中國地質模型

❶ 中國地質科學院水文地質環境地質研究所

截至2014年底，全所職工總數534人，其中在職職工310人，離退休職工224人；博士生導師8人，享受國務院政府津貼專家4人。專業技術人員中，院士1人，俄羅斯自然科學院外籍院士1人，正高級職稱40人，副高級職稱46人，中級職稱125人。內設8個綜合管理部門、16個技術業務部門、3個科研業務保障部門。國際水文地質學家協會中國國家專業委員會、中國地質學會水文地質專業委員會、地熱專業委員會、農業地質專業委員會、河北省礦泉水產品質量監督檢驗站掛靠所內。

發表論文122篇，其中SCI檢索論文21篇、EI檢索論文23篇。出版專著5部，獲得專利29項，1項專利技術實現轉讓，獲著作權1部。獲批12項國家自然科學基金項目。石建省研究員獲「全國優秀科技工作者」稱號，盧耀如院士再獲河北省院士特殊貢獻獎，石建省、王貴玲研究員受聘全國首席科學傳播專家。國家實用新型專利「有機物污染水樣泵管口采樣器」成功轉化為產品，投入批量生產。榮獲國土資源科學技術二等獎1項，中國地質調查局、中國地質科學院2014年度地質科技十大進展1項，中國地質學會2014年度十大地質科技進展1項。

獲獎證書

領導班子由5人組成，所長、黨委書記石建省，副所長張永波、張兆吉、李援生，紀委書記張民福。

所長、黨委書記石建省（中），副所長張永波（右二），副所長張兆吉（左二），副所長李援生（右一），紀委書記張民福（左一）

年度重要科研成果

我國地下水污染調查建立全流程現代化取樣分析技術體系。成功研製系列取樣器並解決痕量組分採集技術難題，發展高效實用的現場調查技術及離線萃取技術，快速准確地查明了重點地區地下水污染狀況；通過高解析度遙感解譯調查土地利用類型與污染源分布；構建了有機分析實驗平台，對全國33個實驗室實現網路遠程質量監控。

大型盆地和東南沿海典型地區深部水文地質調查與綜合評價取得地熱資源勘查重大突破。在高溫地熱資源以及乾熱岩勘查、水熱型地熱資源調查評價、省會城市及地級市淺層地溫能調查評價取得重大突破，發現多處高溫地熱異常。西藏古堆高溫地熱顯示區地熱鑽探230米深度溫度達195 ℃，為我國目前地熱勘探中同深度溫度最高鑽井，川西地區高溫地熱鑽探填補了理塘、巴塘地熱鑽探空白。首次開展乾熱岩科學開發利用試驗研究，東南沿海地區乾熱岩鑽探選址取得進展，完成東南沿海乾熱岩資源潛力區地球物理勘查。

貴德縣扎倉溝乾熱岩鑽孔現場

中國地質調查局王學龍副局長聽取項目匯報

熱坑間歇噴泉

熱水塘沸噴泉

城市發展中的地質環境風險評估與防控關鍵技術研究與示範。以甘肅蘭州、天水的滑坡、泥石流為研究對象，攻克了滑坡、泥石流發生概率難以計算的難題，建立了滑坡、泥石流風險評價技術方法體系。以鄭州地面沉降為研究對象，研究了中原城市群地面沉降發生原因與機理，為中原城市地面沉降風險評價技術研究奠定了基礎。以石家莊、北京、洛陽為研究區域，研究了污染物在這些地區包氣帶中的遷移規律與包氣帶的防污能力，改進了地下水污染防污能力的評價方法技術，為地下水污染風險評估奠定了基礎。

全國地下水資源及其環境問題戰略研究。查明我國13個糧食主產區的分布范圍、農業種植現狀及其灌溉用水對地下水依賴狀況與趨勢、各糧食主產區地下水資源保障農田生產用水能力。首次查明地下水超采與灌溉農業之間關系、小麥、玉米等秋糧作物及蔬菜和耗水型果林用水對地下水超采影響程度和應調控閾以及節水灌溉與地下水資源優化配置機制。提出相對農民模式的綜合優化節水灌溉方案和實施對策，示範應用取得顯著生態環境和經濟社會效益。創編了我國「國家主要含水層圖工作大綱與技術要求」，全面完成《我國水工環地質工作發展史》出版稿，對發展我國水工環地質事業具有重要指導意義。

國家糧食主產基地黃淮海區灌溉農業的用水強度、對地下水依賴程度和地下水保障能力分布圖

祁連山大型煤炭基地土地覆蓋現狀解譯圖

重要能源基地水文地質環境地質調查。完成我國重要能源基地1∶5萬水文地質環境地質調查工作總體部署。先後開展了「青海重要能源基地水文地質調查」、「神東煤炭基地水文地質調查與老空區普查」和「晉東能源基地水文地質環境地質調查」。完成6個1∶5萬標准圖幅調查（面積約2520km²）；實施一批探采結合井，總出水量約14736m³/d，有力地解決了礦區缺水問題。在多年凍土區融區控水規律、鄂爾多斯盆地直羅組強富水特性、典型岩溶泉域強徑流帶分布與演變、採煤條件下上覆含水層疏干破壞機理、礦區含水層保護理論技術、老空區老空水普查技術方法和1∶5萬水文地質編圖等方面取得一系列新成果。

巴丹吉林沙漠1∶5萬水文地質調查。完成巴丹吉林沙漠湖泊集中分布區野外調查任務，填補了我國沙漠區域水文地質調查空白。調查湖泊窪地133個、泉點29個、機民井88個，人工揭露地下水73處。初步查明沙漠東南部第四系沉積基底特徵和湖泊、地下水分布的規律。首次在沙漠腹地完成350米水文地質鑽探，揭露了第四系沉積基底和含水層結構，並首次獲取巴丹吉林沙漠水文地質參數，為沙漠區水文地質條件研究奠定了良好基礎。

中國工程院重大咨詢項目我國地熱資源開發利用戰略研究。通過全球地熱資源開發利用數據，對我國各類地熱資源開發利用情況以及開發利用用途進行分析總結，圈定具有開發利用前景的高溫、中低溫地熱區（田），提出地熱發電規模及遠景布局。查明我國乾熱岩資源分布，圈定若乾乾熱岩遠景分布區，提出我國地熱資源開發利用集約化目標及方向。開展了地下熱水資源開發利用現狀與趨勢研究，制定出我國地熱資源開發利用關鍵技術研究路線圖，為地熱資源管理提供決策依據。

群礦採煤驅動下含水層結構變異對區域水循環影響機制研究。初步查明采空區覆岩三帶宏觀分布規律，采場應力分布對覆岩裂隙發育特徵的影響特徵、關鍵層分布對覆岩裂隙發育特徵影響機理，分析總結了采動裂隙發展與含水層結構變異演化規律，基本掌握采空區裂隙發育特徵及滲透性變化規律，建立了典型礦區含水層空間結構變異數值模型，創造性提出采空區滲透性躍變曲面「橢拋凹形體」概念。

