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橄榄石微量元素:分析、地球化学行为与地球科学应用

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岩石学报 2024年第10期40卷 3160-3190页

作者：毛亚晶吴石头贾丽辉秦克章翟明国中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室北京100029 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室北京100029

橄榄石化学成分记录了幔源岩浆性质、结晶演化、喷发速率等重要信息。近十年来,橄榄石微量元素分析技术飞速进步,积累了丰富的数据。本文系统综述了电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法在橄榄石微量元素分析领域的最新研究进展,... 详细信息

橄榄石化学成分记录了幔源岩浆性质、结晶演化、喷发速率等重要信息。近十年来,橄榄石微量元素分析技术飞速进步,积累了丰富的数据。本文系统综述了电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法在橄榄石微量元素分析领域的最新研究进展,总结了橄榄石中微量元素的分配系数与扩散系数等地球化学行为,分析了全球不同岩石单元的橄榄石微量元素特征,重点介绍了岩浆铜镍矿床中橄榄石微量元素的研究进展。实验岩石学表明,控制元素在橄榄石中分配系数的主要因素有温度、压力、岩浆成分等,且不同微量元素行为的主控因素各不相同。在确定的温压条件下,橄榄石中多数元素的配分可由晶格应变模型预测,而Ni、Co和轻稀土元素主要受晶体场效应和结晶动力学控制。橄榄石中元素的扩散速率由快到慢依次为:H和Li(快)→Fe-Mg-Ni(中等)→Ca(较慢)→P-O-Si(慢)。对比全球不同岩石单元中橄榄石微量元素得出:(1)火山岩系列的科马提岩-苦橄岩-玄武岩中橄榄石的Fo值和Ni、Cr、Al、Mn等元素呈演化趋势,但在二元相关性图中不同岩石类型间存在较大重叠区域,机器学习等多维分析手段可大大提升分类准确率;(2)地幔橄榄岩与侵入岩系列(地壳堆晶岩)中的橄榄石微量元素特征相近,难以使用单元素指标区分,例如常用的Ca亏损;(3)碳酸岩中橄榄石的Ni、Mn含量有别于其他岩石,可能与其来源和元素在橄榄石-碳酸岩熔体中特殊的分配行为有关;(4)石榴子石地幔橄榄岩与尖晶石地幔橄榄岩的橄榄石微量元素存在一定差异,橄榄石V/Sc比值和Fe-Mg-Mn-Ca-Ni含量是判别地幔橄榄岩类型和来源深度的重要变量。岩浆铜镍矿床橄榄石微量元素的研究进展有:(1)堆晶-后堆晶阶段再平衡作用驱使Ca-Cr-Al元素向其他矿物迁移,使橄榄石普遍亏损上述元素;(2)橄榄石Ni-Co变化可记录其与硫化物的元素交换反应,Ni-Co正相关可用于指示岩体深边部的找矿潜力;(3)与硫化物共生橄榄石的Ni富集(>5000×10^(-6))或亏损(研究与突破方向有:堆晶-后堆晶阶段元素行为、多元素-多矿物扩散联合限定岩浆时空演化、机器学习判别橄榄石成因类型与镁铁-超镁铁岩体含矿性、挥发份与新兴非传统金属稳定同位素等。

关键词：橄榄石微量元素地球化学行为元素扩散地幔岩浆铜镍矿床

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岩浆通道成矿核心内涵“两深一浅一通道”及其找矿意义

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地质学报 2024年第7期98卷 1941-1952页

作者：宋谢炎中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵州贵阳550081

岩浆通道成矿模型的建立深刻改变了岩浆铜镍硫化物矿床成因研究的范式,成为该领域的研究前沿,而且已经成功地应用于找矿勘查中。该模型揭示了硫化物熔离与聚集成矿在空间上的不一致性以及成矿与相关玄武岩铂族元素强烈亏损的成因联系,... 详细信息

