地学前缘

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1. 硫自养反硝化技术工程应用现状及展望

陈男, 陈方鑫, 彭彤, 李冶平, 孙大鑫, 原源, 刘程田, 梅朵朵, 詹永恒, 汪小童, 冯传平

地学前缘 2026, 33 (1): 163-178. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.24

摘要（1064）

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微生物反硝化是硝酸盐去除的重要方法。然而,传统的异养反硝化技术依赖外部有机碳源的添加,存在处理成本高、污泥产量大及碳排放强度高等问题。在“双碳”背景之下,寻找经济且环境友好的生物处理技术,成为低碳处理硝酸盐废水的核心问题。硫自养反硝化技术使用还原态硫代替有机碳源作为电子供体驱动生物反硝化过程。与传统异养过程相比,大幅降低碳排放强度和外源碳需求。本文基于硫自养反硝化技术原理与工程应用现状,系统比较了复合型硫基材料和高硫型材料的脱氮性能,讨论了实际应用中硫自养滤料的功能特性。并基于各类反应器在结构配置、物料特性、接触方式、微生物群落富集机制等方面差异,阐释了不同类型反应器在实际应用中的性能特征。在厘清反应体系运行特性的基础上,本文综述了自养反硝化技术在市政、工业、生态等脱氮领域工程规模的应用,探讨了硫自养反硝化技术在市政污水、高盐废水及人工湿地等多场景高效脱氮应用现状,量化了硫自养技术的运行成本及环境效益。最后,展望了未来硫自养反硝化的研究方向,通过材料开发、基因工程靶向调控推动工艺标准化以突破工程化瓶颈,最终构建低碳高效的硫自养脱氮技术体系,以期为硫自养反硝化技术的工程化应用提供重要参考。

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2. 中国大陆地貌特征及其成因探讨

李廷栋, 刘勇, 王淼, 刘彩云

地学前缘 2025, 32 (6): 245-255. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.9.32

摘要（718）

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中国是世界上地势、地貌最复杂又最具特色的国家。山川纵横,湖泊与沼泽、湿地星罗棋布,山水林田湖草沙冰(冰川)一应俱全。地势的阶梯状展布、高大的青藏高原、西北地区的盆岭地貌和广袤的沙漠与戈壁、北方的黄土高原、横断山系的高山峡谷、云桂黔川多彩多姿的岩溶地貌等,都是世界上罕见的地貌景象。本文主要论述了中国地势4个阶梯的展布特点及其与地壳、岩石圈厚度之间的契合,并从地质作用成因与自然地理的耦合上将中国山脉划分为6大山脉群,讨论了中国山脉、河流、湖泊、湿地的类型、分布与特征,探讨了中国大陆及其自然地理格局、地貌景观和生态系统形成的地质背景。

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3. 基础模型时代的地球科学:AlphaEarth如何重塑定量地学

成秋明, 杨一琳, 周远志, 张渊智

地学前缘 2025, 32 (5): 1-11. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.9.68

摘要（664）

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进入21世纪以来,随着大数据和人工智能技术的快速发展与深度应用,地球科学正在经历一场深刻的变革,其特征是研究范式由定性描述转向定量分析,由对自然现象的观察转向对内在机理的深入揭示,由局部区域的研究扩展至全球尺度的综合视角,由基于经验的推断发展为依托数据与模型的智能预测。AlphaEarth Foundations(AEF)作为新一代地球空间(Geo)智能平台,通过构建统一的64维共享嵌入空间,首次实现了光学、雷达、激光等12类对地观测数据的标准化表征与无缝融合,其数据同化效率显著提高,解决了长期困扰地球科学研究的“数据孤岛”问题,同时也正促进重塑地球科学研究的范式与方法论体系,特别是在定量地球科学领域实现突破性进展。本文系统论述AEF如何通过其创新的多源数据融合架构、高维特征标注学习和可扩展计算框架,对推动数据驱动的地球科学研究进入智能化、精准化和实时化发挥作用,同时,通过资源环境领域的应用实例表明AEF的潜在应用前景和创新需求。研究表明,AEF不仅显著提升了传统地球科学问题的解决效率,更催生了多个全新的地学研究方向和方法论体系。

