地质信息产品体系框架研究

加强地质成果产品化和产品服务化,是更好地实现地质成果价值的关键。通过开展地质信息产品基础问题研究,从产品的基本概念、产品属性、产品层次、产品分类出发,构建了地质信息产品体系框架,形成了数据、地质图、地学科普、馆藏资料、出版物、标准规范、软件、仪器设备与方法八大类产品系列及产品元数据和产品与服务的分级分类。在此基础上,以地质信息产品体系为指导,以用户多元化需求为导向,开展产品设计与开发规划,指导设计和开发针对不同层次用户的地质信息产品,以提升中国地质信息服务的精准化、规模化和高效化,助力新一轮找矿突破战略行动。

基于知识图谱多跳推理的中文矿物知识问答方法与系统

已有相关矿物数据库用于存储和查询相关矿物知识,常用的搜索引擎也可以对矿物知识进行查询,但无法回答用自然语言进行提问的矿物问题,查询返回的答案需要进一步筛选。亦有基于知识图谱进行矿物知识问答的相关研究,但只能回答涉及知识图谱中一个三元组的简单问题,无法回答涉及多个三元组的多跳复杂问题。为此,本文提出基于知识图谱多跳推理的矿物复杂知识问答方法,采用ComplEx模型将矿物实体、关系和问句表示为复数向量,以更好地获取相互之间的语义及推理关系。输入矿物问句后,通过Bert-LSTM-CRF获取其中心词,采用基于编辑距离及分词的方法获得中心词的候选实体集合,然后采用全连接网络确定最相关的实体作为推理起点,与矿物问句拼接后通过全连接网络获得当前跳的最相关关系。根据当前跳的起始实体及最相关关系,在矿物知识图谱中获得另一实体作为下一跳的推理起点,并将下一跳的问句更新为原问句,与当前跳最相关关系拼接,以将当前跳的推理信息带入到下一跳推理中,直到获得的最相关推理关系为预定义的结束标识符,推理结束,返回最后一跳的实体为答案,并给出推理路径。采用Python语言,在Tensorflow框架下实现了本文提出的矿物复杂知识问答并与相关模型进行对比,证明了本文方法的有效性。采用前后端分离架构,使用RESTful API、React、Ajax、echarts和Flask等框架和技术,开发了基于知识图谱多跳推理的矿物复杂知识问答系统,为矿物知识获取及相关地质研究提供了平台和工具。

基于本体指导的矿产预测知识图谱构建研究

在基于数据驱动范式的科学研究中,构建知识图谱已被证明是获取和表征知识的有效手段之一。然而,目前已构建的矿产资源预测领域知识图谱仍然存在诸多挑战和局限性,有待进一步解决和完善。首先,针对矿产预测的本体构建问题研究相对较少,尤其是该领域现有知识图谱的本体层普遍缺乏时空语义,限制了对于矿产资源时空特征的有效表示与分析。其次,现有图谱构建方法主要为面向数据层面的文本抽取,而缺乏对于复杂逻辑关系的本体层建设,以及本体层与数据层之间的有效关联。以上问题会导致构建的地学知识图谱缺乏深层次的语义信息,难以满足矿产资源预测对表达复杂地学概念和关系的需求。针对上述问题,本研究以综合信息矿产预测理论为指导,旨在构建可应用于矿产预测任务的复杂语义知识图谱。具体而言,首先通过对矿产预测的理论和方法进行解析构建初始化领域本体,然后选择成熟的地质时间本体和地理空间本体对初始本体进行本体融合和扩展,通过嵌入时空语义有效表达地矿产资源的时空特征。此外,重点关注了本体层与数据层之间的关联建设,通过建立丰富的语义关系,实现知识图谱中各个节点之间的有效连接与信息共享。实验结果表明,采用本文所提出的方法构建的图谱在知识丰度和置信度等指标上均优于其他现有方法。这一研究为矿产预测领域提供了更为深入和全面的数据资源建设的方法支撑,有助于推动该领域的进一步发展和应用。

区域地质灾害易发性评价的证据权法原理与实践

在阐述证据权法概念与原理的基础上,以西北黄土高原滑坡、崩塌地质灾害高易发的兰州市区为评价区,详解基于证据权法的区域地质灾害易发性评价的技术流程,利用GIS工具,开展评价指标选取与相关性分析、证据因子权重与后验概率分析、评价模型检验、易发程度评价。分析结果显示,坡度、坡向、地层岩性、断层、绿化灌溉、土地利用类型等地质灾害影响因素之间呈无相关或弱相关性,符合相互独立的要求,组成的模型ROC曲线(接受者操作特征曲线)AUC值(曲线下面积)为0.85,具有较高的预测精度。理论与实践表明,与其他统计学方法相比,证据权法同时考虑了评价指标中存在地质灾害与不存在地质灾害2种情况,避免了当地质灾害不存在时权重偏大导致结果失真的问题。证据权法结果为地质灾害发生的绝对概率,可以作为不同区域、地区的地质灾害易发程度对比的依据。

