现代地质

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2023, 37(01): 0-0.

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中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议

邹长春, 王成善, 彭诚, 伍操为, 高远

2023, 37(01): 1-14. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.101

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科学钻探是获取地球内部信息的最直接和最重要手段,在解决“向地球深部进军”战略科技问题上起着无可替代的作用。本文简要回顾国内外大陆科学钻探的发展历程和深钻的发展现状,分析大陆科学深钻发展特点与态势;围绕中国大陆科学深钻,梳理其关键科学技术问题、面临的挑战与机遇;在此基础上提出中国大陆科学深钻发展的目标、优先发展方向与发展途径建议。大陆科学深钻能够为地球动力学过程、地质灾害、地质资源和环境变化等全球关注的地球科学前沿问题提供独特的研究途径,但是其实施深度又受超高温和超高压等恶劣井眼环境的制约;现代科学技术的进步有力促进了大陆科学深钻中各项技术的发展,为超深井和特深井科学钻探提供重要支撑。中国大陆科学深钻应以9000~15000 m特深井为目标,注重“超深”“深时”和“深观”等领域的科学问题,优先发展地球深部构造、深部生命、深时气候和深部资源探测等方向,研究超深物质、动力学过程和岩石物理等实验技术,研发超高温超高压环境下的钻井、测井和长期观测等技术与装备,促使我国深地探测能力和水平实现一次飞跃。

中亚造山带东段岩石圈电性结构特征及其构造涵义

李波, 金胜, 叶高峰, 魏文博

2023, 37(01): 15-30. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.069

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中亚造山带东段内蒙古中部地区一直是地球内部动力学和全球变化研究的热点地区。鉴于该地区的构造在理解中亚造山带的形成过程中起着重要作用,因此对该地区构造的研究具有重要意义。本文收集了中亚造山带东段一条长364 km的大地电磁测深(MT)剖面数据,该剖面西北起于内蒙古东乌旗内的国境线附近,向东南延伸,穿过北部造山带、索伦缝合带、南部造山带,在内蒙古翁牛特旗以西约30 km附近终止。根据数据的分析结果,对该剖面进行了二维反演。结果表明,剖面区段内岩石圈电性结构沿南北方向上整体表现为横向分块的特征。其中,北部造山带整体上以低阻为主要特征;索伦缝合带是整个剖面电性特征从低阻到高阻的过渡区;南部造山带整体上以高阻为主要特征。北部造山带的低阻特征表明该区域是不稳定的,可能是由古亚洲洋闭合后残留洋壳或者软流圈上升流引起的。索伦缝合带的电性结构特征表明该区域可能在缝合之后还发生了新的构造事件。南部造山带的高阻特征表明该区域基底是稳定的、“冷”的,且流体含量很低,电性结构的几何特征反映了该区域增厚的岩石圈。剖面所经过区域的电性结构特征表明,在西伯利亚板块与华北板块碰撞缝合之后研究区内可能还发生了诸如软流圈流体上升、岩石圈增厚等新的构造事件。此外,该区域的电性结构特征符合缝合带的特点,这为中亚造山带东段构造演化的连续增生模型提供了新的深部地球物理证据。

