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铜铅胁迫下玉米叶片弱光谱信息的LD-CR-SIDSCAtan探测模型

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光谱学与光谱分析 2019年第7期39卷 2091-2099页

作者：张超杨可明王敏高鹏程凤李燕中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 华北理工大学河北唐山063210

农作物在受到重金属污染以后,会破坏本身的组织细胞结构和叶绿素含量,从而影响农作物的新陈代谢和健康状况。人和动物如果食用了污染的农作物以后,会有致命的伤害。高光谱遥感目前被广泛应用于监测农作物受重金属污染的程度。重金属污... 详细信息

农作物在受到重金属污染以后,会破坏本身的组织细胞结构和叶绿素含量,从而影响农作物的新陈代谢和健康状况。人和动物如果食用了污染的农作物以后,会有致命的伤害。高光谱遥感目前被广泛应用于监测农作物受重金属污染的程度。重金属污染下的农作物叶片的光谱变化很微小,传统的监测方法和常规的光谱特征参数很难将光谱之间的微弱差异区别开,目前高光谱遥感应用是研究的重点和难点。通过设置不同浓度的Cu^2.和Pb^2.胁迫下玉米盆栽实验,采集玉米叶片的光谱数据、叶绿素的相对含量以及重金属Cu^2.和Pb^2.的相对含量。提出了包络线去除(CR)、光谱相关角(SCA)、光谱信息散度(SID)以及正切函数(Tan)和兰氏距离(LD)相结合的LD-CR-SIDSCAtan模型,将其与传统的光谱测度方法,如光谱相关系数(SCC)、光谱角(SA)、光谱角正切(DSA)、光谱信息散度-光谱相关角正切(SIDSAMtan)、光谱信息散度-光谱梯度角正切(SIDSGAtan)和常规的光谱特征参数,如红边最大值(MR)、绿峰高度(GH)、红边一阶微分包围面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、蓝边(DB)、红谷吸收深度(RD)相比较,验证了该模型的优越性和可行性。并且将LD-CR-SIDSCAtan模型应用于不同浓度下Cu^2.和Pb^2.胁迫的玉米叶片的整体波形和子波段的光谱差异信息的测度上。结果表明,LD-CR-SIDSCAtan模型实现了重金属Cu2.和Pb2.污染的定性分析,能够测度光谱相关系数达到0.99以上的相似光谱之间的差异信息,波形差异信息与叶片测得的叶绿素相对含量和重金属Cu^2.和Pb^2.相对含量显著相关,也分别找到了重金属Cu^2.和Pb^2.胁迫下的光谱响应波段。在测度光谱数据的整个波段区间范围,模型值为负值时的光谱差异要比模型值为正值更加明显;在模型值为正值时,如果数值越大,光谱的差异性也越大。因此,随着重金属Cu^2.和Pb^2.浓度的增加,光谱的差异增大,意味着重金属Cu2.和Pb2.污染程度更为严重;玉米植株受到重金属Cu2.胁迫污染,在测度光谱数据的局部子波段区间范围时,“蓝边”、“红边”、“近谷”、“近峰B”处对重金属Cu^2.胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Cu^2.污染程度的有效波段;当玉米植株受到重金属Pb2.胁迫污染时,在“紫谷”、“蓝边”、“黄边”、“红谷”、“红边”、“近峰A”处对重金属Pb^2.胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Pb2.污染程度的有效波段。最后通过LD-CR-SIDSCAtan模型的应用结果与玉米叶片中Cu^2.和Pb^2.含量进行线性拟合分析,从而反演和预测了重金属Cu2.和Pb2.对玉米植株的污染程度。

关键词：高光谱遥感玉米叶片重金属污染光谱弱信息光谱分析

新型铜胁迫植被指数NCSVI探索铜污染下玉米叶片光谱敏感区间

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光谱学与光谱分析 2021年第8期41卷 2604-2610页

作者：夏天杨可明冯飞胜郭辉张超中国资源卫星应用中心北京100094 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学测绘学院安徽淮南232001

目前我国土壤重金属污染日趋严重,高光谱遥感因具有光谱分辨率高、图谱合一等特点成为农作物重金属污染研究的热点。农作物受重金属污染后其光谱会发生细微的改变,如何探寻叶片光谱中对重金属污染敏感的波段是目前的一种研究方向。提出... 详细信息