華北平原典型地區地下水回灌關鍵技術與工程示範。應用GMS軟體初步建立了試驗場三維地層結構圖，建立了勘察回灌區水文地質參數系列。建立完善了地下水回灌三維水流模型，發展了地下水高精度模擬技術和優控管理信息技術。完善了滹沱河沖洪積扇三維地下水流模型，採用嵌套技術建立區域模型與示範區模型的耦合模型；建立示範區地下水回灌主要污染組分的溶質運移模型，進行了地下水管理模型的演算法研究，初步形成地下水管理信息系統。

沙漠腹地水文地質鑽探

含水層結構破壞物理模擬試驗

地下水回灌試驗場立體圖

❷ 國內外地質體三維模擬軟體現狀的探討分析

縱觀國外的三維地質模擬與可視化軟體，可以按數據來源和服務領域分為三維地震類如CGC，Geoframe，Earthwork，3Dscis，SeisVision，SeisX2d/3d；地球物理類如EarthCube，OpenVison，GeoViz，GeoQuest，（RC）²；地質/礦山類如Micromine，Surpac，MVS，Vulcan，LYNX/MicroLYNX，MineSight，Datamine，Gemcom和油藏類如GOCAD，3Dmove，Earth Vision，Geosec2D/3D，SGM，Jason，Petrel。

（一）國外主要地質體三維模擬軟體的現狀分析

在對國外的主流軟體 Surpac、Vulcan、Datamine、MineSight、MVS、Micromine、3Dmove、MicroLynx、GOCAD、Petrel和（RC）²等按系統配置、功能結構、應用領域、主要特點與開發支持等方面分析的基礎上，我們認為國外地質體三維模擬與可視化軟體的功能大同小異。小結如下：

1.從系統配置來看

在20世紀90年代初期，受微機性能的限制，所開發的系統一般基於UNIX操作系統和用於工作站環境（如LYNX，Vulcan，Datamine，Surpac等）；20世紀90年代中期以來，隨著微機性能的提高，一些三維地質模擬與可視化軟體開始移植到Windows操作系統和微機環境（如 Micromine，Gemcom，MineSight，microLYNX，Vulcan，GOCAD等）。近年來，基於Windows操作系統和微機環境的三維地質模擬與可視化軟體開始成為主流。目前，有的軟體具有跨平台性。

2.從功能結構來看

系統採用c/s結構；軟體操作界面友好；提供強大的三維圖形互動式編輯環境；採用資料庫管理地質數據；地質建模採用實體模型和塊體模型；提供地質統計分析功能；提供采礦設計與優化功能；提供測量應用模塊；可在網路環境中運行；提供與主流GIS軟體的介面；多數系統可根據不同的應用選用不同的模塊。

3.從應用領域來看

主要應用於勘探和地質建模、地表和地下采礦設計、尾礦和復墾設計、生產計劃和開采計劃以及鑽孔編錄等。

4.從支持二次開發來看

多數系統提供宏語言的形式進行二次開發，少數系統可提供C++的開發。

5.從地質體三維模擬技術方案來看

國外主流的軟體採用如下方案：

（1）根據鑽孔（物探、探槽、探井等）資料，互動式解釋成輪廓線；

（2）根據地質規律，互動式建立地質模型（實體模型）；

（3）根據地質統計方法或其他方法，插值生成塊體模型；

（4）估算資源量（找出在當前礦石價格下有利潤的塊段）；

（5）進行礦山設計與規劃；

（6）開采控制與管理。

（二）國內主要地質體三維模擬軟體的現狀分析

我國對三維地質體模擬與可視化研究起步較晚，但做了大量的有益探索。近年來國家自然科學基金委員會大力支持地學可視化研究，先後資助了「復雜地質體的三維建模和圖形顯示研究」、「油儲地球物理理論與三維地質圖像成圖方法」、「地學時空信息動態建模及可視化研究與應用」和「基於剖面的三維拓撲地質建模研究」等項目。1996年中國科學院地球物理研究所與勝利石油管理局在國家自然科學基金重點項目「復雜地質體」中，開始追蹤研究GOCAD。長春科技大學在阿波羅公司的TITAN GIS上開發了Geo TransGIS 三維GIS，主要用於建立中國乃至全球岩石圈結構模型的三維信息。石油大學開發的RDMS、南京大學與勝利油田合作開發的SL GRAPH 都是用於三維石油勘探數據可視化。中國地質大學開發的三維可視化地學信息系統（GeoView）可實現三維地學信息管理、處理、計算分析與評價決策支持。

通過對國內北京航空航天大學、中國地質大學、中國礦業大學、北京大學、武漢大學、西安科技大學、中科院、北京市勘察設計研究院、中南大學、北京理正軟體設計研究院等單位的研究進行分析，認為：目前我國尚未開發出融數據管理、信息可視化、交互操作和地質分析於一體的三維地學模擬與可視化實用軟體。

❸ 中國地質災害分區預警模型

根據5.4節中中南山地丘陵區試運算過程中的總結修正的思路，在全國7個預警大區范圍內分別完成地質災害潛勢度計算、地質災害預警指數計算，從而實現國家級地質災害氣象預警預報。

5.6.1 分區潛勢度計算

5.6.1.1 權重計算結果

考慮到因子圖層准備情況和時間關系，本次計算中選取了25個因子圖層，在7個大區分別開展計算。各區內因子圖層的權重計算結果見表5.10。從權重計算結果來看具有如下特點:

(1)總體上符合經驗認識

從敏感因子排序來看，中南山地丘陵區(C區)，最敏感的因子是地形起伏(權重為0.17);西南部地區(D區)，最敏感因子為地震動參數(權重為0.18);黃土地區(E區)，最敏感因子為岩土體類型(權重0.09)，等等。而鐵路、塔廟宇等因素的敏感度則非常低，甚至很多區的權重為0。

(2)因子權重差偏小

主要是由於選取因子較多(25個)，且各因子之間有一定重復，因此造成每個因子的權重相對較小，權重差偏小。25個因子的平均因子權重應為1/25，即0.04，因此當某個因子權重超過0.04時，可以認為該因子為地質災害的敏感因子。

(3)精確程度還有待進一步提高

目前的計算，是在整理現有的地質背景環境資料和歷史災害點資料基礎上，圖層資料的比例尺還相對有限，特別是歷史災害點資料主要是建立在縣市調查數據基礎上的，已調查縣災害點密集，而未調查的縣數據缺失，造成統計分析結果的精確程度有限。

表5.10 分區計算各因子權重結果表

目前的計算，主要旨在探索計算思路，計算結果的精確程度會隨著原始資料的不斷充實而不斷提高。

5.6.1.2 潛勢度計算結果校驗

將各區潛勢度的計算結果，與歷史災害點的分布情況進行對比分析，校驗潛勢度是否能夠體現地質環境的優劣程度。

圖5.20～圖5.26反映地質災害潛勢度值大的區域歷史災害點分布多，地質災害潛勢度值小的區域歷史災害點分布少，即地質災害潛勢度值的大小能夠反映歷史地質災害點的多少，能夠反映地質背景環境條件的優劣。

