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基于改进GAN的手绘特征草图虚拟地形生成方法

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遥感学报 2024年第5期28卷 1232-1241页

作者：张晓媛陈斌北京大学地球与空间科学学院北京100871

三维虚拟地形生成目前广泛应用于野外虚拟地理环境、数字孪生城市建设等,是实现地理元宇宙发展的重要组成部分。传统生成三维虚拟地形的方法存在生成地形真实度不够、重复地形块与网格伪影等问题。基于此,提出一种改进生成对抗网络的手... 详细信息

三维虚拟地形生成目前广泛应用于野外虚拟地理环境、数字孪生城市建设等,是实现地理元宇宙发展的重要组成部分。传统生成三维虚拟地形的方法存在生成地形真实度不够、重复地形块与网格伪影等问题。基于此,提出一种改进生成对抗网络的手绘特征草图虚拟地形生成方法。以条件生成对抗网络和pix2pix架构为参考,提出虚拟地形生成网络模型,通过改进生成器U-Net网络,增加随机噪声,替换损失函数,提高模型训练的效率及生成地形的真实性。同时,利用精度较高的黄土高原部分地区数字高程模型数据为样本,构建用于虚拟地形生成模型的地形特征数据集,提取真实地形特征开展虚拟地形生成网络训练。最后,完整构建从手绘特征草图到虚拟地形的模型推理流程。实验结果表明,利用黄土高原地形数据和改进后的虚拟地形生成模型,能够满足用户在输入手绘地形特征草图后获得符合地形特征描述、高真实感的虚拟地形,在三维地形建模与编辑方面具有良好的发展前景。

关键词：遥感三维虚拟地形生成对抗网络手绘特征草图数字高程模型

基于开源GemPy的城市地下空间三维隐式势场建模方法研究

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地学前缘 2024年第3期31卷 482-497页

作者：廖舟李梅北京大学地球与空间科学学院北京100871

三维地质建模是城市地下空间规划和管理的重要基础工作。在地质科学大数据时代,当前三维建模逐渐转向三维隐式建模。常见的三维地质建模软件如GeoModeller、Surpac等都提供了隐式建模技术,但是上述商业软件均封装完好、并不开源。本文... 详细信息

三维地质建模是城市地下空间规划和管理的重要基础工作。在地质科学大数据时代,当前三维建模逐渐转向三维隐式建模。常见的三维地质建模软件如GeoModeller、Surpac等都提供了隐式建模技术,但是上述商业软件均封装完好、并不开源。本文基于开源GemPy建模平台,重点实现了三维隐式势场建模技术与针对地层尖灭的建模方案,将算法方案加入GemPy底层建模架构,并以某城市地下空间为例,对三维地质精细化建模工程流程进行了验证。论文构建了基于研究区钻孔数据的建模数据集,采用势场法和泛克立格插值法建立城市三维地质模型,并针对城市地质中常见的地层尖灭进行了单独的布尔运算处理。为细致直观展示研究区三维地质模型地层界面的拟合情况,对共计18个工程地质层分别进行可视化。最后,对模型的精度采用分层K折交叉验证方法进行验证,并用皮尔逊相关系数(CC)等4种指标对建模效果进行衡量。对研究区的实验结果表明,基于开源GemPy的三维隐式势场地质建模方法针对城市地质构造具有一定通用性,并在精度上具有较好效果,可以为城市地下空间开发利用提供决策依据。

关键词：三维地质建模隐式势场法 GemPy 地层尖灭城市地下空间

基于DEW模型的地球深部流体组成与水岩相互作用计算方法综述

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地学前缘 2024年第1期31卷 64-76页

作者：兰春元张立飞陶仁彪胡晗张丽娟王超北京大学地球与空间科学学院北京100871 北京高压科学研究中心北京100094

水岩相互作用会导致流体中元素的价态、赋存形式等发生改变,进而对元素的富集成矿、循环通量等产生影响。由于地球深部样品与实验数据有限,建立和使用地球深部流体模型可以有效地增加人们对深部流体及水岩相互作用的认知。Deep Earth Wa... 详细信息

