地学前缘

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1. 全球变化、层圈相互作用研究与地球系统科学

刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 1-6. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.88

摘要（670）

HTML （69）

PDF（pc）（1409KB）（515）

全球变化是自然过程与人类活动协同作用的结果,是人类活动主导下地球系统发生的结构性转变,其核心在于地球系统有限承载力与人类无限发展需求之间的矛盾,表现为气候、生态系统和社会经济的变化。圈层相互作用是驱动全球变化的关键因素,精准解析和预测圈层相互作用的过程机制、动态演变及相应的气候、环境和生态效应,有助于揭示全球变化的深层机制、准确评估地球系统突变风险和设计切实可行的可持续发展路径。本专辑聚焦全球变化与圈层相互作用前沿科学问题,从地球系统观测、模拟和管理等方面,详细阐述地球系统关键界面过程机制及其与人类活动的互馈关系,概述了当前全球变化和圈层相互作用研究领域的发展现状和进展,梳理了地球系统科学研究面临的挑战和前沿科学问题,展望了未来发展方向,旨在为全球变化科学应对、人类-自然和谐共生以及社会-生态系统可持续发展提供坚实的理论支撑。

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2. 中深层地热资源勘探开发技术与典型应用

孙焕泉, 高楠安, 吴陈冰洁, 国殿斌, 方吉超, 赵磊, 刘健, 周总瑛

地学前缘 2025, 32 (2): 230-241. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.1.60

摘要（531）

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PDF（pc）（3317KB）（243）

在全球能源结构转型和清洁能源需求不断增长的背景下,中深层地热资源作为一种现实的本土、稳定可再生能源,正受到国际社会的极大关注。中国的地热资源分布呈现出明显的地域性特征,东部和西南部地区具有较高的地热资源开发潜力。中深层地热资源的理论能量储量相当于12 500亿吨标准煤。目前,我国已经建立了一套相对成熟的中深层地热资源勘探开发技术体系,覆盖了从全面勘探到高效开发的各个环节,极大提升了资源的勘探精确度和开发效率。在地热勘探评价技术中,地热系统要素综合分析技术揭示地热资源富集规律和形成机制,地球物理综合探测技术重点聚焦刻画断裂构造样式和含水热储展布,地热资源选区评价技术逐级聚焦圈定有利开发目标区,这一系列技术有效应用于华北地区地热勘探工作,部署的勘探井成功率超过80%;地热高效开发技术中,地热田多场耦合模拟技术指导优化开发参数,在满足生产需要的同时防止热突破;地热能开发钻完井技术因地制宜完善井身结构、钻完井工艺,保证地热井安全高效的施工;地热水自然回灌技术和取热不耗水技术在开发过程中有效保护地下热储和维持水层压力,保障地热能的可持续开发。在我国众多中深层地热资源规模开发实践中,渤海湾盆地的雄安地区和关中盆地的咸阳地区分别是盆地内碳酸盐岩热储和砂岩热储开发的典型代表。针对两个地区不同的地热地质条件,运用地质建模和数值模拟技术,提出了井网布局和开发参数优化方法,确保地热项目的长期稳定运行,为具有类似地质条件地区地热资源的高效、环保和可持续开发提供了参考借鉴。

