几种梯度场计算的数值算法及其地学应用

梯度作为标量场在空间上最重要的微观变化特征,能较好地反映其在空间上的变化趋势。本文介绍了中心差分算子、相邻梯度因子和Sobel梯度算子三种梯度数值算法。以点电荷在三维空间中产生的电势场构造了一标量场,通过理论公式求解了其梯度值,并将理论梯度值与三种数值算法的结果进行了对比与统计分析,验证了三种梯度数值算法的有效性和适用性。结果表明,排除场源的影响后,Sobel梯度算子相较其它两种数值算法更逼近于理论梯度值。最后,利用Sobel梯度算子求取了某铜矿区可控源音频大地电磁法(CSAMT)三维视电阻率场的梯度场,用梯度场刻画了视电阻率在空间上的变化趋势,提高了对三维地下空间的电性分布规律和地质情况的认识。     

Landsat-8 vs. Sentinel-2: examining the added value of sentinel-2’s red-edge bands to land-use and land-cover mapping in Burkina Faso

The availability of freely available moderate-to-high spatial resolution (10–30 m) satellite imagery received a major boost with the recent launch of the Sentinel-2 sensor by the European Space Agency. Together with Landsat, these sensors provide the scientific community with a wide range of spatial, spectral, and temporal properties. This study compared and explored the synergistic use of Landsat-8 and Sentinel-2 data in mapping land use and land cover (LULC) in rural Burkina Faso. Specifically, contribution of the red-edge bands of Sentinel-2 in improving LULC mapping was examined. Three machine-learning algorithms – random forest, stochastic gradient boosting, and support vector machines – were employed to classify different data configurations. Classification of all Sentinel-2 bands as well as Sentinel-2 bands common to Landsat-8 produced an overall accuracy, that is 5% and 4% better than Landsat-8. The combination of Landsat-8 and Sentinel-2 red-edge bands resulted in a 4% accuracy improvement over that of Landsat-8. It was found that classification of the Sentinel-2 red-edge bands alone produced better and comparable results to Landsat-8 and the other Sentinel-2 bands, respectively. Results of this study demonstrate the added value of the Sentinel-2 red-edge bands and encourage multi-sensoral approaches to LULC mapping in West Africa.     

喜马拉雅淡色花岗岩——关键金属Sn-Cs-Tl的富集机制

关键金属是全球高科技产业不可或缺的战略性资源,其富集机制和成矿作用是目前国际矿床学研究的热点之一。我们对喜马拉雅带吉隆和亚东地区淡色花岗岩开展系统的地球化学研究,发现侵入到藏南拆离系的淡色花岗岩含有较高的Sn、Cs、Tl、Be、W、B、Li和Bi。全岩元素地球化学分析表明,这些淡色花岗岩具有如下特征：（1）富集关键金属元素;（2）为原始岩浆经历斜长石、锆石、独居石、磷灰石、云母分离结晶作用后的残余熔体;（3）关键元素的富集和矿化与花岗岩高度分离结晶作用密切相关。随着分异程度的增强,岩浆变为富挥发分的高SiO₂体系,关键金属元素在残余熔体中富集,并且最后可能形成具有工业价值的矿床。由于地球化学特征的相似性,Cs和Tl呈类质同象替代钾、铷进入云母中。富集关键金属元素的花岗岩在时间上和空间上属于与藏南拆离系相关的同构造侵位花岗岩,藏南拆离系的活动促使了原始岩浆的广泛分离结晶作用,以及后期的关键金属元素（如Rb、Cs和Tl）的富集。     

顺北油田钻井参数强化的提速效果评价

X、Y井是部署在塔里木盆地顺北油田的2口勘探井,X井为钻井参数强化试验井,X井较Y井在实钻中更好地执行了钻井参数强化措施,三开5600~7500 m井段X井机械钻速较Y井提高了119%。对比分析,X井通过配置压力级别更高的地面设备,实钻实现了更高的排量和泵压,X、Y井的钻头冲击力分别为0.73~1.02 kN、0.61~0.85 kN,钻头水功率分别为6.79~11.38 kW、5.37~8.79 kW,机械比能为0.23~2.15 MPa、0.52~3.5 MPa。钻井参数强化的实验过程中,X井获得了更高的井底机械能量与水力能量以及更理想的破岩环境,其机械钻速明显高于Y井,符合钻井参数强化提速的预期。     

HCW-90型全液压自动猫道钻杆支架起升同步性分析

本文针对HCW-90型全液压自动猫道的钻杆支架起升过程进行研究,采用多体动力学与液压控制系统联合仿真方法,分析了钻杆支架起升液压缸动作的同步性对钻杆从支架末端运动至平台档销限位处的动态过程的影响。重点讨论了起升液压缸同步性对管体空间位姿、动力学参数、管体运动至终了处与档销碰撞过程。进一步分析了管体受到限位后趋于稳定的动态过程和定位精度。此外,综合考虑管体运移的快速性、平稳性和定位准确性,对起升液压缸的液压控制系统的输入信号进行了合理调整,并在满足工作性能的前提下,提出了采用分流阀构建低成本液压控制系统的方案。     

