基于四叉树的LiDAR点云数据组织研究

针对传统的数据读取方法不能满足LiDAR点云数据量大的特点,基于Windows的内存映射机制,研究LiDAR点云数据组织,利用四叉树对LiDAR点云数据进行索引管理,并在LiDAR点云的三维场景绘制中对点云数据进行剪裁,减轻CPU的负担,提高其运算的效率.     

石英标准生长曲线在青藏高原东缘黄土光释光测年中的应用

石英标准生长曲线（SGC）法在黄土高分辨率光释光定年中有大幅节省测试时间的潜力,然而目前对该方法在不同时空尺度上的适用性尚存在争议。本文选取青藏高原东缘的典型黄土样品,通过系统地分析石英光释光生长曲线特征,检验SGC法和最小二乘法标准化生长曲线（LS-SGC）法在高原东缘黄土光释光定年中的适用性,结果显示：1）高原东缘黄土石英光释光信号以快组分为主,且同一地点不同样品、不同测片的生长曲线形态相似;2）当等效剂量（D_e）小于100 Gy时,不同地点样品石英生长曲线形态一致;大于100 Gy时生长曲线则具有不同的剂量响应特征;3）通过SGC法获得的D_e仅在0~100 Gy与实测值一致;LS-SGC法拟合的生长曲线结果更佳,并且LS-SGC法计算的D_e在100~200 Gy与实测D_e仍具有较好的一致性。研究结果有助于深入研究高原黄土光释光测年和风成沉积过程,同时也可为其他区域建立石英光释光标准生长曲线提供借鉴。

     

火山岩与地形联合约束下海岛土壤稀土元素地球化学空间分布异质性——以广西涠洲岛为例

海岛土壤地球化学特征的研究对于认识海岛表生地质环境有重要意义。本研究以我国最大的第四纪火山海岛——涠洲岛为案例,重点研究亚热带海岛环境下火山岩风化土壤的稀土元素（REE）地球化学特征,并探讨影响其空间分布的关键因素。结果表明,涠洲岛土壤REE总量（ΣREE）自然变化范围较大,介于59.07~575.30 mg/kg,平均值为285.53 mg/kg,高于中国大陆土壤背景值（163.86 mg/kg）,指示火山岩风化海岛具有较高的土壤REE丰度。反距离权重插值法（IDW）分析指示,岛内土壤的REE含量高低变化呈现出以带状和斑块状为主体形态的空间分布不均一性,推断其成因与母质岩石类型和地形位置等因素密切相关。3种不同岩性的成土母岩的ΣREE含量变化序列为：玄武岩（236.66 mg/kg）>火山碎屑岩（215.58 mg/kg）>含生物碎屑海滩沉积物（18.99 mg/kg）,对应的土壤ΣREE含量具有类似变化规律,即玄武岩土壤（307.20 mg/kg）>火山碎屑岩土壤（297.46 mg/kg）>含生物碎屑海滩沉积物土壤（89.73 mg/kg）。该证据指示母岩是控制岛内土壤REE含量变化的首位因素,玄武岩整体上易形成具有较高REE丰度的土壤,火山碎屑岩次之,而含生物碎屑海滩沉积物反之。此外,本研究还发现火山碎屑岩单一岩性区内,发育的土壤REE含量也会随地形地貌差异而出现显著变化,其原因是地形地貌制约了土壤矿物和化学风化程度,海蚀丘陵比海积平原更利于海岛土壤中REE次生富集作用的发生。

     

