地震引发的地表裂缝对于揭示断层活动、解析地震构造特征以及震后灾害评估具有重要意义.本研究结合现场采集的高精度无人机（UAV）数据和深度学习技术，对2025年西藏定日M_S6.8地震的地表裂缝特征进行了自动识别与分析，揭示了裂缝的走向规律，并与InSAR变形数据进行了对比验证.基于现场无人机（UAV）获取的高分辨率影像，构建ResPSP-CBAM模型进行智能识别，成功提取了震后区域的地表裂缝分布.该模型集成了ResUNet的残差结构、空间金字塔池化（PSP）模块和卷积块注意力机制（CBAM），显著提高了地表裂缝识别的精度与鲁棒性.分析结果表明，ResPSP-CBAM模型在准确率、精确度、召回率、F1分数上表现优越，其相应数值分别为0.927、0.829、0.779和0.802，识别出的地表裂缝走向与InSAR解译的地表变形方向高度一致，进一步验证了该方法的有效性.本研究构建的ResPSP-CBAM深度学习模型显著提高了地震地表裂缝智能识别的精度和效率.识别出的地表裂缝包含原生和次生裂缝，且主要以断层破裂引起的原生裂缝为主，总体呈南北走向分布，与登么错断裂带走向高度一致.表明识别区域地震地表裂缝与断层的活动性密切相关.本研究为地震地表裂缝的智能识别提供了新的技术手段，对深入理解震源断层的构造特征提供了有力支持，同时为地震预测、预警及震后灾害评估提供了重要的科学依据.

土体含水率是影响细粒土性质的主要因素.土体表层含水率的快速识别是农业和岩土工程中智能监测和智能建造技术发展中的急迫需求.为了克服传统含水率测量或监测方法无法满足土体表层含水率的实时无损监测的局限性，特研发基于图像的含水率智能识别算法.首先在实验室中收集了4种不同类别的土体、在不同含水率下的表面照片，获得了超过1 400张图片的高质量样本库，为机器学习模型构建奠定了数据基础.然后采用经典的卷积神经网络对土体含水率图像数据集进行学习，建立了土体含水率智能识别模型.模型比选结果表明：基于ResNet34架构的土体含水率识别模型效果最佳，在测试集上的含水率预测平均误差约为2%.该模型初步满足了土体表层含水率的实时无损监测需求，能够为农业和岩土工程中智能监测和智能建造技术发展提供重要手段.

琼东南盆地是我国新发现的天然气水合物勘探靶区，主要发育孔隙型水合物和烟囱型水合物，两者在地震上表现出不同的反射特征，仅利用地震似海底反射（BSR）识别琼东南盆地深水区天然气水合物存在局限性.为成功实现琼东南盆地天然气水合物识别与饱和度预测，利用三维地震数据和钻井资料，开展了AVO正演和宽频地震反演分析，明确了天然气水合物弹性参数特征，建立了天然气水合物地球物理识别方法.在此基础上，针对孔隙型和烟囱型两种不同类型的水合物，分别建立各向同性和各向异性饱和度评价方法，利用有效介质理论实现水合物饱和度定量评价.基于高品质地震资料开展的宽频地震反演和饱和度预测研究，实现了琼东南盆地孔隙型水合物和烟囱型水合物识别，并圈定了天然气水合物富集区，优选出了3个最大饱和度在50%以上水合物矿藏，预测结果得到实际钻探的验证.本次研究成果对琼东南盆地水合物钻探站位选取以及降低水合物钻探风险具有指导意义，其研究方法对于其他类似盆地水合物勘探具有借鉴价值.

为精确刻画和揭示强潮控山溪性河流河口全新世的沉积环境演化特征和控制因素，本研究选取福建中部潮控型山溪性河流——木兰溪河口的钻孔（MLX-S）为研究对象，在运用放射性¹⁴C和光释光建立沉积年代框架基础上，开展了沉积物粒度、XRF岩心扫描及ICP-OES元素分析.研究发现，全新世木兰溪河口相继发育河流相、滨岸沼泽相、浅海相到潮控河口相，沉积环境演变主要受控于研究区的相对海平面变化.福建中部沿岸的相对海平面高度在9.0 ka左右，约为-20 m；此后海侵不断扩大，至5.8 ka左右海平面达到最大高度，随后缓慢下降至今.岩心高分辨率XRF扫描的元素相对强度数据校正后可指示沉积物的物源及古环境变化.钻孔的K/Ti比值表明，约8.8 ka以来，木兰溪河口沉积物主要为流域剥蚀产物和口外长江源细粒物质的混合；岩心Fe/Ti比值在约3.6 ka、4.3 ka、5.4 ka和6.0 ka 4个东亚冬季风较强时期均达到峰值且与东海内陆架泥质沉积记录一致，指示浙闽沿岸流强度的影响.揭示了我国东南沿海潮控型山溪性河口的河海相互作用特征，以及全新世季风-海平面变化驱动下的长江源细粒沉积物在陆架海复杂的源汇沉积过程，也拓展了XRF岩心扫描方法在海陆相互作用强烈的大陆边缘地区应用潜力.

珠一坳陷古近系裂陷过程中的沉积演化一直缺乏系统认识.采用碎屑锆石U-Pb定年方法，对珠一坳陷4个凹陷内的钻井古近系文昌组和恩平组砂岩开展“源‒汇”对比分析，解析其不同演化阶段年代学、物源特征及沉积演化等信息.结果显示珠一坳陷断陷期不仅接受盆内低凸起区、隆起区剥蚀的碎屑物质，还受到盆外北部古水系长距离搬运的陆源碎屑的影响.其中，始新世文昌组沉积物以盆内短程物源为主，年龄谱系除陆丰凹陷还表现出加里东期‒燕山期多峰态外，在各凹陷均以燕山期单峰为特征，洼陷沉积区周缘隆起的中生代岩浆岩、中生界沉积岩地层及新生代火山岩构成该时期湖盆的物质来源；恩平组沉积物在恩平北部和惠州西部率先接受华南水系沉积物影响，在恩平组沉积晚期珠一坳陷普遍接受了来自华南隆褶带的物质输入，年龄谱系呈现以燕山‒印支‒加里东期为主的多峰特征，出现晋宁期、元古代、新太古代的古老年龄，指示珠一坳陷的物源结构发生重大变化，即由盆内古隆起物源转变为盆内和盆外造山带双重物源，该时期沉积体系以大型浅水三角洲为特征.

