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基于深度学习的镜下岩石、矿物薄片识别

地学前缘 2024年第3期31卷 498-510页

作者：张利军鲁文豪张建东彭光雄卜建财唐凯谢渐成徐质彬杨海燕湖南省遥感地质调查监测所湖南长沙410015 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

岩石、矿物显微图像的识别是岩矿鉴定的基础手段之一,对地质资源勘探有着重要意义。薄片显微图像一般情况下是在实验室中进行的,这项工作繁琐费时,需要大量的人力资源,并且准确性受限于鉴定者的经验。深度学习智能图像识别算法可以通过... 详细信息

岩石、矿物显微图像的识别是岩矿鉴定的基础手段之一,对地质资源勘探有着重要意义。薄片显微图像一般情况下是在实验室中进行的,这项工作繁琐费时,需要大量的人力资源,并且准确性受限于鉴定者的经验。深度学习智能图像识别算法可以通过卷积神经网络提取显微图像的深层特征,从而达到对显微图像进行快速、准确分类识别的目的。本研究以PyCharm平台为深度学习框架,以中国科学数据网上的南京大学教学岩石薄片数据集、南华北石炭纪灰岩显微图像数据集等6个数据集为基础制作了可以应用于岩石矿物显微图像分类识别训练的数据集,搭建具有针对性的VGG卷积神经网络模型,该模型具有对整个岩石薄片图像与单个矿物图像分别提取其深层中的特征信息的能力,从而达到识别岩石薄片的目的。实验结果显示,随着模型训练迭代的进行,预测值与真实值之间的损失函数在不断减小,识别准确率在不断增加,在分别经过50个和30个循环训练之后,模型的损失函数与识别准确率已经基本收敛。模型对显微图像测试集的识别成功率均高于90%,说明搭建的模型对于图像有很好的特征提取效果,可以完成岩石矿物显微图像识别的任务。通过本文的研究,可以认识到,深度学习对于处理岩矿鉴定这样的任务有着高超的效率与准确度,开发相关的模型并运用到前端软件上,可以加快矿产资源勘探工作的速度,对于生产实践有着重要的应用意义。

关键词：岩矿鉴定深度学习卷积神经网络机器学习图像识别

北部海岸带(台州以北)航磁反映的断裂和岩性构造特征

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Applied Geophysics 2024年第2期21卷 372-383,421,422页

作者：王明李皎皎张永军李逸川徐璐平中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 自然资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室北京100083

北部海岸带(台州以北)横跨华北地块、下扬子地块和华夏地块三个构造单元,区域地质构造复杂,岩浆活动强烈,断裂发育。本文以最新编制的航磁资料为主,结合航空重力、区域地质和实测岩石物性资料等,对区内的岩浆岩航磁异常特征及分布规律... 详细信息

北部海岸带(台州以北)横跨华北地块、下扬子地块和华夏地块三个构造单元,区域地质构造复杂,岩浆活动强烈,断裂发育。本文以最新编制的航磁资料为主,结合航空重力、区域地质和实测岩石物性资料等,对区内的岩浆岩航磁异常特征及分布规律、断裂进行划分和研究;圈定各类侵入岩和火山岩数百处,岩浆活动主要集中于中新生代,以燕山期为主,受深大断裂控制;断裂主要以NE向、NNE向及NW向为主,间有SN向、EW向及弧形断裂存在,前者对区域构造、岩浆活动等有明显的控制作用;并利用天然地震震中分布和GPS速度场等信息初步探讨了断裂活动性。研究成果为服务于国家重大战略需求和海岸带综合地质调查,解决重大地质问题,实现海陆统筹的目标和服务于北部海岸带(台州以北)经济区规划、城市群规划选址、重大工程建设等提供了参考依据。

关键词：航磁航重磁场特征岩浆岩断裂构造北部海岸带

北部海岸带(台州以北)航磁推断的基底构造特征

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Applied Geophysics 2024年第1期21卷 55-68,204页

作者：王明李皎皎张永军李逸川徐璐平中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 自然资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室北京100083

北部海岸带(台州以北)横跨华北地块、下扬子地块和华夏地块三个构造单元,区域地质构造复杂,岩浆活动强烈,断裂发育。本文以最新编制的航磁资料为主,结合航空重力、区域地质和实测岩石物性资料等,对北部海岸带(台州以北)进行了航磁综合... 详细信息

