中国地质模型

❶ 中国地质科学院水文地质环境地质研究所

截至2014年底，全所职工总数534人，其中在职职工310人，离退休职工224人；博士生导师8人，享受国务院政府津贴专家4人。专业技术人员中，院士1人，俄罗斯自然科学院外籍院士1人，正高级职称40人，副高级职称46人，中级职称125人。内设8个综合管理部门、16个技术业务部门、3个科研业务保障部门。国际水文地质学家协会中国国家专业委员会、中国地质学会水文地质专业委员会、地热专业委员会、农业地质专业委员会、河北省矿泉水产品质量监督检验站挂靠所内。

发表论文122篇，其中SCI检索论文21篇、EI检索论文23篇。出版专著5部，获得专利29项，1项专利技术实现转让，获著作权1部。获批12项国家自然科学基金项目。石建省研究员获“全国优秀科技工作者”称号，卢耀如院士再获河北省院士特殊贡献奖，石建省、王贵玲研究员受聘全国首席科学传播专家。国家实用新型专利“有机物污染水样泵管口采样器”成功转化为产品，投入批量生产。荣获国土资源科学技术二等奖1项，中国地质调查局、中国地质科学院2014年度地质科技十大进展1项，中国地质学会2014年度十大地质科技进展1项。

获奖证书

领导班子由5人组成，所长、党委书记石建省，副所长张永波、张兆吉、李援生，纪委书记张民福。

所长、党委书记石建省（中），副所长张永波（右二），副所长张兆吉（左二），副所长李援生（右一），纪委书记张民福（左一）

年度重要科研成果

我国地下水污染调查建立全流程现代化取样分析技术体系。成功研制系列取样器并解决痕量组分采集技术难题，发展高效实用的现场调查技术及离线萃取技术，快速准确地查明了重点地区地下水污染状况；通过高分辨率遥感解译调查土地利用类型与污染源分布；构建了有机分析实验平台，对全国33个实验室实现网络远程质量监控。

大型盆地和东南沿海典型地区深部水文地质调查与综合评价取得地热资源勘查重大突破。在高温地热资源以及干热岩勘查、水热型地热资源调查评价、省会城市及地级市浅层地温能调查评价取得重大突破，发现多处高温地热异常。西藏古堆高温地热显示区地热钻探230米深度温度达195 ℃，为我国目前地热勘探中同深度温度最高钻井，川西地区高温地热钻探填补了理塘、巴塘地热钻探空白。首次开展干热岩科学开发利用试验研究，东南沿海地区干热岩钻探选址取得进展，完成东南沿海干热岩资源潜力区地球物理勘查。

贵德县扎仓沟干热岩钻孔现场

中国地质调查局王学龙副局长听取项目汇报

热坑间歇喷泉

热水塘沸喷泉

城市发展中的地质环境风险评估与防控关键技术研究与示范。以甘肃兰州、天水的滑坡、泥石流为研究对象，攻克了滑坡、泥石流发生概率难以计算的难题，建立了滑坡、泥石流风险评价技术方法体系。以郑州地面沉降为研究对象，研究了中原城市群地面沉降发生原因与机理，为中原城市地面沉降风险评价技术研究奠定了基础。以石家庄、北京、洛阳为研究区域，研究了污染物在这些地区包气带中的迁移规律与包气带的防污能力，改进了地下水污染防污能力的评价方法技术，为地下水污染风险评估奠定了基础。

全国地下水资源及其环境问题战略研究。查明我国13个粮食主产区的分布范围、农业种植现状及其灌溉用水对地下水依赖状况与趋势、各粮食主产区地下水资源保障农田生产用水能力。首次查明地下水超采与灌溉农业之间关系、小麦、玉米等秋粮作物及蔬菜和耗水型果林用水对地下水超采影响程度和应调控阈以及节水灌溉与地下水资源优化配置机制。提出相对农民模式的综合优化节水灌溉方案和实施对策，示范应用取得显著生态环境和经济社会效益。创编了我国“国家主要含水层图工作大纲与技术要求”，全面完成《我国水工环地质工作发展史》出版稿，对发展我国水工环地质事业具有重要指导意义。

国家粮食主产基地黄淮海区灌溉农业的用水强度、对地下水依赖程度和地下水保障能力分布图

祁连山大型煤炭基地土地覆盖现状解译图

重要能源基地水文地质环境地质调查。完成我国重要能源基地1∶5万水文地质环境地质调查工作总体部署。先后开展了“青海重要能源基地水文地质调查”、“神东煤炭基地水文地质调查与老空区普查”和“晋东能源基地水文地质环境地质调查”。完成6个1∶5万标准图幅调查（面积约2520km²）；实施一批探采结合井，总出水量约14736m³/d，有力地解决了矿区缺水问题。在多年冻土区融区控水规律、鄂尔多斯盆地直罗组强富水特性、典型岩溶泉域强径流带分布与演变、采煤条件下上覆含水层疏干破坏机理、矿区含水层保护理论技术、老空区老空水普查技术方法和1∶5万水文地质编图等方面取得一系列新成果。

巴丹吉林沙漠1∶5万水文地质调查。完成巴丹吉林沙漠湖泊集中分布区野外调查任务，填补了我国沙漠区域水文地质调查空白。调查湖泊洼地133个、泉点29个、机民井88个，人工揭露地下水73处。初步查明沙漠东南部第四系沉积基底特征和湖泊、地下水分布的规律。首次在沙漠腹地完成350米水文地质钻探，揭露了第四系沉积基底和含水层结构，并首次获取巴丹吉林沙漠水文地质参数，为沙漠区水文地质条件研究奠定了良好基础。

中国工程院重大咨询项目我国地热资源开发利用战略研究。通过全球地热资源开发利用数据，对我国各类地热资源开发利用情况以及开发利用用途进行分析总结，圈定具有开发利用前景的高温、中低温地热区（田），提出地热发电规模及远景布局。查明我国干热岩资源分布，圈定若干干热岩远景分布区，提出我国地热资源开发利用集约化目标及方向。开展了地下热水资源开发利用现状与趋势研究，制定出我国地热资源开发利用关键技术研究路线图，为地热资源管理提供决策依据。

群矿采煤驱动下含水层结构变异对区域水循环影响机制研究。初步查明采空区覆岩三带宏观分布规律，采场应力分布对覆岩裂隙发育特征的影响特征、关键层分布对覆岩裂隙发育特征影响机理，分析总结了采动裂隙发展与含水层结构变异演化规律，基本掌握采空区裂隙发育特征及渗透性变化规律，建立了典型矿区含水层空间结构变异数值模型，创造性提出采空区渗透性跃变曲面“椭抛凹形体”概念。