针对滑坡易发性预测建模中滑坡-非滑坡样本可能存在误差、环境因子间非线性关系较复杂且机器学习可解释性未被关注等重要问题，拟提出一种基于自筛选的双向长短时记忆网络与条件随机场的滑坡易发性预测模型（Self-screening Bi-directional Long Short-Term Memory and Conditional Random Fields， SBiLSTM-CRF）.SBiLSTM-CRF模型具有深度学习网络层数深、宽度广及可循环迭代建模的优势，能预测出环境因子间的非线性关系，并通过迭代自动筛选阈值区间外的错误滑坡样本.该模型可用于解释各环境因子之间耦合关系的内部作用机制.将SBiLSTM-CRF模型用于陕西延长县滑坡易发性预测，并与cpLSTM-CRF、随机森林、支持向量机、随机梯度下降和逻辑回归模型比较.结果表明，SBiLSTM-CRF克服了传统机器学习中存在的样本误差以及因子间复杂的非线性关系问题，具有更高的预测性能.通过该模型的可解释性能力揭示了坡度、高程和岩性等因子控制延长县的黄土滑坡发育的机制.

黄土高原在地质环境与人类活动的复杂互馈作用下易导致黄土崩滑灾害频发，亟需选择适用性的影响因子和训练模型开展滑坡易发性评价研究.本研究以黄土高原为研究区，基于野外滑坡调查和资料收集，构建涵盖地形地貌、基础地质环境、气象水文、人类活动、土壤物理化学性质以及植被覆盖的评价体系，采用信息量模型（IV）分别联接到随机森林模型（RF）和卷积神经网络模型（CNN）构建耦合模型IV-RF和IV-CNN，开展滑坡易发性评价研究.结果表明，耦合模型（IV-RF、IV-CNN）的精度均高于独立模型（RF、CNN），4种模型的AUC值分别为0.916、0.938、0.878、0.853，IV-CNN具有更强的预测能力和精度.IV-CNN模型的极高、高、中、低、极低易发性区域面积占比分别为8.78%、7.47%、15.34%、19.82%、47.87%，主要分布在黄土高原南部和东部地质环境复杂和人类活动强烈的山地、黄土梁峁地区.坡度、侵蚀类型、地貌类型、粘粒含量、距道路距离在贡献率分析中排在前5位，是影响滑坡发育的主控因子.本研究旨在为黄土高原滑坡灾害的预测和防治工作提供可靠的科学依据，为滑坡易发性评价研究深化建模思路，优化独立模型评价结果不确定性问题.

为了解寒旱区内陆河流域碳通量的年际变化及其控制机制，使用涡度相关技术和气象观测系统同步对黑河流域典型生态系统（草地、农田、湿地、荒漠、森林）的碳通量和气象环境要素进行了长期定位观测.分析观测数据显示：黑河流域内农田（玉米）生长季净生态系统生产力（NEP）与总初级生产力（GPP）最大（729.81 g C/m²/a与1 184.60 g C/m²/a），戈壁荒漠最小（94.18 g C/m²/a与134.97 g C/m²/a）；湿地生长季生态系统呼吸（Reco）最大（460.22 g C/m²/a），戈壁荒漠最小（41.18 g C/m²/a）.黑河上游高寒生态系统温度对NEP、GPP和Reco年际变化的解释度明显高于黑河中下游干旱生态系统，而上游高寒生态系统土壤水分对NEP、GPP和Reco年际变化的解释度低于中下游干旱生态系统.在上游的高寒生态系统中，各站点间温度与NEP、GPP和Reco为正相关，而在中下游则为负相关.浅层土壤水分在黑河流域内高寒区和干旱区均与生态系统的NEP、GPP和Reco为正相关，上游高寒区浅层土壤水分与NEP、GPP和Reco的相关性要高于深层土壤水分，而中下游干旱区则是深层土壤水分与NEP、GPP和Reco的相关性更高.

在梳理珠江流域地下水资源评价现状及历史的基础上，讨论了SWAT分布式水文模型基本原理和基础数据库，将珠江流域划分为129个地下水子流域，充分考虑岩溶、基岩裂隙及孔隙含水介质参数敏感性的基础上，基于9个水文站2008-2016年逐月实测径流量进行参数率定和模型校准，并根据1957-2017年降雨量计算不同年份降雨保证率，分析评价珠江流域多年地下水资源量，最后开展降雨入渗系数和地下水补给模数参数反演.通过本次评价，珠江流域2010-2016年平均补给量为1 488.02亿m³，特枯年（2011）、平水年（2010）及丰水年（2016）地下水总补给量分别为719.49亿m³、1 446.82亿m³、1 781.87亿m³，其中丰水年的降雨量约为特枯年的1.7倍，地下水补给量为2.48倍，岩溶、基岩裂隙及孔隙含水介质的年均补给总量分别为529.91亿m³、445.13亿m³、512.98亿m³，通过参数反演获得年均地下水补给模数为10.83 L/s·km²，降雨入渗系数为0.246，以期为流域内地下水开发利用与治理保护提供数据支撑和科学服务.

现有的基于数据驱动的滑坡位移预测模型大多是基于时间序列数据的单点建模，不能考虑整个边坡的变形相关性和滑坡变形的全局建模.为了克服这一缺点，本研究提出了一种基于时空注意（spatial-temporal attention， STA）机制的深度学习模型，该模型将卷积神经网络（convolutional neural network， CNN）与长短时记忆（long short-term memory）神经网络相结合.通过CNN和卷积注意力模块提取滑坡位移的空间变形特征，利用时间注意机制和LSTM模型从外部因素的时间序列数据中捕获重要的历史信息.注意力机制输出的注意权重值可以揭示滑坡变形的时间‒空间特征.以三峡库区泡桐湾滑坡为例，对该模型的性能进行了验证.结果表明，STA-CNN-LSTM模型预测的均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）与传统灰狼算法优化的支持向量机（GWO-SVM）模型相比分别下降了9.28%和13.88%.模型因子权重计算结果表明，在监测期内随着时间的推移，降雨对泡桐湾滑坡变形的影响逐渐增加，而库水位的影响逐渐减小.

