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全国不同城市化水平与大气污染的时空关系

环境科学 2024年

作者：薛琛昊邹滨徐勇李沈鑫李莎中南大学地球科学与信息物理学院桂林理工大学测绘地理信息学院

研究全国不同城市化阶段城市化水平与大气污染的时空关系，对指导未来城市向减污和降碳的绿色方向发展具有重要的现实意义。基于2005—2020年人均GDP栅格数据、土地利用类型数据、PM2.5和O3浓度遥感反演数据、气象栅格数据，采用钱纳里... 详细信息

研究全国不同城市化阶段城市化水平与大气污染的时空关系，对指导未来城市向减污和降碳的绿色方向发展具有重要的现实意义。基于2005—2020年人均GDP栅格数据、土地利用类型数据、PM2.5和O3浓度遥感反演数据、气象栅格数据，采用钱纳里标准对2005、2010、2015和2020年全国城市划分城市化阶段；利用单因素方差分析(ANOVA)判断不同城市化阶段PM2.5和O3浓度的显著性关系，通过多尺度地理加权回归(MGWR)定量分析不同城市化阶段城市化水平与PM2.5和O3浓度协同变化的时空关联关系。结果表明，2005～2020年全国城市化阶段主要经历了6个阶段，其中，2005年处在初级产品阶段(PPS)和初级工业化阶段(PIS)的城市分别为110个和118个，2010年中国城市化阶段主要以工业化阶段为主，中期工业化阶段(MIS)和后期工业化阶段(LIS)的城市数量分别为139个和88个，而2015年和2020年中国城市化阶段主要以中后期工业化阶段和发达阶段为主，其中，初级发达阶段(PDS)和发达阶段(DS)的总体城市数量分别为80个和91个。中国PM2.5和O3浓度变化趋势的空间分布以及在不同城市化阶段的平均值均具有显著差异。从不同城市化阶段上看，PM2.5浓度平均值从PPS到DS全国整体呈现先上升后下降的变化趋势，工业化阶段平均PM2.5浓度高于初级和发达阶段。O3浓度平均值从PPS到DS全国整体呈上升趋势，发达阶段O3浓度平均值最高。MGWR分析结果表明，2005年和2010年城市建成区面积占比与PM2.5浓度回归系数高值区主要分布在云贵川城市群，而2015年和2020年回归系数高值区从云贵川向东北延伸，覆盖中国大部分地区。2005—2020年城市建成区占比与O3浓度回归系数高值区主要分布在中国西部和中部，而东部回归系数明显低于其他地区，尤其是华南地区，回归系数整体为负。协同分析结果表明，2005年和2010年PM2.5和O3浓度协同上升的城市主要集中分布在长江三角洲地区、云贵川地区、以及陕甘宁地区；2015年和2020年PM2.5和O3浓度协同上升的城市广泛分布于中国中部和东部。

关键词：城市化阶段城市化水平 PM O 协同变化多尺度地理加权回归(MGWR)

上寨离子吸附型稀土矿床褐帘石结构和成分特征及其对成矿的指示

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大地构造与成矿学 2024年第2期48卷 248-258页

作者：冯雨周陈华勇郑惠肖兵初高彬张俊岭中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室广东广州510640 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 中国科学院大学北京100049 广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640

上寨矿床为华南地区新发现的一个同时富含轻重稀土的离子吸附型稀土矿床,矿体位于粗粒黑云母花岗岩风化壳中。褐帘石是粗粒黑云母花岗岩中一种重要的副矿物(占比约为0.11%)。化学成分分析结果显示原生褐帘石具有富轻稀土元素的特征,其... 详细信息

上寨矿床为华南地区新发现的一个同时富含轻重稀土的离子吸附型稀土矿床,矿体位于粗粒黑云母花岗岩风化壳中。褐帘石是粗粒黑云母花岗岩中一种重要的副矿物(占比约为0.11%)。化学成分分析结果显示原生褐帘石具有富轻稀土元素的特征,其轻稀土(LREE)和重稀土元素(HREE)含量以及(La/Yb)N值分别为177940~188928μg/g、3732~5499μg/g和92.6~153。这些原生褐帘石轻稀土元素含量约占全岩轻稀土元素总量的86%,为上寨矿床轻稀土元素的主要来源。通过显微观察结合背散射图像可以发现,上寨矿床成矿母岩中的原生褐帘石被热液流体交代后蚀变形成了氟碳钙铈矿,在这个过程中褐帘石中的轻稀土和Ca元素被淋滤出来后主要进入了氟碳钙铈矿中,指示褐帘石被交代形成氟碳钙铈矿的过程中轻稀土元素发生了活化、迁移和富集。另外,被交代的褐帘石其Fe_(2)O_(3)T、MnO和MgO含量降低,而Sr、Y、Nb、W、Th、U、Zr以及HREE含量增加,这些增加的HREE可能来源于热液流体或其他富HREE的原生矿物。本研究表明,原生褐帘石被热液流体交代有利于轻稀土元素的富集成矿,但对重稀土矿化的贡献较小。

