基于机器学习模型的淮河流域中长期径流预报研究

准确可靠的中长期径流预报是支撑水资源科学调配、提高水资源利用效率的关键。本研究采用AdaBoost模型(AdB)、随机森林模型(RF)和支持向量机模型(SVM)进行淮河流域王家坝和蚌埠站当年11月至次年10月共12个月的中长期径流预报研究。采用置换准确度重要性度量法从130项气象-气候因子及前期降雨/流量构建的1 562个因子变量中筛选出影响各月径流的关键因子,构建了基于AdB、RF和SVM模型的各月径流预报模型,模型参数采用随机搜索技术并结合交叉验证方式确定。采用变幅误差合格率和等级(五级)预报合格率指标对模型的预报精度进行了评估。变幅误差合格率指标表明,王家坝12个月的平均合格率分别为99.8%(AdB)、96.6%(RF)和95.9%(SVM),蚌埠站分别为100%(AdB)、94.8%(RF)和93.8%(SVM);等级预报合格率指标表明,王家坝12个月的平均合格率分别为79.0%(AdB)、76.4%(RF)和79.9%(SVM),蚌埠站分别为81.0%(AdB)、75.6%(RF)和76.6%(SVM)。模型均具有较好的预报效果,但RF和SVM模型对于高流量值的预报存在偏低现象,AdB模型整体上优于RF和SVM模型。     

深海海底边界层原位观测系统研发与应用

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。     

古生代中国中西部三大陆块古地理位置重建与演变

针对古生代中国中西部华北、华南和塔里木三大陆块在全球洋-陆格局中的古地理位置还存在的争议问题,本论文以国际最新的古地理位置重建研究方法和思路,在对中国三大陆块盆地(鄂尔多斯、四川和塔里木盆地)古生界钻井岩心的古地磁实测研究、全球古生代古地磁数据收集与有效性筛选处理、全球主要地质事件约束等多参数融合分析的基础上,采用最新的 GPlates 板块重建方法,对中国华北、华南和塔里木三大陆块在全球洋-陆格局中的古地理位置进行了重建和定位。研究结果表明:古生代三大陆块主要在全球 ±30° 之间的南北中低纬度之间迁移;三大陆块在古生代至少发生了 3 次不同的顺时针旋转和方位角转换;三大陆块运移速率至少经历了 3 次以上不同高、低速度间的转换与变化过程;响应于古生代全球洋-陆形成与演化,中国三大陆块古构造格局总体上经历了洋盆扩张下的“多岛洋”离散、俯冲碰撞下的离散-汇聚并存、俯冲消减下的差异汇聚隆升、新旧洋盆转换下的差异汇聚-离散、拼合与地幔柱控制下的差异汇聚-离散内部拉张的差异性演变过程。古生代中国三大陆块在全球洋-陆格局中的位置与差异性演变,奠定了中国三大陆块古生代不同性质盆地的形成与演化、不同层系油气烃源、储集原始物质差异性发育的基础。     

广西五圩矿田箭猪坡锑多金属矿综合信息找矿模型

【研究目的】通过箭猪坡锑多金属矿综合信息找矿模型的研究,对于进一步开展深部矿体定位预测具有重要意义。【研究方法】本文基于箭猪坡矿床锑多金属矿找矿工作,研究了深部成矿模式,分析了可控源音频大地电磁测深（CSAMT）、瞬变电磁测量（TEM）、地电化学测量等方法在深部找矿中的作用和效果。【研究结果】可控源测量能反映深部断裂带的延深情况,瞬变电磁测量低电阻率能有效识别矿化带或控矿断裂带,地电化学测量Pb、Zn、Sb元素变化曲线峰值能指示矿化体的存在。【结论】箭猪坡锑多金属矿地质-物探-化探测量综合信息找矿模型的建立为五圩地区深部找矿提供了可以识别的探测目标,CSAMT、TEM及地电化学测量综合方法能探测控矿断裂的深部特征,综合信息特征的找矿方法是构造控矿的有效技术手段。创新点：采用地质-物探-化探综合找矿方法构建多源信息找矿模型,预测深部矿体的位置、规模。     

