元地球与数字孪生:思想突破、技术变革与范式转换

数字孪生在航天、工业制造领域已应用了20多年,但引入海洋科学还是首次。通过数字孪生技术,实现真实地球与虚拟地球的融合,构建一个真实地球与数字地球的虚实共同体,这里称为“元地球”。本文介绍了元地球与早期提出的数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球的本质区别,进而突出元地球理念或思想上的巨大突破。基于现今元宇宙BIGANT技术体系,构架跨越地球各圈层的实时、全天候、立体观测感知系统,打通地球系统各圈层动力学模拟隔阂,实现超越现今地球,再现深时地球,实现时空穿越,从而集数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球、现今地球、深时地球的特性于一个共同体,这个深时的虚实共同体就是元地球。这一理念必将催生新的技术范式变革,进而超越现实地球、虚拟地球,开启人类认识地球、探测地球、开发地球的全新方式。在实现研究范式转换的同时,推动元地球的多场景应用,这也必将催生未来的万亿新产业。

地球排气作用的重大意义及研究进展

地球排气作用已成为当代地球科学最重要的前沿问题之一。它牵涉到地球演化、大地构造、岩浆作用、热液作用、金属矿产和油气形成、地球化学找矿方法、众多自然灾害成因等地球科学基本理论和国计民生实践问题。本文是近期这一研究领域国际动态的一个综述。我们应对地球深部气体给予注意 ,特别是其中的氢流。固体地球动力学研究应向流体地球动力学进行概念转变。

《地球物理学报》稿约

《地球物理学报》创刊于1948年,是中国科学院地质与地球物理研究所、中国地球物理学会联合主办的有关地球物理科学的综合性学术刊物.主要刊载固体地球物理、应用地球物理、地磁和空间物理、大气和海洋地球物理,以及与地球物理密切相关的交叉学科研究成果的高质量论文.作者和读者对象主要为从事地球物理学、地球科学及其他相关学科的国内外科技工作者和大专院校师生.月刊,在国内外发行.

《地球物理学报》稿约

《地球物理学报》创刊于1948年,是中国科学院地质与地球物理研究所、中国地球物理学会联合主办的有关地球物理科学的综合性学术刊物.主要刊载固体地球物理、应用地球物理、地磁和空间物理、大气和海洋地球物理,以及与地球物理密切相关的交叉学科研究成果的高质量论文.作者和读者对象主要为从事地球物理学、地球科学及其他相关学科的国内外科技工作者和大专院校师生.月刊,在国内外发行.

《地球物理学报》稿约

《地球物理学报》创刊于1948年,是中国科学院地质与地球物理研究所、中国地球物理学会联合主办的有关地球物理科学的综合性学术刊物.主要刊载固体地球物理、应用地球物理、地磁和空间物理、大气和海洋地球物理,以及与地球物理密切相关的交叉学科研究成果的高质量论文.作者和读者对象主要为从事地球物理学、地球科学及其他相关学科的国内外科技工作者和大专院校师生.月刊,在国内外发行.

省级地球物理站网仪器运行监控系统设计与实现

顺应地震监测业务改革方向,为提升地球物理站网仪器运维效率,设计了一套地球物理站网仪器运行监控系统。系统包括基于B/S架构设计的监控软件平台、手机监控App软件和基于C/S架构设计的调试工具,通过实时获取地球物理仪器状态流和数据流,对仪器时钟准确性、连通性,数据完整性、有效性等进行自动化分析,实现辖区范围内地球物理站网仪器运行状态的实时监控。该系统可对仪器运行状态异常、产出数据不符合规范要求等情况进行异常告警,提示运维人员第一时间排查故障,从而提高了地球物理站网仪器运行率和数据质量;系统对获取的数据进行备份,提高了地球物理台网数据完整性,并为今后实现数据质量实时监控等数据服务提供了技术路线。

