大巴山地区构造地貌特征及演化——基于DEM数据处理与应用

上扬子北缘的大巴山地区是秦岭造山带和扬子地块长期相互作用的地区,构造变形和地貌特征记录了印支期、燕山期,尤其是喜山期构造运动和地貌响应过程。本文以地理信息系统（GIS）为平台,通过对数字高程数据（DEM）的处理,结合地质图、构造水系图等各种数据,对大巴山及其前缘盆地的构造地貌特征进行综合分析研究,以坡度、地形起伏度、高程图和剖面图的统计为主,分析其构造地貌特征。研究表明,大巴山自晚燕山—喜山期前陆褶皱冲断形成以来,经历了多次隆升过程,特别是自喜山期以来,大巴山共经历了至少三次大规模的隆升。     

北天山乌鲁木齐河流域面积-高程积分及其地貌意义

定量构造地貌研究有助于理解构造与地表过程之间的耦合关系及其对地形地貌发育的影响,数字高程模型(DEM)和地理信息系统(GIS)空间分析技术的结合为开展这方面的研究提供了新途径.利用这一方法,对北天山乌鲁木齐河流域进行地貌计量指标的综合分析.构造上,乌鲁木齐河流域分为山前坳陷区、南山隆起带、后峡断陷带以及天山主脉等构造分区.本文首先分析了DEM数据精度、流域面积与空间分布特征对面积-高程积分的潜在影响,根据分析结果,选择合适的面积阈值对乌鲁木齐河流域开展面积-高程积分分析,进一步结合高程频率分布特征探讨该流域地形地貌演化特征.结果表明,1)面积-高程积分受DEM数据精度的影响不显著,但其具有明显的流域面积和空间依赖性;2)基于面积-高程积分分析,乌鲁木齐河流域各构造分区的地貌演化阶段存在差异,除后峡断陷带地貌演化趋于老年阶段外,其余均处于壮年演化阶段;3)各构造分区平均高程频率分布状态表明,山前坳陷区、南山隆起带和天山主脉地形目前均处于前均衡—均衡状态演化阶段,后峡断陷带地形则为后均衡演化阶段.     

大别山构造地貌的DEM初步分析

以地理信息系统(GIS)为平台,利用航天飞机雷达地形测量(SRTM)数据,构建了大别造山带地区的数字高程模型(DEM),对大别山地区的构造地貌进行了模拟解译分析.研究表明,大别山在造山带走向和垂直走向的方向上都是中间高、两边低,两边地势低的部位发育断陷盆地.SRTM DEM地貌图显示,郯庐等大断裂地貌特征明显,断裂构造严格控制了水系的发育,大别山水系多呈格子状分布,在地貌上主要表现为河流的大角度转弯以及主支流近直角交汇;由于本区地壳沿断裂作差异性升降运动,造成地堑谷、断块山和断陷盆地并存的地貌特点.本文统计分析了坡度与高程之间的相互关系,并提取了夷平面信息.     

岷江水系流域地貌特征及其构造指示意义*

晚新生代以来发育岷山构造带内部的岷江水系流域盆地,无论是流域盆地内的新生代沉积记录,还是其流域地貌所呈现的典型特征,都深刻指示了青藏高原东缘地区的新构造活动。文章基于数字高程模型(DEM)数据空间分析技术,利用最新获取的高精度SRTM-DEM数据,系统提取了岷江水系中上游流域汇水盆地以及67个亚流域盆地的典型地貌参数,如流域面积、河流长度、分支比等。通过对流域地貌参数以及纵向河道高程剖面等的统计分析,认为岷江水系东西两侧具有截然不同的地貌特征,东侧流域盆地主要表现为面积小、河流长度短、分支比低以及河流梯度大等特征。由于岷江水系东西两侧地层岩性的对称发育以及整个岷江流域盆地对气候因素具有同一的响应特征,所以亚流域盆地典型参数特征指示了岷江水系两侧晚新生代构造活动的差异性,反映并印证了岷江断裂东西两侧晚新生代以来的不均衡抬升。晚新生代以来岷山构造带的快速隆起以及龙门山构造带内部差异活动是造成岷江水系东侧各支流发育程度低,东西两侧亚流域差异地貌特征形成的主要原因。     