华北平原典型地区地下水回灌关键技术与工程示范。应用GMS软件初步建立了试验场三维地层结构图，建立了勘察回灌区水文地质参数系列。建立完善了地下水回灌三维水流模型，发展了地下水高精度模拟技术和优控管理信息技术。完善了滹沱河冲洪积扇三维地下水流模型，采用嵌套技术建立区域模型与示范区模型的耦合模型；建立示范区地下水回灌主要污染组分的溶质运移模型，进行了地下水管理模型的算法研究，初步形成地下水管理信息系统。

沙漠腹地水文地质钻探

含水层结构破坏物理模拟试验

地下水回灌试验场立体图

❷ 国内外地质体三维模拟软件现状的探讨分析

纵观国外的三维地质模拟与可视化软件，可以按数据来源和服务领域分为三维地震类如CGC，Geoframe，Earthwork，3Dscis，SeisVision，SeisX2d/3d；地球物理类如EarthCube，OpenVison，GeoViz，GeoQuest，（RC）²；地质/矿山类如Micromine，Surpac，MVS，Vulcan，LYNX/MicroLYNX，MineSight，Datamine，Gemcom和油藏类如GOCAD，3Dmove，Earth Vision，Geosec2D/3D，SGM，Jason，Petrel。

（一）国外主要地质体三维模拟软件的现状分析

在对国外的主流软件 Surpac、Vulcan、Datamine、MineSight、MVS、Micromine、3Dmove、MicroLynx、GOCAD、Petrel和（RC）²等按系统配置、功能结构、应用领域、主要特点与开发支持等方面分析的基础上，我们认为国外地质体三维模拟与可视化软件的功能大同小异。小结如下：

1.从系统配置来看

在20世纪90年代初期，受微机性能的限制，所开发的系统一般基于UNIX操作系统和用于工作站环境（如LYNX，Vulcan，Datamine，Surpac等）；20世纪90年代中期以来，随着微机性能的提高，一些三维地质模拟与可视化软件开始移植到Windows操作系统和微机环境（如 Micromine，Gemcom，MineSight，microLYNX，Vulcan，GOCAD等）。近年来，基于Windows操作系统和微机环境的三维地质模拟与可视化软件开始成为主流。目前，有的软件具有跨平台性。

2.从功能结构来看

系统采用c/s结构；软件操作界面友好；提供强大的三维图形交互式编辑环境；采用数据库管理地质数据；地质建模采用实体模型和块体模型；提供地质统计分析功能；提供采矿设计与优化功能；提供测量应用模块；可在网络环境中运行；提供与主流GIS软件的接口；多数系统可根据不同的应用选用不同的模块。

3.从应用领域来看

主要应用于勘探和地质建模、地表和地下采矿设计、尾矿和复垦设计、生产计划和开采计划以及钻孔编录等。

4.从支持二次开发来看

多数系统提供宏语言的形式进行二次开发，少数系统可提供C++的开发。

5.从地质体三维模拟技术方案来看

国外主流的软件采用如下方案：

（1）根据钻孔（物探、探槽、探井等）资料，交互式解释成轮廓线；

（2）根据地质规律，交互式建立地质模型（实体模型）；

（3）根据地质统计方法或其他方法，插值生成块体模型；

（4）估算资源量（找出在当前矿石价格下有利润的块段）；

（5）进行矿山设计与规划；

（6）开采控制与管理。

（二）国内主要地质体三维模拟软件的现状分析

我国对三维地质体模拟与可视化研究起步较晚，但做了大量的有益探索。近年来国家自然科学基金委员会大力支持地学可视化研究，先后资助了“复杂地质体的三维建模和图形显示研究”、“油储地球物理理论与三维地质图像成图方法”、“地学时空信息动态建模及可视化研究与应用”和“基于剖面的三维拓扑地质建模研究”等项目。1996年中国科学院地球物理研究所与胜利石油管理局在国家自然科学基金重点项目“复杂地质体”中，开始追踪研究GOCAD。长春科技大学在阿波罗公司的TITAN GIS上开发了Geo TransGIS 三维GIS，主要用于建立中国乃至全球岩石圈结构模型的三维信息。石油大学开发的RDMS、南京大学与胜利油田合作开发的SL GRAPH 都是用于三维石油勘探数据可视化。中国地质大学开发的三维可视化地学信息系统（GeoView）可实现三维地学信息管理、处理、计算分析与评价决策支持。

通过对国内北京航空航天大学、中国地质大学、中国矿业大学、北京大学、武汉大学、西安科技大学、中科院、北京市勘察设计研究院、中南大学、北京理正软件设计研究院等单位的研究进行分析，认为：目前我国尚未开发出融数据管理、信息可视化、交互操作和地质分析于一体的三维地学模拟与可视化实用软件。

❸ 中国地质灾害分区预警模型

根据5.4节中中南山地丘陵区试运算过程中的总结修正的思路，在全国7个预警大区范围内分别完成地质灾害潜势度计算、地质灾害预警指数计算，从而实现国家级地质灾害气象预警预报。

5.6.1 分区潜势度计算

5.6.1.1 权重计算结果

考虑到因子图层准备情况和时间关系，本次计算中选取了25个因子图层，在7个大区分别开展计算。各区内因子图层的权重计算结果见表5.10。从权重计算结果来看具有如下特点:

(1)总体上符合经验认识

从敏感因子排序来看，中南山地丘陵区(C区)，最敏感的因子是地形起伏(权重为0.17);西南部地区(D区)，最敏感因子为地震动参数(权重为0.18);黄土地区(E区)，最敏感因子为岩土体类型(权重0.09)，等等。而铁路、塔庙宇等因素的敏感度则非常低，甚至很多区的权重为0。

(2)因子权重差偏小

主要是由于选取因子较多(25个)，且各因子之间有一定重复，因此造成每个因子的权重相对较小，权重差偏小。25个因子的平均因子权重应为1/25，即0.04，因此当某个因子权重超过0.04时，可以认为该因子为地质灾害的敏感因子。

(3)精确程度还有待进一步提高

目前的计算，是在整理现有的地质背景环境资料和历史灾害点资料基础上，图层资料的比例尺还相对有限，特别是历史灾害点资料主要是建立在县市调查数据基础上的，已调查县灾害点密集，而未调查的县数据缺失，造成统计分析结果的精确程度有限。

表5.10 分区计算各因子权重结果表

目前的计算，主要旨在探索计算思路，计算结果的精确程度会随着原始资料的不断充实而不断提高。

5.6.1.2 潜势度计算结果校验

将各区潜势度的计算结果，与历史灾害点的分布情况进行对比分析，校验潜势度是否能够体现地质环境的优劣程度。

图5.20～图5.26反映地质灾害潜势度值大的区域历史灾害点分布多，地质灾害潜势度值小的区域历史灾害点分布少，即地质灾害潜势度值的大小能够反映历史地质灾害点的多少，能够反映地质背景环境条件的优劣。

