地学前缘

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1. 俄罗斯-蒙古地学断面地壳模型的地质-地球物理资料综合研究

Evgeny Kh. TURUTANOV, Evgeny V. SKLYAROV, Valentina V. MORDVINOVA, Anatoly M. MAZUKABZOV, Viktor S. KANAYKIN

地学前缘 2021, 28 (5): 260-282. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.3.10

摘要（879）

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地学断面是指地壳的垂直剖面,主要通过对地质和地球物理资料的综合分析来揭示构造带的性质及其空间关系。横断面的研究所采用的数据基本包括100 km宽区域地质图、上地壳的地质剖面图、重磁图(沿横断面的重磁剖面图)以及地壳的地震波速度、密度和其他地球物理属性的剖面图。这些数据被用于构建综合的数据剖面图(结果图),以展示各种地球动力学条件下(裂谷、海洋、碰撞带、造山盆地、大陆地台和岩浆弧,包括安第斯岛弧、活动大陆边缘、海沟、弧前和弧后盆地)的特定的岩石组构。本项目的研究目标是根据研究区现存的地质和地球物理数据的综合解释,统一图例,建立研究区深部剖面,以确定地体的空间关系及其在板块构造方面的地球动力学性质。
前人已分别对东西伯利亚南部和蒙古境内的多个地体进行了构造划分,并对它们的地球动力学性质和时空关系进行了分析。研究结果显示该系列地体为早古生代、中晚古生代和晚古生代—早中生代的岛弧和微大陆。此外,研究还识别出了中—晚古生代和晚古生代—早中生代安第斯型活动大陆边缘、晚古生代—早中生代被动大陆边缘和早白垩世裂谷。与岛弧和安第斯型活动大陆边缘相关的岩体被推覆至相邻大陆和微陆块上,部分推覆宽度可达150 km。目前已开展泥盆纪到晚侏罗世时期蒙古-鄂霍次克海地区的古地球动力学重建。
“非地槽”型花岗岩类岩浆作用在板块构造方面找到了直接且合理的解释,其中泥盆纪—石炭纪和二叠纪—三叠纪岩浆作用区域对应于安第斯型活动大陆边缘,中—晚侏罗世岩浆作用则与西伯利亚/蒙古-中国大陆板块碰撞有关。碰撞岩浆作用中亚碱性(地幔)元素的存在及其所在的构造区域在很大程度可以说明蒙古-鄂霍次克海闭合后,巨厚大陆岩石圈下曾经发生过持续的大洋裂谷活动(地幔热点)。在早白垩世时期,大陆裂谷活动影响到了同一时期正在发生的大陆汇聚作用。
西伯利亚南部边界大部分具有安第斯型活动大陆边缘性质,这也是蒙古—鄂霍次克缝合线沿线蛇绿岩数量较少的原因。因为当汇聚大陆一个具有安第斯类型的活动边缘,而另一个具有被动边缘时,前者的大陆地壳会最终逆冲到后者之上,并因此破坏掉先前出露的蛇绿杂岩体。部分被破坏的蛇绿岩块是俯冲带保留下来的海山残余,其可能成为增生-俯冲楔体的混沌复合体的一部分。然而,由于快速俯冲作用,这种楔形体在晚二叠世—早侏罗世的积累并不是西伯利亚活动边缘的典型特征。
沿地学断面综合的地质和地球物理资料分析表明,亚洲大陆是在显生宙时期由部分前寒武纪微陆块构造拼贴而成的。前寒武纪地块间存在不同宽度的已变形且剥蚀强烈的显生宙火山弧,它们也被归类为特定地体。

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2. 试论主要类型矿床的形成深度与最大延深垂幅

秦克章, 赵俊兴, 范宏瑞, 唐冬梅, 李光明, 余可龙, 曹明坚, 苏本勋

地学前缘 2021, 28 (3): 271-294. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.30

