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土壤As含量光谱指数反演方法评估

光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1472-1481页

作者：宁京邹滨涂宇龙张霞王玉龙田容才中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 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 中国科学院遥感与数字地球研究所北京100101

为探究基于光谱指数反演土壤砷(As)含量的有效性和适用性,选取河北省保定市某农田为研究区,利用PSR-3500便携式地物光谱仪和电感耦合等离子发射光谱法测定42个土壤样品实验室及野外原位光谱信号和As含量;基于实验室光谱、野外原位光谱... 详细信息

为探究基于光谱指数反演土壤砷(As)含量的有效性和适用性,选取河北省保定市某农田为研究区,利用PSR-3500便携式地物光谱仪和电感耦合等离子发射光谱法测定42个土壤样品实验室及野外原位光谱信号和As含量;基于实验室光谱、野外原位光谱及野外原位-直接标准化校正(DS)光谱,计算叶绿素指数(CI)、差值指数(DI)、和值指数(SI)、比值指数(RI)和简化归一化指数(NDI和NPDI),采用相关性分析提取强相关光谱指数参与土壤As含量随机森林回归建模。在此基础上,通过与相同光谱环境全波段建模方法的精度对比评估光谱指数的有效性;对比不同光谱环境中各类光谱指数建模精度的稳定性以评估其适用性;结合典型土壤组分的吸收特征波段尝试解析光谱指数提升土壤As含量反演性能的内在机制。结果表明:(1)相较于全波段建模,光谱指数法在“实验室光谱、野外原位光谱、野外原位-DS光谱”三种光谱环境中均能有效提升土壤As含量反演建模精度,R_(p)^(2)和RPD分别从0.243和1.2提升至0.730和2.009、0.264和1.213提升至0.669和1.809、0.334和1.279提升至0.678和1.841;(2)三种光谱环境中,DI、RI、NDI在野外原位光谱、SI和NPDI在野外原位-DS光谱环境中的适用性较差,CI综合适用性最强,R_(p)^(2)>0.66,RPD>1.8;(3)指数特征波段表现出与铁氧化物、粘土矿物和有机物吸收特征的相关性,但部分指数特征波段缺乏可解释性,无法揭示指数计算通过组合波段放大有效信息和消除噪声的统一规律。该研究可为后续发展基于光谱指数的土壤重金属遥感反演应用甚至卫星有效载荷研制中的波段设计提供科学依据。

关键词：土壤重金属光谱指数高光谱随机森林遥感反演

基于分布式光纤声传感火车噪声属性的车型识别及运行规律

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地球物理学报 2024年第7期67卷 2850-2862页

作者：郑兴鹏邢磊张汉羽徐团伟刘怀山吴时国中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 海南省生态环境地质调查院海口570206 青岛市海洋地球物理勘探技术重点实验室山东青岛266100 中国科学院深海科学与工程研究所海南省海底资源与探测技术重点实验室海南三亚572000 中国科学院半导体研究所传感技术国家重点实验室北京100083

火车运行时产生强烈的移动噪声传播至地下空间,形成一种绿色环保、强能量的人工地震波.由于载荷系统形态基本固定,火车运行时间规律,震源重复性高,这种火车震源被广泛应用于轨道安全监测、近地表成像和城市地下空间探测等领域.分布式光... 详细信息

火车运行时产生强烈的移动噪声传播至地下空间,形成一种绿色环保、强能量的人工地震波.由于载荷系统形态基本固定,火车运行时间规律,震源重复性高,这种火车震源被广泛应用于轨道安全监测、近地表成像和城市地下空间探测等领域.分布式光纤声传感是一种新兴的地震采集技术,拥有密集采样、布设简单、抗电磁干扰能力强等优点,近年来在城市交通事件微震监测、裂隙探测和地下空间成像领域逐步应用.本研究基于分布式光纤声传感技术获得的秦皇岛试验场火车移动噪声数据,拾取了30个火车交通事件,开展火车噪声视速度、波形和频谱、能量时空变化的属性分析.结果表明:试验区光纤传感的火车噪声具有明显的属性差异,低速度重载荷的火车比高铁引起的地震振幅更大、能量更强,低速火车产生的噪声包含了丰富的低频信息;根据已知的视速度、振幅属性、时频属性,划分了4种类型的火车,并揭示了它们的进出站规律.本研究拓展了分布式光纤传感的应用场景,证明分布式光纤声传感有望应用于不同车型的通勤监测.

