地学前缘

Select

“人工智能与大数据地质”主题专辑目次

2024, 31(4): 0-0.

摘要 ( 177 )

PDF(460KB) ( 195 )

相关文章 | 计量指标

Select

管窥人工智能与大数据地球科学研究新进展

周永章, 肖凡

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

摘要 ( 1212 )

HTML ( 42 )

PDF(640KB) ( 365 )

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。

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

找矿知识图谱的智能化应用:以钦杭成矿带斑岩铜矿为例

张前龙, 周永章, 郭兰萱, 原桂强, 虞鹏鹏, 王汉雨, 朱彪彪, 韩枫, 龙师尧

2024, 31(4): 7-15.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.2

摘要 ( 812 )

HTML ( 23 )

PDF(5269KB) ( 424 )

找矿知识图谱是一个结构化的找矿知识表示形式,它通过将各种矿床地质、矿物、矿体和勘探开发技术等要素以及要素之间的关系进行关联和表达,形成一个知识图谱结构,为矿产资源的预测和评估提供了新的途径。本研究从数据源和文献中收集了钦杭成矿带斑岩铜矿的相关知识,利用自然语言处理技术构建了知识图谱并和机器学习技术进行知识的自动化提取和推理。本研究通过构建找矿知识图谱模型,对钦杭成矿带斑岩铜矿的实体、属性和关系进行了表达和存储。在此基础上,利用自然语言处理技术对知识图谱进行了语义关联和推理,实现了知识的自动化提取和推理。本研究还建立了查询问答和可视化系统,使用户可以通过查询实体、属性或关系来获取相关信息,并以可视化的方式展示钦杭成矿带斑岩铜矿信息的结构和关联。最后,本研究通过实验和测试验证了基于知识图谱的智能应用在钦杭成矿带斑岩铜矿找矿工作中的有效性和准确性。与传统方法相比,该应用能够在短时间内提供更全面、准确的找矿建议。未来,将深化图算法应用和推荐系统,以满足不同场景下的找矿需求,并拓展其在其他相关领域的应用潜力。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 893 )

HTML ( 9 )

PDF(5732KB) ( 202 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 1093 )

HTML ( 20 )

PDF(6062KB) ( 243 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于知识图谱多跳推理的中文矿物知识问答方法与系统

季晓慧, 董雨航, 杨中基, 杨眉, 何明跃, 王玉柱

2024, 31(4): 37-46.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.11

摘要 ( 662 )

HTML ( 7 )

PDF(2371KB) ( 378 )

已有相关矿物数据库用于存储和查询相关矿物知识,常用的搜索引擎也可以对矿物知识进行查询,但无法回答用自然语言进行提问的矿物问题,查询返回的答案需要进一步筛选。亦有基于知识图谱进行矿物知识问答的相关研究,但只能回答涉及知识图谱中一个三元组的简单问题,无法回答涉及多个三元组的多跳复杂问题。为此,本文提出基于知识图谱多跳推理的矿物复杂知识问答方法,采用ComplEx模型将矿物实体、关系和问句表示为复数向量,以更好地获取相互之间的语义及推理关系。输入矿物问句后,通过Bert-LSTM-CRF获取其中心词,采用基于编辑距离及分词的方法获得中心词的候选实体集合,然后采用全连接网络确定最相关的实体作为推理起点,与矿物问句拼接后通过全连接网络获得当前跳的最相关关系。根据当前跳的起始实体及最相关关系,在矿物知识图谱中获得另一实体作为下一跳的推理起点,并将下一跳的问句更新为原问句,与当前跳最相关关系拼接,以将当前跳的推理信息带入到下一跳推理中,直到获得的最相关推理关系为预定义的结束标识符,推理结束,返回最后一跳的实体为答案,并给出推理路径。采用Python语言,在Tensorflow框架下实现了本文提出的矿物复杂知识问答并与相关模型进行对比,证明了本文方法的有效性。采用前后端分离架构,使用RESTful API、React、Ajax、echarts和Flask等框架和技术,开发了基于知识图谱多跳推理的矿物复杂知识问答系统,为矿物知识获取及相关地质研究提供了平台和工具。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 905 )

HTML ( 10 )

PDF(6558KB) ( 211 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于大数据关联规则算法的卡林型金矿床元素富集规律及找矿方法研究

曹胜桃, 胡瑞忠, 周永章, 刘建中, 谭亲平, 高伟, 郑禄林, 郑禄璟, 宋威方

2024, 31(4): 58-72.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.13

摘要 ( 774 )

HTML ( 15 )

PDF(7504KB) ( 231 )

