地球科学

野外岩石取样机器人多模态融合环境感知方法

何佳琪, 王猛, 程春, 曹卫华, 黎育朋, 张之武, 陈泳桥, 李岩, 王英超 — 2026-08-25

何佳琪, 王猛, 程春, 曹卫华, 黎育朋, 张之武, 陈泳桥, 李岩, 王英超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，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0.696 cm，法向量误差为1.44°，满足自动化岩石取样的精度需求. 地球科学. 2026 51(8): 2927-2939.

云边端协同高端钻探装备智能运维体系架构

厉曈曈, 张毅, 雷彪, 张鑫, 汪伟, 赵甜 — 2026-08-25

厉曈曈, 张毅, 雷彪, 张鑫, 汪伟, 赵甜为提升深部钻探成套装备在极端工况下的安全可靠运行，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4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. 地球科学. 2026 51(8): 2940-2950.

高端油气钻探装备智能安全运维关键技术研究

杨思思, 王金江, 孙雪皓, 张毅, 张凤丽 — 2026-08-25

杨思思, 王金江, 孙雪皓, 张毅, 张凤丽随着深层-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，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. 地球科学. 2026 51(8): 2951-2966.

超万米深井机械式随钻测温装置研制与试验

朱芝同, 左泽旭, 吴川, 梁健, 刘天乐, 邵玉涛 — 2026-08-25

朱芝同, 左泽旭, 吴川, 梁健, 刘天乐, 邵玉涛为解决超万米深井钻探中电子测温装置因高温失效的难题，研制了一种基于不可逆热敏显色原理的机械式井下随钻测温装置. 该装置集成于绳索取心钻具内管总成，利用特定熔点材料覆盖层熔化显色记录最高温度，并通过打捞矛将内管总成打捞到地表后进行数据的读取. 试验表明，装置测温范围为37~260 ℃，测量误差低于5%，且在37~65 ℃区间分辨率为3 ℃，65~260 ℃区间分辨率为6 ℃. 此外，装置需要约需30 min达到热平衡状态以进行稳定测量，并在72 h长期恒温试验中验证了优异的稳定性.该机械式测温装置无需电子元件，成功克服了超深井高温环境限制，可为万米以深钻探工程提供有效的孔底温度随钻测量手段. 地球科学. 2026 51(8): 2967-2976.

基于多传感器融合的煤矿井下巷道三维感知与重建方法

郭云飞, 徐鹏, 李伟, 越文政, 朱本钊, 安剑奇 — 2026-08-25

郭云飞, 徐鹏, 李伟, 越文政, 朱本钊, 安剑奇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0.12 m，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. 地球科学. 2026 51(8): 2977-2989.

基于层次化堆叠自动编码器的钻井实时岩性识别方法

蒋联好, 陈茜, 李奥, 杨能普, 吴岳忠 — 2026-08-25

蒋联好, 陈茜, 李奥, 杨能普, 吴岳忠岩性识别在油气勘探中起着至关重要的作用. 钻井数据能够提供经济高效的实时岩性表征，但其应用常受到岩性信号微弱、特征强耦合以及复杂非线性关系的限制. 为克服这些局限，提出了一种基于层次化堆叠自动编码器的钻井实时岩性识别方法. 该方法构建了由原始钻井参数、短时能量中间特征和最大信息系数驱动的正则化机制组成的分层特征学习框架，以增强钻井数据中弱岩性信息的表达能力，引导模型优先学习与岩性相关性较强的特征. 在四个钻井数据集上的实验验证表明，所提出的方法整体性能优于7种基准方法，在A井上实现了95.1%的准确率和93.6%的F1分数，在B井上实现了92.1%的准确率和86.0%的F1分数. 此外，该模型在跨井预测中表现出良好的泛化能力，对C井和D井的预测准确率分别达到94.2%和95.4%，为实时岩性识别提供了一种稳健的解决方案. 地球科学. 2026 51(8): 2990-3003.

煤矿钻机用数字直驱电液控制系统设计与应用

彭光宇, 姚宁平, 董洪波, 刘璞, 李坤, 刘若君 — 2026-08-25

彭光宇, 姚宁平, 董洪波, 刘璞, 李坤, 刘若君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%. 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. 地球科学. 2026 51(8): 3004-3016.

基于扩张状态观测器的滑动定向钻进轨迹跟踪模型预测控制

陆承达, 段炜涛, 吴加俊, 张幼振, 吴敏 — 2026-08-25

陆承达, 段炜涛, 吴加俊, 张幼振, 吴敏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. 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. 地球科学. 2026 51(8): 3017-3026.

基于旋转导向系统的定向钻孔二维轨迹固定时间跟踪控制

陆承达, 高晓瑜, 李金宇, 魏宏超, 李旺年, 吴敏 — 2026-08-25

陆承达, 高晓瑜, 李金宇, 魏宏超, 李旺年, 吴敏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. 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. 地球科学. 2026 51(8): 3027-3036.