关键词：分布式光纤声传感火车震源交通事件噪声属性

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

湘西沃溪金锑钨矿床燕山期幕式成矿作用:来自原位白钨矿U-Pb定年与黄铁矿元素-同位素的约束

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岩石学报 2024年第1期40卷 215-240页

作者：李彬许德如柏道远陈旭邹少浩代俊峰马文曾广乾东华理工大学核资源与环境国家重点实验室南昌330013 湖南省地质调查所长沙410114 湖南省地球物理地球化学调查所长沙410014 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长沙410083 中国地质科学院地质研究所北京100037 合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009

沃溪矿床位于江南造山带中段,是一座同时具有金、锑、钨大规模成矿的大型金矿,近年的研究揭示其主要形成于燕山期,但该矿的成矿物质源区及矿床成因尚存争议。基于此,本文利用SEM、EPMA、LA-MC-IF-ICP-MS等原位分析技术,对该矿床多世代... 详细信息

沃溪矿床位于江南造山带中段,是一座同时具有金、锑、钨大规模成矿的大型金矿,近年的研究揭示其主要形成于燕山期,但该矿的成矿物质源区及矿床成因尚存争议。基于此,本文利用SEM、EPMA、LA-MC-IF-ICP-MS等原位分析技术,对该矿床多世代黄铁矿的结构、成分及同位素组成和成矿期白钨矿的U-Pb年代学进行了研究。在沃溪矿床中,识别出3个世代5种类型黄铁矿(Py),即成矿前Py1,成矿第二阶段Py2和第三阶段的Py3a、Py3b和Py3c。黄铁矿微区成分及围岩蚀变特征指示,成矿期Au、As和Cu耦合,Au主要以固溶体(Au+)的形式存在于Py3b的晶格中;As-取代S-进入黄铁矿是促进晶格金富集的主要因素;而强烈的水-岩反应是导致成矿期热液黄铁矿Co/Ni<1的原因。黄铁矿的原位微量元素和S-Pb同位素组成(δ34 S V-CDT值:Py2为-4.33‰~-1.61‰,Py3a为-6.36‰~3.59‰,Py3b为-4.36‰~3.59‰,Py3c为-2.21‰~-0.65‰;206 Pb/204 Pb、207 Pb/204 Pb、208 Pb/204 Pb值:Py2分别为18.029、15.618和38.653,Py3a分别为18.047~18.341、15.594~15.698、38.781~39.394)及其在环带结构中的变化,指示第二及第三成矿阶段流体性质存在显著差异。成矿第三阶段白钨矿的LA-ICP-MS U-Pb定年结果为132.7±7.9Ma(1σ,n=31,MSWD=0.43)。结合前人研究成果,我们认为沃溪金锑钨矿床主要形成于燕山期148~140Ma的黑钨矿(少量白钨矿、黄铁矿和金)和~130Ma的金-锑-白钨矿两阶段幕式成矿作用。早阶段成矿为下伏基底岩石重熔岩浆演化出的相对高温的还原性流体;晚阶段金-锑-白钨矿成矿以脉冲性幔源流体为主,金主要具地幔来源,而锑和钨可能来源于壳源与幔源流体混合演化出的富矿热液,成矿的脉动性可能与深部断层阀机制有关。金的主要沉淀机制为水岩反应和硫化作用,流体混合是辉锑矿与白钨矿的沉淀机制。富集交代的岩石圈地幔活化和古太平洋板块俯冲后撤、拆沉导致的岩石圈大规模伸展是江南造山带中段(湖南)燕山晚期金多金属大规模成矿的关键因素及构造背景,区域上具有进一步寻找陆内弧后伸展背景金多金属矿床的潜力。

关键词：江南造山带沃溪Au-Sb-W矿白钨矿U-Pb定年黄铁矿 S-Pb同位素

磁矢量势的全球电磁感应时间域三维有限元正演计算方法

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地球物理学报 2024年第5期67卷 2015-2028页

作者：杨聪任政勇陈程姚鸿波唐旭汤井田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长沙410083 自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100094 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司长沙410014

全球电磁感应测深方法能获得地球深部电导率结构分布,目前被广泛应用于地球内部结构与热状态研究.地磁台站与地磁卫星观测的电磁感应数据为时间序列信号,在时间域分析全球电磁感应数据,特别是分析频谱极宽的磁暴脉冲响应,具有天然的优势... 详细信息