大数据时代的到来,为卡林型金矿床开拓了新的找矿思路。本研究应用关联规则算法,挖掘滇黔桂“金三角”卡林型金矿床内微量元素与金矿化海量数据之间的关联性,提取元素异常组合,分析控制因素,定量构建找矿标志。结果显示矿床内元素异常组合分为4组:(1)强正关联显著富集元素(As、Sb、Hg、Tl、Ag、W和Rb),显示硫化和黏土化作用;(2)较强正关联略富集元素I(Zr、Th、Ta、Nb和Hf)和强负关联强迁出元素(Li和Sr),显示去碳酸盐化作用;(3)较强正关联略富集元素II(Sn、Zn、Ni、V、Co和Cu),显示硫化作用;(4)弱关联基本无富集元素(Cd、Pb、Ba、Bi、U和Mo),与成矿无显著关联。从大数据角度获取的元素异常组合,与学界关于Au主要在去碳酸盐化、硫化和黏土化条件下形成的认识一致。通过关联规则算法分别对与硫化和去碳酸盐化相关的元素建立定量找矿标志。硫化找矿标志:样品中As、Hg、Sb、Tl、W、Ag和Rb等元素内中高含量项数≥1、≥2、≥3、≥4和≥5时,对应的Au矿化分别为≥4.5×10^-9、≥47.0×10^-9、≥150×10^-9、≥500×10^-9和≥1 000×10^-9;样品内高含量项数≥1、≥2和≥3时,对应的Au矿化分别为≥150×10^-9、≥500×10^-9和≥1 000×10^-9;找矿过程中两组指标配合使用,确保不漏矿,高效圈矿。去碳酸盐化找矿标志:样品中Zr、Th、Ta、Nb和Hf含量任意两项出现正异常,认为样品经历过去碳酸盐化作用。定量识别的硫化和去碳酸盐化找矿标志可望在卡林型金矿找矿预测中发挥重要作用。本研究基于关联规则算法分析矿床元素富集规律、控制因素和定量构建找矿标志的方法,也可为其他类型矿床开展类似研究提供新思路。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于CiteSpace的地质大数据与人工智能研究热点及前沿分析

朱彪彪, 曹伟, 虞鹏鹏, 张前龙, 郭兰萱, 原桂强, 韩枫, 王汉雨, 周永章

2024, 31(4): 73-86.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.10

摘要 ( 665 )

HTML ( 15 )

PDF(11073KB) ( 253 )

为研究地质学领域的大数据和人工智能研究现状、热点和前沿,在中国知网(CNKI)核心期刊和Web of Science(WoS)核心数据库收集了2000—2022年相关中文文献3 600篇、英文文献1 803篇,利用社区结构分析软件CiteSpace,从合作作者、研究国家、研究机构、关键词聚类、关键词时空分布图谱等进行可视化分析,并统计了2021—2022年间,地质学领域国际顶级期刊(综合影响因子10以上)的文献进行前沿分析。分析结果表明,近10年内该研究领域全球累计发文量激增,以中国为代表的亚洲国家和以美国为代表的欧美国家研究为主,双方累计发文量相差不大,论文中介中心性欧美国家普遍较高。我国研究机构之间的交流合作居多,与国外的研究机构交流合作较少,国外研究机构则与之相反。该领域以应用机器学习类方法、知识图谱构建等,在地质灾害防治、地震解释、石油与天然气勘查、固体矿产资源预测等方向进行的科学研究为研究热点,以深度学习、集成学习、智能平台搭建等为手段的地球演化过程中的重大地质事件研究、全球性气候变化、极地及海洋地质研究、数字地质建模及定量分析、地震预报、地灾易发性精准评估等为研究前沿。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于数据增强和集成学习的矿物图像识别

王琳, 季晓慧, 杨眉, 何明跃, 张招崇, 曾姗, 王玉柱

2024, 31(4): 87-94.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.6

摘要 ( 677 )

HTML ( 16 )

PDF(3258KB) ( 511 )

矿物识别是地质学研究的一个重要部分,对于资源勘探、岩石分类和地质环境监测都有着重要的意义。然而,传统方法通常依赖人的经验进行主观判断,并且效率低下。近年来,已有许多研究将深度学习的图像分类技术应用于矿物识别,以客观快速地识别矿物,这些研究都取得了一定的成果,但可识别矿物种类有限且精度需要进一步提升。为此本文首先解决了矿物数据集图像数据样本分布不平衡问题,对数据集中矿物图像较少的11个矿物类别采用DCGAN生成矿物图像进行数据增强,对比选择效果更好的方案对数据集进行扩充。其次,为了得到更可靠、精确度更高的识别模型,将ImageNet上表现较好的ResNet、RegNet、EfficientNet和Vision Transformer模型迁移到本文使用的矿物数据集上。针对训练好的基模型排列组合得到11个子模型,分别使用平均软投票法和加权软投票法两种方法进行集成,得到22个集成模型并对其训练得到识别结果,对比22个集成模型的结果选择出精度最高的集成模型。实验结果表明:使用DCGAN进行数据增强,在不同的模型上平均提升了3.12%的准确率,充分证明了DCGAN数据增强的有效性;在所有集成模型中,使用加权软投票法的模型表现较好,其中精度最高的是利用4个基分类模型进行加权软投票得到的集成模型,在扩充后的36种常见矿物数据集上达到了87.47%的准确率。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

矿物组分识别与智能解释在不同岩性之间的信息共享与迁移学习

刘烨, 韩雨伯, 朱文瑞

2024, 31(4): 95-111.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.8

摘要 ( 748 )

HTML ( 6 )

PDF(13833KB) ( 190 )

