三维地学建模理论研究与实现

三维地学建模是数字矿山建设的关键技术之一,也是数字矿山实施的基础。本文阐述了当前三维地学建模的主流技术和方法,对各个方法进行了评述。把相关的研究成果应用于了具体的实践,实现了基于实体模型的三维矿体建模方法,解决了实体模型建模过程中的难题。并对我国未来数字矿山的建设做了展望。     

General Entropy Model of Line Segments Uncertainty in GIS

Spatial data uncertainty can directly affect the quality of digital products and GIS-based decision making. On the basis of the characteristics of randomicity of positional data and fuzziness of attribute data, taking entropy as a measure, the stochastic entropy model of positional data uncertainty and fuzzy entropy model of attribute data uncertainty are proposed. As both randomic-ity and fuzziness usually simultaneously exist in linear segments, their omnibus effects are also investigated and quantified. A novel uncertainty measure, general entropy, is presented. The general entropy can be used as a uniform measure to quantify the total un-certainty caused by stochastic uncertainty and fuzzy uncertainty in GIS.     

超高压变质流体的组成与演化：中国大陆科学钻探工程主孔岩心的流体包裹体研究

中国大陆科学钻探工程主孔位于大别-苏鲁超高压变质带东段的江苏东海县,孔深为5100m,其上部2050m钻遇的岩石主要为榴辉岩,其次是正、副片麻岩、石榴橄榄(辉石)岩以及少量片岩和石英岩。它们经历了超高压变质作用和随后的角闪岩相退变质作用。通过对上述各种岩石的详细流体包体观察和RAMAN光谱分析,发现了五种不同成分的流体包裹体:(1)中-低盐度水溶液包裹体(Ⅰ型),呈原生的孤立和小群存在于榴辉岩和片麻岩锆石的岩浆核和超高压变质边缘,或存在于绿辉石、黝帘石和被绿辉石包裹的方解石和石英中,偶尔呈出溶包裹体产于磷灰石中,而主要沿绿辉石、石榴石、蓝晶石、黝帘石和石英等矿物的穿颗粒裂隙分布;也呈孤立和小群产于切穿榴辉岩的方解石脉和片麻岩重结晶石榴石和绿帘石中;(2)CO2(±CH4)-H2O包裹体(Ⅱ型),存在于锆石的岩浆核和变质边缘,或沿石英裂隙分布;(3)含石盐±SiO2±CaCO3的复杂盐水包裹体(Ⅲ型),呈原生流体包裹体产在榴辉岩的绿辉石中,与石英出溶棒一起平行于绿辉石的C轴分布,或产在石榴辉石岩透辉石的晶内裂隙中;(4)富CO2包裹体(Ⅳ型),在榴辉岩的石英中随机分布;(5)单气相包裹体(Ⅴ型),沿各种矿物穿颗粒裂隙分布。流体包裹体产状及其与捕获时代关系表明,Ⅰ型和Ⅱ型包裹体可以出现在超高压变质岩原岩、峰期变质和退变质各阶段。Ⅲ型包裹体出现在超高压变质岩的早期减压退变质阶段。而Ⅳ型和Ⅴ型包裹体主要形成于角闪岩相及更晚的退变质阶段。本研究的主要认识是:(1)低盐度H2O和CO2流体在进变质、超高压变质和退变质作用各阶段均有存在,这表明在整个超高压变质演化过程中流体具有继承性。(2)超高压变质岩原岩和角闪岩相退变质岩中存在较丰富的流体包裹体,但在超高压峰期捕获的流体包裹体却很少见,这表明丰富的原岩流体或在超高压进变质过程中被排出岩石体系,或进入含水超高压矿物和结合进名义无水矿物。(3)复杂成分原生流体包裹体的发现证明在超高压变质峰期后的早期减压退变质阶段存在一种高盐度似熔体流体,名义上的无水矿物在超高压条件下可以保存相当量的流体,并在退变质过程中分离出来,产生流体-岩石相互作用。(4)角闪岩阶段的流体包裹体具有各种不同的化学组成,且在局部富集,推测可能有部分外部加入的流体。(5)流体包裹体类型、丰度和成分在不同岩石类型中和不同钻孔深度都存在明显差异,表明超高压变质作用过程中没有大规模的透入性流体活动。(6)根据超高压变质峰期包裹体等容线得到的压力值大大低于根据矿物温压计获得的近峰期变质压力,这表明包裹体的密度在捕获后发生了改变。这些改变是由于流体渗漏、部分爆裂和流体-岩石相互作用所引起。     

山东省地形变数字化与模拟观测资料的对比分析

对山东省水管仪，伸缩仪的数字化和模拟观测资料进行了对比分析，对资料的完整性，稳定性，可靠性进行了评价，并对资料的变化趋势，均值，方差一致性利用相关分析、t检验、F检验等方法进行了统计检验。观测资料在地震分析预报中的应用结果表明：（1）水管仪、伸缩仪数字化观测资料的完整性，稳定性和可靠性优于模拟观测资料，数字化观测可代替模拟观测；（2）水管仪、伸缩仪数字化和模拟观测资料的变化趋势一致性很好，均值、方差一致性较差，仅有个别测顶一致。（3）潮汐分析和非潮汐分析方法是识别强震前中短期和短临异常的可行方法。     

