基于地质大数据理念的模型驱动矿产资源定量预测

在大数据科学成为新的科学范式的背景下,基于地质大数据理念,提出了模型驱动的矿产资源定量预测评价的新方法,以及模型流程建模技术贯穿整个矿产资源预测评价过程的新思路,以地质理论指导地质大数据分析和计算机技术实现地质大数据挖掘2条主线展开研究,实现了面向地质大数据的数据挖掘与矿产资源的定量预测评价。结合青海祁漫塔格铁铜多金属矿床、山东焦家金矿床、云南个旧锡铜多金属矿床等不同地区、不同成矿类型和矿种开展了应用研究,完成了找矿模型工作流的设计与实现,进行了有利成矿信息的挖掘,取得了较好的效果,为大数据时代数字地质研究提供了新的思路。     

河北平原中西部中更新世非海相沉积体系魏县组的建立

基于对河北平原中西部两个第四系标准钻孔的岩石地层、磁性地层、生物环境及气候地层、年代地层和化学地层等的综合对比研究,参考已有的大量水文地质钻孔资料,在分析前人研究资料的基础上,重新建立了中更新世魏县组。魏县HZK1孔孔深500.74 m,全孔平均岩心采取率90.55%,古地磁B/M界线为105.00 m;辛集市XZK1孔孔深502.71 m,全孔平均岩心采取率90.20%,古地磁B/M界线为133.45 m。新建立的魏县组底界在古地磁B/M界线附近,年龄约0.78 Ma,该组顶界的光释光(OSL)年龄在108.1~155.7 ka之间。古地磁与OSL年龄均表明该组形成于中更新世。进一步依据孢粉组合、气候与环境旋回性演变造成不同的岩石组合等特征,将其划分为上、中、下三段,并对各段的形成时代进行了讨论。魏县组可作为河北平原中西部中更新世非海相沉积体系的代表岩石地层组。     

基于14C数据重建中亚地区全新世人类活动的时空演化过程

中亚地区在早期人类演化、迁徙、文明演替与近现代东西方政治、经济、文化和技术交流中具有重要作用,然而由于相关历史记录的缺乏和考古研究的滞后,对于这一地区的人类活动历史一直缺乏系统认识;而研究中亚地区的人类活动特征,人口的变化是重要的参考指标。考古遗址的¹⁴C年代数据的相对密度与人类活动密切相关,成为指示古人口变化的可靠指标,被广泛应用于欧洲和东亚地区的古人口重建,为研究中亚地区古人口变化提供重要参考证据。近年来,中亚地区考古发掘工作获得了快速发展,积累了大量的考古年代学数据,为研究中亚地区古人口变化提供了契机。本研究首次对中亚地区的考古¹⁴C年代学数据进行了系统收集整理,编制中亚地区全新世以来的考古放射性碳数据库（n=1754）,利用ArcGIS绘制时间分辨率为千年尺度的中亚地区考古遗址点分布图,使用¹⁴C数据的总和概率密度（Summed Probability Distribution）重建中亚地区古人口变化,系统地分析了中亚地区全新世以来的人类活动时空变化特征。结果表明,10 cal.ka B.P.以来中亚地区存在连续的人类活动,但存在显著的时空差异。在全新世早期,人类活动强度较弱,遗址数量非常少,且主要分布在塔里木盆地和少数山前区域;从5 cal.ka B.P.开始,遗址点数量和范围开始增加,人口数量也开始增加,在2.7 cal.ka B.P.达到峰值;从2.3 cal.ka B.P.开始,人类活动强度开始减弱,人口数量出现减少趋势。

     