北部海岸带(台州以北)横跨华北地块、下扬子地块和华夏地块三个构造单元,区域地质构造复杂,岩浆活动强烈,断裂发育。本文以最新编制的航磁资料为主,结合航空重力、区域地质和实测岩石物性资料等,对北部海岸带(台州以北)进行了航磁综合解释。依据化极航磁ΔT反映的东西分带和南北分块的特点,详细分析了磁场面貌、特征及其与区域构造的对应关系,展现了不同特征的磁场是构造、岩浆活动以及地层分布等信息的综合体现,并进一步对基底岩相构造进行了划分和研究。郯庐断裂带以西的渤海海岸带,以团块状正磁异常为特征,基底由太古宇迁西群、鞍山群、泰山群及古元古界变质岩构成,以东为变化负磁异常区,磁场由鞍山群、胶东群、辽河群及粉子山群变质岩系及部分中酸性岩浆岩引起;南黄海海岸带的团块状正磁异常与太古宇变质岩有关,基底由元古宇变质岩构成;苏南-勿南沙和浙闽沿海地区的剧烈变化磁异常带,是被中新生代岩浆岩强烈改造了的元古宇弱磁性变质基底;东海海岸带是以北北东向展布的正负相间磁异常带为特征,变质基底由元古宇陈蔡群的变质岩构成,正磁异常带主要是岩浆岩带的反映。基底岩相构造在航空重磁场上的特征,对区内构造单元划分及地质演化具有重要的参考价值。

关键词：航磁航重磁场特征基底岩相北部海岸带

不同纬度地区航磁三分量矢量解释技术应用研究

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Applied Geophysics 2024年第2期21卷 289-302,420页

作者：郭华王明韩松常畅姚雨暘中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 吉林大学长春130000 中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质大学(北京) 100084

我国的航磁三分量勘查系统于2017年研制成功,但是利用大面积性航磁三分量数据开展地质解释研究尚处于起步阶段,通过研究认为垂向分量、东向分量和北向分量数据需要进行化极,虽然相关文献和教材开展了航磁三分量中三个分量的化极理论公... 详细信息

我国的航磁三分量勘查系统于2017年研制成功,但是利用大面积性航磁三分量数据开展地质解释研究尚处于起步阶段,通过研究认为垂向分量、东向分量和北向分量数据需要进行化极,虽然相关文献和教材开展了航磁三分量中三个分量的化极理论公式的推导但并不是最终结果,本文经过深入的理论公式推导首次获得了三个分量的化极理论公式,同时将化极后的三个分量数据得到的磁异常总强度矢量数据的相关意义进行了深入分析,得出磁异常总强度矢量图可以较好地指向磁性地质体的赋存位置,在此基础上设计了单一异常体的简单模型和4个异常体的复杂模型开展理论分析,对不同纬度的三个分量数据化极效果进行了分析,得出虽然在低纬度地区三个分量的化极效果并不理想,但是所绘制的磁异常总强度矢量箭头图却可以不受低纬度化极效果不好的影响,在纬度1°-90°的三个分量数据经过化极后绘制的磁异常总强度矢量箭头总能指向磁性地质体,而且汇聚的矢量箭头的位置还可以反映地质体的埋藏深度,然后将该思路应用于中国北部某地区的航磁三分量数据,所绘制的磁异常总强度矢量箭头图出现了指上和指下的现象,通过研究认为箭头图指上的现象是由于该区域的磁性地质体存在有剩磁现象,通过对比地质资料并得到了验证。

关键词：航磁三分量北向分量东向分量垂向分量磁异常总强度矢量

基于大型无人机航磁全轴梯度测量技术研究与应用

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地球物理学报 2024年第8期67卷 3162-3172页

作者：郭华鞠星韩松王萌王明李冰梁韧中国自然资源航空物探遥感中心北京100086

目前,我国航空物探在远海地区和青藏高原地区的工作程度并不高,这主要是由于我国现有有人机航空物探飞行平台的续航里程不够远或者无法在高海拔地区开展大比例尺、低高度飞行测量工作.由于彩虹4无人机的续航时间达到20余小时,飞行高度可... 详细信息

目前,我国航空物探在远海地区和青藏高原地区的工作程度并不高,这主要是由于我国现有有人机航空物探飞行平台的续航里程不够远或者无法在高海拔地区开展大比例尺、低高度飞行测量工作.由于彩虹4无人机的续航时间达到20余小时,飞行高度可达7300 m,经过项目研制,基于彩虹4无人机航磁全轴梯度测量系统突破了探测装置的集成设计、磁干扰特性的优化提升等一系列关键技术,首次实现了基于无人机的航磁总场、横向梯度、垂直梯度的一站式测量,航磁总场补偿后标准差优于±30 pT,横向梯度补偿后标准差优于±2 pT/m,垂向梯度补偿后标准差优于±6 pT/m,达到同类测量系统的国际领先水平,大大提升了我国在艰难地区和远海地区的勘查能力.