利用遥感与地理信息系统（GIS）研究厄立特里亚中部高地的地下水

通过遥感、数字高程模型评估（DEM）、地理信息系统（GIS）和实地测量技术的综合应用研究厄立特里亚地下水条件。对遥感数据进行解译以绘制岩性图和线性构造图。利用数字高程模型（DEM）绘制线性构造图和地貌图。通过实地研究开展构造研究,并把这些构造与线性构造解译相关联。在现场根据钻井记录和抽水试验数据,对泉和水井的水文地质背景开展调查。在地理信息系统中集成和分析了所有专题图层。研究结果表明,地下水的存在受到岩性、构造和地形的控制。由于原生孔隙度和次生孔隙度致使玄武岩的出水量最高。高出水量的水井和泉一般与大规模线性构造、交叉线性构造以及相应的构造特征有关。在崎岖地形的变质岩和火成侵入岩中,地下水主要存在于拥有河谷堆积物的排泄通道内。地下水潜力巨大区域一般为上覆于红土化结晶岩的玄武岩层、拥有密集线性构造的平坦地形以及在结构上受限并含有河谷堆积物的排泄通道。所有研究结果证实,遥感和地理信息系统是研究地下水资源和开发相应的勘探计划的有效手段。     

喜马拉雅山脉的地质地貌特征：来自SRTM数字高程模型和降水量数据的约芽

利用GTOP030和SRTM3数字高程（DEM）数据,提取了喜马拉雅山脉（造山带）的数字高程模型并对其进行了地质地貌的初步分析。从SRTM3数字高程数据提取出坡度数据,初步分析了喜马拉雅山脉坡度和高程的特征。数字高程和坡度图清楚地展现了喜马拉雅大型断裂带（构造边界）的空间分布特征。分析了中国气象局下属的西藏、青海、四川和云南4省区气象观测台站55年来的年平均降水量观测数据、喜马拉雅山脉南坡的年平均降水量数据、喜马拉雅DEM和裂变径迹数据,发现喜马拉雅山脉从东至西,年平均降水量逐渐减少,地形起伏逐渐变小,而高程渐次升高,与此同时剥蚀速率降低;从北至南,年平均降水量逐渐增加,地形起伏增大,高程快速降低,而剥蚀速率则急剧升高。这充分说明了喜马拉雅年平均降水量大的地区,地表剥蚀作用相对较强,年平均降水量小的地区,地表剥蚀作用则较弱,即：在喜马拉雅地区,长周期的地表剥蚀过程（可长达数个百万年时间尺度）和短周期（仅仅50年）的降水量观测是耦合的。     

基于面积-高程积分法的岷山雪宝顶-九寨沟地貌形态分析

近一个世纪以来,关于冰川成因主流的一种理论是冰川发育的构造-气候耦合模式,为了研究构造活动在冰川发育中的作用,选取构造活跃的岷山雪宝顶（5588m）-九寨沟为研究区,以DEM数据为基础材料,结合ArcGIS的地图处理软件ArcMap分析技术,采用面积-高程积分方法对雪宝顶地区、九寨沟地区和岷江西侧的地貌形态特征进行分析。研究结果显示：雪宝顶地区、九寨沟地区和岷江西侧面积-高程积分（HI）分别为0.54、0.46和0.39;面积-高程积分曲线均呈S型形态但逐渐变凹,反应3个区域构造活动特征。地貌演化阶段均属于壮年期,但雪宝顶地区靠近幼年期,岷江西侧接近老年期,反应区域先后抬升或者抬升的幅度依次减小。3个地区1810个板块的HI值呈现出明显的区域分异,显示冰川作用和岩性差异对局部面积-高程积分值的大小的影响。研究区的冰川发育与构造作用密切相关。

     

