地学前缘

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1. 管窥人工智能与大数据地球科学研究新进展

周永章, 肖凡

地学前缘 2024, 31 (4): 1-6. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.99

摘要（1212）

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本期是《地学前缘》组织出版的“人工智能与大数据地质”主题专辑。它由17篇学术论文组成，涵盖了知识图谱、基于深度学习的图像识别、非结构化地质信息的机器可读表达、图形大数据与社区发现、关联规则算法、三维地质模拟与成矿预测、物联网与在线监测系统等不同主题，提供了极其有价值的应用场景和研究案例，在一定程度上反映了中国人工智能与大数据地球科学领域研究的最新进展，值得同行关注。

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2. 融合知识图谱的矿产资源定量预测

王成彬, 王明果, 王博, 陈建国, 马小刚, 蒋恕

地学前缘 2024, 31 (4): 26-36. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.3

摘要（1093）

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大数据和人工智能极大地促进了矿产勘查的发展,创新了矿产预测研究范式,提升了地质找矿大数据的挖掘与集成能力。在资源定量预测领域,知识-数据联合驱动的综合信息智能预测已逐渐成为行业共识,如何实现数据和知识联合驱动是目前亟待解决的问题。知识图谱可以整合多源、异构的地质找矿大数据,其中蕴含的知识和规则在驱动地球科学领域的知识发现方面具有重要的发展潜力。本文针对大数据和人工智能时代对资源定量预测智能化和自动化的需求,结合知识图谱相关技术的特点,探讨融合知识图谱技术的矿产资源定量预测智能化和自动化的可行性和技术方法路线。重点剖析面向矿产预测的成矿-勘查系统多时序全要素知识图谱构建和基于知识图谱从“求同”和“求异”的角度建立找矿预测模型,知识图谱中的知识嵌入到地物化遥异常信息提取的方法,以及融合知识图谱的资源定量预测工作的机遇和挑战。拟希望将知识图谱中知识表达和推理融入到矿产资源定量预测技术方法流程中,协助地质专家来确定矿产预测模型,提高矿产预测的自动化和智能化。

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3. 页岩储层构造裂缝活动期次及开启性研究进展与展望

丁文龙, 王垚, 张子游, 刘天顺, 程晓云, 勾通, 王生晖, 刘霆锋

地学前缘 2024, 31 (5): 1-16. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.11

摘要（1082）

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随着我国在非常规油气领域的研究不断深入和技术手段不断提高,页岩油气勘探开发工作取得了显著进展。大量生产实践结果表明:页岩储层裂缝是影响油气富集、高产和稳产的关键因素,页岩储层中裂缝的存在不仅可以改善储层的物性,还有利于后期的压裂改造。特别是储层中发育的构造裂缝,其活动期次与开启性的研究对于揭示页岩油气富集规律、保存条件等具有重要意义。早期对于页岩储层裂缝的研究集中在裂缝分类、识别与表征、裂缝发育主控因素分析与分布预测及建模等方面,而对于裂缝的形成时间与活动期次厘定、裂缝开启性的主控因素、裂缝开启与闭合机理、裂缝开启程度定量表征研究相对薄弱,制约了我国盆内页岩油气的高效勘探开发。为此本文在充分调研了国内外页岩储层构造裂缝研究成果的基础上,围绕页岩储层构造裂缝活动期次及开启性这一主题,重点梳理了页岩裂缝期次划分、充填脉体定年、开启性主控因素分析及开启程度定量表征方面的研究进展。裂缝活动期次的划分方法可分为两类:地质定性分析和裂缝充填物地球化学示踪分析。在实际应用中,上述方法只能得到裂缝活动期次相对的先后顺序,且会受到埋藏史、热史等基础地质资料精度的影响,其应用存在一定局限性。裂缝中脉体多为碳酸盐岩矿物和石英,高精度微区原位U-Pb定年技术的出现,使得厘定不同组系裂缝脉体形成的绝对年龄成为可能,避免了由于热史、埋藏史认识差异带来的流体活动时间的多解问题。影响构造裂缝开启性的主控因素较多,不仅受到岩石本身特性的影响,还受到现今地应力、地层流体压力等因素的控制。裂缝中广泛分布的纤维状充填物岩石学特征记录了晶体的生长过程,此类特殊的晶体形态是裂缝曾经存在多期活动的证据,揭示了裂缝多次开启-闭合的演化过程。目前主要应用开度这一参数来表征裂缝的开启程度,或是通过计算及实验获取裂缝开启压力间接表征其开启性。在总结并分析上述研究成果后指出了页岩储层构造裂缝活动期次及开启性研究中存在的关键问题及发展趋势,旨在丰富和完善页岩油气储层研究的理论和方法体系,为我国页岩油气的构造保存条件和富集机理研究提供重要的科学依据。

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4. 页岩储层多尺度天然裂缝表征与三维地质建模:以四川盆地平桥构造带五峰组-龙马溪组页岩为例