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4. 新疆地热资源分布、成因及开发利用方向:第三次新疆综合科学考察地热科考成果综述

孔彦龙, 董远卓, 叶灿滔, 程远志, 乃尉华, 庞忠和, 马伟斌, 张健, 龚宇烈, 李义曼, 姜光政, 王迎春, 古丽波斯坦·吐逊江, 田小明, 李棱雪, 师德扬, 张程凯, 田逸楠, 李斌, 陈锋, 张磊, 王珂, 任亚倩, 张伟尊, 罗冠中, 段佳斌, 陈娅奎, 张小雷, 汪集暘

地学前缘 2026, 33 (1): 283-295. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.27

摘要（612）

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基于“冷壳冷幔”的理论认识,新疆一直被认为是地热资源相对贫瘠的地区,其总体勘查和开发利用情况远落后于内地。第三次新疆综合科学考察课题“地热等清洁能源资源综合调查与评价”在收集整理全疆地热已有成果的基础上,重点开展野外补充调查,新发现了地热点位11处,补充确定了地热资源赋存形式2种,估算新疆地热资源量折合超过18亿吨标准煤。调查结果显示,新疆地热资源主要分布于盆间隆起山地,与其主要人口分布保持高度一致,而较少的人口基数决定了新疆人均地热资源量较高,反而说明了其具有较大的开发利用潜力。新疆地热资源表现出“北疆禀赋差,南疆禀赋好”的分布格局:北疆天山、阿勒泰山地区广泛发育以断裂深循环成因的中低温水热型地热资源,而在南疆帕米尔高原,受印度-欧亚板块碰撞的影响,形成了目前新疆唯一发现的高温地热资源。然而,新疆地热资源开发利用整体水平相对较低,开发利用方式单一,以洗浴保健和旅游疗养为主,且主要在经济发展较好、交通较方便的北疆,南疆地热开发利用程度较低。通过本次科学考察摸清了新疆地热资源分布与开发利用现状情况,结合新疆国土空间规划,围绕新疆“双碳”发展战略,课题组提出新疆地热能源资源开发利用路线建议:在南疆塔什库尔干塔吉克自治县等地区推动“地热发电+综合利用”发展,在北疆温泉县等地区大力推进“地热+”综合能源开发,在乌-昌-石城市群全面深化浅层、中深层岩土地热能利用。

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5. GoldMiner-AI:大数据与人工智能找矿系统的设计与实现

周永章, 朱彪彪, 童小畅, 李丹, 张彤, 牛露佳, 于新慧, 张玙情, 王郑哲, 郭亦嘉, 李文佳, 张灿

地学前缘 2026, 33 (4): 1-11. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2026.3.4

摘要（583）

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针对当前地质找矿智能化转型中“从数据接入到智能分析的全流程自动化”以及“贯穿数据获取、融合处理、异常识别与智能预测的全流程端到端系统”仍属关键瓶颈的现实挑战,本文介绍笔者近年来围绕构建大数据与人工智能找矿新范式所持续性开展的研究成果,重点阐述面向找矿任务的全流程智能系统——GoldMiner-AI的构建与应用。该平台基于RuoYi-Cloud-Plus微服务架构,采用PostGIS、Neo4j、Milvus与MySQL协同的多数据库体系,实现对地质、地球化学、地球物理、钻孔、野外观察及文本报告等多源异构地学数据的统一管理。在智能化核心模块方面,系统集成了KAR-Graph异常识别框架与MAF-Net多源特征融合深度学习模型,并结合知识图谱与检索增强生成技术,构建了面向找矿垂直领域的大语言模型,形成了从异常识别、靶区圈定、知识推理到智能问答的完整智能工作流。在右江盆地、钦杭成矿带南段等矿区的验证结果表明:(1)系统能够有效识别卡林型金矿的Au-As-Sb-Hg异常组合,并深入挖掘与矿床成因相关的地球化学指纹;(2)通过多源图层叠加分析,系统可准确预测铅锌矿化带的空间位置;(3)垂直领域大语言模型能够显著减轻通用模型的“幻觉”现象,提升地学知识问答的准确性。GoldMiner-AI为矿产预测提供了一个可复现、可扩展、可工程化部署的系统平台,推动了找矿工作向全面智能化方向发展。