基于联邦字典学习的地质钻进过程智能监测

杜胜, 马天宇, 黄澄, 吴云龙, 范海鹏 — 2026-08-25

杜胜, 马天宇, 黄澄, 吴云龙, 范海鹏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，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. 地球科学. 2026 51(8): 3037-3047.

智能水基钻井液关键处理剂研究进展及展望

王倩男, 张毅, 冉恒谦, 汪伟, 厉曈曈, 郅世宇 — 2026-08-25

王倩男, 张毅, 冉恒谦, 汪伟, 厉曈曈, 郅世宇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. 在文献调研的基础上，围绕分子设计、响应机理与性能评价3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. 地球科学. 2026 51(8): 3048-3064.

基于可钻性知识图谱的深部在钻地层可钻性智能推断

甘超, 刘勇, 汪拓, 曹卫华, 张毅 — 2026-08-25

甘超, 刘勇, 汪拓, 曹卫华, 张毅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，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. 地球科学. 2026 51(8): 3065-3075.

地质钻进故障特征知识图谱构建及智能诊断方法

杨豫龙, 曹卫华, 黎育朋, 甘超 — 2026-08-25

杨豫龙, 曹卫华, 黎育朋, 甘超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，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. 地球科学. 2026 51(8): 3076-3086.

基于实时数据流的钻速频域特征匹配与自适应建模

李同意, 李谦, 姜杰, 魏思维, 何俊杰 — 2026-08-25

李同意, 李谦, 姜杰, 魏思维, 何俊杰针对深部复杂地层钻速预测中数据流非平稳及工况漂移难题，提出基于频域感知与自适应反馈的动态建模方法. 该方法利用滑动窗口与快速傅里叶变换提取实时数据流频域特征，通过余弦相似度量化主井与邻井工况匹配度. 创新构建基于

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反馈的动态阈值机制，实时调节判别标准：工况相似时复用历史模型，突变时采用主井累积+邻井深度匹配混合数据重训随机森林模型. 10口井实钻数据验证表明，该方法全井段预测平均

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达0.96，均方误差0.001 5；相较于固定阈值策略（复用率为0%），动态机制将模型复用率显著提升至18%. 进一步通过3口独立新井盲测验证模型泛化能力，平均

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达到0.91. 该研究有效解决了时域信号量化困难与模型适应性差的矛盾，在保证高精度的同时显著降低了计算开销，为复杂非平稳钻井工况下的实时钻速预测及智能钻井辅助决策提供了新的技术方案. 地球科学. 2026 51(8): 3087-3101.

基于最优相关性的钻速建模算法

魏思维, 李谦, 姜杰, 何俊杰, 李同意 — 2026-08-25

魏思维, 李谦, 姜杰, 何俊杰, 李同意针对复杂地层钻井过程中钻速（ROP）预测精度低、参数间存在非单调、非线性强耦合的难题——传统Pearson/Spearman等相关系数主要衡量线性或单调关系，难以有效刻画此类复杂依赖，易导致关键特征被低估.旨在开发一种动态最优相关性建模算法，以提升钻速预测的准确性和工程适用性. 基于10口油气井的21 912组工程数据，综合采用中位数填充、IQR离群值处理和Savitzky-Golay滤波进行数据预处理；通过对比Pearson、Spearman、Kendall和Chatterjee四种相关性理论，识别影响钻速的关键参数（如钻井液密度、固相含量和井深）；引入滑动窗口技术（窗口大小400、步长100）实现局部动态建模，并以随机森林模型为核心进行回归预测.实验表明，以Chatterjee算法选取排名前5的特征时表现最优，结合滑动窗口与随机森林的架构在第10口测试井中窗口测试集平均R²达0.985，较全局静态建模（R²=0.96）显著提升.得到的最优相关性钻速建模算法能自适应地层突变，有效捕捉参数间的局部关联，为钻速实时优化提供高精度解决方案，为钻井工程从经验试错向数据驱动决策的转变提供有效技术支撑. 地球科学. 2026 51(8): 3102-3117.

基于地质标签-参数图谱体系的钻速优化与预测

李谦, 李俊萍, 刘绪勇, 邓赫宏 — 2026-08-25

李谦, 李俊萍, 刘绪勇, 邓赫宏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. 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3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. 地球科学. 2026 51(8): 3118-3131.

基于双层CNN-LSTM的地质钻进过程钻速建模

孙皓, 杨霄, 王怡冰, 马哲家祺, 陆承达, 吴俊东 — 2026-08-25

孙皓, 杨霄, 王怡冰, 马哲家祺, 陆承达, 吴俊东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，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. 地球科学. 2026 51(8): 3132-3144.

融合图像-文本多模态探测信息的围岩级别智能预报

甘超, 张萌, 曹卫华 — 2026-08-25

甘超, 张萌, 曹卫华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.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. 地球科学. 2026 51(8): 3145-3157.

