野外露头区岩石裂缝的检测对于裂缝性油气藏的地质勘测具有重要意义，但传统的图像处理算法对岩石裂缝检测效果欠佳，经典的深度学习模型检测效率与复杂地质环境的岩石裂缝检测精度较低，因此提出了一种改进的露头区岩石裂缝检测算法YOLOv7-PCN。首先，融入PConv（partial convolution）模块替换主干网络的部分标准卷积，从而降低网络计算量，提高网络检测速度；其次，引入坐标注意力机制（coordinate attention，简称CA），增强对裂缝关键边缘与密集分布位置特征的提取能力；最后，边界框回归损失函数使用NWD（normalized Wasserstein distance）度量方式，优化了网络训练的收敛速度，提高了复杂地质环境岩石图像分辨率较低与小目标裂缝的定位检测精度。同时在数据处理方面结合数据增强方法构建了露头区岩石裂缝数据集，提高了网络模型的泛化能力。实验结果表明，该算法在4种岩石类别（白云岩、灰岩、泥岩和砂岩）的裂缝检测上mAP值（平均精确率的均值）达到82.5%，相比于原YOLOv7算法，提升了7.7%，同时模型参数量减少了29.6%，模型计算量节省了31.2%，模型检测速度提升了39.2%。本研究提出的改进YOLOv7岩石裂缝检测算法，在实现轻量化同时使得复杂环境下的裂缝检测结果更加准确，为地质岩石裂缝识别与勘测任务提供了重要的技术参考。

规模序列法基于Pareto定律，有效获取油气藏规模变化系数（k）的取值长期以来是该方法应用中的关键及难点，并制约了该方法的应用成效。通过求取已发现油气资源规模比，利用已发现油气资源可能具有的规模序列号，构建了一种对k的优化取值技术，主要包括：以资源规模序列号与k为坐标轴建立坐标系，根据已发现油气资源规模比做数据交汇，当不同规模比下的交汇数据点近似位于垂直于k轴的直线上时，该直线与k轴的交点即为k的一个解；进一步提出了在获取k及规模序列解集后，对解集进行优选定解的原则，以满足油气资源评价需求。对已发表文献中经典数据的分析表明，通过应用该技术可有效获取油气藏规模变化系数（k）的取值；并进一步构建了对川中金秋气区盐亭区块侏罗系沙溪庙组6号砂组天然气资源的应用实例，表明预测与实际拟合结果较好，评价结果符合当前盆地天然气勘探认识。该技术对地质经验依赖程度低、不需要设定分析步长、无复杂的行列式-矩阵运算环节，有效降低了在k取值过程中的主观性和计算强度，并实现了程序化，提高了分析时效性，可为规模序列法的深入应用提供帮助。

致密砂岩储层孔隙结构复杂、纳米孔隙发育，需集成多种技术对孔隙结构进行综合表征，以更好地认识储层。在优选6块延长组长7¹储层代表性岩心基础上，采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、恒速压汞（CMP）和核磁共振（NMR）等方法，研究了岩心样品的孔隙类型及结构特征。采用CMP数据对NMR孔隙分布进行了修正，识别了喉道半径与孔隙半径的分布范围，建立了适用于致密砂岩的孔隙半径分类方法。研究结果表明，目标储层可动水与不可动水孔隙度之比仅为0.14～0.47，渗流能力差。将NMR与CMP数据相结合可精确识别出目标储层喉道半径中值为0.151～0.525 μm，孔隙半径中值为4.38～9.76 μm。孔隙内赋存水类型分为可动水、束缚水和黏土结合水，对应的饱和度平均值分别为23.4%、14.8%和9.4%。微小孔（T₂<T_2c1）、中孔（T_2c1<T₂<T_2c2）和大孔（T_2c2<T₂）的平均孔隙度分别为3.12%、3.42%和1.35%。孔喉半径r_2c1可作为储层渗流能力划分的评价指标，r_2c1的降低会导致微小孔（即吸附孔）孔隙度的降低，以及中孔和大孔（即渗流孔）孔隙度的增加。研究成果为优选致密砂岩优质储层，提高致密油采收率提供了参考和借鉴。

利用分子动力学模拟来研究致密油的赋存状态以及CO₂置换致密油的机理。采用蒙特卡洛法和分子动力学模拟算法，建立了不同相对分子质量烷烃在岩石壁面的赋存状态模型，研究了烷烃分子在不同岩石壁面的赋存特征，分析了CO₂和N₂置换致密油的微观机理。模拟温度和压力条件（343.13 K、20 MPa）选取四川盆地致密储层的温度和压力条件。测得石英壁面和方解石壁面中，C₇在CO₂中的扩散系数分别为1.88×10⁻⁵ m/s²和1.83×10⁻⁵ m/s²，在N₂中分别为6.4×10⁻⁶ m/s²和9.01×10⁻⁶ m/s²。结果将CO₂置换致密油的效果明显好于N₂。随着相对分子质量的增加，烷烃分子从岩石壁面置换的难度增大，方解石壁面对烷烃分子的吸附作用要强于石英壁面。根据本研究模拟结果将CO₂置换机理大致分为4个阶段：分子扩散阶段、竞争吸附阶段、乳化溶解阶段以及混相阶段（低相对分子质量烷烃）。