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6. 人工智能与大数据地球科学研究进展

周永章, 郭艳军

地学前缘 2026, 33 (4): 0-Ⅷ. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2026.2.79

摘要（583）

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为纪念中国矿物岩石地球化学学会人工智能与大数据地球科学专业委员会成立十周年,《地学前缘》组织出版本专辑,展示该领域最新研究进展。专辑收录论文涵盖智能找矿、三维地质智能重建、机器学习与深度学习、地质本体与知识图谱、地质大数据分析及矿产资源评价预测等研究方向。在智能找矿方面,研究者提出了GoldMiner-AI全流程智能系统,构建了“数据与知识双驱动”智能找矿范式,实现了从二维到三维的原生晕建模突破;在三维地质重建方面,发展了多判别器注意力生成对抗网络、基于多模态大模型的构造地质图建模及自适应有限差分等方法;机器学习与深度学习在地震图像超分辨率重建、山火识别、地壳厚度预测等领域取得显著进展;地质本体与知识图谱研究构建了矿物知识图谱补全方法及树状知识结构驱动的知识图谱构建框架;地质大数据分析揭示了火山活动与恐龙演化的时空关联,建立了流体包裹体大数据集分析流程;矿产资源评价预测发展了基于AlphaEarth数据、KAN网络及集成学习的多种智能预测模型。本专辑展现了人工智能与大数据技术驱动地球科学范式变革的最新成果。

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7. 大陆碰撞成矿作用:新认识与新进展

侯增谦, 杨志明, 张洪瑞, 王瑞, 宋玉财, 刘琰, 郑远川, 许博, 王庆飞, 刘英超

地学前缘 2025, 32 (6): 179-209. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.4.49

摘要（572）

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大陆碰撞成矿理论框架已经初步构建,但在碰撞带岩石圈结构与深部致矿过程、碰撞带热状态与成矿差异控制、关键成矿过程与矿床成因机理等方面仍认识不足。近年来,通过地球物理-地球化学-岩石学-成矿学等多学科交叉研究和实验模拟,大陆碰撞成矿作用研究取得了诸多新认识和新进展。研究表明,碰撞带可以分为冷碰撞和热碰撞两种基本类型。其中,比利牛斯、阿尔卑斯和加里东造山带为冷碰撞演化序列代表,扎格罗斯、喜马拉雅和华力西造山带为热碰撞演化序列代表。冷/热结构受控于碰撞带深部过程和地幔热扰动强度。碰撞前大洋俯冲对上覆岩石圈的改造,导致岩石圈地幔交代富集、新生下地壳形成和古老地壳活化再造,为碰撞期含铜、金、稀土等岩浆系统形成提供了重要物源。碰撞期软流圈上涌交代、改造、吞噬上覆岩石圈,导致强烈的壳幔物质能量交换,为碰撞成矿提供了深部动力机制。碰撞成矿作用主要形成斑岩铜金矿床、MVT铅锌矿床、碳酸岩型稀土矿床、造山型金矿床以及淡色花岗岩有关的稀有金属矿床等。碰撞型大型斑岩铜矿床的形成要求:大陆板片中缓角度俯冲、俯冲板片垂向撕裂、新生下地壳部分熔融和壳内硫化物分解;MVT超大型铅锌矿的形成要求:褶冲系和前陆带环境、压/张构造转换、盆地卤水沿拆离带的迁移汇聚和前锋带的构造圈闭;碳酸岩型稀土矿床的形成要求:富稀土沉积物俯冲循环、碳酸岩化地幔根部分熔融、富REE碳酸岩浆壳内演化、高密度盐熔体与围岩交代反应;造山型金矿床的形成要求:岩石圈立交桥结构与壳/幔解耦变形、富水幔源超钾质岩浆集聚与去气、流体沿超壳断裂迁移与交代;与淡色花岗岩有关的稀有金属矿床的形成要求:活化改造地壳的部分熔融、拆离构造驱动的岩浆分异或者热驱动的岩浆高度分异。基于上述要素,结合典型矿床对比,建立和完善了大陆碰撞带4种典型矿床的成矿模型。