高密度电法电性结构揭示天山天池堆积坝体厚度及其阻渗稳水功能分析

尚彦军, 金维浚, 伊学涛, 姜东廷, HASAN Muhammad

2023, 37(01): 31-39. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.070

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天山天池北堆积坝体结构受其成因和演化控制,影响其含水和渗流特性。对该坝体稳定至关重要的下伏基岩埋深、坝体结构阻渗水结构特征等需现场探测并给出科学判断。在地质调查基础上采用高密度电法对天池堆积坝体结构进行探测,首次获得深达下伏基岩的堆积坝体纵向和横向电性剖面。结合光释光测年、水化学成分对比、水量平衡计算等手段,分析坝体堆积物形成时代以及坝体水文地质结构特征。结果显示:天池坝堆积体厚度大于100 m并可分为3层,上部浅表层滑坡形成的巨大块石层厚30~40 m且基本不含水,其下松散含水层厚度为30~50 m;下部为较低电阻率弱透水的冰碛物,主要分布在坝体下游和东端;底部为高电阻率不透水的石炭系火山岩。坝体中间部位地下水集中下渗补给了西小天池。同时靠坝体东侧发育排泄通道,呈现多处溢水点,控制了飞龙涧左岸下降泉季节性发育,同河谷冲刷作用一起影响并导致下游左岸冰碛物中发育4处滑坡体。电法剖面揭示出与坝体轴向近平行的2条隐伏断层,其中堆积坝高堤处气象台所在山丘上游一侧发育一条近东西走向并倾向上游的断层F1,构成地下水阻隔带而使天池堆积坝上游潜水水位呈现一定雍高,同坝体下伏基岩和弱透水冰碛物联合组成的坝体结构致使旱季天池水不会大量溢出,夏季丰水时浅表泉水渗漏,保证了天池水满而不溢、结构松而不垮。由此构建该堆积体内断层和地层结构组成的浅表导水模型,计算得出天池堆积体地下水排泄量约为1200 m³/d,天池总下泄水量为52×10⁴~113×10⁴ m³ /d(从冬季到夏季),维持了天池湖水动态稳定。

福建仙游地区高精度地震震源定位及深部断裂特征

关露凝, 江国明

2023, 37(01): 40-47. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.071

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福建仙游位于福建省东南沿海中部,其周边地区历史地震活动较平静,属于弱震区。但自从该地区的金钟水库于2010 年 5 月下闸蓄水后,库区附近的地震活动性随之增强。为深入了解该地区的地震活动性、地震分布特征以及寻找隐伏断层,利用中国地震局提供的地震初至震相数据,使用双差定位方法对仙游地区近10年发生的地震进行重定位,获得了更为精确的震源位置,并根据重定位结果模拟深部断裂,寻找隐伏断层。结果显示:(1)重定位后的震源位置更加集中,按照发震时间可分为4个活动区,主要沿沙县—南日岛的次级断裂石苍断裂两侧北西向线性分布。(2)重定位后仙游震群的震源深度主要为8~11 km。石苍断裂左侧地震条带震源深度为6~12 km;右侧地震条带呈现明显的分层现象,上层西北侧地震较为分散,东南侧地震分布较紧凑,震源深度同左侧一样为6~12 km,而下层地震较少,震源深度为14~23 km。(3)根据重定位后的震源位置,利用奇异值分解法拟合得到三个深部断层面,其倾向均为南西向,走向为北西向,与石苍断裂和潼关断裂的倾向和走向一致。结合前人研究成果和本研究结果,推测石苍断裂并不是主发震断层,而是其两侧存在的深部断裂(高倾角隐伏断层)由于受到水库蓄水间接影响,从而触发构造地震。

内蒙古东南部双尖子山矿区三维磁性结构及地质构造特征

贾正元, 王凤刚, 索奎, 郭磊, 管烨

2023, 37(01): 48-57. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.072

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双尖子山银铅锌矿位于大兴安岭中南段,是近年来该区域新发现的规模最大的银多金属矿,属热液型矿床并经历了多次矿化叠加。磁异常与金属矿有较强的相关性,磁性结构能够较好地反映控矿构造。本研究在各类先验信息约束下,对双尖子山铅锌矿区约1200 km²的高精度磁法数据进行了定性分析,并通过三维物性反演计算,得到了该区域地下5 km内的三维磁性结构,初步揭示了深部构造特征。获得的认识如下:(1)研究区高磁性岩体主要分布在中部和西北部,呈北东—南西向条带状展布。(2)基于磁性结构,将研究区划分为4个主要构造单元和6个次级构造单元;(3)研究区总体断裂构造呈北东—南西走向,南部断裂构造转为北西—南东走向;(4)研究区中部和东南部有较大范围的隐伏岩浆岩,且以中酸性岩浆岩为主。