柴达木盆地英雄岭页岩油勘探开发潜力巨大，但目前在旋回地层学方面的工作较为薄弱。为了明确英雄岭页岩的天文旋回沉积响应特征，通过对英雄岭页岩发育的下干柴沟组上段地层开展了4口井的频谱分析，综合岩心、测井、地球化学分析等方面的成果，在该套地层中识别出多组米兰科维奇旋回，并依据404.858 ka的长偏心率周期建立了英雄岭页岩“浮动”天文标尺，明确了英雄岭页岩的沉积速率与沉积充填特征。研究表明：英雄岭页岩沉积时间约为4.86 Ma、平均沉积速率达到340.44 m/Ma，高沉积速率是英雄岭页岩的重要特征之一。基于长偏心率周期分析的总有机碳含量沉积响应特征表明柴达木盆地英雄岭页岩的有机碳富集程度受沉积速率控制明显，随着沉积速率的增大，总有机碳含量呈升高趋势，当沉积速率超过450 m/Ma时，受到碎屑稀释效应影响，总有机碳含量出现显著下降。基于单一长偏心率周期的岁差旋回周期对沉积构造响应模式分析表明，当岁差参数处于最小值时，主要发育贫有机质层状灰云岩；当岁差参数处于最大值时，主要发育富有机质纹层状灰云岩。英雄岭页岩表现出的这种明显轨道强迫响应，将有助于页岩油有利层段预测，可为今后英雄岭页岩油高效勘探开发提供一些新思路。

为实现CO₂驱油及地质埋存适宜度、驱油量及埋存量表征与评价，在开发中后期油藏中充分考虑CO₂驱油及地质埋存机制的阶段性差异，提出了CO₂驱油及地质埋存适宜度的三阶段三类三维表征与评价方法。首先，开展CO₂驱油及地质埋存适宜度分阶段分类研究，包括基于5因素法的CO₂驱油-物理埋存阶段适宜度分类、基于6因素法的CO₂驱油-物理化学埋存阶段适宜度分类、基于6因素法的CO₂化学埋存阶段适宜度分类。然后，实施CO₂驱油及地质埋存适宜度三阶段三类三维表征与评价，包括基于埋存系数法的CO₂驱油量可视化分级分类评价、基于埋存系数法的CO₂埋存量可视化分级分类评价。将提出的三阶段三类三维表征与评价方法应用于中国东部某典型低孔、特低渗油藏，先后建立了适宜度三阶段三类标准、适宜度三阶段三类三维模型、每个阶段各类储集体的驱油量与埋存量三维模型，计算出实例区三阶段各类储集体CO₂驱油量648.24 t、埋存量2956.84 t，表征了各阶段各类储集体CO₂驱油及地质埋存的空间分布特征，为下一步CO₂捕获、利用和存储（CO₂ capture，utilization and storage，简称CCUS）项目精细化作业提供了技术支撑。

泾河油田长8-长6段致密砂岩“甜点”储层受走滑断裂带及内部结构模式控制，且分布非均质性极强，表明构造成岩作用是主要控制因素。综合多种资料，开展了断裂带构造成岩成储分析，为致密砂岩油藏高效开发提供了依据。研究表明：受构造应力应变差异控制，走滑断裂带与走滑断裂带之间区域的构造成岩作用及控储特征存在差异，主要表现在：（1）走滑断裂带的构造应力应变具有簇状分布特点。走滑断裂带为高应力应变区（HSSZ），走滑断裂带之间的区域为低应力应变区（LSSZ）。走滑断裂带沿走向可划分为张扭段、压扭段和走滑段；垂直于断层走向可概括出三大类八小类侧向分带结构模式。（2）走滑断裂带的构造成岩作用包括：变形条带、胶结作用、溶蚀及交代作用、微裂缝、碎裂作用、构造涂抹。（3）构造应力应变差异控制了构造成岩差异，进而控制了储层物性：① HSSZ区域和LSSZ区域的压实减孔作用均强于胶结作用。但是HSSZ区域的构造成岩减孔作用强于LSSZ区域，而LSSZ区域的胶结减孔作用强于HSSZ区域。②分段控储作用由好到差依次为：张扭段、断层端部、弱张扭段、走滑段、压扭段。

为了研究高压电脉冲-水力压裂岩体缝间扰动及裂缝扩展规律，以弹性力学、断裂力学、损伤力学为基础，采用扩展有限元法对高压电脉冲在水压（3 MPa）下的放电过程进行了数值计算，并对岩体裂缝进行了分析。结果表明：在5 kV放电电压下，高压电脉冲-水力压裂较传统水力压裂的最大裂缝宽度提高了35%，且随着放电电压增大，裂缝的最大裂缝宽度和起裂压力均增大，缝间干扰能力增强。此外，岩体中缝间干扰还与主应力差、注入速率、裂缝数量有关。具体而言，在相同的电压下，注入速率越快，裂缝长度越长，应力阴影效果越明显，缝间扰动越强；在注入速率相同的情况下，主应力差越大，裂缝朝最大主应力延伸的方向性越明显，起裂压力和最大裂缝宽度均随着主应力差的增大而减小；多个裂缝分支可以同时扩展并相互交叉，3条裂缝的应力阴影区比2条裂缝的影响区范围更广。研究结果可以为水下高压电脉冲压裂和煤层增透技术的研究提供理论依据和研究方法，并且为实际工程人为控制裂缝奠定一定基础。