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8. 全球豆荚状铬铁矿资源特征与我国找矿潜力分析

袁建国, 张万益, 庞振山, 李广旭, 陈刚, 郭灵俊, 翟庆国, 滕学建, 万阈, 史淳元

地学前缘 2025, 32 (6): 473-496. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.5.32

摘要（555）

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铬铁矿是一种重要的战略性关键金属矿产,具有层状和豆荚状两种成因类型。研究表明,全球豆荚状铬铁矿主要分布在特提斯、古亚洲洋、环太平洋成矿域和冈瓦纳成矿域中,尤其是特提斯、古亚洲洋两大成矿域占主导地位。在该两大成矿域,境外已发现多处大型超大型豆荚状铬铁矿矿床,而在相同构造带的我国范围内,发现的铬铁矿矿床小而散。比较分析认为,我国铬铁矿资源潜力尚未充分挖掘,应增强我国铬铁矿找矿信心,聚焦在新疆萨尔托海、西藏雅鲁藏布江和班公湖—怒江、内蒙古二连—贺根山、甘肃大道尔吉等地区,改进找矿思路,优化找矿技术方法,加快钻探验证工作,尽快改变我国铬铁矿长期接近百分百依靠进口的局面。

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9. 机器学习在地下水科学中的前沿进展与挑战

康金正, 莫绍星, 康学远, 党婧萱, 程迟吉太, 徐培杰, 施小清

地学前缘 2026, 33 (1): 483-499. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.19

摘要（551）

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地下水是全球淡水资源的重要组成部分,是保障可用水资源安全、生态系统稳定与人类社会可持续发展的关键支撑。作为一个深埋地下、动态变化且高度非均质的自然系统,地下水系统的观测、建模与管理长期面临诸多挑战,例如监测点位分布稀疏和分布不均、物理过程高度非线性等。近年来,随着以机器学习方法为主的人工智能技术在特征提取、高维非线性建模和优化求解等多方面展现出的巨大潜力,推动地下水科学正逐步迈向数据驱动与智能建模相融合的新阶段。本文围绕地下水科学中的三类核心科学问题——要素刻画、过程建模与管理优化,系统性综述了机器学习在地下水研究中的典型应用场景与前沿进展,涵盖含水层结构刻画、水位水量与水质分析、正演预测、反向模拟、机制融合与地下水水资源管理等,并在此基础上归纳了以“科学问题-数据驱动-模型选取-结果分析”为核心的机器学习方法在地下水科学中的研究框架。针对当前研究仍面临的若干关键挑战,如物理约束融合不足、模型泛化能力弱、结果可解释性差等问题,本文进一步探讨了未来的发展方向,包括多源异构数据融合、物理先验嵌入与因果推理方法等。本文旨在为地下水科学中机器学习方法的应用提供研究框架,并为融合机器学习的地下水智能化发展进行展望。

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10. 干热岩型地热开发技术与发展方向

孙焕泉, 方吉超, 罗璐, 张英, 王磊, 秦学杰, 刘红磊

地学前缘 2026, 33 (4): 340-356. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2026.2.28