目前我国土壤重金属污染日趋严重,高光谱遥感因具有光谱分辨率高、图谱合一等特点成为农作物重金属污染研究的热点。农作物受重金属污染后其光谱会发生细微的改变,如何探寻叶片光谱中对重金属污染敏感的波段是目前的一种研究方向。提出了一种新型铜胁迫植被指数(NCSVI)来探索铜胁迫下玉米光谱敏感区间。通过设计不同梯度下的玉米铜胁迫实验,测定每个铜胁迫浓度下玉米叶片的光谱和Cu^(2.)的含量。首先,将玉米叶片光谱分为11个子区间,以每个子区间的中间波长对应的光谱反射率构建各自的NCSVI。然后,计算NCSVI与玉米叶片中Cu^(2.)含量的相关性系数R及均方根误差RMSE,结合水波段指数(WBI)、改进的叶绿素吸收率指数(MCARI)和归一化水指数(NDWI)这三种常规植被指数进行对比。最后,选用其他年份相同实验条件下获取的玉米叶片光谱进行验证,确认NCSVI的稳定性和有效性。结果表明,11个子区间中只有绿峰、红边、近谷和近峰A这四个子区间对应的NCSVI与玉米叶片Cu^(2.)含量相关性系数的绝对值高于0.9,分别为-0.94,-0.97,-0.94和-0.96,均方根误差均低于15,分别为12.57,8.71,12.71和10.06,而WBI,MCARI和NDWI的相关性系数最高的仅达到0.75,均方根误差最小的为2..2.,说明四个子区间对应的NCSVI对玉米叶片铜污染有着更好的指示性。利用不同年份相同条件下的玉米实验对以上结果进行验证,发现11个子区间中,R绝对值大于0.9、RMSE小于1.55的只有绿峰、红边、近谷和近峰A这四个子区间,其中R分别为-0.9,-0.97,-0.97和-0.93,RMSE分别为1.50,0.85,0.78和1.2.,均优于WBI,MCARI和NDWI,与2.16年实验得出的敏感子区间一致,说明NCSVI能探测铜胁迫下玉米光谱的敏感区间,具备效率高、稳定性好的特点。所提出的NCSVI指数可作为监测玉米叶片铜污染的一种方法,并为其他农作物重金属污染研究提供一定的理论支持。

关键词：高光谱遥感玉米叶片重金属污染新型铜胁迫植被指数光谱敏感区间

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新疆高钠煤中钠元素的地球化学研究现状

煤炭科学技术 2022年第10期50卷 169-178页

作者：杨承伟丁华白向飞唐跃刚何金袁东营煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

新疆煤炭资源丰富,以低灰、低硫、低磷的发电和化工用煤为主,已成为我国煤炭开发利用的主战场。但由于特殊的地质环境和地下水作用,新疆部分煤层中富集了大量钠元素,引起的锅炉结渣结垢问题一直制约着高钠煤的清洁高效利用。新疆高钠煤... 详细信息

新疆煤炭资源丰富,以低灰、低硫、低磷的发电和化工用煤为主,已成为我国煤炭开发利用的主战场。但由于特殊的地质环境和地下水作用,新疆部分煤层中富集了大量钠元素,引起的锅炉结渣结垢问题一直制约着高钠煤的清洁高效利用。新疆高钠煤及其中钠的分布赋存特征成为近10年来煤化学基础研究领域的一个热点。系统总结了煤中钠赋存状态研究成果,概述了煤中钠含量的测定方法,分析了控制煤中钠富集的关键地质因素,并讨论了煤炭利用过程中钠的迁移规律及其影响因素。研究表明:煤中钠的赋存状态以无机钠为主,少量为有机钠,逐级化学提取结果进一步表明煤中的钠以水溶态为主。目前对煤中钠含量的测定主要是通过燃烧和一定条件下的灰化、消解后进行的,但针对于新疆煤中钠以水溶态为主要赋存状态这一基本事实,逐级提取法可以减少样品前处理中钠的损失,进而更准确地反映煤中钠的含量。煤中钠的富集成因主要包括生物成分累积、碎屑沉积物输入、泥炭孔隙中溶液沉淀,以及成煤后期海水作用等。以往国内外对高钠煤的研究比较关注海水侵入的影响,但新疆的高钠煤中钠的富集需要重点考虑地表水淋滤和地下水驱动因素。在煤炭加工利用过程中,钠的赋存形式和煤炭利用方式决定了其释放途径。深入研究煤中钠元素富集的地球化学控制机理以及煤炭燃烧等过程中钠的迁移机制,对高钠煤的合理开发利用意义重大。

