兆特征;提出同时反映岩爆可能性和危害性的Whp判据,通过既有岩爆案例验证了其准确性和适用性,预测准确率超90%;在此基础上开展隧道岩爆预测,发现隧道1#斜井工区的多个正线段落存在中等岩爆和强烈岩爆风险,现场施工时需进行严加防控。研究成果为高原深埋隧道岩爆预测及防控提供了参考。
钻速是表征钻进效率的关键指标,其变化受多种钻进参数的共同影响,具有显著的强耦合性和非线性特征。当前时刻的钻速状态,不仅由该时刻的钻进参数和地层条件决定,还与前若干时刻的钻速变化、钻进参数变化、钻进状态等密切相关,呈现出明显的时间依赖与序列记忆特性。针对实际钻进数据中工况复杂、噪声较大以及传统模型难以有效反映长期时序依赖的问题,本文以襄阳某井场实际钻进过程为研究对象,提出一种基于双层CNN-LSTM的钻速建模方法。首先,针对原始钻进数据多工况混杂的问题,构建正常钻进工况识别与井段自动划分方法,并结合异常数据清洗、分段滤波及尺度变换,形成一套数据预处理方案。其次,采用时滞互信息相关性分析方法,对钻速与多种钻进参数之间的非线性及时序相关关系进行定量分析,据此确定模型输入变量及时间窗口长度。在此基础上,通过多尺度卷积特征提取与时序建模相结合,构建一种双层CNN并联与LSTM串联的钻速模型。实验结果表明,所提出的模型在实际钻进数据上的精度和稳定性均优于传统机器学习模型及单一结构深度学习模型,能够有效反映钻进过程中钻速的时序变化规律,为复杂钻进条件下的钻速建模提供一种可行的数据驱动方法。
钻井液漏失不仅损失大量钻井液还会导致孔壁失稳等事故为明确实际钻井中存在的地层粘土矿物和水侵入对智能堵漏钻井液剪切增稠响应规律,选用纳米二氧化硅和聚乙二醇制备剪切增稠流体(STF),通过SEM、氮气吸脱附和比重瓶法表征纳米二氧化硅;通过挤压流动测试、稳态剪切测试表征STF增稠特性;设计伊利石、高岭石和蒙脱石侵入量0、1.8、3.6、5.4和7.2wt%,水侵入量为0、2、4、6和8wt%的试验。结果表明高岭石和伊利石侵入会导致STF最大粘度下降79.8%和72.9%;而5.4wt%蒙脱石侵入导致STF增稠强度增大了56.4%。8wt%水侵会显著稀释-抑制STF增稠特性,剪切增稠强度下降99.6%。本文为剪切增稠型智能堵漏钻井液的应用提供了理论参考。
天山作为典型的对称型新生代板内复活型造山带,针对新生代以来构造动力学机制及与南缘前陆冲断带耦合模式的科学难题,本文基于最新地质地球物理资料和露头调研,以地质力学理论为指导,认为天山南缘柯坪-库车地区的新生代断裂系统呈帚状向西撒开,属旋扭构造体系,而非简单逆冲-推覆构造。通过建立大变形弹塑性有限元(FEM)模型,从四维演化的角度模拟了新生代以来,在印度-欧亚板块碰撞的远程效应下,塔里木板块发生被动顺时针旋转,并激发了西天山深部壳幔活动,进而控制了天山及南缘造山带由西向东的递进形成与旋扭构造的发育。该旋扭运动在盆山边界及大型断裂周缘控制形成了多个油气富集带,展现出广阔的勘探前景。
随着深层-超深层能源资源勘探需求增加,高端油气钻探装备面临着环境严苛、工况极限、故障耦合、维保困难的挑战,现有的运维模式多依赖于人工经验和定期检查,无法实现故障早期预测与及时处理,安全问题突出。针对高端油气钻探装备在运维过程中面临的问题与挑战,本文提出了一种创新的智能安全运维技术,以全过程、全要素、全生命周期运行维护为目标,以全生命周期管理和主动运维优化构建智能运维闭环流程,通过融合信息化赋能技术及运维本体技术推动油气钻探装备运维从传统运维模式向智能安全运维模式转型。开发了具备状态监测、健康评估、故障诊断以及智能决策功能模块的智能安全运维系统,实现某海上钻井平台关键设备智能运维,为智能安全运维技术在油气领域快速应用提供思路。
以鄂东南矿集区铜山口矿床为例,探讨建立可便捷应用的地质体三维形态复杂度定量分析流程(目的)。铜山口是一个典型矽卡岩-斑岩复合型矿床,本文在利用隐式建模方法构建花岗闪长斑岩与碳酸盐岩接触带三维模型的基础上,应用曲率和法向量夹角余弦值两种参数定量评估接触带形态复杂度,最后基于评估结果分析接触带控矿规律和深部找矿方向((方法)。研究表明:(1)基于大量勘查工程约束,利用隐式建模方法可构建复杂地质体的三维模型,然后提取模型表面点云数据并开展曲率与法向量夹角余弦值参数计算,可用于定量评估地质体形态复杂程度,且高斯曲率对复杂度的表征优于法向量夹角余弦值。(2)铜山口矿床的矽卡岩型矿体严格受接触带控制,接触带形态越复杂越有利于成矿,且矿区接触带形态复杂度存在空间差异性,接触带NE-NEE侧的形态复杂度明显高于SW侧(结果),因此下一步找矿勘查工作应重点关注接触带NE-NEE侧深部(结论)。
随着胶东金矿勘查深度持续加大,地表探测技术的矿化信息提取能力、解译精度有所下降,更为直接有效的井中地物化组合技术亟需探索并应用。焦家金矿带2000m以深的系统探矿近期在招贤金矿北段揭露大尺度金富集段,获得重要找矿进展,其中120ZK07单孔累计见矿厚度82.71m,为目前钻孔揭露最厚的深部矿体。主成矿阶段石英黄铁矿脉强烈发育,矿体规模、矿化强度向深部呈增加趋势,推断为在侧伏方向上越过浅部弱矿间隔后200m垂向等间距的富矿段顶部。在胶东地区首次应用五方位地-井瞬变电磁测量(SBTEM),各线圈异常段的感应电动势曲线特征相似,推测蚀变带、矿体在井口四周200m范围延伸较稳定。构造蚀变矿化网络描述标定T1线圈成矿指示段深度1750m~2060m,与浅部T3线圈推断的蚀变带产状同已知蚀变带产状一致,沿走向的T2、T4和向深部的T5线圈曲线相似特征段作为各自成矿指示段。大尺度金富集段的构造叠加晕特征为近矿晕套合前缘晕且尾晕元素弱异常,推测其处于浅部富矿段尾端和深部富矿段前端的重叠部位。综合预测新发现的大尺度金富集段向深部延伸超过200m,建立的井中地物化综合探测技术广泛适用于胶东金矿和具备相似物化性质差异矿床的深部找矿。
福建省武平县2022、2024年两起群发滑坡降雨量阈值相差近100 mm。为揭示降雨特征差异对群发滑坡响应的影响,本文构建了降雨过程特征描述框架与滑坡空间拓扑特征分类方法,对两次事件的地质地形背景、降雨时空结构及滑坡类型进行了定量对比分析,并讨论了入渗控制机制与触发时序的关联。结果表明,两次事件的区域背景与降雨特征差异显著,但滑坡点关键地质地形条件高度一致。同时,滑坡类型和时序特征受降雨特征影响亦存在差异,2022年以短历时强峰值降雨和微小型滑坡为主,2024年则表现为长持时强降雨,平面型与汇聚型滑坡显著增多。研究表明,群发滑坡预警应显式纳入雨型信息,并关注峰值结构、降雨历时入渗补给与地形汇流的共同控制,相关结论为复杂降雨条件下群发滑坡预警与机理揭示提供了重要途径。
地震图像超分辨率重建对提升地震资料解释与地质建模精度具有重要作用,但现有方法模型规模较大、计算开销高,在强噪声和复杂地质结构条件下细节恢复能力有限。针对上述问题,本文提出了基于增强型残差特征蒸馏生成对抗网络(ERFDN-GAN)的地震图像超分辨率重建方法。该方法以增强型残差特征蒸馏模块(ERFDB)为基本单元,通过特征蒸馏机制降低模型复杂度,并引入空间注意力和通道注意力以增强特征表达能力。实验表明,该方法在PSNR和SSIM等指标上整体优于目前代表性方法,并能在复杂场景下保持较低复杂度和稳定的重建性能。所提出的ERFDN-GAN方法兼顾效率与精度,为地震资料解释、地质建模以及多源地学数据采集和挖掘的智能化处理提供了技术支撑。
洞庭湖洲滩的快速扩张是导致湖泊萎缩、蓄洪能力下降及湿地生态问题加剧的关键因素。本研究基于1924年以来12个时段的历史地图与多源航天航空遥感数据,综合运用遥感解译与历史地貌对比方法,系统分析了东洞庭湖最大洲滩——漂尾洲近百年的时空演变过程。结果表明:1924—2024年,漂尾洲呈舌状形态持续向东北方向的君山、城陵矶一带推进,面积由78.21 km2扩展至494.23 km2,年均净增4.16 km2。其演化过程具有显著的阶段性特征: 1924—1944年为快速扩张期; 1944—2004年为持续缓慢扩张期; 2004—2024年则呈现微弱萎缩态势。漂尾洲的发育演化受多重因素耦合控制:南洞庭湖来流经狭窄通道进入东洞庭湖后水域突然展宽的水文格局,是塑造其形态与扩展方向的水动力基础;流域来沙及其选择性淤积是洲滩发育的物质条件;而20世纪以来大规模的堤垸围垦与21世纪初期的湖砂开采等人类活动,则是近20年洲滩由扩张转为萎缩的主要驱动因子。研究结果为洞庭湖洲滩湿地保护修复与水沙调控决策提供了关键的历史基础数据与科学支撑。
针对传统二元判别图在处理锆石微量元素数据时维度低、难以揭示非线性成矿机制的问题,本研究引入机器学习方法以提升斑岩型铜矿成矿潜力判别的准确性与客观性。基于全球斑岩型矿床锆石微量元素数据,系统对比了XGBoost、随机森林、支持向量机、逻辑回归和神经网络五种模型的分类性能,并结合SHAP可解释性框架解析模型决策机制。结果表明: XGBoost模型分类准确率最高(86.85%),其次为随机森林(83.84%)和逻辑回归(83.84%),支持向量机(78.90%)和多层感知器(69.86%)表现相对较低。SHAP分析显示,EuN/EuN*、10000(EuN/EuN*)/Y、Ti、Y、△FMQ和Gd/Dy是判别成矿潜力的关键指标。本研究构建的XGBoost、随机森林等模型能有效识别斑岩型铜矿成矿潜力并筛选关键勘查标识,不仅为智能化矿产勘查提供了新思路,也为实际应用中的模型选择和优化提供了重要参考。
滑动定向钻进作为定向钻进中常用的钻进技术,已广泛应用于工作面超前探查、地质灾害异常体识别与瓦斯抽采等任务,以提升地质识别精度与钻进作业效率。本文针对滑动定向钻进过程中复杂地层扰动导致轨迹跟踪精度下降的问题,提出一种基于扩张状态观测器的轨迹跟踪模型预测控制方法。首先,分析钻具运动学特性,建立滑动定向钻进轨迹延伸模型,在此基础上构建钻进轨迹预测模型和以最小轨迹偏差作为控制目标的目标函数,并设计模型预测控制器。然后,为补偿地层扰动带来的稳态误差,设计具备扰动观测能力的扩张状态观测器,实现最优控制输入的求解,从而实现轨迹跟踪控制。最后,通过仿真实验证明了所提方法具有扰动反馈补偿、轨迹控制精度高及鲁棒性强等特点,在提升勘探效率以及降低作业风险等方面具有良好的应用价值。
针对深海钻探过程中测井参数(声波时差)获取代价大、且传统数据驱动的声波时差软测量方法在跨井应用中泛化能力不足等问题,提出一种基于双域自适应混合专家模型的深海钻探过程声波时差软测量方法。该方法融合多源钻探数据,根据低频可迁移的趋势域与高频相关的残差域,分别构建声波时差多专家软测量模型;在此基础上,引入自适应混合权重,通过多源无监督信号动态评估两域的可信度,实现声波时差的自适应融合。在多口实际钻井数据上的对比实验表明,所提方法在跨井预测精度与稳定性方面均优于SVR、RF、RNN、LSTM及Transformer等对比模型,平均误差降低约15%。该方法在仅依靠钻前勘探与钻井数据的前提下,有效平衡了预测精度与跨井应用的稳定性,适用于深海钻探环境下的声波时差实时软测量。
边坡稳定性精细评估是岩土工程与地质灾害防治的核心难题,其关键在于对潜在滑移面空间形态与位置的准确判定。鉴于传统依赖钻探及井下物探的“以点代面”勘察手段难以经济、高效地获取真实三维滑移面,且现有三维极限平衡方法普遍依赖理想化滑面假定,与地质实际脱节。基于此,本文提出一种集成边坡雷达(变形探测)、三维极限平衡(力学反演)和视频技术(表观识别)的滑移面协同探测与非接触识别新方法。该方法首先利用边坡真实孔径雷达获取毫米级精度的三维地表变形场,基于变形梯度与空间聚类圈定潜在滑体边界,作为三维反演的强约束;其次,通过深度学习与图像语义分割构建表观地质模型,提取岩性分区、裂隙结构与软弱面分布,为滑移面空间位置提供地质先验与交叉验证;在此基础上,引入三维临界滑移面解析方法,对参数化滑移面进行优化搜索,得到满足多源信息约束且安全系数最小的最危险三维滑移面。以中国西北某露天矿为案例,利用便携式真实孔径雷达获取滑坡演化全过程变形信息,并结合视频识别与地质剖面资料,构建了与现场基本吻合的三维滑移面模型,验证了该方法在非接触式深部滑移面判定中的可行性与有效性。该技术通过基于物理规则的三维推演分析,针对复杂且高风险的滑坡隐患,能够为灾害预警、加固设计和应急决策提供关键支持,展现出广阔的产业化潜力。
地质钻进工程难度大、风险高,设计可解释、可交互的钻进故障诊断系统,帮助司钻人员及时发现和排除井下故障,对保障钻进过程的安全和效率意义重大。围绕这一目标,本文提出一套针对地质钻进复杂知识和故障机理的结构化表征框架,收集整理钻进故障文献库,针对文献上下文关联强、专业名词形式复杂的特点设计长程依赖关系分析和复合结构实体识别算法,抽取文献中的知识,自动构建钻进故障特征知识图谱,实现知识驱动的钻进故障智能诊断。对21篇公开出版物进行知识抽取,构建了一个具备3,121个节点、1,301则关系的钻进故障特征知识图谱,故障诊断系统在5项钻进故障知识查询任务上性能达到ChatGPT-5.2同等水平,在2项故障诊断任务上表现优于主流商业大语言模型。
在深部地质工程中,准确预报岩体完整性,感知前方地质环境,对于保障施工过程的安全与效率具有重要的指导意义,多源探测手段获取的结论因机理差异、噪声干扰等多种原因,容易出现冲突矛盾,难以有效进行融合。本文提出基于地质特征引导多源探测信息融合的岩体完整性预报方法,以地质特征作为引导,引入交叉注意力机制,依据实际地质环境自适应调整各探测结论贡献度,实现多源探测结论的冲突消解,获取岩体完整性融合预报结论。并将此融合预报方法应用于实际深部隧道工程中,与其他几种常用方法相比,能够实现对前方岩体完整性准确的预报,且所得结果具有较强的可解释性。
为揭示河流与波浪强度对湖盆浅水三角洲-滩坝形成的控制作用,本文基于Delft3D开展了15次不同河流与波浪强度情况下的湖盆浅水三角洲-滩坝沉积数值模拟。结果表现,浅水三角洲与滩坝可以是耦合发育的,河流流量越大,浅水三角洲规模和岸线糙度越大,分流河道数量越多;浪高越大,浅水三角洲的规模和岸线糙度越小、分流河道数量越少,滩坝的规模越大。河流与波浪相对强度影响着河流、波浪主控区与相互作用区的分布,进而形成浅水三角洲发育型、沿岸滩坝发育型、浅水三角洲-沿岸滩坝复合型、浅水三角洲-沙嘴复合型和浅水三角洲-离岸滩坝复合型多类型沉积。本文创新提出了波浪-河流强度比W,并揭示了不同类型湖盆浅水三角洲-滩坝形成的阈值范围。
西湖凹陷在中新世期间发生了强烈的构造反转,因此揭示其与油气成藏的耦合作用尤为重要。该研究利用三维地震、录井和测井等资料,并采用多方法定量评估构造反转的强度。结果表明:中央背斜带的凹-隆转换显著,背斜核部发育近EW向的横张正断层,早期NNE-NE向的正断层受到挤压反转发生活化,形成正反转断层,并且根据反转正断层特征划分出八种反转构造样式。通过褶皱波幅比、断裂分形及断层反转率等评价方法,明确中央背斜带的反转强度呈现出北强-南弱的特征,基于此建立了四种成藏模式:Ⅰ型:弱反转-继承性活化断砂耦合控藏模式;Ⅱ型:中强反转-高强度调整型深层局部富集模式;Ⅲ型:强反转-接力式纵向多层系局部富集模式;Ⅳ型:强反转-未贯穿型规模富集模式。深化了对西湖凹陷构造反转背景下油气成藏机理的认识,为类似盆地的勘探提供了指导意义。
为认识青海省湖泊沉积物中有机氯农药(OCPs)的污染特征及其潜在生态风险,以青海省19个典型湖泊为研究对象,系统分析沉积物中滴滴涕类(DDTs)、六氯环己烷类(HCHs)、氯丹类(CHLs)、艾氏剂类(DRINs)、硫丹类(SULPHs)及灭蚊灵(Mirex)等OCPs的含量水平、组成特征及空间分布规律,结合特征比值法解析其来源,并采用危害商(HQ)及沉积物质量基准对其生态风险进行评价。结果表明,青海省湖泊沉积物中OCPs含量范围为3.64-10.6 ng/g,OCPs的污染程度及生态风险均表现为长江源区>柴达木盆地>黄河源区;来源解析显示,DDTs主要来源于历史残留,HCHs则主要受全球蒸馏效应驱动的远距离大气输送影响;生态风险评价结果表明,基于效应区间低值/中值(ERL/ERM)标准(基于海洋沉积物) ,所有样品均处于无风险水平;基于临界效应水平/可能效应水平(TEL/PEL)标准(基于淡水沉积物),31.6%的样品存在潜在生态风险;结合物种敏感性分布(SSD)模型计算HQ发现,仅Aldrin、Endrin、α-Endosulfan及Endosulfan sulfate对超过50%的湖泊表现出潜在风险,约53%的OCPs不会对生态系统造成风险。