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3. “化学地球”大科学计划:全球关键元素分布与循环

王学求

地学前缘 2025, 32 (1): 1-10. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.33

摘要（526）

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PDF（pc）（7723KB）（1054）

“化学地球”的概念于2008年提出,2016年由联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心发起“化学地球”大科学计划倡议,2023年被联合国教科文组织正式批准。目标:将元素周期表绘制在地球上,建立化学属性数字地球,服务于全球资源环境可持续发展。科学技术问题:关键元素在地球上的时空分布和循环,全球不同地质地貌景观特点的地球化学探测技术、元素高精度分析和大数据开发技术。主要成果如下:(1)建立全球陆地1/3地球化学基准网,提供76个元素地球化学基准值,初步揭示关键元素全球分布规律,发现一批稀土元素(REE)、锂、铜和金等超常富集区,据此发现云南红河州超大规模中重稀土矿;(2)全球8个有毒重金属元素分布显示,欧洲超过风险限值的面积最大,占欧洲面积的48%,欧洲早期工业历史,没有清洁生产技术,导致大量有害物质排放;(3)中国地球化学观测网揭示镉、汞、砷和钙4个元素近30年发生显著变化,并发现汞的循环是以纳米辰砂微粒为主,而不是传统认为的气体形式迁移和循环;(4)地球化学大数据揭示我国7大粮食主产区,耕地质量总体安全,并利用大数据技术赋予绿色土地二维码标识,通过手机客户端实现绿色食品溯源。“化学地球”大科学计划入选习总书记主持的全球发展高层对话会主席声明成果清单,服务了高层决策和全球发展。

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4. 面向人类智能与人工智能融合的矿产资源预测新范式

成秋明

地学前缘 2025, 32 (4): 1-19. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.20

摘要（498）

HTML （81）

PDF（pc）（10190KB）（672）

矿产资源是支撑社会经济发展的关键物质基础,其形成和分布受控于地球深部过程与浅表环境的复杂相互作用。随着全球矿产资源需求持续增长,传统矿产资源预测方法在覆盖区、深部隐伏矿及非传统找矿区域的应用面临巨大挑战。近年来,大数据和人工智能(AI)技术的快速发展为矿产资源研究提供了重要机遇,为矿产资源预测与评价提供了变革性的技术手段。本文系统梳理了矿产资源预测的理论演进历程,深入探讨了大数据与AI赋能的矿产资源预测新范式,包括“矿床”概念的拓展、地球系统-成矿系统-勘查系统-预测评价系统的多系统关联建模、地质调查数据与科研长尾数据的智能集成,以及人类智能(HI)与人工智能(AI)的深度融合。通过作者团队近年来完成的覆盖区矿产综合预测、深部矿产资源定量预测及全球斑岩铜矿知识图谱构建等研究项目的典型案例解剖,展示了非线性理论与AI技术在解决矿产资源预测关键科学问题中的创新应用。在此基础上,文章展望了未来数据驱动与智能协同将彻底改变矿产资源预测范式,显著提升矿产资源预测的精度和效率,推动矿产资源预测从传统经验模式向智能化、定量化方向转变,为新一轮找矿突破战略行动提供重要的理论和技术支撑。

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5. 表层地球系统的深部过程响应与地表自然灾害

刘静, 孙照通, 王文鑫, 李云帅, 姚文倩, 崔凤珍, 刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 7-22. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.11

摘要（481）

HTML （38）

PDF（pc）（4724KB）（369）

地球深部过程对表层地球系统的影响构成了地球系统科学研究的核心议题。通过构造运动和火山喷发等多种机制,深部过程改变了物质循环和能量传输的深浅部模式,进而对表层地球系统产生深远影响。这种影响具体表现在以下几个方面:(1)构造活动通过地形的重塑,调控了流域尺度的侵蚀-沉积过程;(2)火山活动和构造运动通过改变大气成分和环流格局,在地质时间尺度上驱动了气候变化,其中硅酸盐风化作用在调节大气中CO₂浓度方面扮演了关键角色;(3)深部过程可能引发生态系统演化中的生物灭绝事件,同时也能促进生物多样性的形成;(4)在全球气候变化的背景下,地震和地质灾害通过影响社会-生态系统的稳定性,可能进一步加剧其不稳定性。随着观测技术的持续进步,地球系统科学研究将继续深入理解表层地球系统对深部过程的响应机制、量化其影响强度、预测自然灾害的演化趋势,以及增强社会-生态系统对灾害的适应能力。本文系统梳理了深部过程-表层系统-社会生态的跨尺度耦合机制,有助于理解地球系统整体演化。

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6. 构造-地貌-气候-生态系统动力学研究进展

徐胜, 杨业, 张茂亮, 邵延秀, 李云帅, 徐海, 刘静, 刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 23-34. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.12