DEM在构造地貌定量分析中的应用与展望

作为一种描述地形起伏特征的数据模型,数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表示）,为研究地表的演化过程提供了数据基础。文章归纳梳理了DEM在基本地形因子、流域地貌特征、古地貌面的重塑、构造地貌发育模式、地貌分类与制图以及地形特征提取算法等领域的应用现状。总的来看,DEM研究对象以陆地为重点,以河流地貌和山地地貌为主要内容;研究过程从早期对地貌形态的定性描述向多种地貌参数的半定量、定量分析转变;研究尺度空间上从某个小流域到整个造山带,时间上从数小时向百万年扩展。构造地貌演化时间序列的不确定性、地貌参数获取的复杂性、地形模型算法的多样化以及DEM生成过程中的误差因素,这些均影响构造地貌定量分析结果的准确度,因此在归纳梳理已有研究成果的同时,对DEM在构造地貌研究领域的应用进行了一些思考。      

乌兹别克中卡兹库姆地貌特征对砂岩型铀矿赋存的制约

为了理清地形地貌对砂岩型铀矿赋存的制约作用,基于GIS技术,利用DEM影像数据提取了中卡兹库姆地区高程、坡度、坡向、地形起伏度及条带剖面等各类地貌因子,并与研究区探明的砂岩型铀矿进行空间关联与定量化分析。研究结果表明砂岩型铀矿赋存的有利地形地貌条件:高程为100~400 m、坡度为0°~5°、地形起伏度为10~35 m、亚流域面积-高程积分值为0.3~0.6;中卡兹库姆地区存在4个较为明显的夷平面,高程分别为:Ⅰ级2 200 m,Ⅱ级1 600 m,Ⅲ级1 100 m,Ⅳ级330~400 m,砂岩型铀矿发育于Ⅳ级夷平面附近;砂岩型铀矿集中于低海拔和低地形起伏度的地区,二者可作为砂岩型铀矿找矿预测的主要参考因素。最后根据地貌因子圈定了中卡兹库姆地区砂岩型铀矿赋存的有利区域,为该区砂岩型铀矿找矿提供依据。     

青藏高原东缘龙门山断裂带晚新生代构造地貌生长及水系响应

河流地貌对新构造活动具有非常敏感的响应,水系形态能够较好地记录构造活动方式,水系形态分析可以为研究新构造的演化过程提供有力的证据.位于青藏高原东缘的龙门山与四川盆地是青藏高原周边最陡的地形梯度带,沿高原东缘发育青农江、岷江、涪江和嘉陵汀等一系列斜交于龙门山断裂带的水系.利用卫星遥感图像和数字高程模型(DEM)数据提取构造地貌和水系特征,对龙门山构造带水系形念进行分析研究,发现龙门山南西段冲断带褶铍具有横向牛长的演化特征,逆冲褶皱带的构造演化影响青衣江和岷江水系的演化和重组,同时也控制着研究区晚新生代的沉积格局.受断裂带右旋走滑作用的影响,龙门山北东段水系表现出系统右旋错化特征,在北川县擂鼓镇至曲山镇一带涪江水系上游的重要支流一湔江出现3.8km的右旋错位,并导致湔江北川段出现河流袭夺和水系重组现象.根据涪江上游发生的5km和4km最大右旋错位及其涪江流域形成的最早沉积记录的年代大约为3Ma,估算映秀-北川断裂带和灌县-安县断裂带北东段上新世-第四纪以来的平均走滑速率分别为1.67mm/a和1.33mm/a,而龙门山断裂带北东段的长期走滑速率至少为3.0mm/a.本研究表明可以将水系形态作为研究区域构造变形的重要地貌标志,该方法同样适用于世界上其他构造活动变形地区.     

