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因果视角下的地理空间网络表征方法综述：进展、挑战与展望

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武汉大学学报(信息科学版) 2025年

作者：李海峰贺丝露陈海鹏刘瑜顾鑫中南大学地球科学与信息物理学院中国运载火箭技术研究院北京大学地球与空间科学学院

地理空间网络（geospatial network）是指网络中的节点或边的属性与地理位置相关的网络，能够同时表达地理研究中的地理实体及实体间的关系，是GIS研究中重要的一种数据类型。随着深度表征学习的发展，利用深度模型自动提取地理空间网... 详细信息

地理空间网络（geospatial network）是指网络中的节点或边的属性与地理位置相关的网络，能够同时表达地理研究中的地理实体及实体间的关系，是GIS研究中重要的一种数据类型。随着深度表征学习的发展，利用深度模型自动提取地理空间网络表征逐渐成为当前主流的范式。现有表征学习范式通过拟合观测数据中的相关性作为可学习的信号，但无法处理地理空间网络的某些特性带来的挑战。因果表征学习旨在为现有表征学习范式进一步引入因果知识作为学习约束，具有解决这类挑战的潜力。论述了为地理空间网络表征引入因果性视角的必要性，并对地理空间网络因果表征学习现有进展进行了总结。为了更好地提炼地理空间网络因果表征学习的重要概念及基本问题，以因果学习中的常用框架——结构因果模型（Structural Causal Model， SCM）为主线，将地理空间网络因果学习形式化为三个子任务。同时，构建了地理空间网络表征学习的统一框架，基于该框架总结了引入因果学习策略的意义。将地理空间网络中的因果关系分为空间因果和时间因果两类，并对现有研究分别进行了总结和梳理。在此基础上，对现有研究存在的挑战进行了总结，同时探讨了未来研究的方向。除此之外，还对通用的地理空间网络表征学习框架进行了抽象，为地理空间网络研究引入其他假设提供了可参考的骨架。

关键词：地理空间网络表征学习因果学习地理空间因果综述

基于电子探针分析的辉石分解出溶及初始组分再整合研究

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岩矿测试 2025年

作者：李小犁张立飞北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化重点实验室

辉石是一种重要的造岩矿物，在温度和压力发生变化的条件下常常发生分解，形成出溶结构。在榴辉岩中，绿辉石在退变质过程中经常会发生不同类型的晶片出溶，包括石英和/或角闪石、斜方辉石以及斜长石晶片的析出，而后者还常常会进一步... 详细信息

辉石是一种重要的造岩矿物，在温度和压力发生变化的条件下常常发生分解，形成出溶结构。在榴辉岩中，绿辉石在退变质过程中经常会发生不同类型的晶片出溶，包括石英和/或角闪石、斜方辉石以及斜长石晶片的析出，而后者还常常会进一步演化形成单斜辉石-斜长石的后成合晶聚合体。为了研究辉石分解的化学反应，厘定分解前的初始辉石组分，进而探讨母体岩石的温度和压力条件变化及变质演化过程，亟需对其进行组分恢复实验。目前，主要有两种技术方法用于辉石分解出溶前的初始组分再整合分析，包括(1)间接计算法和(2)直接测量法，两者均以电子探针(EPMA)定量分析技术为基础。其中，方法 (1)主要依赖于主晶和客晶的化学成分以及相应的组分占比，而方法 (2)则主要取决于EPMA分析条件，包括须采用网格分析选项，调节束斑光栅为正方形模式，以及选用堆积计算优化的设置，同时，还需要注意标准样品类型和基体效应对实验结果的影响。本文以基性榴辉岩和退变榴辉岩为研究对象，对其中绿辉石出溶斜方辉石结构(ⅱ类型)和单斜辉石-斜长石后成合晶聚合体(ⅲ类型)分别进行了两种再整合方法的实验分析。结果显示，两种类型的辉石出溶分解情况在很大程度上是一个近似等化学的过程，符合再整合方法的应用前提。在ⅱ类型实验中，方法 (1)下获得的初始辉石与样品中的未分解绿辉石在成分上具有更好的一致性，因此该方法更适用于该类型的初始组分再整合；在ⅲ类型实验中，方法 (2)下获得的初始辉石在成分上具有更好的耦合性，更适用于该类型的初始组分再整合，不过这与前述实验结果相反，具体原因尚有待进一步探讨。上述两种再整合方法尽管具有一定的局限性，但因其便利性被广泛应用于变质岩石学研究。实际工作中，应该同时采用这两种方法进行对比分析，再根据具体情况择优进行选择。

