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当期目录

    2023年 第29卷 第3期    刊出日期:2023-06-20
    上一期   
    固体地球科学文本挖掘和知识图谱专栏 特邀主编:马 超 诸云强 闾海荣 胡修棉
    地球科学知识图谱一站式共享服务系统
    诸云强, 代小亮, 杨 杰, 王 曙, 孙 凯, 邱芹军, 李威蓉, 祁彦民, 胡 蕾, 闾海荣, 王新兵, 周成虎
    2023, 29(3):  325-336.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023029
    摘要 ( 1263 )   PDF (7167KB) ( 699 )  
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    知识图谱作为当前最有效的知识组织和服务方式,已经成为人工智能的基石,在语义搜索、机器翻译、信息推荐等方面得到了广泛的应用。大数据时代下,地球科学(以下简称地学)分散、多源、异构数据的整合集成、挖掘分析及其知识的智能发现等迫切需要知识图谱的支撑。为了促进地学知识图谱的建设与应用,自2019年启动以来,“深时数字地球国际大科学计划”(Deep-time Digital Earth, 简称DDE)就将知识图谱作为其重要的研究建设内容,经过3年多的建设,DDE已经建设形成了大量的地学知识图谱,亟需一站式共享这些知识图谱。文章首先介绍了DDE知识图谱内容体系,分析了DDE知识图谱内容组成及其特征;在此基础上,开展了地学知识图谱一站式共享服务系统的设计,包括系统功能体系和架构的设计;最后介绍了系统实现的技术路线及其关键技术。实践证明系统可有效实现DDE知识图谱的一站式共享服务,可为类似的知识共享服务系统提供参考。
    基于注意力机制的孪生网络地质调查空间实体与文本信息匹配
    邱芹军, 马 凯, 谢 忠, 陶留锋, 黄 波
    2023, 29(3):  337-344.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023025
    摘要 ( 825 )   PDF (1534KB) ( 273 )  
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    对来源不同的地质对象进行关联匹配,并通过模型对其结构、属性及语义关系进行表示是后期语义查询及聚类等任务的重要支撑。文章针对地质调查空间实体与外部文本描述语义异构、表达差异等问题,提出了一种基于注意力机制的孪生网络地质调查空间实体与文本描述信息关联匹配模型。首先,将地质调查空间实体的属性信息转换成为文本段落,以句向量基本粒度对地质空间实体进行文本语义编码;接着将两类文本对象映射到统一向量空间中,并输入到孪生网络中进行特征学习,最后在构建真实数据集上进行模型性能的实验测评。结果显示,该模型能够较好表示地质调查空间实体句子语义信息,其识别F1值相比基准实验提高了8.4个百分点,优于选取的对比方法。
    岩相古地理知识图谱构建及应用
    张佳佳, 张 蕾, 钟瀚霆, 王 瀚, 陈安清, 李凤杰, 任 强, 郑栋宇, 赵洪祎, 侯明才
    2023, 29(3):  345-358.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023027
    摘要 ( 876 )   PDF (2348KB) ( 377 )  
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    大数据为岩相古地理研究带来了新的思路和挑战,但由于存在数据类型复杂、语义关系丰富、共享机制不明等问题,难以对岩相古地理数据进行深层次的挖掘分析及有效利用,使得大数据的众多优势在该领域得不到充分发挥。知识图谱强大的语义处理能力与开放互联能力,对于解决大数据中文本分析和图像理解等问题发挥着重要作用,具有广阔的应用前景。文章从岩相古地理知识图谱的构建与应用角度,综述了岩相古地理知识图谱的研究背景;系统归纳了岩相古地理知识图谱的构建思路、技术与流程,同时列举出知识图谱在岩相古地理学方面的相关应用;指出了岩相古地理知识图谱存在的主要问题,并对其未来的研究方向提出了展望。