龙门山中段中央断裂和前山断裂的晚新生代垂向活动性差异及其构造意义

2008汶川地震之后,多个研究组对龙门山的新生代剥蚀历史进行了研究,但是在龙门山推覆构造带中段,剥蚀历史研究主要集中在彭灌杂岩,而彭灌杂岩东侧(即中央断裂下盘)的热年代学资料相对缺乏,其剥蚀历史还比较模糊.对于彭灌杂岩东侧岩体的新生代剥蚀历史研究,不仅可以了解龙门山推覆构造带的新生代断层活动历史,而且对于青藏高原东缘的新生代隆升机制具有重要约束作用.在前人热年代学研究基础上,在龙门山推覆构造带中段中央断裂和前山断裂附近补充了一些裂变径迹样品.采用外探测器法(external detector method)对样品进行裂变径迹分析,实验测试在台湾中正大学裂变径迹实验室完成.实验获得了6个锆石裂变径迹和6个磷灰石裂变径迹年龄.前山断裂上盘,AFT(磷灰石裂变径迹)年龄以小鱼洞断裂为界存在明显的差异,其中小鱼洞断裂以南的样品AFT年龄为39 Ma,小鱼洞断裂以北的4个AFT年龄介于6—8 Ma之间.研究揭示出中央断裂和前山断裂的新生代活动性以NW向小鱼洞断裂为界存在较大差异:距今8 Ma以来,小鱼洞断裂以北,中央断裂和前山断裂的平均垂向滑动速率分别为约0.1 mm·a-1和约0.55 mm·a-1;小鱼洞断裂以南,平均垂向滑动速率则分别为约0.55 mm·a-1和约0.1 mm·a-1.低温热年代学方法获得的断层新生代垂向滑动速率与汶川地震断层垂向同震位移分布基本一致.前山断裂(小鱼洞断裂以北)距今8 Ma以来北西-南东向水平缩短量达到8~12 km,表明地壳缩短是造成龙门山抬升和剥蚀的重要因素之一.本研究结论不支持下地壳增厚模型对于龙门山隆升的解释.     

悬挂式止水帷幕条件下深基坑开挖变形特性研究

降水条件对基坑开挖的变形特性具有重要影响。为了研究悬挂式止水帷幕结合承压非完整井组成的墙井系统条件下基坑开挖过程中的变形问题,以某悬挂式止水帷幕深基坑为例,通过定义降水井和地表渗流边界条件建立了考虑分级降水和基坑开挖实际工况的三维流固耦合有限元数值分析模型,使用现场监测数据与数值模拟结果互相验证的方法研究了悬挂式止水帷幕情况下基坑开挖过程中地下连续墙变形和地表沉降的变化特征,对比分析了悬挂式止水帷幕和落底式止水帷幕条件下的地表沉降。结果表明：在不同分级降水情况下,降水深度初次达到场地第一承压水含水层降水期间产生的地下连续墙水平位移增量最大,地表沉降也主要在这一期间产生;悬挂式止水帷幕情况下的地表沉降最大值约为落底式止水帷幕的2.7倍,最大值位置距地下连续墙边缘的距离比落底式止水帷幕大0.85 m;地下连续墙水平位移峰值处,降水期间产生的位移占28%,地表沉降峰值处,降水期间产生的沉降占49%;使用悬挂式止水帷幕时,距地下连续墙边缘12倍开挖深度处,地表沉降与地表沉降峰值的比值为0.1、该距离比落底式止水帷幕大13 m左右。研究成果对确定深基坑降水方案、保证深基坑开挖施工安全具有一定的参考价值。     

基于Fredlund & Xing模型的渗流分析在川东红层梯田滑坡中的应用

四川省巴中市通江县新场镇七家沟村二社水头上滑坡为川东典型红层梯田滑坡,区内类似斜坡覆盖范围广泛,但针对该地区此类滑坡的渗流分析研究较少。在对滑坡区进行大量野外调查、勘查、资料收集的基础上,综合运用卫星遥感、无人机航拍、机载LiDAR、室内试验等技术手段,基于Fredlund & Xing土水特征曲线数学模型,采用Geo-Studio中SEEP/W模块进行渗流分析,将不同时间阶段分析结果与SLOPE/W模块耦合,继而得到稳定系数与降雨、时间之间的动态变化关系,揭示了滑坡的变形过程和形成机理。研究显示：（1）连续降雨促使坡体地下水位升高,稳定性降低,最终导致水头上滑坡整体失稳破坏;（2）滑坡变形过程、地下水出露特征与Geo-Studio计算结果基本吻合,说明基于Fredlund & Xing数值模拟在类似地区能提供较为准确的模拟结果;（3）开垦梯田（水田）会降低坡体稳定性。研究结果可为四川山区类似滑坡灾害进行隐患排查和主动防范提供理论支撑,为防灾减灾提供参考依据。     