圖5.20 A區地質災害潛勢度與災害分布對比

圖5.21 B區地質災害潛勢度與災害分布對比

5.6.2 分區預警模型

在全國7個預警大區中，C區(中南)、D區(西南)、B區(華北)災害樣本較多，雨量站點相對稠密，採用統計分析方法，建立了顯式統計的線性回歸模型。

圖5.22 C區地質災害潛勢度與災害分布對比

圖5.23 D區地質災害潛勢度與災害分布對比

圖5.24 E區地質災害潛勢度與災害分布對比

圖5.25 F區地質災害潛勢度與災害分布對比

圖5.26 G區地質災害潛勢度與災害分布對比

A區(東北)、E區(西北黃土)、F區(西北新疆)、G區(青藏高原)由於災害點樣本太少和雨量站點稀疏，匹配到災害點上的雨量誤差較大。不具備統計分析的樣本條件，採用的是潛勢度-雨量經驗方法，即不同潛勢度分段范圍內，根據經驗給定臨界降雨判據。

5.6.2.1 線性回歸模型

將歷史災害點的發生個數作為輸出量，潛勢度值、當日雨量、前期累計雨量作為輸入雨量，進行線性回歸分析，根據統計結果可見，地質災害的發生與地質環境基礎因素(G)、降雨激發因素(R_d，R_p)存在一定程度的線性關系。

根據T值進行預警等級劃分的原則如下:

回歸分析中，輸出量為歷史地質災害點的發生個數;得到預警模型後，T值(預警指數)為地質災害發生可能性大小的量化參數，是地質環境條件與降雨條件綜合作用的量度。根據我國各大區歷史地質災害發生情況以及幾年來地質災害氣象預警預報工作經驗總結，主要通過試運算進行地質災害預警等級劃分。統計分析時將地質災害的嚴重程度按區分為3個級別，並以此3個級別作為預警模型中預警等級劃分的重要參考。同時，具體操作中也考慮了如下4個方面:

1)各大區內，挑選近年來地質災害群發的典型區域，進行預警模型試運算，並將其結果與地質災害點實際發生情況對比分析，從而修正預警等級劃分標准。

2)在典型區域內，分別採用第二代預警系統和第一代預警系統開展預警預報試運算，通過結果對比修正預警等級劃分標准。

3)預警模型中各變數的實際意義與取值范圍。G(潛勢度)為地質環境條件的量化參數;R_d和R_p為降雨條件的量化參數。取值范圍各區有所不同。

4)考慮到地質災害氣象預警預報對於地質災害防治工作的具體作用，在預警預報區域面積的大小方面也有所考慮，此項考慮主要為定性考慮。預警區域面積過大，可能會導致地質災害防治工作中無從參考，預警區域面積過小，可能會導致地質災害多發區域的漏報。

在B，C，D3個區的回歸分析過程和結果如下。

(1)B區

復相關系數:R=0.19;

判定系數:R²=0.16;

得到回歸模型方程為

中國地質災害區域預警方法與應用

根據括弧內的t統計量的值可知:G，R_d，R_p均對地質災害的發生情況有顯著影響。根據F統計量的值F=5.60，可知:回歸方程是顯著的。

通過試運算，根據T值進行分段，確定預警等級。3級(T＜10);4級(10≤T＜20);5級(T≥20)。

(2)C區

復相關系數:R=0.50;

判定系數:R²=0.48;

得到回歸模型方程為

中國地質災害區域預警方法與應用

根據括弧內的t統計量的值可知:G，R_d，R_p均對地質災害的發生情況有顯著影響。根據F統計量的值F=21.40，可知:回歸方程是顯著的。

通過試運算，根據T值進行分段，確定預警等級。3級(T＜10);4級(10≤T＜60);5級(T≥60)。

(3)D區

復相關系數:R=0.48;

判定系數:R²=0.45;

得到回歸模型方程為

中國地質災害區域預警方法與應用

根據括弧內的t統計量的值可知:G，R_d，R_p均對地質災害的發生情況有顯著影響。根據F統計量的值F=14.40，可知:回歸方程是顯著的。

通過試運算，根據T值進行分段，確定預警等級。3級(T＜18);4級(18≤T＜50);5級(T≥50)。

5.6.2.2 潛勢度-臨界雨量經驗方法

(1)A區

根據潛勢度G值，將A區分為3類:

中國地質災害區域預警方法與應用

(2)E區

根據潛勢度G值，將E區分為3類:

中國地質災害區域預警方法與應用

(3)F區

根據潛勢度G值，將F區分為3類:

中國地質災害區域預警方法與應用

(4)G區

根據潛勢度G值，將G區分為3類:

中國地質災害區域預警方法與應用

❹ 中國地質科學院地質力學研究所

中國地質科學院地質力學研究所在構造地質、新構造與地質災害、地應力與區域地殼穩定性評價、油氣地質及礦田構造、第四紀地質與環境等研究領域具有專業優勢。國際工程地質與環境協會（IAEG）新構造與地質災害專委會、中國地質學會地質力學專業委員會、第四紀地質與冰川專業委員會和古地磁專業委員會掛靠在本所，主辦學術刊物《地質力學學報》。

2008年承擔各類項目總計182項，其中國家（科技部）科技項目21項，國家自然科學基金項目17項，國土資源部項目18項，國土資源大調查項目19項，其他類項目100餘項。

2008年承擔各類科研項目總經費9568萬元。其中，國家（科技部）科技項目經費3908萬元；國家自然科學基金項目經費195萬元；國土資源部項目經費993萬元；地質大調查項目經費2736萬元；其他類項目（包括所長基金及橫向項目）經費1735萬元。

2008年有12項科技成果通過專家評審和驗收，其中地調項目評審成果7項，6項優秀，1項良好；自然基金項目5項通過結題驗收。本所作為第二獲獎單位和第三獲獎單位獲得2008年度國土資源科學技術獎二等獎2項，作為第二獲獎單位獲2008年度河北省科技進步獎三等獎1項。本所青藏高原新構造與古大湖研究成果入選2008年度中國地質學會十大地質科技成果；阿爾金山東段鐵礦找礦新進展被評為2008年度中國地質科學院十大科技進展。2008年發表各類學術論文115篇，出版專著4部。

副所長趙越研究員

黨委副書記、紀委書記何長虹高級工程師

副所長李貴書研究員

所長龍長興研究員

2008年度主要科研成果

滇藏鐵路沿線地殼穩定性調查評價：屬國土資源大調查項目，主要完成人員：張永雙、胡道功、吳中海、張加桂、吳樹仁、趙希濤、蔣良文、郭長寶、石菊松等。項目組開展了滇藏鐵路沿線第四紀地層對比研究，首次編制了鐵路沿線及周邊夷平面分布圖，對區內51條活動斷裂（帶）的展布、最新活動時代、分段性和活動方式等進行了研究和總結，對與鐵路相交或近距離平行的20條活動斷裂進行了重點調查、探槽揭露和取樣測試，重新釐定了鐵路沿線14條重要的晚更新世以來的活動斷裂。對可能遇到的地質災害和重大工程地質問題進行了系統調查和預測評價，深入研究了鐵路沿線特殊岩土體的主要工程地質特性，提出了實用性的工程判別指標。綜合活動斷裂、地震活動、地熱場、構造應力場、地形變場、工程地質岩組及地質災害等因素，採用基於Arc GIS的信息加權疊加方法，開展了滇藏鐵路沿線地殼穩定性綜合評價和工程近期規劃段工程地質穩定性綜合評價，提出了線路比選和優化方案，在指導鐵路選線方面發揮了重要作用。