图5.20 A区地质灾害潜势度与灾害分布对比

图5.21 B区地质灾害潜势度与灾害分布对比

5.6.2 分区预警模型

在全国7个预警大区中，C区(中南)、D区(西南)、B区(华北)灾害样本较多，雨量站点相对稠密，采用统计分析方法，建立了显式统计的线性回归模型。

图5.22 C区地质灾害潜势度与灾害分布对比

图5.23 D区地质灾害潜势度与灾害分布对比

图5.24 E区地质灾害潜势度与灾害分布对比

图5.25 F区地质灾害潜势度与灾害分布对比

图5.26 G区地质灾害潜势度与灾害分布对比

A区(东北)、E区(西北黄土)、F区(西北新疆)、G区(青藏高原)由于灾害点样本太少和雨量站点稀疏，匹配到灾害点上的雨量误差较大。不具备统计分析的样本条件，采用的是潜势度-雨量经验方法，即不同潜势度分段范围内，根据经验给定临界降雨判据。

5.6.2.1 线性回归模型

将历史灾害点的发生个数作为输出量，潜势度值、当日雨量、前期累计雨量作为输入雨量，进行线性回归分析，根据统计结果可见，地质灾害的发生与地质环境基础因素(G)、降雨激发因素(R_d，R_p)存在一定程度的线性关系。

根据T值进行预警等级划分的原则如下:

回归分析中，输出量为历史地质灾害点的发生个数;得到预警模型后，T值(预警指数)为地质灾害发生可能性大小的量化参数，是地质环境条件与降雨条件综合作用的量度。根据我国各大区历史地质灾害发生情况以及几年来地质灾害气象预警预报工作经验总结，主要通过试运算进行地质灾害预警等级划分。统计分析时将地质灾害的严重程度按区分为3个级别，并以此3个级别作为预警模型中预警等级划分的重要参考。同时，具体操作中也考虑了如下4个方面:

1)各大区内，挑选近年来地质灾害群发的典型区域，进行预警模型试运算，并将其结果与地质灾害点实际发生情况对比分析，从而修正预警等级划分标准。

2)在典型区域内，分别采用第二代预警系统和第一代预警系统开展预警预报试运算，通过结果对比修正预警等级划分标准。

3)预警模型中各变量的实际意义与取值范围。G(潜势度)为地质环境条件的量化参数;R_d和R_p为降雨条件的量化参数。取值范围各区有所不同。

4)考虑到地质灾害气象预警预报对于地质灾害防治工作的具体作用，在预警预报区域面积的大小方面也有所考虑，此项考虑主要为定性考虑。预警区域面积过大，可能会导致地质灾害防治工作中无从参考，预警区域面积过小，可能会导致地质灾害多发区域的漏报。

在B，C，D3个区的回归分析过程和结果如下。

(1)B区

复相关系数:R=0.19;

判定系数:R²=0.16;

得到回归模型方程为

中国地质灾害区域预警方法与应用

根据括号内的t统计量的值可知:G，R_d，R_p均对地质灾害的发生情况有显著影响。根据F统计量的值F=5.60，可知:回归方程是显著的。

通过试运算，根据T值进行分段，确定预警等级。3级(T＜10);4级(10≤T＜20);5级(T≥20)。

(2)C区

复相关系数:R=0.50;

判定系数:R²=0.48;

得到回归模型方程为

中国地质灾害区域预警方法与应用

根据括号内的t统计量的值可知:G，R_d，R_p均对地质灾害的发生情况有显著影响。根据F统计量的值F=21.40，可知:回归方程是显著的。

通过试运算，根据T值进行分段，确定预警等级。3级(T＜10);4级(10≤T＜60);5级(T≥60)。

(3)D区

复相关系数:R=0.48;

判定系数:R²=0.45;

得到回归模型方程为

中国地质灾害区域预警方法与应用

根据括号内的t统计量的值可知:G，R_d，R_p均对地质灾害的发生情况有显著影响。根据F统计量的值F=14.40，可知:回归方程是显著的。

通过试运算，根据T值进行分段，确定预警等级。3级(T＜18);4级(18≤T＜50);5级(T≥50)。

5.6.2.2 潜势度-临界雨量经验方法

(1)A区

根据潜势度G值，将A区分为3类:

中国地质灾害区域预警方法与应用

(2)E区

根据潜势度G值，将E区分为3类:

中国地质灾害区域预警方法与应用

(3)F区

根据潜势度G值，将F区分为3类:

中国地质灾害区域预警方法与应用

(4)G区

根据潜势度G值，将G区分为3类:

中国地质灾害区域预警方法与应用

❹ 中国地质科学院地质力学研究所

中国地质科学院地质力学研究所在构造地质、新构造与地质灾害、地应力与区域地壳稳定性评价、油气地质及矿田构造、第四纪地质与环境等研究领域具有专业优势。国际工程地质与环境协会（IAEG）新构造与地质灾害专委会、中国地质学会地质力学专业委员会、第四纪地质与冰川专业委员会和古地磁专业委员会挂靠在本所，主办学术刊物《地质力学学报》。

2008年承担各类项目总计182项，其中国家（科技部）科技项目21项，国家自然科学基金项目17项，国土资源部项目18项，国土资源大调查项目19项，其他类项目100余项。

2008年承担各类科研项目总经费9568万元。其中，国家（科技部）科技项目经费3908万元；国家自然科学基金项目经费195万元；国土资源部项目经费993万元；地质大调查项目经费2736万元；其他类项目（包括所长基金及横向项目）经费1735万元。

2008年有12项科技成果通过专家评审和验收，其中地调项目评审成果7项，6项优秀，1项良好；自然基金项目5项通过结题验收。本所作为第二获奖单位和第三获奖单位获得2008年度国土资源科学技术奖二等奖2项，作为第二获奖单位获2008年度河北省科技进步奖三等奖1项。本所青藏高原新构造与古大湖研究成果入选2008年度中国地质学会十大地质科技成果；阿尔金山东段铁矿找矿新进展被评为2008年度中国地质科学院十大科技进展。2008年发表各类学术论文115篇，出版专著4部。