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

吴炼, 曹卫华, 甘超 — 2026-08-25

吴炼, 曹卫华, 甘超在深部地质工程中，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. 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. 地球科学. 2026 51(8): 3158-3169.

固液侵入条件下智能堵漏钻井液剪切增稠响应特性研究

孙平贺, 邓盈盈, 曹函, 杨浩宇, 黄小程, 赵冬鹏, 王亮 — 2026-08-25

孙平贺, 邓盈盈, 曹函, 杨浩宇, 黄小程, 赵冬鹏, 王亮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7.2%，水侵入量为0、2%、4%、6%和8%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5.4%蒙脱石侵入导致STF增稠强度增大了56.4%. 8%水侵会显著稀释-抑制STF增稠特性，剪切增稠强度下降99.6%. 为剪切增稠型智能堵漏钻井液的应用提供了理论参考. 地球科学. 2026 51(8): 3170-3180.

面向地磁探测的平面三轴GMI磁传感器磁场信号解算方法及验证

晋芳, 江锦鹏, 鲁佳琦, 朱晓渝, 王世恒, 董凯锋, 宋俊磊, 莫文琴 — 2026-08-25

晋芳, 江锦鹏, 鲁佳琦, 朱晓渝, 王世恒, 董凯锋, 宋俊磊, 莫文琴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，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3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1 416 Ⅴ/T、1 424 Ⅴ/T和628.3 Ⅴ/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. 地球科学. 2026 51(8): 3181-3190.

深海钻探技术现状及发展动态

宁波, 沙志彬, 李晶, 宋刚, 陈云龙, 金雪梅 — 2026-08-25

宁波, 沙志彬, 李晶, 宋刚, 陈云龙, 金雪梅在过去六十年，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. 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. 地球科学. 2026 51(8): 3191-3200.

深海保压取心球阀驱动力影响机理与预测模型

秦如雷, 卢秋平, 谢文卫, 于彦江, 许本冲, 高洁云 — 2026-08-25

秦如雷, 卢秋平, 谢文卫, 于彦江, 许本冲, 高洁云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. 地球科学. 2026 51(8): 3201-3212.

大洋钻探井下流体取样离心泵流动特性及性能解析

吴川, 黄舟舟, 刘天乐, 田烈余, 熊亮, 雷刚, 郑少军, 蒋国盛 — 2026-08-25

吴川, 黄舟舟, 刘天乐, 田烈余, 熊亮, 雷刚, 郑少军, 蒋国盛为提升大洋钻探井下流体原位取样系统的稳定性与效率，基于计算流体动力学方法，构建了取样离心泵三维湍流模型，并系统分析了其在1 450 r/min至4 000 r/min转速范围内的压力分布、速度场、阻力特性及能量损失规律. 结果表明2 000 r/min为最优转速，在此转速下泵内压力场可达8 030 Pa且最为稳定，同时最大流速为3.46 m/s且速度分布合理. 此外，该转速下多相流与单相流的阻力系数差值最小，并且流速波动仅为0.23%，取样体积最大误差为4.75%，表现出优异的流动稳定性与取样精度. 在效率方面，泵的峰值效率约62.7%，对应最优流量为2×10^-4 m³/s. 同时泵体采用钛合金材料并控制流量在高效区间，可保障泵在深海复杂介质环境中的长效可靠运行. 地球科学. 2026 51(8): 3213-3223.

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

陶梓兴, 曹卫华, 甘超 — 2026-08-25

陶梓兴, 曹卫华, 甘超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. 地球科学. 2026 51(8): 3224-3235.

基于有限差分法的双层滑带滑坡抗滑桩的受力特征

章广成, 郑中存, 胡新丽, 丁柄栋, 曾鑫, 郑子涵 — 2026-08-25

章广成, 郑中存, 胡新丽, 丁柄栋, 曾鑫, 郑子涵目前，抗滑桩的变形与内力计算理论多针对单层滑带滑坡，而三峡库区大部分堆积层滑坡发育双层滑带. 鉴于此，考虑双层滑带滑坡的物质组成差异，构建了双层滑带滑坡-抗滑桩相互作用概化模型，提出了双层滑移条件下的滑坡推力计算方法，基于地基系数法和有限差分原理推导了双层滑带滑坡中抗滑桩受力特征的计算公式. 之后，以马家沟滑坡为工程案例，采用数值模拟方法研究了双层滑带滑坡的推力分布规律，并对理论计算方法进行了验证. 结果表明，该计算方法能很好的反映双层滑带滑坡滑移特征，桩身的变形与内力分布具有明显的规律：桩身位移沿桩顶往下逐渐减小，伴有一定反弯现象；桩身剪力和弯矩具有两个极大值和一个极小值，剪力极大值位于滑面处，弯矩极大值位于滑面下方2~3 m，极小值位于深层滑体内. 滑坡推力分布形式和抗滑桩设计参数是影响桩体受力特征的重要因素. 该方法可为双层滑带滑坡的抗滑桩设计提供理论依据. 地球科学. 2026 51(8): 3236-3250.