关键词：电子探针斜方辉石出溶后成合晶辉石重组变质作用

自然电位法实时监测金属阳极氧化腐蚀实验研究

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地球物理学报 2025年第1期68卷 244-259页

作者：谢静崔益安黄清华北京大学地球与空间科学学院地球物理系北京100871 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

金属腐蚀是一种涉及氧化还原反应的自然过程,探测金属腐蚀情况有助于识别金属制品的潜在缺陷或间接圈定地下金属目标体.自然电位法是一种无损物探技术,基于自然电位信号与电化学梯度之间的直接联系,通过定性或定量解释自然电位数据可表... 详细信息

金属腐蚀是一种涉及氧化还原反应的自然过程,探测金属腐蚀情况有助于识别金属制品的潜在缺陷或间接圈定地下金属目标体.自然电位法是一种无损物探技术,基于自然电位信号与电化学梯度之间的直接联系,通过定性或定量解释自然电位数据可表征金属腐蚀相关特征.本研究基于多通道自然电位观测系统搭建室内沙箱实验平台,通过将铁-铜球体模型放置于自来水中以复现球形金属体的自然极化过程,并实时监测金属阳极氧化腐蚀产生的自然电位信号.实验结果表明自然电位的负、正偶极性分布特征与地电池模型的阴、阳极相对应,揭示了电化学半电池反应理论,并提供了地电池模型的可视化实验室证据.采用贝叶斯框架下的自适应马尔科夫链蒙特卡洛算法开展参数化反演以定量解释实验测量数据,获得了球体模型的几何参数和极化强度,突显出自然电位法在检测金属腐蚀的存在性和严重程度以及确定埋藏金属体的空间分布等应用中极具潜力.本研究为非侵入性探测地下金属管道、未爆弹、岩土工程中的金属结构、陆地金属矿产以及海底热液多金属硫化物矿床等埋藏金属性目标体提供了有价值的见解.

关键词：自然电位金属阳极氧化腐蚀室内监测实验参数化反演

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古气候数据同化:原理和展望

中国科学:地球科学 2025年

作者：张昊勋李明松胡永云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页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室北京大学物理学院大气与海洋科学系气候与海-气实验室北京大学海洋研究院

重建地质历史时期的气候状态是地球系统演化研究的热点问题之一.通过地球系统模型和古气候替代指标两种方法重建古气候环境已取得了许多重要进展,但目前的古气候重建工作仍面临诸多问题:地球系统模型的模拟结果依赖于模型参数设置;而古... 详细信息

重建地质历史时期的气候状态是地球系统演化研究的热点问题之一.通过地球系统模型和古气候替代指标两种方法重建古气候环境已取得了许多重要进展,但目前的古气候重建工作仍面临诸多问题:地球系统模型的模拟结果依赖于模型参数设置;而古气候替代指标在不同时期、不同区域的数据量存在显著差异,并且数据较稀疏,这限制了重建结果的精确性和全球关联性.针对这些方法的优势和缺点,古气候数据同化方法能有效把地球系统模型和古气候替代指标统一起来,提升重建结果的准确性和全球关联性.本文以集合卡尔曼滤波等方法为例,介绍古气候数据同化的原理,总结古气候数据同化在重建古气候状态方面的最新进展.古气候数据同化方法为古气候环境重建提供了新思路和先进技术手段,未来有望应用于整个新生代、中生代乃至古生代古气候环境的研究,从而加深我们对冰期-间冰期旋回和极热事件、大洋缺氧事件等极端事件的气候背景的认识,为预测未来气候变化提供参考.

关键词：古气候状态重建古气候数据同化地球系统模型古气候替代指标卡尔曼滤波

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古气候数据同化: 原理和展望

中国科学: 地球科学 2025年第2期55卷 416-434页

作者：张昊勋李明松胡永云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 页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室北京 100083 北京大学物理学院大气与海洋科学系气候与海-气实验室北京 100871 北京大学海洋研究院北京 100871

重建地质历史时期的气候状态是地球系统演化研究的热点问题之一. 通过地球系统模型和古气候替代指标两种方法重建古气候环境已取得了许多重要进展, 但目前的古气候重建工作仍面临诸多问题: 地球系统模型的模拟结果依赖于模型参数设置; ... 详细信息

重建地质历史时期的气候状态是地球系统演化研究的热点问题之一. 通过地球系统模型和古气候替代指标两种方法重建古气候环境已取得了许多重要进展, 但目前的古气候重建工作仍面临诸多问题: 地球系统模型的模拟结果依赖于模型参数设置; 而古气候替代指标在不同时期、不同区域的数据量存在显著差异, 并且数据较稀疏, 这限制了重建结果的精确性和全球关联性. 针对这些方法的优势和缺点, 古气候数据同化方法能有效把地球系统模型和古气候替代指标统一起来, 提升重建结果的准确性和全球关联性. 本文以集合卡尔曼滤波等方法为例, 介绍古气候数据同化的原理, 总结古气候数据同化在重建古气候状态方面的最新进展. 古气候数据同化方法为古气候环境重建提供了新思路和先进技术手段, 未来有望应用于整个新生代、中生代乃至古生代古气候环境的研究, 从而加深我们对冰期-间冰期旋回和极热事件、大洋缺氧事件等极端事件的气候背景的认识, 为预测未来气候变化提供参考.