摘要（537）

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干热岩是地热能主要赋存形式之一,属于绿色低碳可持续能源,开发潜力巨大,在全球能源转型中占据重要战略地位,但深层高温高压高硬极端环境导致勘查、钻井、热储改造等多重技术挑战。全球干热岩开发历经半个世纪探索,美国Project Red项目通过“水平井+分段压裂”技术实现革命性突破,开启商业化开发新阶段。我国已初步厘清了干热岩资源主要分布格局,建立了干热岩“源-储-盖”富集理论和“战略选区-区带优选-目标评价”递进式评价方法,发展了专用PDC钻头、钻井液主动降温技术、耐高温旋转导向与工作液体系,提升干热岩破岩效率与井筒热管理,创新“间歇式注入+循环变排量”压裂技术,构建高效热交换缝网,在青海共和盆地、海南福山凹陷、河北马头营等地开展了勘查开发试验。未来,将聚焦成储理论与智能高效开发技术攻关,构建“地热+”多能协同模式,建设国家级中试平台,催生深地科学与工程相关新学科,推动干热岩规模化、商业化开发,为我国能源转型和实现碳中和目标提供战略支撑。

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11. 深部物质探测及其成矿预测:方法、应用与展望

王涛, 侯增谦, 黄河, 杨立强, 郑远川, 孙剑, 鲍学伟, 侯通, 范润龙, 许博, 张建军, 朱小三, 尹继元, 苏玉平

地学前缘 2025, 32 (6): 89-130. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.8.61

摘要（509）

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深部物质探测是地球深部探测的软肋,主要是由于欠缺有效且可靠的技术方法,制约了对地球深部物质组成、演变及其动力学的认识。本文总结了近年在深部物质架构探测的理论与方法体系及其应用方面的进展。该方法体系主要包括:(1)岩浆岩岩石学、矿物学研究,获取深部组成的物质类型等信息;(2)包体(如捕虏体)研究,直接探测深部物质类型;(3)元素地球化学示踪与填图,了解岩浆成因与源区物质成分特征;(4)放射性成因同位素(如Nd、Hf同位素体系)示踪与填图,确定深部物质时间(新、老)属性;(5)稳定同位素(如O、Mg、Ca等)示踪与填图,了解深部物质来源与循环;(6)捕获/继承锆石示踪与填图,获得深部物质时间和物质属性;(7)地球物理探测,获得深部物质地球物理参数并推测深部岩石类型和物质组成;(8)实验模拟,提供多元同位素和元素地球化学联合示踪的依据,为深部物质探测与地球物理探测结果的对标提供理论支撑;(9)多学科数据集成、综合分析方法。这些方法的有机结合,在厘定造山带与克拉通边界、探测典型构造单元三维架构到四维演变、揭示覆盖区及大型盆地的基底属性、阐明深部物质成矿制约等方面取得了新进展。本文还指出了目前在同位素填图与应用方面存在的和值得注意的问题,展望了未来发展方向和前景。

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12. 酸性铀污染地下水原位生物修复技术:进展与挑战

刘亚洁, 李江, 王学刚, 柯平超, 孙占学

地学前缘 2026, 33 (1): 250-268. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.36

摘要（486）

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酸性铀污染地下水是全球亟待解决的重大环境问题。原位生物修复因其经济性与可持续性等优势,成为极具潜力的治理策略。本文系统解析酸性铀污染地下水原位生物修复的技术原理、现存问题与发展方向:追溯铀采冶活动引发的酸性污染成因,阐释金属还原微生物作用的代谢特征及原位修复技术发展历程,评述生物还原(核心)、生物矿化(稳定固化)、生物吸附(快速截留)和生物累积(资源化潜力)等多元固铀机制;剖析极端酸性环境(pH<4.0)、竞争性电子受体(硝酸盐等)、寡营养环境、微生物群落动态演替及U(IV)产物稳定性等关键制约因素,提出针对性解决策略;未来应以自主适应微生物群落构建、稳定性强化技术(如晶态U(IV)生成调控)与多机制协同融合(生物-化学耦合、电子供体智能投送等)的创新研究为方向,以提升复杂酸性系统中修复效能与长效性。

