地质统计学在含水层参数空间变异研究中的应用进展与发展趋势

科学合理评价地下水资源,对统筹规划、合理开发利用区域地下水,保障区域生态环境安全至关重要。获取含水层参数空间变异规律是解决地下水渗流、污染物运移、地下水开发利用等诸多地下水问题的重要基础。然而,受常规勘察技术所限,含水层非均质性难以直接刻画。两点地质统计学通过变异函数确定随机变量相关关系,解决地质变量空间线性估计并表征其各向异性;多点地质统计学突破了空间两点间相关关系的局限,通过多点训练图像建模,有效反映含水层参数变量空间分布特征,也更适合模拟复杂结构地质体。据此,本文对常用的两点地质统计学在含水层参数空间变异研究中的实际应用作了简述和探讨,并以含水层渗透系数为媒介,阐述了岩土电阻率和水力梯度或水头与渗透系数在地质统计学中运用的限制性协同关系。应用对比了多点地质统计建模与传统地质统计建模相比所具有的优势,并探讨了后者受自身算法、建模方法等制约现如今仍然尚未解决的问题及未来发展方向。指出在卫星、雷达及遥感技术快速发展背景下,数据同化、机器学习等手段融合、集成和尺度推绎多源、多空间、多分辨率空间数据帮助地质统计学实现数值建模是大势所趋。     

层序格架约束下的地质统计学反演在薄砂体预测中的应用

西湖凹陷砂岩储层具有砂体厚度薄、砂泥互层发育以及横向变化快的特点，传统的地球物理方法很难精细地刻画砂体空间分布。将层序地层学与地质统计学反演相结合，在建立等时地层格架的基础上，构建相应的地球物理模型，在正确的沉积学理论指导下，对西湖凹陷平湖斜坡带平湖组砂岩储层开展砂体的时空分布预测研究。研究结果表明，平湖组可划分出3个三级层序，下部砂体单层厚度较大，横向连续性好，平面连片发育；中部以泥岩为主，砂体孤立发育，连续性差；上部砂体增多，单层厚度较薄，横向连续性好。结合钻井实际资料分析表明，砂体预测结果垂向分辨率可以达到1~2 m。地质统计学反演有效解决了西湖凹陷平湖斜坡带薄层砂体识别的难题，可为研究区有利储层预测提供重要支撑。      

辽宁弓长岭一矿区铁矿石品位分布的地质统计学研究

弓长岭铁矿地质条件复杂,使矿山生产长期受到制约。运用地质统计学的方法对该矿区的ＴＦｅ,ＦｅＯ品位分布规律进行了系统研究,确定了品位分布的结构模型,对今后矿山开发和生产提出了建议。     

对数泛克立格法在矿产勘查开发中的应用

采用对数泛克立格法对内蒙古乌拉山-大青山分散流资料进行数据处理,缩小了异常范围,突出了异常浓集中心.由于方法考虑到了数据整体的空间位置关系,使异常所处部位更接近矿体的实际位置,为地质找矿优选靶区提供了充分的依据,增强了矿业开发的可信度.     

基于地下水多变量空间聚类分析的变异性评价

在现存地下水监测网站中,观测站点分布的任意性、随意性和层次不清以及观测数据的冗余性等问题普遍存在,应用空间聚类原理,对所选研究区域廊坊地下水的监测点位及监测指标分别进行了空间聚类分析,对原始数据和经聚类处理后的数据分别进行了空间变异性评价,结果显示空间聚类分析是有效合理的.试图将空间变异性和空间聚类方法结合起来,为环境监测点的重新布置提供了理论依据,使提高监测效率与监测点的代表性、优化监测网格成为了可能;了解监测指标及监测点位在空间上的相关程度,为环境监测指标的确定提供理论依据,进而为环境管理、污染物控制以及环境资源的综合利用提供基础依据.     