摘要（456）

HTML （32）

PDF（pc）（3367KB）（321）

构造-地貌-气候-生态系统的相互作用构成了表层地球系统的核心动力学框架。这些要素之间的内在联系和作用体现了系统科学的属性:构造运动首先塑造了大地地貌格局,并与气候和生态系统形成了相互作用系统;气候因子驱动地貌演变和生态系统变化;生态系统通过生物地球化学循环反馈于地貌和气候。构造-地貌-气候-生态系统的协同作用是表层地球系统演化的核心内容。从地质时间尺度看,板块运动和地貌重组引发了区域气候变化和生物群落更替;在现代尺度上,这种耦合关系塑造了地球表层环境的动态平衡。对构造-地貌-气候-生态系统的系统研究对揭示表层地球系统过程和功能以及服务机理至关重要。本文通过梳理构造与气候和地貌、地貌和气候与生态系统变化的耦合关系,旨在探索构造-地貌-气候-生态系统动力学和表层地球系统科学研究的系统性思路。同时,青藏高原是研究这一主题的天然实验室,其独特的构造活动、复杂的地貌形态、多样化的气候带和敏感的生态系统提供了系统研究的关键平台。围绕青藏高原构造-地貌-气候-生态系统的综合研究,将帮助解决青藏高原表层地球系统科学中的前沿科学问题,为全球环境变化研究提供借鉴。构造-地貌-气候-生态系统动力学研究发展需要注重各要素之间的定量耦合关系与协同演化,深化多学科交叉融合,利用先进的实验测试与观测/监测技术,强调大数据驱动的多尺度整合与人工智能的深度应用,构建地球系统动态耦合模型,以期达到对地球系统多圈层相互作用的深入理解,并为应对全球变化带来的挑战提供理论支撑。

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7. 京津冀地区水资源供需演变面临挑战问题及研究途径

陈喜, 高满, 董建志, 王哲

地学前缘 2025, 32 (3): 436-444. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.42

摘要（389）

HTML （14）

PDF（pc）（5064KB）（134）

近百年来京津冀地区社会经济快速发展、城市化进程加快、农田扩张、用水需求提高,叠加气候变化,导致区域水资源衰减和供需严重失衡;近年来大规模调水、节水、产业结构调整等缓解了水资源衰减和供需失衡状态;未来低碳、绿色发展以及应对全球变化,京津冀地区社会经济、生态环境将面临极大的调整,水资源演变情势、供需结构和安全保障将面临一系列新的挑战。本文将京津冀地区水文情势及水资源供需演变划分为三个阶段,系统分析历史不同阶段水资源演变“S型”曲线形成及驱动机制,阐述低碳、绿色发展以及应对气候变化对水资源供需格局转变的影响,提出促进当地水资源恢复能力的水循环机理以及提升应对极端气候变化的水资源保障能力研究途径,为京津冀地区乃至其他缺水地区水资源可持续利用提供科学支撑。

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8. 三维地质智能建模研究进展

叶舒婉, 侯卫生, 杨玠, 汪海城, 白芸, 王永志

地学前缘 2025, 32 (4): 182-198. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.4.72

摘要（387）

HTML （26）

PDF（pc）（5044KB）（295）

高精度的三维地质建模是数字孪生技术快速发展的重要基础,为资源预测、工程规划和灾害防治等领域提供了关键支撑。传统三维地质建模方法多依靠人工交互,难以满足复杂地质环境下对精细结构表达和实时更新的需求。为突破这些局限,近年来引入的机器学习与深度学习为地质建模提供了新的智能化解决方案,有效提升了模型的自动化程度和复杂结构的表达能力。本文系统回顾了三维地质建模的发展历程,总结了半智能化、机器学习和深度学习三个发展阶段的技术特征;深入剖析了深度学习与不确定性分析、迁移学习、主成分分析及多点地质统计学等方法的融合方法。同时,针对现有方法在数据稀疏处理、计算复杂性、模型可解释性和实时更新能力方面存在的不足,提出未来的研究趋势与发展方向,包括多模态数据融合、地质知识嵌入、轻量化模型优化、不确定性量化和人工智能大语言模型等。随着智能化建模技术的不断进步,三维地质模型的精度、可靠性和适应性将持续提升,进一步推动地质领域的数字孪生技术应用与工程实践发展。