全球电磁感应测深方法能获得地球深部电导率结构分布,目前被广泛应用于地球内部结构与热状态研究.地磁台站与地磁卫星观测的电磁感应数据为时间序列信号,在时间域分析全球电磁感应数据,特别是分析频谱极宽的磁暴脉冲响应,具有天然的优势.然而,当前的全球电磁感应数据解释技术一般在频率域进行,缺少时间域中的研究成果.为了弥补缺少时间域全球电磁感应数据解释方法的问题,本文开发了一种基于磁场矢量势的全球电磁感应时间域三维有限元并行正演求解方法,具备高精度快速计算源于地球外部时变电流源的地球感应电磁场时间序列的能力,特别适合于计算与分析频谱极宽的磁暴脉冲电磁感应时变响应.首先,建立基于磁场矢量势的全球电磁感应时间域微分控制方程,结合磁层外部电流源的物理属性建立边界条件和初始条件,从而构建出全球电磁感应时间域初始边界值问题.然后,利用四面体矢量有限元技术和无条件稳定的隐式后退欧拉公式,分别实现磁场矢量势的空间域和时间域离散,进而获得不同时刻的实系数大型有限元线性方程组,借助于高性能并行直接求解器,快速高精度地求解不同时刻的磁场矢量势与感应磁场.最后,利用理论模型验证本文算法的正确性.利用Dst磁暴环电流指数建立的时间域电流源与真实地球三维电性模型,研究"澳科一号"后续卫星200 km轨道对中国和澳大利亚下方地幔转换带高导体的探测能力,结果表明这些地幔转换带异常体在200 km卫星轨道高度能产生明显异常.综上所述,本文开发的时间域全球电磁感应方法不仅具备精确快速计算全球感应电磁场时间序列响应的能力,还能为反演与解释"澳科一号"等我国地磁卫星观测数据提供技术支持.

关键词：时间域全球电磁感应矢量有限元法三维正演地幔电性结构

2022年门源M_(S)6.9地震的同震滑动分布:联合InSAR、GPS和地表位错的贝叶斯建模

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1781-1796页

作者：路珍王丽凤黄伟亮刘传金中国地震局第二监测中心西安710054 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 长安大学地质工程与测绘学院西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安710054

2022年1月8日青海省门源M_(S)6.9地震发生于托莱山断裂东段和冷龙岭断裂西段的交汇部位,其运动学特征关系到青藏高原北缘的动力学行为,同时也是区域地震危险性评估中的基础数据.本研究针对该地震,综合InSAR和GPS观测的同震位移场,以及... 详细信息

2022年1月8日青海省门源M_(S)6.9地震发生于托莱山断裂东段和冷龙岭断裂西段的交汇部位,其运动学特征关系到青藏高原北缘的动力学行为,同时也是区域地震危险性评估中的基础数据.本研究针对该地震,综合InSAR和GPS观测的同震位移场,以及野外地质调查的同震位错数据,采用贝叶斯反演方法,构建同震滑动分布,断层模型采用三角网格更好地刻画断层的不规则几何形态.结果显示,本次左旋走滑型地震的主要滑动发生在冷龙岭断裂西段,深度范围约2~6 km,计算的地震矩为0.95×10^(19)N·m,对应矩震级M_(W)6.65.利用多数据的联合反演解析出,沿走向存在两个滑动集中区,东侧的最大滑动达约4.8 m.震间亏损能量和库仑应力分析表明,托莱山断裂和冷龙岭断裂仍存在未来发震潜能;该地震造成的应力变化,对长期地震空区金强河—毛毛山段落有加载作用,因此,该段未来地震危险性值得关注.

关键词： 2022年门源地震同震滑动分布多数据联合反演贝叶斯方法冷龙岭断裂

2021年7月20—22日豫北地区暴雨过程中尺度低涡和垂直运动发展的位涡动力学诊断

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气象学报 2024年第3期82卷 306-318页

作者：刘柯毛江玉汪小康生宸张冠舜任靖中国气象局武汉暴雨研究所中国气象局流域强降水重点开放实验室/暴雨监测预警湖北省重点实验室武汉430205 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国气象局广州热带海洋气象研究所广州510641

2021年7月17—23日,河南省发生了一次大范围的强降水过程(简称河南“21.7”特大暴雨)。20—22日暴雨中心移至豫北地区,在太行山东侧新乡、鹤壁等地引发了洪涝灾害。基于自动雨量站观测和ERA5再分析数据,利用位涡倾向方程和垂直运动分解... 详细信息

2021年7月17—23日,河南省发生了一次大范围的强降水过程(简称河南“21.7”特大暴雨)。20—22日暴雨中心移至豫北地区,在太行山东侧新乡、鹤壁等地引发了洪涝灾害。基于自动雨量站观测和ERA5再分析数据,利用位涡倾向方程和垂直运动分解方法,对河南“21.7”特大暴雨事件中豫北地区暴雨过程中中尺度低涡及垂直运动发展的热动力学机制进行了诊断分析。结果表明:豫北地区强降水凝结潜热引起的大气非绝热加热,因其垂直分布在低空随高度上升而制造位涡,使得低层大气位涡增强,表明中尺度低涡发展;另外,加深的中尺度低涡又使得等熵面进一步下凹、倾斜坡度增大,从而增强大尺度东南暖湿气流向豫北地区的辐合与抬升,特别是沿等熵面上滑的上升运动分量和与凝结潜热有关的上升运动分量,导致降水进一步加强。由此,中尺度低涡、垂直运动和强降水发展之间形成一定的正反馈,在豫北造成持续性暴雨过程。