摘要（557）

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在大量典型矿床实地调查和国内外综合对比研究的基础上,基于深部找矿的现实需要和存在问题,本文首先回顾评述了主要矿床类型的原始成矿深度,按受控于中下地壳尺度大规模岩浆堆积体的超深成岩浆矿床与受控于流体渗透率制约的中上地壳深成、中成和浅成岩浆热液矿床序列展开。在此基础上尝试探讨主要类型矿床的最大延深垂幅,探讨分析了以Bushveld层状岩体和Voisey’s Bay小岩体为代表的铜镍矿床、驱龙为代表的斑岩铜矿床、Muruntau为代表的造山型金矿、胶东金矿省的已控制延深垂幅、剥蚀程度以及深部可能的延深空间。内生矿床系统具有很宽的成矿深度范围,大型层状岩体的成矿深度可逾20 km,最大矿化垂直延深幅度可达6~8 km。岩浆热液矿床的最大成矿深度以地壳尺度流体渗透的下限为底界,其中造山型金矿床成矿深度最大(约12~15 km),伟晶岩和花岗岩型矿床次之,斑岩型矿床居中(约2~6 km),浅成低温金银矿床深度最浅(1 km至近地表);相应的最大延深垂幅则依次可达4~7 km、2~3 km和1 km。评述了高渗透性的聚矿构造空间、成矿作用顶峰、合适的矿床保存条件等控制因素及部分标志。并对如何确定合理统一的成岩成矿深度(压力)的估算方法以及确定最大成矿深度与矿化体系最大延深幅度的理论依据、判断标志、综合辨识方法体系等未来研究方向进行了展望。

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3. ”地下水污染与修复“主题专辑目次

地学前缘 2021, 28 (5): 0-0.

摘要（396）

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4. 什么是数学地球科学及其前沿领域?

成秋明

地学前缘 2021, 28 (3): 6-25. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.17

摘要（380）

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数学地质或者数学地球科学作为一门自然科学与地球科学的交叉学科,长期以来缺乏统一的学科定义,导致了学界对该门学科的理解常常出现偏差,甚至常常不把其作为一门独立学科,一定程度上影响了学科的发展。笔者曾任国际数学地球科学学会的执行主席、副主席、主席十余年,见证和领导了国际数学地球科学学会从数学地质向数学地球科学的转变,以及学会相关的杂志、会议等名称和内容的更新。期间于2014年在学会年度报告中提出了数学地球科学的新定义和学科内涵,2018年在庆祝学会50周年的数学地球科学手册中详细论述了数学地球科学学科的定义、内涵、贡献和前缘等。本文将在以上数学地球科学新的学科体系框架下探讨数学地球科学的主要贡献、科学进展、学科前缘和科普教育。在回顾学科发展历史的基础上分析了数学地球科学与数学地质学的差异,介绍了数学地球科学在大地测量和地球物理学、板块构造理论、地球化学、沉积学、地理信息系统、矿产资源和能源预测等领域的重要贡献。从国际地球科学前缘方向分析了数学地球科学的学科前缘,介绍了定量研究地球复杂性、大数据-深度机器学习与复杂人工智能等新的学科增长点。回答诸如什么是数学地球科学?数学地球科学家对地球科学的贡献?数学地球科学是否处在地学前缘等问题。

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5. 关键元素与生命健康:中国耕地缺硒吗?

王学求, 柳青青, 刘汉粮, 胡庆海, 吴慧, 王玮

地学前缘 2021, 28 (3): 412-423. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.13

摘要（273）

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地球上的生命和非生命都是由自然界已发现的92种化学元素组成的,通过全国土壤地球化学基准值与人体血液元素含量对比研究,发现血液中40~50种化学元素平均值与土壤地球化学基准值的分布高度一致,表明这些关键元素与生命息息相关。近年大家持续关注的硒(Se)元素是人体必需的微量元素,缺乏会产生健康风险,但摄入过量也会导致中毒,因此被称为健康窗口元素。过去研究认为,中国耕地缺硒是造成健康危害的原因之一。本文通过对全国3 382个网格化点位土壤采样,获得Se的地球化学基准值和空间分布数据,发现中国贫硒国土面积,按照世界卫生组织推荐值(0.1 mg/kg)和中国规范(0.125 mg/kg)计算,分别占21.1%和31.6%;适宜区(0.125~0.40 mg/kg)面积大约555万km²,占国土面积约57.1%;富硒区(>0.40 mg/kg)面积达110万km²,占国土面积约11.2%。贫硒国土主要分布在青藏高原和内蒙古局部地区,而中国9大平原的粮食主产区耕地总体上不缺硒,其中珠江三角洲平原、广西平原、成都平原、长江中下游平原是富硒区(>0.40 mg/kg),华北平原、东北平原、三江平原、关中平原是硒边缘区-适量区(0.125~0.40 mg/kg),只有河套平原是缺硒区(<0.125 mg/kg)。根据覆盖全国的网格化土壤采样分析结果,发现低硒带呈不连续的片状分布于内蒙古东部至青藏高原一带,与传统认为“低硒带分布于东北三省至西南云贵高原”不完全一致。硒的空间分布模式主要受地质背景、岩石类型、土壤类型和自然地理景观控制。