关键词：褐帘石稀土活化离子吸附型稀土矿床华南地区

岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1237-1254页

作者：潘新朋刘志顺高大维王璞郭振威柳建新中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083

叠前地震反演和岩石物理反演分别是获取弹性参数和物性参数的重要手段,两者结合有助于实现储层参数预测并精细刻画储层特征.储层物性参数的反演依赖于岩石物理模型,在进行物性参数反演时可以将复杂的岩石物理模型做泰勒展开,进而得到其... 详细信息

叠前地震反演和岩石物理反演分别是获取弹性参数和物性参数的重要手段,两者结合有助于实现储层参数预测并精细刻画储层特征.储层物性参数的反演依赖于岩石物理模型,在进行物性参数反演时可以将复杂的岩石物理模型做泰勒展开,进而得到其一阶或高阶的近似表达式,然而这会降低模型的精确性并增加反演的误差.为了提高储层物性参数反演的稳定性和准确性,本文以碎屑岩储层为例,提出了岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法.首先,基于贝叶斯框架和高斯分布约束条件,从叠前地震数据中实现纵、横波速度及密度等弹性参数的反演.其次,通过碎屑岩岩石物理模型建立起弹性参数与物性参数之间的联系.最后,利用粒子群算法进行全局寻优获得较为准确的孔隙度、泥质含量和含水饱和度等物性参数.合成数据和实际资料测试结果验证了所提方法的可行性和准确性,反演结果与测井数据吻合较好,可有效指示含气储层区域,本文方法在储层预测和评价方面具有广泛的应用前景.

关键词：弹性参数储层物性参数地震反演岩石物理反演贝叶斯理论粒子群算法

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粤北坪田地区三叠纪A型花岗岩年代学、地球化学及其构造意义

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地球科学 2024年第7期49卷 2508-2525页

作者：席振刘清泉吴德华陈肇华湖南城市学院市政与测绘工程学院湖南益阳413000 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 湖南省自然资源事务中心洞庭湖区生态环境遥感监测湖南省重点实验室湖南长沙410004

坪田岩体位于华南南岭中部,是认识华南三叠纪岩浆作用及其地球动力背景的理想窗口.以坪田花岗岩类为研究对象,对其开展了系统的全岩地球化学、锆石U-Pb定年和锆石原位Hf同位素研究.结果表明,坪田岩体由粗粒似斑状黑云母花岗岩、粗粒似... 详细信息

坪田岩体位于华南南岭中部,是认识华南三叠纪岩浆作用及其地球动力背景的理想窗口.以坪田花岗岩类为研究对象,对其开展了系统的全岩地球化学、锆石U-Pb定年和锆石原位Hf同位素研究.结果表明,坪田岩体由粗粒似斑状黑云母花岗岩、粗粒似斑状钾长花岗岩和中粒二长岩组成,成岩年龄为238~239 Ma,形成于中三叠世.地球化学特征显示,岩石轻稀土元素富集,有明显铕负异常(δEu平均为0.42).富集Zr、Hf、Y、Ce,明显亏损Sr、P和Ti,属于准铝质到弱过铝质碱性花岗岩类,为A型花岗岩.锆石ε_(Hf)(t)值为-37.7~-5.0,tDM2二阶段模式年龄为1578~3597 Ma之间,结合全岩地球化学特征,揭示其原始岩浆来源于地壳中长英质物质在低温高压环境下部分熔融,可能混入古老地壳物质,并经历了一定的结晶分异作用,形成于后碰撞伸展背景.综合华南A型花岗岩和碱性正长岩的地球化学特征和空间分布,认为华南内部三叠纪区域构造演化主要受华南地块与印支地块碰撞带和华南地块与华北地块碰撞带共同控制,华夏地块在中三叠世(238 Ma左右)发生构造环境的转变,从早三叠世的碰撞挤压环境,到中晚三叠世过渡到后碰撞伸展环境.