基于定向半变异函数的裂隙网络空间变异性分析

运用地质统计学中的定向半变异函数,研究了个旧高松矿田莲花山断裂和五指山背斜裂隙网络的空间变异性。首先基于ArcGIS将野外露头裂隙网络进行数字化处理并提取裂隙密度和强度,然后依托GSLIB对裂隙密度和强度图沿着0~175°方位角计算,创建了36个实验性半变异函数并进行克里金插值,最后创建归一化的半变异函数图,量化各个断裂强度和断裂密度的二维空间变异性。研究表明,越是靠近断层裂隙密度和强度的空间变化幅度越大,并且其空间变异性存在显著的各向异性。空间变异性最小的方向平行断层且靠近断层,最大方向垂直断层且靠近断层,在褶皱近端空间变异性最小的方向平行于褶皱轴面方向,最大的方向则垂直于褶皱轴面方向。裂隙网络空间变异性质反映了断层和褶皱对裂隙网络发育的不同影响,为构建矿田三维裂隙网络空间分布模型提供参考。      

地质统计学组件库系统架构设计与应用——以Python和SuperMap Object的趋势面分析为例

随着GIS应用在地学应用领域的拓展和加深,有必要为GIS工具引入和整合地质统计学等分析工具。应用COM组件技术和Python及其科学计算扩展模块SciPy可以迅速高效的开发出具有COM接口的地质统计学分析模块,并整合到组件式GIS工具中。本文介绍了应用Python在SuperMapObject集成中的趋势面分析。     

地质科学大数据背景下的矿体动态建模方法探讨

三维地学建模的理论与方法在大数据时代该如何发展,是当下这一领域研究人员非常关注的问题。从现代三维地学建模的重要方法——隐式建模的角度,对三维地学建模方法与地质大数据系统的有机集成、以及如何利用大数据技术提高地学建模的效率和质量等问题进行了探讨。初步提出了一套基于地质科学大数据的三维地学建模方法和流程,包括:地质大数据的搜集、主题大数据系统的搭建、地质特征要素的深度挖掘和三维地学模型的动态构建。同时,也指出了大数据背景下高质效三维地学建模的关键在于:研究实现充分顾及地质对象和地质科学大数据特点的地学人工智能、机器学习、数据挖掘及空间推断方法。通过一个典型矿体建模的应用实例对所提方法的可行性进行了验证。      

MAPGIS在地质制图中的应用

本文阐述HAPGIS在实际工作中的应用,并与传统的手工制图作比较,介绍了MAPGIS在实际制图中经常用到的一些主要功能,如:MAPGIS的输入和数据编缉处理功能;拓扑处理功能;误差校正功能;图形裁剪功能;输出功能和数据接口转换功能.以便更好在地质制图中广泛应用MAPGIS.     

灰色系统理论在环境科学中的应用进展

灰色系统理论是处理信息不完全的系统的一种数学方法。本文概括介绍了近几年来灰色系统理论应用于环境科学所取得的最新进展,同时指出了存在的一些问题和可能的发展前景。     

大柳塔采煤塌陷区土壤含水量的空间变异特征分析

通过研究采煤塌陷区土壤水空间分布及动态变化特征,查明了采煤塌陷对土壤含水量的影响,这对矿区生态环境保护、塌陷区土地复垦等具有重要指导意义。以大柳塔双沟采煤塌陷区为试验区,利用传统统计学和地统计学方法分析了采煤塌陷条件下的包气带土壤水空间变异特征。研究结果表明:由于采煤塌陷造成塌陷区土壤层位在垂向上倒置、重组,引起土壤粒度、容重、孔隙度等土壤物理特性的改变,使塌陷区土壤含水量比非塌陷区显著降低,在不同深度层（0~60 cm）分别减少14.2%~21.9%;在垂向分布上塌陷区土壤水分也表现出较强的变异性,其离散系数在不同深度（0~60 cm）与非塌陷区的差值在19.2%~50%之间。根据试验区0 cm、20 cm、40 cm、60 cm四个层面土壤含水量的Kriging插值等值线图显示,土壤含水量低值区均位于塌陷区内的塌陷坑部位,证明地表的地裂缝、塌陷坑、塌陷洞等塌陷形态对土壤持水能力的影响颇为显著。采煤塌陷区土壤含水量降低、空间变异性增强直接导致了地表植被生存环境的恶化,地表景观被严重破坏。     

新疆阿克苏河流域降水空间变异特征分析

根据阿克苏河流域降水空间观测数据,其降水稀疏且分布不均匀的特点,选取不同模型对降水空间变化规律进行研究,其结果精确性差异很大。通常应用地统计理论研究降水空间变异性,一般只涉及单个变量,传统的多元回归分析虽然涉及多个变量的影响,但缺乏区域化的空间结构特征。揭示具有协同区域化特征的降水空间变异现象及建立其空间分布模型,既要考虑多元信息的空间位置关系,即同一变量在不同地理位置上的相关性,又要考虑多元信息由于空间重复性引起的协同关系,即同一地理位置上不同变量的相关性。本文用阿克苏河流域范围内的降水观测数据建立析取-协克立格模型,考虑高程变量对降水量空间分布的影响,定量地揭示降水区域化变量的空间变异规律,并将其结果用于降水量的空间最优插值。     