瀾滄江斷裂帶

項目組人員在進行斷裂測量

技術人員在柴達木盆地獅子溝沙山安裝微地震台站設備

技術人員在安裝微地震台站

微地震台陣網天然地震層析成像技術應用：屬中石油青海油田分公司負責的柴達木盆地油氣資源戰略調查及評價（XQ-2004-01）全國油氣資源戰略選區調查與評價項目的課題之一，主要完成人員：王小鳳、馬寅生、馮梅、安美建、史大年、陳宣華、區明益、王連慶、霍光輝、李會軍、范桃園、李國岐、田曉娟、張西娟、蔣榮寶、李麗。總體目標任務是運用微地震台陣網天然地震層析成像技術進行英雄嶺凹陷及周邊地區深層地質構造解析，結合柴達木盆地西部地、物、化、遙資料綜合分析，探索復雜地形區深部構造勘探的新方法。經過艱苦的野外施工、數據採集、數據處理、波速反演和地質解釋，首次在國內將微地震台陣網天然地震層析成像技術應用於油田深部構造探測，在國內沒有可借鑒實例的條件下，經過近4年的引進—吸收—再創新的實踐，初步建立了中等尺度微地震台陣網深部構造探測的技術方法體系；建立了運用微地震台陣網進行中等尺度構造探測的台站部署原則、記錄參數選取、高質量數據採集標准和數據處理工作流程；確立了中等尺度天然地震層析成像速度結構反演的工作流程和成果圖件；初步形成中等尺度天然地震層析成像結果地質解釋的准則；獲得了自然條件惡劣、地形地貌復雜、人工地震難以實施的柴西獅子溝—游園溝地區、乾柴溝—鹹水泉地區的深部構造信息；在油氣資源評價新技術方法研究方面取得顯著進展。其成果曾被評中國地質科學院2006年十大科技進展。

獅子溝地區地震反射剖面速度結構圖

東部疊合盆地深層油氣成藏潛力評價：屬國土資源大調查項目，成果為優秀等級。主要完成人員：龍長興、周新桂、張林炎、劉和甫、范昆、李濤、王宗秀、肖偉峰。項目組以地質力學理論為指導，多學科結合，對渤海灣—南華北盆地深層油氣成藏潛力進行了系統研究。認為盆地形成演化主要受緯向構造體系和新華夏構造體系聯合復合控制。首次提出了渤海灣—南華北盆地深部存在多層次滑脫拆離，晚中生代—現今為統一伸展背景下形成的盆—山變形系統的新模式；首次編制了渤海灣—南華北盆地1:100萬前古近系和前侏羅系地質圖，研究了中生代以來盆地疊加改造對古生界油氣成藏的影響；首次編制了渤海灣—南華北盆地1:200萬上、下古生界生儲蓋組合分布及其自生自儲油氣成藏潛力評價圖，並結合3次資評、深層油氣勘探及成藏必要條件，圍繞「有效生烴區和有利保存單元」兩個核心問題，評價了深層油氣成藏潛力，明確指出了深層油氣有利勘探區帶。

吉黑東部山區內生金銅礦床找礦模型研究：屬中國地質調查局國土資源大調查項目，主要完成人員：孟憲剛、邵兆剛、朱大崗、王津、韓建恩、余佳。經過野外調查與室內綜合研究，本項目取得以下進展：查明了區域構造體系及其在歷史演化過程中的控岩控礦作用，吉黑東部豐富的內生金銅多金屬礦產的成岩成礦過程主要受新華夏系、緯向系、經向系和北西向構造帶控制。劃分了吉黑東部岩石圈單元和成礦區帶，在本區進行了構造帶礦化特徵對比，構造層含礦性與構造演化階段對比，劃分了構造成礦序列。構建了本區宏觀的構造動力成岩成礦三維地質模型，在宏觀構造動力成岩成礦三維地質模型中，簡述了金銅礦成岩成礦物質來源及過程。對典型礦床進行構造控礦分析，根據X光岩組和磁組構分析，進行了分階段的運動學、動力學分析工作。總結了本區最特徵的構造控礦類型，修正、完善、建立了8個控礦類型和模型，首次建立了吉黑東部地區的有限單元法數學模型和該區金銅礦床找礦模型。

華北北緣東西向右旋逆沖斷層帶考察

專家組驗收項目成果現場

小西南岔金銅礦北山礦脈與礦石產狀

九三溝銅金礦床礦化脈

青藏鐵路活動斷裂調查與監測：屬地質調查工作項目，項目負責人為吳珍漢研究員，項目成員包括胡道功研究員、吳中海副研究員、王雙緒研究員、彭華研究員、陳群策研究員、苗放教授、王連捷研究員等。相關成果入選2006年度中國地質科學院十大科技進展。對庫賽湖斷裂、西大灘斷裂、溫泉盆西邊界斷裂、安多盆北邊界斷裂、崩錯斷裂、谷露盆西邊界斷裂及當雄—羊八井活動斷裂，通過高解析度遙感解譯、斷錯地貌分析、探槽工程揭露和高精度測年，揭示了晚更新世與全新世斷裂活動期次、運動速率和古地震周期。在拉薩地塊中段沿青藏鐵路建立由15個測點組成的GPS觀測區域網，完成3期GPS測量，為分析青藏鐵路沿線現今地殼運動和斷層速率積累了高精度實測資料。完成西大灘180m、五道梁150m、安多120m、羊八井300m、曲水150m地應力鑽探和水壓致裂法地應力測量，獲得青藏高原不同地塊地應力隨深度變化曲線；建立西大灘體應變綜合監測站、安多體應變綜合監測站、羊八井體應變綜合監測站、曲水三分量應力綜合監測站，實現了監測數據遠程自動傳輸，初步建成青藏鐵路沿線應力應變綜合監測系統。運用三維有限元數值模擬方法和ANSYS軟體，計算分析了斷裂誘發移動冰丘的形成機理、災害效應及工程影響；發現83道班移動冰丘與錯那湖沙害等災害隱患，為青藏鐵路沿線地質災害防治提供了重要依據。項目公開發表學術論文24篇，包括國際核心期刊論文3篇，出版專著1部。

安多盆地北部活動斷層探槽剖面照片

項目成員沿青藏鐵路開展冬季野外觀測

吳珍漢研究員參加青藏鐵路通車典禮

青藏高原東緣第四紀環境調查與評價：屬國土資源大調查項目，完成人員：趙志中、王書兵、喬彥松、王燕、徐剛、傅建利、李朝柱、姚海濤、劉宗秀、蔣復初、錢方、彭陽、李永昭、牟傳龍、徐建民。成果如下：

（1）通過調查，若爾蓋土地沙化呈近南北向分布，主要位於山前沖洪積台地及山間盆地中。分析沙化因素，自然與人為因素的影響幾乎是同等的，降水和風速是草地沙化自然因素的主因素，在人為因素中以人口和牲畜量及開墾規模為主，提出對策建議。

（2）川西黃土紅土磁性地層均出現了B/M 界限以及賈拉米洛事件，川西黃土在空間上具有很好的對應關系。川西黃土兼具風塵和冰川特徵，說明物質主要源於青藏高原及其周緣的冰水沉積物。紅土成因分析說明其為風塵成因。