水岩相互作用会导致流体中元素的价态、赋存形式等发生改变,进而对元素的富集成矿、循环通量等产生影响。由于地球深部样品与实验数据有限,建立和使用地球深部流体模型可以有效地增加人们对深部流体及水岩相互作用的认知。Deep Earth Water(DEW)模型是一种描述地球深部流体热力学性质的数据库,其可以与矿物热力学数据库联用,实现对地球深部水岩相互作用过程的模拟研究。本文阐释了使用DEW模型描述深部流体的必要性,叙述了应用DEW模型进行深部流体物种和水岩相互作用计算的基本原理,介绍了一种基于DEW模型计算流体物种的软件——FluidsLab,列举了地球深部流体以及水岩相互作用的应用案例与研究现状,最后对DEW模型后续的应用与发展方向进行展望。

关键词：水岩相互作用俯冲带地球深部流体热力学 DEW模型

深层砂岩储层孔隙结构特征及影响因素——以银额盆地拐子湖凹陷为例

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 249-264页

作者：彭谋李江海杨博北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国石油大学(北京)地球科学学院北京102249

以银额盆地拐子湖凹陷巴音戈壁组深层砂岩为研究对象,在探究储层基本特征的基础上,采用恒速压汞法区分孔隙与喉道,定量地表征孔喉特征参数;通过扫描电子显微镜和铸体薄片,定性地表征孔喉形态特征,分析微观孔隙的结构差异;结合孔喉分形... 详细信息

以银额盆地拐子湖凹陷巴音戈壁组深层砂岩为研究对象,在探究储层基本特征的基础上,采用恒速压汞法区分孔隙与喉道,定量地表征孔喉特征参数;通过扫描电子显微镜和铸体薄片,定性地表征孔喉形态特征,分析微观孔隙的结构差异;结合孔喉分形维数划分孔隙类型,探讨影响储层孔隙发育的主要因素。研究结果表明,该区储层岩石类型以长石岩屑砂岩为主,成分成熟度较低,平均孔隙度为10.8%,平均渗透率为1.17 mD,属于低孔低渗型储层。储集空间类型主要为原生粒间孔、溶蚀孔和微裂缝,孔隙半径平均值为195μm,喉道半径平均值为3.5μm,储层的孔隙结构类型分为微孔小喉型、小孔小喉型和大孔粗喉型。研究区储层孔喉比总体上较大,良好的孔喉配置关系是影响储层物性的重要因素,影响孔隙发育的主控因素则是早期成岩作用、有机酸溶蚀和烃类充注的综合作用。经过相对较弱的压实作用和胶结作用改造后,原始碎屑为后期溶蚀提供了物质和空间基础,储层顶部和底部巨厚的富有机质泥岩提供了有机酸溶蚀和烃类充注的物源。

关键词：深层砂岩恒速压汞储层特征孔隙结构

中喜马拉雅陈塘地区基性麻粒岩变质作用、原岩特征及其地质意义

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岩石学报 2024年第5期40卷 1603-1627页

作者：王淑真张贵宾刘帅奇北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

本文对中喜马拉雅陈塘地区高压基性麻粒岩进行了岩石学、地球化学和锆石年代学及Hf同位素研究,确定了其变质P-T演化、原岩性质和构造背景。陈塘地区基性麻粒岩发生了明显部分熔融,基质中保存有单斜辉石和斜长石后成合晶,指示其可能经历... 详细信息

本文对中喜马拉雅陈塘地区高压基性麻粒岩进行了岩石学、地球化学和锆石年代学及Hf同位素研究,确定了其变质P-T演化、原岩性质和构造背景。陈塘地区基性麻粒岩发生了明显部分熔融,基质中保存有单斜辉石和斜长石后成合晶,指示其可能经历了榴辉岩相变质作用。根据基性麻粒岩的矿物组合识别出三个变质演化阶段:高压麻粒岩相矿物组合为石榴子石+单斜辉石+斜长石+金红石+石英,温压条件为1.0~1.3GPa、730~800℃;中压麻粒岩相矿物组合为石榴子石+单斜辉石+斜方辉石+角闪石+斜长石+钛铁矿+金红石+石英,温压条件为0.78~0.82GPa、820~890℃;而角闪岩相阶段以角闪石的大量出现为特征,变质温压条件为0.6~0.7GPa、660~740℃。锆石U-Pb年代学指示基性麻粒岩高压麻粒岩相的变质时代为15~14Ma,原岩时代为~1800Ma。另外,基于TiO_(2)含量可将基性麻粒岩划分为两组,一组具有低的TiO_(2)和高的ε_(Nd)(t),稀土元素配分模式与E-MORB一致,原岩为弧后盆地玄武岩。第二组基性麻粒岩相比于第一组,具有高的TiO_(2)、REE、Th/Ta和低的Mg^(#)、Nb/La和ε_(Nd)(t),其稀土元素配分模式与OIB一致。地球化学特征表明高Ti基性麻粒岩的原岩经历了显著的地壳混染,其形成与低Ti组基性麻粒岩原始岩浆上升过程混染壳源物质有关。中喜马拉雅Ama Drime地体-陈塘地区-Arun河谷沿南北方向上均出露的古元古代岩浆记录可能与新生代裂谷活动导致喜马拉雅造山带古元古代基底剥露至地表有关。另外,本研究证实印度大陆北缘在古元古代(1.9~1.8Ga)处于汇聚型板块边缘,伴生有广泛的弧/弧后岩浆作用,而非裂谷环境。