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13. 基于通道注意力机制优化的轻量型SqueezeNet智能成矿预测方法

杨娜, 张振凯

地学前缘 2026, 33 (4): 71-83. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2026.2.57

摘要（464）

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智能化找矿是矿产资源勘探的重要发展方向,深度学习能够揭示海量地学数据中与成矿相关的内在关联,挖掘多源控矿因素与矿产资源之间的复杂非线性关系。然而,当前用于成矿预测的深度学习模型通常参数较多、结构复杂,难以高效集成到现有矿产资源勘查评价系统或勘查工具中。同时,在提取局部空间特征时,往往未充分考虑不同控矿因素通道的重要性差异,导致模型预测性能提升受限。为此,本文提出一种基于通道注意力机制优化的轻量型卷积神经网络方法用于成矿预测。该方法采用SqueezeNet网络减少模型参数量,并通过引入Squeeze-Excitation模块为模型添加通道注意力机制,从而依据各控矿因素对预测结果的贡献动态分配权重,使模型更关注重要性高的控矿因素通道,保留更多关键成矿特征,提升成矿预测模型性能。将所提方法应用于陕西省凤县金矿潜力预测,通过对比传统卷积神经网络、未添加通道注意力的SqueezeNet,以及添加通道注意力模块的两种优化结构构建的成矿预测模型性能,证明了本文轻量型卷积神经网络模型能够大幅度减少模型参数量,同时验证了通道注意力机制对提高预测准确率的有效性。所构建的模型能够在29.5%的研究区预测面积内,准确识别81.8%的已知金矿资源,取得了可靠的矿产预测效果。

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14. 地震水文地质学:基于灾害视角的“水岩相互作用”

史浙明, 王广才, 晏锐, 齐之钰

地学前缘 2026, 33 (1): 80-94. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.12

摘要（455）

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地震水文地质学是研究地震与地下水相互作用的一门学科,与传统水文地质研究不同,其主要关注因地震等地壳运动产生的含水介质变形而导致的地下水文过程演化。本文从地壳变形与地下水动态、地震地下水前兆异常、地震引起的同震及震后响应以及地震导致的水文地质参数变化等方面进行综述,重点介绍了近二十年以来的进展。线孔弹性理论的发展为定量刻画地震等地壳运动与地下水动态的关系提供了理论基础。地下流体前兆异常在近年来的地震预测实践中起到了较好的参考作用,其中地下水地球化学指标监测及大规模地球化学观测网络的建设是一大亮点。与此同时,建立地下水物理与化学动态的前兆异常耦合机理模型以及发展机器学习等新兴的前兆信号提取方法是未来需要重点突破的方向。地震引起的含水层介质渗透性的改变及其导致的水量交换和水化学的动态变化是解释同震及震后地下水响应的主要机理,基于地下水对潮汐、气压等周期性信号响应的含水层参数识别为连续获取水文地质参数提供了新途径,然而现有潮汐和气压响应的解析模型在参数计算方面往往存在多解性问题,发展新的模型和方法以降低计算结果的不确定性是未来需要考虑的方向。为了更好地理解地震与地下水系统间的相互作用,在前期研究基础上建立涵盖温泉、地下水监测井的断裂带试验场,开展水位、水温、流量、化学组分、形变及地震波的综合观测,是深化地震水文地质学科理论发展的基础。

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15. 海岸带地下水循环及其环境效应研究进展与展望

韩冬梅, 曹国亮, 萧怡, 宋献方

地学前缘 2026, 33 (1): 384-404. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.17