滑坡易发性预测时大多按空间随机来划分模型训练/测试数据集，但随机划分方式难免将不确定性因素引入建模中.因为理论上滑坡易发性是基于过去的滑坡来预测将来发生滑坡的空间概率，具有显著的时间顺序特征而非单纯的空间随机，可见有必要探索基于滑坡发生的时间顺序划分模型训练/测试集.以浙江文成县为例获取11类环境因子及128个时间准确的滑坡；之后将联接了环境因子的滑坡‒非滑坡样本分别按照滑坡时间顺序和空间随机的原则，划分为两类不同训练/测试集；其划分比例分别设定为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4和5∶5等以避免不同比例影响研究结果，由此得到10种组合工况下的训练/测试集；最后再训练测试支持向量机（SVM）、多层感知器（MLP）和随机森林（RF）等模型以预测滑坡易发性并分析其不确定性.结果表明：（1）训练/测试集按时间顺序划分的SVM、MLP和RF模型预测的滑坡易发性的不确定性略低于按空间随机性划分的模型，验证了按时间顺序划分的可行性；（2）训练/测试集按时间顺序划分实际上是其在空间随机划分下的一种更符合滑坡发生实际情况的“确定性”特征，当然对缺乏滑坡发生时间的数据集开展空间随机划分也是可行的.

岩土工程实体识别是岩土工程文本挖掘和知识谱图的工作基础和重要前提. 针对岩土工程实体识别问题，参考《GB/T 50279-2014：岩土工程基本术语标准》等国家行业标准规范，设计和构建了一个小规模的岩土工程命名实体语料库；提出了一种岩土工程文本命名实体识别深度学习模型BERT-BiGRU-CRF（简称：GENER）：表示学习层采用BERT预训练语言模型实现了岩土工程文本特征的迁移表示学习；BiGRU上下文编码层实现对岩土工程文本上下文特征编码；CRF标签解码层解决了标签间依赖约束，生成符合标注规律的岩土工程命名实体标签序列；最后，基于岩土工程命名实体语料库，对GENER模型进行了实验分析. 在对照实验中，取得了良好效果：精确率P达到了90.94%，召回率R达到了92.88%，F1值达到了91.89%，模型训练速度提升了4.735%. 实验结果表明相比基线模型BiLSTM-CRF和其他预训练模型，GENER模型在小规模语料岩土工程命名实体识别方面效果更优，未来可推广应用到其他地质类文本命名实体识别任务.

甘肃省永靖县黑方台台塬周边区域由于黄河移民大规模农业灌溉诱发了众多黄土滑坡灾害，其稳定性分析与滑面预测可为防灾减灾提供重要支撑，显得尤为重要.黑方台黄土滑坡具有渐进后退式的失稳特征，已发生滑坡灾害与潜在滑坡灾害具有高度相似性，其反分析结果可为未来滑坡稳定性分析提供重要数据基础.选用有限差分强度折减法，通过设定3个目标优化函数（土体抗剪强度参数均值误差函数、滑面位置误差函数和稳定性系数误差函数），基于NSGA-II遗传算法开展稳定性反分析获取黄土的粘聚力和内摩擦角.以黑方台党川2^#滑坡为例，通过第一次滑动时观测到的滑面信息，并假设其稳定性系数等于1，利用NGSA-II算法反分析得出当滑坡发生时，天然黄土层粘聚力为28.20 kPa，内摩擦角为25.16°，饱和黄土层有效粘聚力为16.59 kPa，有效内摩擦角为16.11°.基于该反分析结果，对党川2^#滑坡后续3次失稳的稳定性系数和临界滑面进行了预测，并与实际观察结果对比验证.研究结果表明，通过多目标约束优化算法开展滑坡稳定性反分析可获得更加合理的黄土强度参数估计，为黑方台地区滑坡稳定性分析和风险定量评估提供了新的解决思路.

老虎山单成因火山位于吉林省大口钦地区.为了探讨火山区中新世碱玄岩的地球化学特征、成因及其与区域断裂构造演化的耦合性，对其开展了全岩地球化学和Pb同位素研究.碱玄岩中Na₂O/K₂O=1.30~1.38，A/CNK值（0.97~1.09）偏低，Mg^#值（58.05~61.11）偏高，富集Th、U、Nb等高场强元素（HFSEs），相对弱富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素（LILEs），LREE/HREE=10.66~11.32，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb值范围分别为17.661~17.675、15.451~15.457和37.652~37.692.成岩岩浆主要来源于软流圈地幔，混有少量俯冲洋壳物质，显示出OIB或板内交代富集型地幔源的属性，岩浆形成深度范围约在93~105 km，伊通-舒兰断裂的存在为火山深部岩浆的上升与裂隙式喷发提供了通道和空间，玄武质岩浆的形成及其对应的火山活动发生于伸展构造环境中.