河南省具有复杂的地貌类型，面临着频繁发生滑坡灾害的挑战，因此进行高效准确的滑坡易发性制图对于地方政府和居民具有重要意义。但是，在滑坡易发性制图研究中，如何选取适合河南省滑坡灾害数据集的机器学习模型、提高评价精度的对比研究仍需进一步开展。以河南省为研究区，收集滑坡数据并编录成滑坡灾害数据库。通过递归特征消除法筛选出对滑坡相对影响最高的11个因子（坡度、高程、平面曲率、剖面曲率、土地覆盖、岩性、土壤类型、降水量、道路密度、河流密度、断裂带密度）整合成空间数据集，训练多层感知机（MLP）神经网络、随机森林（RF）、极端梯度提升（XGBoost）和支持向量机（SVM）模型并使用接收者受试特征曲线下面积（AUC）评估各个模型性能，制作高精度滑坡易发性分区图。研究结果表明，多层感知机模型对河南省滑坡灾害数据集适配性最强，AUC达到0.95。相较于支持向量机、极端梯度提升和随机森林模型，MLP模型预测的滑坡灾害高易发区的面积占比最小，能更精确地识别潜在滑坡灾害高风险区域。预测的极高和高易发区主要分布在豫西山地、丘陵地区，地形因素对河南省滑坡灾害发育具有主导作用。研究成果可为大尺度区域开展高精度滑坡灾害易发性评价提供参考。

全球气候变暖形势严峻，温度的升高将直接导致广泛分布于青藏高原的各类含冰堆积体与冻结堆积体出现冻结区退化、热融沉降、失稳破坏等一系列工程地质问题。随着青藏地区人类生产实践与工程活动的日益频繁，这些工程地质问题将严重威胁着该地区的人民生命财产安全和重大工程建设进程。本研究建立了考虑冰水相变作用的岩土体渗流-传热-变形耦合数值模型，并通过与已有试验研究以及数值模拟研究的结果进行对比，充分验证了所搭建耦合模拟方法的有效性。基于所搭建的耦合模拟方法，聚焦帕隆藏布流域广泛分布的含冰冰碛土斜坡，结合历史气象数据和气候预测数据（SSP1-2.6与SSP5-8.5两种情景下），开展了自2020-2100年，时长80 a的斜坡多场耦合模拟与长期稳定性计算研究。结果表明，坡体内部各深度土体在长期变暖进程中均呈现不同程度的升温，并进一步导致坡体内部冻结区出现不可逆转的退化，从而导致相应的不可逆转的热融沉降与稳定性下降现象。冻结区的退化与其相应导致的不良工程地质现象受未来不同气候演化模式影响巨大。在SSP5-8.5情景下，持续升温至2080年前后，年均大气温度共抬升了3.84 ℃，坡体内部开始出现冻结区不可逆的退化与随之出现的不可逆沉降现象。在2080年坡体表层出现冻结区永久退化之后，坡体的热融沉降进程与稳定性的下降过程开始出现显著的加速现象，直至2100年，坡体热融沉降可达0.06 m，坡体稳定性较2020年下降了6.3%，这一非线性演化特征深刻反映了含冰土体这一特殊岩土材料在温度升高作用下由量变向质变转变的演化过程。而在SSP1-2.6情景下，冰碛土斜坡并未出现显著的冻结区退化与稳定性劣化的现象。本文构建的嵌入气候模型、考虑了冰水相变的岩土体温度-渗流-应力多场耦合模拟平台，量化评估了不同未来气候情景下坡体退化程度与失稳风险，揭示了气候驱动下含冰冰碛土斜坡水热力多场响应机制，阐明了斜坡长期稳定性演化规律，其成果为高寒高海拔地区地质灾害气候响应和区域地质风险评估奠定了重要理论基础。

考虑区域历史滑坡的降雨特征与地质环境，构建合理的降雨阈值模型，对区域滑坡灾害的预测预报十分重要。以重庆市2013-2021年的1368个降雨型滑坡为研究对象，基于详细的滑坡编录数据和区域地质环境资料，划分降雨事件，构建滑坡样本库。利用随机森林（RF）算法，建立了当日激发降雨量-前期有效降雨量（R_d-R_p）降雨阈值模型，基于概率分级划分了不同预警等级。以中等预警概率按孕灾环境、工程岩组、土地利用和土壤类型4种地质环境分别构建了19个临界降雨阈值判据。结果表明：R_d-R_p阈值模型能够很好地反映当日激发降雨量和前期有效降雨量对滑坡发育的影响，且前期有效降雨量在滑坡诱发中占主导作用。不同的地质环境类型对降雨因子的敏感性不同，地质构造、岩土体工程性质、植被覆盖以及土壤性质等对滑坡发育有重要影响。以坚硬岩为主的岩组阈值高于以软弱岩为主的岩组，林地的阈值大于耕地，受人类工程活动破坏严重的区域阈值会降低。利用随机森林方法为重庆市不同地质环境分区建立了降雨阈值判据，本研究可为重庆市降雨型滑坡的气象预警管理提供新的思路与借鉴依据。

