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基于特征优选和机器学习的塔里木盆地东缘绿洲土壤镉元素含量预测及健康风险评价

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环境科学 2024年第8期45卷 4802-4811页

作者：刘靖宇李若怡梁永春刘磊尹芳唐塑何林森张毅长安大学地球科学与资源学院西安710054 中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心乌鲁木齐830057 中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 长安大学土地工程学院西安710054 中国地质调查局西安矿产资源调查中心西安710100

土壤重金属污染对粮食安全、人类健康和土壤生态系统均造成重大威胁.基于塔里木盆地东缘典型绿洲区获取的644个土壤样品,运用多元线性回归(LR)、神经网络(BP)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和基于径向基函数神经网络(RBF)方法构建土... 详细信息

土壤重金属污染对粮食安全、人类健康和土壤生态系统均造成重大威胁.基于塔里木盆地东缘典型绿洲区获取的644个土壤样品,运用多元线性回归(LR)、神经网络(BP)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和基于径向基函数神经网络(RBF)方法构建土壤重金属预测模型,利用最优预测结果分析重金属污染的空间分布特征与健康风险.结果表明:①研究区ω(Cd)均值为0.14 mg·kg^(-1),是新疆土壤背景值的1.17倍,是区内土壤重金属污染的主要因子;区内成人和儿童Cd元素致癌风险系数均小于10~(-4),对人类无明显的长期健康风险影响.②对比5种反演模型的预测精度,RF模型验证集R^(2)值为0.7637,在5种模型中最大;且其RMSE、MAE和MBE值在5种模型中最小,土壤Cd元素实测值与RF模型的预测值拟合效果最佳.同时,基于RF模型的研究区土壤Cd含量空间分布预测结果与实测样点插值结果具有较好的一致性.③在土壤Cd元素健康风险预测中,RF模型对成人与儿童的反演精度均优于其他4种模型,预测结果较好;LR模型验证集预测值变化幅度大,预测结果较差.综上,RF模型具有较好的泛化能力和抗过拟合能力,为研究区土壤Cd含量预测和健康风险评价的最优模型.

关键词：镉(Cd) 含量预测健康风险评价机器学习特征优选

基于机器学习的表层土壤成矿元素空间预测:以稀有金属铷元素为例

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现代地质 2022年第3期36卷 972-978页

作者：戴亮亮聂小力郭军巩浩吴欢欢张涛汤媛媛毛聪彭志刚贺灿中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心湖南长沙410600 中国地质调查局西安矿产资源调查中心陕西西安710000

近些年随着土地质量地球化学调查工作的开展,获取了大量表层土壤样品数据。然而,这些数据也存在一个明显的缺陷,即1∶50000大比例尺表层土壤数据往往缺少成矿元素。鉴于土壤成矿元素含量对于矿产资源勘查的重要指示作用,尝试基于现有数... 详细信息

近些年随着土地质量地球化学调查工作的开展,获取了大量表层土壤样品数据。然而,这些数据也存在一个明显的缺陷,即1∶50000大比例尺表层土壤数据往往缺少成矿元素。鉴于土壤成矿元素含量对于矿产资源勘查的重要指示作用,尝试基于现有数据对大比例尺表层土壤成矿元素含量提供一个补全方案。以稀有金属铷元素为例,采用随机森林算法把同一区域2548组1∶250000小比例尺表层土壤数据按照8∶2的比例随机分为两组,用80%的数据进行训练建模,20%的数据对模型进行验证。采用变量重要性度量排序和构建学习曲线的组合方法优选了8种元素(K、B、Ni、V、Zn、As、Co、Cu)作为预测变量,模型对训练数据和测试数据的拟合优度R^(2)分别达到0.9832和0.8956,说明预测变量的优选方法是有效的。随后将1∶50000表层土壤的上述预测变量数据作为输入变量导入模型中,得到预测的Rb元素含量,预测结果比较符合实际特征。本研究表明将大数据机器学习随机森林算法引入表层土壤地球化学元素含量空间定量预测具有可行性,可进一步拓展土地质量地球化学数据的服务应用维度。