乔辉, 张永贵, 聂海宽, 彭勇民, 张珂, 苏海琨

地学前缘 2024, 31 (5): 89-102. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.13

摘要（1021）

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天然裂缝是页岩储层重要的储集空间和渗流通道,查明天然裂缝类型及其空间展布特征是页岩气勘探开发的重要基础之一。基于地震、露头、岩心观察、测井和微观测试分析等资料,重点考虑裂缝对页岩气富集高产的控制作用,将页岩储层天然裂缝分为大尺度、中小尺度和微尺度3类,明确了各尺度裂缝表征与建模方法和应用效果。(1)大尺度裂缝通过叠后地震属性表征,中小尺度裂缝以岩心、成像测井和地震属性预测相结合的方法表征,微尺度裂缝通过岩心描述、扫描电镜观测等方法表征,明确了各尺度裂缝发育密度、开度、产状和充填状况等特征。(2)大尺度裂缝通过输入叠后地震属性表征参数,采用确定性建模方法建立大尺度裂缝DFN模型;中小尺度裂缝以单井成像测井解释数据为先验信息,以多信息融合的裂缝概率体为空间约束建立裂缝密度体,采用随机模拟方法建立中小尺度裂缝DFN模型;微尺度裂缝建模以微观测试分析获取的微裂缝参数为基础,井资料与TOC等主控因素属性体结合建立微裂缝密度体,采用随机模拟方法建立微裂缝DFN模型。(3)以四川盆地平桥构造带页岩气为例,开展了页岩储层不同尺度裂缝表征与三维地质建模工作,明确了不同尺度裂缝的发育位置、规模和产状特征,刻画了不同尺度裂缝的空间位置、倾角、方位角、几何尺寸、发育密度等属性特征,形成了多尺度页岩储层天然裂缝表征与建模技术,为页岩气藏数值模拟提供了较可靠的模型依据。该方法建立的平桥构造带页岩储层三维地质模型及其模拟结果与地质认识、生产数据吻合较好,对页岩气田开发具有参考价值。

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5. 三维成矿预测关键问题

袁峰, 李晓晖, 田卫东, 周官群, 汪金菊, 葛粲, 国显正, 郑超杰

地学前缘 2024, 31 (4): 119-128. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.9

摘要（1014）

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三维成矿预测是当前深部找矿预测和勘查的重要方法和手段,其方法体系和实践应用均已取得大量成果,但同时存在若干关键科学技术问题,导致其进一步发展受到制约。本文从多尺度三维成矿预测方法体系不完善、不确定性分析与优化研究薄弱、三维成矿预测要素挖掘存在瓶颈、缺少针对三维成矿预测的三维深度学习模型和方法等关键问题出发,对目前三维成矿预测领域相关方面的研究进展进行综合分析,并提出针对上述关键问题可能的解决方案和研究方向。预期未来三维成矿预测领域的研究工作将创新发展出多种方法,实现对三维预测信息的深度挖掘;构建形成适用的三维深度学习模型和训练方法,有效增强三维成矿预测结果的预测能力;通过系统性地开展三维成矿预测不确定性研究,进一步优化预测过程和结果,有效提高三维成矿预测方法的可靠性和准确性;形成面向多尺度三维成矿预测的方法体系,更有效地指导矿集区-矿田-勘查区块(矿床)等不同级别的深部矿产资源找矿勘查工作。相关关键问题的解决将进一步深化和完善三维成矿预测理论和方法体系,促进三维成矿预测理论方法的实践应用,显著提升深部找矿预测和勘查工作的效率与水平,助力深部找矿突破。

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6. 海底氢气成藏模式与全球分布

索艳慧, 姜兆霞, 李三忠, 吴立新

地学前缘 2024, 31 (4): 175-182. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.98

摘要（991）

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氢能是一种清洁、高效、零碳的顶极能源。天然氢的形成和运聚与板块构造活动密切相关。地球作为整个太阳系已知唯一发育有板块构造和表面存在液态水的岩质星球，具备地球脱气、蛇纹岩水岩反应、水辐射分解等独特的地质生氢路径。占据现今地球表面面积2/3的海底，发育洋壳甚至有地幔物质的直接剥露，具备蛇纹石化形成天然氢的巨大潜力。海底天然氢有沿微板块边界的大量氢气产出机制和海底裂缝导致的海底渗透型的另类机制，现今海底微板块边界、洋底高原、海底裂隙系统、沿超慢速-慢速洋中脊和非火山型被动陆缘出露的微幔块都是寻找天然氢的有利目标，南海东北陆缘的“陆壳裂洞”也十分值得关注。由于不同构造环境的天然氢的形成和储存条件存在较大差异，天然氢在生成、运移和存储等方面存在多样性和差异性，因此难以建立一套统一的氢气成藏模式，也无法精准确定潜在资源量。已有的氢气显示和预测的有利生氢场所，能否成藏、成藏机制如何以及如何开发利用，也依然是未来需要探索的问题。