企业级数字岩心数据中台系统建设

岩心分析是实现精准、高效油气开采的基础,岩心数字化已成为岩心分析不可替代的重要手段。针对现有数字岩心数据量大、数据共享能力低、多资料协同分析难的问题,本文研究设计了企业级数字岩心数据中台系统。系统集数据处理、数据存储、数据应用支撑于一体,提出了多模态岩心数据存储方法,制定了岩心数字化标准,提供了数字岩心应用思路。系统可适应于常规与非常规储层研究的不同尺度数字岩心应用场景,能为多专业人员应用提供协同研究环境,充分发挥岩心资料在勘探开发中的使用价值。

南山口抽水蓄能电站地下厂房围岩工程特性评价

基于数据库的三维地质建模已广泛应用于地质勘测领域,本文以南山口抽水蓄能电站为例,展示利用CnGIM_ma三维地质软件构建的地下厂房围岩的三维模型,并通过对围岩进行等级分类准确评估其力学参数。结果显示,利用三维模型能更准确地反映岩体的真实条件,为地下厂房的建设及开发提供参数基础,并及时呈现地质信息成果。

三维地质建模技术在基础地质研究中的应用

三维地质建模已有一些成熟的软件,可以通过钻孔、剖面和平面数据进行三维地质建模和分析。由于获取三维空间数据的难度和复杂性,三维地质模拟通常通过分析、解释、推理、插值和外推来建立地质模型。收集三维地表信息的方法可分为三类:地面测量方法、遥感/摄像测量方法、激光探测和测量方法。

三维成矿预测关键问题

三维成矿预测是当前深部找矿预测和勘查的重要方法和手段,其方法体系和实践应用均已取得大量成果,但同时存在若干关键科学技术问题,导致其进一步发展受到制约。本文从多尺度三维成矿预测方法体系不完善、不确定性分析与优化研究薄弱、三维成矿预测要素挖掘存在瓶颈、缺少针对三维成矿预测的三维深度学习模型和方法等关键问题出发,对目前三维成矿预测领域相关方面的研究进展进行综合分析,并提出针对上述关键问题可能的解决方案和研究方向。预期未来三维成矿预测领域的研究工作将创新发展出多种方法,实现对三维预测信息的深度挖掘;构建形成适用的三维深度学习模型和训练方法,有效增强三维成矿预测结果的预测能力;通过系统性地开展三维成矿预测不确定性研究,进一步优化预测过程和结果,有效提高三维成矿预测方法的可靠性和准确性;形成面向多尺度三维成矿预测的方法体系,更有效地指导矿集区-矿田-勘查区块(矿床)等不同级别的深部矿产资源找矿勘查工作。相关关键问题的解决将进一步深化和完善三维成矿预测理论和方法体系,促进三维成矿预测理论方法的实践应用,显著提升深部找矿预测和勘查工作的效率与水平,助力深部找矿突破。

基于CiteSpace的地质大数据与人工智能研究热点及前沿分析

为研究地质学领域的大数据和人工智能研究现状、热点和前沿,在中国知网(CNKI)核心期刊和Web of Science(WoS)核心数据库收集了2000—2022年相关中文文献3600篇、英文文献1803篇,利用社区结构分析软件CiteSpace,从合作作者、研究国家、研究机构、关键词聚类、关键词时空分布图谱等进行可视化分析,并统计了2021—2022年间,地质学领域国际顶级期刊(综合影响因子10以上)的文献进行前沿分析。分析结果表明,近10年内该研究领域全球累计发文量激增,以中国为代表的亚洲国家和以美国为代表的欧美国家研究为主,双方累计发文量相差不大,论文中介中心性欧美国家普遍较高。我国研究机构之间的交流合作居多,与国外的研究机构交流合作较少,国外研究机构则与之相反。该领域以应用机器学习类方法、知识图谱构建等,在地质灾害防治、地震解释、石油与天然气勘查、固体矿产资源预测等方向进行的科学研究为研究热点,以深度学习、集成学习、智能平台搭建等为手段的地球演化过程中的重大地质事件研究、全球性气候变化、极地及海洋地质研究、数字地质建模及定量分析、地震预报、地灾易发性精准评估等为研究前沿。