副所长赵越研究员

党委副书记、纪委书记何长虹高级工程师

副所长李贵书研究员

所长龙长兴研究员

2008年度主要科研成果

滇藏铁路沿线地壳稳定性调查评价：属国土资源大调查项目，主要完成人员：张永双、胡道功、吴中海、张加桂、吴树仁、赵希涛、蒋良文、郭长宝、石菊松等。项目组开展了滇藏铁路沿线第四纪地层对比研究，首次编制了铁路沿线及周边夷平面分布图，对区内51条活动断裂（带）的展布、最新活动时代、分段性和活动方式等进行了研究和总结，对与铁路相交或近距离平行的20条活动断裂进行了重点调查、探槽揭露和取样测试，重新厘定了铁路沿线14条重要的晚更新世以来的活动断裂。对可能遇到的地质灾害和重大工程地质问题进行了系统调查和预测评价，深入研究了铁路沿线特殊岩土体的主要工程地质特性，提出了实用性的工程判别指标。综合活动断裂、地震活动、地热场、构造应力场、地形变场、工程地质岩组及地质灾害等因素，采用基于Arc GIS的信息加权叠加方法，开展了滇藏铁路沿线地壳稳定性综合评价和工程近期规划段工程地质稳定性综合评价，提出了线路比选和优化方案，在指导铁路选线方面发挥了重要作用。

澜沧江断裂带

项目组人员在进行断裂测量

技术人员在柴达木盆地狮子沟沙山安装微地震台站设备

技术人员在安装微地震台站

微地震台阵网天然地震层析成像技术应用：属中石油青海油田分公司负责的柴达木盆地油气资源战略调查及评价（XQ-2004-01）全国油气资源战略选区调查与评价项目的课题之一，主要完成人员：王小凤、马寅生、冯梅、安美建、史大年、陈宣华、区明益、王连庆、霍光辉、李会军、范桃园、李国岐、田晓娟、张西娟、蒋荣宝、李丽。总体目标任务是运用微地震台阵网天然地震层析成像技术进行英雄岭凹陷及周边地区深层地质构造解析，结合柴达木盆地西部地、物、化、遥资料综合分析，探索复杂地形区深部构造勘探的新方法。经过艰苦的野外施工、数据采集、数据处理、波速反演和地质解释，首次在国内将微地震台阵网天然地震层析成像技术应用于油田深部构造探测，在国内没有可借鉴实例的条件下，经过近4年的引进—吸收—再创新的实践，初步建立了中等尺度微地震台阵网深部构造探测的技术方法体系；建立了运用微地震台阵网进行中等尺度构造探测的台站部署原则、记录参数选取、高质量数据采集标准和数据处理工作流程；确立了中等尺度天然地震层析成像速度结构反演的工作流程和成果图件；初步形成中等尺度天然地震层析成像结果地质解释的准则；获得了自然条件恶劣、地形地貌复杂、人工地震难以实施的柴西狮子沟—游园沟地区、干柴沟—咸水泉地区的深部构造信息；在油气资源评价新技术方法研究方面取得显著进展。其成果曾被评中国地质科学院2006年十大科技进展。

狮子沟地区地震反射剖面速度结构图

东部叠合盆地深层油气成藏潜力评价：属国土资源大调查项目，成果为优秀等级。主要完成人员：龙长兴、周新桂、张林炎、刘和甫、范昆、李涛、王宗秀、肖伟峰。项目组以地质力学理论为指导，多学科结合，对渤海湾—南华北盆地深层油气成藏潜力进行了系统研究。认为盆地形成演化主要受纬向构造体系和新华夏构造体系联合复合控制。首次提出了渤海湾—南华北盆地深部存在多层次滑脱拆离，晚中生代—现今为统一伸展背景下形成的盆—山变形系统的新模式；首次编制了渤海湾—南华北盆地1:100万前古近系和前侏罗系地质图，研究了中生代以来盆地叠加改造对古生界油气成藏的影响；首次编制了渤海湾—南华北盆地1:200万上、下古生界生储盖组合分布及其自生自储油气成藏潜力评价图，并结合3次资评、深层油气勘探及成藏必要条件，围绕“有效生烃区和有利保存单元”两个核心问题，评价了深层油气成藏潜力，明确指出了深层油气有利勘探区带。

吉黑东部山区内生金铜矿床找矿模型研究：属中国地质调查局国土资源大调查项目，主要完成人员：孟宪刚、邵兆刚、朱大岗、王津、韩建恩、余佳。经过野外调查与室内综合研究，本项目取得以下进展：查明了区域构造体系及其在历史演化过程中的控岩控矿作用，吉黑东部丰富的内生金铜多金属矿产的成岩成矿过程主要受新华夏系、纬向系、经向系和北西向构造带控制。划分了吉黑东部岩石圈单元和成矿区带，在本区进行了构造带矿化特征对比，构造层含矿性与构造演化阶段对比，划分了构造成矿序列。构建了本区宏观的构造动力成岩成矿三维地质模型，在宏观构造动力成岩成矿三维地质模型中，简述了金铜矿成岩成矿物质来源及过程。对典型矿床进行构造控矿分析，根据X光岩组和磁组构分析，进行了分阶段的运动学、动力学分析工作。总结了本区最特征的构造控矿类型，修正、完善、建立了8个控矿类型和模型，首次建立了吉黑东部地区的有限单元法数学模型和该区金铜矿床找矿模型。

华北北缘东西向右旋逆冲断层带考察

专家组验收项目成果现场

小西南岔金铜矿北山矿脉与矿石产状

九三沟铜金矿床矿化脉

青藏铁路活动断裂调查与监测：属地质调查工作项目，项目负责人为吴珍汉研究员，项目成员包括胡道功研究员、吴中海副研究员、王双绪研究员、彭华研究员、陈群策研究员、苗放教授、王连捷研究员等。相关成果入选2006年度中国地质科学院十大科技进展。对库赛湖断裂、西大滩断裂、温泉盆西边界断裂、安多盆北边界断裂、崩错断裂、谷露盆西边界断裂及当雄—羊八井活动断裂，通过高分辨率遥感解译、断错地貌分析、探槽工程揭露和高精度测年，揭示了晚更新世与全新世断裂活动期次、运动速率和古地震周期。在拉萨地块中段沿青藏铁路建立由15个测点组成的GPS观测局域网，完成3期GPS测量，为分析青藏铁路沿线现今地壳运动和断层速率积累了高精度实测资料。完成西大滩180m、五道梁150m、安多120m、羊八井300m、曲水150m地应力钻探和水压致裂法地应力测量，获得青藏高原不同地块地应力随深度变化曲线；建立西大滩体应变综合监测站、安多体应变综合监测站、羊八井体应变综合监测站、曲水三分量应力综合监测站，实现了监测数据远程自动传输，初步建成青藏铁路沿线应力应变综合监测系统。运用三维有限元数值模拟方法和ANSYS软件，计算分析了断裂诱发移动冰丘的形成机理、灾害效应及工程影响；发现83道班移动冰丘与错那湖沙害等灾害隐患，为青藏铁路沿线地质灾害防治提供了重要依据。项目公开发表学术论文24篇，包括国际核心期刊论文3篇，出版专著1部。