岩浆通道成矿模型的建立深刻改变了岩浆铜镍硫化物矿床成因研究的范式,成为该领域的研究前沿,而且已经成功地应用于找矿勘查中。该模型揭示了硫化物熔离与聚集成矿在空间上的不一致性以及成矿与相关玄武岩铂族元素强烈亏损的成因联系,很好地解释了为什么很多含矿岩体围岩贫硫化物的现象。笔者将该模型的核心内涵概括为“两深一浅一通道”,“两深”指成矿物质来源于地幔、硫化物熔离发生在深部,“一浅”指硫化物的聚集成矿主要发生在较浅的岩浆房,“一通道”指较稳定的岩浆通道更有利于成大矿。结合对典型矿床和成矿带的分析,笔者提出侵位较浅的、规模相对较大的岩体,其成矿潜力好于深部的岩浆通道相。因此,认为地表矿化并不是唯一可靠的、甚至不能作为最重要的找矿标志,要提高找矿效率(特别是隐伏矿床),首先要全面分析成矿带岩浆通道系统在不同区域的埋藏、剥蚀和暴露状况,目标岩体地质产状及其与围岩时代差异等宏观地质要素,查明深部通道相与浅部岩体空间分布和形成深度的差异,在此基础上,判断浅部岩体的位置、合理部署重点勘查区域、选择有效的勘查技术、定位目标岩体,进行钻探验证。

关键词：岩浆铜镍硫化物矿床岩浆通道成矿模型含矿岩体产状侵位深度围岩时代

结合通道交互空间组注意力与金字塔池化的高分影像语义分割网络

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浙江大学学报（理学版） 2024年第2期51卷 131-142,152页

作者：汪超宇杜震洪汪愿愿浙江大学地球科学学院地理信息科学研究所浙江杭州310058 浙江大学浙江省资源与环境信息系统重点实验室浙江杭州310028 浙江大学海洋研究院浙江舟山316021

高空间分辨率(高分)遥感影像中存在海量信息,因此对高分影像的语义分割研究十分重要。传统机器学习方法的语义分割精度和效率均不高,近年来,深度学习方法迅速发展,逐渐成为影像语义分割领域的常用方法,已有研究将SegNet、Deeplabv3+、U-... 详细信息

高空间分辨率(高分)遥感影像中存在海量信息,因此对高分影像的语义分割研究十分重要。传统机器学习方法的语义分割精度和效率均不高,近年来,深度学习方法迅速发展,逐渐成为影像语义分割领域的常用方法,已有研究将SegNet、Deeplabv3+、U-Net等神经网络引入遥感影像语义分割,但效果有限。考虑高分影像的特性,对用于遥感影像语义分割的U-Net网络进行了改进。首先,在U-Net网络特征提取过程中使用通道交互空间组注意力模块(channel interaction and spatial group attention module,CISGAM),使得网络能够获取更多有效特征。其次,在编码过程中将普通卷积层变换为残差模块,并在U-Net的编码器和解码器之间用加入了CISGAM的注意力金字塔池化模块(attention pyramid pooling module,APPM)连接,以加强网络对多尺度特征的提取。最后,在0.3 m分辨率的UC Merced数据集和1 m分辨率的GID数据集上进行实验,与U-Net、Deeplabv3+等原始网络相比,在UC Merced数据集上的平均交并比(mean intersection over union,MIoU)分别提升了14.56%和8.72%,平均像素准确率(mean pixel accuracy,MPA)分别提升了12.71%和8.24%。在GID数据集的分割结果中,水体、建筑物等地物的综合分割精度大幅提升,在平均分割精度上,CISGAM和APPM较常用的CBAM和PPM有一定提升。实验结果表明,加入CISGAM和APPM的网络可行性与鲁棒性均较传统网络强,其较强的特征提取能力有利于提升高分辨率遥感影像语义分割的精度,为高分辨率遥感影像智能解译提供新方案。

关键词：高分辨率遥感影像深度学习语义分割注意力机制金字塔池化

湿地植物物种多样性无人机高光谱遥感反演研究

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地球信息科学学报 2024年第8期26卷 1954-1974页