近年来,极端降雨条件下花岗岩残坡积土群发性滑坡灾害频频发生,严重制约区域发展、威胁人民生命财产安全,然而目前对于花岗岩残坡积土滑坡群发规律仍缺乏清晰的认识,因此难以建立可靠性高、针对性强的减灾防治方法。对此本文以"4·20"群发性花岗岩残坡积土滑坡灾害为研究对象,基于不同深度野外双环渗透试验,研究浅层植被覆盖环境下残坡积土边坡土层渗透参数变化特征,结合土柱渗透实验,探究降雨突增条件下渗透差异土层水分迁移特征,分析差异渗透土层分界面汇水现象及孔压演化规律,运用数值模拟方法,进一步研究降雨强度突增条件下差异渗透花岗岩残坡积土边坡土层分界面孔隙水压力变化规律及对坡体稳定性的影响特征。浅层植被覆盖花岗岩残坡积土边坡存在显著的上下岩土层渗透性差异,在极端降雨期间,该渗透性差异会阻碍水分向下伏低渗透性岩土层运移,致使表层土体及土层界面处因水分滞留引发孔隙水压力急剧累积,进而导致坡体有效应力减小,引起坡体稳定系数迅速下降,最终触发群发性浅层滑坡。该成果为极端降雨下浅层植被覆盖花岗岩残坡积土滑坡失稳规律及群发机理认识提供了重要科学依据和试验支撑,也为花岗岩地区降雨型群发性滑坡减灾防治研究提供了重要参考。
西湖凹陷是中国东部近海中、新生代叠合含油气盆地东海陆架盆地的重要组成部分,其断裂体系发育时空差异特征不仅决定了盆地结构,也控制了油气成藏。本文运用最新的三维地震连片资料及钻井资料,对西湖凹陷断裂体系的发育特征及其控盆效应进行了系统分析,区划出新生代盆地基底先存、裂陷拉张及反转挤压3类不同成因类型的断裂体系,明确了NW(NWW)向先存基底断裂对新生代西湖凹陷斜坡带、中央反转带的南北分区效应;揭示了新生代裂陷早期(前平湖组沉积期)由NE-SW向断裂主控至裂陷晚期(平湖组沉积期)由近SN向断裂主控的转变;阐明了纵张、横张及逆断(反转)等龙井、冲绳运动挤压反转形成的断裂体系与反转背斜的成因联系。研究成果对于认识西湖凹陷乃至整个东海陆架盆地构造差异演化过程与机理具有理论意义,也可为该地区油气勘探实践提供指导。
云南省滑坡灾害风险突出,但现有滑坡易发性制图(LSM)研究多局限于局地尺度,缺乏在统一标准和地域分异视角下的省域系统评估与可解释分析。基于云南省综合自然区划多级分区体系,本文将研究区细化为5个自然地带、8个自然地区及22个自然区,选取20个评价因子,构建自然区尺度的LightGBM-SHAP滑坡易发性模型,并结合SHAP方法解析滑坡影响因子贡献的空间差异特征。结果表明,各自然区模型均具有较强预测能力(测试集AUC均大于0.80)。省域尺度上,滑坡易发性呈现“西南部及山地边缘高、东北部及盆地低”的空间格局; SHAP分析显示,高程、植被覆盖率、年均降雨量、地震点核密度和POI核密度为普遍性影响因子,而土地利用、距河流/道路距离、采矿点核密度和坡度等因子具有显著区域差异性。研究表明,考虑自然地域分异的多分区建模与可解释性分析可有效提升滑坡易发性评价的科学性与应用价值。
针对钻孔数据稀疏、类别不均衡及复杂地质结构导致的三维地质建模精度低、空间连续性差和不确定性高的问题,提出一种融合半监督深度学习与多点地质统计的分阶段联合建模方法。首先,构建基于邻域空间上下文特征的半监督空间感知注意力网络(Spatial-Aware Attention Net,SAAN) ,利用伪标签机制提升地层分类精度并生成初始模型;随后,设计多点地质统计随机邻域搜索(Random Neighborhood Search,RNS)策略对低置信度与地质语义冲突区域进行迭代优化;最后,提出协同一致性熵量化两阶段预测一致性及联合不确定性。以成都平原地区钻孔数据为例,所提方法在地层空间分布再现、边界刻画及结构连续性方面优于反距离加权(IDW)、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、多层感知机(MLP)及Kolmogorov-Arnold网络(KAN)等基线方法。此外协同一致性熵能有效识别结构性不确定性,避免高熵值但预测一致的误判。所提出的分阶段联合建模框架能在有限、不均衡钻孔数据条件下实现高精度、结构合理且不确定性可控的三维地质模型重建,为复杂地质环境下的地下结构刻画与工程应用提供有效技术支撑。
深部煤储层超临界CO2(Sc-CO2)压裂具增渗与碳封存双重效用。研究综合实验分析、理论模型和数值模拟认识,探究Sc-CO2压裂深部煤裂缝起裂—扩展力学响应机制,剖析增产机理并提出裂缝扩展与增透提产一体化研究方向。研究表明:深部煤Sc-CO2压裂裂缝起裂—扩展受煤储层特征和CO2注入参数共同影响,其力学响应由表面能降低、塑化、膨胀和矿物溶解等机制约束。热流固耦合—能质传递分阶段模型可表征各阶段(Sc-CO2压裂—相变致裂—改性阶段)裂缝扩展和增产效果,Sc-CO2通过甲烷置换、力学弱化和渗透率提升实现增产。未来需重点攻关Sc-CO2压裂深部煤裂缝差异化扩展规律、裂缝动态非均质性扩展机制及压裂—增产一体化评价。研究为深部煤Sc-CO2压裂设计及煤层气增产改造提供技术支撑。
琼东南盆地中央坳陷带属于超伸展盆地,表现为地壳强烈薄化和高热流特征,并经历活跃的岩浆作用,形成多期次、广泛分布的火成岩。本文基于覆盖全区3D地震数据,以独特的地震反射结构的识别、追踪、制图和分析为依据,系统开展中央坳陷带岩浆活动类型、特征和分布规律的研究,深入分析其发育的区域构造动力学背景。结果表明,研究区发育岩床、岩墙及岩盖等侵入体和以万户海山为代表的火山建造群及热液喷口。通过岩浆活动与围岩地层之间的关系,划分出五期岩浆活动幕,第三、四幕(15.97-5.7Ma)是岩浆活动集中发育时期。基于地壳拆离薄化程度的定量计算,结合前人对海南地幔柱的研究成果,探讨了琼东南盆地中央坳陷带岩浆活动的区域构造背景,建立了琼东南盆地地幔柱-板块运动双重动力控制的岩浆活动模式。
准噶尔盆地哈山地区风城组发育粉砂质白云岩相和白云质粉砂岩相两类岩相,因受黄铁矿等顺磁性矿物影响,含油饱和度评价精度受限。以核磁测井和核磁实验为基础,获取两类岩相储层含油饱和度,优选常规测井敏感曲线,建立其测井响应模型。研究表明:提出基于黄铁矿含量的核磁T2谱校正新方法,有效恢复了T2谱形态。确定T2截止值分别为8 ms和24 ms,核磁测井计算两类岩相储层含油饱和度平均相对误差最小,分别为4.86%和3.87%。基于二维核磁共振解释图版准确表征的粉砂质白云岩相储层含油饱和度,范围为40.68%~76.21%,平均为54.11%。基于岩相划分构建的含油饱和度测井响应模型,决定系数均在0.8以上,平均相对误差均小于8%。研究成果对致密油储量评价提供技术支撑。
为研究南秦岭震旦系-下古生界沉积地层中铅锌矿床的成因。本文对不同赋矿地层中的锡洞沟、银洞凹和关子沟矿床开展了矿床地质特征、碳酸盐U-Pb定年、闪锌矿微量元素和硫化物S-Pb同位素分析。本次研究获得银洞凹矿床与闪锌矿共生热液碳酸盐U-Pb年龄为456±24Ma,与扬子北缘MVT矿床的成矿时代相近。锡洞沟矿床闪锌矿含有较高的Ga和Cd,银洞凹矿床闪锌矿含有较高的Ge和Cd,闪锌矿微量元素温度计指示两个矿床分别形成于约218℃和137℃,而关子沟矿床闪锌矿含有较高的Fe和Co,闪锌矿微量元素温度计指示其形成于较高的温度,约为291℃。三个矿床硫化物具有富集重S同位素和高放射成因铅同位素特征,指示成矿物质来源于震旦系-下古生界海相沉积岩。综合认为锡洞沟和银洞凹矿床为MVT矿床,而关子沟矿床为SEDEX型矿床,南秦岭郧西-旬阳地区铅锌矿床具有多成因的特点。
青藏高原深切峡谷区的高强度水电开发已成为与构造运动、气候变化并列的重塑地表过程的第三驱动营力,其诱发的灾害链具有极高隐蔽性与突发性,对传统防灾理论构成了严峻挑战。针对这一极端复杂环境,本文基于一线工程实践与多学科理论演进,系统综述了从物源演化机理到物理预警技术的全链条研究进展。在物源生成机制方面,揭示了工程扰动对孕灾环境的人工重塑效应,指出工程弃渣与深部卸荷裂隙构成了对静态液化高度敏感的人造/隐性物源,显著改变了灾害发育的物质基础;在动力演化规律方面,阐明了多场耦合驱动下的非线性动力学机制,特别是高位冰岩崩的超长运动受控于颗粒摩擦生热引发的相变热力学自润滑效应,而气候暖湿化与震后效应则分别驱动了物源的垂直迁移与损伤再生;在监测预警技术方面,论证了从地表几何形变观测向内部物理场反演的范式跨越,确立了基于地震动信号的流体动力学参数反演技术在工程实践中的核心支撑作用。最后,面向未来的极端不确定性,提出了构建物理—数据双驱动的智能预测体系,并倡导工程防控从单纯的刚性对抗向全生命周期韧性新范式转变。
本研究针对青藏高原TBM洞渣边坡结构松散、养分贫乏和植被恢复困难等问题,评价植物-微生物联合修复对边坡固土抗蚀的作用。采用室内盆栽和野外边坡试验,设置对照(CK)及枯草芽孢杆菌(K)、地衣芽孢杆菌(DY)、解淀粉芽孢杆菌(JD)、黑曲霉(H)、哈茨木霉(HC)处理,测定养分、酶活、植物生长和坡面水动力指标。研究表明:植物-微生物联合处理通过促进根系发育、提高酶活和改善养分条件,对坡面水动力特征产生综合影响,从而提升边坡抗侵蚀能力。径流功率最大削减97.36%,阻力系数最大增幅486.26%。为高寒高海拔山区TBM弃渣体边坡的生态修复与水土保持提供了有效的技术方案。
南极冰下及大洋地质样品对于认识南极地质构造演化、南极冰盖稳定性、南大洋对全球气候环境的影响机制等世界前沿科学问题至关重要。科学钻探是获取南极冰下及大洋地质样品的唯一技术手段。近年来,美国研发了系列南极冰下及大洋科学钻探装备与钻具,并实施了大量科学钻探工程。我国虽然也开展了南极冰下基岩取心钻探装备的研发,并成功在南极进行了应用,但与美国相比,仍有较大差距。本文系统梳理了国内外南极冰下基岩钻探、冰架下地质钻探和南大洋地质钻探所涉及的钻探技术和钻探工程。提出了适合我国国情的南极冰下及大洋地质科学钻探发展建议,主要为发展冰层/冰下基岩快速钻探技术、南极冰架下地质科学钻探技术和南极冰区大洋科学钻探技术,并开展相关钻探工程,以期为我国极地科技规划制订提供参考。
莺歌海盆地传统上被界定为走滑或走滑伸展型盆地。本文基于宽线二维地震剖面解释,结合哀牢山-红河断裂带最新厘定的主走滑活动年龄与区域构造事件对比,重新识别出盆地充填序列中走滑作用的响应界面T62;提出一号断层实为形成于红河主走滑作用之前的大型拆离断层,该断层不仅控制T62界面之下规模巨大的宽而深的拆离盆地,其强烈的拆离作用还导致基底地壳显著薄化与地幔剥露。研究认为,盆地深层拆离作用受控于印度-亚洲碰撞引发的喜马拉雅构造结周边应力场快速调整;基于新的研究认识,本文构建了“断陷-拆离-走滑-拗陷”复合叠加的莺歌海盆地形成演化新模型,深化了莺歌海盆地成因机制的认识,对研究区油气与新能源勘探具有重要的指导意义。
铍(Be)是支撑航空航天、国防军工和核能源发展的关键稀有金属,但我国铍资源禀赋差、对外依存度高,勘查找矿形势严峻。南岭成矿带广泛发育与高分异花岗岩有关的岩浆热液成矿作用,形成了我国最重要的钨、锡、稀有金属等多金属成矿带。高程度分异的花岗岩同样具有形成铍等多种战略性矿产的潜力,但目前南岭地区铍资源的成矿富集特点和找矿前景尚不明确。本文在铍元素富集规律和全温度域成矿理论的指导下,以南岭瑶岗仙高分异花岗岩岩浆热液系统为突破口,新发现大量与高品位石英脉型钨矿共生的细粒-中粗粒绿柱石。矿物学和地球化学研究表明,这些绿柱石属于无碱绿柱石,晶格中存在Fe-Mg与Na-Cs对Al的耦合替代,是高分异岩浆演化至中高温热液阶段的产物。该类型钨铍矿化在“五层楼”式黑钨矿矿床深部广泛分布,具有较大成矿潜力、资源综合利用价值高。瑶岗仙石英脉型钨铍矿化的首次发现将为南岭钨矿区铍的成矿富集机制与找矿方向提供重要依据。
针对渤海湾盆地渤中凹陷渤南低凸起东段东二下亚段深水湖底扇因零井控导致的成因机制不明与储层富砂性预测难题。基于三维地震及钻测井资料,本研究提出一套人工智能驱动的地震沉积学一体化预测方法。首先,基于凸起边缘测井资料构建富砂指数(FSI),实现岩性与储层质量的协同量化;其次,采用皮尔逊相关分析与随机森林特征重要性相结合的双指标策略,优选甜点、邻道相干和总能量三种敏感地震属性;进而,利用随机森林回归算法建立地震属性与FSI的定量映射模型;最后,在深洼区部署虚拟井D,结合地震沉积学技术实现零井控区湖底扇垂向岩性序列预测、平面展布刻画及其富砂/泥成因机制探讨。结果表明:(1)FSI对砂岩与泥岩的识别准确率达87%以上,模型预测精度较高(R2=0.84);(2)研究区东二下亚段湖底扇整体呈现“泥包砂”特征,砂地比不足20%,垂向发育“厚层泥岩-薄层砂岩夹厚层泥岩-厚层泥岩”岩性组合;(3)初步探讨其富泥性可能受构造坡折带控制、高泥质物源供给及流体分异三因素耦合影响。本研究构建的“地质机理约束+人工智能驱动+地震沉积学解释”技术流程,旨在为陆相断陷盆地深水无井区储层预测及风险勘探规避提供了可行方案。
西秦岭寨上-李坝矿集区是我国新一轮找矿突破战略行动重点勘查区之一。受浅地表厚层覆盖影响,传统找矿方法面临严峻挑战。基于大数据与人工智能的矿产预测为识别覆盖区弱矿化异常提供新思路。然而,现有模型在正样本构建环节,鲜少兼顾矿床规模与成矿能量场的空间差异性,制约了预测模型的精度与可靠性。为此,本文创新提出一种基于“资源量-面积”动态约束的正样本构建方法。综合地质、地球化学及遥感等多源找矿数据,提取了17个预测变量,构建了随机森林预测模型,并结合SHAP方法进行地质可解释性分析。该预测模型表现出优异的泛化与分类性能,在概率阈值0.52下,仅以8%的预测面积即捕获了92%的已知金矿床;SHAP分析揭示,Au、Sn、Cu、Zn、断层密度、Sb、As以及岩体缓冲等变量在预测中发挥主导作用;预测高概率区在空间上呈现显著受控于多期次断裂叠加的“线状”与环绕“五朵金花”复式岩体的“环状”展布模式,深刻反映了该区金成矿作用严格受“构造-岩浆”系统时空耦合控制的成矿动力学机制。依据预测结果优选了6处深部找矿靶区,其中P1靶区经深部钻孔(ZK4-1)验证成功探获最高品位达1.24 g/t的金矿化体。研究表明,基于矿床规模约束的智能矿产预测体系在覆盖区具有显著的科学指示意义与应用前景。
准确的地震滑坡易发性评价对于震后应急响应与风险管理至关重要。然而,滑坡易发性建模中负样本选取存在较强的随机性,且缺乏基于物理机制(如考虑安全系数、永久位移和失效概率等物理评价指标)的稳定性判别,影响模型的预测能力。为探究不同物理机制驱动下的负样本选取策略对地震滑坡易发性评价结果的影响,本文基于三类典型的稳定性评价指标:安全系数(Fs)、永久位移(Dn)和滑坡失效概率(Pf),划定稳定区域构建滑坡负样本数据集,结合逻辑回归(LR)、随机森林(RF)和卷积神经网络(CNN)三种模型进行系统对比研究。结果表明,基于Dn策略构建的负样本更能反映地震诱发滑坡的物理机制,评价精度最高,AUC最大为0.924,明显优于Pf策略(0.912)和Fs策略(0.908)。在模型选择方面,CNN模型凭借其深层特征提取和非线性表达能力,在滑坡识别和分类性能方面均优于RF和LR模型,表现出更强的稳定性和泛化能力。SHAP分析显示,地震动峰值加速度、坡度、坡位以及距断层距离是滑坡发生的主控因素。研究表明,融合物理机制的Dn策略与CNN模型组合(Dn-CNN),在地震滑坡易发性评价中预测效果最好,研究成果可为地震滑坡易发性预测中负样本选择和模型选取提供参考。