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7. 基于CT试验的黔北凤冈地区牛蹄塘组含方解石脉页岩的力学行为研究

邬忠虎, 孟祥瑞, 蓝宝锋, 刘敬寿, 巩磊, 杨玉翰

地学前缘 2024, 31 (5): 117-129. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.15

摘要（968）

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通过黔北地区牛蹄塘组页岩的岩心观察显示,方解石脉作为天然裂缝的充填物,并在很大程度上影响着页岩的破坏模式,研究含方解石脉页岩的破坏特性对水力压裂过程中裂缝的起裂、扩展行为的预测与工程设计有重要意义。为揭示方解石脉对页岩力学特性和破裂特征的影响,进行0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°7种倾角的单轴压缩和声发射试验,并结合CT扫描技术、有限元计算,构建了三维细观数值模型,讨论不同角度方解石脉对页岩的细观破坏过程和力学性能的影响,分析页岩微裂纹的时空演化规律。结果表明:(1)不同方解石脉角度页岩的声发射和应力-应变曲线形态变化基本相同,均经历压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段等4个阶段,各阶段区分明显,特征强度的变化曲线整体呈“U”形,变化程度不断加快,θ为75°时为最低值;(2)方解石脉显著影响页岩的破坏模式,随着角度的提高,由劈裂破坏转变为劈裂型剪切破坏再到剪切滑移破坏,最终变为劈裂张拉破坏;(3)重构的三维模型和物理试验的表现较为一致,并且能够观察到页岩内部和表面裂纹扩展与贯通过程,声发射的空间分布反映了不同阶段下的压缩、张拉和剪切破坏的单元类型,从微观角度揭示了含方解石页岩的破裂机制;(4)页岩的宏观力学特征同时受方解石和基质的影响,体现了明显的各向异性特征,方解石角度越高,对滑移导向作用越强,试件的力学性能越弱。

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8. 黔西北普底地区富锂黏土岩地球化学特征及成因

张七道, 李德宗, 李致伟, 王东晖, 于一帆, 朱星强, 蔡泉宇, 李明

地学前缘 2024, 31 (4): 258-280. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.20

摘要（960）

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黔西北普底地区二叠系梁山组直接不整合于寒武系娄山关组之上,梁山组黏土岩中有锂的超常富集现象,研究其富集机制可为黏土岩中锂资源开发与评价提供更为丰富的信息。采用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)分析、LA-ICP-MS面扫分析、矿物自动定量分析系统(AMICS)、X衍射和扫描电镜等手段,结合U-Pb年代学研究,对黏土岩中富集的锂开展元素地球化学、物质来源及赋存状态研究。研究结果表明:富锂黏土岩产于中二叠统梁山组中下部,锂矿化体产状受下伏基底娄山关组白云岩岩溶不整合面控制。富锂黏土岩中Li,Ga,V,Nb,Zr和F等元素相对富集,Ba和Sr等元素相对贫化。富锂黏土岩富集轻稀土元素,轻稀土元素以La、Ce和Nd为主,重稀土元素以Y为主。富锂黏土岩以淡水陆相沉积为主,具有陆相、海陆过渡相和海相多相沉积特征,沉积环境以氧化环境为主,形成于热带-亚热带温湿气候。富锂黏土岩锆石年龄谱约具有2.5 Ga、1.4 Ga、980 Ma、780 Ma和530 Ma 5个峰值,其中主要峰约为980、780和530 Ma。初步认为研究区梁山组富锂黏土岩具有多重物源,寒武系娄山关组不纯白云岩可能为主要物源,黏土岩中的Li主要赋存于高岭石中。

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9. 面向地质封存及其泄漏风险评价的CO₂物联网在线监测

马建华, 刘金锋, 周永章, 郑益军, 陆可飞, 林星雨, 王汉雨, 张灿

地学前缘 2024, 31 (4): 139-146. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.15

摘要（916）

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CO₂地质封存可以在控制CO₂排放的同时兼顾社会经济发展,已成为实现双碳战略目标必不可少的技术途径。然而,在CO₂地质封存过程中,由于封存的CO₂存在向封存区外泄漏或渗漏的风险,这可能对环境以及周围生物造成严重影响。因此,CO₂地质封存的安全性和有效性风险需要得到持续的监测,对于潜在泄漏的监测与识别是碳封存系统安全保障的关键环节。物联网在线监测技术具有的大范围、连续监测和智能分析等特征,较好地契合了地质封存场地的监测需求,但目前还没有在封存监测领域进行大规模应用。为了建立面向地质封存场地的物联网在线监测系统,首先介绍了传感器选择和传感器节点部署的依据,并提出了底层传感技术的设计思路,展示了已完成的碳排放在线监测系统。在传感器选择方面,采用红外CO₂传感器为主、激光CO₂传感器为辅、FT-IR巡逻监测的设计思路。在传感器节点部署方面,采用随机部署与固定部署结合,可移动部署实时优化的设计思路。在网络拓扑结构设计方面,在高泄漏风险的重点区域采用簇状拓扑和网状拓扑混合的方式,在边缘区域则采用星状拓扑、树状拓扑结构与主体区域相连的设计思路。未来伴随着传感器批量化和微型化生产的不断推进,传感器节点的分布组网将逐渐形成规模,物联网在线监测技术将在CO₂地质封存场地的监测领域发挥更为重要的作用。