Environmental effects of foreign trade and its spatial variations in mid-eastern provinces and cities of China

The studies on environmental effects of foreign trade and its spatial variations are helpful to design and implement environmental protection countermeasures.In order to eliminate the adverse effects of insufficient observation values on the accuracy of regression results and dynamic information quantity of fitting equation during empirical study,panel data of the mid-eastern provinces and cities of China from 1985 to 2007 were selected based on the adjustment of classical regression model in this paper.Panel unit root test and panel cointegration analysis method were applied to investigating the environmental effects of foreign trade and its spatial variations in the mid-eastern provinces and cities of China and its three groups divided by foreign trade dependence.The results show that all scale effects are positive,while all technical effects are negative and unable to counteract positive scale effects.Foreign trade development is regarded as an important cause for outstanding eco-environmental problems in the mid-eastern provinces and cities of China.Total effects and structural effects are significantly different among different groups because of spatial variations in environmental policies,export destinations,source of FDI,etc.Following the principle of′coordinating generality and considering differences comprehensively′,it is essential to issue a series of policies and countermeasures corresponding to differences in regional environmental effect of foreign trade,in order to coordinate the relationship between foreign trade development and eco-environment in each region.     

空间综合人文学与社会科学研究综述

地理信息科学与哲学、历史、文学、艺术、社会学、经济学、政治学、管理学等人文学与社会科学进行了全面的深度融合。一方面,地理信息科学领域的学者积极拓展研究领域,为人文学与社会科学领域的学者提供空间化、可视化的技术手段;另一方面,人文学与社会科学领域的学者积极学习和掌握地理信息技术,在研究中积极引入空间思维和空间可视化方法。同时,一些适用于人文学与社会科学研究者的开放平台、代码和工具不断涌现。本文在对空间综合人文学与社会科学的最新进展进行全面总结的基础上,探讨了空间人文学与社会科学研究的思路和框架,并分别对该框架各分支的研究进展进行了梳理和评述,包括：历史GIS,文学GIS,语言学GIS,GIS与哲学、人类动力学、人文地理学等;以及GIS与政治学及国际关系学,GIS与管理学、空间计量经济学、社会地理计算、空间社会网络与空间交互网络、犯罪地理学、健康地理与公共卫生学等。接着,本文对空间综合人文学与社会科学的研究方法进行了分析,包括：空间思维与空间计量、认知心理学与空间认知、空间可视化与虚拟地理分析、平台研发等。最后,对空间综合人文学与社会科学研究的关键问题和未来发展方向进行了展望。     

面向环境数据集的Spatial OLAP系统集成

SOLAP是以空间数据仓库为基础,针对特定问题的联机空间数据访问和分析,实现SOLAP的前提是解决空间数据与非空间数据在空间数据仓库中的集成问题。首先,论文结合混合数据仓库架构模式,采用多层体系结构设计,提出和构建了一种面向环境数据集的空间OLAP系统的体系架构,包括"生产数据库—数据仓库层(基础业务库-主题数据库)-中间件层—BI综合分析层"等4个层次。接着,分析了环境数据集成和空间数据仓库建模过程,采用Oracle 11g来构建环境空间数据仓库,通过使用ODI工具的ETL功能实现环境属性数据集成。分析和构建了环境数据空间维度扩展的方法和模型,通过扩展行政区划维度表,使用Oracle Spatial sdo_geometry抽象几何数据类型存储环境空间数据,实现了空间数据和数据仓库数据的一体化存储。分析了SOLAP系统中OLAP和GIS的集成问题,采用OBIEE作为OLAP工具,Oracle Mapviewer作为GIS组件、GIS服务和OLAP服务在Web服务器中进行业务逻辑集成,对外提供统一的访问接口,实现OLAP和GIS的完全集成。最后,实现了一个环境数据集SO-LAP原型系统,验证了论文的框架和模型。     