关键词：中喜马拉雅基性麻粒岩变质作用原岩特征构造意义

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山东寒武系崮山组褶颊虫类三叶虫Jiulongshania acalla个体发育过程中的头盖形态变化及其生态学意义

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北京大学学报(自然科学版) 2024年

作者：秦树健董琳北京大学地球与空间科学学院

基于采自山东济南唐王寨剖面寒武系崮山组的阿克利九龙山虫Jiulongshania acalla标本,采用传统形态测量方法和几何形态测量方法,对头盖的形态特征进行度量和定量化分析,揭示其在个体发育过程中的形态变化特点。研究结果显示,在个体发育... 详细信息

基于采自山东济南唐王寨剖面寒武系崮山组的阿克利九龙山虫Jiulongshania acalla标本,采用传统形态测量方法和几何形态测量方法,对头盖的形态特征进行度量和定量化分析,揭示其在个体发育过程中的形态变化特点。研究结果显示,在个体发育过程中, J. acalla鞍前区的生长速率最快,头盖宽度的生长速率最慢,头盖形态变化主要表现为头盖整体形态由半扁椭圆形向半长椭圆形转变,鞍前区的宽度逐渐增加。推测三叶虫外骨骼形态的变化,特别是头盖形态的变化,可能与三叶虫的取食方式有关; J. acalla头盖标本在个体发育过程中的形态变化,可能指示从幼虫到成虫取食方式的改变。

关键词： Jiulongshania acalla 头盖形态变化寒武系崮山组山东

海南岛新生代玄武岩中富硅熔体包裹体特征及成因

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现代地质 2024年

作者：许鑫张立飞田伟朱金涛何衍鑫北京大学地球与空间科学学院

熔体包裹体记录了岩浆喷发前演化、去气过程以及岩浆中挥发分等重要信息，是研究玄武质岩浆系统及地幔源区强有力的工具，被广泛应用于研究地幔岩浆的起源和演化。然而，关于熔体包裹体均一化加热前后的玻璃成分差异目前研究较少。本文... 详细信息

熔体包裹体记录了岩浆喷发前演化、去气过程以及岩浆中挥发分等重要信息，是研究玄武质岩浆系统及地幔源区强有力的工具，被广泛应用于研究地幔岩浆的起源和演化。然而，关于熔体包裹体均一化加热前后的玻璃成分差异目前研究较少。本文选择海南岛蓬莱地区新生代玄武岩橄榄石斑晶中熔体包裹体为研究对象，采用电子探针对熔体包裹体玻璃及其寄主矿物进行成分分析，结果显示，寄主矿物橄榄石的Fo值为70～85，CaO含量大于0.1%，为典型的橄榄石斑晶。室温下，熔体包裹体由熔体（玻璃）、气泡和子矿物（辉石、斜长石、钛铁矿）组成。熔体包裹体玻璃成分为英安质熔体。通过高温炉对含熔体包裹体的橄榄石进行加热，均一化加热后熔体中未见子矿物，熔体包裹体玻璃成分为玄武质、玄武安山质熔体少数为安山岩质熔体，成分与海南岛蓬莱地区新生代玄武岩全岩成分相近。本文认为海南岛蓬莱地区新生代玄武岩橄榄石斑晶中存在富硅熔体包裹体是熔体包裹体被捕获后冷却速率缓慢导致熔体内部发生分离结晶，进而残余熔体不断向富硅方向演化而形成的。因此，对熔体包裹体进行研究时首先观察熔体包裹体内部结构特征，必要时进行均一化加热实验。

关键词：海南岛新生代玄武岩橄榄石斑晶富硅熔体包裹体成因

一种考虑地形影响的GNSS-IR冻土冻融形变监测方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 77-89页