道路建设与运营作为一种典型的重大人类活动已经成为人类对自然生态系统的强有力干扰。准确认识道路对植物群落及其生境的影响,掌握植被和土壤随道路年龄、距离的变化规律,以及由此引发的道路影响范围内狭域物种灭绝风险,能够为道路沿线生物多样性保护和生态恢复提供科学依据。本文以全长约1千公里的青藏高原中尼交通廊道重大道路工程—中尼公路为研究对象,基于不同道路沿线两侧10-150m的道路间接干扰区内9个草本样地和19个灌木样地的野外植被和土壤调查数据,分植物群落和物种两个层级,采用线性混合效应模型(LMM)综合评估了不同道路年龄和不同距离下道路对生态系统植被群落特征和土壤理化性质的影响,采用冗余分析(RDA)和距离矩阵相关(Mantel)检验探讨了草本和灌木群落特征与土壤性质的相关性,并利用最大熵(MaxEnt)模型预测了廊道内四种狭域物种的潜在适生区分布及灭绝风险。结果表明,距道路10-150m的间接干扰区为路域生态系统变化的关键区域,道路通过改变土壤理化性质作为干扰驱动,进而影响着植物群落特征,其中草本群落组成和多样性的变化主要受土壤水分含量(SMC)和pH的变化驱动,而灌木群落则受土壤水分含量、pH、全氮(STN)、全磷(STP)和土壤有机碳(SOC)等变量的影响,其影响程度因距道路距离的不同而不同。其次,在道路两侧5km缓冲区内灭绝风险最高的为西藏红豆杉,其次为喜马红景天和大花红景天,最低的为多刺绿绒蒿。本文研究结果有助于深入理解青藏高原道路工程对生态系统的影响,对路域受损生态系统修复和狭域物种的保护也重要指导意义。
长江演化研究是揭示青藏高原东南缘构造隆升、亚洲季风演化和地貌格局变迁相互作用的关键切入点。三峡贯通常被视作长江形成的标志,但“三峡贯通于何时?”这一关键科学问题,虽经百余年研究,仍然没有定论。伴随着三峡贯通,青藏高原东南缘的碎屑物质被搬运至长江中下游和边缘海盆地(包括江汉盆地、苏北盆地和东海陆架盆地等)。因此,在这些盆地中识别出青藏高原物质首次出现的层位,是限定三峡贯通的有效途径。本文详细梳理了上述盆地的沉积学成果,综述了地层年代和物源示踪研究进展(包括重矿物组合、单矿物年代学和同位素地球化学等),概括了不同物源工具揭示的三峡贯通时限。大样本量的碎屑锆石U-Pb年龄数据表明,扬子克拉通内部中-新生界碎屑锆石U-Pb年龄已均一化,物源示踪作用有限。新生代锆石在长江中下游盆地的出现,常被视作三峡贯通的标志,但由于供给量有限、盆地拦截作用和东部新生代火山活动,利用该信号重建三峡贯通仍需谨慎。青藏高原新生代的快速隆升产生了大量年轻的碎屑热年代学颗粒(<10 Ma),并且其滞后时间较短,是揭示河流地貌演化的有效手段。未来的研究可侧重于利用新发展的沉积岩定年技术、碎屑热年代学和地貌模拟等,在充分考虑青藏东南缘构造演化和东亚气候变迁的前提下,从地球系统科学的角度全面解答这一科学难题。
中南半岛晚三叠世岩浆作用对于理解东古特提斯洋闭合后的构造体制及转换具有重要的意义,但是以往的研究多集中在滇西及泰-老-越地区,对其南延的柬埔寨境内同期火成岩的成因及其动力学机制尚不明确,其与东古特提斯巨型火成岩带的关系也未能得到有效限定。因此,本研究通过系统的野外考察、锆石年代学与全岩元素-同位素地球化学分析,系统揭示了柬埔寨西部科卓尔花岗岩的源区特征及构造属性,为东古特提斯构造域碰撞后的演化及延伸提供新的证据。研究表明,柬埔寨西部的花岗质岩石主要由黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩组成,锆石U-Pb年龄为209~203 Ma,均为晚三叠世晚期。其中黑云母二长花岗岩样品,具有高钾-钙碱性特征,其SiO2含量为69. 7%~72.0%,K2O含量为3.24%~5.35%,锆石原位εHf (t)值在-2.2~+12.7之间,εNd(t)值为-4.2~ -1.5。而花岗闪长岩样品SiO2含量为63.1%~63.5%,K2O含量2.25%~3.04%,εHf(t)值为+0.4~+5.4,εNd(t)值为-2.6。地球化学特征表明,这些晚三叠世花岗质岩石为中-高分异的I型花岗岩,其源区具有以新生镁铁质下地壳为主,并有一定的变沉积岩的混合,它们是古特提斯洋闭合后,滇缅马与印支陆块碰撞后软流圈上涌引起的下地壳部分熔融的产物。区域年代学数据对比表明东部花岗岩省具有自230 Ma持续至200 Ma的岩浆活动序列,表明柬埔寨西部的科卓尔花岗岩可能与东特提斯巨型火成岩带东部花岗岩省向东的延伸有关,它们共同响应了东古特提斯碰撞后深部动力学过程。
为研究不同深度学习模型在滑坡易发性评价中的适用性,并探索将复杂模型转化为实用工具的途径。以湖北省十堰市郧阳区为研究区,基于地质与遥感数据筛选出10个致灾因子作为数据集,构建 AlexNet、Inception、ResNet-101、DenseNet-201、GoogLeNet 五种深度学习模型训练与验证,通过ROC曲线、滑坡分区统计、实施难度和与随机森林模型作为对比,来评估模型性能。在所有模型中,GoogLeNet 模型表现最优,其AUC值最高 (0.84);高易发区滑坡频率比达到48%,滑坡密度统计达3.06个/km2。此外,基于MATLAB 平台开发了集成筛选、训练、测试、验证等模块的滑坡灾害深度学习易发性评价系统。深度学习方法能有效提升滑坡评价的准确性,GoogLeNet 模型在精度与效率上达到了最佳平衡。
滇西北羊拉铜矿是否存在沉积期的初始富集或喷流沉积、热水沉积成矿作用,长期以来一直是矿床学领域颇具争议的关键科学命题。本文在区域调查的基础上,以矿区赋矿地层变质碎屑岩为研究对象,开展岩石学、岩相学、碎屑锆石U-Pb年代学和碎屑统计分析研究。结果表明,赋矿地层变质碎屑岩为长石石英砂岩-长石砂岩,含少量火山碎屑,成熟度中等;碎屑组分统计分析指示物源区具有稳定克拉通至再旋回造山带特征,碎屑锆石U-Pb年龄区间为365-2557 Ma,其中最年轻峰值加权平均年龄分别为368.7±5.6 Ma和365.1±2.4 Ma,结合前人研究,提出赋矿地层沉积时代为晚泥盆世-早石炭世,与古生物地层基本一致。锆石年龄谱系(古元古代 1760 Ma、2557 Ma,中元古代 1484 Ma、1532 Ma,中古生代 430 Ma、365 Ma)与北羌塘-昌都地块吻合,认为其为羊拉铜矿赋矿地层沉积物源区,赋矿地层形成于金沙江古特提斯洋“裂解-扩张”演化过程中红海型陆间洋盆稳定大陆边缘浅海台地环境,且具备热水沉积成矿的构造前提,并且进一步证实金沙江洋盆于晚泥盆-早石炭世已打开,两侧物源差异受洋盆隔绝。
旋转导向技术凭借造斜可控、成孔质量高和复杂地层适应性强的优势,已在煤矿、工程地质和油气勘探等复杂环境中得到应用。本文聚焦于上述领域中的工作面超前探查与地质异常体识别等任务,针对倾角调控响应滞后导致的靶点偏移与轨迹偏差累积问题,提出一种面向旋转导向系统的定向钻孔二维轨迹固定时间跟踪控制方法。首先,在描述钻孔延伸的时滞微分方程基础上,建立定向钻孔轨迹模型的状态空间表达式。然后,设计含幂次反馈项的非线性控制器,实现轨迹误差的快速收敛。并进一步构造李雅普诺夫函数,推导收敛时间上界,证明闭环系统具备固定时间收敛特性。最后,通过仿真实验证明了所提方法具有收敛速度快、轨迹控制精度高及鲁棒性强等特点,在提升勘探效率以及降低作业风险等方面具有良好的应用价值。
黄土具有独特的水敏性和结构性,其对水分作用极为敏感,加之近年来黄土高原极端降雨事件显著增加,区域性浅层黄土滑坡灾害频繁发生,导致该地区成为全球滑坡最为频发的区域之一。本研究以甘肃省兰州市城关区浅层黄土滑坡为研究对象,通过野外调查、资料收集、室内力学实验获取影响因子和模型参数等数据,结合XG Boost机器学习模型和Scoops3D物理力学模型开展不同降雨工况下浅层黄土滑坡危险性分析研究。结果表明极高易发区和高易发区主要位于兰州盆地两侧的山地丘陵区,面积占比分别为16.42%和3.75%,滑坡影响因子贡献率前四位为坡度、降雨量、高程、地形起伏度。滑坡稳定性分析结果显示,随着降雨强度的增加,小雨工况对欠稳定区和不稳定区的面积增加影响最为显著,区域内斜坡稳定性整体向欠稳定和不稳定的状态发展。滑坡危险性分析结果显示,小雨工况、大雨工况、暴雨工况下研究区的极高危险区影响区域变化最为明显,其面积增幅至少达1.35km2。本研究旨在开展联合模型下的降雨诱发浅层黄土滑坡危险性评价,为黄土高原地区人居环境发展和重大工程安全运营提供有效科学依据。
班达俯冲带位于东南亚环形俯冲体系的最东端,以其近180°的全球最高曲率和复杂的运动学模式而备受关注。其成因机制长期以来存在争议,主要围绕“双板块模型”与“单一板块回滚模型”两种观点展开。前者强调多板块交互与微板块俯冲的作用,而后者主张高曲率形态主要源自印度洋-澳大利亚板块的持续俯冲与板片回滚。近年来,地震层析成像等地球物理观测进一步揭示了俯冲板片的连续弯折形态,支持了板片回滚的主导作用。在动力学研究方面,数值模拟与物理模拟已成为揭示深部过程与地表响应的重要手段,但现有实验多基于规则的板块几何形态,难以充分反映澳大利亚北缘不规则大陆边缘对俯冲过程的控制。本文系统总结了班达高曲率俯冲带成因机制方面的研究进展,并指出未来需开展三维岩石圈尺度物理模拟,通过构建符合实际地质条件的不规则板块形态与流变结构,定量揭示大陆岩石圈几何形态、地幔流动与碰撞过程在弧形俯冲带形成中的协同作用,从而为其动力学机制提供关键实验依据。
二叠纪—三叠纪之交发生了剧烈的气候环境扰动,并伴随着显生宙以来最大的一次生物大灭绝事件。该时期发生了剧烈的火山活动,被认为是引起此次生态系统危机的主要触发机制。由于环境和生物信息保存丰富的沉积岩中缺乏有效的火山活动记录,开展该时期高精度的火山活动—环境扰动—生物危机的因果关系研究一直是学术界的难点。破解该难点的关键在于如何在保存丰富的沉积岩中示踪古火山活动记录。本文以二叠纪—三叠纪之交强烈火山活动为典型案例,综述古火山沉积记录示踪指标在地层中的记录,包括火山熔岩和火山灰凝灰岩、挥发组分(碳、汞、硫等)及非挥发组分(铜、锌、镍、锇、锶、铂族等元素)等。结果表明,各项指标在该时期地层中均有显著的记录,指示火山喷发对地表元素循环产生剧烈的影响。同时,探讨了各项指标的优势性与局限性,为进一步开展深时火山示踪研究提供借鉴,并展望了该领域未来研究方向。
小流域泥石流多由短时强降雨诱发,但目前关于此类灾害的降雨阈值及危险性评估研究仍然存在较多不确定性。针对该问题,本研究以2024年发生的天津蓟州区白蛇谷泥石流为例,首先使用基于物理的模型进行了该流域的破坏概率计算,通过0.5的分类阈值确定了不同前期降雨水平下的短期临界降雨量,并形成了可用于划分“四级预警”的降雨阈值曲线。使用FLO-2D软件模拟了白蛇谷泥石流的运动过程,其中物源区的流量数据由地表径流计算值和考虑泥石流现场条件的修正系数共同决定。基于模拟得到的堆积深度(h)和流动速度(v)空间分布,分析并对比了4种不同指标下(hv、hv2、冲击力F、决策矩阵)的泥石流危险性分区结果,并量化了泥石流危险性对于不同监测指标(短期降雨、土壤饱和度、地表径流)的响应规律。研究结果表明,小流域泥石流的短期降雨触发阈值与前期降雨水平呈负线性相关关系(相关性R2≥0.92),在极高预警等级下,短期临界降雨量可由81.6 mm(前期降雨0.1 mm/d)下降到44.4 mm(前期降雨0.5 mm/d)。FSLAM (Fast Shallow Landslide Assessment Model)和FLO-2D的联合计算方法能够有效模拟泥石流运动过程,在特定地点的速度和堆积深度与实际情况相吻合。基于冲击力和决策矩阵的危险性评估分别得到相对“保守”和“激进”的分区结果,而基于hv和hv2的分区结果更加合理。泥石流危险性对于不同指标的响应均较为明显,但是当前期降雨较小时,对土壤饱和度变化的响应要更加敏感。上述结果揭示了泥石流危险性评估中的部分不确定性来源及可优化的方向,为小流域泥石流的降雨阈值动态识别与气象预警提供了重要参考。
岩石取样机器人是地质勘探智能化的核心装备,但机器人在实际作业中面临着野外非结构化环境、剧烈光照波动以及岩性复杂多变等挑战。因此,本文结合自研的野外岩石取样机器人平台,提出了一种多模态融合的野外环境感知方法,实现从野外岩石区域的高精度分割和取样位姿的精准解算。针对野外地形分布无规律的问题,采用多传感器融合的环境建图方法,构建几何结构准确且纹理色彩丰富的三维地图。在此地图基础上,融合点云的几何结构与视觉纹理信息,设计了多模态协同约束的无监督岩石区域分割算法,利用物理先验有效克服了野外光照条件变化剧烈的干扰,并解决了岩性动态多变导致的标注数据匮乏的问题。结合机器人取样作业的执行约束,提出一种取样点位姿自动生成策略,通过岩石区域的局部表面特征分析与机器人运动学约束校正,选取最优岩石取样点,并实现取样点从环境空间到机器人作业空间的精准映射。在野外实测中,岩石分割精度达89.57%,较传统区域生长法有显著提升;且取样点位姿估计位置误差为0.696cm,法向量误差为1.44°,满足自动化岩石取样的精度需求。
为了评价山区切坡建房诱发滑坡地质灾害风险,以湖南省炎陵县花岗岩全风化层斜坡区的切坡建房例为数据样本,耦合非监督学习算法和光滑粒子流-有限元的数值模拟对切坡建房易损性开展智能分析。基于PCA降维和KMeans聚类进行切坡建房易损性分级,确定了关键易损性因子,进一步通过SPH-FEM数值模型揭示了在关键因子不同水平下滑坡致灾体和房屋承灾体的运动堆积关系与能量传递规律。切坡高度和挡土墙高度/坡脚距离是易损性关键因子。若将聚类获得的中易损样本按pca1绘制累计百分比曲线,可将中易损切坡建房例再划分以分级风控。当坡脚距离Ds≤0.5m时,滑体动能大量传递至墙体,导致严重破坏,随Ds增大,墙体能量吸收递减,灾害强度显著降低,Ds≥6m时,墙体几乎不变形,可视为所提及情景下的安全坡脚距离。
为探究东南丘陵岩性差异对滑坡降雨阈值的影响,本研究基于2021年6月28日南平市群发性滑坡事件,定量对比石英片岩与花岗岩区的降雨阈值曲线及其参数差异。基于TRIGRS模型模拟了460种降雨工况下的坡体稳定性,构建了两类岩性区的降雨阈值曲线,并采用%LRclass指标验证模型精度。结果显示:石英片岩区临界降雨强度普遍低于花岗岩区;阈值曲线参数α与β呈显著负相关。随坡度增大,石英片岩区α单调递减、β递增;而花岗岩区表现为α先增后减,β先减后增。压力水头模拟结果显示上覆土层的饱和渗透系数差异是导致两类区域的降雨阈值随坡度变化呈现不同响应规律的关键因素。本研究揭示了不同岩性影响下的降雨阈值差异,为后续区域降雨型滑坡预警的精细化研究工作提供了重要参考。
极高山区高位崩滑碎屑流极为发育,已成为威胁山区城镇和重大工程地质安全最为严重的灾害类型。研究大规模颗粒物质在高速运动过程中的流变学特性,是从细观尺度上探索高位崩滑碎屑流动力学机制的重要手段。本文依托自主研发的高位远程地质灾害大型物理模型试验平台,开展了不同颗粒粒径和体积条件下的高速颗粒流大型物理模型试验。结果发现:高速颗粒流在运动过程中普遍呈现出浓密态—稀疏态—超稀疏态多相态共存的动力学特征,其形成与演化本质上源于颗粒体系内部速度梯度差异引发的碰撞与速度波动;颗粒粒径增大使得内部剪切由局部过渡为整体的差异性剪切,激振程度增强,颗粒体系趋向稀疏化,而体积增加则显著增强基底局部集中剪切带内的剪切速率,使得颗粒流在厚度方向上稀疏、超稀疏与浓密流态的分异更为突出。研究进一步揭示,颗粒流中碰撞—剪切主导的应力传递机制与浓密—稀疏—超稀疏流态之间具有明确对应关系。上述认识表明,构建高位崩滑碎屑流的动力学需引入能够表征颗粒浓度、颗粒温度及流态转换的状态参量,以实现对多相态结构及跨相态演化过程的有效表征。
对于地质信息揭露有限的工程,如何合理评估力学参数与围岩稳定性,仍缺乏适用方法.提出了一种小样本条件下岩体力学参数表征与围岩稳定性评价方法.基于室内试验获取岩石弹性模量与抗剪强度小样本数据,根据Hoek-Brown准则,融合贝叶斯推断与马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)抽样建立表征岩体力学参数不确定性的概率模型;进一步结合Monte Carlo模拟与点估计法,建立围岩卸荷位移与破裂区深度的概率评价方法.以白鹤滩水电站地下厂房为例,确定了岩体弹性模量、黏聚力、内摩擦角及抗拉强度的概率分布,并给出围岩变形与破裂深度的概率评价.与现场监测对比表明,本方法计算结果可靠,为地下洞室围岩稳定性评估提供了有效的技术途径.