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6. 数字地质与数字矿产勘查

赵鹏大, 陈永清

地学前缘 2021, 28 (3): 1-5. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.22

摘要（230）

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矿产勘探的理念,在西方国家被称为“勘探哲学”,是指导矿产勘探的思想、方法、技术、目标和组织。矿产勘查的3个基本要素是“找什么”、“哪里找”和“如何找”。随着“三要素”的发展,矿产勘查的概念正在逐渐变化,“三要素”为改变矿产勘探的概念、方法和技术提供了强大的动力。矿产勘查概念的创新是持续的勘查和开发与时俱进的结果。“数学地质学”和“信息技术”的结合被称为“数字地质学”。数字地质学是地质科学的数据分析的组成部分。地质数据科学是一种根据地质数据的特征和地质工作的需要,利用数据科学的一般方法来研究地质学的科学。数字矿产勘查是数字地质学在矿产勘查中的应用,以减少找矿的不确定性。

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7. 国土空间生态修复若干重大问题研究

白中科

地学前缘 2021, 28 (4): 1-13. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.6.20

摘要（192）

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国土空间生态保护与修复是实现美丽中国、关系中华民族永续发展的根本大计。本文采用文献资料综合分析法、系统回顾法、实证分析法、类比分析法、趋势外推法、政策环评等相结合的方法开展了一系列工作:从国家方略、顶层设计两个方面,梳理了国土空间生态保护与修复的脉络;从国土空间生态修复规划、技术路经与方法、野外台站和科研样地等角度,阐明了国土空间生态保护与修复研究的方法论;举例辨析了国土空间生态保护与修复的若干“伪生态”和“假技术问题”;指出了国土空间生态保护与修复发展的战略方针、战略目标、战略方向、战略原则、战略重点、战略对策;从生态保护与修复的重大科学问题和热点、语境分析、分区分类、差异化、生态补偿机制等5个方面,提出了助推中国国土空间生态保护与修复需要的科技支撑;讨论了“两屏三带”、科学推进生态修复,以及管理逻辑与技术逻辑融合问题。研究结果为破解国土空间“整体保护、系统修复与综合治理”过程中生态要素的综合性与管理事权的部门化、生态空间的连续性与区域的政区化、生态工程的长期性与行政管理的届次化三大矛盾,提供了科学依据。

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8. 超大型矿床成矿背景-过程-勘查三位一体的找矿理念

陈永清, 莫宣学

地学前缘 2021, 28 (3): 26-48. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.11

摘要（183）

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超大型矿床是某一(或某些)矿种资源的巨大储库。据统计,全球矿产资源70%~85%的勘探储量集中分布于占全球矿床数10%的超大型矿床。由此可见发现超大型矿床对一个国家经济与社会发展的极端重要性。超大型矿床成矿背景是其形成的基础,成矿过程是其成矿的关键,勘查评价是其发现的根本途径。文章试图从成矿背景、成矿过程与勘查评价相互关联的角度探索超大型矿床“三位一体”的找矿理念。对于隐伏的和新类型超大型矿床,集“成矿背景、过程与勘查评价”于一体的找矿理念是矿产勘查成功的关键。我们根据地球成矿动力学理论,将地壳结构复杂的地质异常区域(如板块边界)定义为找矿可行地段;在找矿可行地段内,根据成矿系统理论,将成矿关键要素(源、运、储、盖)发育的地段定义为找矿有利地段;在找矿有利地段内,根据成矿系列理论,将可能出现矿床共生组合的地段定义为找矿远景地段。根据自组织成矿系统理论,一个矿集区内,矿床规模-频率幂律分布,奠定了多尺度聚焦找矿的理论基础。地质矿化单一信息的多解性和不确定性奠定应用综合致矿信息找矿的理论基础。基于成矿系统和综合致矿信息数字找矿模型的矿产勘查是从成矿的因果关系(本质)和矿床与诸控矿因素的相关关系(现象)两个方面确定可能矿化地段的最有效方法。超大型矿床找寻上升至综合地学学科水平,应视为一种科学的探索,这种探索综合来自地学各相关领域致矿信息,然后将从这些信息中获取的关键成矿过程和参数转换为找矿的空间数据信息,根据选靶模型识别并确认这些空间数据信息的存在,最后在全球、成矿省和矿化集中区尺度上圈定能够定量排序的超大型矿床的找矿远景区(靶区)。集“成矿背景、过程与勘查评价”于一体的找矿理念应为未来的超大型矿床勘查奠定理论和方法学基础,为应用直接探测技术和方法探测矿床提供合理的工程勘查方案。