安多盆地北部活动断层探槽剖面照片

项目成员沿青藏铁路开展冬季野外观测

吴珍汉研究员参加青藏铁路通车典礼

青藏高原东缘第四纪环境调查与评价：属国土资源大调查项目，完成人员：赵志中、王书兵、乔彦松、王燕、徐刚、傅建利、李朝柱、姚海涛、刘宗秀、蒋复初、钱方、彭阳、李永昭、牟传龙、徐建民。成果如下：

（1）通过调查，若尔盖土地沙化呈近南北向分布，主要位于山前冲洪积台地及山间盆地中。分析沙化因素，自然与人为因素的影响几乎是同等的，降水和风速是草地沙化自然因素的主因素，在人为因素中以人口和牲畜量及开垦规模为主，提出对策建议。

（2）川西黄土红土磁性地层均出现了B/M 界限以及贾拉米洛事件，川西黄土在空间上具有很好的对应关系。川西黄土兼具风尘和冰川特征，说明物质主要源于青藏高原及其周缘的冰水沉积物。红土成因分析说明其为风尘成因。

（3）昔格达古湖主要形成于高斯期，青藏高原东缘大湖阶段形成约4-3Ma BP。典型剖面记录了5个旋回，15个阶段，有机碳记录了凉→暖的9个古气候变化阶段，孢粉和同位素分析也记录了4-2.6Ma BP间古气候环境周期变化规律。

甘孜黄土剖面与磁性地层

项目组成员在野外合影

测量黄土地层剖面

西气东输西段（玉门—武威）地壳稳定性调查评价：属国土资源大调查项目，主要完成人员：陈柏林、张永双、刘建民、董诚、彭华、刘建生、王春宇、吴乃芬等。取得主要进展：

研究表明祁连山北缘断裂、河西走廊中西段盆地内断裂、龙首山南缘断裂和阿尔金断裂东段等断裂属于晚更新世—全新世活动断裂。发现高台车站断裂、新民堡断裂等是祁连山北缘前展式逆冲推覆构造中最前缘断裂，形成时代最新、全新世活动性最强。首次获得肃北当今山口现今地应力数据，特别是肃南地震和民乐地震前后的地应力值变化的宝贵资料。通过14个地区稳定性评价因素的量化，计算了区内128个评价单元的综合评价参数，划分了3个极不稳定—不稳定区、2个次不稳定区。针对西气东输管线穿越极不稳定区的实际情况，提出“在新民堡、高台车站活动断裂、丰乐活动等地段进行必要的现今地应力监测和位移速率监测”的建议。

西气东输西段（玉门—武威）地质构造略图

西气东输西段（玉门—武威）地壳稳定性综合评价图

西部地区主要沉积盆地形成演化及油气资源富集成藏规律综合研究（柴达木部分）：属中国地质调查局综合研究类项目，主要完成人员：王小凤、马寅生、陈宣华、李会军、王连庆、冯梅、李国歧、武红岭、蒋荣宝、李丽、安美建、田晓娟、王治顺、李中坚、王宝瑜、张梓歆、郭辉、尹成明、彭德华、江波。

主要进展：从柴达木盆地地质构造特征及其演化历史、石炭系地层特征与岩相古地理、构造应力场、流体势场和油气分布规律与油气资源前景四个方面对盆地形成演化及油气资源富集成藏规律进行了综合研究。划分了柴达木盆地构造体系，明确了盆地大地构造归属；编制了盆地及其周边地区石炭纪各门类生物地层对比表，进行了石炭系地层划分与对比；编制了盆地地质构造系列图件；开展了盆地应力应变测量和构造应力场模拟研究；对石炭系、中新生界油气分布规律与油气资源前景进行了综合评价。2008年12月27日，中国地质调查局组织对项目成果进行评审，结果为优秀。

柴达木盆地盆地内向斜构造

项目组人员在盆地内进行现场考察

❺ 三维地质技术

三维地质技术的核心问题是三维地质空间数据模型的构建，主要应用于地质三维可视化和地质空间分析。

(1)三维地质建模

三维地质建模是目前的研究热点，近年来，国内外学者对三维地质数据模型进行了大量深入的研究，针对不同的空间现象研究了不同的构模方法，提出了多种三维地质数据模型。按照建模所采用的空间数据模型的不同，可以将这些方法分成基于表面的建模方法、基于体的建模方法以及基于表面及体混合的建模方法。综合现有的研究，又可进一步划分为：断面构模法、表面构模法、块体构模法、线框构模法、实体构模法等。综合分析现有的建模方法，目前还没有哪一类方法能够完全满足所有数据建模的需要，存在的主要问题在于：建模方法对数据的限制很大，例如基于剖面数据通常采用断面构模法，但是同时要求剖面数据是不交叉的，对于网格状分布的剖面数据就不适用了。但事实上无论是何种类型的数据，它们都从不同的方面表达了同一个地质体的空间、物理、化学等方面的性质，在建模时，如果能充分综合运用这些特点和优势，则可以在很大程度上降低模型的多解性。多源地质数据、多方法结合进行地质模型的构建是未来的发展方向。

由于三维地质建模的复杂性，不同的技术方法和软件具有各自的优势，因而同一部门、单位或项目常常需要同时使用多种建模工具，从而产生多种基于特定建模软件的模型数据，进而给后续模型数据的管理、分析和共享等工作带来诸多问题。中国地质调查局为推动该项工作，设立了“多维地质建模与分析技术研究”工作项目，开展三维地质模型数据交换标准研究。

(2)三维可视化

可视化是三维地质的重要研究内容，许多学者进行了大量的研究工作。主要集中在地形表面的重构、房屋建筑几何模型建立等方面。特别是在地形表达方面尤为突出。自Clark 1976年提出LOD技术以来，该技术大致经历了离散LOD模型阶段、连续LOD模型阶段和多分辨率模型阶段。近十几年来，可视化技术从概念、原理、方法到硬件系统得到了全面发展，逐步形成了一套完整的技术。国外将可视化技术应用于三维地质模拟的典型代表是加拿大LYNX Geosystems公司研制的LYNX系统的三维GM(Geoscience Modeling)技术、法国Nacy大学发起研制的GoCAD软件、美国Advanced Visual System公司AVS系统中面向三维地质模拟的技术。国内在这方面的研究起步较晚，主要是探索性的研究或基于国外软件针对具体项目进行应用开发。然而，随着勘探手段、测量仪器的不断改进，需要可视化处理的数据规模越来越大，尽管现在计算机的计算速度、内存容量以及其他图像加速设备的发展日新月异，但是对于庞大的数据，可视化效率始终不如人意，仍需加强该方向的研究。