本研究旨在探究开挖扰动与长期降雨渗流共同作用下边坡岩体的蠕变特性。通过分级加载蠕变试验,测试了千枚岩在不同孔隙水压力下的力学性能,结合PFC数值模拟与智能图像识别技术,系统分析了岩体的蠕变行为。试验结果表明,随着孔隙水压力和K值的增加,岩体蠕变破坏模式由剪切破坏逐渐加速转为拉伸破坏。基于改进的Burgers-PSC接触模型,PFC数值模拟显示当偏应力超过33.7 MPa时,开挖卸荷与孔隙水压力共同促进岩石中拉伸微裂隙的形成与扩展。此外,基于三维点云坐标提出的IRGSM方法,能够智能、快速、高精度地提取裂隙特征,与实验结果和ORGSM方法对比误差小于3%。本研究为评估开挖-渗流耦合作用下矿山边坡的稳定性提供了理论依据。
地质历史时期,大陆硅酸盐风化是调节长时间尺度大气 CO2 浓度与地球宜居性演化的关键过程。海相碳酸盐岩的锶(87Sr/86Sr)和锂(δ7Li)同位素是示踪该过程的关键指标。由于二者受控于不同的地球化学过程影响,对其开展联合数值模拟能够提供正交约束,有效降低反演硅酸盐风化过程的多解性。碳-氧-磷-硫生物演化模型(COPSE)作为经典的生物地球化学模型,已成功重现了显生宙无机碳同位素(δ13C)、碳酸盐晶格硫同位素(δ34S)以及87Sr/86Sr的演化历史,但现有锂循环模块较为简化,尚难以匹配地质记录。为此,本研究拟通过完善 COPSE 模型中的地表锂循环机制,重建显生宙δ7Li的演化趋势。研究发现陆地植物的繁盛能显著的改变表生地球系统锂循环,导致海水锂同位素信号出现20‰-30‰的正偏。新的COPSE+Li模型框架能够更精确地量化地球深时硅酸盐风化与碳循环过程。
深埋隧洞穿越大型断层带时,面临高压涌水与渗透失稳风险,其瞬态渗流机制与风险评价方法需深入研究。本文针对某重大引调水隧洞工程开展高精度三维瞬态渗流数值模拟,精细刻画断层带内部结构与渗控措施,并采用抛物型变分不等式方法模拟开挖渗流动态响应,提出了基于渗透坡降阈值的渗透失稳风险定量评价方法。结果表明,断层带内部渗透非均质性是控制渗流通道演化与渗透失稳的关键;超前地表定向灌浆可有效降低涌水量但会抬升灌浆圈外水头,而超前排水具有显著降压作用。二者联合应用可使总涌水量降低69.7%,并将未灌浆区最大渗透坡降降低74.9%至临界阈值以下,显著提升渗流安全水平。本研究为类似深埋隧洞的灾变风险识别与渗控优化提供了参考。
桃源金矿床位于江南造山带东段的萍乐坳陷带内,是一个典型的石英脉型金矿床。目前,关于该矿床成矿物质来源、成矿流体演化过程及成因机制的研究仍仍显不足,尤其缺乏原位微区地球化学约束。本研究在野外调查与室内鉴定中识别出多期次产出的白钨矿,其作为关键副矿物,可为厘定金成矿过程中的流体来源、演化过程及矿床成因提供重要地球化学示踪信息。本文综合运用CL、LA-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS等多种分析手段,对桃源金矿床中不同阶段、不同世代白钨矿的主微量元素及Sr同位素组成开展系统性原位微区分析。根据矿物共生组合及结构特征,桃源金矿床中识别出三个世代的白钨矿,分别为:第I成矿阶段石英-黄铁矿脉中具有震荡环带的Sch-1;第II成矿阶段石英-金-多金属硫化物脉中发育震荡环带并发生破碎的Sch-2a;以及CL图像呈暗色、胶结早期白钨矿的Sch-2b。三个世代的白钨矿均呈现出中稀土富集、轻稀土和重稀土相对亏损的稀土元素配分模式,该特征与国内外典型石英脉型金矿床中白钨矿的稀土配分模式高度一致。结合白钨矿中较高的Na含量及成矿流体中等盐度的特征,表明REE3+与Na+很可能通过电价补偿机制替代Ca2+,选择性进入白钨矿晶格。Sch-1和Sch-2a均显示显著的正Eu异常,而Sch-2b则呈现微弱的负Eu异常,反映成矿流体的氧逸度自早至晚逐渐升高。流体氧逸度的升高,可能与成矿过程中大气降水的混入有关。不同世代白钨矿的87Sr/86Sr比值高度均一(0.71236–0.71301),与经过年龄校正后的加里东期赋矿花岗闪长岩的Sr同位素组成在误差范围内基本一致,表明成矿流体中的Sr主要源自赋矿花岗闪长岩,且水岩反应过程中斜长石发生显著分解,不仅释放出Sr,同时也提供大量Ca,后者与热液中迁移的W结合,在适宜的温压条件下沉淀形成白钨矿。
岩石破裂对热液运移和金属富集至关重要,影响着矿体的规模、形态和空间分布,其差异破裂机制受岩石岩性、力学性质以及构造应力体制等多因素控制,不同因素影响导致破裂模式差异的机制需要定量约束。本文基于安德森断层理论与修正格里菲斯准则,系统分析了不同岩性(花岗岩和板岩)在不同构造体制(正断层、逆断层、走滑断层)、不同深度下孔隙流体因子(λv)与差应力(σ1-σ3)对三类破裂模式(伸展破裂、伸展-剪切破裂、剪切破裂)的控制机制。在相同深度(4 km或6 km)下,花岗岩(岩石抗拉强度与岩石内聚强度比值约0.55-0.62)在不同构造体制内均发育完整的三类破裂序列,而板岩(岩石抗拉强度与岩石内聚强度比值约0.66-0.75)在不同构造体制内不发育伸展-剪切破裂;对于正断层,差应力增长相对缓慢,在浅部以伸展破裂为主导,但在深部以剪切破裂为主导;对于逆断层,差应力随深度的增加迅速攀升,优先发生剪切破裂;在岩石破裂再活化过程中,不同深度下均以剪切破裂为主导,若后期断层愈合,则可能发生剪切破裂。计算结果表明,在相同深度下,岩性差异是控制破裂模式差异的主要因素;在相同构造体制下,深度变化对岩石破裂模式影响较大,岩性差异影响微弱,不同构造体制之间的破裂模式差异更为显著;对于不同条件下先存破裂的再活化因其力学性质改变均表现为剪切破裂,若内聚强度增大则伸展破裂在低差应力下再次发育。
在全球气候变化与人类活动双重驱动下,陆面水文循环过程呈现显著的非线性与尺度复杂性,地表水、土壤水与地下水及其相互作用已成为制约水文模拟精度与预测能力的关键因素。本文以水文循环为核心视角,系统梳理了地表水、土壤水与地下水的相互作用机制,重点涵盖入渗、蒸发、侧向补给与排泄以及饱和区-非饱和区过渡等关键过程;从模型结构、耦合方式与尺度适应性等方面,对主流水利专业模型进行对比分析,并从物理驱动与人工智能两类方法出发,探讨水文模拟的发展路径。研究表明,现有模型在多介质耦合表征、跨尺度参数一致性及非线性过程刻画方面仍存在明显不足,模型复杂度与计算可行性、参数可辨识性以及跨尺度适应能力之间的权衡问题突出,且数据驱动方法在物理约束与外推能力方面仍有待加强。未来水文模型的发展需在强化物理机理表达的基础上,融合多源观测数据与智能算法,构建兼具物理一致性、计算效率与尺度适应性的综合模拟框架,以支撑复杂环境变化背景下的水文循环研究与决策应用。
为提升深部钻探成套装备在极端工况下的安全可靠运行,本文面向集成自动化、数字化、多源传感与高可靠性设计的高端钻探装备,构建了“云-边-端”分布式协同的智能运维体系架构,提出钻探装备、数据采集、智能运维与数字孪生四层模块总体框架,设计基于MQTT与Kafka的数据流程,建立主题层级分类与消息体结构定义的数据建模策略,并采用边缘特征上报与云端按需采集机制以适应低带宽、高时延、间歇连接的网络条件。该架构可支撑多源数据接入、跨井场统一部署与远程可视化交互,满足状态监测、故障诊断与预测性维护需求,为高端钻探装备智能运维平台设计与实现提供体系化参考。
南岭东段龙源坝铀矿化集中区是华东南铀成矿省桃山-诸广铀成矿带的核心区段,区内花岗岩型铀矿构造控矿机制研究薄弱,前人尚未系统厘清断裂活动期次与“导矿-储矿-破矿”体系的耦合关系。本研究通过野外构造地质调查、39处含矿构造产状测量、应力场反演及同位素数据验证,揭示区内构造控矿规律。结果表明:1)区内发育近东西向、北东向、北北东向、北西向四组断裂,其中近东西向黄沙、上竹坑断裂为导矿构造(控制黄沙断陷,成矿流体汇聚区),北东向F5-F8断裂为铁铅锌多金属含矿构造(伴生白色块状石英脉),北西向碎裂蚀变岩/辉绿岩脉为铀矿含矿构造(优势方位282°),北北东向F1/F53/F55断裂为破矿构造;2)铀成矿发生于燕山期NW-SE向伸展阶段(对应89Ma成矿年龄),与北西向张性裂隙形成时期耦合。根据控矿规律建立了“导矿构造控域-储矿构造控位-破矿构造改造”三级成矿模式,黄沙断陷内北西向构造深部成矿潜力显著。本研究为龙源坝地区铀矿找矿提供实操靶区,完善了南岭东段花岗岩型铀矿构造控矿理论。
湘中康家湾大型铅锌矿床深部找矿潜力大,亟需开展深部矿体精准定位与找矿预测研究。采用三维隐式建模和优选机器学习算法预测康家湾铅锌矿深部潜在矿体,取得良好效果。具体方法如下:首先整合钻孔数据与地球化学数据,构建标准化的地质模型数据集;然后依托Leapfrog Geo隐式建模平台构建矿床三维地质-地球化学模型,揭示地层、矿体与成矿元素的空间分布形态。最后对比随机森林、反向传播神经网络和极端梯度提升算法三种模型性能差异和预测效果。研究表明随机森林模型综合性能最优,反向传播神经网络性能略低于前者,两个模型在预测结果高度一致,其预测的矿体空间形态与地质规律高度吻合。本研究通过随机森林模型特征重要性分析、预测结果验证及区域地质规律综合解析表明,区域大型推覆断层F22、侏罗系高家田组、二叠系斗岭组、二叠系栖霞组及硅化蚀变带是主要的控矿与容矿地质要素,硫和金元素的空间分布耦合较好且矿化强度高。整合随机森林与反向传播神经网络模型的预测结果,圈定出2处成矿高潜力靶区。两处靶区均遵循康家湾矿床矿体沿层间硅化破碎带向南延伸且赋存于二叠系栖霞组与当冲组地层中的分布规律,为康家湾矿床深部勘探提供了可靠依据。
针对危岩崩塌突发性强,传统变形监测难以实现有效临灾监测预警的问题,开展了岩溶区倾倒式危岩崩塌过程微震监测原位试验,在提出一种微震信号智能降噪方法的基础上,分析了倾倒式危岩崩塌过程微震演化特征。研究表明,基于微震信号演化过程,可将倾倒式危岩崩塌过程分为“初始开裂、裂隙扩展、崩塌临近”三个阶段,不同阶段的危岩主控裂隙的破裂行为及其微震信号特征具有显著差异;崩塌临近的微震信号特征主要有:微震信号波形出现“平静期”后再次活跃;信号主频分布范围变窄,集中在低频带、低频信号能量占比占据主导地位、MFCC θ持续下降、b值出现大幅度下降后重新上升、微震信号活跃度持续一段“平静期”后重新上升;剪切型信号占比显著增大。微震技术应用于危岩崩塌监测是可行的,能为危岩崩塌临灾预警提供有效途径。
西部山区构造活跃、地形高陡、灾害频发、气候多变、生态环境敏感脆弱。在多因素耦合作用下适宜弃渣场场址稀缺,选址困难。针对西部山区大型交通工程弃渣量大且分散、弃渣场选址困难的实际问题,本文系统梳理弃渣场选址痛点,全面筛选关键影响因素,提出“范围拟定-场址筛选-评估分区”的多因素耦合层次递阶区域选址方法。基于风险理论构建安全适宜性评估模型,量化弃渣场场地安全性及其次生灾害的潜在损失;以运输成本为核心,综合运输距离与运输条件建立经济适宜性评估模型;以生态系统脆弱性为表征,从格局、质量与服务功能三个维度建立生态适宜性评估模型。采用熵权法与层次分析法组合赋权,形成综合适宜性分区与候选场址优先序列。研究成果为复杂山区交通工程弃渣场选址提供了高效、定量、通用的方法体系,显著提升了选址科学性,从源头最大限度降低弃渣场安全风险、处置成本与生态恢复难度。
在气候变化和城市扩张的背景下,对生态系统服务的时空演变和影响因子进行深入探究具有重大意义。由于InVEST模型生境质量模块的关键参数在不同地区具有较强主观性且无法动态变化,难以反映真实生态过程的时空异质性,本研究以长江流域五大城市圈为研究对象,利用遥感生态指数的生态学意义和频率分布,对InVEST模型生境质量参数进行动态优化,计算长江流域城市圈2000-2020年的土壤保持、水源涵养以及生境质量,并通过随机森林和SHAP算法对二十年来的生态系统服务影响因子进行分析。研究结果表明:(1)长江流域城市圈生态系统服务呈现显著的上下游梯度特征,上游生态维持较好,中游波动显著且对人类活动敏感性更强,下游体现明显的生态脆弱性。(2)水文气候与植被覆盖度是三类生态系统服务提升的核心基础,在水源涵养、土壤保持和生境质量中都起到正面作用;污染物与人类活动是主要呈现负向作用,尤其在中下游严重导致生态退化。(3)生态系统服务时空演变由各因子耦合关系共同决定,气候单独影响微弱,但城市扩张带来的污染、土地利用强度和人类干扰直接影响水热条件和植被分布,多因子交互影响生态系统服务功能。综上,城市化背景下,长江流域上游城市圈生态较稳定,由自然过程主导,中下游城市圈受人类活动耦合影响严重,整体流域生态差异格局由生态过程和人类干扰共同塑造。
滑坡灾害是制约山区城镇土地开发利用的重要控制因素,然而目前对山区城镇滑坡空间发育与土地利用变化的研究仍不充分。以重庆市云阳县为研究区例,基于773个历史滑坡点,选取高程、坡度等9个影响因子构建滑坡易发性指标体系,应用随机森林和逻辑回归模型,开展易发性建模。基于2000-2020年的土地利用变化情况,通过Apriori算法挖掘主城区易发性与土地利用变化的关联规则。结果表明,平均降雨量和高程是滑坡发生的主控因素。研究区的滑坡高易发区主要集中在长江及其支流沿岸和道路沿线,土地利用类型转变为建筑和农田用地和高易发区的关联规则具有高置信度。挖掘滑坡易发性和土地利用变化可以明确不同土地利用转换模式下的滑坡发育概率,为滑坡防治提供理论依据。
近年来青海东昆仑萤石找矿取得了重大突破。新发现的喀雅克登萤石矿床主要矿体主要均赋存于钾长花岗岩外接触带附近,受北西西和北西向断裂构造控制,赋矿围岩为金水口群大理岩与片麻岩;矿石主要呈块状、条带状、网脉状和角砾状构造;矿物组成以萤石、方解石和石英为主。但有关萤石矿床的成矿时代及形成机制尚缺少研究。本文通过同位素年代学和稀土元素地球化学分析等方法,重点研究了成矿时代、氧化还原条件及矿床成因。结果表明萤石Sm-Nd同位素年龄为402 Ma,钾长花岗岩锆石U-Pb年龄为404 Ma,表明二者同期形成。同时,依据萤石稀土元素球粒陨石配分型式、Ce和Eu异常特征和(Y/Ho-La/Ho)与(Tb/Ca-Tb/La)图解,说明该萤石矿床为热液成因,且具有同源同期成矿流体的特征,并与钾长花岗岩存在成因联系。依据上述研究结果进一步推测成矿物质Ca主要来自大理岩,F主要来自钾长花岗岩,矿床形成于伸展构造背景下含矿流体沿断裂-裂隙系统的充填-交代作用。
以三峡库区白家包阶跃型滑坡为例,选取日、周、旬和月四种时间尺度监测数据,基于时间序列加法模型分解累计位移为周期项与趋势项,经灰色关联方法筛选高敏感诱发因子后,构建经验模态分解与门控循环单元耦合模型,开展滑坡累积位移预测精度分析。结果表明:周和旬时间尺度的预测精度显著高于日和月尺度,且周尺度精度最优;其预测位移均方根误差较日、月和旬尺度分别降低56.98%、64.00%和35.51%,平均绝对误差分别降低61.04%、69.07%和23.72%。机理分析显示,周尺度采样频率与滑坡对水文因素7~15天的滞后响应期相匹配,可在滤除高频噪声的同时保留关键变形信号。研究证实白家包滑坡变形趋势预测宜采用周监测数据,成果为三峡库区滑坡灾害“分级变频”预警防控提供科学依据。
藏东南雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩体在深部地质过程及工程热效应下处于高温环境,其蚀变特性直接影响岩体力学行为。通过宏观力学测试与微观分析,研究了蛇绿岩高温蚀变损伤机制。结果表明,高温导致岩石力学性能显著劣化,抗拉强度在200-400℃和600-800℃区间线性衰减,1000℃时强度衰减超80%。微观分析显示,600-800℃为含水矿物脱水分解临界温度,孔隙率骤增47%以上,裂纹网络化扩展。XRD与SEM分析表明,绿泥石和白云母分别在800℃和1000℃分解消失,其脱水相变主导结构失稳;石英在超过800℃时的重结晶与非晶化熔融是强度崩塌的微观诱因。研究揭示了蛇绿岩“脆性断裂-热化学损伤-熔融破坏”的渐进式破坏机制,为理解构造缝合带蛇绿岩力学演化提供了理论支撑。
我国东南丘陵区群发型浅层滑坡频发,其中斜坡土层厚度是决定其易发性的重要控制参数。土层厚度存在空间变异性强、沿斜坡分布规律不清、现有模型评估精度不高等问题。为揭示东南丘陵区土层厚度空间分布规律,建立高精度预测模型,提升降雨型群发滑坡风险防控能力。本文以浙江省诸暨市马剑镇某滑坡群发典型小流域(约2.88 km2)为研究区,通过直接测量、探地雷达技术和无人机摄影测量构建了高质量土层厚度数据库,采用Boruta算法和递归特征消除算法揭示影响土层厚度空间分布的主要因素;利用随机森林、极端梯度提升树、支持向量回归、回归克里金、堆叠集成等机器学习方法建立七种土层厚度预测模型。结果表明,极端梯度提升树模型预测精度最高,土层厚度预测精度可达90%以上,进一步通过SHAP方法探讨了模型的可解释性。本文成果可为我国东南丘陵区降雨型滑坡稳定性评价和区域风险防控提供参考。
胶东焦家断裂带为华北克拉通破坏与滨太平洋构造域叠加背景下形成的既导矿又储矿的巨型金矿带,其南段被第四系广泛覆盖,尽管已实施综合物化探工作和大量钻探工程,仍未找到工业矿体。本文通过地表及坑道填图,查明焦家断裂带分段结构,并应用应力转移模拟,揭示断裂带南段深部有利成矿部位。结果表明,焦家断裂带由中-北段位于新城以北张性断层桥、中-南段位于新城-后赵主断裂段及南段位于后赵以南断裂末端三部分组成;中-南段焦家主断裂面下盘库仑破裂应力变化量(△CFS)为0.15-0.5MPa的区域与已知金矿床空间分布高度吻合,南段后赵以南直径为3-5km的近圆形区域(△CFS为0.15-0.5MPa)是余震网络集中发生及可持续、长时间高流体通量汇聚的高渗透率带,为重点勘探方向。目前已施工共八个钻孔,六个钻孔均揭露金矿体。综上提出在查明区域上高位移、大型断裂分段结构的基础上,通过应力转移模拟计算主破裂活动导致的周围库仑破裂应力的变化,揭示高渗透率带的分布,从而预测成矿靶区,是在覆盖区勘查构造控制的脉状金矿床的一种有效方法。