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9. 同位素地球化学与地球系统圈层相互作用和全球变化研究

陈玖斌, 郑旺, 刘羿, 孙若愚, 袁玮, 孟梅, 蔡虹明, 刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 137-155. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.2

摘要（367）

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PDF（pc）（2659KB）（182）

地球系统是由地质圈、生物圈和人类圈构成的一个有机整体,研究这一复杂系统各圈层内部和圈层之间的物质能量交换及其动力学机制是地球系统科学研究的核心内容。圈层之间的物质能量交换主要受控于水和主微量元素生物地球化学循环。因此,元素的生物地球化学循环是联系地球系统各圈层的物质基础和制约或影响全球变化的关键机制。此外,在社会经济高速发展背景下,人类活动正深刻改变着元素生物地球化学循环,使地球系统发生前所未有的变化。如何精准刻画元素生物地球化学循环、揭示其动力学机制、预测其未来演变趋势及其对生态系统的影响,已成为地球系统科学前沿研究任务和面临的根本挑战。而同位素可有效追踪物质的跨圈层迁移转化和生物地球化学循环,在圈层相互作用和全球变化研究中发挥着不可替代的作用。本文回顾了近年来传统和非传统稳定同位素在示踪圈层相互作用和全球变化方面的研究现状,总结了地球系统各圈层典型同位素组成分布,阐述了圈层界面过程同位素分馏机制,追踪了人类活动对地球环境-生态系统的影响,梳理了地球系统科学框架下同位素地球化学研究面临的挑战和前沿科学问题。未来,应该在进一步完善同位素地球化学方法和理论基础上,在地球系统框架下开展同位素与地理学、生态学、分子生物学、地球系统模拟、人工智能和大数据等前沿领域交叉融合研究,完善示踪复杂地球系统多圈层、多过程、多要素耦合条件下元素生物地球化学循环的同位素分馏理论框架,突破原有应用范式,获得对圈层相互作用、人类活动与全球变化、环境与生命协同演化等领域前沿科学问题的创新认知。

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10. 地球系统数值模拟研究进展与科学前沿

朱佳雷, 董建志, 张永根, 孙少波, 姜哲, 周浩然, 赵曦, 李攀, 陈伟, 王礼春, 李新, 刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 118-136. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.9

摘要（363）

HTML （20）

PDF（pc）（1966KB）（182）

地球系统模式是理解和预测全球变化的核心工具,近年来取得了显著进展。其性能提升体现在圈层耦合过程的精细化发展,以及圈层内复杂物理和化学过程的逐步引入。不确定性的降低则得益于新方法和新技术的发展和应用。然而,地球系统模式仍面临诸多挑战,包括对复杂交互过程的表征能力不足、社会-生态系统过程模拟的局限性,以及区域极端事件模拟能力的提升需求。未来的发展需深化跨学科协作,借助新技术强化数据获取与模型预测能力,同时聚焦社会-生态系统过程及其影响机制的研究,以增强对区域极端事件的模拟与预测能力,构建完善的陆-海-气-人相互耦合的新一代地球系统模式,为人类社会的可持续发展及全球变化的应对和预测提供更科学的支撑。

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11. 全球变化下生态水文学发展与展望

陈喜, 董建志, 王礼春, 张永根, 王学静, 狄崇利, 高满, 刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 52-61. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.13