海洋沉积物不仅是各种不同来源有机碳的重要埋藏场所，也是一个十分活跃的生物地球化学反应器，在全球海洋碳循环中扮演着重要角色.相对传统的地球化学测试和定性描述方法，数值模型可以突破时间和空间的限制，定量获取海洋沉积物中各个碳循环过程的反应速率及其通量，因此日益受到学界的重视.海洋沉积物有机质降解是驱动碳循环最为关键的生物地球化学过程，其释放进入周围孔隙水的溶解无机碳一部分可扩散至沉积物上覆水体，另一部分可与钙、镁等离子沉淀形成自生碳酸盐矿物.首先综述目前主要的3类沉积物有机质降解模型（离散性有机质降解模型、连续性有机质降解模型和Power模型）的建模过程及其在全球海洋沉积物有机质降解过程中的应用；接着从有机质降解相关的初级与次级反应出发，介绍沉积物中与有机质降解相关的地球化学过程反应速率模型的刻画方法，并从碳酸盐平衡体系和同位素质量平衡模式角度，探讨了沉积物有机质降解过程对自生碳酸盐形成及其碳同位素的影响；最后分析了当前阶段数学模型在描述有机质降解过程和自生碳酸盐形成中存在的问题和不足，并在此基础上展望未来亟需加强的研究要点，希企为深入理解海洋碳循环与全球气候变化相互反馈，建立可靠的海洋碳循环和生物地球化学预测系统提供有益的科学支撑.

针对深层页岩气埋深大、两向水平应力差大、垂向应力差小、岩石塑性特征强等地质特征，以地质工程一体化为设计理念，建立了包括测井曲线、页岩总有机碳含量、孔隙度、全烃、关键录井元素、矿物组分、过量硅、矿物脆性、岩石力学参数等评价方法，开展沿水平井段的地质工程双甜点研究，实现地质与工程一体化优选甜点段和最优甜点段准确识别，为深层页岩气水平井压裂改造提供依据.然后，基于高导流的立体缝网为体积压裂的目标函数，开展深层页岩气窄压力窗口下的体积压裂注入模式及工艺参数优化研究，包括迂回双暂堵工艺优化，支撑剂在复杂缝网下的动态运移规律与导流能力研究，以及一体化变黏度高降阻滑溜水研发等.研究成果在现场的应用结果表明，上述基于地质工程一体化的体积压裂技术，压后测试产量较邻井能提高30%~50%以上，可大幅度提高深层页岩气的经济开发效果，对今后垂深超过4 500 m的超深层页岩气的经济有效勘探与开发，也同样具有重要的指导和借鉴意义.

矿物基复合材料融合了矿物材料的特性和复合材料的优势，因其独特的功效而成为生态环境研究领域的热点，已被广泛应用于水环境质量提升的工程实践中.综述了矿物基复合材料的结构与性能提升方法，包括酸/碱刻蚀、热活化改性、表面改性及金属纳米颗粒负载改性，并探讨了其高效固定/去除水环境中重金属、有机及无机污染物的机制，包括吸附作用、催化反应及其与水体微生物和水生植物等水生生物的联合作用.矿物基复合材料可以通过强化生物生态修复，促进水生植物生长，增强微生物多样性，从而进一步改善水环境质量.总结了矿物基复合材料在水环境治理中的工程应用案例，并强调了未来重点研究方向，评估其在不同水质环境下的效能及长期影响，探索与先进技术的最佳联合应用，优化生产工艺和材料成本.

为调和不同研究重建的全新世长江中下游地区降水演化之间的矛盾，集成分析了具有年代可靠、指示意义明确的12条全新世长江中游降水记录和18条全新世长江下游降水记录.结果显示，长江中下游地区降水自全新世伊始逐步增多，中全新世后降水逐渐减少；晚全新世，长江中下游地区降水演化模式出现分异：长江中游整体重新转为湿润，长江下游在波动中趋于干旱.机制方面，全新世长江中下游地区降水演化总体受控于北半球夏季太阳辐射影响.晚全新世，ENSO活动显著增强，亚洲西风急流位置偏南，叠加印度夏季风环流异常，不仅导致长江中下游地区降水演化模式偏离北半球夏季太阳辐射变化趋势，也造成长江中游相对于长江下游形成更为湿润的气候.

渤中A凝析气田为典型的大型太古代变质岩潜山气田，岩性主要为片麻岩、变质二长花岗岩、变质花岗闪长岩和碎裂二长花岗岩，储集空间以裂缝-孔隙和孔隙-裂缝的组合类型为主.纵向上潜山划分为半风化带和潜山内幕，半风化带普遍发育网状缝和粒内溶蚀孔，形成储集性能好的块状储集体，潜山内幕非均质性强，储集性能差于半风化带；裂缝是有效的储集空间又是良好的渗流通道，大断层附近裂缝相对富集.孔隙型储层的储集空间多为粒间孔和溶蚀孔，主要发育在潜山顶部或潜山内幕断层附近；半风化带储层物性及其溶蚀孔隙展布与断裂密切相关，古地貌高点和断裂系统发育耦合区是有利的储层发育区带；裂缝的密度和开度对气井无阻流量和产量有重要影响.

夏商以来，江汉平原发育的古云梦泽具有重要的历史、地理、文化与生态环境研究价值，但长久以来受到历史记载贫乏和钻孔调查精度的限制，古云梦泽的成因、分布、演化的时空格局尚不清晰.在前人历史文献和钻孔调查基础上，本文首次系统开展了钻孔高分辨率古环境演化研究，真实还原了4 000年来古云梦泽形成演化历史，全面而深刻地揭示了古云梦泽沉积地貌过程与区域新构造运动、气候变化、河道变迁和人类活动的关系.多钻孔沉积学分析表明，古云梦泽发育时期沉积环境具有多样性，包括河床相、漫滩相、湖相和三角洲相，指示了“河流-湖泊-三角洲”复合沉积体系.沉积相自西向东分布呈现一定规律，西部以漫滩相、三角洲相为主，中部以漫滩相、三角洲、湖相为主，东部以湖相为主，古地理重建表明古云梦泽是江汉平原内部河间洼地发育的多变的湖群景观.根据历史文献与钻孔记录重建了古云梦泽形成演化的4个时期：鼎盛期（夏商时期）、淤浅期（周秦汉时期）、萎缩期（魏晋南北朝时期）和湮灭期（唐宋时期）.结果表明，古云梦泽形成演化主要受到新构造运动、气候变化、洪水泛滥与河道变迁以及人类活动的叠加影响：（1）新构造沉降为古云梦泽分布创造了空间条件，长江主泓来水来沙为古云梦泽出现创造了可能，但后续长江主泓的南移对古云梦泽演化趋势影响显著；（2）ENSO(El Ni?o-Southern Oscillation)关联的季风异常降水与河道洪水泛滥作用推动了古云梦泽的兴盛，而荆江三角洲的推进与古云梦泽的於浅及萎缩有关；（3）唐宋以来，随着荆江统一河床的塑造、人为筑堤堵穴、围湖建垸和围湖造田加速了古云梦泽的湮灭.总之，本研究揭示了古云梦泽形成演化的时空格局及其复杂的影响机制，为存在已久的争议提供了可靠的答案，也为预测未来长江中游地区江湖关系演变和现代江汉湖群保护提供了重要参考.