（3）昔格達古湖主要形成於高斯期，青藏高原東緣大湖階段形成約4-3Ma BP。典型剖面記錄了5個旋迴，15個階段，有機碳記錄了涼→暖的9個古氣候變化階段，孢粉和同位素分析也記錄了4-2.6Ma BP間古氣候環境周期變化規律。

甘孜黃土剖面與磁性地層

項目組成員在野外合影

測量黃土地層剖面

西氣東輸西段（玉門—武威）地殼穩定性調查評價：屬國土資源大調查項目，主要完成人員：陳柏林、張永雙、劉建民、董誠、彭華、劉建生、王春宇、吳乃芬等。取得主要進展：

研究表明祁連山北緣斷裂、河西走廊中西段盆地內斷裂、龍首山南緣斷裂和阿爾金斷裂東段等斷裂屬於晚更新世—全新世活動斷裂。發現高台車站斷裂、新民堡斷裂等是祁連山北緣前展式逆沖推覆構造中最前緣斷裂，形成時代最新、全新世活動性最強。首次獲得肅北當今山口現今地應力數據，特別是肅南地震和民樂地震前後的地應力值變化的寶貴資料。通過14個地區穩定性評價因素的量化，計算了區內128個評價單元的綜合評價參數，劃分了3個極不穩定—不穩定區、2個次不穩定區。針對西氣東輸管線穿越極不穩定區的實際情況，提出「在新民堡、高台車站活動斷裂、豐樂活動等地段進行必要的現今地應力監測和位移速率監測」的建議。

西氣東輸西段（玉門—武威）地質構造略圖

西氣東輸西段（玉門—武威）地殼穩定性綜合評價圖

西部地區主要沉積盆地形成演化及油氣資源富集成藏規律綜合研究（柴達木部分）：屬中國地質調查局綜合研究類項目，主要完成人員：王小鳳、馬寅生、陳宣華、李會軍、王連慶、馮梅、李國歧、武紅嶺、蔣榮寶、李麗、安美建、田曉娟、王治順、李中堅、王寶瑜、張梓歆、郭輝、尹成明、彭德華、江波。

主要進展：從柴達木盆地地質構造特徵及其演化歷史、石炭系地層特徵與岩相古地理、構造應力場、流體勢場和油氣分布規律與油氣資源前景四個方面對盆地形成演化及油氣資源富集成藏規律進行了綜合研究。劃分了柴達木盆地構造體系，明確了盆地大地構造歸屬；編制了盆地及其周邊地區石炭紀各門類生物地層對比表，進行了石炭系地層劃分與對比；編制了盆地地質構造系列圖件；開展了盆地應力應變測量和構造應力場模擬研究；對石炭系、中新生界油氣分布規律與油氣資源前景進行了綜合評價。2008年12月27日，中國地質調查局組織對項目成果進行評審，結果為優秀。

柴達木盆地盆地內向斜構造

項目組人員在盆地內進行現場考察

❺ 三維地質技術

三維地質技術的核心問題是三維地質空間數據模型的構建，主要應用於地質三維可視化和地質空間分析。

(1)三維地質建模

三維地質建模是目前的研究熱點，近年來，國內外學者對三維地質數據模型進行了大量深入的研究，針對不同的空間現象研究了不同的構模方法，提出了多種三維地質數據模型。按照建模所採用的空間數據模型的不同，可以將這些方法分成基於表面的建模方法、基於體的建模方法以及基於表面及體混合的建模方法。綜合現有的研究，又可進一步劃分為：斷面構模法、表面構模法、塊體構模法、線框構模法、實體構模法等。綜合分析現有的建模方法，目前還沒有哪一類方法能夠完全滿足所有數據建模的需要，存在的主要問題在於：建模方法對數據的限制很大，例如基於剖面數據通常採用斷面構模法，但是同時要求剖面數據是不交叉的，對於網格狀分布的剖面數據就不適用了。但事實上無論是何種類型的數據，它們都從不同的方面表達了同一個地質體的空間、物理、化學等方面的性質，在建模時，如果能充分綜合運用這些特點和優勢，則可以在很大程度上降低模型的多解性。多源地質數據、多方法結合進行地質模型的構建是未來的發展方向。

由於三維地質建模的復雜性，不同的技術方法和軟體具有各自的優勢，因而同一部門、單位或項目常常需要同時使用多種建模工具，從而產生多種基於特定建模軟體的模型數據，進而給後續模型數據的管理、分析和共享等工作帶來諸多問題。中國地質調查局為推動該項工作，設立了「多維地質建模與分析技術研究」工作項目，開展三維地質模型數據交換標准研究。

(2)三維可視化

可視化是三維地質的重要研究內容，許多學者進行了大量的研究工作。主要集中在地形表面的重構、房屋建築幾何模型建立等方面。特別是在地形表達方面尤為突出。自Clark 1976年提出LOD技術以來，該技術大致經歷了離散LOD模型階段、連續LOD模型階段和多解析度模型階段。近十幾年來，可視化技術從概念、原理、方法到硬體系統得到了全面發展，逐步形成了一套完整的技術。國外將可視化技術應用於三維地質模擬的典型代表是加拿大LYNX Geosystems公司研製的LYNX系統的三維GM(Geoscience Modeling)技術、法國Nacy大學發起研製的GoCAD軟體、美國Advanced Visual System公司AVS系統中面向三維地質模擬的技術。國內在這方面的研究起步較晚，主要是探索性的研究或基於國外軟體針對具體項目進行應用開發。然而，隨著勘探手段、測量儀器的不斷改進，需要可視化處理的數據規模越來越大，盡管現在計算機的計算速度、內存容量以及其他圖像加速設備的發展日新月異，但是對於龐大的數據，可視化效率始終不如人意，仍需加強該方向的研究。

(3)三維空間分析

根據空間分析所處理的對象進行劃分，空間分析方法主要有基於圖形的方法與基於數據的方法兩類。基於圖形的空間分析方法如常規的緩沖區分析、疊置分析、網路分析、復合分析、鄰近分析與空間聯結等能直接從2D擴展至2.5D乃至3D。由於三維數據本身可以降維到二維，因此三維技術自然能包容二維技術的空間分析功能。三維地質技術最具特色的也許是其基於三維地質數據的復雜分析能力，如計算空間距離、表面積、體積、通視性與可視域等。結合物理化學模型提供一些更具增值價值的真三維空間分析功能，如水文分析、可視性分析、日照分析與視覺景觀分析等已成為三維地質分析研究的重要內容，但是這些分項工具還大多局限在地表方面，真正適合專業領域真三維空間的空間分析功能還很欠缺。

❻ 　中國地質災害災度分析

一、地質災害災度計算方法

如前所述，災度只是反映不同地區地質災害破壞損失的相對程度。用災度指數作為災度指標，災度指數高，災害破壞損失嚴重；災度指數低，破壞損失輕。

災度大小主要受兩方面條件控制：①地質災害活動程度（即災變強度）。通常情況下，地質災害活動越頻繁，活動的規模或強度越大，災變強度越高，破壞損失越嚴重，災度越高。②地質災害的易損性。通常情況下，地質災害受災財產價值越高，對災害的抗禦能力和可恢復性能越差（即易損性越高），破壞損失越嚴重，災度越高。