克里金算法与多重分形理论在岩土参数随机场分析中的应用

岩土参数的空间分布特征由于存在取样数据之间自相关和互相关的特性,未知点的岩土参数属性可通过特定的方法内插或外推,经典的数理统计方法难以确定周围的数据样本点以及相应的插值系数。首先介绍地统计学中基于距离加权的普通克里金（ordinary kriging, OK）算法、泛克里金算法（UK）和协克里金算法（CK）。由于基于滑动距离加权的OK算法无法度量局部空间的奇异性,将引入多重分形理论弥补该缺陷。以2010上海世博会的世博轴区域（长525 m,宽80 m）为工程背景,区域内共有42个取土钻孔,以典型的粉质黏土层3个重要的物理力学指标,即黏聚力、内摩擦角和压缩模量验证以上算法。对于岩土参数黏聚力和内摩擦角,预测精度由高至低为多重分形联合模型（MK）、协克里金模型（CK）、泛克里金模型（UK）、普通克里金模型（OK）;对于岩土参数压缩模量,相应的顺序为泛克里金模型和普通克里金模型位置互换。研究结果证明,在岩土参数空间场的分析中,辅助信息有助于提高数据预测精度,并且多重分形联合模型有助于分析空间局部的奇异性。     

页岩油(气)微尺度流动中的若干问题

本文调研了国内外近些年在页岩油(气)微尺度流动方面的研究成果。从分子动力学方法(MD)、格子玻尔兹曼方法(LBM)、孔隙网络模型(PNM)3种计算模型的角度展开分析,同时结合作者的前期工作,分析了影响页岩油(气)流动输运的关键因素,指出3种方法的局限性及存在的问题,认为PNM方法可作为微尺度流动研究的基础模型,并将3种方法之间的联系有机地体现在研究路线框图中,为页岩油(气)微尺度流动的研究指明了方向。     

Karst database implementation in Minnesota: analysis of sinkhole distribution

This paper presents the overall sinkhole distributions and conducts hypothesis tests of sinkhole distributions and sinkhole formation using data stored in the Karst Feature Database (KFD) of Minnesota. Nearest neighbor analysis (NNA) was extended to include different orders of NNA, different scales of concentrated zones of sinkholes, and directions to the nearest sinkholes. The statistical results, along with the sinkhole density distribution, indicate that sinkholes tend to form in highly concentrated zones instead of scattered individuals. The pattern changes from clustered to random to regular as the scale of the analysis decreases from 10–100 km² to 5–30 km² to 2–10 km². Hypotheses that may explain this phenomenon are: (1) areas in the highly concentrated zones of sinkholes have similar geologic and topographical settings that favor sinkhole formation; (2) existing sinkholes change the hydraulic gradient in the surrounding area and increase the solution and erosional processes that eventually form more new sinkholes.     

土壤Cd污染对甘蓝光学显微成像特征的影响

在不同浓度CdNO_3的土壤中栽培甘蓝,应用光学相干层析成像系统(OCT)对甘蓝不同生长时期的叶片进行检测。结果显示:土壤中Cd含量较低时OCT值有降低的趋势,表明Cd对甘蓝植物的种子萌友与生长有一定的促进作用;而Cd浓度高于100mg/kg时,OCT值持续升高,表明Cd对甘蓝植物的种子萌发与生长均起到强烈的抑制作用,并且后期的累积作用对甘蓝叶片组织造成一定的损害。     

“3S”技术在煤田勘查中的应用

讨论了“３Ｓ”技术用于煤田地质勘探的优越性,分析了“３Ｓ”技术在烟田地质勘查领域的应用现状及存在的问题,并展望了应用前景。     

Speciation of Cr and V within BOF steel slag reused in road constructions

Basic Oxygen Furnace (BOF) steel slag is a residue from the basic oxygen converter in steel-making operations, which is partially reused as an aggregate for road constructions. It is essentially composed of calcium, silicon and iron but also contains potential toxic elements present as traces, like chromium (Cr, 2600 mg kg^− 1) and vanadium (V, 690 mg kg^− 1), which can be released. The linked results of chemical analysis, XRD and SEM-EDX enabled to identify the main mineral phases composing BOF slag and EDX micro-analyses indicated that V and Cr were associated to dicalciumferrite. A 47-days static leaching test at a laboratory scale with a controlled pH of 5 (pH_stat leaching test) showed that Cr was little released, while V was significantly released. Finally, X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectra of 3 BOF slag samples were recorded (“raw”, leached 47 days at pH 5 and aged 2 years in a lysimeter). XANES spectra showed that Cr is present at octahedral coordination in the trivalent form, the less mobile and less toxic one, and that its speciation does not evolve during natural ageing and leaching at pH 5. They also indicated that V is predominantly present in the + 4 oxidation state and seems to become oxidized to the pentavalent form (the most toxic form) during natural ageing.     