关键词：机器学习随机森林表层土壤成矿元素预测

河南栾川县钼矿区周边农田土壤重金属污染特征与健康风险评价

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中国地质 2023年第6期50卷 1871-1886页

作者：程贤达孙建伟贾煦刘向东赵元艺中国地质调查局西安矿产资源调查中心陕西西安710100 中国地质大学(北京) 北京100083 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037

【研究目的】栾川县是中国典型钼矿集中开采区,查清钼矿区周边农田土壤重金属污染状况对区域环境污染防治、矿山生态修复以及矿业可持续发展具有重要意义。【研究方法】在典型钼矿区周边赤土店镇范围内农田采集表层土壤样品54件,分析其... 详细信息

【研究目的】栾川县是中国典型钼矿集中开采区,查清钼矿区周边农田土壤重金属污染状况对区域环境污染防治、矿山生态修复以及矿业可持续发展具有重要意义。【研究方法】在典型钼矿区周边赤土店镇范围内农田采集表层土壤样品54件,分析其重金属Cd、Cu、Zn、Pb、Hg、As、Cr、Ni含量及空间分布特征,采用地累积指数法、潜在生态风险指数法、健康风险指数法开展重金属污染评价、生态风险及健康风险评估。【研究结果】研究区农田土壤中Cd、Cu、Zn、Pb含量平均值超过农用地土壤污染风险筛选值,是区域农田土壤主要污染重金属元素,As仅个别点位超标,Hg、Cr、Ni未超标;空间分布特征显示:钼矿开采集中区较近的A区是Cd、Cu、Zn、Pb含量高值的主要分布区,随着距离的增大,到B区和C区,含量呈逐渐降低趋势,元素超标率A区>B区>C区;以河南省表层土壤背景值为标准,Hg、As、Cr、Ni地累积指数平均值均小于1,表现为无污染至轻污染,Cd、Cu、Zn、Pb污染较为严重,Cd达到中污染至重污染,Cu、Zn、Pb主要为轻污染至重污染水平,污染程度Cd>Pb>Zn>Cu,其中A区污染程度最高,B区次之,C区相对较低;重金属潜在生态风险以轻微生态风险为主,少量为中等生态风险,其中A区潜在生态风险高于B区和C区,以Cd元素最为突出;研究区农田土壤中各元素非致癌健康风险指数均小于1,从大到小依次为Cr>As>Pb>Ni>Cd>Cu>Zn>Hg,致癌健康风险指数均小于1×10^(-4),从大到小依次为Ni>Cr>As>Cd,属于可接受风险水平,其中儿童的致癌和非致癌健康风险指数均高于成人。【结论】钼矿区周边农田土壤中Cd、Cu、Zn、Pb存在一定程度的污染,达到中污染至重污染水平,但整体生态风险较低,非致癌和致癌健康风险均在合理范围内,人群受土壤中重金属的影响患癌症和非致癌疾病的风险较低,其中儿童对重金属更为敏感,更容易受到重金属危害,因此需要加强保护。

关键词：钼矿区农田土壤重金属生态风险健康风险环境地质调查工程栾川县河南

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某低品位高铁铝土矿焙烧-碱浸预脱硅试验

有色金属（冶炼部分） 2025年第1期 77-83,118页

作者：张笑天徐璐李超李昃霖杨耀辉徐莺冀成庆中国地质科学院矿产综合利用研究所成都610041 自然资源部战略性矿产综合利用工程技术创新中心成都610041

针对云南某地铝土矿低铝、高硅和高铁的特点,采用焙烧—碱浸预脱硅工艺,获得高铝硅比铝精矿。考察焙烧温度、焙烧时间、碱液Na_(2)O浓度、碱浸时间、液固比对预脱硅效果的影响。在焙烧温度1050℃,焙烧时间30 min,浸出剂Na_(2)O浓度80 g... 详细信息