柴达木盆地北缘(柴北缘)记录了青藏高原东北缘中-新生代构造演化的关键信息,但其中生代盆地性质及古近纪构造背景仍存在争议。针对柴北缘中生代盆地性质(拉张/挤压)及古近纪构造背景的争议,本文在柴北缘中段,开展二维与三维地震资料的精细解释,获得如下结果:(1)基于野外地质调查、地震解释和前人热年代学数据的研究,将本区划分出三个主要构造层,分别为中生代构造层(包括侏罗系(J)+白垩系(K)),古近纪构造层(包括路乐河组(E1+2)-下干柴沟组上段(E32))和新近纪至第四纪构造层(包括上干柴沟组(N1)-第四系(Q));(2)不同的构造层中断裂的主要构造组合样式不同,中生代构造层中主要发育平面式或铲式小型正断层组合样式,古近纪构造层中发育北西向的逆冲叠瓦构造,新近纪至第四纪构造层中发育一系列北西向的逆冲断层形成的逆冲叠瓦构造和近东西向的呈Y字型组合样式的逆冲走滑断裂;(3)根据各时期构造层下的断裂特征,可以将柴北缘中生代以来构造演化主要分为三个阶段,即中生代断陷阶段(晚三叠世-白垩纪)、古近纪弱挤压阶段(27-18 Ma)和新近纪-第四纪强烈压剪阶段(5.1-2.8 Ma)。本研究厘清了柴北缘中段不同构造层内断裂组合样式及其时序演化特征,为约束柴达木盆地北缘中生代盆地性质及古近纪构造背景争议提供了新的地震学证据。构造层分段及阶段性挤压-压剪增强特征的识别,有助于深化对柴北缘中段盆-山构造关系及其演化过程的认识,并可为该区构造解析与相关油气勘探提供参考。
全球的锂矿主要包括硬岩型、卤水型和黏土型,其中,黏土型锂矿主要由风化或风化淋滤作用而形成的。近期在安徽旌德县发现一黏土型锂矿,为热液蚀变黏土型锂矿,其成矿过程尚不清楚。本次通过野外调查、主微量元素、LA-ICP-MS原位微量元素及伊利石LA-ICP-MS原位Rb-Sr定年等分析,对旌德锂矿的成矿作用过程和形成时代进行研究。结果显示,矿石中主要矿物为:石英、萤石、高岭石、伊利石、绿泥石等,黏土矿物与萤石、石英密切共生。Li主要赋存在高岭石和伊利石中,其中高岭石和伊利石中Li含量分别为6644-8265 ppm和5131-7034 ppm。高岭石LA-ICP-MS激光剥蚀信号图中无异常Li峰值,Li+Al含量与Si含量呈负相关。表明Li主要以结构态赋存在高岭石和伊利石中。富Li伊利石原位Rb-Sr定年结果为84.7±5.3 Ma,代表Li的成矿时间。旌德锂矿成矿过程为:晚白垩世(84.7±5.3 Ma),太平洋板块向华南板块俯冲,形成高分异花岗岩,释放富Li、F等偏酸性成矿流体。在旌德地区,流体进入北西和北东向断裂,与花岗闪长岩等发生水-岩反应,长石、角闪石、黑云母等矿物分解,形成高岭石、伊利石等黏土矿物和萤石,Li进入高岭石和伊利石中。本研究为旌德热液蚀变黏土型锂矿床的形成提供了成矿时间约束,揭示了萤石矿与热液蚀变黏土型锂矿的成因联系,未来有望在萤石矿区实现锂矿的找矿突破。
2024年7月洞庭湖流域受持续极端降水影响,团洲垸发生堤防溃决,造成严重洪涝。本研究综合利用重力恢复与气候实验后续任务(GRACE-FO)卫星重力数据、全球陆地数据同化系统(GLDAS)土壤湿度数据、高分辨率遥感影像、气象水文观测资料及三峡水库调度信息,系统分析了此次事件从降水驱动、流域响应到水利工程调控的涨-滞-退全时空过程。结果表明:6月下旬至7月初的持续强降水导致流域土壤迅速饱和,陆地水储量异常(TWSA)显著累积,峰值较月初增幅达144.15mm。基于TWSA构建的洪水指数(WI)可提前4天发出预警信号,表现出良好的洪水早期预警能力。遥感监测精准提取了团洲垸的淹没范围,溃口影响面积约46.16平方公里,其中建筑受损面积为4.21平方公里。归一化植被指数(NDVI)量化了团洲垸地区农业植被遭受的严重损失,NDVI均值由6月的0.510骤降至7月的0.165。三峡水库的调度有效减轻了长江干流对洞庭湖的顶托作用,促进了湖区洪水消退。本研究验证了多源对地观测数据协同在洪涝过程精细反演与预警中的应用潜力,为长江中游地区复合型洪灾风险防控提供了科学依据。
油气藏中的流体相态是评估储量、制定开发方案的基础;相平衡计算可提供多组分流体在不同环境下相态预测,为油气藏开发提供关键基础流体物性参数。本文基于传统热力学模型建立考虑CO2溶于水的油气水三相相平衡计算模型。通过该模型获取数据样本,结合遗传算法(GA)和模拟退火算法(SA),基于人工神经网络建立油水气(含CO2)三相相态预测模型,可计算相分率及各组分在油气水三相间摩尔分数。研究结果表明,基于人工神经网络优化算法的油气水三相相平衡预测模型误差在5%以内,其中GA、SA算法协同优化后的模型准确率最高。将传统热力学计算与神经网络遗传、模拟退火优化算法相结合,可为复杂的三相相平衡计算提供指导。
早寒武世梅树村期磷矿是埃迪卡拉纪-寒武纪转折期重要的成磷事件。研究寒武系梅树村组地层厚度分布、岩相时空变化及海水氧化还原状态,对该时期成磷机制研究具有重要意义。本文实测43条剖面并整理大量露头及钻井资料,开展岩矿学工作,划分岩相类型,结合微量元素地球化学指标,识别出沉积相并刻画了其时空分布特征,进而绘制了该时期岩相古地理图。梅树村期上扬子碳酸盐台地以潮坪沉积为主,相带展布受NNE向裂陷槽控制显著,槽内为潮间滩、潮下滩和潮下泥坪,槽外为潮上滩和云坪等微相。梅树村期早期Ce负异常更显著,Y/Ho值更高,Ni/Co-V/Cr及MoEF-UEF结果均指示氧化水体环境。梅树村期上扬子台地裂陷槽内的潮间-潮下高能带是磷质聚集的有利场所;梅树村早期水体氧化程度较高,为磷矿形成提供了有利条件。裂陷槽内高能氧化环境利于厚层磷块岩发育,据此指出贵州毕节-云南镇雄、贵州威宁-云南鲁甸为潜在磷矿远景区。
尾矿库是重金属迁移与富集的高风险区域,其受胁迫植被在光谱特征与冠层结构上表现出显著响应。本研究融合机载高光谱影像与 LiDAR 点云数据,构建多源特征体系,提取光谱与三维结构参数共 112 项,并通过相关性分析与 ReliefF 方法筛选出 10 个关键特征,建立多种反演模型进行对比。结果表明,多源特征融合能够从生理与结构两个层面刻画 Pb 胁迫特征,显著提升模型对复杂污染信号的表达能力,其中 ReliefF–RF 模型表现最优。空间反演结果显示,Pb 高值区主要分布于一、二号尾矿库内部及其东南缘低洼区域,与地形汇流路径高度一致。研究结果为尾矿区重金属污染监测与生态风险评估提供了可行的技术路径。
火星保存了自形成以来多期次地质作用的丰富记录,为研究行星宜居性的长期演化提供了独特窗口。然而,当前对火星近现代(亚马逊纪以来)地质过程与宜居环境演变的理解仍较为薄弱,这制约了我们对火星整体宜居性演化路径的完整认知,尤其是难以厘清其关键转变机制及现今环境状态的成因。近现代地质过程(如火山活动、撞击作用、水及冰川活动及风沙作用)不仅直接塑造了火星当前的地表环境,更记录了火星近期气候与地质变迁的历史,是揭示其宜居性演化晚期阶段特征与驱动机制的关键证据。本文系统总结了火星亚马逊纪以来主要地质过程的研究进展,在此基础上讨论了控制其宜居环境演化的关键因素,初步构建了火星宜居性评价指标体系,并对未来火星探测与研究的主要方向提出展望。亚马逊纪以来的地质过程对火星的宜居环境有着重要影响,未来探测需重点关注火星火山活动演化历史、撞击坑物质组成、水冰分布情况以及风蚀地貌成因演变。
青藏高原新生代以来的隆升显著改变了亚洲的构造地貌格局,而且深刻影响了东亚及全球的新生代季风环流和气候演变过程。位于青藏高原北部的柴达木盆地是研究新生代气候环境演化历史的重要窗口。湖相沉积作为连续的、高分辨率的环境记录载体,对区域环境响应十分灵敏,而其中赋存的自生碳酸盐是古湖泊地质历史时期古气候重建研究的重要载体。本文以柴达木盆地北部大红沟剖面上干柴沟组中的湖相泥灰岩为研究对象,利用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析确定其矿物组成为石英、方解石、伊利石、斜长石、绿泥石、钾长石等。通过泥灰岩碳氧同位素组成相关性分析(r2=0.04)以及与区域及全球现代湖泊沉积自生碳酸盐碳氧同位素组成对比,揭示出柴达木古湖在早渐新世(~30.8 Ma)仍然为一开放型淡水湖泊。在此基础上,基于泥灰岩氧同位素组成重建了柴达木古湖早渐新世(~30.8 Ma)时期夏季大气降水的氧同位素值(~-6.2±0.7‰)。该值较柴达木盆地现代夏季大气降水及河水δ18O(water-SMOW)值高~2.2‰,指示自早渐新世(~30.8 Ma)以来柴达木盆地夏季发生了显著降温,幅度达~6.5 ℃。这一降温过程受全球变冷及青藏高原隆升共同驱动,其中全球变冷起到了主导作用。
工程扰动加速高寒草甸退化,开展工程扰损区草甸修复有助于维持区域生态系统稳定。本文以汪布曲草甸道路边坡生态重构土壤为研究对象,探究生态修复3年内土壤养分与微生物群落特征的变化规律。结果表明,修复后土壤有机碳、总氮、铵态氮和速效钾含量显著提升,分别增加了344.6%、95.8%、139.9%和174.1%。微生物群落多样性持续提高,酸杆菌、绿弯菌、拟杆菌和芽单胞菌丰度随时间则呈上升趋势。同时,土壤脲酶、蛋白酶及蔗糖酶活性显著增强。PLS-PM分析揭示,修复时间是驱动土壤有机碳和养分恢复的核心因子,其通过影响微生物群落结构-土壤酶活性实现土壤与微生物的协同恢复。本研究为高寒草甸扰损区土壤恢复效果提供数据支撑。
秦岭-大别造山带是我国重要的多金属成矿带。沙坪沟斑岩钼矿位于其东部,是研究成矿过程中元素迁移的理想对象。本文通过该矿床花岗斑岩中磷灰石和锆石地球化学分析,为探究成矿机理提供新的矿物学证据。结果表明,成矿岩体形成年龄为112~104 Ma。磷灰石MnO-δEu呈显著负相关,含矿岩体(K系列)锆石Ce/Nd比值(1.9~60.5)显著高于不含矿岩体(SPG系列) (2.2~36.6)及邻区钼矿床,反映其具有更高的氧逸度,有利于钼以Mo6+形式迁移。锆石(Ce/Nd)/Y-温度图解显示K系列从核部(高温、低(Ce/Nd)/Y)向边部(中温、高(Ce/Nd)/Y)演化,指示晚期热液流体参与更强,为钼富集提供充足介质条件。锆石和磷灰石定年及主微量特征指示岩浆形成-演化-成矿之间的联系,温度、氧逸度和挥发分等变化指示可能有地幔或新生地壳物质贡献。本研究为斑岩型钼矿床的成矿机制及预测提供了理论支持。
德州市是我国地热资源开发利用较早地区之一,经过多年大规模持续性开采,是否引发了资源枯竭、水质恶化以及热储温度下降等地质环境问题,一直是社会关注的焦点。本文基于1997年以来德州地热田馆陶组、东营组、寒武-奥陶系热储开发利用历史及水位、水量、水质、水温、热储温度等长序列动态监测资料,通过时空对比,分析总结热储动态演化特征。结果表明,回灌前的大规模开发造成了地热水位快速下降;随着回灌率不断增加,大部分开采井水位下降趋势明显减缓,甚至部分地热井水位止跌回升。多年的开采、回灌没有对水质造成较大影响,地热水各主要离子含量基本稳定,开采井井口水温保持动态稳定。随着回灌年度的不断增加,回灌井热储含水层段垂向温度变化幅度越来越小,温度恢复速率越来越慢,呈指数级衰减,指示规模化回灌条件下,回灌井周围“冷堆积”现象应是制约地热资源采灌均衡可持续循环开发的主要制约因素。
针对地质钻进过程中多井场数据分布差异显著、隐私约束严格且人工标注缺失等现实问题,本文提出一种基于联邦字典学习的智能监测方法。该方法以稀疏字典表征为核心,通过事件启发式打分与对齐机制实现无人工标签条件下的异常模式识别与可解释区分;同时在数据不出域的前提下,引入多井协同训练与服务器端加权聚合,以提升模型在异质井场间的鲁棒性与跨井泛化能力。基于多个实际钻井工程的现场测井数据,本文构建多井场联邦数据集并开展验证实验。结果表明,所提方法在多井场条件下取得更优的监测效果,分离度指标的平均水平达到4.018;弱监督精度的平均水平达到0.804,显示其在无标注条件下仍能稳定识别典型异常事件。研究结果验证了事件标注机制在提升模型可解释性与跨井泛化能力方面的重要作用,为复杂地质环境下的分布式智能监测提供了一种可行且有效的技术途径。
古流向分析在沉积岩石学、古地理重建等领域具有重要地位。传统野外测量古流向数据方法存在工作效率低、数据获取有盲区等问题。随着无人机技术和地理信息系统的发展,数字露头实景三维模型提供了一种新的方式可实现古流向的测量和分析。本文基于无人机倾斜摄影构建的三维模型提供的高分辨率纹理信息,准确识别指示古流向的沉积构造;利用三维模型精确的空间信息,构建数字露头实景三维平台进行模型的可视化显示,通过空间三点法实现产状量测,对野外常见的交错层理进行定量的古流向测量。基于极射赤平投影和空间几何关系校正算法,进行古流向数据校正,以消除地层构造变化的影响。对完成处理的古流向数据进行统计分析与可视化展示,通过交互式方法绘制区域玫瑰花图,直观展示古流向数据在区域范围内的分布情况和优势方向。进而,本文以鄂尔多斯盆地关家崖露头为例,开展了基于实景三维模型的沉积古流向分析应用。通过上述方法进行古流向分析,能够有效替代野外古流向数据测量并减轻野外工作负担,同时为解释物源方向、推断古斜坡等提供了数据支持。
隧道工程作施工会对显著改变土壤结构与功能。土壤微生物与植物作为土壤有机碳库的关键来源,在全球碳循环中扮演核心角色。青藏高原生态环境脆弱,易受人为影响,从而影响土壤碳库,甚至影响全球气候变化。(目的)为探究大型工程对青藏高原土壤有机碳来源的影响,(方法)本研究以青藏高原某隧道为依托,在其建设影响区与非影响区,沿3240 m、3420 m、3600 m不同海拔及0 - 10 cm、10 - 30 cm不同土层深度,采用氨基糖、木质素作为标志物表征土壤团聚体有机碳的微生物与植物来源,探究隧道建设对土壤颗粒(> 0.053 mm)及矿物结合态(< 0.053 mm)团聚体有机碳来源的影响。(结果)结果表明隧道建设对土壤团聚体中氨基葡萄糖、氨基半乳糖、总氨基糖、真菌、微生物残体碳含量及木质素酚含量无显著影响,但显著降低了土壤团聚体胞壁酸、氨基甘露糖含量。0 - 10 cm土层中,各处理的颗粒态团聚体氨基糖含量随海拔升高无显著差异,而10-30 cm土层中,海拔3420 m处的氨基糖含量显著低于海拔3240 m和3600 m。海拔3420 m土壤矿物结合态团聚体总氨基糖含量最低,显著低于其他海拔地区。同时,隧道影响区矿物结合态团聚体中,微生物残体碳和植物碳源对团聚体有机碳的平均贡献分别为26.36%和20.65%,显著低于与对照区。(结论)隧道建设降低土壤团聚体稳定性,特别是矿物结合态团聚体。其中,矿物结合态团聚体在隧道建设、海拔梯度与土层深度的交互作用下,显著降低其微生物残体碳含量及其对SOC的贡献率,而土壤颗粒态团聚体有机碳的微生物及植物源碳贡献未受隧道建设显著影响。
为缓解传统滑坡易发性评价对非滑坡样本依赖导致的空间代表性不足与精度不确定问题,本文提出一种无需非滑坡样本的FR-K-means易发性评价方法,并以随机森林(RF)作为对比。该方法基于频率比(FR)量化关键因子与滑坡发生的条件概率,构建综合因子数据集;进一步利用K-means对致灾环境进行相似性聚类,并结合自然断点法实现易发性分区。以四川平武县为研究区、通江县为验证区的结果表明,FR-K-means在极高易发区滑坡捕捉能力优于RF,滑坡密度分别为0.124和0.098个/km2(RF为0.112和0.092个/km2)。同时,该方法可清晰刻画流域两岸高风险带,有效减少流域内部极低易发区出现高易发值,减少非孕灾区误判。研究表明FR-K-means具有较好的空间聚焦能力与区域迁移性,可为复杂地质环境区滑坡风险快速制图与精细化管控提供补充思路。
庙湾蛇绿混杂岩是扬子克拉通出露的规模最大的超基性-基性混杂岩体之一,但因缺乏可靠的年代学约束,其构造演化过程尚不明确。本研究在湖北宜昌庙湾蛇绿岩套中首次识别并厘定了一种异剥钙榴岩(命名为庙湾异剥钙榴岩),同时对其石榴子石进行了主微量元素分析和高分辨率的LA-SF-ICP-MS原位微区U-Pb定年。庙湾异剥钙榴岩呈脉状产出于蛇纹石化橄榄岩中,主要矿物包括石榴子石、透辉石、葡萄石等。对石榴子石进行直接原位U-Pb定年,获得了897±24Ma的精确年龄,该年龄被解释为异剥钙榴岩的形成时代。庙湾异剥钙榴岩的发现为证明庙湾超基性-基性混杂岩属于洋壳残片提供了关键的岩石学证据。岩石产状、矿物组合及石榴子石主微量元素特征则指示该异剥钙榴岩的形成可能与洋底蛇纹石化富Ca流体交代有关。结合前人研究揭示庙湾蛇绿岩形成于≥900Ma,指示扬子克拉通陆核区在新元古代早期可能还存在一个有限的洋盆。
深部煤层气资源潜力巨大,是中国非常规天然气未来规模性增储上产的重要领域。储层地质力学在深部煤层气勘探开发过程中起到至关重要的作用,是实现效益开发的关键支撑。为查明深部煤层气储层地质力学研究现状与进展,论文在深部煤层气储层地质力学特性、关键技术分析基础上,探讨未来发展方向。结果显示:(1)深部“三高”(高地温、高地应力、高流体压力)地质环境主导控制煤岩力学行为变化,是从浅部脆性向深部脆-延性乃至延性转变的关键因素,是造成储层低孔-特低渗、强非均质性和各向异性的核心研究挑战,开展考虑深部“三高”环境与裂缝非均质发育特征的流-固-热耦合分析是深部煤层气储层地质力学分析的重要研究内容;(2)基于多数据融合的原位地应力场精细反演、基于CT/深度学习算法的数字裂缝网络模型构建、多场耦合数值模拟是深部煤层气储层地质力学研究的重要技术方法,智能化和实时监测是深部煤层气开发降本增效的关键技术;(3)未来深部煤层气地质研究应当突破传统单一学科界限,重点发展融合地质力学-渗流-经济性的多目标协同优化算法,构建起数字孪生系统,实现深部煤层气安全、高效与经济开发。