基于机器学习的不同地幔端元来源玄武岩判别及其元素地球化学特征研究

地幔地球化学是固体地球科学研究的重要组成部分,认识和识别地幔不均一性对于探讨地幔内部物质循环、揭示地球演化规律具有重要意义。目前国际上公认的地幔端元划分方案主要依赖于幔源岩浆岩的同位素数据,但在实际应用中具有一定的局限性。相较于同位素数据,主、微量元素数据的数量更大,实际应用前景更广阔。从数据分析的角度看,幔源岩浆岩的主微量元素有27个指标,远多于常用的Sr、Nd、Pb同位素指标,变量数目的增加可能会提高分类判断的精度,但是也会给分类带来两个问题:一是建模所需的样本数量大大增加;二是传统的二维、三维图版法不再适用。针对上述问题,本文从数据和方法两个层面入手:首先从全球共享地球化学数据库GEOROC和PetDb获取数据;然后采用机器学习方法建立判别模型,最终获得了基于元素特征的玄武岩地幔端元类型逻辑回归模型。该模型不仅具有很好的分类效果,而且有助于分析和总结来自不同地幔端元的玄武岩的元素地球化学特征。该研究对地幔不均一性的精细识别及与其相关的研究工作具有一定的促进作用。

岩浆岩中磷灰石的地球化学特征及应用

不同类型的岩浆岩可能来源于不同源区,经历复杂的岩浆演化过程,导致岩浆成分、温度和压力等条件发生变化。磷灰石在岩浆岩中广泛发育,可以形成于不同的岩浆环境。作为富含多种地球化学指示元素(如稀土元素、锶、锰及多种挥发分),并且对寄主岩浆环境的变化十分敏感的副矿物,近年来被广泛应用于岩浆岩和矿床成因等研究中。了解不同类型岩石中磷灰石的矿物学和地球化学特征,是深入开展相关研究的基础。本文对GEOROC数据库及其他文献报道的岩浆岩中磷灰石稀土元素数据进行了汇总整理和归纳分析,获得了不同类型岩石中磷灰石的矿物学和稀土元素组成特征。结合多元统计分析方法,深入分析不同类型岩浆岩和花岗岩中磷灰石的稀土元素变化规律。计算结果显示,不同类型岩石中磷灰石的La元素、Eu/Eu*和Yb含量之间存在明显差异,推断综合利用La含量与(Eu/Eu^(*))/Yb值特征可以有效区分形成于不同岩浆岩的磷灰石。本文的研究表明,磷灰石在示踪岩浆源区和岩石成因方面具有独特优势,综合运用磷灰石产状、共生矿物组合、微量元素及同位素组成等分析可以为岩浆岩成因研究提供全面信息。

地球系统科学基本原理与应用展望

地球系统科学是一门应时代之需产生的科学,它革新了地球科学工作者的思维方式、工作范式。自地球系统科学产生以来,围绕其是否是一门科学、具有何种应用前景等一直存在争议。从地球系统科学的主要理论与基本原理视角出发,对地球系统科学的概念内涵、理论体系及与地球科学之间的关系等本质特征进行剖析,并对地球系统科学的方法技术进行了总结。针对解决的不同问题,提出了地球系统科学在地球深部过程、岩石圈与外部圈层交互作用、外部圈层交互作用3个领域的应用展望。分析认为,地球系统科学既是基于地球科学与系统论的科学观,又是一套量化研究各圈层交互作用的先进工作方法体系,是揭示地球圈层交互奥秘、解决地球宜居性的钥匙。

特约主编致读者——地球系统科学研究范例、进展和趋势

地球科学作为自然科学六大门类之一,不仅探索地球起源、演化和发展趋势,而且为人类认识、利用和改造自然提供科学知识、认知途径和研究方法。随着科学技术的不断进步和人类社会重大需求的日益增长,当前地球科学已进入地球系统科学研究的新阶段,成为指导人类社会可持续发展的科学基础。地球系统科学是以固体地球层圈及其外部生物圈、水圈和大气圈为研究对象,研究各层圈发生.

基于三维地球模型的中国大陆重力潮汐因子研究

潮汐现象是地球对日、月等星体引力的响应,重力潮汐因子对于揭示地球内部结构具有重要作用.中国地震局、中国科学院等自20世纪80年代开始布设首批重力仪,用于研究中国大陆固体潮空间分布特征,到目前为止已建成超过50个台站的重力观测网络.本研究利用该网络的重力潮汐因子观测结果,结合考虑了横向非均匀效应的潮汐理论和三维地球模型,构建了中国大陆及周边地区的重力M_(2)、O_(1)因子分布模型.基于微扰理论,本研究发现P波速度扰动、S波速度扰动、密度扰动及综合效应对重力M_(2)因子影响的幅值范围分别为-0.12%至0.14%、-0.19%至0.17%、-0.08%至0.06%和-0.09%至0.11%(对O1因子的影响为-0.13%至0.28%、-0.27%至0.15%、-0.12%至0.10%和-0.15%至0.05%),影响最显著的区域为喜马拉雅造山带(负值)和华夏古陆东南缘(正值),体现了这些地区的特殊构造.本研究利用最小二乘配置方法对重力潮汐因子的理论值与实测值进行了融合,发现中国大陆及周边地区的重力M_(2)因子幅值范围为1.130至1.175,总体呈现周围低、中心高的特征.重力O1因子幅值范围为1.145至1.195,总体呈现从西北向东南逐渐升高的特征.以上结果可为中国大陆及周边地区重力潮汐因子、地球模型等相关研究提供参考.