    铌钽矿床知识图谱的构建及应用实践
    冉一早, 董少春, 王汝成, 胡 欢, 方思源, 常丰年, 孔 嘉
    2023, 29(3):  359-371.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021107
    摘要 ( 803 )   PDF (4845KB) ( 416 )  
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    关键金属作为未来新兴产业的核心资源保障,近年来逐渐成为国内外学者研究的热点,其研究存在难示踪、难辨识、难分离等瓶颈。知识图谱作为大数据和人工智能的重要基础构建,能够为这些科学问题的解决提供新思路。与关键金属矿床相关的矿物学、年代学、地球化学等研究成果大多以文献的形式发表在国内外期刊杂志上,这类文献通常以自然语言的形式进行描述,难于为机器所理解和直接利用。文章以铌钽矿床为例,对铌钽矿床重要的概念和描述性属性进行了整理,构建了铌钽矿床知识图谱的本体层,并从大量文献资料中提取相关信息,建立了铌钽矿床知识图谱的数据层,初步完成了Nb-Ta矿床知识图谱的建设。在此基础上,从大数据分析的角度对中国铌钽矿床空间—时间—构造背景—成因类型多维分布特征以及矿石矿物共生组合特征与铌钽矿床多维分布之间的关联进行了分析,为进一步揭示中国铌钽矿床时空演化规律提供了新的视角。
    知识图谱优化卡尔曼滤波预测库岸滑坡位移
    贺汪延, 张 巍, 李厚芝, 潘 波, 邓 禄, 朱鸿鹄, 施 斌
    2023, 29(3):  372-381.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022068
    摘要 ( 878 )   PDF (3065KB) ( 377 )  
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    中国三峡库区库岸滑坡灾害频发,预测库岸滑坡位移是降低风险的重要措施之一。 文章构建了库岸滑坡中文知识图谱,提出了知识图谱优化卡尔曼滤波预测库岸滑坡位移模型KG-MTKF。以三峡库区奉节县新铺滑坡为例,采用现场监测数据验证了模型有效性。结果表明,与监测数据系列相比,多因素卡尔曼滤波模型(MT-KF)和知识图谱优化卡尔曼滤波模型(KG-MTKF)用于预测库岸滑坡时,在稳定变形阶段均表现出良好的一致性;在滑坡变形的初始阶段和阶跃段,KGMTKF模型预测精度更高。初始段两种模型存在误差,主要由于滑坡初期变形值较小、系统噪声显著所导致。在阶跃段、平稳段与整个监测周期中,两种模型的误差都较小,且KG-MTKF模型的预测精度显著高于MT-KF模型。对于新铺滑坡这类非线性动力系统,KG-MTKF预测模型在不同位置与变形阶段均能保持高精度与强鲁棒性。
    地球科学知识图谱比较分析与启示:构建方法与内容视角
    诸云强, 孙 凯, 李威蓉, 王 曙, 宋 佳, 程全英, 杨 杰, 牟兴林, 耿文广, 代小亮
    2023, 29(3):  382-394.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021111
    摘要 ( 958 )   PDF (1366KB) ( 383 )  
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    地球科学(以下简称地学)知识图谱将地学知识以有向图的方式进行形式化表达,具有强大的知识表达能力、开放互联能力和推理预测能力,是地学与人工智能交叉融合发展的基础设施之一,已成为当前地学研究中重要的研究热点。因此,国际上很多科学组织或团队先后开展了地学领域的知识图谱研究,并构建了一系列具有代表性的知识图谱。然而,目前尚缺乏对这些知识图谱的深入研究和分析。文章从基本情况、构建方法、主要内容及特点等方面,对当前国际上主要的地学领域知识图谱进行了系统的比较分析, 并在此基础上,指出了对未来地学知识图谱研究的启示:从构建方法上,应构建地学知识图谱统一表达模型,建立融合多源、多模态数据的知识源,研究地学知识表示与计算方法;从内容上,应加强地学知识时空特征描述,考虑地学知识复杂时空关系和推理规则;从应用上,应发展地学知识质量评估和修正方法,提升地学知识图谱应用成效。
