长短时记忆神经网络在中期地震预报中的探索——以川滇地区为例

利用机器学习方法对地震活动大数据进行挖掘,识别出一些过去认识不到的异常,提高地震预测的准确性,是一个非常具有挑战性的科学问题.本文基于川滇部分地区（24°N—32°N,98°E—106°E）地震目录,采用滑动的时空窗口,选取16个反映地震时空强度分布特征的地震预测因子,建立了长短时记忆（LSTM）神经网络,对研究区域9个子区块未来一年的最大地震震级进行预测.通过设置训练集：测试集=8：2和训练集：测试集=7：3两个不同的训练测试模型,对过往发生的地震进行了回溯性预报.结果表明：训练集：测试集=7：3模型能够利用1970年1月至2004年9月的地震目录进行学习,成功回溯性预报2008年汶川地震;训练集：测试集=8：2模型利用1970年1月至2009年5月资料进行训练,回溯性预报2010—2019年间6级以上地震的R评分为0.407,回溯性7级地震预报时准确率高达92.31%.本文还探讨性给出预测意见：2022年2月前研究区西部、中部、东部、西南部存在发生5.1~5.3级地震的潜在危险性.

     

阿富汗地震R/S分形特征及地震活动性分析

地震的发生具有非线性特征,分形理论能够刻画地震时空分布特征及其变化过程。本文基于R/S分析方法确定阿富汗主要地震带的分形特征,利用ARIMA模型对兴都—库什山地震带可能发生的年度最大震级进行预测。R/S分析表明,兴都—库什山地震带Hurst指数为0.9125,地震活动记忆周期为8年; 苏莱曼山地震带Hurst指数为0.7281,地震活动记忆周期为9年。兴都—库什山和苏莱曼山地震带地震活动的变化趋势与历史变化一致,且兴都—库什山地震带的趋势延续性比苏莱曼山地震带更为显著。ARIMA模型预测结果显示,2022—2026年兴都—库什山地震带可能发生的年度最大震级分别为M_b6.2、M_b6.1、M_b5.8、M_b5.8和M_b6.1。     

西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素（镧系元素加钇,简称REY）等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层（C8-5）、黑色铁锰致密层（C8-2、C8-3和C8-4）和发育葡萄状球体的粗糙表面（C8-1）。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高, 说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16～1.85,且各层位Ce呈正异常,Y呈负异常,以上特征表明富钴结壳为水成成因型,其金属元素来源于氧化性海水,未受到热液活动的影响。依据富钴结壳的年代学数据,可知从渐新世末期到上新世中期,富钴结壳的生长过程一直受控于太平洋深层水。Co/(Fe+Mn)和Co/(Ni+Cu)的不断升高表明富钴结壳一直在氧化性较高的海水环境中生长。相较于其他大洋和海区,采薇海山富钴结壳具有高含量的Co、Ni和REY,具有极高的经济价值和开采价值。     

历史地理视角下丝绸之路空间格局及影响研究

已有的“一带一路”相关研究已逐步引起了学界对历史文化资源于今日发展影响的关注,然而作为“一带一路”倡议的历史依托和出发点,丝绸之路相关量化研究仍处于起步阶段。从文明的角度来说,如何认识丝绸之路是当代中国理解全球的关键。运用OLS、Logistic回归等手段,定量探讨了丝绸之路路线的形成动因以及其对历史及当代的影响。结果表明：① 丝绸之路道路密度分布总体处于波动状态,在以罗马、长安、大都为代表的交通网络起始点以及撒马尔罕、塔什干为代表的内线重要中转枢纽处密度数值大幅提高。② 作为商业贸易通道,丝绸之路路线选择影响最大的因素是地理因子,主要倾向于低坡度、高起伏度的地区,这一点在中亚复杂山地地形中表现得尤为明显。③ 丝绸之路的开辟与通畅,对当时社会经济、城市发展起到了显著的作用。丝绸之路道路密度同距最近海岸距离、纬度、历史文明指数等指标一道构成了古代城市分布的主要影响因素。④ 丝绸之路对区域经济发展的正面影响具有一定的持续性,其对今日经济的发展仍起着难以否认的支撑作用。丝绸之路道路密度每增加1%,所在区域夜间灯光指数增加0.373。本文通过横跨历史学、地理学、经济学的探索能够很好地提供差异化理论视角和技术手段助益,为相关研究的开展起到一定的参考与启发作用,同时也为“一带一路”相关理论的完善提供理论支撑与历史证明。     

西南印度洋中脊富钴结壳的矿物学和地球化学

基于采自西南印度洋超慢速扩张中脊的8块富钴结壳样品,利用XRD、XRF等方法对其进行了矿物学及地球化学组成分析,阐明了该区富钴结壳的矿物物相和元素组成特点,结合主成分分析探讨了该区结壳的成因类型和成矿物质来源。结果表明:该区结壳矿物组成以锰、铁氧化物相为主,其中锰相矿物以水羟锰矿占优势,含少量钡镁锰矿,铁相矿物出现了针铁矿及非晶质-隐晶质相;该区结壳Mn、Fe、Co、Cu、Ni的平均值分别为18.96%、19.71%、0.53%、0.099%、0.47%,它们介于中、西太平洋结壳和大西洋、印度洋结壳的相应的元素含量之间;矿物组成、元素组合、元素比值等皆表明该区结壳属于水成成因,受成岩作用影响微弱,但是未见热液活动的明显影响。     

