技术支撑与地球系统科学

技术支撑与地球系统科学毕思文（中国地质科学院地质力学研究所,北京,１０００８１）仅在１０年前科学家才普遍认识到,必须把地球作为一个由相互作用着的各个组元或子系统———主要是地核、地幔、土壤岩石圈、大气圈、水圈、生物圈（包括人类社会）组成的统一系统,即...     

边坡工程评价与设计计算机辅助系统

从边坡工程评价与设计一体化的角度出发,构建了“边坡工程一体化设计计算机辅助系统”的总体框架,阐述了计算机辅助系统前处理模块、核心计算模块以及后处理模块的开发思路与主要功能。在此基础上,以可视化程序设计语言Visual Basic为基础,利用CAD二次开发为图形输出平台,Excel等为数据库,结合组件技术开发了边坡工程信息化设计计算机辅助系统。该系统具有交互式建立滑坡体地质模型,智能化分析计算以及自动绘制断面图和结构图等特点,同时提供了参数反演、稳定性计算、敏感性分析、推力计算以及边坡开挖、抗滑支挡、锚固工程、排水工程、护坡工程设计等模块,实现了边坡工程稳定性评价与治理设计的一体化、信息化和智能化。以重庆市铜梁县虎峰镇西泉街滑坡一体化设计为例,验证了该软件的可行性和可靠性。     

钻探、掘进工程从工程技术走向工程科学

通过介绍受控定向工艺学、掘进工程、非开挖工程中最先进的科学技术和应用, 论述了随着探矿工程技术的发展, 钻探、掘进工程技术更加先进、更加科学, 它们的高科技含量猛增, 已不单是一种工程技术, 而转变成一门工程科学.      

地球系统科学时代的湖泊科学

湖泊科学是地球系统科学的一个分支,对应传统的湖沼学,其概念内涵已经发生了巨大变化,并且深深地刻上了\"流域\"与\"生态系统\"的印记。本文系统梳理了地球系统科学框架下湖泊科学的研究特点、学科体系、发展现状以及研究热点,并结合文献计量手段,对近50年来湖泊科学的总体情况、研究主题以及学科发展未来态势进行了定性与定量分析。研究表明,湖泊科学是一门古老而年轻的综合性学科,发展态势良好,其学科体系目前正处于不断的发展完善之中;建立从\"湖泊水体\"到\"湖泊流域系统\"再到\"自然-社会综合系统\"的湖泊科学研究发展新思路,实现从湖泊专门研究层面向复杂系统层面延伸。我国的湖泊科学研究发展迅速但仍处于起步阶段,在理论和方法上亟待原始创新,形成具有自身特色的、系统的、综合的研究体系和完善而实用的学科服务功能。

     

工程地球科学发展的回顾与展望

本文根据现代科学技术的发展及其分类以及地学与社会经济和环境工程的关系，把地学分为基础地学，技术地学和工程地学三大类，并着重研究了工程地学发展的历史，现状和前景。     

地球系统科学的先驱——李四光

地球系统科学从20世纪80年代蓬勃兴起。国内外学者普遍认为地球系统科学（Earth System Science）概念是由美国国家航空航天局（NASA）1983年首次正式提出。然而如果我们重温李四光先生遗著,则不难发现早在20世纪20-30年代他就已将系统论引入地质学,提出了诸如构造系统（tectonic system）、大陆车阀说、海水进退规程等等新概念;1970年在他临终前出版的《天文·地质·古生物》,还将地球系统科学研究内容进一步扩大。可以说,系统科学思想贯彻在他的一生论著中,说明我国杰出地质学家李四光才是真正地球系统科学的先驱。李四光先生有诸多超前思维值得传承,他创建的“地质力学”的内容就是现代“系统构造地质学”加“地球系统科学”。      