湖北省2013年梅雨新特点与启示

使用湖北1961—2012年70个站点逐日20—20时降水资料及相应时段入梅、出梅日期和梅雨期强度指数统计资料,通过最小二乘法拟合、滑动平均、趋势系数和气候倾向率分析等方法,从多年变化、空间分布、趋势变化、强度指数等方面,探讨近52 a湖北梅雨期降水的气候变化特征。结果表明：(1)湖北的入梅、出梅日期和梅雨期长度历年差异较大,梅雨期较长但呈减少趋势。2000年为湖北梅雨的转折点,该年之后入梅日期推迟,出梅日期提前,梅雨长度缩短,梅雨期降水呈现弱化的特点。(2)湖北年降水量、梅雨期降水量、暴雨量、暴雨站次数较多,梅年比、暴雨比较高,且历年差异较大。年降水量的年际变化表现为小振幅波动震荡,其他的波动震荡较大且除梅年比外的震荡趋势很一致。(3)梅雨期降水存在明显的区域性和年代际变化。52 a平均特征表明,鄂西南和鄂东为高值区,鄂西北为低值区。1990s和2000s的梅雨期降水量和梅年比分别较其他时段明显偏多、偏高和偏少、偏低,1970s的梅雨期暴雨日、暴雨量较其他时段明显偏少,暴雨比明显偏低。(4)趋势系数和气候倾向率分析表明,鄂东的暴雨比明显增加,湖北大部分站点的年降水量、梅年比、梅雨期降水量、暴雨量、暴雨日在增加,主要位于江汉平原南部和鄂东南,少部分站点在减少,主要位于江汉平原中北部和鄂西南,但趋势均不明显。(5)梅雨强度指数其呈弱增加趋势,其在典型的水涝年份的等级为强或偏强,在典型的干旱年份的等级为偏弱,且等级偏弱的年数最多,为20个。

     

辽宁抚顺地区太古宙条带状硅铁建造地球化学特征及成因

经过近几年对抚顺地区铁矿的勘查找矿工作,发现抚顺地区太古宙硅铁建造的矿石类型及地理分布,与横贯抚顺地区的浑河深大断裂存在某种特定的位置关系,这种关系具有普遍的规律性.作者在总结抚顺地区数个太古宙硅铁建造矿石特征的基础上,从分析多个硅铁建造矿床的地球化学特征入手,探讨其成矿的环境、过程,从而提出抚顺地区太古宙硅铁矿床的成矿模式,即海底火山喷气、热水-成矿流体洋底环流-沉积-变质重结晶的成矿模式.在中新太古代时期,浑河断裂作为当时的海底扩张带（或洋中脊）,经过海底扩张作用,形成浑河裂谷.海底断裂附近频繁的火山活动,沿浑河断裂不断涌出的地下喷气、热水,萃取海底的拉斑玄武岩中的铁元素,形成富含铁、硅的热水溶液,这种热水溶液称之为成矿流体.成矿流体经过洋底环流作用,向两侧运移,在合适的环境下堆积成岩.该种岩石后来遭受区域变质作用和构造-岩浆热事件多重作用改造,发生变质重结晶成矿.     

黑龙江多宝山-呼玛地区金矿分类及成矿地质背景研究

黑龙江省西北部的多宝山-呼玛地区发育大小型金矿（点）16处,主要集中分布在北东向和北西向构造形成的菱环形构造带内.元古宇和下古生界地层单元为金成矿提供物质来源,古生代以来3阶段强烈岩浆热事件为金矿成矿提供了热源、流体和就位空间.根据金矿床赋矿岩石类型、成矿流体等特征和区域构造演化过程,将本地区金矿划分为3个类型：①与火山岩有关的浅成低温热液型金矿,赋矿围岩为早白垩世火山岩,成矿流体源于大气降水;②受压扭性构造控制的低温热液金矿,对围岩无选择,成矿流体具有变质流体和大气降水混合特征,低盐度,少CO2;③夕卡岩型、斑岩型伴生金矿床,具有成矿温度高、盐度高、流体包裹体富含CO2的特点.第一类与第二类为同期异相,形成环境为造山后陆内裂谷-伸展环境;第三类形成于与古太平洋板块的斜向俯冲作用和北部鄂霍次克洋闭合有关的挤压造山环境.     

河北邯邢铁矿区矿山环境生态地球化学评价

在河北邯邢西石门及周边铁矿区系统地采集了各类生态环境地球化学样品,包括土壤（n=242）、玉米（n=110）、地表水（n=37）、地下水（n=31）和水系沉积物（n=81）。通过对矿区各样品元素含量特征和元素富集程度的研究,利用区域地球化学基准值和地质累积指数定量评价了矿山污染扰动程度。研究表明,矿区土壤、玉米、地表水、地下水、水系沉积物中相对富集较高的与成矿作用有关的元素及主要的伴生元素,部分重金属元素超标,土壤和水系沉积物中Se、As、Cd、Cu、As、Cd、Cu、Co元素超标,玉米中F、Cr、Cd元素接近食品卫生限值,地表水和地下水部分指标浓度接近三类水质限值。研究表明,造成污染的主要来源是铁矿尾矿沙和煤矸石中的硫化物发生氧化作用,导致重金属淋滤转移,另一来源是燃煤降尘的积聚。