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10. 粤西庞西垌地区非结构化地质信息机器可读表达与致矿异常区域智能预测

王堃屹, 周永章

地学前缘 2024, 31 (4): 47-57. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.5

摘要（905）

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大数据挖掘与机器学习算法应用已成为成矿预测研究的重要趋势,但如何使非结构化地质数据进行机器可读表达成为需要克服的难点。本研究针对粤西庞西垌矿集区开展地层、岩性、断裂等非结构化地质信息面向机器可读的转换处理,并进而应用机器学习算法对水系沉积物地球化学测试数据和构造、地层等综合地质信息进行挖掘,提取致矿异常特征,最终实现智能圈定致矿异常找矿靶区。独热编码算法与空间加权主成分分析中的权重变量方法组合应用,实现了地层、岩性和断裂构造等非结构化地质信息的结构化转化,并最大限度地保留其所包含的地质信息。单分类支持向量机和自编码网络异常检测算法的应用,解决了研究区已知矿点与非矿点数据不平衡问题。对多源地质数据的集成和综合生成的预测结果与研究区铅锌矿床的空间分布和实际的地质构造情况相对一致,表明上述算法能够有效识别找矿潜力区并寻找潜在的矿床。与传统的勘查地球化学方法相比,本研究中的分析方法能够处理和集成多源的地质致矿信息,可应用于尚未发现矿床的找矿潜力区,提高发现矿床的可能性和找矿工作的效率。

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11. 塔里木盆地塔北地区多期断裂差异匹配控制下超深岩溶缝洞储层成藏特征

李凤磊, 林承焰, 任丽华, 张国印, 关宝珠

地学前缘 2024, 31 (4): 219-236. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.5

摘要（894）

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超深断控岩溶缝洞型油藏是塔北地区重要油藏类型,探讨多期构造活动与深层油气成藏匹配关系对区域油气勘探具有重要意义。基于哈拉哈塘油田、金跃油田和富满油田连片地震资料,以野外地质露头断裂特征为指导,采用多种地震精细解释手段,分期、分级、分段刻画研究区断裂。基于研究区中寒武统玉尔吐斯烃源岩认识,结合加里东期、海西期和喜马拉雅期3期成藏的特点,将研究区走滑为主的控藏断裂划分为加里东早期、加里东中晚期、海西晚期和喜马拉雅期。进一步分析多期断裂继承性关系、通源特点和调整作用等,结合多种类型岩溶缝洞型储层的开发现状,探讨了研究区走滑断裂控制下的岩溶缝洞型储层成藏差异性。结果表明: (1)研究区油气藏关键因素是油源断裂通源性与后期断裂的调整作用,将加里东早期正断裂系统定义为源内断裂,加里东晚期形成的走滑断裂系统定义为源外断裂,源内断裂利于寒武系烃源岩排烃,源外断裂进一步沟通烃源岩实现油气运移成藏,基于这种认识建立4种通源模式;(2)结合研究区存在加里东晚期、海西期和喜马拉雅期3个主力生烃期的认识,海西晚期部分北西向走滑断裂继承性发育至二叠系,对加里东期油藏有一定的破坏和调整作用,喜马拉雅期部分北东向走滑断裂系统继承性发育至新近系,对早期油气藏起破坏和调整作用,建立了3种调整样式;(3)根据断裂匹配关系,建立6种走滑断裂控藏等级,并将研究区加里东中晚期走滑断裂带逐一划分,叠合开采现状图显示差异控藏断裂与油气生产情况匹配度较高;(4)选择发育断裂与岩溶共同控储的研究区,建立多期断裂系统与多种类型岩溶缝洞油气藏的匹配关系,并将认识成功应用于研究区井位勘探中,取得较好效果,为受控于走滑断层的岩溶缝洞油气藏勘探开发提供一定指导意义。

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12. 珠江流域沉积物重金属污染特征、生态风险及来源解析

涂春霖, 和成忠, 马一奇, 尹林虎, 陶兰初, 杨明花

地学前缘 2024, 31 (3): 410-419. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.47