关键词： A型花岗岩中三叠世后碰撞伸展环境坪田华南地球化学

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基于优化聚类的人工源电磁法数据信噪分离方法

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地球物理学报 2024年第1期67卷 394-408页

作者：胡艳芳刘子杰李帝铨张贤索光运湖南工商大学微电子与物理学院长沙410205 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学) 长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

为了降低强电磁干扰对人工源电磁法(Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM)有效信号的影响,改善CSEM实测数据处理结果因人而异且效率低的不足,本文针对CSEM有效信号周期性特征提出了一种加权自适应带宽均值漂移聚类(Weighted ... 详细信息

为了降低强电磁干扰对人工源电磁法(Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM)有效信号的影响,改善CSEM实测数据处理结果因人而异且效率低的不足,本文针对CSEM有效信号周期性特征提出了一种加权自适应带宽均值漂移聚类(Weighted Adaptive Bandwidth Mean-Shift Clustering,WAB-MSC)信噪分离方法.首先在传统均值漂移聚类(Mean-Shift Clustering,MSC)算法的基础上增加核函数,降低处理结果对带宽选择的敏感度,提高算法的稳健性;其次结合实测CSEM数据的分布特征提出了一种基于局部密度梯度的带宽估计方法,实现了自适应带宽选择;最后通过仿真数据与实测数据对本文方法进行了验证,结果表明:本文方法能有效消除强电磁干扰对CSEM数据的影响,最大程度保留受噪声影响较小或未受噪声影响的数据,提高数据信噪比,降低强干扰噪声对CSEM初始资料的影响程度,获得更为真实的地电响应模型,为后续数据处理提供保障.

关键词：人工源电磁法强电磁干扰信噪分离自适应聚类算法

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数据和知识融合的Bayesian-MCMC三维地质建模

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地球科学 2024年第8期49卷 3056-3070页

作者：王丽芳刘肖莉徐坤杜林泽徐章皓张宝一中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南工程职业技术学院测绘地理学院武汉智博创享科技股份有限公司中南大学地球科学与信息物理学院

为了充分利用已有地质知识来降低三维地质模型的不确定性,采用了一种基于贝叶斯—马尔科夫链蒙特卡洛(Bayesian-MCMC,Bayesian-Markov chain Monte Carlo)方法的三维地质模型概率性推断框架,在协同克里金(Cokriging)插值的三维地质隐式... 详细信息

为了充分利用已有地质知识来降低三维地质模型的不确定性,采用了一种基于贝叶斯—马尔科夫链蒙特卡洛(Bayesian-MCMC,Bayesian-Markov chain Monte Carlo)方法的三维地质模型概率性推断框架,在协同克里金(Cokriging)插值的三维地质隐式建模过程中,显式地考虑先验参数(即建模数据集)的不确定性,并将已有地质知识(如地层厚度、地层产状、断层产状等)或地球物理勘探数据以似然函数的方式嵌入到推断框架中,来充分保证三维地质模型符合已有的地质知识.首先,基于Bayesian概率理论,建立不同建模数据集的先验分布以及已有地质知识似然函数约束;其次,使用MCMC随机采样的方法对先验参数的后验概率空间进行采样,获得大量既满足建模数据先验分布、又符合已有地质知识似然约束的建模数据样本;再次,由重新计算的建模数据样本集采用Cokriging插值算法获得一系列模型实现,获得符合已有地质知识的三维地质模型;最后,相比确定性三维地质建模方法,Bayesian-MCMC概率性建模框架可得到一系列模型实现,同时采用信息熵对模型的不确定性进行评价.以桂西南地区凌念—那茶地区为例,采用本文构建的Bayesian-MCMC概率性推断框架,考虑地层、断层采样点及产状数据的不确定性,由已知的地层厚度、地层倾角和断层倾角等地质知识对三维地质模型进行优化,结果表明该方法既能重建地质体的三维空间形态,又可降低三维地质模型的不确定性,为地质学家通过已有地质知识来降低三维地质模型的不确定性提供了有效的途径.

关键词：隐式建模贝叶斯马尔科夫链蒙特卡洛不确定性协同克里金插值

基于IITD和PNN的广域电磁法数据信噪分离方法

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地球物理学进展 2024年第1期39卷 241-252页

作者：张贤李帝铨胡艳芳朱云起李富湖南财政经济学院财经大数据科学与技术湖南省重点实验室信息技术与管理学院长沙410205 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

矿产资源开发需求加速了广域电磁法(Wide Field Electromagnetic Method,WFEM)的发展与应用,但强电磁干扰严重降低了原始数据质量与探测效果.为此,本文提出基于改进固有时间尺度分解(Improved Inherent Time-scale Decomposition,IITD)... 详细信息