地球关键带:探究人地互动的“窗口”

地球关键带是近二十年全球地学研究的热点。在空间上,地球关键带是指地球表层各个圈层构成的复杂相互作用系统,为人类的生存和发展提供了关键资源基础。2001年,美国国家研究委员会地球科学基础研究委员会提出了这一概念。经过20多年的发展,地球关键带已经成为一个始于地球科学、落于多学科交叉的新兴领域。相关研究聚焦全球或特定区域关键带内的物理、化学和生物要素相互耦合过程,通过分析水、碳和能量等的相互作用循环,解释关键带内部多要素、多尺度及多过程的耦合机制。这些已有研究从地理要素循环与物质交换的视角为揭示地球关安建带的功能结构和动态演化提供了分析工具和手段。

国际地球化学研究新进展

2004年6月5-11日，在丹麦首都哥本哈根召开了第14届戈尔德斯密特(Goldschmidt)国际地球化学会议，共有46个国家和地区的约l500名参会代表。会议议题主要包括宇宙化学、地球化学和环境地球化学，主要涉及固体动力学、界面动力学、地球挥发份、地球表面、地球深部及早期地球和行星的地球化学过程6个专题。会议重点交流的内容主要集中在地球的层圈及其相互作用、环境和气候的地球化学示踪等方面，

我国地震构造地球化学监测研究现状

地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学。基于研究目的的不同,地球化学目前有元素地球化学、气体地球化学、同位素地球化学、构造地球化学、水文地球化学等研究方向。近些年来随着便携式化学测试仪器的普及,又衍生出构造地震地球化学?依据气体地球化学、同位素地球化学及水文地球化学相关理论方法,通过流动观测网、温泉或热水井固定观测点,来观测断裂带不同区段的深浅部流体地球化学特征及不同组分的物质来源,构建断裂带活动的流体运移动力学模型,通过示踪性元素及源解析方法,获得有关地球化学背景值和断裂带活动性分段特征;基于多期观测结果为震情趋势跟踪研判提供依据。

红尖兵山钨多金属矿床锆石、黑钨矿、日光榴石UPb年代学及地球化学:对北山造山带三叠纪关键金属成矿作用的启示

北山成矿带是我国西北地区重要的战略性金属矿产资源地之一,区内的岩浆岩年代学工作已得到广泛开展,但对成矿带内成岩与成矿关系等缺乏系统研究。红尖兵山作为北山成矿带最具代表性的钨多金属矿床受到了较多关注,但其成矿时代、矿床成因等一直存在较大争议,已成为理解区域成矿构造事件的重要制约因素。本文对红尖兵山矿床详细的野外地质调查工作显示,该矿床成矿岩体为双驼峰式二长花岗岩,矿化类型可以划分为云英岩型矿石和黄玉-石英脉型矿石。对红尖兵山成矿岩体中的锆石、云英岩型矿石中的黑钨矿和黄玉-石英脉型矿石中的日光榴石进行了LA-ICP-MS U-Pb年代学,研究结果显示其形成时代分别为221.7±1.3 Ma、221.6±2.1 Ma、220.5±7.9 Ma,指示红尖兵山的成岩成矿时代在误差范围内一致,是晚三叠世岩浆-热液活动的产物。黑钨矿、日光榴石和白云母的LA-ICP-MS成分分析结果显示,黑钨矿中富集Sc、Mo等元素,而日光榴石和白云母则分别富集Be、Zn、Sc和Li、Sc关键金属等元素。通过主成分分析(PCA)和元素相关性分析,揭示了黑钨矿、日光榴石和白云母中关键金属元素的赋存状态。综合分析显示,红尖兵山矿床形成于陆内造山后伸展构造背景下,在强烈的岩石圈伸展减薄和幔源岩浆底侵诱发下,地壳发生部分熔融产生的酸性岩浆经分异演化形成的岩浆热液与围岩相互作用后形成富含挥发组分、偏还原、低pH和低Eh的成矿流体,它们沿构造薄弱部位充填交代形成石英脉-云英岩型钨多金属矿床。本研究成果对于理解北山造山带三叠纪陆内伸展构造背景下构造-岩浆-成矿事件具有重要意义,并为该区域同类矿床的勘查和关键金属找矿提供了指导。