以跨圈层作用为特征的地球系统科学正成为当前地球科学发展的主流，同时我国当前特别注重区域经济社会的发展，论文由此提出了流域地球系统科学与区域发展战略相结合的构想.流域地球系统科学是在流域尺度上探索跨圈层的地质作用、地质演化与地质效应，至少包括三个层次的研究主题，分别是流域系统的深浅联动及其资源效应、流域系统的生物与环境的相互作用与协同演化，以及流域环境和人类文明的关系.论文以长江流域为例，探索流域地球系统科学与长江经济带、长三角一体化等区域发展的关系，系统总结了流域三大研究主题的进展以及有待突破的科学难题.在时间跨度上，流域地球系统科学不仅仅限于大河流域的形成及其后续的发展演化，而且还可以追溯到流域形成之前的跨圈层作用.要从时间尺度上突破流域地球系统科学这些难题，进而服务区域经济社会的发展，论文提出了跨圈层作用的一个关键抓手，即水、热、碳三者之间的关系，特别是其中的水热配置及其与碳循环的关系.流域的水、热、碳直接关系到区域的大生态状况，包括生态资源、生态环境、地质灾害和生态文明，因而对区域经济社会发展异常重要.

为了重建中元古代末期冠群真核生物快速演化的环境背景，以华北4条剖面的长龙山组碎屑岩为研究对象，开展了沉积学和矿物学分析.结果表明，怀来剖面深-浅潮下带细-粗砂岩中的黏土矿物以鲕绿泥石为主，指示缺氧铁化的海水环境；而深潮下带粉砂质泥岩-泥质粉砂岩中以海绿石为主，反映次氧化的海水条件.门头沟剖面浅潮下带中-粗砂岩中的黏土矿物以鲕绿泥石为主，指示缺氧铁化的海水条件；蓟县和卢龙剖面深潮下带砂岩中的黏土矿物则以海绿石为主，表明次氧化的环境条件.这些结果揭示，长龙山组沉积期华北浅海的氧化还原条件存在显著的时空差异，增氧促进了龙凤山藻的出现，但氧化水体分布的时空不连续性限制了它们的持续演化与广泛分布.

吴家坪期作为二叠纪晚期两次灭绝事件（瓜德鲁普世末灭绝事件和二叠纪末灭绝事件）之间的一次快速的生态复苏时期，是地质历史时期一个重要的阶段.该时期扬子台地中部及滇黔桂地区碳酸盐岩台地仍有广泛分布；其中乐业碳酸盐台地是南盘江盆地内一个典型的孤立碳酸盐岩台地，在瓜德鲁普统茅口组顶部不整合面之上发育连续的吴家坪期海相碳酸盐岩沉积.此前该地二叠纪地层划分对比仍依据传统的 化石生物地层分带，与牙形石生物地层相比，精细程度尚不足.对乐业台地内部的刷把村剖面和六为剖面合山组底部牙形石进行了研究，在这两个剖面共鉴定出牙形石2属8种（含一个新种），包括Clarkina asymmetrica、C. aff.asymmetrica、C. daxianensis、C. dukouensis、C. leveni、Hindeodus julfensis、H. typicalis和Hindeodus praechangxingensis sp. nov..其中在刷把村剖面识别出C. asymmetrica和C. leveni两个牙形石带，六为剖面识别出C. asymmetrica一个牙形石带.根据牙形石关键分子的首现，乐业台地在经历了瓜德鲁普世-乐平世之交全球大海退后，至少到C. asymmetrica带才开始海侵并重新开始碳酸盐岩沉积，可为该区碳酸盐岩台地-盆地演化和区域地层对比研究提供重要依据.

本研究选取青海共和盆地干热岩靶区储热层印支期花岗岩为目标层，利用高压流体驱替实验装置开展岩心裂隙渗流‒应力耦合下循环加卸载试验，分析应力加载过程对花岗岩粗糙裂隙渗透率影响规律，并通过数值模拟技术分析实验过程中花岗岩裂隙渗透率的演化特征.研究结果表明：（1）应力加载导致裂隙接触面产生变形，是影响裂隙渗流的主要因素，裂隙渗透率与围压呈负相关关系；（2）裂隙渗透率对不同应力加载模式敏感性存在差异；（3）在试验基础上得出数学经验公式，并通过数值模拟分析花岗岩裂隙通道内渗流演化规律，模拟结果同实验拟合较好.

铵氮在砷的生物地球化学循环过程中发挥着重要作用，但铵氮输入对藻类介导的As（Ⅲ）生物氧化机理尚不清楚.以固氮蓝藻鱼腥藻（Anabaena sp.）为研究对象，通过室内模拟实验，研究在不同浓度As（Ⅲ）条件下，鱼腥藻对As（Ⅲ）的毒性响应和氧化作用，并研究了外源铵氮输入对鱼腥藻的生长以及氧化As（Ⅲ）的影响.结果表明，鱼腥藻的半抑制浓度（IC₅₀）值为15.59 mg/L，当As（Ⅲ）的浓度为0.1 mg/L、1 mg/L和10 mg/L时，分别在1 d、2 d和7 d内被完全氧化为As（V），并且随着As（Ⅲ）浓度增加，鱼腥藻的固氮作用增强.NH₄ ⁺浓度在234 mg/L以内时，对鱼腥藻（Anabaena sp.）的生长有促进作用，随着NH₄ ⁺浓度从0 mg/L增加至1 mg/L、45 mg/L和234 mg/L，1 mg/L As（Ⅲ） 分别在48 h、36 h、24 h和12 h被完全氧化.随着NH₄ ⁺浓度增加，鱼腥藻对砷的吸附量增加，As（Ⅲ）的氧化加速.研究结果有助于阐释天然水体中铵氮在砷生物转化过程中的作用.

