地质数据三维可视化的属性、分类和关键技术

地质数据三维可视化具有显著的空间决策支持属性,其应用分类包括表达可视化、分析可视化、过程可视化、设计可视化和决策可视化。能否实现这两类"五个可视化",是检验所有地质三维可视化软件的水平和质量的试金石。地质数据三维可视化技术在矿产资源勘查、工程地质勘查、矿山设计开发、水利水电工程设计、地质灾害勘查治理和国防工程建设领域,有着广泛的需求和应用前景。其发展趋势是实现地上、地下、地理、地质数据一体化三维可视化采集、存储、管理、处理和集成应用。复杂地质结构的表达和快速动态建模方法和技术,仍将是未来一段时间的研究重点,引进知识驱动和本体论思路、方法,可能是解决这些问题的有效途径。

基于岩石损伤与水力作用的顺层岩质边坡临界失稳高度研究

顺层岩质边坡溃屈破坏一直是岩土工程领域的研究热点。首先介绍了直立层状岩质边坡在自重荷载作用下发生溃屈破坏的欧拉压杆失稳破坏模型,在考虑地下水对边坡稳定性影响的基础上,将该模型推广到顺层岩质边坡,建立了考虑水力作用的顺层岩质边坡失稳破坏模型及其临界失稳高度的计算方法,并对其进行了验证分析,结果表明岩层倾角α和内摩擦角?对顺层岩质边坡临界失稳高度有较大的影响,水力作用导致边坡的稳定性降低;然后,将岩石看作损伤地质材料,建立了考虑水力作用与岩石损伤的顺层岩质边坡临界失稳高度的计算模型;最后,结合具体工程案例对建立的模型进行验证,结果表明采用该模型计算得到的顺层岩质边坡临界失稳高度与实际边坡失稳破坏高度吻合度较高,证明该模型在工程应用中具有一定的可靠性和可行性。

主成分分析法在TM遥感影像蚀变信息提取中的应用

基于江西大余西华山钨矿区的多种围岩蚀变矿物及其在TM影像多光谱谱带的特征光谱分析,采用波段比值的方法对蚀变信息进行增强处理。用TM 3/TM 2波段比值增强黄铁矿和黄铜矿信息,用TM 4/TM 3和TM 5/TM 7波段比值增强绿泥石、绢云母和方解石信息;对已有的Crosta主成分分析法进行改进,将信息增强后的比值波段数据应用于Crosta法则,对西华山钨矿地区进行蚀变信息提取。经已知钨矿床(点)验证分析,证明上述方法能够有效地提取蚀变信息并识别研究区内主要矿物,提取结果可靠,可为蚀变异常提取工作提供参考。

基质吸力对非饱和黏土抗剪强度的影响

通过直剪试验,探讨了基质吸力与非饱和黏土抗剪强度的关系,结果表明:含水量对非饱和黏土基质吸力的影响较大,随着基质吸力的增大含水量减小,这种减小的趋势在基质吸力小于400 kPa时较明显;非饱和黏土抗剪强度与基质吸力之间的关系是非线性的,且存在转折点;基质吸力对非饱和黏土抗剪强度的提高有限。

“人-水-地”和谐的治水理念——以江汉平原防洪减灾为例

从狭义和广义两个角度对"人-水-地"和谐的治水理念进行了概述;结合江汉平原防洪减灾的实际,分别从我国国情、江河治理的基础、洪水发生的原因3个方面阐述了"人-水-地"和谐是实现科学治水的需要。基于新的治水理念,对"人-水-地"和谐思想在防洪减灾中的应用进行了探讨,提出治水的关键是协调人类活动与洪水储蓄的空间关系,治水的前提是查明流域地质环境与水文演化规律。

滑带土环剪试验及其对水库滑坡临滑强度的启示

滑坡临滑强度在滑坡研究中是一项重要内容,如何准确地确定其值是长期以来的重点和难点。开展滑带土环剪试验,不仅可以获取土体峰残强度参数,且能揭示土体剪切力学特性。通过黄土坡滑坡滑带土的环剪试验,确定出以180 kPa为界的高、低法向压应力区间,并分区间进行了土体剪切强度研究,分析了滑带土的剪切力学分区特性。揭示出本次滑带土以黏聚力下降为主(高压应力区下降44.8%,低压应力区下降93.8%),而摩擦角几乎不变(高、低压应力区峰残摩擦角之差分别为0.136°,0.468°)的峰后强度弱化机制。结合试验,通过引入黏聚力弱化系数,采用一种能反映滑坡演化过程的临滑强度反演方法,研究了不同工况下水库滑坡的临滑强度。并且从坡体受力状态和强度参数弱化的层面探讨了临滑强度因工况而异的原因,阐明其启示意义和工程意义。