在地球科学领域,岩石微观观测数据的采集过程繁琐且效率低下,这不仅增加了研究成本,降低了可靠性,同时也限制了数据的开源共享。此外,由于岩性的多样性和观测手段的差异,单一数据集的规模通常较小,这对于依赖大规模数据集的深度学习框架而言是一大挑战。为此,本研究探索迁移学习如何促进不同岩性间的信息共享,并通过此机制提高矿物组分识别与智能解释任务的模型性能。通过采集不同区域、岩性、矿物组分和偏光模式下的铸体薄片样本,本文深入研究了深度学习模型在不同观测对象和手段下的迁移学习机制,并聚焦于探索地质信息的深层表征。研究成果不但揭示了迁移学习在促进地质学领域信息共享与模型性能提升中的关键作用,还为自动化和智能化地质认识融合奠定了基础。实验结果显示,通过迁移学习,本文模型在智能解释任务中的准确率显著提高,从53.3%提高至98.73%,而在矿物组分识别任务中,准确率也实现了近10%的提升。这些成果证明了迁移学习在地质学领域内解决实际问题和提高模型泛化能力、性能和稳定性方面的巨大潜力。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于渐进多粒度训练深度学习的矿物图像识别

万成舟, 季晓慧, 杨眉, 何明跃, 张招崇, 曾姗, 王玉柱

2024, 31(4): 112-118.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.1

摘要 ( 568 )

HTML ( 10 )

PDF(2344KB) ( 202 )

近年来,随着深度学习在地学领域中的应用,矿物图像识别变得越来越重要。虽然已经有研究将深度学习应用于矿物图像识别,并取得了一定的成果,但在大规模矿物数据集上的识别准确率仍然有待进一步提高。不同矿物之间可能存在细微的形态、纹理和颜色差异,符合细粒度识别算法特征,但以往的研究中很少有人采用细粒度方法进行矿物识别。所以本文提出了一种基于Next-ViT模型的细粒度矿物识别方法,通过引入渐进式多粒度训练拼图技术,实现对矿物图像的精确分类。首先采用Next-ViT模型作为特征提取器,该模型结合了Transformer结构和卷积神经网络的优势,能够提取到丰富的图像特征;接下来利用随机拼图生成器创建不同粒度级别的矿物拼图,这些拼图包含从细节到整体的多种信息。训练过程中采用渐进式多粒度训练策略,在训练的早期阶段,模型主要关注细粒度的特征,通过学习拼图中的细节信息来区分不同的矿物,随着训练的深入,模型逐渐将注意力转移到更大粒度级别的特征上,学习更加抽象和全局的信息。通过这种方式,模型能够充分利用不同粒度级别的信息,提高矿物识别的准确性。实验结果表明,该模型在常见的36种矿物数据集上取得了86.5%的准确率,有效地提高了矿物识别的准确率。这表明,细粒度识别方法对于矿物识别是有效的。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 1014 )

HTML ( 16 )

PDF(3871KB) ( 402 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 856 )

HTML ( 9 )

PDF(3722KB) ( 247 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 916 )

HTML ( 3 )

PDF(2487KB) ( 389 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

能源资源开发区域大气CO₂时空变化及影响因素分析

杨慧, 范怀伟, 徐晓, 张云惠, 王文峰, 闫兆进, 王成, 王俊辉, 刘蕾, 王冉, 慈慧

2024, 31(4): 147-164.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.14

摘要 ( 758 )

HTML ( 11 )

PDF(11711KB) ( 110 )

分析能源资源开发区域大气碳浓度的时空变化和影响因素,对于探索“碳达峰”“碳中和”背景下能源资源开发高质量发展路径至关重要。新疆维吾尔自治区是我国重要的能源和战略资源基地,本文面向新疆维吾尔自治区的能源资源开发现状,采集并预处理了2015—2021年轨道碳观测卫星-2(Orbiting Carbon Observatory-2,OCO-2)二氧化碳L3数据产品,分析研究区大气碳浓度的时间变化趋势和空间分布格局,构建深度森林回归模型,并分析各影响因素对碳浓度时空变化的驱动作用。结果表明:(1)新疆维吾尔自治区、准噶尔盆地、吐哈盆地和塔里木盆地XCO₂浓度在2015—2021年均呈周期性上升趋势,增长率呈“先减后增”,且季节变化趋势呈现明显的“春季高冬季低”;(2)在春、秋和冬季,新疆XCO₂浓度空间格局呈现“北高南低”的趋势,在盆地区域及能源资源开发区域出现XCO₂高浓度积聚现象,夏季则呈现“北低南高”趋势;(3)地形起伏、风场流速、NDVI、地表温度、降水量、10 mV风、10 mU风和能源开发强度对区域XCO₂浓度时空分布有显著影响,各因素呈现明显的空间异质性和显著差异。研究结果有助于理解能源资源开采区域的大气碳浓度时空演变机制,在国家碳减排目标的实现、指导碳中和策略、追踪碳减排效果等方面具有深远意义。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于微服务架构的城市土壤污染物联网监测及可视化系统研发