    地质信息共享平台发展概述及思考
    倪海江, 朱合华, 李 程, 肖玉兰, 刘晓波
    2023, 29(3):  395-402.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022060
    摘要 ( 814 )   PDF (2500KB) ( 155 )  
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    近几十年来,工程勘察行业发展缓慢。通过引入互联网数字化平台模式,开发工程地质信息共享平台,实现了勘察成果的有效利用,推动了岩土工程经验评价体系发展,增强了行业的活力和效益。文章系统回顾了国内外地质信息共享平台和相关标准的发展情况,总结了平台开发的意义和目前面临的问题和挑战,针对全要素地质信息平台的建设建议如下:(1)加强全要素地质信息共建共享机制探索;(2)引入欧美国家广泛应用的AGS格式,进行数据存储和传输标准开发;(3)解放工程勘察行业长期以来的保守和封闭思想;(4)引入风投资本有效保障平台持续开发的资本投入。
    地质露头与标本的三维数字化现状与展望
    徐 琪, 沈含笑, 董少春, 史宇坤, 樊隽轩
    2023, 29(3):  403-418.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022092
    摘要 ( 857 )   PDF (3613KB) ( 472 )  
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    进入大数据时代以来,知识图谱、人工智能、虚拟仿真等诸多高新技术迅速发展,地球科学的研究方法也在不断与时俱进。相比传统的二维图像和文本信息,三维数字模型能提供更加丰富多样的数据,可以在基础研究和应用领域发挥重要作用。地质露头和三维标本的数字化是三维建模技术在地球科学领域的两类典型案例。文章对数字露头和三维标本数字化的建设现状进行了调研,对现阶段常用数字化技术、数据共享与开发服务方式以及目前具有代表性的数字地质露头与三维标本数据库进行了介绍,并对调研结果进行了总结分析。此外,还归纳了目前存在的一些问题,从数据建设标准规范、建设内容以及功能拓展等方面,对未来发展进行了展望。
    地质领域文本实体关系联合抽取方法
    邱芹军, 王 斌, 徐德馨, 马 凯, 谢 忠, 潘声勇, 陶留锋
    2023, 29(3):  419-428.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023026
    摘要 ( 882 )   PDF (1153KB) ( 342 )  
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    地质领域实体关系抽取是构建地质知识图谱的基础,对地质领域文本信息抽取与知识库构建具有重要的作用。针对地质领域实体关系复杂、缺少人工标注语料库等特点,提出了面向地质领域实体关系联合抽取模型,着重对多地质文本中存在的复杂重叠关系进行识别,避免传统流水线模型中由于实体识别错误造成级联误差。文章构建了高质量地质领域实体关系语料库,提出了基于预训练语言模型BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers)和双向门控循环单元BiGRU(Bidirectional Gated Recurrent Units)与条件随机场CRF(Conditional Random Field)的序列标注模型,实现对实体关系的联合抽取。在构建数据集上进行了实验,结果表明,本文提出的联合抽取模型在实体关系抽取上的F1值达到0.671,验证了本文模型在地质实体关系抽取的有效性。
    面向中文文本的地质语义信息标注与语料库构建
    张雪英, 张春菊, 汪 陈, 刘文聪, 叶 鹏, 鲁艳旭
    2023, 29(3):  429-438.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023028
    摘要 ( 873 )   PDF (4406KB) ( 267 )  