强震作用下近断层滑坡常造成灾难性的后果。其中，逆断层活动影响下的地震诱发滑坡动力响应特性复杂，破坏性强。然而，目前国内外对逆冲型地震作用下，断层的存在和错动作用对此类滑坡动力响应规律和失稳破坏模式的影响缺乏系统的认识。开展了含软弱逆断层错动机制下岩质边坡大型振动台试验，对跨逆断层边坡的错动过程进行了模拟，结合粒子图像测速技术（PIV），深入分析了不同振幅值、下同频率的地震波作用下，模型边坡上下盘的动力响应规律和失稳破坏模式的差异性。试验结果表明，随着地震波加载振幅值和频率的增大，模型边坡加速度放大系数呈非线性增大趋势；在逆断层错动过程中，坡体发生显著破坏，且上下盘放大系数被显著增强，其中上盘加速度峰值被放大1.24倍，下盘被放大1.13倍；基于PIV观测模型边坡的失稳破坏过程分析表明，上盘以张拉破坏为主，坡体中上部发育大量张拉裂隙；而下盘则以先张拉后剪切破坏为主，在上盘的摩擦与挤压作用下产生由断层面向坡外贯穿的拉剪裂纹。模型试验有效地揭示了考虑断层错动作用下跨逆断层边坡的动力响应规律和失稳破坏模式，表现出明显的上下盘效应，且断层错动过程增强了模型边坡的上下盘效应，对滑坡破坏模式具有显著影响。本研究从试验的角度探究了考虑逆断层错动机制下斜坡的上下盘效应与破坏模式。

等效水力开度可以定量表征粗糙裂隙在达西流态下的导流能力，等效水力开度的精准预测对很多实际应用工程具有重要的意义。粗糙裂隙的等效水力开度受控于复杂的壁面形貌和开度分布等几何特征，综合考虑裂隙几何信息，通过最大互信息系数（MIC）的方法确定了等效水力开度的主控因子，并基于主控因子建立了粗糙裂隙等效水力开度的表征模型。首先，基于Barton 10条标准曲线构造了900组非吻合粗糙裂隙，通过壁面几何信息得到13个几何参数并采用数值模拟获取了所有裂隙的等效水力开度试验值，然后，采用最大互信息系数方法分析了等效水力开度与13个几何参数之间的相关性，共确定了4个主控因子，并基于主控因子建立了粗糙裂隙等效水力开度的表征模型。基于900个粗糙裂隙数据，选取已有的2个等效水力开度表征模型进行了对比分析。分析结果显示本研究提出的水力开度预测模型具有更好的表征性能。最后，研究了尺寸效应对建立等效水力开度表征模型的影响，并讨论了将该模型推广至三维裂隙的方法。

岩石单轴抗压强度是岩土工程中的重要参数，合理确定其数值对工程设计至关重要。本文提出了一种基于多层感知机的人工神经网络（MLP-ANN）模型，用于预测岩石单轴抗压强度。该模型以岩性、节理面、施密特锤回弹高度和纵波波速为输入参数，采用最大最小归一化进行参数标准化，并通过k折交叉验证提高模型的泛化能力。为优化模型性能，文章探讨了神经元数量、数据分割比例和激活函数对预测结果的影响。经对比验证，研究确定了最优模型配置：神经元数量为8，训练集与测试集比例为8∶2，激活函数选用Tanh函数。模型预测值与实际值对比分析结果表明，最优模型的平均绝对误差为3.500 MPa，均方根误差为5.836 MPa。结果表明，该模型预测误差较小，预测准确率较高，具有较好的实用性。

近年来微生物诱导碳酸钙沉积技术（MICP）备受关注，在土体加固领域也取得了一定进展。微生物加固后土体性能整体得到提升，但是冬冻春融的循环作用，使得土体结构逐渐松散，导致土体强度、抗冲刷性和保水能力均有所降低。目前针对冻融循环对MICP固化土性能影响研究较少。采用喷洒法对试样表面进行了MICP固化处理，对多组试样给予不同冻融周期作用，并进行了无侧限抗压强度测试、冲刷试验和水分蒸发试验，探讨了试样水分蒸发速率随冻融周期增加的变化规律，以及冻融对加固土性能的影响。基于土体抵抗冲刷破坏作用机理，结合不同冻融周期下试样的表观松散程度和试验结果，探究了冻融循环导致加固土性能下降的原因。试验结果表明：试样无侧限抗压强度（UCS值）从43.83 kPa提高到加固后的69.92 kPa，经历20次冻融循环，加固试样的UCS值为未加固试样1.48倍，且加固试样冲刷侵蚀量远小于未加固试样的一半。研究表明微生物诱导生成的碳酸钙沉积物能够有效填充土体内部孔隙，黏结松散土颗粒，从而大幅提高土体强度，有效削弱冻融对土体的破坏作用。虽然冻融循环作用周期增加使得土体的加固效果逐渐劣化，但在短期冻融环境下，MICP加固后土体仍具有较高的强度，并能有效抵抗雨水的冲刷侵蚀作用。

双桥山群地层在华东地区广泛揭露，岩性与地层复杂，断层及褶皱发育，常形成软弱夹层斜坡，在降雨入渗的作用下极易发生滑坡。为揭示其在降雨条件下变形演化机理，以江西省修水县一典型含粉质黏土软弱夹层堆积体滑坡为例，分析了该软弱夹层滑坡的形成原因和变形破坏特征，建立了堆积体滑坡的地质力学模型，采用GeoStudio数值分析软件模拟了该滑坡在不同降雨强度条件下的形成机理。研究结果表明：（1）滑坡后缘EW向断层与韧性断裂带共同作用，发育了4组控制坡体稳定性的裂隙，在滑床之上形成厚达8.8 m的船形软弱夹层。（2）降雨入渗到碎屑和黏土物质组成的滑带，使滑体经历前期蠕变-中期滑动面贯通-后期剪切变形3个变形破坏阶段。（3）当降雨强度达9.9 mm/d时，滑坡坡体开始蠕变；当降雨强度增加到40 mm/d时，坡体沿着软弱结构面剪切变形增大；当降雨强度上升至120 mm/d时，坡体沿着软层结构面产生贯通性破碎面，最终加速失稳破坏。研究结果对今后该类似岩群的滑坡灾害的防治具有一定的参考价值。