根據上述規律，我們通過典型調查，可以建立災度指數與災變強度和易損性的相關模型：

Z_d=K_x·K_d·Z_w·Y_s

式中：Z_d——災度指數；

K_x——修正系數；

K_d——統計系數；

Z_w——災變指數；

Y_s——易損性指數。

二、中國地質災害災度分布特徵

除西藏自治區和台灣省的大約53個縣（市）因資料缺乏而難以評價外，按照上述方法對其餘30個省（市、自治區）2371個縣（市、區、旗）進行了災度計算，根據災度分布情況，分為微度災害、輕度災害、中度災害、重度災害、特重度災害5個等級。根據對不同災度等級單元的調查統計結果，各災度等級大致對應的期望損失強度分別為：＜0.5、0.5～2.0、2.0～5.0、5.0～15.0、＞15.0萬元/10²km²·a。結果顯示，中國地質災害災度分布極不均勻，西北、東北和東部沿海的廣大地區多屬於微度和輕度災害區，中度以上災害主要分布在中國中部區域（表18-10、圖18-4）。

微度災害。主要分布在中國東部的大興安嶺、小興安嶺、東北平原、華北平原、長江中下游平原和西北的准噶爾盆地、塔里木盆地、柴達木盆地、青藏高原等地區。這些地區歷史災害稀少，損失輕微，今後除局部地區災度有可能出現明顯提高外，絕大部分地區仍將維持微災或基本無災現狀。

圖18-4中國地質災害災度分布圖

表18-10中國地質災害災度等級劃分的分布情況

輕度災害。分布廣泛但比較零散。主要在東北的長白山，華北的山西高原、山東丘陵，東南的江南丘陵、浙閩丘陵、兩廣丘陵，西北的阿爾泰山、天山，西南的部分地區。這些地區的共同特點是災害種類比較多，活動頻繁，但災害規模比較小，單次事件損失一般不超過10萬元。今後時期，該類災害的局部地區，因資源開發和工程經濟活動的迅速發展，災害損失和災度可能顯著上升。

中度災害。分散分布在中部和東部地區。主要在遼東半島、燕山、太行山、黃土高原、秦嶺、川滇山地、雲貴高原、江南丘陵的部分地區。這些地區災害種類多，部分地區災害點的密度大，活動頻繁，但以中、小型為主，大型、特大型和群發性災害偶有發生，單次事件損失變化大，一般為幾千到幾十萬元，少數達百萬元。由於一些地區具有潛在危險性，所以今後一段時期災度可能進一步提高。

重度災害。主要分布在中國東部的陝北高原、秦嶺、鄂西山地、川滇山地的部分地區，零星分布在遼東半島、燕山、天山的部分地區。這些地區災害種類多、密度大，不但中小型災害十分頻繁，而且經常發生大型、特大型和群發性災害，單次事件損失多數為幾萬元或數百萬元，部分超過1000萬元。這些地區地質自然環境脆弱，不但歷史災害比較嚴重，而且存在比較嚴重的潛在危險性，今後發展的總趨勢是災度將不斷提高。

特重度災害。集中分布在中國中部的秦嶺、鄂西山地、川滇山地的部分地區，零星分布在遼東半島和燕山山地的部分地區。這些地區地質災害種類多，密度大，尤其是滑坡、崩塌、泥石流特別強烈，中小型災害每年都要發生，大型、特大型和群發性災害也十分頻繁，單次災害事件損失為幾萬元到近億元。這些地區自然環境差，大部分地質災害處於活動期或發展期，今後時期，在自然條件和社會經濟條件共同影響下，大部分地區地質災害災度將進一步提高。

❼ 　中國地質災害危險性分析

一、危險性分析方法與步驟

（一）分析危險性構成，建立危險性綜合評價模型（圖18-1）

圖18-1地質災害危險性綜合評價結構示意圖

（二）建立地質災害危險性指數計算模型，確定各種參數

1.綜合危險性指數（Z_w）按下式計算：

Z_w=Z_wb·A_b+Z_wn·A_n+Z_wt·A_t

式中：Z_w為地質災害綜合危險性指數；Z_wb、Z_wn、Z_wt分別為崩塌－滑坡、泥石流、岩溶塌陷災害危險性指數；A_b、A_n、A_t分別為崩塌－滑坡、泥石流、岩溶塌陷三類地質災害的危險性權重。

2.任一類地質災害的危險性指數（Z_wi）按下式計算：

Z_wi=Z_li·A_li+Z_qi·A_qi

式中：Z_li、Z_qi分別為該類地質災害的歷史強度和潛在強度；A_li、A_qi分別為歷史強度和潛在強度的權重。

3.歷史災害強度按下式計算：

Z₁=G·W·P

式中：Z₁——歷史災害強度指數；

G、W、P分別為歷史災害規模、密度、頻次、據表18-1劃分等級，並賦予相應的評判值。

歷史地質災害強度指數的變化范圍為0～1000。劃分為5個等級，並賦予相應的標度分值（表18-2）。

表18-1地質災害規模、密度、頻次等級劃分

表18-2地質災害歷史強度等級劃分

4.地質災害潛在強度指數（Z_q）按下式計算：

Z_q＝（D·A_D+X·A_X+Q·A_Q+R·A_R）·k

式中：D、X、Q、R分別為控制地質災害形成與發展的地質條件、地形地貌條件、氣候植被條件、人為條件充分程度的標度分值（具體內容和評判標准如表18-3）；

A_D、A_X、A_Q、A_R分別為上列4方面形成條件的權重；

k為潛在地質災害判別系數，其值為0或1（在D、X、Q、R四方面形成條件中，若有一方面條件不具備，則該種地質災害就不可能產生時，k值取0，否則取1）。

潛在地質災害強度指數的分布范圍為0～10。劃分為5個等級，並賦予相應的標度分值（表18-4）。

5.評價模型中權重值的確定

在上述計算模型中，需要多方面權重值。為了提高它們的可靠性，每類災害聘請2～4位專家以答卷的方式進行評判；同時選取5～8個典型災害事例進行統計。綜合兩方面結果確定權重值。各方面權重如表18-5。

歷史災害強度和潛在災害強度對於地質災害危險性的作用權重分別為0.3和0.7。

崩塌－滑坡、泥石流、岩溶塌陷三類地質災害對於綜合危險程度的權重分別為0.41、0.46、0.13。

表18-3地質災害潛在活動強度控制條件判別表

續表

表18-4地質災害潛在強度等級劃分

表18-5各種影響條件對地質災害潛在強度的作用權重

（三）計算各單元地質災害危險性指數，劃分危險性等級（表18-6）

表18-6地質災害綜合危險性等級劃分表

（四）繪制地質災害危險性分布圖、危險性統計表等，在此基礎上分析地質災害的危險水平和分布規律

二、中國地質災害綜合危險性分布特徵

從地質災害危險性指數和災變強度計算結果看，中國地質災害危險性分布的主要特徵是地質災害分布十分廣泛，但不同地區危險水平相差很大（圖18-2）。

據統計，中國2424個評價單元，危險性指數最低值為0，最高值為8.05（四川省華鎣市）。除青藏高原北部資料不詳外，其餘地區以輕度、中度和基本無災害的微度災害區為主，部分地區為重度災害區，局部為極重度災害區（表18-7）。