利用直接推进技术测定渗透系数的最新进展

高精度测定渗透系数（K）的重要性不言自明,但是现阶段野外试验手段能够提供的关于K的信息不能满足高度非均质地层中污染物迁移预测模拟的需求。直接推进注入记录器(Direct Push Injection Logger, DPIL)和直接推进渗透仪(Direct Push Permeameter, DPP)是新发展的水文地质参数测量仪器,能够使K值的测定达到前所未有的分辨率和成本效益水平。工具向地下推进过程中,通过对注水量、注水压力和其它的水文地球物理参数的同步监测,直接推进技术(Direct Push, DP)能快捷准确地获得地层渗透系数的垂向分布。DP技术几乎适用于所有野外松散地层,并且对场地的干扰很小。因此,它克服了许多基于既有井的传统含水层测试方法的局限性。最近在美国MADE试验场的一个案例研究表明,使用DPIL/DPP可以获得空间分辨率达15cm的K值垂向分布。未来,高精度直接推进技术还可以与新一代的地球物理技术,例如高精度探地雷达相结合,以实现不同位置DP测定K值的互联以及整个试验场K值三维分布的确定。     

副蝎蛉科化石（昆虫纲长翅目）在中国首次发现

报道了华夏三叠副蝎蛉Triasoparachorista huaxiaensis gen. et sp nov. (T2t)、吐孜沟准噶尔蝎蛉Junggarochorista tuzigouensis Hong. nom. nov. (J1b) 和1个新转移属——冀北直脉蝎蛉属Jibeiorthophlebia Hoing, 1983 (transl. nov.) (J2)及其2个种J. xiaofangzhangziensis Hong,1983 (transl. nov.)、J. internata Hong,1983 (transl. nov.) 在中国首次发现。根据它们的脉序特征,在分类上应当归于Parachoristidae Tillyard, 1937。这个科既具有二叠蝎蛉科(Permochoristidae) MP 带6支脉的特征,又有直脉蝎蛉科(Orthophlebiidae) Rs1至少带3支脉呈扇形排列的特征, 形成二叠蝎蛉科和直脉蝎蛉科之间的一种独特的过渡特征的中间类群,这个类群对它们之间的演变关系的研究有重要意义。副蝎蛉科化石在中国的发现很有意义：①填补了中国中三叠世、早侏罗世、中侏罗世副蝎蛉科的空白;②可以帮助我们追溯副蝎蛉科、直脉蝎蛉科和二叠蝎蛉科之间在不同地质背景中的演变关系;③关于中侏罗世燕辽生物群及其有关问题,笔者曾先后指出,燕辽生物群(Yanliao Biota)（J2）和热河生物群（K1）均起源于华北古陆（North China Paleocontinent）,燕辽地区（覆盖了新增加的内蒙古宁城地区）是它们的起源中心,尔后向外扩散与迁移,并向北覆盖到蒙古东部、俄罗斯外贝加尔等地区,形成东亚古陆（Eastern Asian Paleocontinent）中一个广阔的燕辽生物群和热河生物群的区系;④讨论了宁城地区地层层位的归属问题。     

神经智能信息处理系统的研究现状及其在水文水资源中的应用展望

从神经网络(NN),模糊系统(FS)和进化算法(EC)三者相结合的角度,介绍了神经智能信息处理系统的研究现状,讨论了该系统在水文水资源中的应用,并对其应用发展趋势进行了预测。     

基于SOA的国家级油气资源数据库ETL系统设计与实现

针对我国油气资源数据相对多源、异构、分散的现状,根据OLAP的实际需求,采用MVC模式作为系统架构模式,实现了国家油气资源数据库数据提取、转换和加载(ETL)系统。阐述了系统所采用的基于面向对象体系结构(SOA)的5层结构模型,使用ODBC和XML技术实现数据库连接的动态映射,应用Oracle DB解决了多媒体数据处理等关键问题。