基于位场分离方法的极地冰盖重力异常剥离:以模型试验为例

唐海, 王俊, 邹长春, 郭良辉, 刘燕东, 周智文, 方圆

2023, 37(01): 58-66. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.06.073

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为了提高极地重力数据处理的质量,降低巨厚冰层对重力数据解释的影响,将极地大陆冰盖引起的重力异常从叠加异常中剥离出来成为极地重力数据处理的重要步骤之一。针对该问题,本文建立两个极地大陆冰层构造模型,对不同模型进行正演获得对应布格重力异常,再尝试利用三种位场分离方法,包括趋势分析法、向上延拓法和优化滤波法,对冰层引起的重力异常进行剥离试验,基于模型试验结果对比分析不同位场分离方法对极地冰层重力效应剥离的应用效果。模型试验结果显示,趋势分析法在冰层界面起伏较平缓情况下效果较好,但当冰层界面起伏复杂时难以用数学表达式精确拟合区域场,因此易在结果中引入虚假异常;向上延拓法在局部场源较浅的异常分离中效果较好,但由于极地模型冰盖深度较深及延拓高度选取不合理,在试验中出现了分离不足的情况;优化滤波法在相对复杂模型中分离效果相对好,但由于频段选取的主观性,使得该方法也易出现分离不足或过度情况。综合上述模型试验表明,在剥离极地冰盖引起的重力异常时,由于极地冰盖厚度起伏等地质情况复杂多变,应结合实际地质情况及其他可获得的地球物理资料进行综合分析,选择适用于具体情况的分离方法。

基于乘积型目标函数的电阻率法三维反演

谢海军, 谭捍东, 马逢群

2023, 37(01): 67-73. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.074

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为了减小地球物理反演的多解性,通常采用累加型目标函数,即数据拟合差项加上正则化项。基于累加型目标函数的反演存在如何优选正则化因子的问题,这个过程通常需要做大量的反演计算。本研究系统分析和实现了基于乘积型目标函数(数据拟合差项和正则化项相乘)的电阻率法三维反演,乘积型目标函数的反演不存在优选正则化因子的问题。三维正演采用非结构化有限单元法,三维反演采用有限内存拟牛顿方法。使用理论模型合成数据进行了三维反演,检验了基于乘积型目标函数的电阻率法三维反演的可行性与有效性。反演算例结果表明:基于乘积型目标函数的反演方法能够可靠恢复异常体的电阻率值、形态和位置。

基于位移逆Krylov子空间的全波形航空瞬变电磁法三维数值模拟和响应特征

董岩, 谭捍东, 付兴

2023, 37(01): 74-83. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.075

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为了研究复杂地电模型的航空瞬变电磁法全波形响应特征,需要开发考虑发射波形的三维数值模拟算法。本研究基于非结构四面体网格和位移逆Krylov子空间(Shift-and-Invert Krylov,简称SAI Krylov)方法,采用基于电偶极子离散的场源处理方法模拟场源,在时间域进行计算实现了全波形航空瞬变电磁法矢量有限元三维数值模拟。使用均匀半空间模型在阶跃波、半正弦波、三角波和梯形波激发下的全波形解析解、VTEM实际激发波形的后推欧拉算法计算结果,检验了本研究开发的数值模拟算法的正确性。设计地表起伏异常体模型,计算和分析了航空瞬变电磁响应特征。开发的基于位移逆Krylov子空间的全波形航空瞬变电磁法三维数值模拟算法适合模拟复杂地电模型的响应,具有较高的计算精度。

三维张量CSAMT响应特征研究

刘晓, 宋双林, 谭捍东, 俞飞洋, 王莞辉, 鄢禹军, 雷祥

2023, 37(01): 84-89. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.038

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张量CSAMT(可控源音频大地电磁法)能完整地描述三维的地电信息,更适应复杂地质条件下的地质勘探。采用将总场分解为一次场和二次场的策略,用差分近似微分形成大型线性方程组,通过解方程组得到张量CSAMT三维正演结果。通过计算低阻和高阻目标体的响应,发现卡尼亚视电阻率和视阻抗相位对低阻体表现为低值异常,对高阻体表现为高值异常,视阻抗相位达到极值时的频率比视电阻率达到极值时的频率要高。张量CSAMT对低阻体比高阻体更灵敏,在同样条件下,高阻体的异常区位置相比于低阻体会上移。某工区的勘察案例表明,根据卡尼亚视电阻率异常能定性地判断地下异常体的存在,为解决地质类问题提供了依据。本研究为张量CSAMT三维反演提供了基础。