摘要（449）

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海岸带地下水循环是陆海交互带水动力过程与生态环境演化的关键环节,其动态演变受自然与人类活动的双重驱动,并对沿海地区的资源、生态与可持续发展产生深远影响。本文系统综述了滨海地下水循环及其环境效应的研究进展,重点探讨了以下内容:海岸带水循环的多尺度过程,包括地表水-地下水相互作用、潮汐驱动下的地下水流动态及陆海界面水文交换;地下水循环演变的驱动要素,涵盖气候变化(包括降水格局改变、海平面上升)、人类活动(包括人口经济增长、土地利用变化、流域水资源开发)以及地质地貌的控水机制;地下水文过程引发的环境效应,包括营养物质与污染物迁移对近岸水质的调控、海水入侵与土壤盐渍化的生态威胁、海底地下水排泄(SGD)对海洋碳\氮循环的贡献,以及超采引发的地面沉降灾害;阐释了我国海岸带相关的环境效应特征。提出未来研究应加强高分辨率监测、多过程耦合模拟、人地系统协同管理与碳中和背景下的生态效应评估,支撑海岸带水资源安全保障与生态保护战略实施。

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16. 岩溶地下水系统的碳循环

蒲俊兵

地学前缘 2026, 33 (1): 369-383. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.28

摘要（448）

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全球岩溶分布面积约2 000万km²,其地下水资源约占全球地下水资源量的26.4%。在岩溶区CO₂-H₂O-CaCO₃相互作用的系统中,碳酸盐岩的溶蚀(风化)成为地球表层快速且大量吸收大气CO₂的重要表生地质过程,大量的CO₂被吸收进入岩溶地下水系统,成为表层地球系统固碳的重要环节。岩溶碳循环受水循环过程的驱动,水体赋存位置及水文状态在一定程度上决定了岩溶碳循环的途径、效率、强度以及碳汇效应。本文在总结岩溶地下水系统基本特征的基础上,围绕碳的来源、碳的动态和碳的固定三个关键过程,分析了近年来岩溶地下水系统碳循环的进展。岩溶地下水系统具有多空间维度的非均质性、含水层结构的不稳定性、水文状态的高度变异性、地下水地表水转换频繁、防污性能弱、易受污染等特征,形成了特殊的水循环过程,并控制了系统的碳循环过程。岩溶地下水系统中碳主要有溶解无机碳(DIC)、颗粒无机碳(PIC)、溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)4种,它们的含量是内源碳和外源碳动态平衡的结果,其来源和贡献比受区域气候、地质、水文、生态等条件和生物活动等过程的共同影响。岩溶地下水系统DIC的动态变化受到CO₂效应、稀释效应、活塞效应的影响,并且受水文地质条件和水-岩-气相互作用程度的影响存在显著的空间变化,而OC的变化主要取决于源效应和水文效应。自养微生物的碳同化作用、生物碳泵效应、微型生物碳泵效应是岩溶地下水系统中的主要固碳机制,具有较大的固碳潜力。未来,应进一步关注分布式水-碳耦合循环模型构建、岩溶地下河系统吸碳-稳碳-固碳-储碳全流程的监测及分析技术体系构建和岩溶地下水系统固碳增汇的人工调控模式等方面的问题,可为深入理解岩溶地下水系统的碳循环过程,准确评价岩溶区的碳收支,维护岩溶区生态安全及实现“碳中和”目标提供新的科学认知。

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17. 智能综合找矿模型:理论构建、方法集成与找矿实践

肖克炎, 王瑶, 李楠, 唐瑞, 王政尧, 宋相龙, 孙莉, 邹伟, 丛源

地学前缘 2026, 33 (4): 12-24. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2026.2.68

摘要（445）

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随着找矿工作全面向深部与隐伏区拓展,传统预测方法与单一机器学习模型面临泛化能力弱、缺乏地质可解释性等严峻挑战。为破解上述难题,本文系统梳理了“数据与知识双驱动”智能找矿范式的发展脉络,并构建了包含“数据-知识融合层、智能建模-解构层、应用验证-反馈层”的三层理论架构。本文深入剖析并凝练了打破“黑箱”壁垒的关键技术路径,指出基于知识图谱嵌入与图注意力机制的协同约束是当前实现数据与知识深度融合的核心机制。研究系统阐明了该机制的工作逻辑:通过地质本体的硬约束剔除空间无关噪声,并利用协同赋权的软约束引导模型自适应关注高致矿特征,从而建立了从野外实证到模型迭代优化的完整反馈闭环。综合分析表明,双驱动模式有效实现了人类专家成矿逻辑与机器算力的高效协同,显著提升了找矿模型的可解释性与预测精度。本研究可为推动地质找矿向智能化决策跨越、培育矿业新质生产力提供系统的理论参考与指引。