关键词：高钠煤钠元素地球化学赋存特征成因与控制迁移与释放

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构造物理化学条件对煤变质作用的控制

地学前缘 2022年第1期29卷 439-448页

作者：曹代勇刘志飞王安民王路丁正云李阳中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 山西能源学院地质与测绘工程系山西晋中030600

煤是对温度和压力等地质因素十分敏感的有机岩,各种构造-热事件控制下的物理化学条件,是促进煤岩演化的根本动力。本文对煤变质作用过程的研究现状进行了综述,着重讨论了煤岩在高煤阶-石墨演化阶段的控制因素、演化过程和演化机制。煤... 详细信息

煤是对温度和压力等地质因素十分敏感的有机岩,各种构造-热事件控制下的物理化学条件,是促进煤岩演化的根本动力。本文对煤变质作用过程的研究现状进行了综述,着重讨论了煤岩在高煤阶-石墨演化阶段的控制因素、演化过程和演化机制。煤变质作用包括煤化作用阶段和石墨化作用阶段,共同构成一个连续的有机质演化过程,总体趋势是分子结构有序化、化学成分单一化,最终演变为以碳元素为主、三维有序结构的石墨。温度和压力(应力)是控制煤变质作用两大因素,在不同的演化阶段,这两大因素所起的作用和演变机理都有所差异。在低、中煤阶演化阶段,温度是煤化学结构演化的主要控制因素,为化学键断裂提供活化能,应力缩聚和应力降解则对煤化学结构演化具有催化作用。高煤阶-石墨化阶段的主要机制是导致基本结构单元BSUs之间相互联结使短程有序化范围增大的拼叠作用,构造应力在其中起到关键作用,BSUs定向和面网间距不断减小,促进大分子物理结构演化。加强煤变质作用的高级阶段-石墨演化过程的研究,将丰富和深化对煤-石墨物理化学结构完整演化序列的认识。煤系石墨成矿机制的高温高压模拟实验,则为煤变质作用构造物理化学条件研究提供了可行的技术手段。

关键词：煤变质作用煤化作用石墨化作用构造物理化学条件演化机制

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湖南鲁塘煤系石墨矿区构造格局及控矿机制

煤田地质与勘探 2020年第1期48卷 48-54页

作者：王路彭扬文曹代勇丁正云莫佳峰中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 湖南省煤炭地质勘查院湖南长沙410000

湖南鲁塘矿区为我国著名的煤系石墨矿区,煤系石墨的形成受岩浆热作用和构造作用的双重控制,其成矿和赋存都与构造格局密切相关。为深入研究构造作用对煤系石墨成矿的影响,通过野外地质调查和光学显微镜下观察、X射线衍射和拉曼光谱等测... 详细信息

湖南鲁塘矿区为我国著名的煤系石墨矿区,煤系石墨的形成受岩浆热作用和构造作用的双重控制,其成矿和赋存都与构造格局密切相关。为深入研究构造作用对煤系石墨成矿的影响,通过野外地质调查和光学显微镜下观察、X射线衍射和拉曼光谱等测试分析方法,分析研究区构造特征和煤系石墨特征。研究结果表明,受区域构造活动的影响,鲁塘矿区构造格局呈现出分区分带性特征,东西方向可划分为东部、中部和西部3个条带;南北方向可划分为北部、中部和南部3个分区。自西向东,随着与岩体距离逐渐减小,煤层受岩浆热作用的影响逐渐增大,煤的石墨化程度也逐渐增高。由南向北,构造变形强度逐渐增强,导致北部分区形成以封闭式高温–高压的成矿环境为主,同时,应力作用促进了煤的石墨化,导致煤的石墨化程度较高;中部分区内构造情况复杂,形成不同温度压力条件的成矿环境,煤的石墨化程度差异性明显;南部分区构造情况简单,主要构成开放式环境,煤的石墨化程度较低,仅在近岩体附近可形成煤系半石墨。研究成果为煤系石墨资源勘探提供了有力依据。