表18-7中國地質災害綜合危險性分布統計表

基本無災害的微度災害區主要分布在中國東部的松遼平原、華北平原、長江中下游平原、閩粵台沿海平原，西北准噶爾盆地、塔里木盆地、柴達木盆地，北部內蒙古高原的大部分地區。這些地區，地勢平坦，一般發育有很厚的鬆散沉積物，除個別地區有小型滑坡和地面塌陷活動外，地質災害不發育。這些地區不但基本沒有歷史地質災害記錄，而且基本不具備地質災害的潛在活動條件。

圖18-2中國地質災害危險性分布圖

輕度災害區主要分布在東北的大興安嶺、小興安嶺、長白山，華北的山西高原，華東的山東丘陵，東南沿海的浙閩丘陵、兩廣丘陵，西北的青海高原、阿爾泰山等地區。這些地區主要地質災害為崩塌－滑坡，局部地區有泥石流。東部和北部、西北部地區地質災害活動背景條件不同：東部地區主要為丘陵、低山，地形切割不劇烈，所以山地災害不嚴重；北部和西北部地區，以高原、山地為主，雖然海拔高程大，地形起伏較劇烈，但氣候乾旱，降水貧乏，且人類活動較弱，所以地質災害較輕。這些地區歷史災害雖有記錄，但規模和頻度較小。它們的潛在災害條件一般不充分，除閩浙沿海和山西高原部分地區，今後時期地質災害有可能進一步發展外，大部分地區將基本維持現狀水平。

中度災害區主要分布在陝北高原、河西走廊、天山山地、川西山地、雲貴高原、南嶺、武夷山等地區。這些地區主要為山地、高原，地形切割比較劇烈，降水比較豐富，部分地區岩溶發育，所以除崩塌－滑坡、泥石流災害比較發育外，有些地區（雲貴高原等）的岩溶塌陷災害也比較嚴重。地質災害活動條件比較充分，大部分地區存在一定的潛在危險性。

重度和極重度災害區主要分布在秦嶺、大巴山、鄂西山地、川滇山地，在這些地區形成比較廣闊的南北向分布的嚴重災害區；其次零散分布在千山山地、燕山山地、太行山山地以及橫斷山、雪峰山、羅霄山、雲霧山、武夷山、天山、喜馬拉雅山的部分地區。縱貫中國中部的大面積嚴重災害分布區，處於中國地勢變化的「第二台階」。這里地形切割十分劇烈，深大斷裂發育，地震活動頻繁，新構造運動特別強烈，降水比較豐富，且分配不均，暴雨頻繁，水土流失嚴重，人類活動對地質自然環境破壞嚴重。所以，這些地區不但歷史崩塌－滑坡、泥石流災害十分嚴重，而且存在很高的潛在危險性。其它分散分布的嚴重災害區，除嚴重災害活動范圍較小外，其它特點基本類同。在嚴重災害分布區內，有眾多局部性或地區性的極重度災害區。主要有遼東半島的千山山地、燕山山地、北京北山和西山、秦嶺西緣、長江三峽、滇北山地、滇西山地等地。這些地區除地形切割劇烈，暴雨頻發外，最突出的特點是新構造活動和人類活動十分強烈，植被破壞嚴重，山體支離破碎，崩塌－滑坡和泥石流災害不但十分頻繁，而且規模巨大，是災害最嚴重的地區。

資料不詳地區主要為台灣和青藏高原地區。該地區不但缺少專門勘查資料，而且區域地質災害背景條件資料也比較貧乏。推測該地區崩塌－滑坡、泥石流災害屬於輕度至中度水平，部分地區屬於重度水平。

❽ 顯式統計預警模型方法

應用地質災害顯式統計預警的基本原理，根據5.4節中南山地丘陵區試運算工作實踐，並對5.4節中相關權重計算等問題進行進一步的思考和修正，逐步摸索了一條地質災害預警預報的實現途徑。主要包括如下幾個步驟:

1)地質環境條件的定量化表達(潛勢度計算);

2)地質災害與地質環境、降雨資料統計分析參數選擇;

3)顯式統計預警模型選取;

4)地質災害預警指數計算;

5)地質災害預警產品生成等。

5.5.1 地質災害「潛勢度」計算方法

地質災害潛勢度是指區域地質災害發生的潛在條件組合的評價指標，具體反映一個地區是否具備發生地質災害的地質環境背景條件。

一般採用綜合指數模型進行評價:

中國地質災害區域預警方法與應用

式中:Q_n為第i個單元的潛勢度指數;j為評價因子;a_i為第j個評價因子在第i個評價單元中的賦值;b_j為第j個評價因子的權重。

因此，地質災害潛勢度計算結果的合理與否，主要取決於兩個方面:一是評價因子選取與定量化;二是評價因子權重的確定。5.5.1.1評價因子定量化

採用廣泛使用的確定性系數模型(CF)進行因子圖層的量化。基本假定是地質環境的優劣可以根據過去地質災害(滑坡)的易發程度來確定。即過去地質災害多發的地方，地質環境條件也較差。

確定性系數模型(CF)最早由Shortliffe和Buchanan(1975)提出，由Heckerman(1986)進行了改進，表示為下式:

中國地質災害區域預警方法與應用

式中:PP_a為滑坡在數據類a中發生的條件概率，應用時為數據類a中存在的滑坡個數與數據類a面積的比值;PP_s為滑坡在整個研究區A中發生的先驗概率，可以表示為整個研究區的滑坡的個數與研究區面積的比值。

將各因子圖層分別按公式計算，CF的變化區間為［－1，1］。正值代表事件發生確定性的增長，即滑坡發生的確定性高，地質環境條件差;負值代表確定性的降低，即滑坡發生的確定性低，地質環境條件好;CF值接近於0，說明確定性居中，不能確定地質環境的優劣。

選取各因子圖層量化結果(CF值)作為評價因子的賦值(公式中a_i值)參加計算。5.5.1.2評價因子權重的確定

根據中南山地丘陵區試運算情況，對權重計算方法做了相應的改進。首先採用上節計算所得的各因子CF值進行變換來計算各因子的權重，具體計算權重的方法為本項目的一個創新的方法。具體計算方法如下:

(1)所有因子圖層CF值合並計算

首先將各因子圖層全部合並計算。假定要合並兩個因子圖層的CF值分別為x和y，合並後的結果為Z，則合並公式如下式:

中國地質災害區域預警方法與應用

先選定岩土體類型因子，根據上式逐步疊加合並各因子圖層。為使合並結果易於解釋，將合並的圖層的CF值進行分類，分為5個級別，合並後各級別的百分比用Z_all－i(i=1，2，…，5)表示(表5.9)。

表5.9 CF級別劃分

(2)某因子圖層CF值的貢獻計算

當計算某因子圖層的CF值的貢獻時，首先計算除該因子圖層外，其他所有圖層疊加合並的Z值分段百分比，得到Z_{某圖層－i}(i=1，2，…，5);然後根據式(5.8)計算該圖層的CF值貢獻。

中國地質災害區域預警方法與應用

式中:△Z_{某圖層－i}為某圖層CF分段貢獻值;Z_all－i為所有圖層CF合並分段結果值;Z_{某圖層－i}為除該圖層其他所有圖層CF合並分段結果值;i為CF分段級別，i=1，2，…，5。