三维复杂地质结构模型的InterfaceGrid表达方法

三维地质结构模型是地质空间内地质构造和地质体对象边界的数字化表征模型。随着地质数据矢量栅格一体化集成和地质数据空间查询分析需求增多,构建统一表达地质结构的一体化空间数据模型成为三维地质信息科学领域需要解决的基础性问题之一。针对规则网格、PillarGrid和SBRT模型等难以实现复杂地质结构的精细表达问题,本研究提出InterfaceGrid数据模型,充分考虑地质结构和属性的地下分布具有极强的非均匀性、不连续性和空间多尺度性,且表现出纵向分层特性和多属性场耦合的相关性。基于InterfaceGrid设计理论模型和数据结构,构建统一描述三维地质结构的InterfaceGrid数据模型,实现复杂地质结构的矢量栅格一体化表达。基于GeoAtom地原子理论构建InterfaceGrid的形式化表达框架,提出InterfaceGrid的构建流程,以及基于InterfaceGrid模型设计数据更新和空间查询算法。采用GPU光线投射和自适应采样策略实现地质网格的体可视化和在线浏览,结果显示,与SBRT模型相比较,InterfaceGrid能够更加真实地描述地质边界情况,提高了三维地质结构模型的准确性。在全球岩石圈三维网格化构建应用InterfaceGrid,验证了InterfaceGrid在大规模地质数据组织管理中的适用性,相比较PillarGrid数据量减少约1/3,更加适合基于大数据量的网络地学应用服务。

矿物组分识别与智能解释在不同岩性之间的信息共享与迁移学习

在地球科学领域,岩石微观观测数据的采集过程繁琐且效率低下,这不仅增加了研究成本,降低了可靠性,同时也限制了数据的开源共享。此外,由于岩性的多样性和观测手段的差异,单一数据集的规模通常较小,这对于依赖大规模数据集的深度学习框架而言是一大挑战。为此,本研究探索迁移学习如何促进不同岩性间的信息共享,并通过此机制提高矿物组分识别与智能解释任务的模型性能。通过采集不同区域、岩性、矿物组分和偏光模式下的铸体薄片样本,本文深入研究了深度学习模型在不同观测对象和手段下的迁移学习机制,并聚焦于探索地质信息的深层表征。研究成果不但揭示了迁移学习在促进地质学领域信息共享与模型性能提升中的关键作用,还为自动化和智能化地质认识融合奠定了基础。实验结果显示,通过迁移学习,本文模型在智能解释任务中的准确率显著提高,从53.3%提高至98.73%,而在矿物组分识别任务中,准确率也实现了近10%的提升。这些成果证明了迁移学习在地质学领域内解决实际问题和提高模型泛化能力、性能和稳定性方面的巨大潜力。

基于地质大数据的中国金矿时空分布规律定量研究

在大数据科学成为新的科学范式的背景下,基于地质大数据理念,将传统的定性地质研究方法推向定量研究的高度。文章通过对5300余处金矿产地资料的系统梳理,定量分析了中国省(自治区)、市、县级及Ⅲ级成矿区带金矿成矿密度、成矿强度和各成矿时代金矿的成矿强度问题。研究表明,中国金矿具有明显的时空集中分布趋势。中国金矿空间分布具有区域性集中的明显趋势,以胶东、小秦岭等区域为金矿高密度、高强度成矿区;新疆矿床数量最多;山东省金矿成矿密度最大,成矿强度最强;在地级市统计中,山东烟台市和河北承德市是全国仅有的两处矿产地数量过百的地级市,山东烟台市的金矿无论是矿产地数量、成矿密度,还是成矿强度均居全国首位;在县级行政区统计中,新疆塔城地区托里县金矿矿产地数量最多(52处),安徽铜陵市区金矿成矿密度最大,山东烟台市莱州市的金资源储量最大(2341 t),成矿强度最强(1.35 t/km^(2));在成矿区带统计中,华北陆块北缘东段成矿带(Ⅲ-57)金矿矿产地数量最多(345处),胶东成矿带(Ⅲ-65)金矿成矿密度最大,成矿强度最强。中国金矿时间分布不平衡,具有成矿强度老弱新强、东西南北成矿有别、叠加成矿时间跨度大和新生代金矿资源潜力大的特点;燕山期是中国金矿最重要的成矿时期,成矿强度大,达到10.5个矿区/Ma,金资源储量93 t/Ma。今后中国金矿地质工作的核心依然是加强金矿找矿工作、保障国家金融安全。