广泛分布于火星表面的谷网地貌作为火星地质环境演变的记录者，对认识火星地质历史时期的环境变化、了解火星古气候与宜居性具有重要意义.随着中国火星探测计划的开展，详细了解火星谷网的研究进展尤为重要.对火星谷网地貌的探测历史、形貌分类、时空分布、成因假说等方面的研究进展进行了总结，在此基础上提出了当前火星谷网研究中存在的主要问题与争议，并认为未来可着重在谷网侵蚀沉积物的识别分析、谷网对古气候重建所提供的地质学证据与理论模型预测结果的协调、以及火星与地球谷网的类比等方面开展研究.

火山地层具有特殊的时空属性和地质记录特征，但在盆地充填分析时未引起足够重视.为进一步明确火山地层的地质属性，利用松辽盆地下白垩统营城组全取心浅钻井（营一D1和营三D1井）资料开展火山地层构成要素特征及地质意义研究.营一D1井营城组一段和营三D1井营城组三段火山地层分别识别出3个和2个喷发间断不整合界面、10个和8个喷发整合/不整合界面.根据喷发间断不整合界面属性可知，营一D1井和营三D1井火山地层可分别划分为4个和3个火山机构，稀土和微量元素对火山机构有较好的响应.堆积单元有简单熔岩流、辫状熔岩流、穹丘、热碎屑流、热基浪和火山泥石流6类，熔岩类单元喷发时的火山气体排放强度弱于火山碎屑岩类单元.火山地层具有建造时间短暂和间断时间长久的时间属性，火山地层的建造速率不能简单地利用地层厚度和测试的顶底时间差来计算.

为明确准南侏罗-白垩纪原型盆地特征及其物源-沉积体系演化，对准南山体年龄及侏罗-白垩系砂岩碎屑成分、砾岩砾石成分、重矿物、古水流及砂体展布等时空变化进行分析，定量计算原盆边界距离，同时结合区域地质背景，探讨原盆边界变迁及其沉积物源响应.准南西段山体隆升整体早于中段和东段，侏罗-白垩系物源以再循环造山带沉积岩系母岩为主，原盆距现今边界平均距离在22.2～67.0 km之间.准南西段受控于南北双向物源体系，中晚侏罗世原盆边界发生明显萎缩，并受车莫古隆起演化影响显著；中段受控于南部物源体系，原盆边界在中侏罗世早期前发生持续扩张，随后持续萎缩；而东段在侏罗纪原盆边界持续萎缩，且博格达山自中侏罗世开始持续隆升使区域物源沉积体系发生显著变化.整体上，现今西段和东段区域在晚侏罗世距原盆边界距离更近，近源沉积体系规模连片砂体较发育，而中段在整个侏罗纪距原盆边界较远，远源沉积体系使规模连片砂体不甚发育.早白垩世，整个准南南部边界已基本萎缩至现今盆地边界附近，但区域湖泛作用使近源沉积体系分布局限.

柴北缘尖峰山地区含石榴石花岗闪长岩呈脉状分布在达肯大坂岩群中，岩石主要由石英（30%~35%）、斜长石（45%~50%）、钾长石（15%~20%）、黑云母（5%）及少量的白云母（<5%）和石榴石（<5%）组成.锆石U-Pb定年结果表明，含石榴石花岗闪长岩的形成时代为（441.1±1.4） Ma，属于早志留世.岩石具有高SiO₂（66.27%~74.42%）、Na₂O（3.47%~6.75%）、Al₂O₃（14.71%~20.43%），低MgO（0.07%~0.56%）、Mg^#（19.8~43.6）含量和强过铝质（A/CNK介于0.99~1.34）特征，其U、K、Ba等元素相对富集，亏损Nb、Ta、Sr、P、Eu、Ti等元素.稀土元素配分曲线呈右倾型，显示弱的负Eu异常（δEu=0.31~0.81）.岩石具有较高的I _Sr值（0.707 123~0.708 081）和负的ε _Nd（t）值（-1.91~-2.37），双阶段模式年龄T _DM2为1 660~1 756 Ma.经校正后的（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb）_i值为18.354 7~18.582 2，（²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb）_i值为15.365 4~15.641 2，（²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb）_i值为38.254 7~38.654 1.锆石Hf同位素ε _Hf（t）比值为2.5~-9.1，对应的Hf同位素地壳模式年龄T _DM2为1 263~2 012 Ma.岩石地球化学及同位素的研究表明，尖峰山含石榴石花岗闪长岩为S型花岗岩，形成于柴达木陆块与祁连陆块碰撞造山阶段，是早期俯冲的大陆和大洋地壳经历了超高压变质作用（榴辉岩相条件）的同时经历部分熔融流体上升导致陆壳发生部分熔融形成.

辽东地区是我国重要的黄金产区，实现深部找矿新突破已成为该区的重点研究任务.地球物理方法是发现和探测深部金矿的主要技术手段.为了精细刻画青城子矿集区地层结构，准确揭示深部矿化蚀变带物探异常特征，建立深部找矿物探解释标尺，在小佟家堡子金矿区ZK12-11孔开展了多参数地球物理测井和井中物探测量工作，结合钻孔岩心编录，利用直方图、交会图等技术分析了该孔300~990 m井段岩性和矿化蚀变带的响应特征，划分了钻孔岩性剖面和矿化蚀变层位.结果表明：自然伽马、电阻率、磁化率和极化率4种参数能够区分钻孔主要岩性，可以作为重建钻孔岩性剖面的主要依据；黄铁矿化层位黄铁矿含量不高，不足以引起地层电阻率的明显降低，石墨化是引起电阻率降低的主要因素；自然伽马高低过渡带与低阻高极化无磁异常带是小佟家堡子金矿区地球物理测井找金的找矿标志.地球物理测井能够有效圈定找金有利层位，更加精确地指导金矿深部找矿工作，应受到广泛重视.