中国大陆科学钻探工程的科学目标及初步成果

中国大陆科学钻探工程的主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海县,其穿过的岩石曾位于板块会聚边界的地幔深处,是研究大陆深俯冲及地幔动力学的最佳地区。中国大陆科学钻探的科学目标旨在通过对钻孔中获取的全部连续岩心、液态和气态样品及原位测井数据进行的全方位测量与综合研究,建立5000m孔深的各类多学科精细剖面,再造北中国板块与扬子板块会聚边界深部三维物质的组成和分布及三维结构构造;阐明板块会聚边缘的深部流体作用、壳一幔相互作用及地幔中物质循环和流变学;寻找超深地幔条件下形成的特征矿物,揭示超高压变质成矿机理;建立结晶岩地区地球物理理论模型和解释标尺;揭示超高压变质岩石的形成与折返模型及板块会聚边界的深部动力学机制。通过5km深孔营造的特殊地下空问,研究现代地壳的物理、化学及生物作用,并将建立亚洲第一个大陆科学钻探深孔长期观察实验站。中国大陆科学钻探工程已取得初步成果。主孔2000m岩心的深度和方位准确归位;建立了岩性、地球化学、构造、矿化、岩石物性、地下流体及各类测井等精细剖面;揭示了发现除超镁铁质岩外的各类岩石中的柯石英;通过SHRIMP测年准确确定超高压及退变质事件的年龄;初步揭示了超高压及退变质过程中流体的变化及水一岩作用;划分了构造岩片单元,确定了其边界的韧性剪切带性质,并发现早期构造信息;建立的随岩性变化的弹性波速度和热导率连续剖面对地震反射和热结构提供了岩石物性的制约;VSP地震剖面揭示了孔区深部的构造岩片结构,以及强地震反射层和大型韧性剪切带有关;发现地下特殊气体一甲烷、二氧化碳及氦气的异常,以及气体异常越往深部越频繁出现的规律。经DNA分析,在超高压岩心中发现在极端条件下形成的微生物。     

地球系统科学数据共享网络平台的设计和开发

“地球系统科学数据共享网”是国家科学数据共享工程的试点之一,同时也是国家科技基础条件平台的组成部分,其目的是为地球系统科学的基础和前沿研究提供数据支撑服务。该系统平台(GEODATA)是一个分布式的数据交换体系,总体设计思路是利用元数据整合分散的地学数据资源,通过业务逻辑的技术封装提供地学数据的网络共享。设计的GEODATA体系是一个五层结构,即门户层、共享业务层、核心服务层、资源管理层和网络平台层,具体的业务逻辑处理功能被分解为13个功能模块。GEODATA的研发技术路线包括总中心和分中心两大部分,其中总中心采用“地学数据超市”理念进行功能组织;分中心基于Web Services技术,采用分布式数据管理的模式进行设计。两者的业务逻辑基于元数据的生命周期被串联成一个有机的整体。GEODATA原型系统利用J2EE开发,实现跨平台部署。应用实践表明这种平台构架模式非常适用于地球系统科学的学科特点。     

美国科学基金会地球科学远景报告介绍

21世纪地球科学已经发展成为结合与联系了生物科学、社会科学、计算机科学、物质科学和工程科学等许多学科在内的真正跨学科科学。地球科学面临新的挑战和发展机遇,为了更深入地理解地球及其内部的相互作用,要求地球科学必须应用整体系统性分析方法,探索应用来自所有科学与工程学科的最新知识和技术。美国科学基金会(NSF)地球科学咨询委员会(AC-GEO)针对地球科学面临的新挑战,指导地球科学远景工作组(GEO Vision Working Group)制订了地球科学未来发展的新的规划:《地球科学远景(GEOVISION)——通过地球科学揭示未被拆散的地球的复杂性》,强调从整体系统角度来迎接地球科学未来面临的挑战。主要介绍《地球科学远景报告》的主要观点,AC-GEO提出的地球科学面临的3大挑战、5个重大科学问题,以及迎接挑战的3个措施与10个建议。     

"地下水科学与工程"学科形成的历史沿革及其发展前景

人类由逐水而居到凿井取用地下水是人类文明史的一大转折。和地表水相比,地下水具有分布广泛、水质良好、变化稳定、便于利用、不容易受污染等优点,因此它是理想的供水水源。地下水本身既是人类生存不可或缺的重要资源,同时也是一种地质营力、信息载体、生态环境因子和灾害因子。因此开展地下水的形成、赋存、运动规律的研究,以及合理开发、利用的工程技术、布局设计和实施等水文地质研究是一门关系到人类生活、社会需求和发展的重要学科。笔者着重论述了“地下水科学与工程”学科形成的历史是和人类社会的诞生、繁衍和发展紧密相关的。随着科学进步和国民经济的发展,该学科已从原来的基础学科逐渐向应用基础学科和应用学科相结合的方向发展。因此,今后在加强水文地质基础研究的同时,还应该十分重视满足国民经济需求和面向市场应用的研究。最后,从世界面临严重缺水和水污染的现实、科学发展的必然和国际学术组织和学者对地下水学科的重视,以及当前人才市场对该学科人才需求等方面指出,21世纪“地下水科学与工程”学科的发展具有很大的空间和十分广阔的前景。     