关键词：河南暴雨位涡垂直运动非绝热加热中尺度低涡

北京永定河冲洪积扇地下水氟化物分布特征及成因分析

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环境化学 2024年

作者：陈吉吉荆红卫刘保献杨庆席玥徐蘇士鲁安怀陈圆圆马召辉陶蕾北京市生态环境监测中心国家环境保护河流全物质通量重点实验室北京市地质环境监测所北京大学地球与空间科学学院

地下水是北京市供水的重要组成部分，地下水中氟化物超标会限制水资源的开发利用.为研究北京市域内永定河冲洪积扇第四系地下水氟化物的分布特征及成因，采集测试了338个地下水样品和7个钻孔的127个沉积物样品，分析了该区域氟化物偏高... 详细信息

地下水是北京市供水的重要组成部分，地下水中氟化物超标会限制水资源的开发利用.为研究北京市域内永定河冲洪积扇第四系地下水氟化物的分布特征及成因，采集测试了338个地下水样品和7个钻孔的127个沉积物样品，分析了该区域氟化物偏高地下水的空间分布、地球化学特征及其来源.结果表明：研究区域地下水氟化物浓度范围为0.06—3.91 mg·L-1，均值为0.44 mg·L-1，地下水中氟的超标点位主要分布在地下水流动的下游、弱透水层(黏土层)相互交错的地区，自浅向深地下水中氟化物浓度没有明显的变化趋势.沉积物中氟化物含量范围为217—814 mg·kg-1，均值为424 mg·kg-1，沉积物中氟化物含量与地下水中氟化物浓度有一定的一致性.地下水中氟化物超标主要是由于原生地层中偏高的氟化物本底值、水文地质条件和地热地质、岩石矿物组分，以及弱碱性的地下水环境等自然地质环境所致，同时受到了萤石溶解、阳离子交换等水化学过程的影响，人类活动不是造成研究区域地下水中氟超标的主要原因.

关键词：氟化物地下水沉积物成因分析永定河冲洪积扇

四川盆地一次暴雨过程中的穿透性对流形成机理分析

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大气科学 2024年第2期48卷 755-772页

作者：赖子洋周玉淑葛旭阳邓国南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 安阳国家气候观象台安阳455003 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

2019年8月18~22日,高原东侧到四川盆地西部发生的一次暴雨过程,其与穿透性对流的发生发展密切相关。为揭示此次穿透性对流的形成机理和过程,本文利用欧洲中心再分析资料ERA5以及高分辨数值模式(WRF)的模拟结果进行了分析。结果表明,此... 详细信息

2019年8月18~22日,高原东侧到四川盆地西部发生的一次暴雨过程,其与穿透性对流的发生发展密切相关。为揭示此次穿透性对流的形成机理和过程,本文利用欧洲中心再分析资料ERA5以及高分辨数值模式(WRF)的模拟结果进行了分析。结果表明,此次穿透性对流过程发生在中国沿海地区大范围对流层顶折叠导致盆地以东的上空出现平流层位涡(PV)下传的特殊天气背景下。穿透性对流的形成主要分为三个阶段:(1)中低层对流的触发。由于大陆高压西伸,四川盆地附近气压梯度加强引起低空急流发展,在其左侧产生气旋性切变,同时引起与高原东南侧大地形正交的抬升气流分量增强。地形动力抬升叠加气流辐合抬升在不稳定层结下触发对流。(2)对流层高层上升运动发展。这主要与湍流扩散导致的平流层持续下传的PV气团在非绝热加热作用下的发展有关。盆地西侧对流发展引起的非绝热加热作用导致高层净增温垂直梯度增强,进而导致了高层局地正PV的加强。高层东风气流背景下,正PV异常的右侧为上升运动,使得300 hPa以上至下平流层上升运动的发展增强。(3)盆地附近的高中低层上升运动垂直耦合叠加,形成穿透性对流。中尺度对流系统层状模态的发展以及干燥环境下水汽的蒸发冷却导致300 hPa至600 hPa出现下沉运动。下沉运动造成的局地干冷侵入,既加强了上空“下湿上干”的不稳定层结,也加强了中低层的气流辐合,导致原中层300~600 hPa附近的下沉运动转为上升运动。低层由于正涡度倾斜发展,上升运动得以维持。由此,四川盆地上空的上升运动出现整层的垂直叠加耦合,表现为从对流层低层到平流层底的一致性上升运动,穿透性对流形成,导致后期降水增强。

关键词：四川盆地穿透性对流位涡思想非绝热加热暴雨

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