甘肃西秦岭矿床成矿系列及其量化评价

本文以中国矿产地质志项目规定的矿种为基本因素,厘定甘肃西秦岭矿床成矿系列及其各种归并形式,并通过量化评价结果反映其找矿意义。基于39种既有矿产的分布特征,按照矿床成矿系列厘定原则,在甘肃西秦岭厘定了21个矿床成矿系列和84个矿床式。根据矿床成矿系列对应的成矿作用、成矿地质环境和构造旋回,将该区域的矿床成矿系列归并为5个矿床成矿系列组合、12个矿床成矿系列类型和4个矿床成矿系列组;针对华力西—燕山期构造旋回中存在构造亚旋回的特点,在其中划分出了矿床成矿系列亚组;探讨了矿床成矿系列在构造旋回中的演化规律。提出了资源当量和当量密度概念,结合其他成矿广度指数和成矿强度指数,有效地进行了矿床成矿系列及其3种归并形式的量化评价。结果表明:矿床成矿系列的成矿多样性与中酸性岩浆活动强度正相关;优势矿床成矿系列是中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭晚古生代沉积矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列、南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列、南秦岭古生代—三叠纪沉积矿床成矿系列和南秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列;优势矿床成矿系列类型是前陆盆地叠加后碰撞矿床成矿系列类型和岩浆弧叠加后碰撞矿床成矿系列类型。

博孜-大北区域断裂活动的差异性及其对油气聚集的指示意义——来自天然地震及数值模拟的启示

本文针对博孜-大北地区的天然地震活动与分布进行统计分析,结果显示博孜与大北区域的地震分布存在明显差异性。博孜地区的天然地震呈现出山前向盆地方向减少的特征,而大北地区的地震活动主要聚集在靠近盆地的盐下冲断楔前部。通过对博孜-大北区域盐下断裂活动的定量分析和模拟,发现大北地区受到厚盐层沉积的影响,在盐下冲断楔前部区域出现持续的强断裂活动区,形成盐下断裂乱序传播模式;而博孜地区断裂自山前向盆地方向递进传播,其活动性逐渐减弱。研究结果表明,盐下断裂活动和天然地震分布具有良好的相关性,该地区盐下断裂活动的强弱是其天然地震分布的主要控制因素。大北盐下冲断楔前部区域断裂的持续活动导致该区域天然地震高频活动,而博孜区域盐下冲断楔前部区域断裂活动较弱,天然地震活动频率相对较低。区域油气勘探结果显示,地震活动对油气分布具有指示意义。博孜冲断楔前部区域的博孜1构造区具有断裂活动弱、地震频率低、油气藏保存条件好以及整体连片含气等特征,是油气勘探的有利区域。

弱透水层瞬态水力参数的地质统计反演识别研究

弱透水层释水变形伴随着水力参数(渗透系数K和贮水率Ss)的瞬态变化,传统的“移动窗口”式反演方法假定每个反演窗口的初始状态是静态的,这与弱透水层释水变形存在明显滞后效应的实际情况不符。本文提出了在高维参数反演优化情境下,时间域上模型参数的动态变化可与空间域上模型参数的一维非均质性等价,因而可用地质统计反演方法可用于识别弱透水层瞬态K和Ss的新思路,实现了该方法在水文地质领域的创新性应用。以上海越流含水层系统为例,运用似线性地质统计反演算法,高精度地拟合了F16分层标处的长观变形数据,获取了原位透镜体状弱透水层K和Ss的瞬态特征。反演结果显示,观测时段内K的变幅为1.02×10^(-5)~5.89×10^(-4)m/a,平均值为1.38×10^(-4)m/a,Ss的变幅为4.34×10^(-4)~6.02×10^(-3)m^(-1),平均值为2.65×10^(-3)m^(-1)。基于反演所得参数瞬态特征,分析原位弱透水层在1994年前后分别以弹性和塑性变形为主,弱透水层K呈现与含水层水位相反的季节性变化特征,该现象可能与渗流力作用下细粒物质在含水层与弱透水层透镜体交界面附近的对孔隙的阻塞和疏通作用有关。该方法可获取完整观测时段内水文地质参数的动态变化轨迹,在计算评价地表水-地下水交互领域的河床渗透性、原位修复领域的渗透反应墙渗透性等的动态演化特征方面具有潜在的应用价值,并可作为构建水文地质领域、岩土工程等领域有关本构模型的有效辅助手段。