针对传统遥感地热探测方法存在虚假异常多、效率低等问题，提出一种证据理论融合多视角遥感信息的地热异常探测方法 .基于遥感数据反演的温度信息，分别从全局、局部分块和高程分区等多视角提取温度异常.采用Dempster/Shafer证据理论方法融合上述热异常证据，实现多视角温度异常探测.最后，根据断裂构造建立缓冲区，通过分析缓冲区内及附近的热异常圈定地热范围.以山东省青岛市为例，基于Landsat-8卫星影像利用提出方法探测地热，72.7%的温度异常分布在断裂构造的1 km缓冲区内；圈定的11处地热异常，其中3处为青岛市已全部探明的地热田或地热井，验证了方法的可靠性.与传统遥感地热异常探测方法相比，提出的方法通过融合全局、局部和高程信息，消除了大量虚假异常，提高结果的精度和可靠性.

在干湿循环作用下，片岩的抗剪性能劣化对片岩边坡长期稳定性具有重要影响.以鄂西北广泛分布的云母石英片岩为研究对象，通过开展一系列室内试验，揭示其抗剪性能劣化规律及机理.吸水性试验及直剪试验结果表明，云母石英片岩的吸水率随着干湿循环次数增加呈逐渐上升的趋势，抗剪强度及残余抗剪强度随干湿循环次数的增加呈逐渐下降的趋势，抗剪性能劣化效应明显.结合扫描电镜测试所得云母石英片岩微观结构变化规律，揭示其抗剪性能劣化机理：干湿循环作用下，云母石英片岩片理面逐渐扩展开裂，内部矿物颗粒强度软化，颗粒间胶结弱化，岩石骨架变得松散；粘聚力主要受矿物颗粒之间的胶结程度影响，劣化速率较快；内摩擦角主要受矿物颗粒嵌固程度和颗粒本身强度的影响，劣化速度相对较慢.

为了解采样机具与模拟月壤间的相互作用，同时验证月壤采样机具模块化建模的可行性.基于中国地质大学（武汉）研制的CUG-1A型模拟月壤，开展不同条件下机具贯入力载的试验研究，并依据试验结果建立理论模型进行验证.各机具在浅层模拟月壤贯入阻力平均增长率为19.9%，次浅层提升至38.18%，深层出现陡增达到63.43%；贯入速度对贯入阻力的平均误差为2.5%；不同入土角度下贯入阻力的平均增长率为62.85%；不同截面机具贯入阻力随截面面积增长而增长，值近似为1∶2∶3∶4.同时进行了机具结构模块化验证，理论模型与试验结果吻合度在85%以上.采样机具所受贯入阻力与贯入深度、方式和机具结构明显相关，可建立模块化理论模型准确预估不同条件机具的贯入阻力.

为查明海岸带弱透水层孔隙水的盐分来源与演变机制，在连云港海州湾钻探采集了4个钻孔的粘性土柱，采用压榨法采集孔隙水，测定了孔隙水化学‒同位素组分，建立了二维剖面孔隙水全新世以来的溶质运移数值模型.由陆向海孔隙水的总溶解固体由0.9增加到41.4 g/L，垂向上浅层高、深层低.孔隙水Cl/Br比为170~533（均值267），⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.709 3~0.711 6，Cl^‒与δ¹⁸O呈正相关关系，表明孔隙咸水为海相成因，同时还受到硅酸盐矿物风化和阳离子交换作用影响.全新世弱透水层孔隙水为10~5 ka BP海侵时期的古海水，向下入渗造成更新世孔隙水咸化.4 ka BP海退后，孔隙水接受淡水补给，但古海水并未被完全驱替.近海岸处孔隙水受持续蒸发影响而形成盐水.数值模拟表明海侵‒海退事件是控制弱透水层孔隙水盐分演变的主要因素，海侵时海水以“指状”模式向下入侵，造成了咸淡水的不均匀分布.

为了高效、准确地从高分辨率遥感影像中提取裸岩，利用国产高分二号（GF-2）影像数据，通过构建斜率差异裸岩指数模型（slope difference bare rock index，简称SDBRI）和裸岩阴影指数模型（bare rock shadow index，简称BRSI），提出了亚米级高分影像的露天矿区裸岩提取技术方案.以青州市南部山区为试验区对此方法进行检验，结果表明：在SDBRI指数图像中，裸岩能够与周边植被较好区分，裸岩与其他地物的可分性显著高于NDVI、CRI1、CRI2等指数模型；以基于谷歌地球高清影像的目视解译结果作为验证数据进行精度评估，交并比（IoU）指标达到91%左右.此方法能够满足基于国产高分影像数据进行大范围矿区裸岩制图的需求，可以为矿山环境的遥感监测提供技术支持，具有较强的实践价值.

查明油页岩的形成背景和高品质油页岩形成机制是开展油页岩原位改造的基础工作.利用有机碳、主微量元素、稀土元素、生物标志物等地球化学方法，对茂名盆地油柑窝组油页岩的沉积环境进行恢复并探讨了有机质聚集机制.结果表明，茂名盆地油柑窝组全段油页岩均富有机质，底部为薄层碳质页岩、砂岩和褐煤层段.Mo含量、Ba/Al、Ba_bio和生物标志物特征表明油柑窝组具有很高的初级生产力，油柑窝组存在间断性的“藻类勃发”现象；V/（V+Ni）、Ce_anom、Th/U、草莓体黄铁矿颗粒大小和Pr/nC₁₇-Ph/nC₁₈交汇图表明了沉积水体处于缺氧还原环境；Sr/Cu、Rb/Sr和气候指数C指示油柑窝组为温暖湿润的古气候条件；Sr/Ba、 Ba/Ga、Ca/（Fe+Ca）、Al₂O₃/MgO以及伽马蜡烷等特征反映了古湖泊水体为淡水；Zr/Al、Rb/K和MnO含量指示为半深湖-深湖沉积环境.通过各指标与TOC含量之间的相关性分析，认为温暖湿润气候和淡水环境为藻类的繁盛提供了良好的环境，具备很高的初级生产力，直接影响了油页岩的品质和发育特征，具有丰富有机质来源的表层生产力是油页岩形成的首要条件，缺氧还原的半深湖-深湖环境有利于沉积有机质堆积和保存，是有机质聚集的促进因素.综合各因素，提出了茂名盆地油柑窝组优质油页岩有机质的聚集模式.