针对云南某地铝土矿低铝、高硅和高铁的特点,采用焙烧—碱浸预脱硅工艺,获得高铝硅比铝精矿。考察焙烧温度、焙烧时间、碱液Na_(2)O浓度、碱浸时间、液固比对预脱硅效果的影响。在焙烧温度1050℃,焙烧时间30 min,浸出剂Na_(2)O浓度80 g/L,碱浸时间90 min,液固比L/S=8 mL/g的最佳预脱硅条件下,可将低品位铝土矿的铝硅比由4.08提升至17.98,脱硅率高达77.31%,同时预脱硅精矿氧化铝相对溶出率可达94.56%,溶出效果理想。结合热重-示差扫描量热、X射线衍射分析、红外光谱等多种表征手段,分析了焙烧—碱浸预脱硅机理,该铝土矿铝硅比的提高得益于原矿中高岭土类硅酸盐矿物通过焙烧可转化为碱溶性的无定型SiO_(2),采用常压碱浸即可实现铝硅高效分离,获得高铝硅比的铝精矿。

关键词：铝土矿焙烧碱浸预脱硅

岩芯高光谱成像及勘查指示意义研究--以西藏邦铺大型多金属矿床为例

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 38-44页

作者：吴畅宇代晶晶宋扬陈伟刘治博刘洪成白龙洋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北京100037 自然资源部深地科学与探测技术实验室中国地质科学院北京100094 核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室北京100029

西藏邦铺矿床是冈底斯成矿带上重要的斑岩-矽卡岩型矿床,矿区东段矽卡岩矿体研究程度较低。高光谱成像技术可以快速获取岩芯样品“图谱合一”的高光谱数据,选取邦铺矿床东段矽卡岩典型岩芯为样品,应用国产核工业北京地质研究院自主研发... 详细信息

西藏邦铺矿床是冈底斯成矿带上重要的斑岩-矽卡岩型矿床,矿区东段矽卡岩矿体研究程度较低。高光谱成像技术可以快速获取岩芯样品“图谱合一”的高光谱数据,选取邦铺矿床东段矽卡岩典型岩芯为样品,应用国产核工业北京地质研究院自主研发岩芯扫描仪与国外SPECIM岩芯成像仪,开展短波红外(SWIR)高光谱成像测试及对比分析,揭示典型矿物的短波红外光谱特征,并探讨先进的高光谱成像技术应用于矽卡岩勘探的潜力与优势。对同一批岩芯样品分别进行了国内外仪器的高光谱成像测试,利用最小噪声分离变换以及纯净像元指数进行端元提取,而后结合光谱信息散度法选取不同矿物的训练集和验证集样本,采用光谱角填图法进行蚀变矿物填图。共识别出方解石、绿帘石、绿泥石、角闪石、石英、白云母六种矿物,两种仪器矿物填图的结果大体一致,并反映了不同蚀变矿物之间的组合与分布。SPECIM成像仪对两个钻孔样品的平均填图精度为91.5%,Kappa系数为0.87;核工业高光谱成像仪对两个钻孔的填图精度为75%左右,Kappa系数为0.66。两种仪器获取的高光谱数据信噪比均较高,但是由于核工业仪器的数据空间分辨率相对更低,导致图像中存在更多的混合像元,进而影响了填图精度,其空间分辨率的进一步提高是下一步研发的重点。高光谱成像数据表明ZK0010钻孔绿泥石Fe-OH吸收峰波长变化范围为2252.3~2260 nm,ZK0011钻孔绿泥石Fe-OH吸收峰变化范围为2251.7~2258.5 nm,由上至下均向短波方向移动,表明了绿泥石远离矿化中心而相对富Mg,其高值指示了矿体中心位置。高光谱成像技术相较于传统的点测法可以提供更加丰富的空间信息和光谱信息,为指针矿物的光谱特征参数提取与变化规律分析提供了技术支撑。利用高光谱成像提供的大量光谱数据进行绿泥石Fe-OH峰位统计分析,进而可以通过其波长高值位置指示矽卡岩矿床勘查。

关键词：岩芯高光谱成像短波红外矽卡岩邦铺

额尔古纳地块北东部二十一站岩体花岗岩类岩石成因与构造环境

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地球化学 2023年第3期52卷 360-382页

作者：程贤达赵元艺张龙孙建伟中国地质调查局西安矿产资源调查中心陕西西安710100 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037