矿产资源开发需求加速了广域电磁法(Wide Field Electromagnetic Method,WFEM)的发展与应用,但强电磁干扰严重降低了原始数据质量与探测效果.为此,本文提出基于改进固有时间尺度分解(Improved Inherent Time-scale Decomposition,IITD)和概率神经网络(Probabilistic Neural Network,PNN)的广域电磁法数据信噪分离方法.首先,通过改进固有时间尺度分解算法,提高信号分解精度,消除原始数据中存在的趋势噪声;然后,构建WFEM数据样本库,提取最大值、峰值因子、脉冲因子、裕度因子等多个时域特征,结合概率神经网络进行信噪辨识;最后,将识别为有效信号的部分按原采样顺序进行整合与重构,实现WEFM数据去噪;通过数值模拟与实测分析,结果表明,趋势噪声和异常波形均能被有效辨识及剔除,处理后的电场曲线形态趋于平滑稳定,原始数据质量得到提升.

关键词：广域电磁法改进固有时间尺度分解概率神经网络信噪分离

西洞庭湖自然保护区近20年碳储量时空演变及成因分析

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自然资源遥感 2024年

作者：龙文芹职露郭娅迪邹滨曾立志高浩郑州师范学院地理与旅游学院汉寿县自然资源局中南大学地球科学与信息物理学院常德市自然资源和规划局信息中心信息工程大学数据与目标工程学院

陆地生态系统碳储量是全球及区域碳循环研究的关键环节。西洞庭湖作为国家级自然保护区，其长时序碳储量的评估将为区域生态系统监测和管理提供科学数据支撑。基于2000—2020年土地利用数据，利用InVEST模型估算西洞庭湖近20a的碳储量... 详细信息

陆地生态系统碳储量是全球及区域碳循环研究的关键环节。西洞庭湖作为国家级自然保护区，其长时序碳储量的评估将为区域生态系统监测和管理提供科学数据支撑。基于2000—2020年土地利用数据，利用InVEST模型估算西洞庭湖近20a的碳储量，以此探讨西洞庭湖碳储量的时空变化特征，识别碳储量重点变化区域。研究结果表明，西洞庭湖近20 a碳储量呈波动上升趋势，波动范围为113.5×104～125.7×104t；碳储量相对变化率仅2003年达到3.2%，其余时期均小于2%;20 a内西洞庭湖核心区每年碳储量均居子区域首位，其次为试验区；西洞庭湖大部分区域碳储量保持不变或变化较小，但仍有部分区域存在较为明显的变化；重点变化区域呈聚集、线型及零散等多样化空间分布特征，其土地利用类型具有相应的变化强度；西洞庭湖试验区碳储量变化受人为干扰影响较大，核心区碳储量主要与降水相关。研究结果有助于科学推进西洞庭湖自然保护区“双碳”目标的实施。

关键词：西洞庭湖碳储量 InVEST 时空分布

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地震定位方法最新进展综述

地球物理学进展 2024年第3期39卷 959-974页

作者：侯新荣郭振威高大维李磊柳建新中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学) 长沙410083

精确的地震定位对于地球内部结构和地震孕育过程认知、断层精细结构探测、资源能源勘探开发、地震预警研究等众多科学技术问题至关重要.鉴于地震定位方法发展迅速,及时的综述最新进展重要且必要.目前的综述论文主要论述常规地震定位方... 详细信息

精确的地震定位对于地球内部结构和地震孕育过程认知、断层精细结构探测、资源能源勘探开发、地震预警研究等众多科学技术问题至关重要.鉴于地震定位方法发展迅速,及时的综述最新进展重要且必要.目前的综述论文主要论述常规地震定位方法的进展,而涉及机器学习的地震定位方法的系统总结却很少.为便于读者了解地震定位方法原理与最新的前沿进展,本文首先介绍了近年来新发展的常规地震定位方法,如震源扫描类方法、双差类定位法、GrowClust等;然后重点介绍了最新的涉及机器学习的地震定位方法,包括完全基于机器学习的地震定位方法和机器学习辅助的地震定位流程.其中,基于机器学习的定位方法按照利用的神经网络的不同进行再次分类,包括了卷积神经网络、图神经网络、循环神经网络.机器学习辅助的定位流程介绍了EasyQuake、QuakeFlow、LOC-FLOW三种较受关注的方法.通过详细阐述LSTM-FCN模型、LOC-FLOW方法流程的实际应用,对比了代表性方法的定位效果.最后,本文对机器学习类的地震定位方法存在的问题和地震定位的发展方向进行分析与展望,指出机器学习模型轻量化是重要研究方向以及多种地震定位方法联合定位是地震定位发展的重要目标.

关键词：震源定位机器学习神经网络联合定位