降雨是诱发滑坡崩塌等地质灾害的重要因素之一，极大地威胁着群众的生命财产安全，为有依据地采取防治措施以及避险搬迁。以云南省维西县叶枝镇为研究区，选取高程、土地利用类型、坡度、坡向、地貌类型、工程地质岩组、河流距离、断层距离、曲率9个评价因子，以栅格单元作为评价单元，采用随机森林算法和加权信息量法对评价因子进行权重分析，作出易发性评价，并在此基础上选择降雨量作为危险性评价因子，通过计算和皮尔逊Ⅲ型曲线预测研究区10 a一遇、20 a一遇、50 a一遇、100 a一遇的降雨量，得出4种不同的降雨工况，作出危险性评价。由统计所得，将易发性评价结果按照自然间断点法分成低、中、高、极高易发区4个等级，分别占据研究区面积32.80%，34.02%，21.96%，11.22%，用ROC曲线对其作精度验证，AUC值为89.2%；基于4种降雨工况条件下的地质灾害危险性评价结果，分别分出低、中、高、极高危险区4种等级，并对评价结果进行了对比分析。通过与实际调查情况对比，本研究得出的崩滑地质灾害危险性评价结果与实际情况较为吻合，能够为防灾减灾、避险搬迁提供合理依据。

研发一种测量并控制孔隙水压力的环剪仪能够获得试样受到的总应力、孔隙水压力和有效应力，从而有效地揭示试样应力-应变-孔隙水压力演化特征。采用自主研发的、可以控制排水条件的全自动环剪仪，实现了环剪过程中控制孔隙水压力，测量孔隙水压力、试样排水体积、扭矩和轴向位移等参数。以黄土坡滑坡滑带土为例，分别开展了固结排水环剪试验、固结不排水环剪试验、变孔隙水压力环剪试验和环剪试样渗透试验。试验结果表明：采用侧边密封+顶底部设置三通阀门的方式，可以保证环剪室承受0～1000 kPa的孔隙水压力；当下环剪盒底部进水阀打开并连接体积压力控制器时，可以控制孔隙水压力，测量某一孔隙水压力下试样排水或吸水体积，体积量程为0～200 cm³；当上环剪盒顶部出水阀打开并连接孔隙水压力传感器时，可以测量不排水条件下试样内部的孔隙水压力，其量程为0～1000 kPa。试验过程中，剪胀剪缩由轴向位移传感器来测量，其量程为0～10 mm；环剪力由高精度扭矩传感器测量，其量程为0～300 N·m。除了上述功能之外，结合新型环剪仪还可开展孔隙水压力动态变化对环剪强度的影响试验、固结或环剪过程中试样常水头渗透试验等。这种新型环剪仪可以精确地开展试样在大变形、不同孔隙水压力条件下的环剪试验，可以为揭示滑坡长距离滑动过程中孔隙水压力的演化机理提供技术支撑。

海南岛地热资源丰富，以往的地热勘查大多停留在生产层面，而对地热水化学成分的来源、水-岩作用、多方法评价热储温度和地热田成因机制等未深入研究。基于前人资料的深入分析，可以加深对成因机制的认识，为地热田开发提供参考。利用离子的比值及相关性、Piper图、F⁻浓度分布图、硅-焓图解与SiO₂混合模型和硅-焓方程法，探讨了九所地热田热水化学组分的来源、阳离子交换、F⁻成因、热储温度和循环深度，提出了成因概念模型。结果显示：热水化学类型为SO₄·HCO₃-Na 型；SO₄²⁻主要源于安山岩、流纹岩区硫化物氧化；含F矿物溶解、离子交换是F⁻浓度的控制因素；热储温度99～169℃，冷水混合比例80%～93%，冷、热水混合前蒸汽损失的质量分数约10%；循环深度1.8～3.8 km。概念模型揭示：热水沿构造运移，从花岗岩区流向安山岩、流纹岩区，同时汲取热能，发生矿物溶滤和离子交换，导致F⁻、SO₄²⁻等组分浓度改变，引起水化学类型演化，在水力差和浮力差双重驱动下上升，于地下浅部与孔隙冷水混合存储于沉积盖层之下形成地热田。关于琼西南地热田的热源是否存在幔源热的问题目前没有充分证据，需进一步深入研究。