摘要（355）

HTML （26）

PDF（pc）（3034KB）（186）

在全球变化背景下,生态水文研究的时空尺度得到了极大的拓展,研究内容从水与生物之间的互馈关系及其变化,延伸至水与其他非生物要素(如大气、土壤、岩石)以及人类活动之间的互馈关系及其演变机制。本文基于地球系统科学理念,结合全球变化下生态水文面临的挑战以及研究范式转变,从“土壤-植被-大气”连续体(SPAC)、地球关键带以及流域等多维度探讨生态水文学过程,阐释水分、能量和物质在基岩、土壤、植被和大气界面之间的传输与交换机制以及植被生长对土壤结构和水分动态的反馈作用,论述气候变化和人类活动影响下基岩风化、土壤形成与生态水文过程的协同演变及其对水文循环和物质平衡的影响,并讨论了流域作为连接全球与局地尺度的关键中间单元的重要性。面向水-生态资源可持续利用需求,提出了在人工智能背景下生态水文研究的可能突破途径,包括多源数据融合、物理过程与机器学习结合的建模方法,以及跨学科协作的研究范式。本文旨在构建生态-水文-社会协同发展理论框架,为提升生态系统质量、保障水资源可持续利用、促进社会经济绿色发展提供科学依据和决策支持。

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12. 关键元素超常富集与战略资源效应

王学求, 李龙雪, 吴慧, 王玮

地学前缘 2025, 32 (1): 11-22. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.40

摘要（335）

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PDF（pc）（3521KB）（667）

构成战略资源的关键元素有56个,大部分关键元素地壳丰度低,需要数十倍至上千倍的超常富集才能成矿,导致其矿产资源分布极不均匀。因此,圈定元素超常富集区是战略资源找矿预测和发现大型矿床的关键。超常富集核心是元素的富集强度,可以用成矿富集系数(m.a.i)、矿床规模吨位指数(t.a.i)和异常富集系数(a.c.i)定量刻画富集强度。对贵金属、有色金属、黑色金属、稀有金属、稀散金属、稀土和放射性等35个战略资源矿种进行统计分析,可以得出:成矿富集系数大于1 000的元素有锑、铋、铼和金,>100~1 000的元素有银、钨、锡、铬、锂、铯、碲、铟、铀和铂族元素(PGE),>10~100的元素有铜、镍、铬、铍、铷、钪、铌、钽、锆和原生稀土矿,≤10的元素有铁、铝、钛和离子吸附型稀土。富集达到大型以上矿床最低矿床规模吨位指数要达到10⁷,一般要达到10¹⁰。异常富集系数要达到2以上。元素超常富集还体现在异常空间分布面积>100~1 000 km²,具有3层以上异常结构,至少存在4个元素组合。元素富集量和潜在资源量,可以用面金属量和体金属量进行定量预测。元素超常富集导致大规模成矿效应,而且在成矿物质背景(源)、成矿过程(运)和最终就位(储)整个富集过程中留下了异常轨迹,可以从定性和定量角度刻画元素超常富集规律,为预测和发现矿床提供找矿标志。

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13. 环境中微塑料的微生物降解机制与生物强化

丁佳妍, 刘翔宇, 陈旭文, 汤磊, 高彦征

地学前缘 2025, 32 (3): 248-262. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.45

摘要（318）

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PDF（pc）（1930KB）（111）

作为一类新污染物,环境中微塑料威胁生态安全和人类健康。微生物降解技术因其经济高效、环境友好的特质而备受关注。近些年来,生物膜、酶工程、基因调控等技术在微塑料微生物降解研究中取得重要进展。生物膜降解微塑料的过程通常包括改变表面特性、浸出添加剂、酶或自由基攻击、渗透分解等阶段。细胞外酶可裂解微塑料的大分子结构,细胞内酶则可改变底物结构并处理代谢产物,两者协同作用构建高效酶系统已成为当前研究的重点之一。基于基因工程技术,以往已培育了多种工程菌株,通过生物信息学挖掘功能基因、解析代谢途径,并结合宏基因组修饰技术,显著提升了微塑料的降解效率。本文综述了微生物降解微塑料的最新研究进展,剖析了微塑料降解功能微生物的物种多样性、降解代谢途径及其机制等。已有研究表明,细菌、真菌和微藻等多种微生物皆具备降解微塑料的能力,其中复合菌群的协同作用尤为显著。细菌主要通过分泌水解酶和氧化酶,切断大分子链或改变塑料化学结构来降解微塑料;真菌则依靠分泌细胞内、外酶及生物表面活性剂,将微塑料分解为单体,菌丝还能增强作用效果;微藻可借助光合作用,分泌毒素、酶以及胞外聚合物促进降解。微塑料的降解通常经历生物劣化、碎片化、同化及矿化四个阶段,不同微生物对聚乙烯、聚苯乙烯等各类微塑料降解效率及机制存在差异。本综述为深入探究微塑料微生物降解原理、进一步发展微生物降解微塑料的方法和技术提供了依据。