摘要（894）

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沉积物中重金属的富集威胁着珠江流域水环境的安全。研究珠江流域沉积物中重金属污染状况可以为流域沉积物重金属污染防治和水环境科学管理提供支撑。收集了2009—2022 年发表的珠江流域沉积物中重金属(As、Cd、Pb、Cr、Cu和Zn)含量的数据,运用数理统计分析、相关性分析和正交矩阵分解模型(PMF)探讨了珠江流域沉积物中重金属的分布特征和污染来源,采用地累积指数和潜在生态风险指数法对重金属污染程度和生态风险进行了评价。结果表明,珠江流域沉积物中As、Cd、Pb、Cr、Cu和Zn平均含量分别为49.29、2.76、63.97、67.44、48.72和186.60 mg·kg^-1,其中As、Cd、Pb和Zn超过了中国南方水系沉积物均值,而Cu和Cr接近中国南方水系沉积物均值。珠江流域沉积物中Cd和As污染最为严重,其中Cd主要为偏中度-中度污染,As主要为轻度-偏中度污染,其余重金属主要为轻度-无污染。沉积物重金属单因子危害指数排序为:Cd>As>Pb>Cu>Zn>Cr。Cd在整个珠江流域内都表现出较为严重的危害程度,贡献了生态风险指数的70.73%~93.73%;As在西江、南北盘江和珠江三角洲危害程度均为中等;其余重金属Pb、Cr、Cu和Zn危害程度均为轻微。PMF解析结果表明,沉积物中重金属主要来源为矿业活动和农业活动的复合污染源、燃煤和工业活动污染源、大气沉降和交通污染源以及自然源,贡献分别为21%、17%、35%和27%,其中前三者均属于人为来源,贡献累计可达73%。Cd和As主要受到矿业活动、工业活动和农业活动的影响,Pb主要来源于交通污染和矿业活动,Cr主要为自然源,而Cu和Zn来源比较复杂,受到4种来源的综合影响。

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13. 基于本体指导的矿产预测知识图谱构建研究

叶育鑫, 刘家文, 曾婉馨, 叶水盛

地学前缘 2024, 31 (4): 16-25. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.4

摘要（893）

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在基于数据驱动范式的科学研究中,构建知识图谱已被证明是获取和表征知识的有效手段之一。然而,目前已构建的矿产资源预测领域知识图谱仍然存在诸多挑战和局限性,有待进一步解决和完善。首先,针对矿产预测的本体构建问题研究相对较少,尤其是该领域现有知识图谱的本体层普遍缺乏时空语义,限制了对于矿产资源时空特征的有效表示与分析。其次,现有图谱构建方法主要为面向数据层面的文本抽取,而缺乏对于复杂逻辑关系的本体层建设,以及本体层与数据层之间的有效关联。以上问题会导致构建的地学知识图谱缺乏深层次的语义信息,难以满足矿产资源预测对表达复杂地学概念和关系的需求。针对上述问题,本研究以综合信息矿产预测理论为指导,旨在构建可应用于矿产预测任务的复杂语义知识图谱。具体而言,首先通过对矿产预测的理论和方法进行解析构建初始化领域本体,然后选择成熟的地质时间本体和地理空间本体对初始本体进行本体融合和扩展,通过嵌入时空语义有效表达地矿产资源的时空特征。此外,重点关注了本体层与数据层之间的关联建设,通过建立丰富的语义关系,实现知识图谱中各个节点之间的有效连接与信息共享。实验结果表明,采用本文所提出的方法构建的图谱在知识丰度和置信度等指标上均优于其他现有方法。这一研究为矿产预测领域提供了更为深入和全面的数据资源建设的方法支撑,有助于推动该领域的进一步发展和应用。

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14. 鄂尔多斯盆地西北缘海相页岩裂缝孔隙发育特征与页岩气富集模式:以奥陶系乌拉力克组为例

陈如彪, 王玉满, 黄正良, 李维岭, 闫伟, 梁峰, 郭玮

地学前缘 2024, 31 (5): 46-60. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.14

摘要（891）

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鄂尔多斯盆地西北缘奥陶系乌拉力克组是华北板块页岩气勘探的新领域,其成藏条件和富集特征与中国南方海相页岩气田差异较大。本文以钻井岩心、测井和分析测试等地质资料为基础,重点开展乌拉力克组裂缝发育特征研究,探索西北缘海相页岩气聚集模式,并获得4点认识:(1)乌拉力克组受多种沉积微相控制,发育硅质页岩、钙质硅质混合页岩和黏土质硅质混合页岩,局部为碳酸盐岩(主要为角砾灰岩、泥灰岩)和钙质页岩,在不同区块岩相组合差异大,但下段整体富含硅质,脆性与龙马溪组下段相近,在前陆冲断席分布区有利于储层造缝;(2)乌拉力克组发育高角度充填缝和低角度顺层缝等两期裂缝,但以开启状顺层微-小裂缝为主,且南段较北段发育;(3)乌拉力克组下段总孔隙度一般为2.46%~7.08%,与四川盆地龙马溪组基本接近,其中基质孔隙度占比为34.0%~90.0%(平均61.1%),裂缝孔隙度占比为10.0%~66.0%(平均38.9%);(4)乌拉力克组天然气赋存以游离气为主(占比超过64%),在本层无机孔隙和顺层缝系统中存在初次运移和二次运移。综合分析认为,受裂缝发育程度影响,马家滩-上海庙探区主体为受构造控制的裂缝型页岩气聚集区,裂缝发育期与生气高峰期同步,有利于天然气在乌拉力克组内高效聚集成藏;铁克苏庙区块则为混合型页岩气聚集区。