地热尾水回灌是实现地热能绿色环保可持续利用的关键，但在地热尾水回灌过程中产生的堵塞问题已成为亟待攻克的难题，严重制约了砂岩热储的开发利用。为了更好地了解不同温度和时间对水化学的影响，以鲁北馆陶组砂岩热储为研究对象，利用高温高压渗流溶蚀实验平台，分别对岩样于25，45，65℃温度下开展了为期100 h的砂岩热储回灌实验，探究了回灌过程中尾水的离子浓度和pH值的演化规律，揭示了砂岩热储尾水回灌中化学堵塞过程和机理。研究结果表明，随着温度的升高，Na⁺浓度逐渐上升，而Ca²⁺和Mg²⁺浓度稳步下降，且随着回灌时间的延长或温度的升高，Ca²⁺和Mg²⁺浓度的减少量逐渐增加。在65℃温度下，堵塞主要由Ca²⁺和Mg²⁺与重碳酸根和碳酸根发生反应所生成的沉淀造成，因此Ca²⁺和Mg²⁺的浓度与岩石样品的渗透率和化学堵塞率呈正相关。温度越高，化学堵塞程度越高，且快速增长阶段和快速下降阶段时间越久，化学反应越强烈，化学堵塞越严重。在实际工程中，可以利用降低回灌尾水的温度，或者通过在回灌前降低尾水的pH值，降低尾水中的Ca²⁺、Mg²⁺和HCO₃⁻浓度来减轻化学堵塞的影响。

地下氧化还原环境变化影响重金属在土壤中的吸附解吸，其影响机制尚不明朗。制备了不同氧化还原环境的蒙脱石，采用静态吸附实验及表征手段探究了不同氧化还原环境对镉吸附的影响。结果显示，还原态蒙脱石M-_RD和氧化态蒙脱石M-_OX氧化还原性变化不大，还原再氧化态蒙脱石M-_RO中发生的氧化还原反应最强烈，还原性逐渐下降。M-_RD吸附效果比M-_OX更好，尽管M-_RD再次氧化后，部分被吸附的Cd会被释放出来，但效果还是高于M-_OX。M-_RD再次接触氧气时，与氧气发生氧化反应，产出大量羟基自由基，而M-_OX和M-_RD几乎不产生羟基自由基。M-_RD再次氧化后，Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-OH重排-OH弯曲振动特征吸收峰和Si-O四面体结构的特征吸收峰产生变动，表明蒙脱石发生了结构摄动，判断是其中的Fe(Ⅱ)失去电子被氧化成Fe(Ⅲ)，导致了蒙脱石结构的变化，使得蒙脱石比表面积、孔容和平均孔径均增大了，氧化还原条件变化影响其吸附性能，削弱了蒙脱石对Cd的吸附，导致吸附的Cd被再次释放。本研究揭示了地下环境氧化还原条件影响Cd吸附解吸的机理，可为氧化还原环境不断变化的土壤污染修复治理提供理论指导。

随着经济的高速发展，矿产资源开发、道路电力等基础设施的建设产生了大量岩质边坡，对区域生态系统产生了严重影响。由于工艺简单、经济高效的特点，客土喷播技术广泛应用于岩质边坡的生态修复工作。但传统喷播基材黏结性及稳定性较差，导致高陡岩质边坡的修复效果不可持续。因此，亟需开发针对性的生态修复基材。通过盆栽实验和正交实验，探索了不同配比的基材性质的优劣，包括基材保水性、水平收缩率、容重、植物发芽株数、植物生长高度，并筛选出性能优良的土壤基材。在此基础上，通过抗冲刷实验，分析筛选出土壤基材的抗冲刷性能，并进一步筛选出适用于高陡岩质边坡生态修复的最优配比基材。结果表明，适量的保水剂可提高植物的发芽率与生长高度，而稍高含量的黏结剂（w_B大于0.15%）不仅使植物的生长高度减小，还会降低植物的生长速率；不同配比基材的性能具有明显差异，但各项指标几乎都优于空白对照组的自然土壤；经过筛选，基材P6、P10、P16、P1、P15的植物生长状况、物理结构及保水性良好；随着坡度和降雨强度的升高，基材流失量明显增加，并且基材P15具有优越的抗冲刷性能。因此，当边坡坡度较小（60°以下）或者偶发大雨时，基材可直接应用于边坡生态修复；当边坡坡度较大（60°以上）或者频发大到暴雨时，基材应用时应搭配防护网等工程。该研究对于岩质边坡的生态修复具有重要的指导意义。

近年来，随着人类活动的不断加剧，地下水氮污染成为全球范围内典型的环境问题。为识别浅层地下水氮污染源、贡献比例以及迁移转化特征，采集了湖北省武汉市蔡甸区主要供水区地表水样14个、浅层地下水样24个及土样7个，并测试分析了其水化学指标、氮同位素、氢氧同位素等。基于当地土地利用类型，综合水化学及$\delta^{15}{\mathrm{N}}\text{-}{\rm{NO}}^{-}_3 $、$\delta^{18}{\mathrm{O}}\text{-}{\rm{NO}}^{-}_3 $双同位素示踪技术，判别了研究区地下水硝酸盐氮污染源及迁移转化规律，同时进一步运用Iso-Source模型定量识别了不同氮污染源的贡献比例。区域氮污染类型以硝酸盐氮为主，其中约66.7%地下水采样点${\rm{NO}}^{-}_3 $浓度超出世界卫生组织（WHO）规定限值（10 mg/L），污水和粪便、土壤有机质以及氨肥硝化为主要${\rm{NO}}^{-}_3 $来源，其对浅层地下水硝酸盐氮的贡献率均值分别为48.6%、32.9%、18.5%，受较为明显的人类活动影响；进一步结合区域水化学及氢氧同位素组成显示，区域地表水及地下水氮的形态转化主要受到硝化作用影响与控制。研究结果将为进一步了解蔡甸区氮循环过程及氮污染治理提供理论基础。