420芦山地震峡口滑坡监测数据分析

基于420芦山地震前后获取的峡口滑坡监测数据,对地震发生时峡口滑坡地下水位、深部位移及地表位移变化情况进行了分析,结果表明：（1）芦山地震前,峡口滑坡地下水位出现持续异常上升,涨幅在1m以上, 4月20日即芦山地震发生当日,地下水位达到峰值,震后,地下水位开始迅速下降,降幅在1.5m左右; （2）芦山地震发生当天,受芦山地震的影响,滑坡深部发生了一次大于1mm的位移,其后恢复基本稳定的状态。利用R/S分析方法对峡口滑坡稳定性进行分析,受芦山地震影响, 4月份峡口滑坡的Hurst指数明显有所下降,说明滑坡的稳定性有所降低。但总体上滑坡的Hurst指数均大于0.5,说明滑坡一直处于稳定状态。     

鄂尔多斯盆地北缘延安组2号煤层稀土元素异常原因及其地质意义

鄂尔多斯盆地北缘延安组2号煤层稀土元素的异常原因一直存在着争议,以2号煤发育较完整的榆林大海则煤矿为例,运用电感耦合等离子质谱（ICP-MS）、扫描电子显微镜（SEM）等方法,分析煤及夹矸中稀土元素（REE）含量及其矿物学特征,并揭示稀土元素异常原因。结果显示：煤中总稀土元素（∑REE）含量为3.71~46.21 μg/g,轻稀土元素（LREE,La-Eu）比重稀土元素（HREE,Gd-Lu）更富集;稀土元素标准化配分模式图显示少数样品为Eu正异常;稀土元素含量较高的样品和拥有Eu正异常的样品主要分布在与夹矸距离较近的煤层中,表明煤中稀土元素分布受到了夹矸的影响;在夹矸中发现很多晶型较好的锆石、磷灰石、透长石及锐钛矿,这些矿物是在聚煤过程中接受火山物质的直接证据。综合认为,鄂尔多斯盆地延安组2号煤沉积期,盆地周缘存在一次火山活动,火山灰降落覆盖在泥炭沼泽之上,影响了聚煤作用,致使煤中稀土元素分布异常。研究结果解释了鄂尔多斯盆地北缘的煤中稀土元素异常原因,为研究区煤的加工利用方式提供参考。     

电阻率-孔隙度、电阻率-含油（气）饱和度关系的一般形式及其最佳逼近函数类型的确定（Ⅰ）

本文导出了电阻率-孔隙度、电阻率-含油（气）饱和度关系的一般形式——两个对称的表达式,并给予了实验证明。同时,本文指出,Archie公式、Winsauer公式和双水公式都是一般形式在一定条件下的特例。在一般情况下,本文给出了14个能够逼近这两个表达式的函数类型,通过岩芯数据进行选优,可以得到适合不同地区或地层的最优方程。根据本文理论建立的解释方法和研制的软件已经在油田生产中推广应用并取得了良好效果。 由于涉及内容较多,全文分两部分撰写。以下是本文的第（Ⅰ）部分,即一般形式的导出及实验验证;而最佳函数类型的确定及其在生产中的应用将作为本文的第（Ⅱ）部分发表。     

Bound and mobile soil water isotope ratios are affected by soil texture and mineralogy,whereas extraction method influences their measurement

Questions persist about interpreting isotope ratios of bound and mobile soil water pools, particularly relative to clay content and extraction conditions. Interactions between pools and resulting extracted water isotope composition are presumably related to soil texture, yet few studies have manipulated the bound pool to understand its influence on soil water processes. Using a series of drying and spiking experiments, we effectively labelled bound and mobile water pools in soils with varying clay content. Soils were first vacuum dried to remove residual water, which was then replaced with heavy isotope-enriched water prior to oven drying and spiking with heavy isotope-depleted water. Water was extracted via centrifugation or cryogenic vacuum distillation (at four temperatures) and analysed for oxygen and hydrogen isotope ratios via isotope ratio mass spectrometry. Water from centrifuged samples fell along a mixing line between the two added waters but was more enriched in heavy isotopes than the depleted label, demonstrating that despite oven drying, a residual pool remains and mixes with the mobile water. Soils with higher clay + silt content appeared to have a larger bound pool. Water from vacuum distillation samples have a significant temperature effect, with high temperature extractions yielding progressively more heavy isotope-enriched values, suggesting that Rayleigh fractionation occurred at low temperatures in the vacuum line. By distinctly labelling bound and mobile soil water pools, we detected interactions between the two that were dependent on soil texture. Although neither extraction method appeared to completely extract the combined bound and mobile (total water) pool, centrifugation and high temperature cryogenic vacuum distillations were comparable for both δ²H and δ¹⁸O of soil water isotope ratios.