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15. 苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段页岩油储层裂缝形成机制及对烃类赋存的影响

高玉巧, 花彩霞, 蔡潇, 白鸾羲, 卢葭

地学前缘 2024, 31 (5): 35-45. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.30

摘要（885）

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苏北盆地溱潼凹陷阜二段是页岩油勘探开发的有利层段,页岩天然裂缝发育,是页岩油的重要储集空间和渗流通道,对页岩油的开采与增产有重要影响。综合利用岩心观察、成像测井、薄片观察和实验分析测试等资料,应用先进环境扫描电镜、激光扫描共聚焦显微镜等仪器,对溱潼凹陷阜二段页岩天然裂缝的成因类型、发育特征、形成机制、赋存状态和对油气赋存的影响开展了研究。溱潼凹陷阜二段天然裂缝以构造裂缝和沉积成岩裂缝为主,沉积成岩裂缝主要以层理缝为主,发育少量缝合线;构造裂缝包括穿层剪切裂缝、顺层剪切裂缝和层内张裂缝。在纵向上阜二段各小层裂缝发育特征差异较大,从Ⅰ亚段到Ⅴ亚段,裂缝发育类型逐渐单一,裂缝密度逐渐减小,裂缝的延伸长度逐渐增大,并且裂缝的填充性逐渐减弱。阜二段页岩天然裂缝受沉积成岩、构造和异常高压等多种因素作用形成复杂的缝网,沟通储层基质孔隙形成了立体的孔-缝系统,为页岩油的储集提供了良好的空间,也极大地提升了储层的渗流能力。环境扫描电镜和激光扫描共聚焦显微图像显示阜二段页岩油主要以游离态和吸附态两种赋存形式存在,游离油主要以液态油滴形式赋存于孔隙和微裂缝中,吸附油以油膜形式包裹于矿物颗粒表面。裂缝中原油主要以轻质组分为主,孔隙中既有轻质组分又包含重质组分。天然裂缝发育,明显提高了页岩的储集物性,有利于后期压裂改造,是溱潼凹陷阜二段页岩油得以富集并实现高产的重要保障。

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16. 柴达木盆地周缘战略性金属矿产成矿规律与勘查方向

张爱奎, 袁万明, 刘光莲, 张勇, 汪周鑫, 孙非非, 刘智刚

地学前缘 2024, 31 (3): 260-283. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.86

摘要（880）

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战略性矿产资源是国民经济发展的重要基础,也是国家安全的根本保障。柴达木盆地周缘战略性矿产资源丰富,成矿条件有利,提升成矿规律认识和明确勘查方向,对于实现找矿突破,为国家提供战略性矿产资源保障基地具有重要意义。笔者在全面收集区内已有资料的基础上,通过系统梳理柴达木盆地周缘战略性矿产种类,分析其成矿类型及成矿特点,结合地球物理及地球化学资料,提出进一步勘查方向。主要取得如下成果:①柴达木盆地周缘金、镍、钴是具有地域优势的战略性矿产,奥陶纪、志留纪末—泥盆纪和三叠纪是金、镍和钴矿最重要的3个成矿期。②镍矿床类型为与镁铁-超镁铁岩有关的同生岩浆矿床,主要形成于志留纪末—泥盆纪后碰撞-后造山环境,铁质超镁铁岩愈加发育,原生岩浆MgO含量和部分熔融程度高,Fo值和En值高且数值接近,橄榄石Ni含量较低有利于形成大矿。③钴矿分为岩浆型、(变)沉积岩容矿型及热液型三大类:岩浆型钴矿伴生在与镁铁-超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床中,Co与Ni品位及资源储量近乎成正比;(变)沉积岩容矿型包括奥陶纪锰钴矿和中元古代氧化铁钴矿,前者是东昆仑成矿带较为特色且具有较大找矿潜力的一种新类型钴矿;热液型以热水喷流沉积型和夕卡岩型较为重要,前者往往形成独立矿床或与铜矿共生,成矿时代以奥陶纪为主,其次是石炭纪,形成于奥陶纪增生造山作用和石炭纪古特提斯洋扩张环境,夕卡岩型钴矿多与铁或铜矿共(伴)生,主要产在三叠纪花岗岩与围岩接触带或远离接触带的夕卡岩中,矿石品位一般较高。④金矿有造山型、夕卡岩型、斑岩型、浅成低温热液或岩浆期后中低温热液型4个类型,存在425.5~401 Ma、383~349 Ma、284~263.21 Ma和242.2~202.7 Ma共4期成矿事件,以第一和第四期最为重要,分别响应原特提斯洋构造旋回后碰撞伸展及古特提斯洋构造旋回后碰撞-后造山伸展,志留纪末—泥盆纪和中—晚三叠世两次大规模壳-幔相互作用是控制金矿形成的深部因素。⑤志留纪末—泥盆纪岩浆铜镍钴硫化物矿床、奥陶纪沉积岩容矿型锰钴矿和热水喷流沉积型钴矿、志留纪末—泥盆纪和中—晚三叠世造山型金矿、中二叠世—三叠纪斑岩型铜钼钨锡矿、三叠纪伟晶岩型锂(铍铌钽铷铯)矿、三叠纪夕卡岩型铁-多种战略性金属复合矿及寒武纪岩浆型铬矿是今后勘查的重要类型,需关注区内中—低地磁异常区和地球化学综合异常区,加强矿床深边部和半隐伏矿床的勘查。