关键词：古气候状态重建古气候数据同化地球系统模型古气候替代指标卡尔曼滤波

矿物增强生物光合作用理论与应用研究取得新突破

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地学前缘 2025年第01期32卷 466-469页

作者：鲁安怀杜逸飞方谦丁竑瑞李艳北京大学地球与空间科学学院矿物环境功能北京市重点实验室中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室

光合作用是决定农作物产量的首要关键因素,当前农作物的光合作用效率对日光能的利用率仅为2%左右,影响粮食蔬菜等作物产量。《地学前缘》面向世界科技前沿,面向经济主战场,跟踪我们系列科研成果近三十年。近年来,围绕矿物增强生物光合... 详细信息

光合作用是决定农作物产量的首要关键因素,当前农作物的光合作用效率对日光能的利用率仅为2%左右,影响粮食蔬菜等作物产量。《地学前缘》面向世界科技前沿,面向经济主战场,跟踪我们系列科研成果近三十年。近年来,围绕矿物增强生物光合作用这一原创性国际前沿科研成果,及其在解决农业增产提质这一国际难题的突破性应用成果开展了连续报道。我们最近研究进一步证实植物叶绿体中锰簇物质(Mn4Ca O5)与地表矿物膜中水钠锰矿具有起源关系和成因联系,在光催化裂解水功能上具有异曲同工之处。矿物红外发射光谱特性能够影响水功能,促进光反应裂解水的作用。植物经典光合作用仅限于叶绿体中锰簇物质对可见光部分波段的吸收转化作用,叶绿体外的矿物非经典光合作用可拓展功能水对太阳光波谱利用范围,即通过改变灌溉水功能实现对太阳能利用效率的提升,开拓了提高植物光合作用效率的崭新途径。据此提出“矿物水光合作用”国际原创技术,田间试验农作物普遍增产达20%～50%,显著提升多种农作物产量和品质。这是自然界矿物通过影响水功能以促进生物光合作用的创新案例。

关键词：矿物非经典光合作用矿物膜中锰簇叶绿体中锰簇灌溉功能水光合作用效率

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中国叶蜡石矿床分布、成因特征及找矿前景

中国地质 2025年

作者：蒋徽辉王春连刘学龙钟军伟沈立建余小灿游超刘延亭李晓丹昆明理工大学国土资源工程学院中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室中国地质科学院地质研究所北京大学地球与空间科学学院东华理工大学地球科学学院成都理工大学沉积地质研究院

【研究目的】叶蜡石矿是中国盛产的非金属矿产之一，因其质地细腻、吸水性差、耐火性好、导电和导热性差及化学性能稳定等特点，被广泛应用于玻璃纤维、耐火材料，传压介质等高新技术领域和陶瓷、造纸等传统应用领域。我国叶蜡石资源丰... 详细信息

【研究目的】叶蜡石矿是中国盛产的非金属矿产之一，因其质地细腻、吸水性差、耐火性好、导电和导热性差及化学性能稳定等特点，被广泛应用于玻璃纤维、耐火材料，传压介质等高新技术领域和陶瓷、造纸等传统应用领域。我国叶蜡石资源丰富，其作为我国工业生产的重要原料之一，为我国工业生产提供了重要保障，因此对我国叶蜡石矿的矿床分布、成因特征及找矿前景的研究对我国叶蜡石相关产业的发展具有重要意义。【研究方法】本文通过收集国内外公开的数据资料以及报道，归纳整理了我国叶蜡石的资源分布及开发利用情况，并总结了我国叶蜡石矿床的成因类型，进一步分析了叶蜡石的找矿前景。【研究结果】我国叶蜡石矿床主要分布在中国东南沿海一带，其中浙江、福建叶蜡石资源储量最多，占全国总储量的80%左右。我国叶蜡石矿床类型主要有两种：火山热液型和变质型。可进一步细分为热液交代型、热液充填型、区域变质型、埋藏变质型及动力变质型。其中约90%的叶蜡石矿床为火山热液型，且热液型矿床亦是我国开采利用的主要对象。由于我国叶蜡石矿以火山热液型为主，且该类型矿床主要分布在突泉-翁牛特Pb-Zn-Ag-Fe-Sn-REE成矿带和浙闽粤沿海Pb-Zn-Cu-Au-Ag- W-Sn-Nb-TA-叶蜡石-明矾石-萤石成矿带中，因此本文认为在该两个成矿带中具有较大的找矿潜力。【结论】中国叶蜡石资源储量大，分布相对集中，应用十分广泛。因此，且叶蜡石资源对我国工业生产具有重要意义，我们要合理利用叶蜡石资源，并适当加大其勘察勘查找矿力度，为我国工业经济发展提供重要支撑。