时移可控源音频大地电磁法三维反演研究

胡琪璇, 谭捍东, 于翠

2023, 37(01): 90-98. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.156

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时移地球物理监测是观测地下物性参数随时间动态变化的有效方法。地球物理反演结果会受到测量误差、测量环境的噪声污染以及地球物理反演多解性等系统性因素的影响。如果对时移地球物理数据进行不同时刻数据的单独反演,可能会导致不同时刻的反演结果可对比性差,从而影响时移地球物理的监测效果。针对可控源音频大地电磁法在监测领域的实际需求,将不同时刻的观测数据放在一起反演,不同时刻的电阻率模型相互约束,实现了时移可控源音频大地电磁法三维反演。设计三种类型模型进行合成数据的单独反演和时移反演对比试算,验证了时移反演算法的有效性。反演结果表明:通过加入相邻时刻模型约束,时移反演可以更好地聚焦异常体的位置,降低噪声以及测量环境变化对反演结果的影响,防止反演伪影掩盖真实的地下变化。研究成果为时移可控源音频大地电磁法的实际应用奠定了良好基础。

发射电流波形对瞬变电磁一维正反演的影响

王胜涛, 林昌洪, 王旭东

2023, 37(01): 99-106. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.059

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本研究实现了考虑发射电流波形的瞬变电磁一维正反演算法。正演采用矩形回线源,通过Duhamel积分计算梯形波的感应电压;反演采用Occam反演方案,得到一个光滑的层状反演结果模型。理论模型合成算例的计算结果表明:上升沿时间、持续时间和下降沿时间不同程度地影响了垂直磁感应强度对时间的偏导数(dB/dt)响应以及电阻率反演结果。理论模型的正演结果显示,上升沿时间、持续时间和下降沿时间分别主要影响晚期、中晚期和早期的瞬变电磁响应,并且取值越大影响越大。理论模型合成数据的反演算例显示,不同上升沿时间对反演结果几乎没有影响,而下降沿时间和持续时间分别影响浅部和深部的反演结果。

投弃式海流电场剖面仪中模拟电路的研制

李鹏宇, 张启升, 周珂宇, 林祖灿, 蒋兴远

2023, 37(01): 107-113. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.076

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投弃式海流电场剖面仪(XCP)是利用海流切割地磁场产生感生电场的原理进行快速测量海流的观测仪器,在地磁场稳定的情况下,感生电场的大小主要取决于海流的速度。因此,通过测量海流产生的感生电场便可以研究海流的运动特征。本文研制了用于XCP中的模拟电路,实现了对XCP中电极信号、罗盘线圈信号及温度信号的采集预处理。所设计模拟电路主要实现以下功能:(1)通过INA128放大电路实现对电极信号与罗盘线圈信号的多级放大处理;(2)考虑到电极信号与罗盘线圈信号均为频率16 Hz左右的信号,在电路中加入中心频率点为16 Hz的二阶带通滤波电路以提取有效信号;(3)进行硬件电路补偿,在一定程度上克服XCP探头下沉引起感生电场的强干扰。实验测试结果表明,所设计模拟电路稳定可靠,可以实现滤除噪声,提取前端微弱信号并进行多级放大,满足实际应用需求。

稳健主成分分析在地震资料异常值噪声压制中的应用

符永海, 李帆, 高建军, 贾昊, 苑益军, 陈海峰, 李超琳

2023, 37(01): 114-120. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.06.077

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提高地震数据的信噪比是地震资料处理的重要目标之一。传统的地震去噪方法虽然可以有效压制随机噪声,但对非高斯分布的异常值噪声压制效果欠佳。本研究展示了一种基于稳健主成分分析的地震数据异常值噪声压制方法。该方法在频率-空间域通过对地震数据实施稳健低秩近似来求取理想无噪声数据。在目标函数构建方面,采用核范数最小化模型求取理想的低秩近似数据,并使用l₁范数最小化模型来估计异常值噪声。此外,运用增广拉格朗日乘子法求解该反演问题。最后,模型数据和实际资料的去噪结果验证了本研究方法的有效性,与传统F-XY域预测滤波法去噪结果进行对比,也显示本研究方法在有效压制异常值噪声的同时能更好地保护有效波能量。