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14. 青藏高原周缘始新世—渐新世气候转换期风化演变及其对全球及区域气候环境变化的响应

崔灏, 韦刚健

地学前缘 2025, 32 (3): 274-287. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.23

摘要（317）

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始新世—渐新世的气候转型(Eocene-Oligocene Transition,EOT)是新生代时期最为显著的全球降温事件之一,标志着地球气候系统从“温室”向“冷室”模式的关键转变。虽然深海沉积物较为一致地记录了这一降温事件,但众多陆相沉积记录却显示不同区域的气候响应呈现出显著的空间差异,凸显了全球气候背景与区域环境相互作用的重要性。青藏高原隆升显著影响全球大陆风化的格局,与新生代全球气候变化有密切关系,因而高原周缘的大陆风化演变是反映全球与区域气候变化的良好指示。本文汇总了晚始新世—渐新世青藏高原周缘大陆风化的演变记录,结合我们在青藏高原东南缘吕合盆地35~26 Ma期间的风化历史,探索这一时期青藏高原周缘风化演变的共同性和差异性。结果显示:青藏高原北部大部分区域自晚始新世起的风化强度便开始下降并延续至渐新世,与降温和干旱化过程相耦合;而东南缘则表现为多阶段的温度波动及持续湿润的气候特征。这种区域性差异主要由全球降温、构造隆升和季风系统演化的共同调控驱动。本研究为理解青藏高原不同区域在EOT期间的风化模式及其驱动机制提供了重要线索。

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15. 城市地球关键带水文过程与水环境和水资源研究:现状、挑战与未来

桑丽源, 郭威, 张静文, 刘艺轩, 章同坤, 张竹卿, 岳展鹏, 李丹阳, 张润, 张旭, 唐伟平, 刘展航, 丁虎, 郎赟超, 刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 445-461. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.28

摘要（317）

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城市化和城市发展是对生态环境影响最显著的人类活动,伴随人口增长和消费水平提升,城市化引发了一系列复杂的水资源与水环境问题。尤其在发展中国家,城市排水系统不足加剧了水环境恶化,严重威胁城市健康与可持续发展目标。为此,从地球系统科学视角探讨城市三维下垫面结构、水文过程与水资源管理之间的复杂关系成为关键科学问题。本研究基于“地球关键带科学”和“社会-生态系统科学理论”,系统梳理了城市下垫面结构与水循环动态变化、水环境质量及水资源可持续利用的耦合机制。通过整合物理、化学与生物过程,研究揭示了不透水面扩张对降水-径流-渗透动态平衡、污染物迁移及水资源供需分配的影响机制,强调社会与自然系统耦合研究对水资源优化管理的重要性。此外,研究结合水文过程与生态系统服务的关联,深入分析了水文动态对生态系统服务功能及人类福祉的调控作用,初步提出了基于社会-生态系统理论的城市水资源可持续管理框架。该框架为理解城市水文系统结构-过程-功能的耦合机制提供了科学支撑。本综述研究不仅有助于理解复杂的城市水文动态与生态服务关系,打通水文分支学科间壁垒,还为城市水资源管理和政策制定提供了理论依据和实践指导。

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16. 大模型驱动的矿产资源智能预测超级智能体构建方法探索