(3)三维空间分析

根据空间分析所处理的对象进行划分，空间分析方法主要有基于图形的方法与基于数据的方法两类。基于图形的空间分析方法如常规的缓冲区分析、叠置分析、网络分析、复合分析、邻近分析与空间联结等能直接从2D扩展至2.5D乃至3D。由于三维数据本身可以降维到二维，因此三维技术自然能包容二维技术的空间分析功能。三维地质技术最具特色的也许是其基于三维地质数据的复杂分析能力，如计算空间距离、表面积、体积、通视性与可视域等。结合物理化学模型提供一些更具增值价值的真三维空间分析功能，如水文分析、可视性分析、日照分析与视觉景观分析等已成为三维地质分析研究的重要内容，但是这些分项工具还大多局限在地表方面，真正适合专业领域真三维空间的空间分析功能还很欠缺。

❻ 　中国地质灾害灾度分析

一、地质灾害灾度计算方法

如前所述，灾度只是反映不同地区地质灾害破坏损失的相对程度。用灾度指数作为灾度指标，灾度指数高，灾害破坏损失严重；灾度指数低，破坏损失轻。

灾度大小主要受两方面条件控制：①地质灾害活动程度（即灾变强度）。通常情况下，地质灾害活动越频繁，活动的规模或强度越大，灾变强度越高，破坏损失越严重，灾度越高。②地质灾害的易损性。通常情况下，地质灾害受灾财产价值越高，对灾害的抗御能力和可恢复性能越差（即易损性越高），破坏损失越严重，灾度越高。

根据上述规律，我们通过典型调查，可以建立灾度指数与灾变强度和易损性的相关模型：

Z_d=K_x·K_d·Z_w·Y_s

式中：Z_d——灾度指数；

K_x——修正系数；

K_d——统计系数；

Z_w——灾变指数；

Y_s——易损性指数。

二、中国地质灾害灾度分布特征

除西藏自治区和台湾省的大约53个县（市）因资料缺乏而难以评价外，按照上述方法对其余30个省（市、自治区）2371个县（市、区、旗）进行了灾度计算，根据灾度分布情况，分为微度灾害、轻度灾害、中度灾害、重度灾害、特重度灾害5个等级。根据对不同灾度等级单元的调查统计结果，各灾度等级大致对应的期望损失强度分别为：＜0.5、0.5～2.0、2.0～5.0、5.0～15.0、＞15.0万元/10²km²·a。结果显示，中国地质灾害灾度分布极不均匀，西北、东北和东部沿海的广大地区多属于微度和轻度灾害区，中度以上灾害主要分布在中国中部区域（表18-10、图18-4）。

微度灾害。主要分布在中国东部的大兴安岭、小兴安岭、东北平原、华北平原、长江中下游平原和西北的准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、青藏高原等地区。这些地区历史灾害稀少，损失轻微，今后除局部地区灾度有可能出现明显提高外，绝大部分地区仍将维持微灾或基本无灾现状。

图18-4中国地质灾害灾度分布图

表18-10中国地质灾害灾度等级划分的分布情况

轻度灾害。分布广泛但比较零散。主要在东北的长白山，华北的山西高原、山东丘陵，东南的江南丘陵、浙闽丘陵、两广丘陵，西北的阿尔泰山、天山，西南的部分地区。这些地区的共同特点是灾害种类比较多，活动频繁，但灾害规模比较小，单次事件损失一般不超过10万元。今后时期，该类灾害的局部地区，因资源开发和工程经济活动的迅速发展，灾害损失和灾度可能显著上升。

中度灾害。分散分布在中部和东部地区。主要在辽东半岛、燕山、太行山、黄土高原、秦岭、川滇山地、云贵高原、江南丘陵的部分地区。这些地区灾害种类多，部分地区灾害点的密度大，活动频繁，但以中、小型为主，大型、特大型和群发性灾害偶有发生，单次事件损失变化大，一般为几千到几十万元，少数达百万元。由于一些地区具有潜在危险性，所以今后一段时期灾度可能进一步提高。

重度灾害。主要分布在中国东部的陕北高原、秦岭、鄂西山地、川滇山地的部分地区，零星分布在辽东半岛、燕山、天山的部分地区。这些地区灾害种类多、密度大，不但中小型灾害十分频繁，而且经常发生大型、特大型和群发性灾害，单次事件损失多数为几万元或数百万元，部分超过1000万元。这些地区地质自然环境脆弱，不但历史灾害比较严重，而且存在比较严重的潜在危险性，今后发展的总趋势是灾度将不断提高。

特重度灾害。集中分布在中国中部的秦岭、鄂西山地、川滇山地的部分地区，零星分布在辽东半岛和燕山山地的部分地区。这些地区地质灾害种类多，密度大，尤其是滑坡、崩塌、泥石流特别强烈，中小型灾害每年都要发生，大型、特大型和群发性灾害也十分频繁，单次灾害事件损失为几万元到近亿元。这些地区自然环境差，大部分地质灾害处于活动期或发展期，今后时期，在自然条件和社会经济条件共同影响下，大部分地区地质灾害灾度将进一步提高。

❼ 　中国地质灾害危险性分析

一、危险性分析方法与步骤

（一）分析危险性构成，建立危险性综合评价模型（图18-1）

图18-1地质灾害危险性综合评价结构示意图

（二）建立地质灾害危险性指数计算模型，确定各种参数

1.综合危险性指数（Z_w）按下式计算：

Z_w=Z_wb·A_b+Z_wn·A_n+Z_wt·A_t

式中：Z_w为地质灾害综合危险性指数；Z_wb、Z_wn、Z_wt分别为崩塌－滑坡、泥石流、岩溶塌陷灾害危险性指数；A_b、A_n、A_t分别为崩塌－滑坡、泥石流、岩溶塌陷三类地质灾害的危险性权重。

2.任一类地质灾害的危险性指数（Z_wi）按下式计算：

Z_wi=Z_li·A_li+Z_qi·A_qi

式中：Z_li、Z_qi分别为该类地质灾害的历史强度和潜在强度；A_li、A_qi分别为历史强度和潜在强度的权重。

3.历史灾害强度按下式计算：

Z₁=G·W·P

式中：Z₁——历史灾害强度指数；

G、W、P分别为历史灾害规模、密度、频次、据表18-1划分等级，并赋予相应的评判值。

历史地质灾害强度指数的变化范围为0～1000。划分为5个等级，并赋予相应的标度分值（表18-2）。

表18-1地质灾害规模、密度、频次等级划分

表18-2地质灾害历史强度等级划分

4.地质灾害潜在强度指数（Z_q）按下式计算：

Z_q＝（D·A_D+X·A_X+Q·A_Q+R·A_R）·k

式中：D、X、Q、R分别为控制地质灾害形成与发展的地质条件、地形地貌条件、气候植被条件、人为条件充分程度的标度分值（具体内容和评判标准如表18-3）；

A_D、A_X、A_Q、A_R分别为上列4方面形成条件的权重；

k为潜在地质灾害判别系数，其值为0或1（在D、X、Q、R四方面形成条件中，若有一方面条件不具备，则该种地质灾害就不可能产生时，k值取0，否则取1）。

潜在地质灾害强度指数的分布范围为0～10。划分为5个等级，并赋予相应的标度分值（表18-4）。

5.评价模型中权重值的确定

在上述计算模型中，需要多方面权重值。为了提高它们的可靠性，每类灾害聘请2～4位专家以答卷的方式进行评判；同时选取5～8个典型灾害事例进行统计。综合两方面结果确定权重值。各方面权重如表18-5。