王汉雨, 周永章, 许娅婷, 王维曦, 曹伟, 刘永强, 贺炬翔, 陆可飞

2024, 31(4): 165-182.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.12

摘要 ( 736 )

HTML ( 2 )

PDF(5690KB) ( 107 )

土壤污染具有累积性、隐蔽性、潜在性和不可逆性,对城市土壤污染进行预防和科学系统的监测至关重要。传统监测方法存在时效性差、数据处理能力有限等问题,无法满足城市土壤污染预防和科学系统监测的需求。本研究旨在开发一套能够实时在线监测、处理和分析城市土壤污染数据的系统,以提高预测和预警的时效性。基于微服务框架Spring Cloud Alibaba,整合开发基于EMQX平台的订阅端,实现土壤数据的采集和入库。同时,开发与Geoserver服务器对接的WebGIS功能模块,利用OpenLayers渲染地图和土壤元素浓度图,实现对土壤状态的监控和可视化分析,进而实现对土壤污染的预测和预警。突破相关监测元素的传感器技术,可以实现城市土壤污染的物联网实时在线监测,处理和分析土壤污染数据,显著提高土壤污染预测和预警的时效性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 991 )

HTML ( 8 )

PDF(1836KB) ( 161 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

海底氢能探测与开采技术展望

姜兆霞, 李三忠, 索艳慧, 吴立新

2024, 31(4): 183-190.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.10

摘要 ( 564 )

HTML ( 8 )

PDF(5779KB) ( 725 )

在目前双碳政策背景下,国家对氢能等清洁能源的需求日益增长。橄榄岩蛇纹石化是海底广泛存在的水岩相互作用之一,氢气是该过程的主要产物,是海底氢气能源(简称海底氢能)的主要形成途径。因此,深海洋壳储存了极具前景的氢能,是缓解当前双碳压力的重要突破口,是发展新质生产力的重要引擎。但是目前全球对海底氢能的探测与开采技术仍处空白,是未来海底能源探测的突破口和生长点。本文基于海底氢能的形成原理与分布特征,系统梳理了可用于海底氢能的探测技术和开采方法,提出通过海底多波束测深、磁力测量、重力测量、多分量地震勘探等综合地球物理探测方法,有望对海底可能的氢能储层进行探测。同时,借助水力压裂和微波加热等方法可对储层中的氢气进行开采。但是,囿于人们对海底氢能认知的匮乏和氢气自身储存和运移的特殊性,仍需要开发专门针对海底氢能的探测和开采技术,在该方向提前布局,为海底氢能开采利用提供技术支撑,同时也会带动和促进不同领域技术创新的革命性突破。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

西加拿大盆地都沃内(Duvernay)海相页岩油气富集机制研究

窦立荣, 黄文松, 孔祥文, 汪萍, 赵子斌

2024, 31(4): 191-205.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.36

摘要 ( 817 )

HTML ( 11 )

PDF(14853KB) ( 125 )

西加拿大盆地上泥盆统Duvernay页岩是最大海侵期形成的一套页岩油气富集与生产层系。为明确Duvernay页岩油气富集控制因素,在Duvernay页岩地质背景分析的基础上,运用岩心、测井、薄片、扫描电镜、3D孔隙重建信息及有机地化资料,对有机质富集的沉积因素、流体分布、储层质量及影响因素进行了分析,认为Duvernay页岩油气富集主要受盆内成因的硅质页岩沉积环境、有机质热演化、页岩储层质量及稳定构造背景的共同控制。研究发现,Duvernay组为晚泥盆世的深水陆棚环境,岩性以泥灰岩、灰泥岩和泥页岩为主,可识别出10种岩石相,其中硅质页岩最为发育;Duvernay页岩中主要发育II、III型海相有机质,有机质热演化程度中等,处于凝析气-湿气阶段,因此凝析油含量高;油气主要富集在黏土级矿物形成的富含有机孔的硅质页岩中,孔隙类型以有机质孔和粒内孔为主,有效孔隙度占比高,连通孔隙非常发育且横向连续分布,并具有垂向上相互连通的特征;成岩作用改善了页岩储层物性,天然裂缝提高了页岩储层的渗透率,而稳定的构造发育特征是Duvernay页岩油能够较好地保存至今的关键。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

北黄海东部次盆地构造热机制与成烃效应

刘金萍, 王改云, 简晓玲, 朱传庆, 胡小强, 袁晓蔷, 王超

2024, 31(4): 206-218.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.20

摘要 ( 647 )

HTML ( 5 )

PDF(6609KB) ( 166 )