二十一站岩体位于中亚造山带东段额尔古纳地块北东部上黑龙江盆地Cu-Au成矿带内,经过多年勘查研究,岩体中已发现斑岩型铜金矿化,但由于未进行系统工作,在物质来源和岩浆演化方面尚未取得重大突破。本研究对二十一站岩体系统采样,进行锆... 详细信息

二十一站岩体位于中亚造山带东段额尔古纳地块北东部上黑龙江盆地Cu-Au成矿带内,经过多年勘查研究,岩体中已发现斑岩型铜金矿化,但由于未进行系统工作,在物质来源和岩浆演化方面尚未取得重大突破。本研究对二十一站岩体系统采样,进行锆石U-Pb年代学、岩石地球化学、Sr-Nd-Pb同位素研究。结果显示,二十一站岩体岩浆活动大致分2个阶段,花岗岩、石英正长岩和二长花岗岩形成于186.5~206.9 Ma,属于晚三叠世-早侏罗世;石英二长斑岩和石英二长岩形成于127.6~133.2 Ma,属于早白垩世。岩体2个阶段花岗岩类岩浆岩主要为高钾钙碱性系列-钾玄岩系列,为Ⅰ型花岗岩。微量元素方面,样品富集大离子亲石元素(Rb、Th、K、Pb等),Pb具有明显正异常,亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti、P等),表现出弧岩浆或主动大陆边缘岩浆的特征。稀土元素方面,样品表现为轻稀土元素富集,重稀土元素亏损的平滑右倾型分配模式,具有轻微的Eu负异常(0.62~0.90),LREE/HREE值为9.48~14.81,(La/Yb)N值为11.57~23.22,轻、重稀土元素分馏明显,表明岩浆经历了强烈的分离结晶作用。锆石Hf同位素和岩石Sr-Nd-Pb同位素表明,二十一站岩体岩浆源区具有壳源性质,并有部分地幔物质参与。结合区域构造演化历史,本研究认为二十一站岩体晚三叠世-早侏罗世岩浆岩形成于蒙古-鄂霍茨克洋向额尔古纳地块俯冲环境下,早白垩世岩浆岩形成于鄂霍茨克洋闭合后,陆陆碰撞造成增厚下地壳的拆沉引起的局部伸展环境。

关键词：二十一站花岗岩类岩浆演化岩石成因构造环境

基于最小数据集的周至地区土壤重金属地球化学特征及成因分析

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西北地质 2023年第1期56卷 284-292页

作者：冯博鑫徐多勋张宏宇杨生飞甘黎明门倩妮中国地质调查局西安矿产资源调查中心陕西西安710100 西北大学地质系陕西西安710069

周至县是陕西省乃至全国的猕猴桃主产区之一,为了查明周至地区土壤重金属地球化学特征及其成因,采集了周至地区8个典型农用田中226件土壤样品,分析测试了Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Hg、Sn、Co、Mn、V和Fe含量,通过地球化学数据分析... 详细信息

周至县是陕西省乃至全国的猕猴桃主产区之一,为了查明周至地区土壤重金属地球化学特征及其成因,采集了周至地区8个典型农用田中226件土壤样品,分析测试了Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Hg、Sn、Co、Mn、V和Fe含量,通过地球化学数据分析、主成分分析、Norm值计算,构建由Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr和As组成的最小数据集对周至地区土壤重金属生态风险进行评价,并分析了其成因。结果显示,最小数据集7种重金属的单因子污染指数和综合污染指数值均小于1,潜在生态风险指数为30.90,说明研究区土壤重金属于安全级别。通过相关性分析及主成分分析认为,第1主成分包括Cu、Ni、Cr、Co、Mn和V,其含量与地质背景密切相关;第2主成分包括Pb、Zn和Cd,主要受人为活动影响;第3主成分是As、Sn和Hg,可能受土壤组成的影响或者人为活动的影响。

关键词：地球化学重金属最小数据集周至地区

典型干旱区绿洲土壤氟的迁移富集及健康风险评价

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中国地质 2023年

作者：刘靖宇赫银峰耿建阳胡宏利杜古尔·卫卫张毅陈志超中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心中国地质调查局西安矿产资源调查中心