基于预测滤波的层间多次波衰减方法

首皓, 孙鲁平, 丁玲

2023, 37(01): 121-126. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.078

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在地震勘探中由于与反射信号时差小,层间多次波在近偏移距难以完全去除。地震剖面道集上近偏移距多次波的存在增加了反演的多解性,此外多次波在叠加剖面上形成的假反射也增加了解释的误差。提出一种基于预测滤波的层间多次波衰减方法,首先通过倾角滤波衰减中远偏移距的多次波,然后将含有残留的层间多次波的道集按照随机顺序排序,最后应用预测滤波方法按照随机干扰去除剩余的层间多次波。经实际数据检验,本方法对近偏移距小时差层间多次波具有良好的衰减效果。

海域孔隙型储层天然气水合物赋存模式定量化表征:声波和电阻率测井的约束

王圣宜, 邹长春, 彭诚, 王红才, 陆敬安, 康冬菊, 伍操为, 蓝茜茜, 谢莹峰

2023, 37(01): 127-137. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.066

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海域孔隙型天然气水合物储层中,水合物主要以颗粒胶结、包裹胶结、骨架支撑、孔隙悬浮4种赋存模式充填沉积物孔隙,水合物饱和度与赋存模式的不同导致了储层弹性和电性的差异,利用声波和电阻率测井资料联合处理可以进行水合物赋存模式的定量表征。首先利用Simandoux公式计算水合物饱和度,然后通过有效介质模型构建的岩石物理模板识别水合物赋存模式,最后计算储层中不同赋存模式水合物的相对占比。以全球范围内三个典型区域(中国南海神狐海域、北美Blake海台、新西兰Hikurangi边缘)为例,利用水合物储层的实际钻探资料,对水合物赋存模式进行定量分析:(1)中国南海神狐海域SH2站位储层中,水合物主要以骨架支撑模式产出,约占水合物总量的64%;(2)Blake海台994C站位储层中,水合物主要为颗粒胶结和包裹胶结模式,分别占总量的27%和51%;(3)Hikurangi边缘U1518B站位的水合物储层中,水合物主要为包裹胶结和骨架支撑模式,分别占总量的32%和47%。前人针对水合物形成和赋存模式的实验研究显示,水合物更易以颗粒胶结、包裹胶结和骨架支撑模式赋存,从侧面验证了上述分析结果的可靠性。本研究使用的声波和电阻率测井资料联合处理方法可实现海域孔隙型储层水合物赋存模式定量化评价。

天然气水合物分解的甲烷对海洋生物的影响

郭子豪, 李灿苹, 陈凤英, 勾丽敏, 汪洪涛, 曾宪军, 刘一林, 田鑫裕

2023, 37(01): 138-152. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.034

摘要 ( 312 )

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随着海底环境的变化以及全球变暖的加剧,天然气水合物分解释放出大量甲烷到海洋中,其中一部分甲烷会穿过海水释放到大气中,导致大气中的温室气体增加,从而加剧了全球暖化。本文从甲烷的释放和运移路径角度梳理和总结了甲烷对海洋生物的直接和间接影响。首先,水合物分解释放甲烷,在海底形成冷泉渗漏区,滋养了一批特殊的生物群落,而甲烷是其形成生命元素中不可或缺的要素,由此繁衍形成了冷泉生态系统。其次,甲烷释放到海水中会引起海水酸化,海水酸化不仅会导致钙化生物合成碳酸钙外壳受阻,还会加速已生成外壳的溶解。最后,甲烷作为强温室气体释放到大气中还会加剧全球变暖;此外,极地冻土层的融化也会使得冻土区天然气水合物分解,导致大量甲烷进入大气中,从而致使海水暖化,海水的暖化又会对海洋生物的生存、代谢、繁殖、发育和免疫应答等多种生命活动造成影响。以上认识为进一步研究甲烷对未来海洋生态系统的影响提供重要参考信息。