中国土壤54项指标的地球化学背景与基准研究

1999—2021年,中国地质调查局组织实施的土地质量地球化学调查共获得670321件表层组合土壤样品(0~20 cm)和167746件深层组合土壤样品(150~180 cm),覆盖面积约266.5万km^(2),囊括我国人口集中区和大部分耕地。对相关土壤样品均按统一标准分析了54项化学指标(Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、Cd、Ce、Cl、Co、Cr、Cu、F、Ga、Ge、Hg、I、La、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Th、Ti、Tl、U、V、W、Y、Zn、Zr、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、TFe_(2)O_(3)、MgO、CaO、Na_(2)O、K_(2)O、pH、全碳和有机碳)。本文利用这些数据讨论了中国土壤54项指标的地球化学背景值、基准值及其上下限的划定方法和基本特征,并对我国耕地土壤背景与现行环境、养分等相关标准中各种阈值进行了对比。结果显示:在全国尺度上,各项指标表层与深层Spearman相关系数均高于0.50,表明表层土壤中大部分指标都继承了深层土壤的含量与分布特征。54项指标中仅C_(org)、TC、N、S、Se、Hg、Br、Cd和P等指标背景值相对基准值发生了较大变化。我国耕地土壤中,Cd的农用地污染风险筛选值在背景范围内,Hg、As、Pb和Cr的筛选值则高于背景上限值。由于许多指标的空间分布存在着巨大的差异,在全国范围内划定一个统一的背景值并不利于土壤资源的精细化管理和保护,因此有必要在全国尺度地球化学背景与基准的基础上建立区域尺度地球化学背景与基准,为政府部门合理制定相关土壤环境质量的标准和保护法规提供依据。

“水文地球物理前沿进展”专刊征稿通知

水文地球物理是20世纪90年代发展起来的一门新兴交叉学科,覆盖地质学、地球物理学、地理学等多个学科,旨在利用地球物理数据精确刻画表征地表和地下水文过程和属性参数分布.为促进国内相关学者的学术交流,激发创新活力,托举青年人才成长,由中国地质大学(武汉)胡祥云教授倡议,2023年8月成功举办首届“水文地球物理交叉青年论坛”,第二届论坛于2024年8月在吉林大学顺利召开.为进一步推动学科交叉融合,《地球与行星物理论评(中英文)》期刊拟组织出版“水文地球物理前沿进展”专刊,具体事宜通知如下.

学科交叉是21世纪固体地球科学发展的必然趋势

地球科学(Earth Science)包括地质学、地球物理学、地球化学,以及海洋学、地理学、大气科学、水文学,以至生态学、生物学和日地物理学的一部分,即包括研究地球的所有学科。本文主要涉及固体地球科学(Solid-Earth sciences)范围的讨论,主要包括地质学(广义)、地球物理学与地球化学。

《地球物理学报》稿约

《地球物理学报》创刊于1948年，是中国科学院地质与地球物理研究所、中国地球物理学会联合主办的有关地球物理科学的综合性学术刊物．主要刊载固体地球物理、应用地球物理、地磁和空间物理、大气和海洋地球物理，以及与地球物理密切相关的交叉学科研究成果的高质量论文．中文版为双月刊，在国内外发行，并由美国地球物理学家联合会（简称AGU）同步发行英文网络版．作者和读者对象主要为从事地球物理学、地球科学及其他相关学科的国内外科技工作者和大专院校师生．

《地球物理学报》稿约

《地球物理学报》创刊于1948年，是中国科学院地质与地球物理研究所、中国地球物理学会联合主办的有关地球物理科学的综合性学术刊物．主要刊载固体地球物理、应用地球物理、地磁和空间物理、大气和海洋地球物理，以及与地球物理密切相关的交叉学科研究成果的高质量论文．中文版为月刊，国内外公开发行，并由美国地球物理学家联合会（简称AGU）发行英文版电子期刊（双月刊）．