云南滇西地区早古生代增生杂岩的厘定及其洋壳俯冲消减作用——基于1∶5万文东幅地质调查的新认识

【研究目的】 澜沧岩群一直存在较大争议,查明澜沧岩群的物质组成、构造属性、时代及变质变形特征具有重要的意义,为进一步重建特提斯的时空格架提供重要的基础资料。【研究方法】 在1∶5万详细野外调查的基础上,系统开展LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年代学等综合研究。【研究结果】 查明了澜沧岩群的物质组成及变质变形特征,具有基质+块体的构造混杂岩特征,经历了3期变质变形,整体表现为逆冲推覆-增生造山的构造变形样式。通过碎屑锆石、变酸性岩锆石U-Pb年代学研究,结合已有的研究资料,厘定其形成时代为早古生代。澜沧岩群中高压变质岩的原岩具有岩浆弧、OIB和E-MORB的特征,说明澜沧岩群经历了深俯冲、增生造山作用过程。【结论】 结合区域已有的研究资料及本文研究成果,认为澜沧岩群不是基底岩系,而是昌宁—孟连原-古特提斯洋俯冲消减形成的早古生代增生杂岩。     

南太行邯邢地区白涧矽卡岩型铁矿中磁铁矿与赤铁矿交代现象对矿床成因的启示

对邯邢地区白涧铁矿中磁铁矿与赤铁矿进行成因矿物学研究,精细刻画了铁的成矿过程。在岩相学观察过程中作者发现该矿床中存在2个期次的赤铁矿,其分别交代磁铁矿或被磁铁矿交代。根据磁铁矿和赤铁矿的交代关系,我们将赤铁矿划分为早、晚2个期次,并根据成矿流体的演化,将铁矿化过程划分为4个阶段。成矿流体从岩浆中分离并交代碳酸盐围岩形成矽卡岩,同时形成接触带矿(第1成矿期),随着接触带磁铁矿的形成,具有更高氧逸度的演化的流体沿着断裂带充填和交代碳酸盐地层形成早期赤铁矿(第2成矿期)。随着赤铁矿形成,氧逸度降低至磁铁矿-赤铁矿缓冲线之下,形成层间的磁铁矿(第3成矿期),SO42-转化成HS-,同时形成大量自由氧,导致成矿流体的氧逸度进一步升高,从而形成晚期赤铁矿(第4成矿期),伴随温度和氧逸度的进一步降低,成矿作用进入硫化物形成时期。整个成矿过程中氧逸度控制了成矿过程及其产物,对矽卡岩型铁矿的形成起到了主导作用。     

基于扩展有限元分析的页岩水力压裂裂缝扩展规律探究

水力压裂是开采地下页岩气资源的有效技术手段,探究页岩水力压裂裂缝的扩展规律,可为页岩气的高效开采提供科学的指导依据。通过运用大型有限元软件ABAQUS中的扩展有限元模块,针对不同地应力差工况条件下均质页岩中初始裂缝的位置、方位角、数量和含层理页岩中层理的构造方向、内部倾角、岩性对水力裂缝扩展的影响进行探究。结果表明：对于垂向扩展的水力裂缝,水平主应力增大使裂缝更不易扩展,裂缝扩展长度减小、起裂压力增大;在注液体积流量相同时,向初始裂缝两端同时起裂所形成的水力裂缝长度大于仅向一侧起裂;当初始裂缝处于页岩中部且呈45°方向时,裂缝会向最大水平主应力方向偏转,且偏转程度随最大水平主应力的增大而增大;分时多簇压裂时,裂缝间的扩展会相互干扰,且会较大地影响裂缝扩展的形态和起裂压力,但对裂缝注液点裂缝宽度的影响较小;对于含水平和竖直构造层理的页岩,改变层理内部倾角,水力裂缝会出现不同程度偏转,且其偏转程度随着层理内部倾角的增大而减小;对于含45°方向构造层理的页岩,水力裂缝在层理分别为砂岩、煤岩和泥岩中的偏转程度依次增大,且裂缝偏移比随着最大水平主应力的增大而增大。     