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17. 冻土区土壤甲烷排放的研究进展及发展趋势

张舜尧, 施泽明, 杨志斌, 周亚龙, 张富贵, 彭敏

地学前缘 2024, 31 (4): 354-365. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.29

摘要（869）

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作为全球碳循环系统及陆地生态系统的重要组成部分,冻土区土壤甲烷排放在土壤碳库与气候变化之间的反馈联动机制中扮演着关键性角色,并因此成为全球气候变化研究中的前沿热点问题。冻土区土壤甲烷排放的气源主要为微生物产甲烷活动和冻土层、天然气水合物中的气体释放作用,其中,微生物气源的研究较为成熟,而冻土层和天然气水合物气源甲烷的排放研究目前尚停留在定性分析阶段。在影响因子方面,文献计量学统计结果中出现频次最多的关键词依次为土壤温度、湿度和水位条件、有机质含量、地表植被条件等,这些要素可以对甲烷产生、传输和氧化吸收等多个环节产生影响。模型计算法是当前冻土区土壤甲烷排放评估预测的主要方法,包括早期的统计计算模型和近年来出现的基于土壤甲烷排放成因机理的过程模型,相关计算结果有效地支撑了全球气候变化评估研究。通过对冻土区土壤甲烷排放研究成果的梳理和总结,发现当前对冻土区土壤甲烷排放的气源和单因子影响作用认识较为明确,不同尺度的监测和评估方法也较为成熟。但是,对多气源作用下的冻土区土壤甲烷复合排放研究仍然较为薄弱,尤其是在冻土层和天然气水合物的甲烷释放方面,还缺少相关的定量计算研究。与此同时,在影响因子研究方面,也缺少多因素作用下的成因机理和驱动机制分析。因此,可以通过多方法、多因素综合监测研究,利用产甲烷微生物的元基因组分析、多气源土壤甲烷排放的同位素示踪等新技术和新方法,结合卫星遥感等大尺度观测结果,完善冻土区土壤甲烷排放的过程模型。此外,作为全球的“第三极”,青藏高原区域碳循环系统的变化将对亚洲,乃至全球气候变化产生重大影响。因此,还应进一步加强对青藏高原中纬度高原冻土区土壤甲烷排放的相关研究,为区域碳排放的定量评估和全球气候变化的研究提供理论支撑。

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18. 三维复杂地质结构模型的InterfaceGrid表达方法

牛露佳, 石成岳, 王占刚, 周永章

地学前缘 2024, 31 (4): 129-138. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.7

摘要（856）

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三维地质结构模型是地质空间内地质构造和地质体对象边界的数字化表征模型。随着地质数据矢量栅格一体化集成和地质数据空间查询分析需求增多,构建统一表达地质结构的一体化空间数据模型成为三维地质信息科学领域需要解决的基础性问题之一。针对规则网格、PillarGrid和SBRT模型等难以实现复杂地质结构的精细表达问题,本研究提出InterfaceGrid数据模型,充分考虑地质结构和属性的地下分布具有极强的非均匀性、不连续性和空间多尺度性,且表现出纵向分层特性和多属性场耦合的相关性。基于InterfaceGrid设计理论模型和数据结构,构建统一描述三维地质结构的InterfaceGrid数据模型,实现复杂地质结构的矢量栅格一体化表达。基于GeoAtom地原子理论构建InterfaceGrid的形式化表达框架,提出InterfaceGrid的构建流程,以及基于InterfaceGrid模型设计数据更新和空间查询算法。采用GPU光线投射和自适应采样策略实现地质网格的体可视化和在线浏览,结果显示,与SBRT模型相比较,InterfaceGrid能够更加真实地描述地质边界情况,提高了三维地质结构模型的准确性。在全球岩石圈三维网格化构建应用InterfaceGrid,验证了InterfaceGrid在大规模地质数据组织管理中的适用性,相比较PillarGrid数据量减少约1/3,更加适合基于大数据量的网络地学应用服务。