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    实现文本中地质信息的结构化抽取、语义解析、可视化表达和知识图谱构建,将为地质大数据的深度挖掘与利用提供有力的数据基础和技术支撑。无论是采用传统统计模型还是深度学习模型,地质信息语义解析均需要已标注的语料库的支持。特别是,地质信息的文本描述具有领域性特征,无法通过通用自然语言语料迁移实现。因此,不同层次的地质信息标注语料库的构建成为地质语义信息解析的关键和基础。文章在分析中文文本中地质语义信息描述语言特点的基础上,从地质实体的时空和属性描述特征出发,清晰表达地质实体的各种语义关系,制定了中文文本的地质语义信息标注体系和标注规范,自主研发了“交互式地质语义信息标注工具”,解决了传统人工标注存在错误率高、重复工作量大等缺点,以矿产资源的中文研究文献和报告为数据源,构建了大规模地质语义信息标注语料库,较为有效地解决了当前相关标准和规模化标准数据匮乏的问题。
    其他学科
    中亚造山带西南缘微地块前寒武纪基底构造属性与大陆亲缘性
    王 博, 孙朝晨, 宋 芳, 倪兴华, 曹婷婷, 刘珈硕
    2023, 29(3):  439-454.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021073
    摘要 ( 1000 )   PDF (2285KB) ( 260 )  
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    中亚造山带西南缘分布有众多条带状展布的大陆微地块,它们是哈萨克斯坦微大陆的重要组成部分,其构造属性、大陆亲缘性和地壳演化历史对于揭示中亚造山带古生代增生造山历史及其动力学过程具有重要意义。长期以来,对这些微地块的基底物质组成、形成背景和构造亲缘性的认识,一直存在争议。文章通过总结近年来陆续发表的地质和同位素年代学数据,梳理了各大陆微地块前寒武纪基底的岩石组合、形成时代和构造背景,进一步分析了各地块的构造属性及其与周缘主要大陆板块之间的亲缘性。已有结果显示,中亚造山带西南缘主要微地块中,除了境内外中天山、伊塞克、哲尔套和科克契达夫地块发育有中元古代—古元古代的结晶基底以外,其它微地块(如伊犁南缘、伊犁北缘—阿克陶、楚伊犁、卡拉套、拜克努尔、额热蒙套和乌卢套等)均没有可靠的中元古代原地结晶基底。所有微地块中均发育类似的早新元古代变质作用和岩浆作用,形成了微陆块统一的结晶和变质基底。经过综合对比分析,笔者认为这些微地块可能具有不同的起源,但在新元古代经历了相似的构造—岩浆演化,处于相似的古地理环境,记录了新元古代早期大陆汇聚造山、晚期大陆裂解和古亚洲洋扩张过程中被动陆缘形成的过程。
    广西姑婆山花岗岩早白垩世暗色包体的识别及其地质意义
    刘风雷, 周 云, 史水平, 冯佐海, 蔡永丰, 付 伟, 赵 锴
    2023, 29(3):  455-470.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021077
    摘要 ( 109 )   PDF (3195KB) ( 217 )  
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    为了探讨桂东北中生代构造演化特征,文章对桂东北姑婆山复式花岗岩体及其闪长质暗色包体进行了详细的岩石学、年代学和地球化学研究。年代学测试结果表明,闪长质暗色包体的形成时代为142±1 Ma,为首次在本区识别出了早白垩世闪长质暗色包体。元素地球化学分析结果显示闪长质暗色包体的SiO2含量为55.66%~56.72%,MgO为2.26%~2.30%,Fe2O3T为10.43%~10.77%;寄主花岗岩样品的SiO2含量为68.33%~68.67%,Fe2O3T为3.73%~3.89%,MgO为0.60%~0.64%,具有较高的10000Ga/Al比值和Zr+Nb+Ce+Y含量,整体表现出A型花岗岩的地球化学特征。寄主岩石和暗色包体均富含大离子亲石元素和高场强元素。综合上述数据,表明闪长质暗色包体是岩浆混合作用的产物,其形成与华南晚中生代岩石圈的伸展减薄作用有关;结合相关区域地质资料,表明华南中生代时期的岩石圈伸展减薄呈幕式发生,从而导致华南发育多期次、多阶段的岩浆作用。