沉积特征对低品位钾矿水溶开采的影响——以柴达木盆地马海盐湖北部矿段全新统为例

马海盐湖是柴达木盆地全新世形成的富低品位固体钾盐矿干盐湖,钾盐水溶开采潜力巨大。本文采用岩矿鉴定方法,对含盐系地层的沉积韵律岩性、钾盐矿物与矿层分布特征进行了研究,并分析了地层岩性的分布规律。结果表明,在马海盐湖北部矿区的主要沉积中心,沉积了一套以粘土-粉砂-石盐-粉砂石盐为主的沉积地层,同时在东南部形成了一个次级沉积中心;研究区钾盐矿物主要为杂卤石、光卤石、钾石盐等;沉积韵律分析结果显示,钾盐矿层多分布在Ⅳ₂韵律层顶部和Ⅳ₃-Ⅳ₄韵律层,产出形态在垂向上为层状、透镜状,平面上呈NE-SW向展布且连续性减弱;钾盐矿物和矿层分布与沉积演化关系密切,表明沉积特征对研究区钾盐矿水溶开采具有重要影响,为同类型低品位钾盐矿开采提供了一些参考。     

鄂东南付家山脉石英矿杂质特征及其用作高纯石英原料的潜力

作为战略性矿产资源之一,高纯石英已广泛应用于集成电路、半导体芯片、太阳能等高新技术产业中,但是能够生产高纯石英的原料矿床极为稀缺,我国尤为紧缺高纯石英原料矿。鄂东南地区是湖北省脉石英矿床的主要分布区。本文针对鄂东南付家山脉石英矿床,通过光学显微镜、扫描电子显微镜观察了脉石英的脉石矿物类型和包裹体特征,采用电感耦合等离子发射光谱法(ICP-OES)对原矿进行了微量元素分析,旨在获得付家山脉石英矿床的杂质元素特征,进而评价矿床用作高纯石英原料的潜力。结果表明,付家山脉石英矿石SiO₂含量大于99.95%,杂质元素主要为Al、K、Fe、Ti、Ca等,脉石矿物主要有白云母、钾长石、铁氧化物等,流体包裹体较为发育。杂质元素分析结果表明,付家山脉石英原矿质量达到低端高纯石英标准,经传统工艺提纯后,可能具有生产中高端高纯石英的潜力。     

基于3D-DIC的砂岩裂纹扩展及损伤监测试验研究

裂纹监测对岩石损伤演化的认识至关重要。为研究岩石裂纹扩展及损伤变形特性,开展了含不同倾角（0°～90°）预制裂隙的标准细黄砂岩样的单轴压缩试验。利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）获取岩样三维空间坐标下的应变分布,并结合声发射从光学与声学的角度监测了裂纹的扩展演化。由此提出了一种裂纹主应变的计算方法,定量表征岩石劣化的损伤变量D值。最后,探讨了由声发射与损伤变量D值确定岩样特征强度的影响因素。结论如下：（1）裂纹主应变反映了岩样受荷过程中同源裂纹在时间上的变化速率与空间上的扩展趋势,能较好地表征岩石的开裂行为;（2）声发射适用于确定岩样的起裂应力,不适用于损伤应力的确定,损伤变量D值所确定的起裂应力滞后于声发射,但适用于损伤应力特征值的确定;（3）结合声发射与DIC技术确定的归一化起裂应力范围为0.63～0.94、归一化损伤应力的范围为0.83～0.99;（4）预有裂隙会影响岩石的材料力学性能。随着倾角的增加,岩石的起裂应力、损伤应力及峰值应力呈增长的趋势,由于难以形成局部应变场聚集,裂纹的萌生与起裂更加困难。结果表明,3D-DIC技术的利用可以提高对岩石开裂行为的理解,对岩石的损伤监测与判识更有重要的意义。