北黄海东部次盆地属于中新生代小型叠合断陷盆地,是我国海域勘探程度较低的一个盆地,对其经历的复杂构造-热演化史尚未有相关研究。本文利用镜质体反射率(R_o)和磷灰石裂变径迹(AFT)两种古温标进行多方法的热史模拟,获得了盆地中新生界的热流史及地温梯度的变化,并恢复了盆地的剥蚀量及抬升剥蚀过程,在此基础上研究了盆地内烃源岩的热演化历史。结果表明,东部次盆地从中侏罗世至今,经历了古热流由高(75~90 mW/m²,120~100 Ma)到低(60 mW/m²,40 Ma),然后再升高至现今(70 mW/m²)的过程,且早期(100~70 Ma)降温缓慢,后期(70~40 Ma)降温快速。古地温梯度相应地呈现由高(34~36 ℃/km)到低(23 ℃/km),再升高(28 ℃/km)的变化趋势。东部次盆地晚白垩世之前的古地温梯度和古热流高于现今的地温梯度和热流,这与盆地由断陷阶段-坳陷阶段的演化过程一致。东部次盆地晚白垩世—始新世经历了较强的抬升剥蚀,地层的剥蚀厚度为1.0~1.5 km,在100~90 Ma地层沉积开始缓慢或停止,明显的剥蚀过程发生在85~40 Ma,其中70~40 Ma为快速剥蚀阶段。东部次盆地的构造热演化史影响了盆地内烃源岩的生烃过程。中上侏罗统两套烃源岩都存在早期(晚侏罗世—早白垩世)生烃过程,在中部坳陷内的主体生烃坳陷,晚白垩世—始新世地层剥蚀厚度较小,且渐新世之后地层沉积厚度较大,现今能够达到的地温也越高,有利于烃源岩晚期生烃,证实了该盆地具有一定的勘探潜力,应围绕主体生烃坳陷寻找有利成藏区。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 894 )

HTML ( 9 )

PDF(23578KB) ( 111 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 842 )

HTML ( 10 )

PDF(7995KB) ( 659 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 960 )

HTML ( 15 )

PDF(11592KB) ( 154 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

鄂尔多斯盆地北部下白垩统赋矿砂岩中有机质特征及其与铀成矿的关系

邱林飞, 李子颖, 张字龙, 王龙辉, 李振成, 韩美芝, 王婷婷

2024, 31(4): 281-296.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.23

摘要 ( 699 )

HTML ( 8 )

PDF(16406KB) ( 142 )

近几年,鄂尔多斯盆地北部下白垩统铀矿找矿取得重大突破,在特拉敖包及其外围发现了多个产于环河组下段的厚大铀矿孔。有机质是砂岩型铀矿化的重要因素之一,环河组下段赋矿砂岩中缺乏肉眼可见的有机质,在铀矿化过程中起主导作用的有机质类型目前还缺乏研究,铀成矿作用过程还不清楚。本文以特拉敖包铀矿产地赋矿砂岩为研究对象,通过岩心观察与室内研究,厘定了赋矿砂岩中的有机质类型,探讨了有机质的来源及其与铀成矿的关系。研究结果表明:赋矿砂岩中几乎不含炭屑有机质,有机质主要为顺层沿砂岩孔隙充填、具有流动特征的浸染状有机质,它是一种具有与沥青相似的复杂结构、低演化程度的大分子物质,具有高等植物和低等水生生物混合来源的特点。铀矿化与固体炭屑有机质关系不大,主要与浸染状有机质密切相关,特拉敖包铀矿产地的成矿特征契合“渗出”砂岩型铀矿成矿模式的特点,深灰色、灰褐色铀矿石的形成可能主要与深部渗出的有机流体有关。成矿元素可能主要以有机质络合物的胶体形式迁移,物理化学条件的变化可能是导致成矿流体发生分解并沉淀成矿的主要因素。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

始新世中期安宁河断裂冲断变形特征及其构造意义:来自断层泥自生伊利石K-Ar定年的证据

童馗, 李智武, 刘树根, I.Tonguç UYSAL, 施泽进, 李金玺, Andrew TODD, 武文慧, 王自剑, 刘升武, 李轲, 华天

2024, 31(4): 297-313.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.40

摘要 ( 816 )

HTML ( 6 )

PDF(17671KB) ( 112 )

青藏高原及其周缘褶皱-冲断带变形方式和时限是验证高原形成众多大陆岩石圈变形动力学端员模型的关键。近年发展起来的断层泥自生伊利石K-Ar定年技术为精确限定褶皱-冲断带变形时限提供了有效手段。鲜水河—安宁河—小江断裂系作为伴随印度-欧亚板块碰撞造山和高原物质侧向挤出过程形成的大型左旋走滑断裂系,其变形过程可为解译印度-欧亚板块碰撞远程应力向东传递方式提供关键证据。本文选取安宁河断裂冕宁—西昌段作为研究对象,在详细构造解析以明确其构造运动学特征的基础上,开展了断层泥自生伊利石K-Ar定年研究,以期精确限定安宁河断裂脆性变形的时间。构造解析表明安宁河断裂在近EW向挤压作用下经历了冲断变形,断层带发育碎斑岩和断层泥,指示为脆性变形。安宁河断裂不同粒级断层泥样品的黏土矿物学和伊利石K-Ar定年分析揭示,随着样品粒级减小,高温2M₁型伊利石含量相对低温1M/1M_d型伊利石含量逐渐减少,其K-Ar年龄总体呈变年轻趋势,表明不同粒级伊利石K-Ar年龄是由碎屑2M₁型和自生1M/1M_d型两个多型端员组成的混合年龄。伊利石年龄分析获得自生1M/1M_d型伊利石的年龄为(42.6±9.4)Ma,表明安宁河断裂经历了始新世中期的冲断变形。结合前人构造变形、沉积学、低温热年代学和古地磁等研究,我们认为始新世中期青藏高原腹地及其周缘褶皱-冲断带发生准同期的构造挤压变形,其动力学机制可能与印度-欧亚板块硬碰撞以及青藏高原地块的陆内俯冲所导致的先存构造带活化有关。始新世中期安宁河断裂发生冲断变形直接证明印度-欧亚板块碰撞初期的远程应力已传递至青藏高原东南缘地区。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