基于分形理论的遥感蚀变信息和构造分析研究:以黑龙江多宝山地区为例

赵忠海, 陈俊, 乔锴, 崔晓梦, 梁杉杉, 李成禄

2023, 37(01): 153-163. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.019

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矿化蚀变信息提取和构造解译对于成矿预测具有重要意义,分形理论在遥感地质领域可用于揭示隐藏于复杂地形地物信息的精细结构,为遥感矿化蚀变信息提取和解译地质构造的定量分析提供理论基础和新方法。利用Landsat-8 OLI影像与相关的地质资料,基于分形理论研究黑龙江多宝山地区的蚀变信息与构造分形特征。采用“去干扰+波段比值+主成分分析+分形阈值分割”方法对蚀变异常信息进行提取,利用分形理论的盒维数法分别得到线性构造与蚀变信息分维等值线图,分析其空间展布及分形特征;并将构造和蚀变信息叠加与构造、蚀变分维高值区进行对比,同时与成矿地质背景进行比较。结果表明,遥感蚀变分维高值区与蚀变信息密集区一致,构造分形结果与成矿构造空间展布情况一致,叠加信息兼并了两者的优势信息,排除干扰缩小勘查范围,更为有效地突出了成矿有利部位。本文研究尝试了遥感蚀变异常与构造信息叠加的分形特征分析方法,不但可增加遥感信息利用度与精准性,同时分析结果反映其与实际成矿地质背景和勘查成果更加符合,可作为遥感信息综合找矿预测的一种新理论和新方法,也为研究区下一步勘查工作提供理论依据和找矿方向。

重力异常AlexNet深度神经网络反演

刘彩云, 李梦迪, 熊杰, 王蓉

2023, 37(01): 164-172. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.079

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针对传统反演方法存在的初始模型依赖、计算时间较长等问题,提出了一种新的基于AlexNet深度神经网络的重力异常反演方法。该方法首先借鉴经典的深度神经网络AlexNet设计了一种用于重力异常反演的Alex反演网络(AlexInvNet),接着设计大量密度异常体模型并通过正演计算得到带标签的数据集,然后用该数据集训练AlexInvNet网络,最后将重力异常数据输入训练好的AlexInvNet网络直接得到反演结果。理论模型反演结果表明,该方法相较于全连接网络深度学习反演方法,能够更好地反演出异常体的位置和密度,具有较好的泛化能力和抗噪声能力。实测数据反演结果表明,该方法能有效解决重力异常反演问题。

基于卷积神经网络的磁异常反演

薛瑞洁, 熊杰, 张月, 王蓉

2023, 37(01): 173-183. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.150

摘要 ( 223 )

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针对传统反演方法存在的初始模型依赖、计算时间较长等问题,提出一种基于卷积神经网络的磁异常反演方法。该方法首先设计大量磁异常体模型,进行正演模拟产生样本数据集;接着借鉴经典的卷积神经网络VGG-13设计了一种全新的VGG磁异常反演网络(VGGINV);然后使用样本数据集训练该网络,并优化网络参数;最后对理论模型和实测数据进行反演实验。实验结果表明,该方法可以准确地反演出磁异常体的位置和磁化强度,具有较强的学习能力和一定的泛化能力,能有效解决磁异常数据反演问题。

基于小波变换的郑州降雨量与太阳黑子活动关系分析

祁诗阳, 沈宸, 刘小标, 张梦娇, 马新明

2023, 37(01): 184-196. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.080

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为探究太阳黑子活动与地区降雨量的关联性,采用连续小波变换方法,分析了1980年以来郑州地区(新郑站点)降雨量和太阳黑子数的数据变化,并对不同时段两者的相关性进行研究;进一步对两者进行交叉小波变换和小波相干谱分析,并根据两者关系通过太阳黑子数观测值对降雨量进行预测。结果表明:(1)不同时段降雨量和太阳黑子数的相关性存在正负差异的现象。降雨量的第一主周期尺度是21 a,在此主周期尺度下得到14 a主周期;太阳黑子数的第一主周期尺度是16 a,在此主周期尺度下得到11 a主周期(与经验值相符)。降雨量与太阳黑子数的主周期相差了3 a,因此导致两者的相关性在不同时段存在正负差异。(2)降雨量与太阳黑子数在1992—2008年的8~12 a时间尺度上关联性显著,且降雨量比太阳黑子数存在规律性的时间滞后,两者在2~4 a和7~10 a的时间尺度上关联性较好;降雨量比太阳黑子数分别在1991—2004年和2006—2013年这两个时间段上呈现规律性的滞后,两者在其他时间段的各时间尺度上关联性不明显。(3)根据延迟年数经验公式,由太阳黑子数观测值对降雨量进行预测,最近的降雨量峰年在2022年附近,与2021年郑州“7·20”特大暴雨的发生时间相近,而下一个降雨量极小年在2028年前后,且随着时间的推移极端旱涝情况可能会愈加严重。