王永志, 温世博, 李博文, 陈星宇, 董宇浩, 田江涛, 王斌, Muhammed Atif BILAL, 纪政, 孙丰月

地学前缘 2025, 32 (4): 38-45. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.1

摘要（288）

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矿产资源预测是数学地球科学领域的一项重要研究内容,需使用多种软件处理跨专业地学数据,面临处理过程复杂、工作量巨大、语义难对齐等诸多问题,给研究人员带来巨大挑战。随着新一代生成式人工智能的大模型、智能体等出现,极大地推动了各行业的变革性发展,亦赋能矿产资源预测向智能预测跨越。本文提出一种大模型驱动的矿产资源智能预测超级智能体方法,以多模态大模型(如DeepSeek、通义千问)为基础底座,依托通用智能体技术创建由管理智能体和智能体群构成的超级智能体。智能体群包括地质智能体群、地球物理智能体群、地球化学智能体群、遥感智能体群等,每个智能体群含有多个单一智能体或小型智能体群,每个智能体访问具体的工具(本地自定义、网络及自动生成)、数据等。智能预测超级智能体自动感知外界发送的预测要求,由管理智能体串行或并行调用多个智能体群、单一智能体(如生成二维图)、工具(如插值)、访问数据等完成矿产资源智能化预测任务。以地球化学图生成为例,深度剖析通过智能体与大模型交互完成任务的内部运行机制,一键式智能生成一种或多种地球化学图,证明智能计算方法的有效性。通过将大模型、智能体与矿产资源预测业务三者深度融合,在输入为文字或语音时即可完成零代码的预测任务,为创建矿产资源智能预测新范式提供有益探索。

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17. 表层地球系统界面过程与土壤圈演化研究

滕辉, 余光辉, 陈春梅, 郝丽萍, 张坚超, 朱翔宇, 孙富生, 王钺博, 刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 35-51. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.3

摘要（287）

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土壤圈是表层地球系统中大气圈、水圈、生物圈和岩石圈相互作用的产物,在地球表层系统演变中起着关键作用。本文回顾了控制土壤形成和演化的界面过程,强调了它们复杂的相互作用和反馈机制。土壤圈的形成和演化受物理和化学风化过程、气-水-岩异质反应以及生物有机质-矿物相互作用的协同影响。这些过程在不同的地理、气候和生物条件下有所不同,导致土壤的异质性和组分多样性。本文将界面过程分为两大类:无机圈之间的相互作用和生物与无机圈之间的相互作用。无机圈之间的相互作用包括空气和水对岩石的改造、热交换、风蚀、水-岩反应和成岩作用。这些过程对母质的物理分解和化学转变至关重要。生物与无机圈之间的相互作用包括光合作用、呼吸作用和微生物降解有机物的有机碳输入和输出,以及生物转化,其中涉及生物矿物营养素的释放和矿物-有机质聚集体的形成。本文探讨了土壤圈与生物圈的关系,强调了土壤与生态系统之间的物质和能量交换及其对生态系统的支撑作用。此外,本文还讨论了土壤在生态系统服务中的作用,如生产力、生物多样性维护和气候调节。最后,本文强调了多时间和多空间尺度研究的重要性,以了解地表过程对土壤圈演化的影响,并确定未来的研究热点。总体而言,本文详细概述了驱动土壤形成和演化的界面过程,强调了它们在维持生态平衡、支持人类活动和应对全球环境挑战方面的重要性。

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18. 基于流域系统水文水环境耦合模型的氮循环研究进展

弓耀奇, 岳甫均, 刘鑫, 郭田丽, 王浩阳, 李思亮

地学前缘 2025, 32 (3): 183-195. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.19