(3)計算各因子圖層權重

根據式(5.9)，計算每個因子圖層的相對貢獻大小，經歸一化後得到各因子的權重。即

中國地質災害區域預警方法與應用

式中:T為某因子圖層的權重;△Z_－i為某圖層CF分段貢獻值，即△Z_{某圖層－i};i為CF分段級別，i=1，2，…，5。

5.5.2 地質災害顯式統計預警模型選取

5.5.2.1 模型選取原則

在統計模型的選擇上，選定兩種模型進行對比分析計算。一是多元線性回歸模型，該模型是傳統的數學統計的代表方法，具備簡單直觀的特點;二是神經網路模型，該模型是黑箱模型模仿推理計算的代表方法。兩種代表性的方法可以進行相互校驗。

5.5.2.2 多元線性回歸模型

多元線性回歸模型反映一種結果與另外多種原因的依存關系，即是另外多種因素共同對一種結果產生影響，作為影響其分布與發展的重要因素。

設變數Y與變數X₁，X₂，…，X_m存在著線性回歸關系，它的m個樣本觀測值為Y，X₁，X₂，…，X_m，於是多元線性回歸的數學模型可以寫為

中國地質災害區域預警方法與應用

可採用最小二乘法對上式中的待定回歸系數β₀，β₁，…，β_m進行估計，求得β值後，即可利用多元線性回歸模型進行預測了。

計算了多元線性回歸方程之後，為了將它用於解決實際預測問題，還必須進行數學檢驗。多元線性回歸分析的數學檢驗，包括回歸方程和回歸系數的顯著性檢驗。

回歸方程的顯著性檢驗，採用統計量:

中國地質災害區域預警方法與應用

式中: ，為回歸平方和，其自由度為m; ，為剩餘平方和，其自由度為(n－m－1)。

利用上式計算出F值後，再利用F分布表進行檢驗。給定顯著性水平α，在F分布表中查出自由度為m和(n－m－1)的值F_α，如果F≥F_α，則說明Y與X₁，X₂，…，X_m的線性相關密切;反之，則說明兩者線性關系不密切。

回歸系數的顯著性檢驗，採用統計量:

中國地質災害區域預警方法與應用

對於給定的置信水平α，查F分布表得F_α(n－m－1)，若計算值F_i≥F_α，則拒絕原假設，即認為X_i是重要變數，反之，則認為X_i變數可以剔除。

多元線性回歸模型的精度，可以利用剩餘標准差(S)來衡量。S越小，則用回歸方程預測Y越精確;反之亦然。

中國地質災害區域預警方法與應用

5.5.2.3 BP神經網路

人工神經網路(ArtificialNeuralNetwork，簡稱ANN)是基於模仿大腦神經網路結構和功能而建立的一種信息處理系統。BP神經網路是目前應用最廣泛也是發展最成熟的一種神經網路模型。BP神經網路也即誤差逆傳播網路(Back-PropagationNeuralNetwork)，由Rumelhart和Mclland等1985年提出。它為神經網路的一種重要方法，它由三部分組成:感知單元組成的輸入層、一層或者多層的計算節點為隱藏層和一層計算節點的輸出層(圖5.19)。

BP神經網路計算步驟:

1)首先初始化，給各連接權{W_ij}、{V_jt}及前置值{Q_j}、{R_t}，並賦予(－1，+1)間的隨機值。

2)隨機選取一模式對A_k=(a₁^k，a₂^k，…，a_n^k)，y_k=(y₁^k，y₂^k，…，y_n^k)提供給網路，(k=1，2，…，m)。

3)用輸入模式A_k=(a₁^k，a₂^k，…，a_n^k)，連接權{W_ij}和前置值{Q_j}計算中間層各單元的輸入s_j;然後用{s_j}通過Sigmoid函數f(s_j)計算中間層各單元的輸出{b_j}。

中國地質災害區域預警方法與應用

圖5.19 BP神經網路結構示意圖

4)用中間層的輸出{b_j}，連接權{V_jt}和前置值{R_t}計算輸出層各單元的輸入{L_t}，然後用{L_t}通過Sigmoid函數計算輸出層各單元的響應{C_t}:

中國地質災害區域預警方法與應用

5)用希望輸出模式y_k=(y₁^k，y₂^k，…，y_n^k)，網路實際輸出層各單元的一般誤差{d_t}:

中國地質災害區域預警方法與應用

6)用連接權{V_jt}、輸出層一般化誤差{d_t}、中間層輸出{b_j}計算中間層單元的一般化誤差{e_j}:

中國地質災害區域預警方法與應用

7)用輸出層各單元的一般化誤差{d_t}、中間層各單元的輸出{b_j}修正連接權{V_jt}和前置值{R_t}:

中國地質災害區域預警方法與應用

8)用中間層各單元的一般化誤差{e_j}、輸入層各單元的輸入A_k=(a₁^k，a₂^k，…，a_n^k)修正連接權{W_ij}和前置值{Q_j}:

中國地質災害區域預警方法與應用

9)隨機選取下一個學習模式對提供給網路，返回到步驟3，直到m個模式對訓練完畢。最後使網路全局誤差函數E小於預先設定的一個極小值ε。

中國地質災害區域預警方法與應用

誤差反向傳播演算法是基於誤差修正學習規則的。誤差反向傳播學習由兩次經過網路不同層的通過組成:一次前向通過和一次反向通過。在前向通過中，一個活動模式(輸入向量)作用於網路感知節點，它的影響經過網路一層接一層傳播。最後，產生一個輸出作為網路的實際響應。在前向通過中網路突觸權值是固定的，而在反向通過中，突觸權值全部根據網路誤差修正規則來調整。網路誤差為目標期望響應減去網路實際響應。當突觸權值被調整到從統計意義上實際響應接近目標期望響應時，網路已經訓練成功。用訓練好的網路就能夠預測未知的目標響應。

綜合上述，有監督學習的神經網路應用於模式識別問題中，主要包括兩個階段，即網路訓練階段和工作階段。網路訓練階段主要任務是調整網路權值減小網路的誤差;網路工作階段，將網路調整好的權值固定不變，對實驗數據或者實際數據進行預測識別，達到分類預報目的。

❾ 模型構建依據的規范與標准

進行地下水系統三維模型的構建，就要遵守相應的國家和地下水行業部門的規范標准。回但對地質建答模來說，許多表現手段、方法還沒有相應的標准，這就需要向相關的標准規范靠攏。這些相關的標准規范如下：

（1）GB/T 19001-2000 idt ISO9001：2000質量管理體系要求；

（2）GB 8567-88計算機軟體產品開發文件編制指南；

（3）GB/T 8566-1995信息技術軟體生存周期過程；

（4）GB/T 14538-93綜合水文地質圖圖例及色標；

（5）綜合水文地質圖編圖方法與圖例，地質出版社，1979；

（6）中華人民共和國水文地質圖集總色標，地質礦產部水文地質工程地質研究所，1977；

（7）綜合水文地質圖圖例及色標（地質礦產部水文地質工程地質研究所水文所試用稿）；

（8）中國地質調查局信息技術軟體開發工作指南；

（9）地質調查局其他地下水與信息化建設的行業標准。