蛇纹石化通常是指超基性岩 (如橄榄岩和科马提岩)的热液蚀变,岩石中的橄榄石和斜方辉石与富水流体反应,生成蛇纹石、(±)滑石和 (±)磁铁矿等矿物。橄榄岩作为地幔中最具代表性的超镁铁质岩石,其蛇纹石化过程在地壳-地幔水循环和岩石圈演化中扮演关键角色,并且在天然氢生成和固碳方面具有重要潜力。本研究系统探究了影响橄榄岩蛇纹石化与碳酸盐化反应动力学的关键因素,重点分析了二者之间能量与物质传递的反馈机制,以评估其在碳封存与制氢领域的应用前景。温度、压力、盐度、pH及溶液组分 (如NaCl和NaHCO3浓度)是影响蛇纹石化与碳酸盐化反应动力学的核心参数。特定温压条件能够显著加快反应速率,而流体化学成分的变化也对反应整体进程具有关键调控作用。此外,反应的自热特征、自限性以及生成的富硅层共同构成了复杂的动力学反馈机制。蛇纹石化与碳酸盐化本质上均为放热反应,释放的热量能够有效提高体系温度,从而促进反应动力学过程。尽管橄榄石蛇纹石化与碳酸盐化反应速率均高度依赖温度,但两者存在不同的最佳反应温度区间。同时,蛇纹石化与碳酸盐化反应通常伴随着体积膨胀和孔隙度的变化。反应初期,孔隙发育有利于流体渗入与矿物接触,但随着碳酸盐矿物持续沉淀,孔隙率与渗透率显著降低,对流体运移形成负反馈。由于二者沉淀动力学的差异,最终产物在高流速区与低流速区呈现明显的分异分布。此外,固液界面形成的钝化层会抑制矿物溶解和碳酸盐沉淀,严重制约蛇纹石化与碳酸盐化反应的持续进行。未来的研究可通过优化反应条件,提升固碳效率与产氢速率,并针对协同反应中的离子迁移行为展开深入探索,从而有效缓解溶解点位附近因沉淀导致的孔隙堵塞与钝化层问题。同时,推动原位固碳-产氢技术的实际应用,有望为应对气候变化与满足能源需求提供兼具“固碳”与“产氢”双重效益的解决方案。
针对西南山区重大铁路工程施工期生态环境扰动监测空间精度低的问题,本研究提出“深度网络耦合遥感光谱特征”框架进行生态环境质量动态评价。利用2019-2024年Sentinel-2的10 m分辨率时序影像,构建由影像光谱波段、光谱指数和纹理特征组成的输入特征集,采用U-Net语义分割模型,对比全卷积网络(FCN)与LinkNet,实现多年雅安至林芝段重大铁路工程施工期生态环境质量动态评价。结果表明:U-Net测试集精度达91.65 %,显著优于FCN(82.95 %)和LinkNet(90.23 %),该网络模型结合光谱波段和植被指数特征更鲁棒可靠。其次,发现2019-2024年优等区面积锐减28.5 %,精准识别出2021-2022年铁路主体施工期为生态退化关键阶段,生态质量指数下降0.18。再者,结合变化分析揭示了“一般→较差”与“良→一般”为主的生态退化路径,并量化了扰动时空异质性,发现以弃渣场,交通便道为主体的持续退化热点区域。总体区域上生态质量呈“东西高、中间低”格局,优等区主要分布在雅安—康定段与林芝段,差等区集中在昌都—波密段。研究证明,深度学习网络耦合遥感光谱特征方法为铁路工程施工期生态环境质量评价新范式,可实现复杂山区交通廊道生态质量的高精度、快速监测,为重大铁路工程生态风险精准防控与恢复策略制定提供科学依据。
西南山区地质条件复杂,降雨量大集中,泥石流灾害多发频发。虽然自上世纪以来已逐步构建体系化的防护系统,然而在极端天气事件增多和人类工程活动加剧的背景下防护工程面临严峻的挑战。为了阐明泥石流作用下“工程-生态”系统的协同破坏机制,本文通过对多处泥石流沟防护工程及植生环境进行了实地考察与取样测试,系统分析并总结了不同防护工程结构破坏机制,阐明了植生环境失效机理。基于现场实地调查与典型案例的综合分析,发现拦挡坝和排导槽等防护工程的破坏三种模式:受大质量泥石流冲击造成的结构断裂、细沙砾石长期磨蚀导致的表层骨料外露,以及基础被水流淘蚀引发的整体失稳。而泥石流对植被的作用包括直接与间接影响。直接作用主要是冲击造成的茎干断裂、拔出、表皮磨损,以及掩埋导致的根系衰竭与光合受阻;间接作用则源于堆积体破坏土壤结构、侵蚀引起养分流失,从而抑制种子萌发,导致植被退化。而且硬质工程可能加剧局部生态退化,而植被恢复则可有效增强工程结构的长期稳定性。基于上述机制,本研究提出了“生态-工程”协同的泥石流防护工程设计原则,及“监测-模拟-评估-预警”智能防控框架。研究成果有望为西南山区泥石流的韧性防护与生态化治理提供理论依据和系统性技术路径,提升区域综合防灾能力,保障生命财产与生态安全。
土地利用变化深刻影响流域水文过程,尤其是径流、蒸散发和入渗,厘清其作用机制对水资源管理与灾害防控具有重要意义。以分水江流域为研究区,基于率定与验证的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型模拟水文过程,并结合随机森林(RF)、极端梯度提升(XGBoost)、轻量梯度提升机(LightGBM)等15种机器学习模型提升预测能力。进一步利用SHAP(SHapley Additive exPlanations)方法解析气象、水文与土地利用因子的对贡献。降水对径流具有显著正向驱动作用,气温主导蒸散发变化。建设用地比例对径流和蒸散发均产生负面效应,林地通过截留、蒸腾和土壤蓄水削弱径流,农田比例则表现出对入渗和径流系数的复杂非线性影响。SWAT与机器学习的结合不仅提高了预测精度,也增强了水文响应的可解释性。该方法为流域水资源管理与土地利用规划提供了有力工具,并在泥石流等山地灾害的预警和风险评估中展现出重要应用价值,对实现资源可持续利用与灾害防控具有广泛意义。
雅鲁藏布江中游独特的区域地质环境与气候条件孕育了广泛的崩滑灾害,为研究内外动力耦合作用下地表崩滑响应提供了天然良好的实验室。本研究通过遥感解译和野外调查,识别贡嘎-林芝雅江河段滑坡483处,近岸重点崩塌26处和变形体18处,分析揭示内外动力耦合作用下崩滑灾害分区分带规律:崩滑灾害沿桑日-朗县段密集发育,该段与构造活动密切相关;崩滑灾害主要分布在季节冻土区;滑坡集中在加查-朗县、贡嘎-桑日的千枚岩等软岩中,其次是里龙-林芝的片麻岩等地层,崩塌集中在桑日-里龙的花岗闪长岩类中;贡嘎-桑日段宽谷地形低缓,小规模滑坡更为发育。此外,加查-朗县沿岸连续分布几处大规模滑坡与河流凹岸侵蚀有关。灾害分布体现了构造对灾害密度、气候对灾害孕育、岩性对灾害类型、地形地貌对灾害规模的主控作用。
为探究气候变化背景下湖北省短时强降水时空演变特征,基于1961-2025年湖北省74个气象站分钟降水观测数据,采用Copula函数与多种候选边缘分布构建了适用于不同地理区域的短历时(5-180min)强降水强度-历时-频率(IDF)曲线。空间分析表明,中东部地区IDF曲线设计雨强较西部地区偏高10%~224%,且在短历时、高重现期条件下差异更显著。时间序列分析表明,1991-2025年间短时强降水IDF曲线估值较1961-1990年增幅达1%~53%,且以短历时、高重现期增幅最显著。总体上,中东部城市化及平原与山地过渡区域的强降水强度与频率更高,极端强降水事件趋于集中、频发和增强,但东北部地区出现了强度下降的特征。研究结果可为支撑韧性城市规划与基础设施的适应性设计、优化防灾减灾规划提供科学支撑。
煤矿作为重要的能源资源,其井下环境普遍存在结构复杂、空间狭窄、光照不足及防爆需求高等特点,这对精细化三维感知与建模提出了严峻挑战。高精度三维重建不仅是保障矿山作业安全的关键环节,也是开展地层结构解析、透明地质体系构建和动态环境监测的重要基础。针对传统单一传感器在井下场景中受遮挡严重、噪声干扰大、建模精度有限的问题,本文提出了一种基于多传感器融合的三维建模方法。该方法在巷道清洗车上部署多线激光雷达阵列,并融合视觉与毫米波雷达信息,通过结合局部特征描述与参数估计(LEPE-ICP)的自动拼接策略,提取多源数据中的稳定几何与纹理特征,采用基于特征匹配的初始配准与基于概率分布优化的精细配准相结合的两阶段融合方法,有效克服井下环境中由重复结构、动态干扰和光照变化引起的匹配歧义,逐步构建井下巷道的全局三维模型。实验结果表明,该方法在煤矿巷道环境中的平均平移误差小于0.12m,相较于传统方法拼接效率提升约47%,同时目标识别准确率达到92.7%。研究结果证明,多源信息融合能够显著提升煤矿井下三维建模的精度与鲁棒性,为地层结构智能建模、透明地质构建及煤矿智能化发展提供了可靠的数据支撑与技术参考。
为明确陡立边坡生态修复植生层的有效组成及其性质在冻融环境下的演化规律,结合陡立坡面附着试验及植生试验优化植生层配比,通过直剪试验明确冻融条件下土体黏结特性的变化。结果表明,生物炭可提升土体植生性能;添加粘结剂、保水剂后,聚丙烯酰胺的加入不利于植物生长。最优植生层组成为0.8%海藻多糖、1%羧甲基纤维素、1.5%生物炭。冻融20次后基质土黏聚力损失率是重构植生层黏聚力损失率的1.27-2.93倍。低含水率条件有利于冻融过程中土体黏结特性的维持。粘结剂和保水剂形成的胶结结构有效维持了重构植生层的稳定性,使其抗冻融劣化能力显著优于基质土。成果可为季冻区陡立边坡生态修复基材配比及工程防护提供理论依据。
京津冀地区因地下水长期超采,已引发一系列地质与生态问题。为精准监测该区域地下水的时空变化,本文基于GRACE、GNSS与实测水井数据,反演2011—2020年京津冀地下水储量变化,并探讨了南水北调工程与人为用水对地下水的影响。GRACE反演结果与760口实测井水位数据相关性高达0.86,反演结果可靠;京津冀地下水位下降速率分别为-13.1 mm/a、-12.9 mm/a和-16.4 mm/a,其中邯郸—邢台一带地下水储量亏损最为严重,最大亏损速率高达-40 mm/a;GNSS垂向位移显示,2018年后GNSS基岩站隆升速率减缓,土层站沉降速率减缓,共同印证地下水亏损态势有所缓解。本文系统分析了京津冀地区近10年来地下水持续亏损的情况,揭示了2018年后地下水亏损情况好转的主因是农业用水的减少而不是南水北调工程,为科学评估与合理利用地下水提供有力支撑。
本文针对传统水文分析法在滑坡斜坡单元划分中存在的边界模糊、面积过大以及忽略环境因子空间异质性等问题,提出一种融合多尺度分割算法(MSS)与变异系数量化异质性的滑坡易发性预测方法。以江西省瑞金市梅河流域为研究区域,基于局部方差变化率确定最优分割参数(尺度7、形状权重0.9),划分出平均面积为0.033 km2的精细斜坡单元,并同步提取环境因子的均值(表征均质性)与变异系数(CV,表征异质性),构建34维特征集并进行相关性筛选降维。通过构建随机森林与XGBoost模型进行对比分析,结果显示MSS-XGBoost模型表现最优,测试集AUC达0.846。Bootstrap分析显示其平均准确度为0.742,标准差最低(0.033),表明具有较高的稳定性与泛化能力。主控因子分析表明,NDBI变异系数(权重0.196)、降水变异系数(权重0.154)及岩性(权重0.117)对滑坡发育影响最为显著。易发性制图结果进一步显示,极高易发区主要分布在丁陂镇、瑞林镇梅江两岸、九堡镇九堡河左岸研究区,与高降水变异区域及岩浆岩地层高度吻合。研究表明,采用MSS划分斜坡单元并结合变异系数量化环境因子异质性可有效提升滑坡易发性预测模型的精度与可靠性,为区域滑坡风险评估与防控提供科学支撑。
为了对鄂尔多斯盆地(陕西段)二氧化碳地质封存勘查选区、工程选址及科学规划提供理论指导,本文采用资料收集、地质调查、地球物理勘查、样品测试等方法,查明了研究区深部咸水层二氧化碳地质封存主要储层特征,评价了碳封存适宜性,估算了碳封存潜力,圈定了碳封存靶区。结果表明研究区6个主要碳封存储层预测地质潜力为1210.23亿吨,预测技术容量170.86亿吨;将研究区二氧化碳地质封存适宜性分区分为适宜区、较适宜区、一般适宜区及不适宜区等4类;圈定了碳封存靶区5处,靶区预测地质潜力为67.33亿吨,预测技术容量9.5亿吨。基于研究区碳封存潜力巨大,源汇匹配度高,认为研究区具备碳封存规模化开发的各项条件,可作为我国开展CCUS技术应用的重点区域。
胶东地区发现大量煌斑岩岩脉,但有关该区域煌斑岩的成因及其与金成矿之间的关系仍存在争议。本文选取胶东大柳行金矿区的9件煌斑岩样品,系统开展了岩相学观察、全岩主量与微量元素分析以及锆石U-Pb年代学研究。锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果表明,煌斑岩的侵位时间为125.7±1.5 Ma,属于早白垩世岩浆活动产物。其具有高钾、富碱、富铝的特征,Mg#=64.8-73.3,微量元素呈现出富集大离子亲石元素(LILE),亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Ti)的特征,但与典型的岛弧岩浆岩有数量级的微量元素含量差别。结合已发表的Sr-Nd同位素组成,本文认为这些煌斑岩的地幔源区是被交代的古老岩石圈地幔,推测交代介质是来自于含碳酸盐沉积物的熔体。胶东大规模基性岩浆活动与超大型金矿在时空上的耦合,说明基性岩浆在金成矿过程中发挥了重要作用。碳酸盐熔体及其共存的高氧化性流体通过相互作用,可能为金在岩浆系统中的溶解和迁移提供关键通道。
为了探究工程弃渣场“苔-藻”生物结皮对渣土的改良效果,选取高寒地区弃渣场生物结皮修复区,对比分析不同苔藓和藻类配置对渣土理化性质、酶活性和微生物群落的影响。(1)生物结皮处理分别提高了土壤铵态氮(最高2.68倍)、硝态氮(最高2.85倍)、有效磷(最高7.67倍)、有机碳(最高达26.11 g/kg)。(2)土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、植酸酶等酶活性最高增加2.00、2.29和45.6倍。(3)此外,微生物多样性与均匀度提升,并引入了互养菌门(Synergistota)、达达菌门(Dadabacteria)等新的微生物门类。“苔-藻”生物结皮有效提升了土壤养分水平,优化了土壤微生物群落结构。研究为生物结皮技术在高寒地区生态恢复中的应用提供了理论与实践依据。
湖南道县正冲锂铷铯矿床是南岭地区正在开发的大型稀有金属矿床,锂金属储量Li2O 26.9万吨,铷金属储量Rb2O 10.9万吨,铯金属储量Cs2O 0.6万吨. 该矿床成因与高分异花岗岩有关,成矿地质体为云英斑岩,具有全岩矿化特征. 云英斑岩呈深灰绿色,局部因铁质浸染呈红褐色,斑状结构,质地坚硬. 主要造岩矿物为石英、铁锂云母和黄玉,其中,赋矿矿物为铁锂云母. 副矿物有独居石、锆石、金红石、锡石、铌黑钨矿和钍石等. 云英斑岩中可见少量孔隙或晶洞,孔径0.2~3.0 mm. 目前,对于该矿床云英斑岩的成因仍存在较大争议:岩浆成因或交代成因?南岭地区此类特殊云英岩是稀有金属矿化的重要载体,其成因研究对完善稀有金属成矿机制具有重要意义. 基于野外地质调查、室内测试分析及综合研究,本文认为正冲矿床的云英斑岩并非云英岩化产物,而是形成于岩浆结晶分异作用最后阶段的较封闭体系,由富F(>2.8 wt.%)的含花岗质组分的水硅质流体固结而成,主要证据有:(1)云英斑岩和花岗岩(或花岗斑岩)接触界线的矿物比例呈突变特征,不论是宏观上还是微观上,几乎观察不到接触晕,且存在花岗岩捕掳体;(2)云英斑岩具有典型斑状结构,斑晶多呈自形,常见矿物-熔体包裹体,石英斑晶阴极发光(CL)图像显示原生生长环带;(3)云英斑岩中石英Al元素含量较均一,显示相对稳定的岩浆结晶环境,Ti元素平均含量高达21.8 μg/g;(4)云英斑岩中的云母几乎全为铁锂云母,白云母少见,且铁锂云母F元素含量较高,结合黄玉中F元素含量较低的特征,两者显示岩浆成因;(5)云英斑岩中独居石颗粒未见热液蚀变结构或蚀变矿物,Th元素平均含量高达6.1 wt.%,具有岩浆成因特征的Th/Ce、Y/LREE、Ca/Ce、Si/Ce比值;(6)云英斑岩全岩Y/Ho、Nb/Ta比值与稀土四分组效应TE1-3值显示硅酸盐熔体微量元素地球化学特征,不同于存在显著岩浆-热液蚀变作用的花岗质岩石或云英岩. 地球化学模拟结果表明,云英斑岩可能是金鸡岭复式岩体多级原地结晶作用的产物.
为提高深部煤岩气储层改造效果, 以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县矿区为对象, 综合运用Flac3D数值模拟与理论分析方法, 对深部煤岩气水力割缝下的地应力响应规律进行了研究. 结果表明:(1)水力割缝在煤岩气储层创造的卸压空间可以有效改变地应力状态, 降低储层有效应力, 提高储层导流能力. (2)缝槽长度每增加1 m, 卸压范围可增大4.3-4.9 m, 卸压程度增大4.7%-21%. 缝槽宽度每增加1 m, 卸压范围增大0.3-0.7 m, 卸压程度减小0.7%-1.4%. (3)与单一缝槽相比, 多组缝槽可形成应力释放叠加区, 进一步增大卸压范围和增强卸压效果. 优化缝槽长度与间距可显著提高煤岩气开采资源量的控制范围. 煤岩气储层水力割缝具有显著的地应力改造效果, 可为通过水力割缝技术高效开发煤岩气提供指导.