磷供应短缺和水体磷污染已成为全球性危机。鸟粪石沉淀法是最为经济有效的磷回收方法，其磷的回收率可以达到95%以上，目前已广泛应用于污水中磷的资源化。天然富磷地下水近年来备受关注，但目前尚未有基于鸟粪石法开展富磷地下水中磷回收的报道。探讨了在富磷、富钙、富铁、富黄腐酸（FA）地下水中利用鸟粪石法在pH值为9.5的环境下回收磷的影响因素与可行性。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等方法对人工合成地下水与天然地下水开展了研究。结果表明，随着钙浓度增加沉淀中鸟粪石纯度迅速下降到10%以下，XRD图谱中鸟粪石的峰消失，SEM图谱中鸟粪石表面被无定形磷酸钙覆盖，单独添加铁和黄腐酸后鸟粪石的纯度变化较小，SEM图谱显示固体表面出现絮状沉淀。影响因子共存条件下得到的鸟粪石沉淀X射线光谱显示出无规则峰值，傅里叶红外光谱图分别在波数453，720，750，1608，1679 cm⁻¹处的峰消失，表明高浓度的钙能显著抑制地下水中鸟粪石的形成，铁和黄腐酸对鸟粪石形成的影响相对较弱；研究因子的共存会加剧抑制鸟粪石的形成，3个因子共同决定了鸟粪石能否在地下水中有效沉淀。本研究识别了鸟粪石沉淀法回收地下水中磷的影响因素与机制，研究结果将有助于富磷地下水中磷回收策略的制定。

地下水在湖泊水量与营养盐均衡中的重要性日益受到关注，地下水向湖泊排泄水量与营养盐的时空变异性是当前研究的热点与难点。洪湖是长江中游的大型淡水湖泊，具有重要的调蓄功能和生态功能，但地下水在洪湖水循环与营养盐循环中的作用尚未受到关注。以洪湖为研究对象，在完整水文年内开展了2次（3月和9月）样品采集，通过电导率、氢氧同位素、²²²Rn，对洪湖地区湖泊地下水排泄（LGD）进行了多手段示踪，利用²²²Rn质量平衡模型量化了不同期次的LGD速率及其携带氮磷的输入通量，并对量化结果进行了敏感性分析。结果显示：（1）²²²Rn、电导率（EC）和氢氧同位素共同指示了湖泊地下水排泄的存在；（2）洪湖整体的湖泊地下水排泄速率在3月和9月分别为（33.32 ± 18.78）mm/d和（10.97 ± 6.76）mm/d，由于异常年份的极端干旱导致的洪湖区域地下水位的下降使得9月的地下水排泄速率小于3月。（3）地下水排泄对湖泊总氮的输入通量3月为（90.75 ± 64.06）mg/（m²·d），9月为（30.09 ± 21.75）mg/（m²·d），分别占洪湖外源输入的54.72%和12.70%；总磷输入通量3月为（6.85 ± 4.76）mg/（m²·d），9月为（3.51 ± 2.48）mg/（m²·d），分别占洪湖外源输入的52.49%和10.40%。（4）风速、湖水²²²Rn活度和地下水²²²Rn活度是量化结果的敏感参数。本研究为洪湖地下水排泄及其携带营养盐输入通量的量化提供了一种新的研究方法，为洪湖及长江中游区域的湖泊水资源管理与水生态保护提供了重要的理论基础，并对其他同类型湖泊与地下水相互作用研究提供了参考。

在地壳垂向形变监测中全球导航卫星系统（GNSS）技术和合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术分别存在空间分辨率和时间分辨率不足的问题，而GNSS影像学方法基于离散的GNSS站点速度生成地壳垂直运动的图像，可以直接揭示地壳垂直运动的连续空间特性。使用GNSS影像学方法，研究了澳大利亚大陆地壳垂向形变，并通过棋盘格检验和交叉检验的方法对GNSS地壳垂直运动影像的可靠性进行了分析。结果表明GNSS影像学方法可以有效地剔除一些粗差的影响，并减少GNSS地壳垂直运动影像中出现零碎图斑和规则圆弧形突变边缘的问题，但同时也会剔除掉一些峰值和突变值，从而使生成的影像出现过度平滑的问题。GNSS地壳垂直运动影像表明澳大利亚将近98%的地区正在沉降，只有在澳大利亚北部部分地区和东部极小部分地区地壳呈上升运动,沉降和上升的量级基本在−3～1 mm/a之间。所有地区的垂直运动平均值为−0.76 mm/a，中值为−0.72 mm/a。本研究证实GNSS影像学方法具有合理性与正确性，GNSS地壳垂直运动影像能够准确获取大范围、高时空分辨率的地壳垂向形变，有助于揭示区域地壳垂向形变时空变化的细节特征。

四川盆地渝西区块五峰组-龙马溪组是国内典型的页岩气储层，其层间强非均质性，导致采集的测井曲线信息存在大量冗余且曲线间耦合关系复杂，岩相测井识别难度高、精度低，亟需技术方法创新。本文在岩相划分与分析的基础上，联合主成分分析法与随机森林算法构建了一种岩相智能识别方法。研究结果表明：①利用主成分分析法对测井曲线进行优化，可以使测井曲线深度耦合，削减测井信息冗余及曲线间复杂耦合关系等因素对岩相识别的影响，可得到更加科学有效的数据信息；②向原始数据添加不改变其岩相的微量变化，可以达到数据增强的效果，在一定程度上解决随机森林算法由于数据集比较小或者不平衡时，模型的泛化能力和稳定性差的问题；③联合主成分分析法与随机森林算法构建的岩相智能识别方法运用识别准确率达83%以上，适用性强，准确率高。该方法不仅在一定程度上克服了研究区岩相识别困难的问题，也极大地提高了岩相识别效率，对促进研究区页岩气经济高效开发具有重要意义。