关键词：大型无人机航磁全轴梯度横向梯度垂向梯度

丹江流域山区地表水-地下水水化学特征及其影响因素

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环境科学 2024年第4期45卷 2107-2117页

作者：张子燕伏永朋王宁涛谭建民刘亚磊中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心) 武汉430205 中国地质大学地质调查研究院武汉430074

丹江流域是南水北调中线工程重要水源涵养区,深入研究丹江流域水化学特征及其影响因素,对区域水资源保护及合理利用具有重要意义.通过对丹江流域水样采集与分析,综合运用描述性统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比例系数法及氢氧同位素... 详细信息

丹江流域是南水北调中线工程重要水源涵养区,深入研究丹江流域水化学特征及其影响因素,对区域水资源保护及合理利用具有重要意义.通过对丹江流域水样采集与分析,综合运用描述性统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比例系数法及氢氧同位素的方法,分析丹江流域水化学特征及其影响因素.结果表明,丹江流域水体整体呈弱碱性,主要水化学类型为HCO_(3)-Ca型,中游离子质量浓度及水化学类型变化频繁.流域水体均受大气降水补给,地表水受蒸发作用影响明显,水化学组分受岩石风化溶解、离子交换和人类活动共同影响. Ca^(2+)和Mg^(2+)源于方解石、白云石及石膏等碳酸盐和硫酸盐矿物溶解,农业活动是水中硝酸盐的主要来源.地表水与地下水频繁转化和支流汇入影响是丹江干流空间分布特征差异化的主要原因.

关键词：丹江流域水化学特征同位素岩石风化离子交换

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基于航磁资料的中国蛇绿岩带研究

地质学报 2024年第3期98卷 725-757页

作者：熊盛青杨海范振宇刘福香中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 自然资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室北京100083 自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100094 中国地质大学(北京) 北京100083

通过六十多年的积累,我国已经基本完成了中国陆域的航磁覆盖,为区域地质构造研究提供了详实的地球物理资料。航磁异常主要反映了岩石圈中磁性物质的分布情况,尤其是构造-岩浆活动能够产生明显的磁异常,为隐伏岩浆岩的预测研究奠定了基... 详细信息

通过六十多年的积累,我国已经基本完成了中国陆域的航磁覆盖,为区域地质构造研究提供了详实的地球物理资料。航磁异常主要反映了岩石圈中磁性物质的分布情况,尤其是构造-岩浆活动能够产生明显的磁异常,为隐伏岩浆岩的预测研究奠定了基础。镁铁—超镁铁质岩通常具有较强的磁性,可以通过航磁异常进行识别。本文基于全国1:100万航磁数据及其岩性-构造解释结果,阐述了通过航磁异常识别镁铁—超镁铁质岩的标志和圈定方法,分析了推断镁铁—超镁铁质岩与蛇绿岩带的关系。研究表明,蛇绿岩带通常都具有形态规则、宽度窄、异常幅值大的线性或串珠状磁异常特征,主要与蛇绿岩的保存情况密切相关。蛇绿岩带通常是不同板块的拼接带,呈现出区域磁异常边界的特征,代表不同陆块的基底性质的差异。但是,部分蛇绿岩带,如弧后盆地拉张等形成的蛇绿岩,因两侧地块基底性质相似,通常不具有分割区域磁场的特点。基于航磁推断镁铁—超镁铁质岩分布,在全国划分了22个蛇绿岩型镁铁—超镁铁质岩带,并对岩带的特征进行了详细描述。例如,雅鲁藏布江蛇绿岩带呈现出双磁异常带的特征,北带磁异常的规模较大、延伸长,推断深部存在镁铁—超镁铁质岩。南带磁异常规模较小,仅在日喀则地区连续分布,其余为串珠状磁异常,且不具有分割区域磁场的特点。通过磁异常三维反演,构建了雅鲁藏布江蛇绿岩带的深部结构模型。本文旨在通过磁异常的定性和定量分析,为蛇绿岩带(缝合带)的研究提供更多的信息,尤其是隐伏蛇绿岩,以指导铬铁矿找矿。目前航磁测量以中小比例尺为主,对于蛇绿岩带研究及铬铁矿找矿勘查是不足的,精细的分析和深部结构建模需要1:5万或更大比例尺航磁数据。