岷江上游坡断型裂点迁移速率与构造隆升历史研究

田述军, 温宇航, 伍文洽, 李凯

2024, 31(4): 314-325.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.60

摘要 ( 714 )

HTML ( 6 )

PDF(7621KB) ( 371 )

基岩河道中坡断型裂点是构造活动和水力侵蚀共同作用的产物,根据其空间分布特征可以反演区域构造隆升历史和地貌演化过程。本文采用坡度-面积分析法和积分分析法识别出岷江上游坡断型裂点和裂点带,并结合河道纵剖面反演岷江上游的隆生历史和河口裂点形成时间,对坡断型裂点溯源迁移过程和速率进行模拟。研究结果表明:(1)岷江上游流域坡断型裂点有较明显的分层特征,干流及支流当前形成了海拔1 300、2 500和3 500 m的3条裂点带,其对应的河道信息说明岷江上游流域早更新世以来经历了3次较为强烈的构造运动;(2)构造隆升历史大致可分为4个时期,分别为缓慢隆升(20~12 Ma)、加速隆升(12~8 Ma)、稳定隆升(8~2 Ma)和强烈隆升(2 Ma以来),其中在2.0 Ma以来,岷江上游流域的隆升速率达到0.6 mm/a;(3)3 500 m裂点带对应的坡段型裂点水平迁移平均速率为38.0~127.9 km/Ma,其最小残差平方和最优拟合度均表明1.3 Ma是裂点最可能产生的时间,其溯源迁移速率为79.1 km/Ma。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

青藏高原东南缘昭通盆地晚中新世到上新世古环境演化过程

李佩, 张春霞, 罗浩, 刘志成, 高战武

2024, 31(4): 326-339.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.33

摘要 ( 779 )

HTML ( 11 )

PDF(8219KB) ( 365 )

青藏高原东南缘的云南区域是研究晚新生代以来气候和环境演化的重要区域之一。虽然针对云南区域已经开展了大量古气候和古环境演化的研究,但是晚中新世到上新世云南区域湿度变化的记录仅为碳同位素和孢粉记录,且分辨率较低。因此,该区域缺乏晚中新世到上新世连续的高分辨率古湿度变化记录。本研究主要基于云南省东北部昭通盆地内晚中新世到上新世的沉积物岩心,通过对沉积物粒度的测试分析,综合沉积序列、岩性特征和沉积构造,表明:昭通盆地在8.8~6.2 Ma以沼泽亚相沉积环境为主;在6.2~2.8 Ma以浅湖亚相沉积环境为主;在2.8~2.6 Ma以湖滨亚相沉积环境为主。昭通盆地沉积物粒度参数记录的晚中新世到上新世云南区域呈现干旱化的趋势。结合前期该钻孔黏土矿物和化学风化的相关成果,认为晚中新世到上新世南亚季风呈现逐渐减弱的趋势,并主要受控于全球变冷和全球CO₂浓度降低的影响。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于弹性板模型的塔里木盆地北部新生代沉降模拟:对南天山隆升的启示

陈昌锦, 程晓敢, 林秀斌, 李丰, 田禾丰, 屈梦雪, 孙思瑶

2024, 31(4): 340-353.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.43

摘要 ( 536 )

HTML ( 1 )

PDF(7020KB) ( 104 )

在印度-欧亚板块碰撞远程效应影响下,天山造山带在新生代活化隆升,与其南缘相邻的塔里木盆地北部发生挠曲沉降并沉积了巨厚的新生代地层,该巨厚新生代地层和造山沉积地层为本文进一步探究南天山隆升过程提供了关键的沉积记录。本文采用有限弹性板数值模拟的方法,对盆地新生代不同时期基底沉降剖面分别进行建模研究。结果表明:盆地沉降受沉积负载和构造负载共同控制,66~>5.3 Ma期间沉积负载对盆地沉降的贡献量小于或等于构造负载的贡献量;约5.3 Ma至今沉积负载对盆地沉降的贡献量远大于构造负载。南天山构造负载变化速率表现为66~>26.3 Ma缓慢增长;26.3~>5.3 Ma南天山稳定增长;约5.3 Ma至今南天山造山带构造负载高度快速增长。基于对盆地沉降过程的分析,限制南天山新生代初始隆升时间为古近纪,其相对海拔高度从400 m增长到2 500 m;虽然在约5.3 Ma至今南天山相对海拔高度保持稳定,但构造负载高度仍在增加,这可能是盆地俯冲作用的加剧在一定程度上抑制了造山带平均海拔高度的增长,进而导致南天山的侵蚀和隆升达到相对平衡。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

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

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

摘要 ( 869 )