珠江三角洲不同成土母质发育水稻土镉活动性差异及其影响因素

王佳鑫, 侯青叶, 叶丹君, 杨忠芳, 余涛

2023, 37(01): 197-207. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.01.21

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随着我国经济社会的快速发展,土壤重金属的超标问题越来越突出,尤其是Cd。土壤Cd活动性受到各种因素的影响,但成土母质对土壤Cd活动性影响的研究成果还鲜有报道。以珠江三角洲为研究区,系统采集了由第四纪沉积物、酸性侵入岩和陆源碎屑岩3种不同成土母质发育形成的水稻土样品235件,查明了土壤理化特征,探讨了Cd全量及其活动态的影响因素。结果表明:不同成土母质发育形成的水稻土理化性质、Cd全量及其活动态的影响因素存在差异。第四纪沉积物发育形成的水稻土CaO、K₂O、Na₂O、TFe₂O₃、阳离子交换量(CEC)、pH、有机质、黏粒平均含量显著高于酸性侵入岩和陆源碎屑岩,Cd超标最为严重,不同方法提取的Cd活动态含量也最高;陆源碎屑岩发育形成的水稻土中Cd全量与土壤理化指标的相关性均强于其他两类成土母质;酸性侵入岩发育形成的水稻土中Cd全量与土壤理化指标的相关性较弱。Cd全量对其活动态含量有重要影响,此外,第四纪沉积物发育的水稻土中Cd活动态含量与pH、有机质和TFe₂O₃的相关性显著高于其他两类成土母质;陆源碎屑岩发育的水稻土中Cd活动态含量与Tl、CEC、黏粒、Mn的相关性显著高于其他两类成土母质;酸性侵入岩Cd活动态含量主要受Cd全量、CEC、TFe₂O₃、Mn等因素的影响。

广东省揭阳市揭东区微量元素分布特征及其影响因素分析

李慧, 温汉辉, 蔡立梅, 徐耀辉, 罗杰, 梅敬娴, 徐述邦

2023, 37(01): 208-216. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.01.22

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以广东省揭阳市揭东区表层土壤B、Cu、Mn、Zn、Mo 5种元素为研究对象,在分析微量元素含量状况和分布特征的基础上,从成土母质、土地利用方式、pH值和有机质含量4个方面来分析其对土壤微量元素含量的影响。利用GIS空间分析法、SPSS数理统计法和相关分析法对揭东区土壤微量元素含量、空间分布特征和影响因素进行分析。结果显示:揭东区表层土壤B、Cu、Mn元素的平均含量分别为18.0 mg/kg、14.5 mg/kg、313 mg/kg,含量均处于缺乏水平;Zn元素的平均含量为77.3 mg/kg,总体处于较丰富水平;Mo元素的平均含量为1.31 mg/kg,含量丰富。相关分析表明B、Cu、Mn、Zn、Mo均受到成土母质和土地利用方式的影响,在粉砂岩成土母质区土壤中B和Mn含量最高,凝灰岩成土母质区土壤中Cu和Mo含量最高,Zn在第四纪沉积物中含量最高;比较各种利用方式的土壤,B、Cu在农用地中含量最高,Mn、Zn和Mo在建设用地中含量最高;土壤pH值与B、Cu、Mn、Zn含量呈极显著的正相关关系(P<0.01);土壤有机质与B、Cu、Zn含量呈极显著的正相关关系(P<0.001),与Mn呈负相关关系。