历史灾害强度和潜在灾害强度对于地质灾害危险性的作用权重分别为0.3和0.7。

崩塌－滑坡、泥石流、岩溶塌陷三类地质灾害对于综合危险程度的权重分别为0.41、0.46、0.13。

表18-3地质灾害潜在活动强度控制条件判别表

续表

表18-4地质灾害潜在强度等级划分

表18-5各种影响条件对地质灾害潜在强度的作用权重

（三）计算各单元地质灾害危险性指数，划分危险性等级（表18-6）

表18-6地质灾害综合危险性等级划分表

（四）绘制地质灾害危险性分布图、危险性统计表等，在此基础上分析地质灾害的危险水平和分布规律

二、中国地质灾害综合危险性分布特征

从地质灾害危险性指数和灾变强度计算结果看，中国地质灾害危险性分布的主要特征是地质灾害分布十分广泛，但不同地区危险水平相差很大（图18-2）。

据统计，中国2424个评价单元，危险性指数最低值为0，最高值为8.05（四川省华蓥市）。除青藏高原北部资料不详外，其余地区以轻度、中度和基本无灾害的微度灾害区为主，部分地区为重度灾害区，局部为极重度灾害区（表18-7）。

表18-7中国地质灾害综合危险性分布统计表

基本无灾害的微度灾害区主要分布在中国东部的松辽平原、华北平原、长江中下游平原、闽粤台沿海平原，西北准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地，北部内蒙古高原的大部分地区。这些地区，地势平坦，一般发育有很厚的松散沉积物，除个别地区有小型滑坡和地面塌陷活动外，地质灾害不发育。这些地区不但基本没有历史地质灾害记录，而且基本不具备地质灾害的潜在活动条件。

图18-2中国地质灾害危险性分布图

轻度灾害区主要分布在东北的大兴安岭、小兴安岭、长白山，华北的山西高原，华东的山东丘陵，东南沿海的浙闽丘陵、两广丘陵，西北的青海高原、阿尔泰山等地区。这些地区主要地质灾害为崩塌－滑坡，局部地区有泥石流。东部和北部、西北部地区地质灾害活动背景条件不同：东部地区主要为丘陵、低山，地形切割不剧烈，所以山地灾害不严重；北部和西北部地区，以高原、山地为主，虽然海拔高程大，地形起伏较剧烈，但气候干旱，降水贫乏，且人类活动较弱，所以地质灾害较轻。这些地区历史灾害虽有记录，但规模和频度较小。它们的潜在灾害条件一般不充分，除闽浙沿海和山西高原部分地区，今后时期地质灾害有可能进一步发展外，大部分地区将基本维持现状水平。

中度灾害区主要分布在陕北高原、河西走廊、天山山地、川西山地、云贵高原、南岭、武夷山等地区。这些地区主要为山地、高原，地形切割比较剧烈，降水比较丰富，部分地区岩溶发育，所以除崩塌－滑坡、泥石流灾害比较发育外，有些地区（云贵高原等）的岩溶塌陷灾害也比较严重。地质灾害活动条件比较充分，大部分地区存在一定的潜在危险性。

重度和极重度灾害区主要分布在秦岭、大巴山、鄂西山地、川滇山地，在这些地区形成比较广阔的南北向分布的严重灾害区；其次零散分布在千山山地、燕山山地、太行山山地以及横断山、雪峰山、罗霄山、云雾山、武夷山、天山、喜马拉雅山的部分地区。纵贯中国中部的大面积严重灾害分布区，处于中国地势变化的“第二台阶”。这里地形切割十分剧烈，深大断裂发育，地震活动频繁，新构造运动特别强烈，降水比较丰富，且分配不均，暴雨频繁，水土流失严重，人类活动对地质自然环境破坏严重。所以，这些地区不但历史崩塌－滑坡、泥石流灾害十分严重，而且存在很高的潜在危险性。其它分散分布的严重灾害区，除严重灾害活动范围较小外，其它特点基本类同。在严重灾害分布区内，有众多局部性或地区性的极重度灾害区。主要有辽东半岛的千山山地、燕山山地、北京北山和西山、秦岭西缘、长江三峡、滇北山地、滇西山地等地。这些地区除地形切割剧烈，暴雨频发外，最突出的特点是新构造活动和人类活动十分强烈，植被破坏严重，山体支离破碎，崩塌－滑坡和泥石流灾害不但十分频繁，而且规模巨大，是灾害最严重的地区。

资料不详地区主要为台湾和青藏高原地区。该地区不但缺少专门勘查资料，而且区域地质灾害背景条件资料也比较贫乏。推测该地区崩塌－滑坡、泥石流灾害属于轻度至中度水平，部分地区属于重度水平。

❽ 显式统计预警模型方法

应用地质灾害显式统计预警的基本原理，根据5.4节中南山地丘陵区试运算工作实践，并对5.4节中相关权重计算等问题进行进一步的思考和修正，逐步摸索了一条地质灾害预警预报的实现途径。主要包括如下几个步骤:

1)地质环境条件的定量化表达(潜势度计算);

2)地质灾害与地质环境、降雨资料统计分析参数选择;

3)显式统计预警模型选取;

4)地质灾害预警指数计算;

5)地质灾害预警产品生成等。

5.5.1 地质灾害“潜势度”计算方法

地质灾害潜势度是指区域地质灾害发生的潜在条件组合的评价指标，具体反映一个地区是否具备发生地质灾害的地质环境背景条件。

一般采用综合指数模型进行评价:

中国地质灾害区域预警方法与应用

式中:Q_n为第i个单元的潜势度指数;j为评价因子;a_i为第j个评价因子在第i个评价单元中的赋值;b_j为第j个评价因子的权重。

因此，地质灾害潜势度计算结果的合理与否，主要取决于两个方面:一是评价因子选取与定量化;二是评价因子权重的确定。5.5.1.1评价因子定量化

采用广泛使用的确定性系数模型(CF)进行因子图层的量化。基本假定是地质环境的优劣可以根据过去地质灾害(滑坡)的易发程度来确定。即过去地质灾害多发的地方，地质环境条件也较差。