在微地震信号处理领域,复杂噪声的干扰严重影响有效事件的准确识别,增加了P波与S波初至拾取的不确定性。为了有效提升微地震信号质量,增强初至拾取的可靠性,本文提出一种基于RC-Transformer的微地震噪声压制方法。该方法基于Transformer深度学习框架,采用自注意力机制捕捉全局信号特征,同时结合残差卷积网络增强局部噪声的抑制能力,从而高效地降低复杂背景噪声,显著恢复有效信号的幅度。三维合成微地震数据、储气库监测与煤层顶板压裂实测微地震数据测试表明,本文的方法能够有效压制背景噪声、恢复微地震有效事件的波形幅度。与传统算法相比,RC-Transformer 大幅提升微地震信号信噪比和初至拾取准确性,推理效率高,为复杂地质环境下的噪声压制与检测提供高效解决方案。
本文针对地震预测中多源异构数据难以有效融合与标签不对齐的挑战,提出了一种基于多模态机器学习框架的GeoViT-PFN模型,重点引入GNSS形变图像与地震参数协同建模的新方法。该模型将GNSS台网位移数据通过距离加权插值转换为图像时序,同时从地震目录中提取b值、a值作为表格序列;采用视觉Transformer(ViT)对图像进行编码并经PCA降维,与地震特征融合后输入基于Transformer的TabPFN解码器进行回归预测。实验表明,所提出的多模态融合方法在测试集上预测地震活动性的误差(MSE)降低至0.7×10-4,决定系数(R2)为0.97,相较于单模态提升约50%。验证了GNSS形变与地震统计参数协同的有效性,且该框架具备可扩展性,能够为集成多源地球物理数据提供思路。
地磁场在地球内部具有稳定分布,其方向和强度可作为天然参考基准。地磁探测技术为深地、水下等复杂环境提供了可靠的导航解决方案,尤其在自主性、隐蔽性和抗干扰能力方面优势显著。地磁导航探测中多采用三轴磁传感器获取空间磁场分布信息,从而反演得到位置信息,因此三轴磁传感器精度是地磁导航探测的关键性能指标之一。然而,传统三轴磁传感器由于体积大、制备工艺复杂、正交性难以保证,常引入测量误差且不易校正,制约了其精度的提升。为此,本文提出了一种基于磁力线变轨和磁力线聚集原理的平面三轴GMI磁传感器设计方案。该设计将三个磁探头在平面内呈正交排列,通过磁力线变轨结构实现三维磁场的平面化测量,有效避免常规三轴磁传感器正交性难以保证带来的误差。文中对构建的三轴磁探头进行了仿真分析,解析了各探头信号构成,并推导出相应的信号解算方法。实验结果表明,该传感器测量范围达±370 μT,X、Y、Z三个方向的输出电压灵敏度分别为1416V/T、1424V/T和628.3V/T。本方案在保障测量精度的同时,实现了三维磁场的平面化集成测量,尤其提升了Z方向的检测精度,为高性能三轴磁传感器的发展提供了新路径。
渤海湾盆地大城凸起石炭-二叠系深部煤层气含气性差异及其控制因素是当前勘探开发中面临的重要难题。本研究对大城凸起已有探井含气量分析和模拟计算,研究显示大城凸起由石炭-二叠系煤层具有明显的“北低南高”含气量分布格局,南部探井含气量普遍超过10 m3/t。储层温度、压力、含水饱和度、煤变质程度以及孔隙特征是影响煤层含气性的关键因素。随着煤变质程度的增加,甲烷的吸附能力增强,但游离气含量呈下降趋势;孔容积与含气量呈显著正相关,而总孔隙度与煤变质程度Ro存在负相关关系,灰分含量的增加也会导致总孔隙度的降低。本研究构建了深部煤层在储层压力、温度、煤变质程度和视密度影响下的等温饱和吸附模型和游离气含量预测模型。模型验证表明,预测结果与实验数据具有较好的相关性,可用于深部煤层甲烷吸附量的预测。计算结果显示,甲烷的饱和吸附量在埋深约1100m 处达到临界值14 m3/t,游离气含量随埋深增加呈增长趋势并趋于稳定,总含气量的临界深度位于1500m 左右,含气量可达16 m3/t。综合考虑煤层含气量、气体赋存状态和埋深,认为1500m 以深总含气量介于14-16 m3/t,游离气占比在25%-44%之间,兼具高含气量与可动游离气优势,是大城凸起区的最优开发深度范围。大城凸起煤层气含气量高值区受与煤岩热成熟度影响较大,煤层生气能力是评价大城凸起深部煤层气富集的首要控制因素。
本文以鲁西地区淄博金岭矽卡岩型铁矿为研究对象,通过扫描电镜、聚焦离子束技术及透射电镜等纳米矿物学方法,在磁铁矿中发现自形的方铁矿(FexO,x≤1)包裹体,其晶格间距(4.87Å、4.21Å)与方铁矿(003)、(012)晶面吻合,且与磁铁矿共生。研究表明,该包裹体形成于早期高温(>570℃)、低氧逸度(logfO2=FMQ-2.5-FMQ-4)的岩浆热液环境,是菱铁矿热解作用的产物,后被晚期结晶的磁铁矿捕获。该发现揭示了成矿流体演化过程:早期富Cl岩浆流体的出溶与沸腾作用导致低氧逸度,使Fe2+以氯化物络合物形式迁移;主成矿期奥陶系膏岩层中硫酸盐介入,经氧化还原反应提升氧逸度,驱动Fe2+氧化为Fe3+并沉淀形成磁铁矿。本研究证实方铁矿可形成于高温低压低氧逸度的浅成热液系统。
为了提升土钉加固边坡优化设计的智能化与自动化水平,并提高优化设计效率,提出了一种以安全系数自动化计算方法为核心的土钉加固边坡智能优化设计方法。以土钉参数作为设计变量,在满足边坡安全性的条件下建立了以土钉材料的最小费用为目标函数的优化模型,采用该方法求解了优化模型。通过一个土钉加固边坡优化设计算例应用了该方法,并提供了优化设计参数的取值建议。结果表明,提出的优化设计方法在确保安全性的同时可使土钉加固费用降低48.6%,并实现了优化结果中土钉布置及最危险滑动面的可视化。为了兼顾收敛性能与计算效率,推荐设置初始种群个体数量200个及进化代数400代。研究成果可为土钉加固边坡以降低成本为目标的优化设计提供有效手段。
深部煤岩储层压裂开发中,脆性评价的准确性直接影响压裂效果,但现有方法多针对页岩设计,难以适用于煤岩复杂的原生裂隙和围压敏感特性。为此,本文通过三轴压缩试验获取煤岩应力-应变曲线,引入损伤变量量化峰前裂纹演化对能量分配的非线性影响,构建损伤-能量双参数峰前脆性指标Bpre;结合围压动态约束效应,建立应力降速率-围压耦合的峰后脆性指数Bpost,并采用调和平均法得到了基于峰前-峰后能量特征与围压约束的煤岩脆性指数Bcoal。试验结果表明,Bcoal能有效区分不同围压下煤岩的脆性差异,在5~20MPa围压下评价结果可靠,且相较于传统方法具有更高的敏感性和可靠性。该研究提升了煤岩脆性评价准确性,为煤层气压裂优化提供重要理论支撑。
保压取心钻具对深海资源评价与开发至关重要,其密封球阀的关闭性能直接决定原位岩心样品获取成败。针对球阀驱动力受多因素耦合影响、精确量化困难的问题,本文融合试验与机器学习展开驱动力多因素定量预测研究。通过全面析因试验,获取温度、密封圈类型及润滑剂粘度等多水平工况下的驱动力数据,系统分析各因素主效应及交互效应。结果表明,润滑剂粘度是首要影响因素,且与温度存在强烈耦合作用。基于此,结合数据增强技术并采用梯度提升回归算法构建多因素预测模型,模型R2值达0.99以上。)量化评估显示关键特征重要性排序与试验分析趋势一致,验证了方法有效性。研究结果可为深海保压取心钻具球阀密封系统优化设计和材料选型提供可靠依据。
华北克拉通北部辽西凌海地区新太古代花岗质岩石普遍经历深熔作用改造,为揭示地球早期大陆地壳形成和演化提供了关键窗口。通过宏-微观构造解析、地球化学分析和EBSD组构测试,发现辽西凌海地区2.53~2.50Ga处于大陆弧环境,发生大规模部分熔融,其中~2.52GaTTG片麻岩系列具有过铝质钙碱性花岗岩特征,源于岩浆弧根部加厚地壳的石榴石角闪岩部分熔融,为下地壳部分熔融产物;~2.50Ga富钾花岗岩属于过铝质钾玄岩系列的S型花岗岩,源自上地壳变泥质岩石的部分熔融,为新太古代末期地壳改造过程中熔体聚集区,具有原地型混合花岗岩特点。从TTG片麻岩到富钾花岗岩,深熔岩浆的分异程度和成熟度逐渐增高,深成熔体不断分异、富集,地壳成分由富Na、Ca向富K转变。深熔作用发生于高温(700℃)中压(0.4~1.0GPa)环境,其中长石变形受位错蠕变主导。综合区域研究成果,~2.52Ga的大陆岩石圈碰撞缩短导致地壳深部物质发生部分熔融,熔体有效地改变了深部岩石的物理性质,促使地壳变形从缩短增厚向伸展减薄转换,诱发伸展作用的启动。~2.50Ga以强烈伸展作用为主,伴随深部地壳物质快速剥露,导致变泥质岩石发生大规模减压部分熔融作用,形成了区域大量富钾花岗岩。
在过去六十年,通过一系列深海钻探计划的实施,使我们对地球和海洋的认识取得了显著进步。本文通过回顾深海钻探技术的发展和演化历程,探讨了动力定位、钻柱升沉补偿、钻孔重返、深水条件的泥浆循环以及各类型岩心采集等关键技术对深海钻探的支撑作用,结合我国在深海钻探技术攻关方面的战略部署,对在钻探试验航次中的使用情况以及在此过程中获得的科学经验和教训进行总结,同时基于“梦想”号大洋钻探船,提出了人工智能辅助、深海耐高温高压材料、高精度探测及高速通讯的深海钻探技术的重点发展方向,旨在为后续深海钻探技术研究和应用提供参考依据。
煤层气的赋存状态是影响深部煤层气资源评价和开发效益的关键因素之一。为了揭示深部煤储层中游离气-吸附气的动态演化规律及其地质控制,从而深化对深部煤层气成藏过程的认识,本文以鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块太原组8号煤储层为研究对象,构建了游离气含量、吸附气含量、原位孔隙度以及含水饱和度的预测模型,结合煤层埋藏史、受热史、热演化史及储层压力演化过程的系统分析,探讨了煤层气成藏过程中气体赋存状态的动态演化规律。研究表明,该区煤层气成藏过程中游离气-吸附气的动态演化可划分为四个阶段:(Ⅰ)晚二叠世至早侏罗世,煤层快速沉降阶段,吸附气含量不断增加,几乎不存在游离气;(Ⅱ)早侏罗世至早白垩世,煤层小幅升降阶段,游离气含量逐渐增加,吸附气含量呈现波动式变化;(Ⅲ)早白垩世至白垩纪中期,煤层二次快速沉降阶段,游离气含量先降低后升高,吸附气含量缓慢上升;(Ⅳ)白垩纪中期至今,煤层快速抬升阶段,游离气含量逐渐降低,吸附气含量持续上升。该研究成果可为深部煤层气资源的有利区优选和高效开发提供一定的理论借鉴。
随着全球能源结构转型的加速,深部煤层气作为重要非常规天然气资源,已成为中国天然气增产的战略接替领域。冀中坳陷作为渤海湾盆地的重要组成部分,其石炭-二叠系煤系地层历经多期构造演化,呈现复杂的地质特征与煤层气富集规律。本文基于钻井、测井及实验测试数据,系统分析了冀中坳陷深部煤层气的地质特征、富集主控因素及成藏模式,并提出了有利勘探区优选方案。研究表明,冀中坳陷深部煤层厚度大(太原组单层最大25m)、埋深差异大(1000-5600m),煤岩Ro总体在0.65-0.95%之间,显微组分以镜质组为主(46.7%-97.4%),热成熟度受火山烘烤作用影响显著,局部镜质组反射率(Ro)高达4.6%。煤层含气量(6-18m3/t)与煤厚、压力系数及保存条件密切相关,深部弱超压环境(压力系数>1.18)及稳定盖层(碳质泥岩突破压力15-29MPa)对气体富集与保存具有重要作用。研究揭示火山活动引发的异常热流是促进煤层气产气的关键地质因素,二次生烃与构造保存条件的时空配置主导了成藏过程。通过综合评价,文安斜坡中-内带及大城凸起东北部被划为I类有利区,具备煤层厚度大(6-8m)、生气强度高(>110m3/t)、吸附能力强(平均兰氏体积11.39-12.42m3/t)等优势。研究成果为冀中坳陷深部煤层气勘探开发提供了理论支撑,为类似残留断陷型盆地煤层气资源评价提供重要参考。
华北克拉通北缘作为关键金属成矿潜力区带之一,区内稀有-稀土矿床成矿背景相似,矿化类型丰富。其中,榆树沟Nb-Ta-REE矿床是区内典型的碱性岩/碱性花岗岩型稀有-稀土矿床。其矿体主要赋存于石英正长岩体内,呈层状、脉状产出,矿石矿物以铌钽铁矿、褐钇铌矿为主并伴生氟碳铈矿等,围岩蚀变较弱且与矿体呈渐变过渡关系。本文首次在欲收购矿床中利用SHRIMP U-Pb锆石定年技术,精确厘定榆树沟矿床与成矿相关岩体U-Pb年龄为1724.1±7.1Ma(中元古代四堡运动时期)。岩石地球化学特征表明,石英正长岩属于过铝质、碱性-钙碱性、拉斑玄武岩系列,具有LREE富集的右倾V型稀土配分模式,较弱的负Eu异常、微弱的的正Ce异常、明显的稀土四分组效应、负的εNd(t)值以及较老的Nd同位素二阶模式年龄,指示成矿物质来源于下地壳与亏损地幔的混合源区,且成矿过程受高演化岩浆熔体-流体相互作用控制。综上,榆树沟矿床形成于四堡期大陆裂谷向被动大陆边缘转化的构造背景下,成矿过程与软流圈上涌引发的岩石圈底侵和拆沉事件有关,不仅导致正长岩结晶基底受幔源岩浆作用改造,更促使Nb、Ta、REE元素富集,导致大规模多金属成矿事件的发生。揭示了裂谷拉张背景下壳幔相互作用是寻找高演化碱性岩浆相关稀有-稀土矿床的重要方向。
古土壤中的碳酸盐矿物一般为方解石, 而白云石则十分罕见、且被归因于碎屑来源. 近来作者在陕西石川河二叠纪晚期古土壤中发现了以白云石矿物为主的成土碳酸盐, 为厘清古土壤中白云石的成因, 本文系统地研究了古土壤中碳酸盐的微观结构特征、以及同位素组成特征, 揭示了其形成机制. 结合光学显微镜分析、X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、及电子探针(EPMA)分析方法, 获取矿物相、晶体形貌与元素空间分布, 并采用MAT253质谱仪测定碳酸盐的δ13C、δ18O同位素组成. 古土壤剖面中发育白色网纹状碳酸盐、结核状碳酸盐、以及薄板状碳酸盐等, 白色网纹状碳酸盐主要由白云石 (~49%)和石英(~47%)组成, 碳酸盐结核含有方解石(~40%)、白云石(~19%)、以及较多的石英(~41%), 而薄板状碳酸盐则主要为方解石(~93%)组成. 白色网纹状和结核状碳酸盐均具有自形菱面体形貌的微晶-微亮晶结构, 其中碎屑石英颗粒边缘溶蚀与碳酸盐沉积而发育特征的冠状结构. 白色网纹状和结核状碳酸盐中矿物分布于土壤基质的内部与边缘、以及以填充孔隙的他形钙质胶结物的产出, 而薄板状碳酸盐中方解石发育于土壤团聚体间隙与层理裂隙中, 边界清晰. 网纹状碳酸盐的微晶-微亮晶δ13C和δ18O分别为-6.07‰~-5.71‰和-5.85‰~-5.13‰, 结核状微晶-微亮晶碳酸盐的δ13C和δ18O分别为-9.18‰和-7.35‰, 而碳酸盐结核内部填充的细脉状方解石胶结物的碳和氧同位素组成(δ13C≈-11.39‰,δ18O≈-8.29‰)更加负偏. 薄板状碳酸盐的δ13C和δ18O分别为-6.08‰~-6.34‰和-11.79‰~-11.60‰, 反映其形成环境不同于网纹状与结核状碳酸盐. 石川河二叠纪晚期孙家沟组古土壤剖面中白色网纹状碳酸盐与结核状碳酸盐的白云石为成土阶段自生沉积的产物, 其与土壤基质的空间关系、微晶-微亮晶形态、以及同位素特征等, 均不同于成岩方解石, 薄板状碳酸盐为成土期后地下水活动导致的钙质胶结所形成. 古土壤剖面不同产状的碳酸盐共同记录了干旱-半干旱环境下土壤剖面中碳酸盐矿物在成土-成岩过程中的演化, 这些结果为古土壤的陆相古气候重建提供了重要的依据.