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9. 山水林田湖草生态保护修复技术框架研究

周妍, 陈妍, 应凌霄, 杨崇曜

地学前缘 2021, 28 (4): 14-24. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.23

摘要（167）

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面对当前严峻的资源环境与生态压力,习近平总书记提出了山水林田湖草生命共同体的理念,截至2019年底全国共开展了25个山水林田湖草生态保护修复工程试点。虽然已有工作取得了一定成效,但也存在保护修复目标不明确、整体性与系统性不足、人工干预的工程措施过度、缺乏动态监测评价、难以实现人与自然和谐共生等诸多问题。鉴此,本研究在梳理景观生态学、恢复生态学相关理论,基于自然的解决方案、适应性管理、社会-经济-自然复合生态系统以及生态系统服务等相关理念的基础上,构建了包含有区域(省)、景观、生态系统以及子项目4个层次的山水林田湖草生态保护修复技术框架,并提出了项目实施全程监测管理的技术要求,以期为推进山水林田湖草生命共同体的整体保护、系统修复、综合治理提供理论与技术支撑。

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10. 古地震学:活动断裂强震复发规律的研究

刘静, 袁兆德, 徐岳仁, 邵延秀, 王鹏, 徐晶, 林舟, 韩龙飞

地学前缘 2021, 28 (2): 211-231. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.9.8

摘要（163）

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古地震学是活动构造学、地震地质学和构造地貌学相结合的一个分支学科,它以野外工作为基础,以史前地震的发生位置、时间及震级为研究目标,其核心是古地震事件变形的地层和地貌证据。古地震学通过运用沉积地层学、地貌学和构造地质学等研究中常用的方法和手段来识别第四纪沉积中保存的史前强震的证据并对其进行准确年代测定,弥补了历史地震和仪器记录短而大地震原地复发间隔长的局限,获得活动断裂上多次强震的时空重复特征,为评估未来地震发生概率提供基础数据。本文对古地震学的历史、研究前沿和发展趋势进行综述。首先介绍了古地震学的定义、世界和中国古地震研究的发展历史和古地震研究中的基本研究方法,重点对古地震研究的最新进展和前沿领域,如古地震探槽方法的更新、古地震事件识别证据的分级和不确定性量化评估、古地震数据对地震复发间隔和同震位移的重复规律等理论认识的贡献以及基于震害效应的古地震研究等方面的重要研究成果进行了回顾,最后对古地震研究的未来发展趋势进行了展望,认为未来古地震研究中应加强地震事件识别证据的不确定性量化方法应用,在新的测年方法上开展探索,尝试和完善虚拟现实场景下的古地震研究。在中国,尤其像华北这样历史地震文献资料较为丰富的地区,历史地震震害记录与古地震探槽开挖的结合可以拓展震例研究的丰富程度,拓宽研究思路和方法,促进对难点地区活动断裂的古地震和区域地震危险性评价工作。

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11. 山地灾害沉积物的测年综述

赖忠平, 杨安娜, 丛禄, 刘维明, 王昊

地学前缘 2021, 28 (2): 1-18. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.9.7