关键词：航磁异常镁铁—超镁铁质岩蛇绿岩深部结构铬铁矿

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一种基于谱分析的重力场统计特征建模方法

地球物理学报 2024年第7期67卷 2582-2595页

作者：黄佳喜边少锋纪兵杨军军海军工程大学电气工程学院武汉430033 中国地质大学(武汉)地质探测与评估教育部重点实验室武汉430074 中国自然资源航空物探遥感中心北京100083

重力场的统计特征主要包括协方差(相关函数)、功率谱密度、球谐阶方差等参量,是从空域、频域和球谐域描述重力场变化规律的主要依据.本文以扰动位的距离倒数协方差模型为核函数,研究了一种能在不同重力场元之间自洽解析转换的统计特征... 详细信息

重力场的统计特征主要包括协方差(相关函数)、功率谱密度、球谐阶方差等参量,是从空域、频域和球谐域描述重力场变化规律的主要依据.本文以扰动位的距离倒数协方差模型为核函数,研究了一种能在不同重力场元之间自洽解析转换的统计特征建模方法.分别利用高分辨率的地面重力异常和实测航空重力梯度数据进行功率谱分析,结合EGM2008模型构建了3组重力场统计特征模型,分析了本文模型与经典模型的差异,并用于高频重力场随机模拟,验证了本文方法在不同频率区间建模的可行性和实用性.本文模型可用于重力梯度探测、高频重力场随机模拟、重力场推估等方面的定量分析,相关算法和思路也可为构建更精细的统计特征模型提供借鉴.

关键词：功率谱密度协方差阶方差统计特征航空重力梯度距离倒数模型

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藏东多曲河流域锶富集水化学特征及控制因素

环境科学 2024年第4期45卷 2067-2079页

作者：李敬杰连晟王明国张智印张涛中国地质调查局水文地质环境地质调查中心保定071051

分析高原河流地表水中锶(Sr)富集的水化学特征及其影响因素,有助于指导水资源的合理开发利用和生态环境保护.以金沙江多曲河流域地表水为例,采集地表水样品23组,综合利用相关分析、主成分分析、Gibbs模型和离子比等方法,分析该区地表水... 详细信息

分析高原河流地表水中锶(Sr)富集的水化学特征及其影响因素,有助于指导水资源的合理开发利用和生态环境保护.以金沙江多曲河流域地表水为例,采集地表水样品23组,综合利用相关分析、主成分分析、Gibbs模型和离子比等方法,分析该区地表水中Sr^(2+)富集的水化学特征及控制因素,识别主要离子的物质来源.结果表明,多曲河流域地表水阳离子主要以Ca^(2+)和Mg^(2+)为主,阴离子以HCO_(3)^(-)为主.该流域水化学类型以HCO_(3)-Ca型为主,其次为HCO_(3)-Ca·Mg型.主成分分析揭示了影响多曲河水质演化的3个主成分因子,碳酸盐岩风化溶解是控制多曲河水化学组成的主要因素.ρ(Sr^(2+))超过0.40 mg·L^(-1)的富Sr水点占样品总量的30.43%.区内分布的闪长岩及花岗岩为多曲河流域Sr^(2+)富集提供了物质基础.Sr^(2+)与Ca^(2+)相关性较高,二者存在伴生和共同富集现象.地表水在发生一定的反向离子交换作用Sr^(2+)从围岩中的释出是水体中Sr^(2+)富集的来源之一.工矿活动辰砂矿物的开采是造成附近地表水点SO_(4)^(2-)升高的主要因素,同时也促进了Sr^(2+)在水环境中的富集.受控于岩石风化作用、人类活动及工矿活动的综合影响,沿程Sr^(2+)质量浓度整体上呈现增加趋势.

关键词：多曲河 Sr富集水化学特征离子来源风化溶解人类活动