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19. 安哥拉地块北部Dondo地区古元古代花岗岩岩石成因:Columbia超大陆聚合的响应

刘伟, 张洪瑞, 罗迪柯, 贾鹏飞, 靳立杰, 周永刚, 梁云汉, 王子圣, 李春稼

地学前缘 2024, 31 (4): 237-257. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.2.15

摘要（842）

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安哥拉西部地区广泛发育古元古代Eburnean造山期花岗岩,是研究安哥拉地块构造岩浆作用特征的理想场所。本文对安哥拉地块北部Dondo地区大面积出露的花岗岩开展系统的岩相学、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学研究。结果显示:Dondo地区斑状黑云母二长花岗岩与黑云母二长花岗岩的侵位年龄分别为(1 983.3±7.7) Ma和(1 956.6±7.5) Ma,均为古元古代中期岩浆活动的产物。全岩样品具有高SiO₂含量、富碱、高10⁴Ga/Al值、高FeO^T/(FeO^T+MgO)值和Zr+Nb+Ce+Y含量,低MgO、TiO₂、CaO和P₂O₅含量的特征;微量元素富集Rb、K、Th、U、Zr和Hf,亏损Sr、Nb、Ta、P和Ti;稀土元素总量较高,轻稀土富集,重稀土亏损,整体不具有显著的负Eu异常;锆饱和温度计算所有花岗岩的结晶温度为757~889 ℃;以上这些岩石地球化学特征与A2型花岗岩一致。岩相学及地球化学的数据表明,两种花岗岩可能由来源于下地壳物质与地幔来源基性岩浆混合所形成。两种花岗岩具有相似的形成时代、矿物组成和连续的主微量元素变化趋势,这些特征表明它们的原始岩浆来自同一岩浆房,而二者之间特征的差别是由岩浆房内的晶体-熔体分异所主导。据此,本文认为:产生钾长石斑晶的岩浆曾经在地壳深部作过长时间滞留,导致钾长石稳定结晶,增加了岩浆的黏度和密度,使岩浆处于冻结状态;随后在幔源岩浆注入带来的热扰动和富集挥发分的作用下,冻结岩浆房迅速活化,从而发生晶体-熔体的分离,抽离的熔体形成了黑云母二长花岗岩,而混有先存晶体的岩浆则形成了斑状黑云母二长花岗岩。综合区域和全球构造演化历史,本次研究认为Dondo地区花岗岩形成于巴西São Francisco克拉通和Congo克拉通后碰撞的构造环境,该期岩浆活动可能是Columbia超大陆的碰撞造山事件在安哥拉地块的响应。

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20. 川南天宫堂构造带五峰组—龙马溪组页岩不同纹层内部结构差异及其控制机理

赵圣贤, 李博, 陈鑫, 刘文平, 张成林, 季春海, 刘永旸, 刘东晨, 曹埒焰, 陈玉龙, 李佳峻, 雷越, 谭静强

地学前缘 2024, 31 (5): 75-88. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.31

摘要（841）

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天宫堂地区位于四川盆地南部,发育大规模沉积稳定性与连续性好的海相页岩,是页岩气勘探开发的热点地区。本研究以五峰组-龙马溪组纹层状富有机质页岩为对象,基于岩心尺度描述与大薄片观察,系统分析了页岩纹层的发育特征,并对纹层组合进行了分类与定量表征。通过有机地球化学、矿物学、岩石学、孔隙结构和场发射扫描电镜等分析,表征了页岩的孔隙结构,揭示了页岩的储集物性特征。结合纹层分析结果,揭示了不同类型纹层组合内部结构差异及其控制机理。研究表明,川西南缘天宫堂构造五峰-龙一1亚段页岩主要发育递变型、块状型和砂泥互层型3类纹层组合。递变型纹层组合页岩和互层型纹层组合页岩水平渗透率远高于块状型页岩,块状型页岩的垂直渗透率最高,整体递变型纹层组合页岩物性最好。且三者孔体积和微孔比表面积均呈现由递变型纹层组合页岩、块状型页岩到互层型纹层组合页岩递减的趋势。受沉积环境和成岩作用的共同控制,具有较高TOC和发育有机质-黏土纹层的递变型纹层组合页岩相较于具有较低TOC和发育厚粉砂纹层组和黏土纹层为主的泥纹层组的互层型纹层组合页岩,有效孔隙空间更大,孔隙连通率更高,表现为孔体积更大。而相对较高的有机质含量和无序的矿物孔粒组合排列共同导致块状型页岩有效储集空间优于砂泥互层型纹层组合页岩,而劣于递变型纹层组合页岩。

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