作者：唐希颖李化哲崔丽娟赵欣胜翟夏杰雷茵茹李晶王金枝李伟中国林业科学研究院湿地研究所湿地生态功能与恢复北京市重点实验室北京100091 中国林业科学研究院生态保护与修复研究所北京100091 北京汉石桥湿地生态系统国家定位观测研究站北京101399

湿地植物物种多样性可以反映湿地生态系统的群落组织水平和稳定性,评价湿地健康、退化程度以及修复状况,快速量化物种多样性对保护湿地生物多样性至关重要,然而传统的实地调查方法费时费力,存在时间成本上的局限性,而高光谱技术的发展... 详细信息

湿地植物物种多样性可以反映湿地生态系统的群落组织水平和稳定性,评价湿地健康、退化程度以及修复状况,快速量化物种多样性对保护湿地生物多样性至关重要,然而传统的实地调查方法费时费力,存在时间成本上的局限性,而高光谱技术的发展为实现这一目的提供了契机。为探究如何通过高光谱技术实现湿地植物物种多样性的精确反演,本研究在陕西汉中朱鹮国家级自然保护区对湿地植物展开调查并同步获取植物冠层的高光谱影像,使用Simpson(DS)、Margalef(DM)、Shannon-Weiner(H')和Pielou(J) 4种指标表征物种多样性,通过随机森林(Random Forest,RF)、BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)和偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS) 3种方法建立反演模型,最终实现对区域物种多样性的反演推算。结果表明:一阶微分变换比二阶微分变换能提取出更多的敏感波段,而通过组合任意波段植被指数,可以提高与物种多样性指数的相关性;基于原始光谱数据与基于多特征组合的反演精度接近,且都是RF模型取得较高精度(R2> 0.40);RF模型对H'和J的反演精度较好,R2高于0.6,DS的R2高于0.5,表明模型有一定预测能力,而DM的R2均低于0.5,模型预测能力并不理想。本研究展示了无人机高光谱技术在湿地植物物种多样性精确反演方面的有效性,证实了通过光谱微分变换和特征变量的提取结合随机森林模型实现无人机尺度的物种多样性反演方法的可靠性。该技术对于可为湿地生物多样性的大尺度检测提供技术支撑,为相关管理部门决策提供参考。

关键词：湿地植物物种多样性无人机高光谱反演机器学习特征选择植被指数

铀系不平衡法定量风化壳生成速率: 原理、应用和挑战

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地球化学 2024年

作者：贾国栋徐胜刘丛强天津师范大学京津冀生态文明发展研究院中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心天津大学地球系统科学学院

作为岩石圈、水圈、生物圈和大气圈相互作用的界面，风化壳可以记录地球不同圈层的演化信息，是地球科学研究的重点内容之一。生成速率作为风化壳最重要的参数之一，是开展风化壳研究的前提和基础。铀系不平衡法作为当前定量风化壳... 详细信息

作为岩石圈、水圈、生物圈和大气圈相互作用的界面，风化壳可以记录地球不同圈层的演化信息，是地球科学研究的重点内容之一。生成速率作为风化壳最重要的参数之一，是开展风化壳研究的前提和基础。铀系不平衡法作为当前定量风化壳生成速率的独特手段，有着其他方法不可比拟的优势，其发展和应用为更加科学地理解风化壳的形成和演化提供了不可或缺的数据支撑。本文首先介绍了铀系不平衡法定量风化壳生成速率的基本概念和方法，对前人的研究进行了系统地梳理，包括模型的发展和测试的进步，并评述了铀系不平衡法在风化壳生成速率确定中的应用。最后总结了铀系不平衡法定量风化壳生成速率的难点，展望了铀系不平衡法未来发展的挑战。

关键词：铀系不平衡法风化壳生成速率形成和演化

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岩石磁学方法在海洋样品研究中的多解性讨论

地球物理学报 2024年第5期67卷 1891-1912页

作者：张强刘双迟刘建兴刘传周李金华刘青松中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室北京100029 南方科技大学海洋科学与工程系深圳518055