尖灭分叉型煤层三维地质建模研究:基于地质统计学和符号矩阵的方法

由于成煤期的泥炭沼泽基底不平以及地质环境等的变化,导致相对较大的地质区域内煤层常出现尖灭、分叉等复杂情况,影响开采设计,为高效准确定位煤层边界及分布位置,提出一种基于地质统计学和符号矩阵进行三维地质建模的方法。通过符号矩阵方法,按照一定精度离散煤层和非煤层数据,利用泛克里金法确定平面煤层厚度,反距离加权法确定每个栅格的符号距离函数估值,局部窗口对煤层进行精准定位,确定与煤层厚度相匹配的距离函数截距,建立煤层的三维地质模型,并讨论了距离函数截距对煤层精度的影响;滑动垂直窗口大小与煤层位置对建模结果中煤层连通性的影响。结果表明:该建模方法可以针对煤层尖灭、分叉等复杂情况快速建模,对大范围区域地质模型构建有一定的适用性,自动化程度高,可应用于煤层开采设计及资源评估。

地质调查业务管理数据集成辅助决策系统架构与关键技术

在地质调查工作过程中,各类信息系统产生了海量的业务管理数据,需要解决这些多来源、高动态、复杂异构数据的有效集成辅助决策问题,驱动管理决策现代化。基于大数据、GIS、数据挖掘等技术,构建了地质调查业务管理数据集成辅助决策的总体架构;通过多源异构数据自动化动态集成处理、基于Hadoop的“湖仓一体”混合式数据组织管理、数据挖掘融合地理智能的分析决策模型等关键技术方法,研发了国家地质调查业务管理大数据系统。系统已接入24个数据源,实现了自动化动态集成,完成了1.5亿余条、20多万档异构数据的一体化组织管理,通过数据和分析服务有效辅助了管理决策。可有效解决大数据环境下数据集成辅助决策问题,提升国家地质调查工作管理决策的效率和水平。

青藏高原地质调查信息化建设现状与展望

随着我国西部大开发战略的推进,青藏高原地质调查日益受到重视。信息化建设成为地质调查发展中的重要议题,而信息化技术的发展,为青藏高原地质调查带来前所未有的机遇和挑战。该文分析国内外地质调查信息化建设的发展现状,对青藏高原地质调查信息化建设现状深入讨论,提出地质调查信息化建设的思路,探讨未来的发展趋势与挑战,展望青藏高原地质调查信息化工作发展的重点方向和领域,为青藏高原地质调查信息化建设与发展提供有益的指导和启示。

数字露头实景三维Web平台研究与云端地质考察应用

露头是地质考察的重点,结合无人机倾斜摄影测量技术构建数字露头实景三维模型并实现露头可视化研究能够为解决传统地质研究中存在的效率低、危险性高和数据复用性差等问题提供全新的思路。论文研究了倾斜影像三维建模、数字露头三维可视化和全景影像可视化等三维技术,并基于Cesium开源三维地球引擎研发了数字露头实景三维Web平台。平台实现了高精度露头实景三维模型的可视化,并将露头相关的描述、图片、视频、全景、文献、观察点、地质标绘等信息与露头三维模型有效结合,实现了露头三维模型上传与实景漫游、露头相关地质信息自主提供、分享、互动与可视化展示。论文通过实例证明了平台云端地质考察应用的有效性和新颖性。该平台作为第21届国际沉积学大会虚拟野外地质路线考察的首选,已成功应用于15条路线中的12条。相比传统地质研究手段,露头云端三维可视化研究能够帮助地质学者更加全面、直观地理解露头地质现象的时空展布和地质特征,并且支持数字环境下露头资源的共建、共享,节省了地质考察的时间和成本。

沉积模拟实验信息系统的设计与实现

多年来,国内外地质学家在沉积模拟实验研究中积累了海量的实验数据和资料,但目前缺少对此类信息进行规范化管理和共享应用的软件系统。对此,提出浏览器/服务器(B/S)模式的沉积模拟实验信息系统,实现了沉积模拟实验的实验设计方案、实验观测数据、实验结果等信息的集成管理、高效检索和可视化分析等功能,从而为沉积模拟实验的网上信息化管理与分析应用提供可行方案。最后,以某油田辫状河储层沉积模拟实验为例,介绍了系统中实验项目检索、实验详情浏览、砂体测量数据的统计分析等功能的应用效果,说明了本系统的实用性。本系统的研发与应用可极大地方便沉积模拟实验数据的管理、分享及分析工作。