【研究目的】为准确分析干旱绿洲区土壤氟(F)的迁移富集规律及对人体健康的危害。【研究方法】结合统计学理论与空间分析手段，分析土壤F迁移富集的影响因素，并开展土壤F健康风险评价。【研究结果】结果表明：(1)研究区表层土壤F含量... 详细信息

【研究目的】为准确分析干旱绿洲区土壤氟(F)的迁移富集规律及对人体健康的危害。【研究方法】结合统计学理论与空间分析手段，分析土壤F迁移富集的影响因素，并开展土壤F健康风险评价。【研究结果】结果表明：(1)研究区表层土壤F含量平均值为543 mg·kg-1，是绿洲区土壤F背景值的1.28倍，是全国A层土壤F背景值的1.14倍。(2)研究区土壤F含量的垂向变化受到土壤质地、有机碳(Corg)含量等土壤理化性质的影响；土壤F含量的水平分布受土壤pH值、强蒸发气候等的影响，并表现出明显“表聚性”。同时，区内土壤F含量与地貌环境“标志性”指标Fe2O3、MgO呈显著正相关关系，与Al2O3、K2O、CaO呈正相关关系，与SiO2和Na2O呈负相关关系。(3)成人与儿童的非致癌健康风险HQ指数均小于1。敏感性分析结果显示，体重(BW)对成人和儿童非致癌风险的贡献率分别为-49.5%和-50.9%，说明体重越小，非致癌风险越高，且在儿童中表现更明显。【结论】研究区表层土壤F空间分布差异性较大，部分区域存在F异常现象；研究区土壤F的主要来源为成土母质，塔里木盆地的“砂源”既是主要的“氟源”；同时，人为因素等外源输入也影响着土壤F的空间分布格局。研究区土壤F健康风险主要暴露途径为经口摄入，且在儿童中表现更明显，但整体危害性较小。

关键词：土壤氟迁移富集健康风险地球化学特征生态地质调查工程干旱区绿洲塔里木新疆

1965年烂泥沟滑坡前兆、高速远程运动及后期演化特征

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水文地质工程地质 2021年第6期48卷 72-80页

作者：文宝萍王凡中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 中国地质调查局西安矿产资源调查中心陕西西安710100

烂泥沟滑坡是我国最著名的巨型高速远程滑坡之一。1965年烂泥沟滑坡活动造成近百年来最严重的单体滑坡灾害。此后,1991年和2007年滑坡又经历2次较大规模活动。然而,对于1965年烂泥沟滑坡前兆和2个序次活动的成生关系、此后滑坡活动特征... 详细信息

烂泥沟滑坡是我国最著名的巨型高速远程滑坡之一。1965年烂泥沟滑坡活动造成近百年来最严重的单体滑坡灾害。此后,1991年和2007年滑坡又经历2次较大规模活动。然而,对于1965年烂泥沟滑坡前兆和2个序次活动的成生关系、此后滑坡活动特征,尚无定论;对滑坡现今状态尚不清楚。本文基于多时相、多源遥感卫星影像及近期无人机测量和现场调查数据,对上述问题进行了分析。研究发现,1965年滑坡前,滑源区北侧山体表开裂明显;1965年11月22日、23日2次滑动为北、南两侧山体分别滑动;其成生关系是:北侧山体沿倾向坡外结构面高位剪出,高速冲向南侧山坡,受其冲击,南侧山体次日沿倾向坡外结构面高位、高速滑出,第一序次滑动规模远大于第二序次;高速运动的部分滑坡碎屑流从流通区北侧山坡飞跃通过、且铲刮冲击强烈,滑坡碎屑流最远运动至烂泥沟与普福河交汇处向东2.8 km;1991年滑坡滑源区紧邻1965年北侧滑坡滑源区的西侧边界,滑坡碎屑流终止于沟道中段;2007年滑坡滑源区位于1991年滑坡滑源区上部,滑坡碎屑流运动距离略小于1991滑坡碎屑流。目前,滑源区西北侧、西南侧山坡上地表开裂明显,西北侧山坡上其中一条裂缝扩展速率约16.7 m/a,西南侧山坡上裂缝扩展迹象不明显。因此,西北侧山坡显示再次滑动之势,须引起关注。

关键词：高速远程滑坡遥感影像前兆成生关系活动特征发展趋势