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18. 融合数值模拟和机器学习的民勤盆地地下水潜力评价与主控因素识别

周斐然, 尹子悦, 孙晓敏, 宋健, 杨蕴, 吴剑锋

地学前缘 2026, 33 (1): 511-522. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.6

摘要（439）

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绿洲作为干旱区生态安全的核心载体,其稳定性高度依赖地下水资源的可持续性,地下水潜力区的精准识别能为干旱区水资源优化配置提供决策支撑。本研究将民勤盆地作为西北干旱区内陆河流域的典型绿洲系统,提出了一种融合数值模拟和机器学习的干旱区地下水潜力综合评价方法。通过地下水数值模拟获取高精度的地下水埋深空间分布以及渗透系数、给水度两个关键参数,综合考虑气象、水文、土地利用、地形和地质5大类共18个影响因素,分别采用6种机器学习模型,系统评估了地下水潜力空间分布特征。研究结果表明:绿洲区地下水潜力呈现南高北低的空间格局,LightGBM模型(准确率为87.87%,F₁分数为0.716,AUC为0.943)预测地下水潜力表现最优,XGBoost和随机森林次之,支持向量机、K近邻和BP神经网络的预测性能则相对较弱。在此基础上,通过随机森林、XGBoost和LightGBM 3个树模型计算特征重要性,结果显示地下水埋深(权重17.1%~18.5%)是影响民勤绿洲地下水潜力的关键主控因素,其次是潜在蒸散发(12.5%~14.2%)、大气降水(8.6%~12.5%)、NDVI(6.2%~12.8%)及地表高程(6.7%~11.4%)。本文提出的研究方法适用于干旱区的地下水潜力多参数评估体系,为干旱区绿洲地下水资源评价提供了科学依据。

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19. 页岩气和煤层气中氦气富集机理与资源潜力:以川南页岩气和鄂东缘煤层气为例

陈燕燕, 温志新, 陶士振, 吴伟, 刘祥柏, 杨秀春, 高建荣, 刘庆尧, 李靖, 杨怡青, 陈悦

地学前缘 2025, 32 (5): 244-257. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.11.85

摘要（438）

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近年来,国内外天然气藏中氦气相关研究日益增多,但研究对象多以常规天然气藏和致密气为主,页岩气和煤层气中氦气研究至今仍处于起步状态。本研究以四川盆地南部页岩气和鄂尔多斯盆地东缘(鄂东缘)煤层气为研究对象,分析测试结果表明川南页岩气中氦气含量分布范围为0.020%~0.051%,鄂东缘煤层气中氦气含量分布范围为0.01%~0.16%。其中,三交北区块中煤层气氦气含量最高,为0.023%~0.16%,为富(含)氦煤层气。川南页岩气和鄂东缘煤层气中的³He/⁴He值较低,指示壳源放射性衰变氦为主要来源。典型富(含)氦气页岩气和煤层气精细解剖表明,在充足氦源补给、有效通源输导、良好保存条件和适宜天然气-氦气浓度匹配条件下能够形成自生自储型富(含)氦气藏。下伏古老克拉通基底、周边发育通源断层区域可作为氦气潜在有利勘探目标。经初步评价,三交北地区煤层气中氦气资源量为0.807×10⁸ m³,是潜在的大型氦气田,具有良好提氦潜力。本研究结果丰富了页岩气和煤层气氦气富集成藏理论,为探寻和发现页岩气和煤层气富氦气区提供了思路与方向。

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20. “地球科学智能与大数据” 主题专辑目次

地学前缘 2026, 33 (4): 0-0.

摘要（435）

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