摘要（157）

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山地灾害事件发生的年代是理解其发育机制并作出预测的基础。在长时间尺度上,常用的测年方法有光释光、¹⁴C、宇宙成因核素和火山灰测年等,其中的关键是能否在剖面中寻找到合适的测年物质。短时间尺度的测年方法以树轮为主,辅以地衣测年。在山地灾害中,不仅灾害沉积本身,其相关沉积物对事件年代也具有指示意义。在实际应用中,根据测年材料的可获性来选择合适的测年方法,最好能结合多种方法对整个灾害沉积体系进行交叉测年,以增强结果的可靠性。野外采样既要满足灾害研究的需要,又要满足年代学的要求。因此建议在野外采样时,灾害和年代学研究人员共同现场讨论以确定最佳采样策略。随着山地灾害得到越来越多的关注,人们认识到仅依据测量记录和历史记录很难具备足够的数据来评估其频率和强度变化,因而,古灾害事件的测年必将得到越来越多的应用。

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12. 深地震反射剖面揭露青藏高原陆-陆碰撞与地壳生长的深部过程

GAO Rui, ZHOU Hui, GUO Xiaoyu, LU Zhanwu, LI Wenhui, WANG Haiyan, LI Hongqiang, XIONG Xiaosong, HUANG Xingfu, XU Xiao

地学前缘 2021, 28 (5): 320-336. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.8.10

摘要（157）

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印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚和生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞,碰撞如何使大陆变形的过程,是全球关切的科学奥秘。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。20多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho清晰结构的技术瓶颈,揭露了陆陆碰撞过程。本文在探测研究成果基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂而不是龙门山断裂是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho 薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,印度地壳不仅沿雅鲁藏布江缝合带存在由西向东的俯冲角度变化,而且其向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程发生物质的回返与构造叠置,使印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射,以及近于平的Moho都反映出亚洲板块南缘的伸展构造环境。

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13. “国土空间生态修复”主题专辑目次

地学前缘 2021, 28 (4): 0-0.

摘要（153）

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14. 机器学习与成矿预测:以闽西南铁多金属矿预测为例

张振杰, 成秋明, 杨玠, 武国朋, 葛云钊

地学前缘 2021, 28 (3): 221-235. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.4

摘要（153）

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作为近年来爆炸式发展的方法模型,机器学习为地质找矿提供了新的思维和研究方法。本文探讨矿产预测研究的理论方法体系,总结机器学习在矿产预测领域的特征信息提取和信息综合集成两个方面的应用现状,并讨论机器学习在矿产资源定量预测领域面临的训练样本稀少且不均衡、模型训练中缺乏不确定性评估、缺少反哺研究、方法选择等困难和挑战。进一步以闽西南马坑式铁矿为实例论述基于机器学习方法的矿产预测基本流程:(1)通过成矿系统研究建立成矿模型,确定矿床控矿要素;(2)通过勘查系统研究建立找矿模型,并为评价预测提供相关的勘查数据;(3)通过预测评价系统研究,建立预测模型,并提取预测要素;(4)利用机器学习模型对预测要素进行信息综合集成,获取成矿有利度图;(5)对预测性能和结果进行不确定性评估;(6)找矿靶区/成矿远景区圈定及资源量估算。最后,总结建立以地学大数据和地球系统理论为指导,以“地球系统-成矿系统-勘查系统-预测评价系统”为研究路线的基于地学大数据的矿产资源定量预测理论和方法体系的研究愿景。

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15. 基于NbS的山水林田湖草生态保护修复实践探索

杨崇曜, 周妍, 陈妍, 王立威

地学前缘 2021, 28 (4): 25-34. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.3

摘要（144）

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为应对我国生态领域的诸多问题,探索山水林田湖草一体化保护和修复路径,2016—2018年我国实施了25个山水林田湖草生态保护修复工程试点。工程实施对维护国家生态安全起到了积极作用,但仍然存在对生态系统内在机理和规律认识不足、过度依赖工程措施、配套管理政策措施不健全等突出问题。近年来,基于自然的解决方案(Nature-based Solutions, NbS)受到国际社会的广泛认可与关注。本文对NbS的定义、核心理念与准则、实施方法和典型案例进行了梳理,并从NbS的视角对我国山水林田湖草生态保护修复工程在时空尺度、目标设置、技术措施、实施管理制度机制等方面存在的问题进行了剖析。最后,提出吸收借鉴NbS理念与方法以完善我国山水林田湖草生态保护修复工程的建议,包括跨尺度开展设计、建立多元化目标、构建科学的工程技术模式与标准,以及完善多方参与、跨区域合作、可持续资金保障、适应性管理等制度机制。