南京市溧水区表层土壤锗地球化学特征及影响因素

周墨, 梁晓红, 张明, 文帮勇, 唐志敏, 湛龙

2023, 37(01): 217-226. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.01.23

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锗(Ge)是一种生命所必需的微量元素,对人体具有广泛的保健功效。富Ge土壤具有广阔的开发利用价值,但目前我国对土壤Ge的研究程度相对较低。选择南京市溧水区为研究区,在土地质量地球化学调查的基础上,对研究区表层土壤Ge的含量及空间分布特征进行研究,分析地质背景对土壤Ge分布的影响。结果表明,南京市溧水区表层土壤Ge平均含量为1.40 mg/kg,土壤Ge含量主要受控于地质背景,空间分布也与地质背景高度吻合。土壤Ge含量高值区主要为侏罗系大王山组出露区,岩性主要以粗安质、安山质火山岩为主,第四系沉积物分布区土壤Ge含量相对较低。土壤中Ge含量与pH值关系不显著,与土壤中有机质含量呈一定的负相关关系,与Cr、Co、Ni、As呈明显的正相关关系。土地质量地球化学评价结果表明研究区土壤Ge丰富的面积为84.18 km²,占全区总面积的10.84%,全区基本没有Ge缺乏的地区。研究探讨了南京市溧水区表层土壤锗含量、空间分布特征及其影响因素等,可为我国土壤锗的生态地球化学研究提供基础资料,对于富锗土壤资源的科学开发利用具有指导意义。

基于中高分辨率数据的内蒙古红石山地区遥感找矿信息提取及找矿预测

连琛芹, 封志明, 刘永新, 雷聪聪

2023, 37(01): 227-232. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.01.24

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内蒙古红石山地区位于东天山—兴安成矿带内,具有良好的成矿条件,但其位于荒漠戈壁,自然条件恶劣,基础地质研究程度低,因此利用遥感手段进行多金属找矿勘查具有重要意义。采用OLI数据,选择掩膜+无损线性拉伸+特征向量主成分变换+异常切割+异常滤波的方法,提取铁染、羟基等矿化异常信息;选择假彩色合成及线性拉伸,提取断裂构造信息。综合多元信息进行找矿预测,共圈定2处找矿远景区。本次研究对其中1处区域进行进一步重点勘查。重点勘查区域采用高分辨率PLEIADES数据,选择图像融合、彩色合成、直方图拉伸等方法,进一步圈定巨型石英脉体。在重点勘查区域进行野外查证,发现了多处矿化点。此次研究表明综合使用中分辨率OLI数据和高分辨率PLEIADES数据,可以大大提升地质找矿效率,对未来该地区进一步找矿勘查具有重要的指导意义。

青海化隆县独特的峡谷丹山地貌景观及其科学价值

刘心兰, 张绪教, 李俊磊, 王一凡, 张向格, 袁晓宁, 王凯雅, 王重歌, 刘江, 侯恩刚

2023, 37(01): 233-244. DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.031

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“峡谷丹山”是内外地质营力共同作用而形成的多成因地貌组合,不仅具有非常高的景观价值,而且具有重要的科学价值。青海省化隆县拉木峡为黄河一级支流,发育典型的角度不整合和丹霞地貌,因而成为青藏高原隆升和黄河形成演化研究的良好区域。以该地貌组合类型的形态特征、成因机制及形成年代研究为目标,采用野外地质调查等方法,对组成峡谷的岩石及地层、构造背景开展研究,系统总结与分析拉木峡地貌景观的形成动力和演化过程,进而探讨其对青藏高原隆升及黄河演化的指示意义。拉木峡由约900 Ma前的新元古代化隆岩群片麻岩及角度不整合于其上的约54 Ma前的新生代古近纪西宁群红色砂砾岩层组成。约8 Ma前青藏高原快速隆升,丹霞地貌雏形开始形成。自1.1 Ma黄河贯通化隆盆地后,受拉木峡流水强烈侵蚀下切和重力崩塌的持续作用,发育“峡谷丹山”地貌组合景观。峡谷险峻幽深、丹霞栩栩如生,成为极具典型性、独特性和稀有性的国家级地质遗迹,对青藏高原隆升、黄河形成演化和新生代气候环境的研究具有重要价值。

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