测井技术是查明地下岩性、地层及地质流体的关键技术手段，在石油勘探行业中发挥着至关重要的作用。然而，由于仪器损坏、井眼条件等因素，经常造成测井数据缺失、曲线不全等问题，传统多元线性回归或经验公式方法无法合理地构建测井曲线间的关系模型使得曲线重构精度相对较低，机器学习算法虽能在大量数据之间找到最为合适的数据映射关系进而提高模型精度，但相较而言其所构建的黑箱模型无法得到良好的解释。近期，可解释性算法的运用使得机器学习在重构测井曲线中的应用更为合理。通过将支持向量回归（support vector regression，简称SVR），随机森林（random forest，简称RF）以及极限梯度提升（extreme gradient boosting，简称XGBoost）和传统多元线性回归方法（linear regression，简称LR）的对比对英国能源局22-30b-11号井声波测井曲线进行了模型重构并基于shapley additive explanations（SHAP）算法对XGBoost模型进行了解释。结果表明，XGBoost在测试集上的决定系数（R²）和均方误差（MSE）分别为0.996，6.371，优于SVR的0.990、15.755和RF的0.993、9.871，而传统多元线性回归方法则为0.969、48.895，表明XGBoost对声波时差曲线的重构具有更高的准确度和更好的泛化性能。创新性地采用SHAP算法对XGBoost黑箱模型的解释表明，在模型构建选择重要特征时，XGBoost模型采用地层温度数据作为特征明显合理于多元线性回归方法采用的井径测井数据。最后基于SHAP对模型进行了单点和全局特征交互解释。上述结果表明在声波测井曲线重构方面，机器学习算法明显优于传统的多元线性回归方法，并证明了SHAP算法在声波测井曲线重构机器学习模型解释方面的可行性，为后续机器学习在测井解释中的发展提供了新的思路。

花岗岩作为成矿作用的重要参与者，对它的研究有利于了解钨锡成矿作用的地球化学过程并区分岩体的含矿性。收集了南岭地区含钨花岗岩、含钨锡花岗岩和不含矿花岗岩的主量元素和稀土元素数据，共42个岩体466组数据。总结对比了3类岩体的地球化学特征，从数据驱动和机器学习的角度区分了3类岩体的含矿性和岩石地球化学特征之间的关联，运用受限玻尔兹曼机来训练自编码神经网络以消除主量元素和稀土元素之间量级的差别，并且提取中间特征，再将中间特征输入随机森林和多层BP神经网络，建立AE-RF和AE-BP岩体含矿性分类模型。通过随机森林输出了分类特征重要性。结果表明，含钨花岗岩的演化程度最高，含钨锡花岗岩次之，不含矿花岗岩最低。2种模型在测试集上都有很高的正确率（平均>90%），并且在盲测试集上AE-BP模型的实际运用效果更好。随机选择了6组岩体作为盲测试集，20个岩体中有13个岩体正确率>80%，有2个岩体正确率为[70%，80%]，有2个岩体正确率为[50%，70%）。还有4个岩体正确率<50%。铁锰磷钙镁等主量元素和轻重稀土元素是区分3类岩体的重要特征。机器学习能够很好地反映出3类花岗岩的含矿性。地球化学特征的相似性会导致模型错误分类，陂头岩体有一定的成矿潜力。铁锰磷钙镁等主量元素决定了岩体能否含矿，而轻稀土元素是区分含钨岩体和含钨锡岩体的重要指标，表明岩浆的分异演化程度决定了岩体能否含矿，而幔源物质的加入是区别岩体含钨还是含钨锡的特征。

随着地球科学进入大数据时代，机器学习成为可发现数据复杂结构与模式的新兴工具。作为机器学习的一个重要子领域，深度学习通过构建多层隐含层的方式，层层递进地学习海量数据内在特征，可达到提高分类或预测效果等目的。然而机器学习模型往往需要海量数据作为支撑，从而限制了其在固体地球科学领域的广泛应用，迁移学习算法的引入为解决这一问题提供了新的方案。迁移学习可通过利用预先学习类似任务的知识来提高新任务的性能，将源域学习到的知识迁移到目标域，可以在一定程度上克服训练数据不足的问题。迁移学习算法为机器学习在固体地球科学领域的应用提供了新的思路。本文简要综述了迁移学习的基本概念和类别，通过分析迁移学习在固体地球科学中的典型应用案例，讨论了现有迁移学习方法在固体地球科学领域中面临的挑战。当前，迁移学习方法已经在岩石矿物自动识别与分类、地球化学异常识别等方面表现出较大潜力，其具备提高模型泛化性能、避免过拟合的能力，在固体地球科学领域具有广阔的应用前景。但目前迁移学习方法应用于固体地球科学领域的研究还相对较少，未来将持续针对源域数据集选择、迁移模型构建、负迁移评估及可解释性不足等问题开展更为深入的研究。