冲击地压关键层远程区域水力压裂防治技术

针对我国目前冲击地压防治工程人员身处冲击危险区域,无法实现区域先行、超前治理的局面,论文提出了矿井冲击地压关键层远程钻孔水力压裂防治技术。分析了我国冲击地压矿井的地质条件和近几年重大冲击地压灾害的特点,认为华北石炭—二叠系煤田和侏罗系煤田很多冲击地压煤矿煤层上覆地层,普遍发育厚层坚硬的砂岩关键层,能量的释放符合冲击地压形成的“3因素”理论。经论证,关键层脆性强,硬度大,易于压裂,利用水力压裂法解除地应力是合适的;井下长钻孔、地面深孔和地面导斜钻孔的施工技术和钻孔水力压裂技术已成熟,实现远程钻孔水力压裂区域性的防治冲击地压是可行的。工业性试验显示,井下长钻孔顺层分段水力压裂长度可达800 m,水压可达40 MPa,裂缝半径为40 m;地面垂直钻孔分段压裂深度可达3000 m,压裂段高>100 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~200 m;地面导斜钻孔水平顺层段长度达1000 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~150 m;压裂前后煤体应力或支架压力的检测数据对比显示,压裂后的应力较压裂前降低了10 MPa以上,满足区域治理的要求,钻孔远程水力压裂在防治冲击地压上较传统方法具有显著超前优势、区域优势、效率优势、安全优势和环保优势,可以做到冲击地压防治区段的无人化,满足区域先行、超前治理的国家要求。     

基于梯度提升算法的岩性识别方法

传统的岩性识别方法如岩屑录井、钻井取心及测井资料解释等技术,对录井质量的依赖程度较高,识别精度与效率低,泛化能力差。随着计算机技术的迅速发展,将测井资料与计算机技术相结合开展岩性研究已成为岩性识别的有效手段。本文提出了一种基于梯度提升算法XGBoost和LightGBM的岩性识别方法。以苏里格气田苏东41-33区块下碳酸盐岩储层为例进行测试验证,采用该方法结合测井资料中的声波时差、自然伽马、光电吸收截面指数、密度、深侧向电阻率和补偿中子等6种参数进行岩性识别,并与KNN （K近邻分类器）、朴素贝叶斯和支持向量机等传统算法进行对比,结果表明,3种传统算法的岩性识别准确率分别为78.45%、74.43%和78.72%,基于梯度提升算法XGBoost和LightGBM的识别准确率分别达到了98.90%和98.72%,远高于传统算法。     

模型揭示的浅水湖泊稳态转换影响因素分析

富营养化会导致浅水湖泊发生稳态转换,生态系统服务严重受损。磷是驱动湖泊发生稳态转换的重要环境因子,探究湖水磷浓度的变化规律是湖泊管理的关键。通过磷动力学模型,从影响湖水磷浓度的主要参数入手,探讨了每种参数变化对磷浓度的具体影响。结合前人研究结果,详细讨论了不同类型气候变化和人类活动对湖泊稳态转换时间、滞后时长、修复速率等的影响。研究认为,气候变化所导致的温度升高、光强减弱、风浪增强等和人类活动所导致的生物扰动、水位波动增强等因素变化虽不会改变湖泊稳态转换突变时间,但会推迟湖泊修复时间,造成突变阈值减小,滞后时间延长,稳态增大。在湖泊保护中要重点考虑主要外力驱动对湖泊稳态转换过程影响的区别,避免有害突变的发生。     

定量研究雅安地形坡向坡度对降水分布的影响

利用四川省雅安市30 m分辨率基础高程数据,提取栅格的坡向和坡度参数,将雅安307个区域自动站在2017年汛期(6—9月)共50次的降水天气个例,分为16次大尺度降水和34次中小尺度降水,使用对应时次的欧洲中心细网格0.25°×0.25°再分析风场资料,根据不同的站点地形高度将风场合成平均风场,和各站点地形的坡向和坡度计算出其动力抬升作用,同时使用当天日照和天文太阳辐射值来计算地形的热力抬升作用,与对应降水过程的降水分布进行多元线性回归,根据回归的标准系数的大小确定各自变量对降水分布的影响,得出以下结论:(1)中小尺度降水中,地形的热力抬升作用对降水分布的影响作用最大,其次是海拔高度,地形的动力抬升作用在三者中对降水分布的影响最小;(2)在大尺度降水中刚好相反,地形的动力抬升对降水的分布影响作用最大,海拔次之,热力抬升作用在三者中影响作用最小;(3)日降水量最大值的站点海拔高度基本位于1 000 m左右,与抬升凝结高度对应较好;(4)从长期的统计来看,地形的动力作用和地表的植被情况对降水分布的影响最大。在实际预报工作用,根据不同的降水类型,关注不同的动力和热力作用对于判断降水分布大值区的位置有较好的参考作用。     

WRF中土壤图及参数表的更新对华北夏季预报的影响研究

土壤质地及其物理性质的参数化对陆面过程模拟具有明显的影响。研究了土壤质地和土壤水文参数表的更新对WRF（Weather Research and Forecasting）模拟性能的影响。使用北京师范大学土壤属性数据集和修正后的土壤水文参数表替换WRF默认数据,对2017年6—8月华北地区开展数值模拟试验和评估验证。结果表明,模拟结果对土壤类型数据集和水文参数表的更新较为敏感,对地面要素预报有正效果。WRF默认土壤数据集中,中国东部以粘壤土为主,而在北京师范大学土壤数据集里则以壤土为主;修正后的土壤水文参数在Noah陆面过程中增强了裸土潜热蒸发能力。数值模拟试验表明,土壤输入数据和土壤水文参数的更新能够增强陆面向大气的潜热同时减弱感热输送,致使大气底层温度降低而湿度增大。利用华北区域748个地面气象观测站的2 m温度和2 m湿度对2017年夏季的模拟结果进行验证,结果显示更新试验对地面要素的预报偏差有较好的修正作用,能够将2 m温、湿度的预报技巧分别提高3.4%和2.9%。