古特提斯洋在东昆仑造山带的闭合时间仍存在争议.对东昆仑东段海德乌拉地区产出的辉绿岩开展了系统的研究工作.LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年的结果显示，海德乌拉辉绿岩形成于238±2 Ma.在地球化学组成上，该辉绿岩具有较高的TiO₂（1.75%~2.46%）、Fe₂O₃ ^T（8.88%~12.30%）含量和较低的MgO含量（2.76%~6.34%）；富集不相容元素，相对亏损Nb、Ta、Sr、Ti；Sr-Nd同位素组成较为富集且均一，（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i为0.711 61~0.712 95，ε_Nd（t）为-3.2~-2.8.上述特征表明海德乌拉辉绿岩形成于板片俯冲环境，其源区为由俯冲板片释放的流体交代所形成的富集地幔.结合前人的研究成果，认为古特提斯阿尼玛卿洋的北向俯冲至少持续到中三叠世末期；随后，洋盆在晚三叠世早期闭合；在不晚于228 Ma时，东昆仑东段地区进入后碰撞伸展的环境.

东昆仑大格勒地区发现稀有和稀土矿化碱性岩-碳酸岩杂岩体，表明东昆仑稀有和稀土金属成矿也具有较大的前景，在东昆仑地质过程研究和稀有金属找矿方面具有重要的意义.以大格勒杂岩体中碳酸岩和橄榄岩为目标，针对斜锆石开展地球化学和同位素年代学研究工作，橄榄岩中斜锆石化学成分主要为ZrO₂（96.48%~97.21%），其次为HfO₂（0.83%~1.17%）和Nb₂O₅（0.61%~0.93%），LA-ICP-MS U-Pb测年结果表明，²⁰⁷Pb校正年龄加权平均值为381.0±2.3 Ma和417.5±3.4 Ma，T-W图的下交点年龄为381.1±2.3 Ma和417.7±3.4 Ma；碳酸岩中斜锆石化学成分主要为ZrO₂（91.1%），其次为HfO₂（4.3%）、Nb₂O₅（1.22%）和FeO（2.31%），²⁰⁷Pb校正年龄加权平均值为381.5±2.5 Ma和416.5±4.5 Ma，T-W图的下交点年龄为381.8±1.8 Ma和416.7±4.5 Ma.推断碳酸岩的形成时代为381.8 Ma，橄榄岩的形成时代为417.7 Ma，暗示富集Nb元素的硅不饱和岩浆活动至少存在两期，东昆仑加里东碰撞造山带碰撞后-造山后岩石圈伸展、地幔部分熔融是其形成的最主要的地球动力学机制.推断晚志留世-泥盆纪是东昆仑十分重要的一个稀有金属成矿期，大格勒-诺木洪河地区是东昆仑稀有金属成矿的重要远景区之一.

地下水与河流的相互作用对于维持河流生态系统的健康十分关键，但是目前对于地下水向湿润地区大型河流排泄过程的定量化研究较为薄弱.针对这一问题，以长江中游荆江段为研究区，通过野外采样和水文气象数据收集，利用²²²Rn质量平衡模型定量估算长江中游荆江段的地下水排泄，并用EC质量平衡模型及水量平衡模型验证²²²Rn质量平衡的结果.结果显示：长江中游荆江段的平均地下水排泄速率为133 mm/d，排泄总量为1.06×10⁸ m³/d，对水量平衡的贡献约为10.99%.其中枝城-沙市段地下水排泄速率最大，监利-螺山段地下水排泄速率最低.含水层富水性和地下水位可能是控制地下水排泄速率的关键因素.本研究对于流域水资源管理具有重要意义，也可为今后长江中游地区水资源的合理开发利用以及生态环境保护提供理论依据.

华北克拉通东部在130~120 Ma早白垩世期间经历强烈改造，并伴随大规模岩浆活动.对比研究了这一时期山东鲁西地区、郯庐断裂带和胶东半岛玄武安山岩-安山岩等幔源岩石的地球化学特征和Sr-Nd同位素组成，探讨了各地区火山岩源区性质以及造成源区不均一性的可能原因. 这些火山岩均来自富集型地幔且受地壳组分的混染影响较小，并主要经历了单斜辉石、磷灰石和Ti-Fe氧化物的分离结晶，但相较于郯庐断裂带和胶东半岛而言，鲁西火山岩的演化程度更低. 不同地区火山岩均具有岛弧型微量元素和富集的Sr-Nd同位素组成，其中，鲁西北部火山岩表现为（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i<0.706的Ⅰ型富集地幔特征，而鲁西南部、郯庐断裂带以及胶东地区火山岩则具有（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i>0.706的Ⅱ型富集地幔特征，这暗示上述火山岩可能均来自被再循环地壳物质改造的富集地幔源区，且其源区富集程度具有从西北到东南逐渐增强的趋势. Sr-Nd同位素两端元混合模拟显示，鲁西北部火山岩EMⅠ型同位素特征可能与其地幔源区受华北下地壳物质的交代有关，而鲁西中-南部、郯庐断裂带和胶东地区火山岩EMⅡ型同位素特点则更可能是源区受三叠纪俯冲扬子陆壳组分改造的结果. 古太平洋板块来源的俯冲流体交代和水化也对这些地区的富集岩石圈地幔有不同程度改造. 因此，山东半岛不同地区早白垩世火山岩记录了不同性质壳源组分对华北克拉通东部岩石圈地幔的影响，这一差异性改造对华北东部岩石圈地幔的破坏和减薄有重要制约作用.