HTML ( 9 )

PDF(2635KB) ( 140 )

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。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

江西龙南花岗岩风化壳形成和演化的铀系不平衡约束

贾国栋, 徐胜, 刘丛强

2024, 31(4): 366-379.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.10.35

摘要 ( 594 )

HTML ( 7 )

PDF(2434KB) ( 99 )

花岗岩风化壳在我国华南地区广泛分布,其形成和演化对地貌、生态环境和矿产资源等具有重要影响。作为风化壳最基本的参数之一,生成速率是理解风化壳形成和演化的关键因子。铀系不平衡法是当前广泛应用于确定风化壳生成速率的重要地球化学手段,由于稀释剂获取困难,我国开展的研究较少。本研究以江西龙南花岗岩风化壳剖面为研究对象,开展铀系不平衡研究以确定其生成速率。研究结果显示:风化壳剖面中U和Th的含量范围分别为(3.25~3.39)×10^-6和(41.46~47.67)×10^-6;活度比(²³⁴U/²³⁸U)_a、(²³⁰Th/²³⁴U)_a和(²³⁰Th/²³²Th)_a范围分别为1.008~1.023、1.063~1.112和0.239~0.271。通过铀系不平衡法对铀系同位素进行拟合后得到风化壳20~120 cm区域的演化时间约为841 ka,据此确定风化壳的生成速率约为1.2 m/Ma。本研究中,控制风化壳生成速率的因素主要是表层覆盖,气候和构造的影响很小。此外,由于风化壳的生成速率远低于宇宙成因核素确定的剥蚀速率,因此风化壳的演化状态为厚度逐渐减小的非稳态。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

中国土壤54项指标的地球化学背景与基准研究

杨峥, 彭敏, 赵传冬, 杨柯, 刘飞, 李括, 周亚龙, 唐世琪, 马宏宏, 张青, 成杭新

2024, 31(4): 380-402.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.2.25

摘要 ( 603 )

HTML ( 5 )

PDF(6096KB) ( 481 )

1999—2021年,中国地质调查局组织实施的土地质量地球化学调查共获得670 321件表层组合土壤样品(0~20 cm)和167 746件深层组合土壤样品(150~180 cm),覆盖面积约266.5万km²,囊括我国人口集中区和大部分耕地。对相关土壤样品均按统一标准分析了54项化学指标(Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、Cd、Ce、Cl、Co、Cr、Cu、F、Ga、Ge、Hg、I、La、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr、SiO₂、Al₂O₃、TFe₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、pH、全碳和有机碳)。本文利用这些数据讨论了中国土壤54项指标的地球化学背景值、基准值及其上下限的划定方法和基本特征,并对我国耕地土壤背景与现行环境、养分等相关标准中各种阈值进行了对比。结果显示:在全国尺度上,各项指标表层与深层Spearman相关系数均高于0.50,表明表层土壤中大部分指标都继承了深层土壤的含量与分布特征。54项指标中仅C_org、TC、N、S、Se、Hg、Br、Cd和P等指标背景值相对基准值发生了较大变化。我国耕地土壤中,Cd的农用地污染风险筛选值在背景范围内,Hg、As、Pb和Cr的筛选值则高于背景上限值。由于许多指标的空间分布存在着巨大的差异,在全国范围内划定一个统一的背景值并不利于土壤资源的精细化管理和保护,因此有必要在全国尺度地球化学背景与基准的基础上建立区域尺度地球化学背景与基准,为政府部门合理制定相关土壤环境质量的标准和保护法规提供依据。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于物质来源解析的汕头市土壤重金属环境容量研究

严丽萍, 谢先明, 汤振华

2024, 31(4): 403-416.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.4.23

摘要 ( 500 )

HTML ( 6 )

PDF(1295KB) ( 112 )

大多数研究评价土壤环境容量时忽略了重金属来源的影响,而基于物质来源解析探讨土壤重金属环境容量,能更好地评估区域环境容量特征及其动态变化原因,对有效防控、预警和治理重金属污染具有重要意义。汕头市是广东省的经济特区之一,拥有较高的工业化和城市化水平,土壤重金属污染不容忽视,而目前区域环境容量状况尚不明确。因此本研究以汕头市表层土壤为研究对象,采集了511件土壤样品,以进行土壤环境容量研究。基于GIS技术和地统计学方法,我们采用富集因子法评估研究区土壤重金属富集程度,运用主成分分析和相关性分析方法判断土壤重金属来源,根据综合指数法分析土壤重金属的环境容量特征以及各环境容量指数空间分布规律。结果表明:汕头市表层土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量分别为4.84(0.23~119.4)、0.14(0.013~4.94)、36.05(2.2~109.1)、19.08(2.9~453.1)、0.18(0.008~1.394)、13.29(3.7~229.6)、51.73(9.9~1 000)和79.83(9.2~309.5)mg/kg。除土壤Pb整体为中度富集,研究区其他土壤重金属整体为轻度富集。主成分分析结果表明:5个主成分来源分别为自然和农业混合源、农业和工业混合源、工业来源、采矿来源和石材开采来源。土壤重金属静态环境容量大小排序为Zn>Cr>Ni>Pb>Cu>As>Hg>Cd。土壤重金属综合环境容量为中等容量水平,受地质背景的影响,但盐鸿镇、贵屿镇和陈店镇等区域由于综合人类活动导致重金属环境容量普遍较低,存在一定风险。本研究结果可为汕头市预警和管控土壤重金属污染,修复和治理污染土壤,提高环境容量和土壤质量提供科学参考依据。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于机器学习的埃达克质岩构造背景判别研究