岩土工程勘察报告的主要内容及重点

岩土工程勘察报告是岩土工程勘察工作的最终成果,是地基基础设计和施工的基本依据。岩土工程勘察报告应该内容齐全、真实准确、图表清晰、重点突出、结论有据、建议合理。根据岩土工程勘察规范、地基基础设计规范和施工要求及多年从事岩土工程勘察的经验,介绍了岩土工程勘察报告的主要内容,提出了报告编写中应重点注意的问题。     

关于建立矿物科学与工程学科的一点思考

矿物学经过500多年的发展,已由地质学的一个分支学科,发展成地球科学、材料科学、环境科学、物理学和化学等众多学科的交叉学科,具备了一级学科的特点和条件。因此,作者提出建立矿物科学与工程一级学科的建议,并给出了矿物科学与工程的定义:研究矿物(包括天然和人工矿物)的成分与结构、性质与性能、鉴定与分类、形成与演化、应用理论与技术以及它们之间相互关系和规律的一门学科。对矿物科学与工程学科定义的基本内涵、学科的研究内容以及分支学科组成等进行了讨论。     

煤炭资源勘探工程测量应用软件简介

煤炭资源勘探工程测量软件应用具有文本编辑器、基本控制网经典平差方法、各种导线简易计算、极坐标点计算、各种交会点计算、线形锁计算、高程导线计算、测线支点高程计算、各种内业测线数据处理计算等功能。应用该软件可进行勘探工程测量各种内业数据处理,并对能对数据处理精度进行检查。     

吹填土静力触探测试及主要特性分析

天津滨海新区吹填土在形成过程中受重力分选作用及水动力条件影响,加上后期真空固结方法处理,使其工程性质复杂。采用静力触探原位测试手段,通过对实测参数的统计、分析,综合考虑野外钻探编录及室内土工试验结果,将吹填土分为硬壳层、软弱粘性土层及底部砂性土层3个工程地质层。顶部硬壳层及底部砂性土层强度相对较好、层位分布不稳定,软弱粘性土层具有强度低、压缩性高的软土工程特性。吹填土在排水口部位以软弱粘性土层为主,工程性质相对其他部位差。     

油气井工程中的一个新领域--井下控制工程学浅谈

油气井工程中普遍存在控制问题.由于油气井的特殊结构、井下作业的特殊环境和载荷性质,使井下控制问题表现出固有的特殊性和难度.为促进油气井井下控制技术研究的发展,在综合分析国内外有关成果的基础上,笔者于1993年前后提出了"井下控制工程学"这一新概念,1997年被中国石油工程学会钻井基础理论学组列为"油气钻井工程"专业的一个新分支.井下控制工程学是用工程控制论的观点和方法,去研究和解决油气井井下工程控制问题的有关理论、技术手段的一个新学科分支,是一个多学科交叉的应用技术新领域.在回顾100 a来钻井工程技术发展过程的基础上,阐述了井下控制工程学产生的技术与学术背景,论述了井下控制工程学的学科框架、基本问题和主要研究内容,介绍了井下控制工程学十余年来在中国的研究进展,并对井下控制工程学的未来发展作出展望.     

三维地层网格剖分方法与应用

针对三维地层表示中散乱点的三角化问题,提出了一种新的剖分算法——环形三角剖分算法．该算法首先在散乱点中心构造初始三角形,并将其3条边作为初始环形路径;然后对环形路径上的每条线段,都在其外围寻找与两端点所成夹角最大的点构造新三角形,并将其纳入环形路径,从而使环形路径不断向外围扩展;重复此扩展过程直到所有散乱点都处于路径范围内．对上述剖分中遗漏的小块区域形成的“空洞”,利用简单多边形的三角剖分方法实现三角化．此算法时问复杂性介于O(n)与O(n^2)之间,其效率体现在：只搜索外围散乱点,减少了夹角计算过程;只对已扩展点进行“空洞”判断,节省了处理时间．将此环形三角剖分算法应用于广东省东深供水改造工程的三维地层构造与分析中,取得了,良好的剖分效果和执行效率,对地层的任意剖切和开挖分析均具有良好的支持．     

CCSD Well Logging Engineering Program

This paper introduces briefly the tasks and characteristics of China Continent Science Drilling (CCSD) Well Logging Engineering, the logging methods measured with CCSD, the quality control of original logging information, the logging plan of CCSD, the logging engineering management of CCSD, the logging interpretation and the results and reports made with CCSD.