    不同埋深珊瑚礁灰岩物理力学特性宏细观研究
    马林建, 刘华超, 张 巍, 李 奇, 朱鸿鹄, 吴家文
    2023, 29(3):  471-478.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021074
    摘要 ( 1137 )   PDF (2519KB) ( 532 )  
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    文章针对中国南海不同深度珊瑚礁灰岩物理力学特性,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线断层扫描(CT)技术,表征浅层和深层礁灰岩微细观形貌和内孔隙结构特征,建立纵波波速与孔隙率、密度的定量关系,开展干燥和饱水礁灰岩单轴压缩试验,探讨礁灰岩基本物理力学特性。试验结果表明,浅层礁灰岩疏松多孔,孔隙连通性较好,主要矿物成分为文石,属生物沉积岩;深层礁灰岩较为致密,孔隙连通性差,主要矿物成分为方解石,属变质岩。深层礁灰岩孔隙率约为浅层礁灰岩孔隙率的1/10,平均峰值抗压强度约为4.8倍,平均弹性模量约为4.5倍。礁灰岩属于极软岩或软岩,具有脆性破坏的特征,典型破坏模式为沿原生孔隙、生长线和弱胶结面等缺陷的多破裂面破坏,峰后残余强度较高。礁灰岩水岩作用效应显著,浅层礁灰岩软化性强于深层礁灰岩。浅层与深层礁灰岩物理力学性质存在较大差异,主要源于不同埋深下成岩胶结作用程度不同所导致的矿物组分、孔隙结构与岩性的差异。
    基于MatDEM 的岩石应力波传播与衰减特性敏感性分析
    范观盛, 黄靥欢, 刘 春, 乐天呈
    2023, 29(3):  479-486.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021102
    摘要 ( 142 )   PDF (6972KB) ( 338 )  
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    应力波的研究是岩石动力作用中的关键性问题。基于离散元法,文章对岩石样品开展数值模拟试验,以探究应力波传播和衰减的影响因素及规律。其中重点分析了岩石数值试样的单元半径、阻尼系数,以及入射波频率、振幅对应力波传播产生的影响,并结合真实试验结果进行对比分析。研究结果表明:离散元法能有效的模拟动力作用过程,数值岩样中应力波的传播变化规律与前人研究一致。岩样单元半径增大,导致岩样的不均匀性增加,散射衰减增强;阻尼系数越大,振幅在相同距离处衰减程度越大;岩样中入射波频率降低,波的传播趋势从对数衰减向线性衰减形式发展;加载波的振幅越大,应力波由于散射作用衰减程度越大,在相同传播距离的衰减率保持一定。
    MICP 复合材料固化软土一维固结试验及机理研究
    刘 庆, 林 军, 谢佳旻, 秦鹏飞
    2023, 29(3):  487-496.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021114
    摘要 ( 251 )   PDF (2723KB) ( 418 )  
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    微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术广泛应用于土体改良,其生态友好特性符合当今环境保护和可持续发展理念。然而由于软土的特殊工程性质,MICP加固软土的研究鲜有报道。文章研究了微生物—砂井与微生物—生物炭两种复合材料加固软土的一维固结压缩试验,实验方法分别采用微生物—砂井联合真空排水法和微生物—生物炭直接拌合法,探究了砂井数量、生物炭掺量对加固效果的影响,基于扫描电子显微镜(SEM)测试与XRD衍射试验,获得了固化软土的微观结构特征。结果表明:经MICP作用后的软土孔隙比随砂井数量和生物炭掺量的增加显著降低,当生物炭掺量在一定范围(8%左右)内能够减小压缩系数,增大压缩模量。碳酸钙含量测定结果显示碳酸钙生成量随深度增加逐渐减少,分布具有不均匀性。微观测试表明:两种实验方法处理后的软土中均出现大量碳酸钙聚集体且填充于颗粒接触处,碳酸钙晶体类型主要为球霰石。