张焕宝, 贺海洋, 杨仕教, 李亚林, 毕文军, 韩世礼, 郭钦鹏, 杜青

2024, 31(4): 417-428.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.2

摘要 ( 654 )

HTML ( 14 )

PDF(5256KB) ( 182 )

埃达克质岩具有重要的地球动力学和金属成矿意义,其构造背景的准确识别为探讨区域构造-岩浆演化过程提供了重要依据。由于埃达克质岩源区、热源和岩浆产生机制的多样性,传统低维度地球化学手段在识别构造背景时存在局限性。随着地学数据的指数增长和人工智能的发展,机器学习为解决该问题提供了新方法。因此,本文将机器学习与地质大数据相结合,构建高精度埃达克质岩构造背景判别模型和可视化图解。文中收集了1 075条全球埃达克质岩主、微量地球化学数据,使用主成分分析和t分布-随机近邻嵌入等无监督学习方法进行高维数据降维,采用随机森林、支持向量机、人工神经网络和K近邻等机器学习方法进行数据训练,得出准确率为98.5%的高斯核支持向量机埃达克质岩构造背景判别器,并提出Ba-Sr/Nd图解,为汇聚板块边缘、板内火山活动和太古宙克拉通(包括绿岩带)3种构造背景判别提供依据。这项工作将拓展机器学习在埃达克质岩构造背景研究中的应用,为构造-岩浆作用研究带来新的思路。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于随机模拟的火山CO₂释放通量预测研究:以意大利埃特纳火山为例

孙浩然, 豆佳乐, 李南, 吴鹏, 杜聪, 段先哲

2024, 31(4): 429-437.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.66

摘要 ( 523 )

HTML ( 3 )

PDF(3164KB) ( 132 )

火山活动能够将地球深部的碳输送到大气圈,是地质碳排放和深部碳循环的重要形式。火山区所释放的温室气体(尤其是CO₂气体),对全球气候有着重要的影响。在全球气候变暖及“碳中和”计划的背景下,估算火山区温室气体释放通量,评估其对全球碳排放的影响,具有至关重要的意义。本文阐述了火山区温室气体释放的主要特征及调查方法,并以意大利埃特纳火山为例,指出可以使用地统计学原理对火山区CO₂气体采样数据进行插值模拟。最后,本文分析了加入协变量进行协克里格插值模拟的可行性,并与普通克里格插值法的模拟结果进行比较。结果表明:火山区CO₂释放通量与火山区土壤温度之间具有相关性,引入土壤温度进行协克里格插值模拟,可以优化模拟结果的误差指标。本研究将为定量评价火山活动对气候变化的影响以及预警火山灾害提供重要依据。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

Select

基于地质大数据的中国金矿时空分布规律定量研究

王岩, 王登红, 王成辉, 黎华, 刘金宇, 孙赫, 高新宇, 金雅楠, 秦燕, 黄凡

2024, 31(4): 438-455.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.6

摘要 ( 703 )

HTML ( 31 )

PDF(15257KB) ( 449 )

在大数据科学成为新的科学范式的背景下,基于地质大数据理念,将传统的定性地质研究方法推向定量研究的高度。文章通过对5 300余处金矿产地资料的系统梳理,定量分析了中国省(自治区)、市、县级及III级成矿区带金矿成矿密度、成矿强度和各成矿时代金矿的成矿强度问题。研究表明,中国金矿具有明显的时空集中分布趋势。中国金矿空间分布具有区域性集中的明显趋势,以胶东、小秦岭等区域为金矿高密度、高强度成矿区;新疆矿床数量最多;山东省金矿成矿密度最大,成矿强度最强;在地级市统计中,山东烟台市和河北承德市是全国仅有的两处矿产地数量过百的地级市,山东烟台市的金矿无论是矿产地数量、成矿密度,还是成矿强度均居全国首位;在县级行政区统计中,新疆塔城地区托里县金矿矿产地数量最多(52处),安徽铜陵市区金矿成矿密度最大,山东烟台市莱州市的金资源储量最大(2 341 t),成矿强度最强(1.35 t/km²);在成矿区带统计中,华北陆块北缘东段成矿带(III-57)金矿矿产地数量最多(345处),胶东成矿带(III-65)金矿成矿密度最大,成矿强度最强。中国金矿时间分布不平衡,具有成矿强度老弱新强、东西南北成矿有别、叠加成矿时间跨度大和新生代金矿资源潜力大的特点;燕山期是中国金矿最重要的成矿时期,成矿强度大,达到10.5个矿区/Ma,金资源储量93 t/Ma。今后中国金矿地质工作的核心依然是加强金矿找矿工作、保障国家金融安全。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

过刊目录