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这... 详细信息

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这些海洋样品中磁性矿物种类、含量、磁畴等特征的变化,为提取相关地质演化信息提供丰富的指标记录.然而,由于磁性矿物循环和海洋内部过程的固有复杂性,岩石磁学参数解译在海洋样品研究中存在多解性,在一定程度上制约了相关地质信息的深入解读.解决这一问题的关键在于对样品中载磁矿物的准确识别和量化.为此,本文首先简述了海洋样品中主要的磁性矿物类型,随后系统论述了应用岩石磁学方法评估海洋样品磁性矿物种类、含量以及磁畴状态等方面的多解性和注意事项.本文同时对岩石磁学的局限性、新兴技术和未来研究思路进行了展望.

关键词：岩石磁学磁性矿物海洋地质海洋科学参数多解性

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走向数据善治:以地球科学数据治理为例

科学通报 2024年第9期69卷 1149-1155页

作者：李新苏建宾中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101

科学数据是科技活动中获取的客观数据,也是科研成果不可或缺的组成部分[1].随着我国科技投入的不断增长和科技创新能力的持续提升,海量科学数据不断产生,逐步成为重要的科技战略资源,推动了科学研究向数据密集型科研范式的转换[2].作为... 详细信息

科学数据是科技活动中获取的客观数据,也是科研成果不可或缺的组成部分[1].随着我国科技投入的不断增长和科技创新能力的持续提升,海量科学数据不断产生,逐步成为重要的科技战略资源,推动了科学研究向数据密集型科研范式的转换[2].作为科研活动的灵魂,科技创新越来越依赖于对海量数据的集成、分析和利用.

关键词：科研成果科学数据科研活动数据密集型科研科技创新能力海量数据科学研究客观数据

缅怀我们的恩师——叶笃正先生的学术成就和治学精神

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大气科学 2024年第1期48卷 1-7页

作者：黄荣辉黄刚中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室北京100029 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029

本文是为纪念我们的恩师叶笃正先生逝世10周年及他对我国大气科学和中国科学院大气物理研究所发展的重大贡献而写。本文简要地回顾他对大气科学的主要贡献,在70多年的研究生涯,他提出了罗斯贝波能量频散理论,此理论已是动力气象学的经... 详细信息

本文是为纪念我们的恩师叶笃正先生逝世10周年及他对我国大气科学和中国科学院大气物理研究所发展的重大贡献而写。本文简要地回顾他对大气科学的主要贡献,在70多年的研究生涯,他提出了罗斯贝波能量频散理论,此理论已是动力气象学的经典理论之一;并且他创立了东亚大气环流理论和青藏高原气象学;特别是他提出了大气运动过程适应的尺度理论以及全球增暖适应的新概念。本文还简单回顾了他对大气物理研究所发展的杰出贡献和他严谨、认真的科学精神。

关键词：频散大气环流适应青藏高原气候变化

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青藏高原湖泊的持续扩张与其潜在影响

科学通报 2024年第27期69卷 3999-4001页

作者：许凤林张国庆中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

青藏高原被誉为“亚洲水塔”,是全球气候变化的敏感区和指示区.这里分布着地球海拔最高数量最多的高原湖泊群,面积约占全国的50%,对区域水循环、生态环境和气候调节具有重要意义[1,2]. 1990s中期以来,由于降水和冰川融水增加,青藏高原... 详细信息

青藏高原被誉为“亚洲水塔”,是全球气候变化的敏感区和指示区.这里分布着地球海拔最高数量最多的高原湖泊群,面积约占全国的50%,对区域水循环、生态环境和气候调节具有重要意义[1,2]. 1990s中期以来,由于降水和冰川融水增加,青藏高原湖泊面积急剧扩张,水位显著上升,其中大于1平方公里的湖泊数量增加至1400个(增加约400个),总面积增加至5万平方公里(扩张约1万平方公里).湖泊的显著扩张对青藏高原生态环境的可持续发展带来了潜在威胁,亟需开展湖泊未来变化的模拟与评估研究.

关键词：高原湖泊可持续发展生态环境冰川融水气候调节持续扩张潜在影响敏感区

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