关键词：叶蜡石矿床分布成因特征开发应用找矿前景地质调查工程

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地球磁层中能量的注入、传输和耗散

中国科学: 地球科学 2025年第2期55卷 367-396页

作者：符慧山曹晋滨北京航空航天大学空间与地球科学学院北京 100191 空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京 100191

地球磁层是众多人造卫星的运行区域, 同时也是人类航天器进入外太空开展深空探测的必经之路, 因此地球磁层和人类的生活密切相关, 是人类向外拓展生存空间的重要区域. 通常情况下, 地球磁层是平静的, 阻挡了来自太阳和星际空间的大部分... 详细信息

地球磁层是众多人造卫星的运行区域, 同时也是人类航天器进入外太空开展深空探测的必经之路, 因此地球磁层和人类的生活密切相关, 是人类向外拓展生存空间的重要区域. 通常情况下, 地球磁层是平静的, 阻挡了来自太阳和星际空间的大部分能量, 从而把地球上的人类和其他物种很好地保护起来, 使地球成为一个宜居的星球. 然而, 在极端条件下, 地球磁层变得非常活跃且充满能量, 这些能量会损坏人造卫星、威胁航天员、破坏地面民用设施, 从而给人类的航天活动和国民经济带来损失. 因此, 研究这些能量如何注入地球磁层、如何在地球磁层中传输以及最终如何在磁层中进行耗散是空间物理领域的核心问题, 具有重要的科学意义和潜在的应用价值. 本文围绕这三个问题展开讨论, 回顾近年来国内外的相关研究进展, 阐述其中存在的关键科学问题, 介绍其中涉及的模型、方法以及与此相关的卫星探测计划, 目的是把地球磁层中的能量注入、能量传输、能量耗散有机地串联起来, 呈现一个完整的磁层能量链条, 揭开磁层能量链条与空间天气事件之间的关系, 并讨论磁层能量事件的预报和预警方法. 本文介绍的磁层能量链将有助于揭示空间天气机理、建立空间环境模型、预报空间天气事件.

关键词：地球磁层, 能量注入, 能量传输, 能量耗散

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地球磁层中能量的注入、传输和耗散

中国科学:地球科学 2025年

作者：符慧山曹晋滨北京航空航天大学空间与地球科学学院空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室

地球磁层是众多人造卫星的运行区域,同时也是人类航天器进入外太空开展深空探测的必经之路,因此地球磁层和人类的生活密切相关,是人类向外拓展生存空间的重要区域.通常情况下,地球磁层是平静的,阻挡了来自太阳和星际空间的大部分能量,... 详细信息

地球磁层是众多人造卫星的运行区域,同时也是人类航天器进入外太空开展深空探测的必经之路,因此地球磁层和人类的生活密切相关,是人类向外拓展生存空间的重要区域.通常情况下,地球磁层是平静的,阻挡了来自太阳和星际空间的大部分能量,从而把地球上的人类和其他物种很好地保护起来,使地球成为一个宜居的星球.然而,在极端条件下,地球磁层变得非常活跃且充满能量,这些能量会损坏人造卫星、威胁航天员、破坏地面民用设施,从而给人类的航天活动和国民经济带来损失.因此,研究这些能量如何注入地球磁层、如何在地球磁层中传输以及最终如何在磁层中进行耗散是空间物理领域的核心问题,具有重要的科学意义和潜在的应用价值.本文围绕这三个问题展开讨论,回顾近年来国内外的相关研究进展,阐述其中存在的关键科学问题,介绍其中涉及的模型、方法以及与此相关的卫星探测计划,目的是把地球磁层中的能量注入、能量传输、能量耗散有机地串联起来,呈现一个完整的磁层能量链条,揭开磁层能量链条与空间天气事件之间的关系,并讨论磁层能量事件的预报和预警方法.本文介绍的磁层能量链将有助于揭示空间天气机理、建立空间环境模型、预报空间天气事件.

关键词：地球磁层能量注入能量传输能量耗散