现代黄河三角洲YRD-1401孔MIS 5以来沉积层序及其古环境意义

近年来渤海地区晚更新世以来沉积环境演化和地层划分存在争议。本文对现代黄河三角洲东南海岸带YRD-1401孔岩芯（长81.00 m）沉积物进行综合研究,旨在建立该孔晚更新世以来地层的沉积相序列和时间标尺,为解决地层划分争议提供新的证据。根据AMS ¹⁴C和光释光测年结果,并考虑到YRD-1401孔底部地层光释光年代的不精确性,本文主要研究YRD-1401孔MIS 5以来的沉积演化史。综合分析YRD-1401孔沉积地层的岩性特征和底栖有孔虫组合变化,结合测年结果,该孔可划分为6个沉积单元（从下往上DU 6~DU 1）：最底部的DU 6（51.35~81.00 m）为受潮流影响的河流沉积（其形成时间有待进一步研究）,DU 5（37.64~51.35 m）为MIS 5潮坪-近岸浅海沉积,DU 4（30.71~37.64 m）为MIS 3早期的潮坪沉积,DU 3（23.50~30.71 m）为MIS 3晚期至全新世早期形成的河流沉积,DU 2（14.22~23.50 m）为全新世早期（约10 cal.ka B.P.）至1855年形成的滨岸沼泽-滨岸浅水-近岸浅海~前三角洲沉积-海洋改造层,DU 1（0~14.22 m）为1855年以来发育的现代黄河三角洲沉积。晚更新世以来该孔有3个海相层（自下而上分别是DU 5、DU 4和DU 2）,分别形成于MIS 5、MIS 3早期和全新世,表明晚更新世以来全球海平面变化是其主要控制因素。研究区MIS 4的沉积地层出现缺失。渤海沿岸地区多个钻孔地层的对比表明,区域性的差异构造沉降、沉积物供给和地层完整性等因素也是影响研究区晚更新世以来沉积地层发育的重要因素。

     

TBM机施工隧道瞬变电磁超前探测研究

在隧道掘进机(TBM)施工隧道内,传统瞬变电磁的装置形式受到了TBM机械的限制,TBM自身的金属构件对二次场衰减电压的采集产生了强烈的电磁干扰.为了克服瞬变电磁法在TBM施工隧道内遇到的困难,在前人工作的基础上,尝试提出了一种基于电性源激发、电场分量采集的施工隧道瞬变电磁超前探测装置形式.针对钻爆法与TBM施工隧道各自不同的工况,利用三维时域有限差分法对单个电性源激励下隧道前方瞬变电磁场的分布规律与响应特征进行了正演模拟.通过对瞬变电磁场的分布规律以及响应特征进行分析,认为所述的电性源发射装置不仅可以在钻爆法施工隧道内使用,并且具有在TBM施工隧道内进行隧道超前预报的能力.     

新疆阿尔泰可可托海伟晶岩型稀有金属矿床中磷灰石地球化学特征及意义

磷灰石可以记录和保存岩浆和热液活动的信息。可可托海伟晶岩型稀有金属矿床磷灰石发育,为研究该矿床伟晶岩成岩成矿过程提供了优良的条件。已有对可可托海伟晶岩型稀有金属矿床磷灰石的研究集中在其稀土元素特征,较少讨论其对伟晶岩成岩成矿过程的制约。本文选取可可托海伟晶岩型稀有金属矿床富矿伟晶岩脉（3号脉）和相对贫矿伟晶岩脉（1号、2b号和3a号脉）中的磷灰石作为研究对象,进行磷灰石岩相学和地球化学研究。岩相学分析表明,磷灰石主要与钠长石、石英、白云母、锰铝榴石等伴生。EPMA分析显示,磷灰石F含量为3.67%~4.41%,Cl含量小于0.67%,较低的Cl含量表明伟晶岩熔体出溶的流体Cl含量较低;大部分磷灰石MnO含量为4.67%~8.71%,但2b号脉磷灰石MnO含量变化较大（1.23%~14.28%）,这是由于2b号脉磷灰石具有分带结构,暗示其遭受后期热液作用,促使磷灰石溶解-再沉淀,导致MnO含量发生较大变化。LA-ICP-MS分析显示,贫矿伟晶岩脉磷灰石的稀土元素含量较低（< 180×10^-6）;相反,富矿伟晶岩脉磷灰石的稀土元素含量较高（>700×10^-6）,并具有明显的四分组效应（TE_1-3平均值为1.7）。1号脉和3a号脉磷灰石均显示轻稀土元素富集,反映其形成过程中有含Cl热液的参与。3号脉磷灰石显示强烈Eu负异常和Ce正异常,而2b号脉磷灰石显示强烈Ce负异常和中等Eu负异常,这种Eu、Ce异常的差异可能与岩浆-热液阶段大量流体出溶密切相关。磷灰石的沉淀将导致热液中HF含量的降低,促使磷灰石周围铌钽矿结晶和Nb、Ta进入磷灰石中。可见,在伟晶岩形成过程中,磷灰石并非保持稳定,其分带结构和主微量成分变化记录了后期热液活动,暗示后期热液活动对伟晶岩的成矿具有重要作用。