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16. 华南地区三叠纪矿床地质特征、成矿规律和矿床模型

谢桂青, 毛景文, 张长青, 李伟, 宋世伟, 章荣清

地学前缘 2021, 28 (3): 252-270. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.26

摘要（140）

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华南以中生代成矿大爆发为特征,燕山期矿床成矿规律的研究程度较高,近年来发现越来越多的三叠纪矿床,但三叠纪矿床的分布规律和矿床模型是值得关注的重要科学问题。本文基于最新研究成果,论述华南三叠纪矿床地质特征和矿床类型,提出成矿规律,初步地建立成矿动力学模型。华南地区三叠纪矿床分布较为广泛,目前确定的46个三叠纪矿床分布于5个区带,形成于晚三叠世 (230~200 Ma),被划分为花岗岩有关的钨锡多金属矿床、侵入岩有关的远端金锑矿床、卡林型金矿床和MVT型铅锌矿床4种主要类型。在空间上,华南三叠纪矿床存在成矿元素分带性,由西向东依次为MVT型铅锌矿床、卡林型金矿床、侵入岩有关的远端金锑矿床、花岗岩有关的钨锡多金属矿床。华南5个成矿区带普遍存在印支期和燕山期的叠加成矿作用,在南岭西段桂北苗儿山—越城岭和滇东南老君山地区还发育加里东和印支期的叠加成矿作用。

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17. 基于大数据的成因矿物学研究思考

李胜荣, 申俊峰, 李林, 张华锋

地学前缘 2021, 28 (3): 76-86. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.18

摘要（139）

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在国际地科联启动深时数字地球大科学计划背景下,开展成因矿物学大数据平台建设和数据深度挖掘和研究,具有十分重要的意义。建议优先考虑矿物系统发生史、矿物标型和矿物成因分类3个方面的数据平台建设,开展3个方面的大数据模型、大数据处理的方法研究和大数据结果的信息提取。部署开展基于大数据的若干国家战略性关键金属元素矿物(如锂矿物、铀矿物、镓矿物、铈矿物、铂矿物等)的系统发生史和矿物类的系统发生史研究,分析其在不同地质历史时期和地球不同构造单元中的聚散规律,为战略性关键金属找矿预测提供思路。根据矿物大数据库的深度挖掘和矿物系统发生史研究所提供的有关矿物演化的规律,揭示地球历史中重要地球物理、地球化学和地球生物事件的性质、分布、规模及辐射效应。借助矿物成因分类的大数据平台,完善“显性”成因矿物族分类和区划图编制,在此基础上,开展基于大数据的“隐性”成因矿物族和找矿矿物族的分类和区划图研制。要重视矿物学和地质大数据研究的复合型人才培养,在开设地质大数据本科专业基础上,在研究生层次开设“成因矿物学大数据”研究方向。

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18. 宿州矿区浅层地下水污染评价及源解析

赵卫东, 赵芦, 龚建师, 周文怡, 钱家忠

地学前缘 2021, 28 (5): 1-14. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.2.8

摘要（139）

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宿州矿区由于长期煤炭开采,不仅形成了浅层地下水降落漏斗,而且造成了不同程度的地下水污染,其污染现状及主要形成原因尚不清楚。为此,本文利用研究区水土污染调查获取的21个地下水样品的 $NO 3 -$ 等13项污染指标开展地下水污染源解析工作。在采用改进内梅罗综合污染指数法对研究区浅层地下水环境质量进行评价的基础上,利用因子分析和反距离权重插值方法对研究区浅层地下水进行污染源及空间分布特征解析。研究结果表明:(1)研究区浅层地下水受到了重度污染,以Ⅳ类水为主,污染较严重的指标为 $NO 3 -$ 、Mn、Fe和F^-。(2)研究区浅层地下水主要包括4个污染源:原生地质环境(F1),其高值区分布在桃园煤矿及其周边;矿坑排水和矸石山淋溶作用下形成的矿业废水(F2),其在桃园和钱营孜煤矿及其周边地区污染较为严重,其余矿区也存在一定程度的矿业废水污染;由生活垃圾、人畜排泄物造成的农村污水(F3),其污染地区主要为朱仙庄和芦岭煤矿一带; 由化肥施用引起的农业污染(F4), 其高值区集中在朱仙庄煤矿及其周边区域。地下水水质的主要影响因素是浅层地下水原生地质环境和矿业废水,其中约有51.040%的污染来源于原生地质环境及煤矿矿业污染的混合污染,约有11.841%的污染来自煤矿矿业废水,其余污染主要来源于农村生活和生产污水以及农业面源污染。(3)研究区浅层地下水主要污染区域为桃园和钱营孜煤矿一带,祁南和祁东煤矿污染相对较轻,朱仙庄和芦岭煤矿水质较好。(4)建议对矿区地下水主要污染源及污染途径进行综合防治:加强矿坑排水口的污水达标排放监管力度;煤矿企业采用生产建筑材料等方法提高矸石的综合利用率;进一步加强与矿区污水、垃圾填埋处理等相关的基础设施建设。