采矿区地层移动GPS动态监测数据的小波分析

地下煤炭资源的开采会引起岩层和地表移动。为研究开采引起的地形变规律，用小波理论对兖煤集团东滩煤矿的GPS动态变形监测资料进行多尺度一维分解、阈值选择和自动消噪等分析，提取了变形的主要因素，说明了小波分析的有效性和可行性。     

形变数字化资料综合评价

以观测条件及观测质量居全国前列的山东泰安台为例．对固体潮形变观测的数字化与模拟资料的一致性、精度等方面进行了对比研究，认为固体潮的数字化与模拟观测资料的形态、观测精度、方差及均值无显著差异。通过对潮汐因子中误差、相位滞后及仪器零漂等参量的计算，对山东、上海及江苏各套形变数字化仪器观测资料的连续性、稳定性及观测质量进行了综合分析。在数字化倾斜仪中，水管倾斜仪的稳定性及精度较高，石英摆存在一定程度的漂移，垂直摆倾斜仪的漂移较大且资料精度较低。伸缩仪也存在精度较低的情况，但数字化资料精度略高于模拟资料；压容及体应变仪资料精度较高，但压容仪漂移较大，仪器稳定性不及体应变仪；体应变仪受气压、水位影响较显著。山东各形变台观测贤料总体质量较好，上海余山、江苏常熟台次之，江苏徐州台较其它台受降雨干扰大、漂移大，资料的稳定性及精度较低，说明台址条件是决定观测质量的重要因素之一。     

用GPS监测城市地面沉降的可行性研究

研究了用GPS观测取代常规水准测量方法监测城市地面沉降变化的可行性。在宁波市进行了两期GPS测量和水准测量，观测中并采取一定的措施以获得高精度的高程分量。顾及到对流层延迟的影响，采用Saastamcinen模型改正对流层延迟的干分量部分，用分段线性方法来估计对流层的湿分量变化。用Bernese软件对数据进行处理，获得了毫米级的高程精度。实际算例证明，用GPS测量代替水准测量来监测城市地面沉降变化是可行的。     

东海外陆架晚更新世沉积物中的有用重矿物及其资源潜力

对东海外陆架中部表层沉积物34个样品,南部两个岩心75个样品的沉积物特征和重矿物特征进行了分析,计算了其中有用重矿物砂的品位。东海外陆架晚更新世残留沉积中有用的重矿物砂来源于中国大陆,其含量与细砂含量、重矿物总量、沉积物的粒度和分选性呈正相关关系。重矿物砂赋存在海退层位中,形成于滨岸带,并经过后期海侵过程的改造和进一步富集,主要分布在水深100～200 m范围内。外陆架中部有用重矿物砂高品位异常区面积达1.2×10.4 km锆石和石榴石品位达到Ⅰ级异常。南部岩心中异常品位的有用重矿物砂的厚度1.5～2 m,锆石品位达到工业边界品位,研究区钛铁矿普遍出现Ⅱ级和Ⅱ级以上的异常品位。东海外陆架区浅海砂矿成矿条件较好,具有较大的资源潜力,值得进一步调查研究。     

Compositions of Upper Mantle Fluids Beneath Eastern China: Implications for Mantle Evolution

The composition of gases trapped in olivine, orthopyroxene and clinopyroxene in Iherzolite xenoliths collected from different locations in eastern China has been measured by the vacuum stepped-heating mass spectrometry. These xenoliths are hosted in alkali basalts and considered as residues of partial melting of the upper mantle, and may contain evidence of mantle evolution. The results show that various kinds of fluid inclusions in Iherzolite xenoliths have been released at distinct times, which could be related to different stages of mantle evolution. In general, primitive fluids of the upper mantle (PFUM) beneath eastern China are dominated by H2, CO2 and CO, and are characterized by high contents of H2 and reduced gases. The compositions of PFUM are highly variable and related to tectonic settings. CO, CO2 and H2 are the main components of the PFUM beneath cratons; the PFUM in the mantle enriched in potassic metasomatism in the northern part of northeastern China has a high content of H2, while CO2 a     

Quantitative Analysis of Groundwater Flow near a Partially Penetrating River under Riverside Pumping

According to practical geological and hydrogeological conditions of riverside water-supply well fields in northwestern China, an ideal hydrogeological model has been generalized and a three-dimensional mathematical model has been set up. A finite difference method was applied to simulating groundwater flow near a partially penetrating river under riverside pumping, and to analyzing the effects of river width, partial penetration and permeability of riverbed sediments on groundwater recharges. Results show that riverside pumping may cause groundwater to flow beneath the partially penetrating river, and that river width, penetration and riverbed permeability obviously influence flows from the partially penetrating river and constant-head boundaries. However, the pumping output is mainly from the partially penetrating river.