关键词：鲁塘矿区煤系石墨构造格局构造控矿骑田岭岩体

基于空间谱的玉米叶片铜铅污染区分及程度监测

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光谱学与光谱分析 2018年第7期38卷 2200-2208页

作者：杨可明张伟王晓峰孙彤彤程龙中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

利用高光谱遥感技术监测并识别农作物受重金属污染信息是当今热点,研究设置了不同浓度铜离子(Cu^(2.))、铅离子(Pb^(2.))胁迫梯度的玉米盆栽实验,并测取了玉米叶片的光谱及叶片中重金属离子与叶绿素含量。基于获取的光谱数据,将光谱划... 详细信息

利用高光谱遥感技术监测并识别农作物受重金属污染信息是当今热点,研究设置了不同浓度铜离子(Cu^(2.))、铅离子(Pb^(2.))胁迫梯度的玉米盆栽实验,并测取了玉米叶片的光谱及叶片中重金属离子与叶绿素含量。基于获取的光谱数据,将光谱划分为紫谷、蓝边、绿峰、红谷、红边和红肩六个光谱特征区间,通过光谱的一阶微分和二维多重信号分类(2.-MUSIC)算法构造空间谱,对各光谱特征区间进行变换分析。实验结果表明:蓝边、绿峰和红边阵列信号的空间谱在Cu^(2.)胁迫下为双高峰,在Pb^(2.)胁迫下为单高峰,以此能够快速、直观地区分玉米叶片所受重金属污染的Cu^(2.)和Pb^(2.)元素类别。红谷和红肩阵列信号空间谱的方位角谱峰值与玉米叶片中Cu^(2.)含量的相关系数分别达到-0.954 5和-0.964 8,说明用于监测Cu^(2.)污染程度时效果理想;紫谷阵列信号空间谱的方位角谱峰值与玉米叶片中Pb^(2.)含量的相关系数达到-0.999 8,说明用于监测Pb^(2.)污染程度时效果理想。同时通过与常规重金属污染监测方法绿峰高度(GH)、红边位置(REP)、红边最大值(MR)、红边一阶微分包围面积(FAR)的应用结果进行比较分析,空间谱法的应用结果与玉米叶片中重金属离子含量的相关性较高,从而验证了空间谱应用于玉米重金属污染信息监测具有更好的有效性和优越性。

关键词：重金属污染玉米叶片光谱二维多重信号分类空间谱光谱特征区间

盐湖提锂工艺——高镁锂比盐湖锂盐吸附剂研发进展

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科技导报 2020年第14期38卷 94-101页

作者：丁涛郑绵平彭苏萍伍倩韩鸿业中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037

据2.19年美国地质调查局统计全球已查明锂资源量62.0万t,其中59%锂资源分布在盐湖中,而绝大部分盐湖为高镁锂比盐湖,高镁锂比盐湖中锂的提取工艺更难,吸附剂可以一步直接提锂,研发循环性能高、稳定性强、制备高效的高镁锂比盐湖锂盐吸... 详细信息

据2.19年美国地质调查局统计全球已查明锂资源量62.0万t,其中59%锂资源分布在盐湖中,而绝大部分盐湖为高镁锂比盐湖,高镁锂比盐湖中锂的提取工艺更难,吸附剂可以一步直接提锂,研发循环性能高、稳定性强、制备高效的高镁锂比盐湖锂盐吸附剂迫在眉睫。根据吸附剂的制备材料和吸附机理不同,将现有吸附剂进行分类,总结了离子筛吸附剂、铝盐吸附剂、天然矿物改性吸附剂发展现状及吸附流程。对比研究发现,天然矿物改性吸附剂具有离子筛吸附剂和铝盐吸附剂提锂的所有优势,制备简单不产生废料,经济、环保、高效,在未来高镁锂比盐湖提锂工艺中应予以重点关注。