环境示踪剂(3H、Cl)在干旱半干旱区地下水补给研究中的应用

地下水补给资源估算是地下水资源可持续开发利用的重要依据,传统地下水资源评价工作往往是采取水均衡法或达西定律等评价地下水补给资源,很少采用环境示踪剂方法。环境示踪剂在地下水补给研究中具有重要价值,特别是在干旱半干旱地区是一种非常简单可靠的评价方法。本文介绍了两种常见的环境示踪剂（3H、Cl）方法氚峰法和氯质量平衡法的基本原理及其在地下水补给研究中的主要应用,其中氯质量平衡法不仅可以估算地下水的补给量,而且可以研究植被覆盖变化对地下水补给影响和示踪地下水补给历史及气候变化。     

环境地球物理学的发展及展望

本文论述了环境地球物理学的缘起及产生的科学背景、技术背景和应用背景 ,阐述了有关环境地球物理学的概念、研究内容以及主要方法技术 ,并指出其工作重点和发展方向。最后 ,展望了其发展前景 ,并提出几点想法     

人地关系研究新模式与地理虚拟创新环境

从地球系统科学和地理科学研究内容与研究手段的角度出发,探讨数字地球对人地关系研究的影响,在新技术框架下,地球系统科学所研究的新人地关系,成为实现可计算的人地关系的现代地理学发展关键阶段所必需的理论与技术依托。研究认为在数字地球实验室框架下,可以实现为地理科学的原始性创新提供虚拟创新环境。地理科学虚拟创新环境以不同空间、时间分辨率的数据为基础,或以物质和能量的多种分辨率的有关资源、环境、社会、经济和人口等海量数据或信息进行数据融合后产生的数据,按照一定的地理坐标,从里层到外层,从岩石圈到生物圈、大气圈,从局部到整体,从区域到全球进行整合、融合及多维(如4维)动态模拟,从而为解决地理科学这个复杂巨系统现状描述、历史反演、未来预测研究提供知识创新的平台、技术开发与理论研究的实验基地。     

城市地理数据生产及应用调查与评估分析

国内城市地理数据开发和应用水平差异很大,且不少城市面临诸多困难和挑战。本文使用问卷调查和案例分析的方法评估城市地理数据的开发和应用水平,为城市地理数据资源开发和持续利用提供战略建议。同时分析了地理空间数据的基本特征,强调了地理数据的重要性,提出反映地理空间数据生产与应用水平的关键指标,如专业人才与组织、数据投资与预算、数据生产与供应、数据标准与质量、空间数据基础设施、数据法令与政策、数据应用与效益、数据共享程度、成功应用数目等,建议依据这些基本要素构建评估指标体系。最后提出了城市地理空间数据生产与应用调查的组织、方法和程序,并建议政府主管部门或行业协会尽快展开有关工作。     

福州市农田土壤养分空间变异特征

研究农田土壤养分空间分布特征及变异规律,分析地形因子对土壤养分空间分布的影响,对土壤养分的有效利用与管理具有重要意义。本文采用GIS和地统计学相结合的方法,揭示东南丘陵区福州市农田土壤养分（有机质、碱解氮、有效磷和速效钾）的空间分布特征和变异规律,并进一步探讨土壤养分含量与地形因子（地形起伏度、高程、地形湿度指数、沉积运输指数和坡度）之间的相关性。结果表明：福州市农田有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量范围分别为1.10~89.5 g/kg、 1.00~461 mg/kg、0.300~298 mg/kg、和4.00~399 mg/kg,其变异系数范围为35.3%~99.0%,均属于中等变异水平;区域内耕地土壤养分存在明显的空间丰缺差异,大部分地区有机质和有效磷含量较为丰富,碱解氮含量处于中等偏上水平,速效钾含量相对较低;有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的块金系数分别为32.0%、37.3%、50.0%和50.0%,均呈中等强度空间自相关,表明同时受到结构和随机因素控制;有机质和碱解氮空间自相关尺度较大,且在步长小于0.3 km时,各方向（0°、45°、90°和135°）变化平稳,为各向同性,而有效磷和速效钾变程较小,且各方向变化较复杂,为各向异性。这些结果表明,政府需加强施肥指导,保持氮肥施用量的同时,合理增加钾肥,适当降低有机肥和磷肥施用。此外,在后续调查采样时,样点布设要考虑密度和方向性,适当加密有效磷和速效钾的采样,而有机质和碱解氮采样可以在此基础上适当减少样点。