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19. 磁铁矿元素地球化学大数据构建及其在矿床成因分类中的应用

洪双, 左仁广, 胡浩, 熊义辉, 王子烨

地学前缘 2021, 28 (3): 87-96. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.10

摘要（138）

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磁铁矿广泛分布在岩浆、热液及沉积等各类矿床中,其地球化学元素组成往往受温度、氧逸度等物理化学条件的影响,能反映矿床形成环境并指示矿床成因类型,是一种重要的勘查指示矿物。自20世纪60年代以来,磁铁矿的主微量元素数据被用来构建不同的判别图,试图来区分矿床的成因类型。然而,由于矿床成因类型的多样性以及同一类型矿床的磁铁矿的主微量元素地球化学组成的复杂性,以往基于少数磁铁矿的主微量元素地球化学成分构建的矿床成因类型判别图存在一定的局限性。基于此,本文收集了前人发表在国内外期刊上的主要矿床类型的磁铁矿的元素地球化学数据(7 388条),初步构建了基于电子探针(EPMA)和激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)磁铁矿元素地球化学大数据集,建立了基于随机森林算法的矿床成因分类模型,并对磁铁矿主微量元素在矿床成因分类中的重要性做出排序。研究结果表明,基于磁铁矿大数据和机器学习算法构建的判别模型,能有效区分主要矿床类型,整体分类准确度高达95%。由于LA-ICP-MS磁铁矿数据集的测试元素多,分析精度高,使得基于LA-ICP-MS磁铁矿数据集的矿床成因分类模型精度高于基于EPMA数据集,表明磁铁矿中元素种类多少和数据测试精度影响矿床成因分类精度。同时,研究发现V元素在矿床成因分类过程中起到了较为重要的作用。此外,基于大数据和机器学习建立的判别模型对新的磁铁矿数据进行测试,可给出该数据属于每种矿床类型的概率,能有效判别矿床成因类型。

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20. 钦杭成矿带斑岩铜矿知识图谱构建及应用展望

周永章, 张前龙, 黄永健, 杨威, 肖凡, 吉俊杰, 韩枫, 唐磊, 欧阳冲, 沈文杰

地学前缘 2021, 28 (3): 67-75. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.1.2

摘要（138）

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知识图谱使用人与机器能共同理解的语言,以“图”的方式来描述真实世界,是人工智能研究的重要方向之一。本研究是构建单体矿床、成矿系列和重要成矿区(带)的知识图谱实验的一部分,收集了钦杭成矿带6个较为典型的斑岩铜矿、斑岩-夕卡岩型铜矿的原始文本数据,参照斑岩铜矿床概念模型进行知识获取,标注、抽提文本中的实体、关系、属性,构建了具备基本应用功能的斑岩铜矿床知识图谱。基于未来矿产资源预测评价应充分理解地球系统、成矿系统、勘查系统、预测评价系统相互关系的认识,讨论了建立“地球系统-成矿系统-勘查系统-预测评价系统”关联知识图谱体系需要解决的关键科学技术问题,包括“地-矿-勘-评系统”领域本体及知识图谱递进关联体系,大规模“地-矿-勘-评系统”领域本体及知识图谱的自动构建技术,基于多模态关联数据嵌入“地-矿-勘-评系统”知识图谱自演化、补全技术以及基于知识图谱、大数据挖掘和人工智能的地球系统资源预测理论与方法。

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