关键词：盐湖锂资源高镁锂比离子筛铝盐吸附剂

闽西南地区煤成石墨的控制因素与成矿区带划分

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煤炭学报 2020年第8期45卷 2865-2871页

作者：王路曹代勇丁正云陈泉霖邓瑞锦林晓炎李阳杜欣中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 福建省煤田地质局福建省煤田地质勘查院福建福州350005

石墨为国家战略性矿产资源,煤成石墨是由煤层变质而成的一种隐晶质石墨。闽西南地区位于环太平洋构造-岩浆活动带,具有良好的煤成石墨成矿地质条件。通过对闽西南地区不同演化程度的煤-煤成石墨微观结构特征的研究,认为煤向石墨演化中... 详细信息

石墨为国家战略性矿产资源,煤成石墨是由煤层变质而成的一种隐晶质石墨。闽西南地区位于环太平洋构造-岩浆活动带,具有良好的煤成石墨成矿地质条件。通过对闽西南地区不同演化程度的煤-煤成石墨微观结构特征的研究,认为煤向石墨演化中芳香碳层间距的逐渐减小和结构缺陷逐渐消亡的两个过程并非呈线性变化,由此以碳层间距d002.拉曼参数R2.其划分为煤成石墨(Ⅰ类)、煤成半石墨(Ⅱ1和Ⅱ2.)、石墨化无烟煤(Ⅲ类)和高变质无烟煤(Ⅳ类)4种类型,并提出了划分煤成石墨类型的模板。煤成石墨的形成和分布受到岩浆-构造活动的制约,由燕山期大规模的岩浆侵入活动为煤的石墨化提供热能,政和—大埔断裂带和永安—晋江断裂带成为煤成石墨的主要控矿断裂,一系列推覆、滑覆等断裂和褶皱构造与岩浆热作用构成了封闭式、半开放-半封闭式和开放式的成矿构造-热环境条件,由此造就了闽西南地区煤成石墨成矿和分布的差异性。依据不同类型煤成石墨的分布,结合煤成石墨成矿的控制因素,划分出了闽西南地区大田—漳平(I1)和永安—安溪(I2.两条煤成石墨成矿区带,其中包括可坑—乌坑成矿亚区(Ⅱ1)、永安—大田成矿亚区(Ⅱ2.、长凹成矿亚区(Ⅱ3)、安溪成矿亚区(Ⅱ4)4个煤成石墨成矿亚区。

关键词：煤成石墨闽西南成矿区带构造-岩浆活动碳层间距拉曼参数

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盐湖卤水提锂技术及产业化发展

科技导报 2020年第15期38卷 16-23页

作者：丁涛郑绵平张雪飞伍倩张翔禹中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国地质科学院地质矿产资源研究所自然资源部盐湖资源与环境重点实验室北京100037

据美国地质调查局2.2.年最新统计,已查明的世界锂资源量为8000万t,其中59%锂资源分布在盐湖中,寻找不同类型盐湖的提锂技术亟待解决。根据盐湖卤水中锂和其他伴生离子赋存特征,综述了沉淀法、膜法、萃取法、盐梯度太阳池法、吸附法等盐... 详细信息

据美国地质调查局2.2.年最新统计,已查明的世界锂资源量为8000万t,其中59%锂资源分布在盐湖中,寻找不同类型盐湖的提锂技术亟待解决。根据盐湖卤水中锂和其他伴生离子赋存特征,综述了沉淀法、膜法、萃取法、盐梯度太阳池法、吸附法等盐湖提锂技术发展现状,总结了锂资源生产流程,探讨了各种方法对不同镁锂比盐湖的适应性及优势。研究发现,盐湖提锂不能按照单一方法进行,要根据不同盐湖赋存类型进行提锂工艺的选择。沉淀法已经在低镁锂比盐湖中经过工业化生产验证;吸附法是目前在高镁锂比盐湖中综合效果最为理想的提锂技术,其吸附容量高、一步直接提锂、循环性能高、稳定性强;天然矿物改性吸附法是未来盐湖提锂产业化应重点关注的方向。

关键词：盐湖锂资源高镁锂比提锂技术