基于多算法参数优化与SVR模型的白水河滑坡位移预测

滑坡预测对于减轻地质灾害的危害十分重要,但对科学研究却很有挑战性。基于变形特征和位移监测数据,建立了三峡库区白水河滑坡的时间序列加法模型。在模型中,累计位移分为3个部分:趋势、周期和随机项,解释了由内部因素(地质环境,重力等)、外部因素(降雨,水库水位等)、随机因素(不确定性)共同作用的影响。在对位移数据进行统计分析后,提出了一个3次多项式模型对趋势项进行学习,并利用多算法寻优的支持向量回归机(SVR)模型对周期项进行训练与预测。结果表明,在预测精度上,基于时间序列与遗传算法-支持向量回归机(GA-SVR)耦合的位移预测模型要明显优于网格寻优(GS)以及粒子群算法(PSO)优化的支持向量回归机模型。因此,GA-SVR模型在滑坡位移预测方面可以得到较好的应用。在"阶跃型"滑坡位移预测中,GA-SVR将具有广阔的应用前景。

洋内弧和陆缘弧体系中的大陆地壳生长:与太古宙体系的类比

地球陆壳的生长和再循环贯穿汇聚板块边缘的增生造山过程.太古宙陆壳生长主要发生在洋内弧和陆缘弧体系.在弧系统中,大洋岩石圈俯冲到更深的地幔深处,并可与其上覆沉积层序一起被俯冲刮削下来形成增生楔.俯冲板片析出流体与上覆地幔楔发生化学反应,形成镁铁质-超镁铁质交代岩,由其部分熔融所产生的镁铁质熔体上升形成镁铁质弧岩浆.在洋内弧体系中,产生的弧岩浆主要为玄武质熔岩,中地壳发育中性成分的垂向深成岩体和更浅层的岩墙和岩床.在陆缘弧体系中,不同的成岩过程导致玄武岩浆同化和分馏、初生玄武质岩石的部分熔融/再造,以及由幔源和壳源熔体的混合,因此产生的熔体主要为钙碱性安山质;但中地壳仍主要由长英质成分的垂向深成岩体组成,形成类似于一些太古宙地体(如Pilbara和Zimbabwe克拉通局部区)中发育的三维穹盆构造.值得注意的是,太古宙大陆地壳主要由英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)组合深成岩体构成,与显生宙洋内弧和陆缘弧体系的中地壳成分结构相似,这表明地球早期陆壳可能主要由多个弧体系拼合而成.通过综述和对比地球上保留的相关地质记录,可以发现早太古代以来,地球岩浆作用的模式在岩石成因、岩石类型、岩浆和增生事件的持续时间,以及变形和岩浆作用的空间尺度等方面基本保持不变,表明自早太古代以来,以俯冲和弧岩浆作用为特征的板块构造已经在地球上启动.然而,早期地球主要由增生造山带和大洋弧控制,通过多次增生事件逐渐增厚,在3.5~3.2Ga形成早期陆缘弧和增生造山带.由于地幔温度较高,太古代岛弧体系中俯冲板片熔融和温暖变质作用可能更常见.这些早期弧在约3.2~3.0Ga进一步拼合形成大型出露水面的地壳,为岩石圈张裂、大陆碰撞等大规模地质过程及超大陆旋回的开始创造了条件.建议在将来的工作中将虚无假设这一思辨方法应用到板块构造解释残留地质记录上,进而根据行星地球在生热上的根本差异,检验板块构造样式和岩浆作用随时间的演变.

板块构造与地幔温度和变质属性之间的关系

板块构造的启动时间及其在地球历史时期的演化过程,是地球科学的两大基本挑战.通过一个整体研究方法来分析地球历史时期的构造范式,可以解释自太古宙以来两种范式的板块构造.在这些解释中,早期的热俯冲与晚期的冷俯冲之间存在不同的变形和变质特征.汇聚板块边缘不同特征的区域变质作用记录了这两种不同范式的板块构造,这与太古宙和显生宙地幔温度的差异有关.以蓝片岩相变质作用出现为特征的现代范式板块构造出现在新元古代.这与表明古代范式的板块构造在太古宙早期已经启动的地质证据相吻合.地幔在地球演化史上的不断冷却可解释幔源熔体地球化学特征随时间的演化规律,而这个过程可能让无数小的板片数量逐渐减少并演变成更大的板片,改变洋壳、增生-碰撞造山带中岩石圈的厚度和保留程度,从而导致地球表面氧化作用,为孕育生命提供合适环境.