作者：刘善伟梁承佳万玮张洁马望中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东青岛266555 北京大学地球与空间科学学院北京100871

多年冻土区地表高程因活动层每年的融化和冻结而发生季节性下沉和隆起,对工程建筑的安全、生态环境的平衡以及全球气候变化等方面都具有重要的影响。利用全球导航卫星系统干涉反射(global navigation satellite systeminterferometricre... 详细信息

多年冻土区地表高程因活动层每年的融化和冻结而发生季节性下沉和隆起,对工程建筑的安全、生态环境的平衡以及全球气候变化等方面都具有重要的影响。利用全球导航卫星系统干涉反射(global navigation satellite systeminterferometricreflectometry,GNSS-IR)遥感对冻土冻融形变进行监测是一种新型技术手段。针对格洛纳斯(GLONASS)、伽利略(Galileo)系统等长重访周期卫星因每日轨迹不重复造成的地形影响,提出了一种考虑地形的冻土冻融形变监测方法,通过引入反射面倾斜角消除地形变化影响,反演得到更接近实际情况的季节性冻融形变。利用位于美国阿拉斯加北部的SG27站点2018年、2019年无雪日GNSS信噪比数据进行了实验,并与现有研究中的反演方法所得结果进行了对比分析,验证了该方法在冻土冻融形变监测中的有效性。实验结果表明,相比于不考虑地形影响的方法,GLONASS和Galileo所得地表高程变化具有更小的离散性以及更小的不确定性,与复合模型拟合的一致性和决定系数R2都有了一定提升,标准差总平均分别减小约28.9%和36.9%,R2总平均分别提高约0.23和0.24,且不可重复轨道每日数据利用率总平均增幅分别约为19.6%和22.8%。研究结果为监测冻土冻融形变提供了有价值的参考,同时拓展了多GNSS系统的GNSS-IR冻土冻融监测应用。

关键词： GNSS-IR 冻土冻融形变信噪比地形

条带状铁建造消失之谜:铁-硅互层机制研究进展与展望

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地学前缘 2024年第1期31卷 111-126页

作者：王瑞敏沈冰北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

条带状铁建造(banded iron formation, BIF)是指以铁-硅韵律层结构为特征的化学沉积岩。BIF不仅是重要的铁资源,也是记录早期地球演化、早期微生物活动和大气-海洋氧化还原状态的重要载体。BIF的出现和消失与重要环境事件的演变密切相关... 详细信息

条带状铁建造(banded iron formation, BIF)是指以铁-硅韵律层结构为特征的化学沉积岩。BIF不仅是重要的铁资源,也是记录早期地球演化、早期微生物活动和大气-海洋氧化还原状态的重要载体。BIF的出现和消失与重要环境事件的演变密切相关。BIF在>3.8 Ga首次出现,并在第一次大氧化事件前大量形成,在1.8~0.8 Ga沉积中断,而在成冰纪雪球地球冰期中复现,最终消失在显生宙的氧化海洋中。传统模型认为BIF的出现与消失主要受控于海洋中Fe(Ⅱ)离子的含量。在1.8~0.8 Ga期间,构造-岩浆-热液活动减弱,海洋氧化还原剧变(氧化/硫化)导致海水中的Fe(Ⅱ)被大量耗尽,BIF消失。然而,地球化学证据表明中元古代深海区域仍处于铁化状态,即Fe(Ⅱ)可以稳定存在的氧化还原状态;沉积学证据也表明中元古代仍有大量的铁岩沉积。这些富铁沉积的大量出现,表明中元古代的海洋仍具有沉积铁岩/富铁层的条件,只是不再出现BIF这种“铁-硅互层”的韵律沉积。因此,BIF在1.8~0.8 Ga的沉积中断并不是由Fe(Ⅱ)耗尽造成的,而很可能与海水中铁-硅循环变化导致“铁-硅互层”沉积模式的改变有关。本文对BIF的地质学特征进行了概述,深入探讨了BIF中富铁-富硅层的沉积模式,并从Fe(Ⅱ)的来源差异和Fe(Ⅱ)的氧化差异及Fe(Ⅲ)的保存差异3方面全面综述了BIF “铁-硅互层”机制的研究进展。在此基础上,尝试找出解决中元古代BIF消失之谜的可能方向。最后,对BIF的成因机制所承载的前寒武纪铁-硅生物地球化学循环、早期地球演化过程和早期生命信息等方面提出展望。

关键词：条带状铁建造铁循环硅循环韵律层沉积前寒武纪