     

基于方向tilt-Euler的三维磁数据快速反演

三维磁异常快速反演是磁法勘探进行地质解释的一项重要内容.本文在方向tilt梯度基础上进行导数处理,并进行合理改进,得到了6个改进的方向tilt梯度导数,丰富了不同方向上的磁异常信息.对常规欧拉反褶积方程进行三个方向求导,所构成的方程组与6个改进的方向tilt梯度导数进行结合,从而构建出了两个基于方向tilt梯度导数的快速反演方程组（方向tilt-Euler法）,用于反演场源的位置参数.另外,将三个方向导数下的欧拉反褶积进行平方和及均方根处理,得到了场源构造指数的求解公式.单一模型试验表明,6个改进的方向tilt梯度导数异常基本不受磁化方向影响,可从不同方向上反映磁异常信息,方向tilt-Euler能够准确地反演出场源的位置及构造指数.叠加模型试验证实了方向tilt-Euler法相对于tilt-Euler法,具有反演解聚集度更强、连续性更好、反演准确度更高、受噪声影响更小及无虚假反演解等优点.将本文方法应用于内蒙古塔木素航磁资料处理中,获得了丰富的地下磁源分布信息,为了解该地区隐伏断裂构造及岩体分布等提供了有效依据.

     

基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演

各向异性介质对大地电磁观测数据的影响往往不可忽略,因此需要提高大地电磁各向异性三维反演的可靠性和有效性.为了满足大地电磁各向异性三维反演的需求,本文研究了一种基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演算法.根据大地电磁平面波理论假设,正演方程采用背景场与二次场分离的计算方式,二次场利用交错网格有限差分法求解.由于各向异性反演的多解性,本文将各向异性介质简化为主轴各向异性,并在此基础上进一步采用有限内存拟牛顿LBFGS法实现三维各向异性反演.为了提高各向异性反演的分辨率,反演目标函数中引入交叉梯度项,利用先验的结构信息,对三个方向的电阻率参数进行结构约束,最终的反演进一步利用MPI（Message Passing Interface,消息传递接口）技术实现分频并行计算,测试结果显示并行接近线性加速比.

     

基于约束Markov决策过程的初至自动识别技术

随着地震数据采集技术的进步,地震数据量日益增加,全自动、高精度的地震初至走时拾取技术受到了更加广泛的关注.本文将初至拾取看作特征空间内带约束的Markov决策过程,在奖励函数空间,按一定准则全局寻优获得积累奖励值最大的路径,从而达到在高维空间自动拾取初至信息的目的.同时,状态值函数中包含与距离相关的折扣因子γ,使Markov决策过程拾取初至能够考虑地震数据的横向连续性,并且回避地震数据中的坏道信息.在此基础上,本文方法进一步引入受空间几何信息约束的动作（Actions）和转移概率（Transitions Probability）,从而降低了对起始状态和折扣因子选取的难度,让地震数据初至走时拾取更加准确和自动化.实际数据测试结果表明,在初至能量较弱（信噪比较低）情况或浅层存在相邻较近复杂波形时,本文提出的约束Markov算法仍能准确地进行初至走时的自动拾取,并且具有一定的质量监控能力,让拾取结果更有物理意义.