地震动模型是地震危险性分析的重要组成部分,基于遍历性假定的地震动模型采用地震动影响因素的物理表征参数建立函数化模型实现地震动预测,在表征参数相同的情况下,忽视了震源特性、传播介质和场地条件的空间变化特性,导致设定“震源-路径-场地”系统的预测结果出现较大偏差,是模型预测精度难以提升的原因之一。本文在遍历性地震动预测方程的基础上,引入空间建模方法,通过将研究区域剖分为地理单元格评估地震动衰减的空间变化,并将震源效应、路径衰减和场地效应的空间变化过程假定为高斯随机过程,选用指数核函数刻画三者的变化规律,从而搭建非遍历地震动预测体系,实现设定“震源-路径-场地”系统的地震动预测。利用日本俯冲带地区的5957条观测记录,建立非遍历地震动模型,利用贝叶斯回归得到非遍历地震动效应的结果。研究结果表明,引入非遍历地震动效应项后,模型能更精准地预测震源效应、路径衰减效应和场地效应的空间变化特征;模型随机误差显著下降,事件间标准差和场地间标准差的降低最大均接近40%,总标准差的降低最大达26%;在记录数量较稀疏的地区,模型的认知标准差较大。研究成果可为我国非遍历地震动模型的构建提供参考。
吉南金英金矿床位于华北克拉通北缘东北段,其中侏罗世-早白垩世岩浆活动对研究吉南中生代构造演化和金成矿作用具有重要意义。本文以金英金矿床出露的中侏罗世-早白垩世岩浆岩为研究对象,通过岩相学、锆石U-Pb年代学及全岩主-微量元素地球化学研究,探究其岩石成因、构造背景及其对金英金矿床的成矿意义。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,驮道沟花岗闪长斑岩的年龄为165±1Ma,东大坡花岗闪长斑岩和花岗斑岩岩心的年龄为130±1Ma和131±2Ma,代表其侵位时代分别为中侏罗世和早白垩世。中侏罗世和早白垩世花岗闪长斑岩均属于钙碱性系列,兼具准铝质I型埃达克质岩石特点。其中,前者Mg#值(45~47)较低,Nb/Ta比值(14.35~16.89)低于原始地幔值,可能起源于加厚古老下地壳的部分熔融。相比较下,后者Mg#值(57~59)和Nb/Ta比值(18.87~19.31)偏高,暗示其形成与拆沉下地壳部分熔融有关。结合最新的区域地质资料,推测中侏罗世岩浆岩的形成与古太平洋板块俯冲而诱发的挤压环境密切相关,而早白垩世岩浆岩则代表华北克拉通破坏峰期拆沉作用的产物。结合已有矿床学数据,本文资料支持金英金矿床的成因类型可能为远成低温岩浆热液型金矿的观点,区域古元古代不整合界面与早白垩世岩浆作用可能是金英金成矿事件的关键成矿要素。
冀北—辽西成矿带萤石矿产资源丰富,单一的热液充填型成因理论难以全面解释其成矿规律及成因。在大量考察典型矿床特征基础上,总结了萤石矿空间分布格局、成岩成矿时代、稀土元素组成、流体包裹体及H—O同位素特征。萤石矿可分为产于火山岩区的火山—次火山热液充填型、产于花岗岩区的岩浆期后热液充填型、产于碳酸盐岩区的热液交代—充填型三类。火山岩区萤石矿受控于早白垩世中期伸展构造背景下的火山盆地边缘断裂或火山断裂,深源高F碱性岩浆经液态不混溶分异形成含F热液,向上运移至浅部与大气降水发生降温混合后冷却沉淀成矿;花岗岩区萤石矿产出于早白垩世早期构造体制转换背景下的断隆构造,大气降水以及建造水萃取花岗岩体和深部基底的成矿元素,与不同性质成矿流体或大气降水等温混合沉淀富集成矿;碳酸盐岩区萤石矿受控于晚侏罗世强挤压造山运动形成的背斜构造,盆地热卤水在热源驱动下上涌并萃取成矿元素,至背斜核部层间破碎带受泥页岩层位阻断屏蔽后经水岩反应富集成矿,后期可能受构造活化改造沿断裂充填形成不连续的脉状萤石矿。
为研究洞庭湖蓄水量变化及生态需水量保障程度,本文利用1994年以来231个时相卫星遥感影像,结合水位、径流量、降水量等水文数据,拟合近30年来洞庭湖水面、湖容与水位的关系模型,揭示三峡水库(Three Gorges Reservoir,TGD)运行前后洞庭湖蓄水量时序变化特征,采用“生态需水量年内展布法”,分析洞庭湖生态需水量保障程度,剖析驱动原因。结果表明:(1)近30年来,洞庭湖年均蓄水量总体呈减小趋势,由TGD运行前的51.41×108m3减少到运行后的45.83×108m3,减幅10.85%。其中10月份减幅最大,达24.50%,与TGD因发电在每年10月份控制下泄量的时间吻合。(2) TGD运行后洞庭湖水生态安全趋于严峻,年均最小、适宜生态需水量保障度和最大生态需水量超出度分别由96.38%、68.05%和20.69%减少到90.30%、62.71%和16.84%。其中9~10月最小、适宜生态需水量保障度大幅度降低,加剧了洞庭湖秋季缺水与干旱水情; 7~8月最大生态需水量超出度明显减小,缓解了洞庭湖汛期洪涝灾害隐患。(3)洞庭湖入湖径流量、年均降水量减小和持续的泥沙淤积是洞庭湖蓄水量减少与保障度降低的主要驱动,湖砂开采扩大了洞庭湖的湖容,但蓄水量增幅极其有限。卫星遥感技术为湖泊蓄水量保障程度研究提供了新的技术手段,这对支持洞庭湖水资源调配和水生态修复具有实用意义。
囿于历史时期地理空间信息缺乏,给洞庭湖区长时序堤垸演变研究带来了困难。本文通过1933年以来9个时段的历史地形图和遥感影像,反演近百年堤垸时空演变,分析演变特征及驱动原因。20世纪30年代,堤垸主要分布于荆江南流“三河”两岸和湘资沅澧“四水”河口三角洲地带,新中国成立后结合水利工程建设进行围湖垦殖,面积从1933年的7387.45km2增至2024年的9674.99km2,增幅2287.54km2。近百年来围湖垦殖经历了1933-1949年局部围垦期、1950-1958年大规模围垦期、1959-1980年极限围垦期、1981年后禁围退垸期等4个阶段,年均增幅分别为13.21km2、122.98km2、44.88km2、-0.71km2。前两阶段是特定历史背景下“向湖要粮”的举措,“极限围垦”超出洞庭湖承受力,“禁围”难以消除其带来的水灾隐患,“退垸”程度极其有限。研究成果为合理开发、利用和保护湖区国土资源及科学规划治湖思路提供了原创性基础数据。
宣龙式铁矿主要形成于前寒武纪铁建造缺失期(元古宙中期,18-8亿年),其成矿环境尚不明确。前人主要对铁矿石及其围岩(例如页岩和白云岩)开展了大量研究,本文通过对(含铁)石英砂岩和铁矿石开展地球化学和硅同位素对比研究,示踪物质源区和风化强度,进而深入探讨宣龙式铁矿成矿环境。宣龙式铁矿及其围岩(含铁)石英砂岩均显示很高的PIA、CIW值,暗示源区经历了强烈的风化作用。(含铁)石英砂岩稀土元素显示轻稀土相对富集和重稀土相对亏损的特征,Eu可见负异常(Eu/Eu*=0.65~0.71);(含铁)石英砂岩和铁矿石中石英硅同位素基本一致,并且与花岗岩中石英硅同位素也相似,表明(含铁)石英砂岩和铁矿石中的石英碎屑颗粒可能来源于太古宙花岗岩风化;(含铁)石英砂岩中Fe和Mn均存在于胶结物中,且MnO和TFe2O3呈正相关,表明(含铁)石英砂岩沉积时海洋表层发生了氧化,但是氧化还原界面很浅。结合前人研究,我们认为元古宙中期可能发生了多期氧化事件,其导致中元古代铁建造发生大规模缺失。
土石混合体由粗颗粒和细颗粒组成。细颗粒极易在渗流的作用下发生潜蚀。现有的潜蚀模型无法定量分析土石混合体潜蚀过程中各粒组的演化,不能全面理解潜蚀过程中土体参数的变化。本文通过对颗粒进行受力分析,推导了土颗粒运移的临界条件及运移颗粒的质量,得出了潜蚀过程中定量计算任意时刻土体级配的方法。并耦合渗流控制方程和孔隙率方程,建立了可量化分析土石混合体各粒组质量变化的潜蚀模型。结合实验数据验证了所建模型的可行性和准确性。通过所建模型预测土石混合体在潜蚀过程中各粒组质量的变化,进而获得土体干密度和孔隙率的变化。该研究实现了土石混合体潜蚀过程中各粒组的量化分析,进一步揭示了土石混合体的潜蚀机制。
贝叶斯反演方法常用于量化多道面波分析(MASW)频散曲线反演结果的不确定性。因为反演过程涉及高维非线性的地球物理模型和大量重复的频散曲线正演计算,基于传统数值方法的贝叶斯推断计算耗时且效率低。本文提出一种基于近似贝叶斯计算(ABC)的频散曲线反演方法,高效反演剪切波速(vs)剖面。所提方法通过减少频散曲线正演的重复次数有效缩短计算耗时,同时结合子集模拟方法提升求解高维贝叶斯方程的效率。此外,所提方法能够确定vs剖面最可能后验值,弥补了传统ABC方法在该方面的不足。本文采用模拟算例和工程实例验证了所提方法,说明了所提方法的高效性和合理性。本研究为地球物理数据的快速概率分析提供了参考。
随着地质勘探精度要求的不断提高以及数据共享与分析需求的日益增长,钻孔地层数据的标准化处理变得日益重要。本文提出了一种地质规则驱动的钻孔地层自动标准化方法,旨在提高地层数据处理的效率和准确性。该方法通过结合地层划分、编码规则和编程技术,实现了地层编码的自动标准化。研究首先将地层划分为大层、亚层和次亚层,然后根据地层从属关系、地层排序规则和地层编码规则建立标准地层层序,最终基于标准地层层序完成地层编码标准化。采用厦门市孚中央西路的测试钻孔数据进行实验,通过钻孔岩土分层自动标准化平台进行验证。结果表明,自动标准化方法准确性较好,且在效率、一致性方面均优于传统手动方法。本研究提出的地层标准化方法,对于地质数据的自动化处理和智能化分析具有重要的理论和实践意义。
生态系统服务是维系可持续发展的基础。生态系统服务的可持续性依赖于土地利用模式的优化。本研究以青藏高原东北缘的西宁-海东都市圈为研究对象,针对其发展空间稀缺性和三生空间竞争性的冲突问题,采用多目标优化和土地利用模拟模型模拟的方法,结合InVEST模型评估了2010-2020年土地利用变化与生态系统服务特征,模拟了2040年自然发展,经济发展,生态保护三种发展模式下生态系统服务变化特征。研究发现:(1) 2010-2020年,研究区建设用地扩张先快后慢,林地和草地面积缩减导致生境质量下降0.01,碳储量减少192,492.28吨,但平均产水量增加0.23毫米。南北山脉因人类活动干扰较少,成为高生境质量、高碳汇和低产水量的生态屏障。(2)在ND和ED情景下,产水量上升,生境质量大幅下降,无法支撑都市圈的可持续发展;而EC情景通过平衡经济与生态保护,使生境质量仅小幅下降,碳储量增加,且产水量增幅最小,体现了生态保护与发展的协调性。( 3)多目标优化与空间模拟结合的量化决策方法,可为高原都市圈土地利用结构优化提供量化决策工具。研究发现,经济与生态协调发展模式能够有效平衡城市扩张与生态保护,为高原型都市圈可持续发展提供重要科学依据。
随着国家生态文明建设的深入推进,传统地质灾害治理工程侧重防护强度,在生态保护修复、生态环境质量提升、景观恢复方面的局限日益凸显,生态功能耐久性严重不足。本研究面向减轻地质灾害风险、提升生态效益的核心目标,在地质灾害生态化治理规划设计及生态化治理技术有机配置分析基础上,阐明生态环境与治理工程之间的耦合关系,综合考量工程体耐久性、治理效果耐久性及景观恢复耐久性3个层面,筛选能够客观反映生态耐久性的具体指标,建立地质灾害生态化治理工程耐久性评估指标体系,并提出明确量化方法;评估指标体系包括7个一级指标, 以及13类二级指标和17个三级指标。可推进地质灾害防治生态效益提升和推动生态减灾实践,为地质灾害生态化治理工程方案制定、效果评估提供科学参数和理论支撑。
针对第四纪覆盖层中常见的沉积相地层交错、透镜体等地层结构复杂性导致的自动剖面绘制精度不足问题,本文提出了一种基于地层贯通思想的自动化处理算法,旨在实现复杂地层层序的统一与剖面图的智能化绘制。该方法首先对透镜体进行了分类和识别,提出了基于特征相似性的透镜体聚合和嵌入方法,并通过实验验证了其有效性。接着基于地层贯通思想提出了地层分级编码规则以统一地层层序编码,简化地层连接中的层次结构。本文还探讨了地层尖灭处理、地层分级连接策略以及底部地层连接处理等问题。通过北京市中关村科技园区数据的实验与分析,表明所提出的算法在自动剖面绘制中获得了高准确率和鲁棒性,显著提升了地层空间推断的准确性和一致性,为工程地质勘察和地质建模提供了有效的技术支持。
砂化白云岩作为中国西南地区水利、交通工程中所遭遇的一种特殊岩体,其空间变异性及离散性极强,传统勘察方法难以快速获取可靠参数,施工过程中地质灾害频发,开展砂化白云岩力学参数快速取值研究尤为重要。本研究通过现场试验与数理统计分析,系统揭示了研究区域砂化白云岩力学参数的随机分布规律与相关性。主要成果如下:(1)建立了微砂化~弱砂化白云岩单轴抗压强度(UCS)与岩体波速(Vm)、点荷载强度(Is(50))的关系式;(2)提出了强烈~剧烈砂化白云岩Vm-NPI关系式;(3)得到研究区不同地层砂化白云岩不同力学参数的最优分布形态。研究成果可为砂化白云岩岩体分级、分类和力学参数理论估算提供依据。
研究强震山区干线公路沿线典型地质灾害发育演化特征及成灾运动过程,对灾害识别评估和公路防灾减灾工作具有重要意义。本文基于现场调查、遥感解译、GIS空间分析等多种方法,综合考虑2013年、2022年芦山多期地震事件的影响,研究了震区国道351线宝兴段沿线同震地质灾害发育规律和演化特征,并采用三维两相物质点法(MPM),分析了新华村高位堆积体滑坡的成灾运动过程,讨论了地震频发区干线公路高位崩滑灾害场景推演关键技术。结果表明:(1) 研究区共发育2022年同震地质灾害215处,主要分布于东河河谷两侧岸坡1500m高程范围内,30°~50°的斜坡上,与2013年同震地质灾害共同的分布特征是硬质岩高陡斜坡段是灾害高发区。(2) 2022年同震地质灾害发育分布主要受地貌、河流和断层因素控制为主,与震中位置空间耦合性不强;对公路影响较大的灾害点,主要发育在多面临空的突出山体部位和断裂带附近,且受多期地震叠加和历史降雨作用影响显著。(3) 新华村高位滑坡受多期地震、降雨、冻融等作用叠加影响,近十年来表现为不断向上扩展的渐近后退式变形,最终在2022年强震作用下整体大范围失稳并壅塞河道;三维两相MPM模拟再现了滑坡运动→入水涌浪→堆积成坝全过程,结果显示滑坡体约76万方,最大运动距离约609m,涌浪高度最高8 m,模拟滑坡运动后堆积形态与现场实际基本吻合。研究成果对强震山区干线公路灾前风险评估和灾后建设提供了理论与技术支撑。
通过对松辽盆地南部两井地区四方台组铀源条件、构造特征、岩性岩相条件、含矿目的层特征、水文地质及古气候特征、钻探验证及铀矿化特征进行系统分析,认为两井地区四方台组具备砂岩型铀成矿的基本地质条件。区内铀源丰富,发育东高西低呈NE-SW走向的缓斜坡构造及断穿T2—T03的油源断裂,辫状河沉积体系发育,具有多套良好连续性和稳定性的砂体,砂体含烃量高还原性容量大,泥-砂-泥结构稳定;地下水补-径-排体系完善;干热温湿交替的弱碱性氧化古气候环境有利于铀元素活化迁出及含氧含铀地下水的形成,有利于后生氧化叠加铀成矿;铀异常普遍发育在四方台组中下段,铀矿化信息显示及钻探验证效果明显。两井地区西南部四方台组中下段分流河道微相与河道间微相的砂泥互层界面以及岩石地球化学参数异常地带应是两井地区四方台组砂岩型铀矿找矿的重点方向。
鄂尔多斯盆地延长组长73亚段发育大套厚层的富有机质泥页岩夹薄层粉细砂岩,深水环境的砂质岩类受到优质烃源岩的高强度源内充注,局部具有一定规模,是盆地深水勘探的重要目标。基于湖盆中部长73亚段的岩心、测录井、分析测试资料,结合岭页、池页水平井风险勘探实践,对长73亚段深水砂质岩类的沉积储层特征进行探讨分析。研究结果表明:长73沉积期水体较深,优质烃源岩发育,湖盆西南祁秦造山带地震火山活动频发,物源供给充足,降雨量大、湖平面上升,滑塌成因与洪水成因的重力流沉积在湖盆中部广泛发育;环绕湖盆的一级坡折带控制着深水重力流的发育范围,沉积物入湖后受古地貌与沉积微相的控制,发育滑动-滑塌、砂质碎屑流、混合事件层、浊流、异重流等沉积类型,坡折带的坡脚、古沟道相对富砂,砂质碎屑流、浊流沉积是有利的储层类型;单砂体较薄,平均厚度1m,孤立或叠置发育,空间上厚度、长度、宽度较小,较厚的块状单砂体和紧密连续叠置的薄层单砂体组合是期待钻遇的储层;高Ro、高TOC的泥页岩是砂质岩类充注油气的物质基础,高剩余压差下,储集性能较优的紧密叠置细砂岩薄储层与优质烃源岩互层的源储配置关系最易出现优质砂岩“甜点”;长73亚段深水砂质沉积勘探潜力较好,需持续攻关薄储层地球物理探测技术及砂泥一体压裂改造工艺。
高精度航磁数据分析与挖掘是揭示区域性断裂带空间展布与岩石圈热结构重要手段之一。为了揭示辽宁及其区航磁异常与区域性断裂带关系,估算其居里面深度与岩石圈厚度,本文在对航磁数据进行化极的基础上,利用功率谱法反演了研究区居里面深度;采用一维稳态热传导方程,计算了辽东-渤海湾地区岩石圈厚度。研究表明:(1)辽东、辽西与渤海湾地区存在多条北东向/北北东向航磁异常带,它们是晚中生代以来太平洋板片俯冲作用背景下,活动大陆边缘长期伸展与短暂挤压状态交替演变的产物;而辽北地区被北东向磁异常带错断的近东西/北西西向航磁异常带,则是古亚洲洋闭合后碰撞造山晚期伸展抬升至中地壳层次的构造形迹。(2)辽宁及其邻区居里面深度介于16 ~ 40 km 之间,平均深度为28 km,阜新与盘锦等居里面隆起区对应的大地热流值相对偏高;而沈阳与辽源居里面坳陷区对应的大地热流值偏低。(3)辽宁及其邻区岩石圈厚度具有空间非均匀性,变化范围为70 ~ 150 km,平均值为100 km;郯庐断裂带附近的营口-鞍山地区下方岩石圈厚度最薄,为60 ~ 80 km;辽东与渤海湾地区岩石圈厚度空间非均匀性可能是晚中生代以来太平洋板片俯冲诱导的上升流与克拉通岩石圈内部先存的构造薄弱带共同作用的结果。
目的)基于像元基元、极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)数据和传统机器学习算法的岩性分类方法,易受SAR图像固有斑点噪声影响,精度不高。为了降低噪声的影响,(方法)本研究以大尺度像元邻域为基元,用于表征地表地质体的遥感图像特征和相应的岩性语义信息;采用高分三号双极化SAR数据,先进行极化分解,并构建3通道彩色合成影像,作为后续模型输入数据;然后采用深度卷积神经网络(Deep Convolutional Neural Network,DCNN)迁移学习的方法,提取有效的深度特征表示,从而分别实现5m和15m两种空间分辨率下岩性遥感自动分类。(结果)实验结果表明:基于不同分辨率数据和不同DCNN算法,岩性遥感自动分类的总精度均大于80%,且最高精度达到91%。(结论)总之,基于大尺度像元邻域和DCNN迁移学习方法,能够实现基于SAR数据的高精度岩性分类。论文创建的双极化SAR岩性遥感数据集,也能作为基于人工智能的岩性遥感分类基准数据集。
泥页岩中的有机质作为石油和天然气的来源,其有机岩石学分类方案仍不明确,传统的煤岩学分类方法并不完全适用于泥页岩中的分散有机质。页岩中有机孔隙是页岩孔隙系统的重要组成部分,控制了页岩的含气量和孔隙度,但其成因及与有机质类型和热成熟度的关系仍存在争议。本文系统地总结了泥页岩中分散有机质的类型、不同类型有机质的热演化特征以及有机孔隙发育与保存的控制机理,并提出了存在问题及今后研究方向。泥页岩中的分散有机质包含5个显微组分组:镜质体、惰质体、类脂体、动物碎屑和次生有机质,每个显微组分组可再划分为多个显微组分。不同显微组分的成因和生烃潜力不同,有机孔隙发育程度也存在差异。页岩中有机孔隙包括原生孔隙和次生孔隙,后者是主要的有机孔隙类型,其形成与生油型有机质生烃密切相关,主要赋存在固体沥青或焦沥青中。有机质类型和成熟度决定了次生有机孔隙的发育程度,而热成熟度、有机质含量、矿物组成和孔隙压力控制了其保存程度。烃源岩评价中对有机质生烃潜力的研究应建立在对显微组分以及不同显微组分生烃能力充分了解的基础上。非常规油气储层表征中对有机孔隙的研究应充分考虑有机质数量、类型、成熟度以及页岩矿物学组成,准确地评价有机孔隙对页岩孔隙系统的贡献。




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