摘要（286）

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在气候变化和强人类活动等多重因素的耦合影响下,活性氮输入过量,加剧了陆地生态系统氮素向水生生态系统的流失,影响了流域水环境质量。识别流域内氮素来源及其转化过程的时空变化特征,已成为防控流失及改善环境质量的首要任务。由于氮的来源多样、生物地球化学过程复杂,且受到诸多因素的耦合影响,限制了对流域系统氮循环的科学认知。在众多的研究方法中,模型模拟因具有灵活性高、系统性强、可多场景模拟分析等诸多优点,已成为揭示流域系统氮迁移转化及动态变化过程的重要手段。本文综述了流域水文模型及流域土壤、地表水与地下水氮素迁移模型的特征,对比了模型的原理、特点与研究范例。结果表明,在影响氮循环的诸多因素中,无序的强人为干扰、极端气候变化已成为扰动流域氮循环的重要因素。水文过程驱动下的水-氮耦合多过程、多机制研究尤为重要,基于此构建的水文生物地球化学模型(如CNMM-DNDC、PIHM等),已成为获取流域系统氮素时空分布规律及其预测分析的重要手段。此外,大数据与过程机理模型相结合已成为揭示氮循环过程中复杂问题的重要途径。通过综合诸多模型对空间格局、人为影响强度的适用性,梳理出针对受强人类干扰的滨海平原河网区氮循环适用模型,以加深对海陆交错带滨海流域地表水、地下水及海水相互作用下的氮循环科学认知,更全面、科学地评估滨海平原河网系统水环境质量与环境效应。

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19. 巴基斯坦斑岩型铜矿地球化学特征与成矿潜力分析

张晶, 李天虎, 王志华, Naghmah HAIDER, 洪俊, 张辉善, 梁楠

地学前缘 2025, 32 (1): 91-104. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.45

摘要（272）

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本文首次应用巴基斯坦国家尺度水系沉积物地球化学调查数据,分析了研究区铜元素地球化学背景和大型斑岩型铜矿区域地球化学特征及地球化学异常特征,分析了该区内主要地层、岩浆岩的地球化学特征。巴基斯坦主要基岩出露区铜元素平均值为23.48×10^-6,背景值为18.6×10^-6,与我国西北地区、青藏高原的铜元素丰度相当。与成矿斑岩体有关的岩浆岩主要为新生代酸性岩和中生代酸性岩,铜元素的地球化学平均值分别为39.09×10^-6和28.28×10^-6,富铜斑岩体是主要物质来源。应用1∶1 000 000国家尺度地球化学异常信息进行建模,元素组合为Cu、Au、Mo、Ag、Pb、Zn、Co和Cr,说明国家尺度地球化学异常对大型、超大型斑岩铜矿具有指示意义。以地球化学块体理论为基础,计算了铜异常的成矿有利度和致矿物质量,对区内铜资源量进行了预测和排序。在梳理典型斑岩型铜矿地球化学模型的基础上,以Cu、Mo、Au和Ag为主要指示元素,以Pb、Zn、Co和Cr为参考指示元素,结合地质背景圈定斑岩型铜矿找矿预测区4处,并对找矿预测区进行了成矿潜力分析。

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20. 地-气界面科学与全球变化研究

傅平青, 胡伟, 赵曦, 徐占杰, 丁士元, 吴礼彬, 邓君俊, 姜哲, 李晓东, 朱佳雷, 刘丛强

地学前缘 2025, 32 (3): 92-104. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.3.1

摘要（271）

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随着全球变化加剧,地-气界面作为地球系统中关键的物质与能量交换界面,成为理解气候变化、生态演变以及地球系统反馈机制的重要窗口。地-气界面过程涉及大气与陆地、海洋之间的能量与物质交换,是陆地和海洋生态系统动态变化的核心,直接影响地球系统的演变。地-气界面科学研究对于深入理解地球系统的动力学过程至关重要,是地球系统科学中的重要前沿问题之一。本文首先概述了地球系统科学视角下的地-气界面科学研究,总结了地球系统结构中的地-气界面及其作用,以及地-气界面物质与能量交换过程与全球变化的关系。其次,综述了地-气界面过程对大气环境的影响,地-气界面过程对生态系统的碳、氮等元素循环、水循环及其功能服务的影响,以及陆-海-气系统作用与全球气候变化。最后,提出了地-气界面科学研究的前沿与挑战,包括建设地-气界面科学的多尺度跨学科研究体系,如天-地-空立体观测系统优化、地-气界面过程的模式研究与多尺度耦合机制、人工智能时代的地-气界面科学研究等,极地、高山和滨海等生态和气候敏感区的地-气界面过程及影响等。地-气界面科学研究将在气候变化应对、生态环境保护和可持续发展等领域发挥更加重要的作用。

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