确定性系数模型(CF)最早由Shortliffe和Buchanan(1975)提出，由Heckerman(1986)进行了改进，表示为下式:

中国地质灾害区域预警方法与应用

式中:PP_a为滑坡在数据类a中发生的条件概率，应用时为数据类a中存在的滑坡个数与数据类a面积的比值;PP_s为滑坡在整个研究区A中发生的先验概率，可以表示为整个研究区的滑坡的个数与研究区面积的比值。

将各因子图层分别按公式计算，CF的变化区间为［－1，1］。正值代表事件发生确定性的增长，即滑坡发生的确定性高，地质环境条件差;负值代表确定性的降低，即滑坡发生的确定性低，地质环境条件好;CF值接近于0，说明确定性居中，不能确定地质环境的优劣。

选取各因子图层量化结果(CF值)作为评价因子的赋值(公式中a_i值)参加计算。5.5.1.2评价因子权重的确定

根据中南山地丘陵区试运算情况，对权重计算方法做了相应的改进。首先采用上节计算所得的各因子CF值进行变换来计算各因子的权重，具体计算权重的方法为本项目的一个创新的方法。具体计算方法如下:

(1)所有因子图层CF值合并计算

首先将各因子图层全部合并计算。假定要合并两个因子图层的CF值分别为x和y，合并后的结果为Z，则合并公式如下式:

中国地质灾害区域预警方法与应用

先选定岩土体类型因子，根据上式逐步叠加合并各因子图层。为使合并结果易于解释，将合并的图层的CF值进行分类，分为5个级别，合并后各级别的百分比用Z_all－i(i=1，2，…，5)表示(表5.9)。

表5.9 CF级别划分

(2)某因子图层CF值的贡献计算

当计算某因子图层的CF值的贡献时，首先计算除该因子图层外，其他所有图层叠加合并的Z值分段百分比，得到Z_{某图层－i}(i=1，2，…，5);然后根据式(5.8)计算该图层的CF值贡献。

中国地质灾害区域预警方法与应用

式中:△Z_{某图层－i}为某图层CF分段贡献值;Z_all－i为所有图层CF合并分段结果值;Z_{某图层－i}为除该图层其他所有图层CF合并分段结果值;i为CF分段级别，i=1，2，…，5。

(3)计算各因子图层权重

根据式(5.9)，计算每个因子图层的相对贡献大小，经归一化后得到各因子的权重。即

中国地质灾害区域预警方法与应用

式中:T为某因子图层的权重;△Z_－i为某图层CF分段贡献值，即△Z_{某图层－i};i为CF分段级别，i=1，2，…，5。

5.5.2 地质灾害显式统计预警模型选取

5.5.2.1 模型选取原则

在统计模型的选择上，选定两种模型进行对比分析计算。一是多元线性回归模型，该模型是传统的数学统计的代表方法，具备简单直观的特点;二是神经网络模型，该模型是黑箱模型模仿推理计算的代表方法。两种代表性的方法可以进行相互校验。

5.5.2.2 多元线性回归模型

多元线性回归模型反映一种结果与另外多种原因的依存关系，即是另外多种因素共同对一种结果产生影响，作为影响其分布与发展的重要因素。

设变量Y与变量X₁，X₂，…，X_m存在着线性回归关系，它的m个样本观测值为Y，X₁，X₂，…，X_m，于是多元线性回归的数学模型可以写为

中国地质灾害区域预警方法与应用

可采用最小二乘法对上式中的待定回归系数β₀，β₁，…，β_m进行估计，求得β值后，即可利用多元线性回归模型进行预测了。

计算了多元线性回归方程之后，为了将它用于解决实际预测问题，还必须进行数学检验。多元线性回归分析的数学检验，包括回归方程和回归系数的显著性检验。

回归方程的显著性检验，采用统计量:

中国地质灾害区域预警方法与应用

式中: ，为回归平方和，其自由度为m; ，为剩余平方和，其自由度为(n－m－1)。

利用上式计算出F值后，再利用F分布表进行检验。给定显著性水平α，在F分布表中查出自由度为m和(n－m－1)的值F_α，如果F≥F_α，则说明Y与X₁，X₂，…，X_m的线性相关密切;反之，则说明两者线性关系不密切。

回归系数的显著性检验，采用统计量:

中国地质灾害区域预警方法与应用

对于给定的置信水平α，查F分布表得F_α(n－m－1)，若计算值F_i≥F_α，则拒绝原假设，即认为X_i是重要变量，反之，则认为X_i变量可以剔除。

多元线性回归模型的精度，可以利用剩余标准差(S)来衡量。S越小，则用回归方程预测Y越精确;反之亦然。

中国地质灾害区域预警方法与应用

5.5.2.3 BP神经网络

人工神经网络(ArtificialNeuralNetwork，简称ANN)是基于模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统。BP神经网络是目前应用最广泛也是发展最成熟的一种神经网络模型。BP神经网络也即误差逆传播网络(Back-PropagationNeuralNetwork)，由Rumelhart和Mclland等1985年提出。它为神经网络的一种重要方法，它由三部分组成:感知单元组成的输入层、一层或者多层的计算节点为隐藏层和一层计算节点的输出层(图5.19)。

BP神经网络计算步骤:

1)首先初始化，给各连接权{W_ij}、{V_jt}及前置值{Q_j}、{R_t}，并赋予(－1，+1)间的随机值。

2)随机选取一模式对A_k=(a₁^k，a₂^k，…，a_n^k)，y_k=(y₁^k，y₂^k，…，y_n^k)提供给网络，(k=1，2，…，m)。

3)用输入模式A_k=(a₁^k，a₂^k，…，a_n^k)，连接权{W_ij}和前置值{Q_j}计算中间层各单元的输入s_j;然后用{s_j}通过Sigmoid函数f(s_j)计算中间层各单元的输出{b_j}。

中国地质灾害区域预警方法与应用

图5.19 BP神经网络结构示意图

4)用中间层的输出{b_j}，连接权{V_jt}和前置值{R_t}计算输出层各单元的输入{L_t}，然后用{L_t}通过Sigmoid函数计算输出层各单元的响应{C_t}:

中国地质灾害区域预警方法与应用

5)用希望输出模式y_k=(y₁^k，y₂^k，…，y_n^k)，网络实际输出层各单元的一般误差{d_t}:

中国地质灾害区域预警方法与应用

6)用连接权{V_jt}、输出层一般化误差{d_t}、中间层输出{b_j}计算中间层单元的一般化误差{e_j}:

中国地质灾害区域预警方法与应用

7)用输出层各单元的一般化误差{d_t}、中间层各单元的输出{b_j}修正连接权{V_jt}和前置值{R_t}:

中国地质灾害区域预警方法与应用

8)用中间层各单元的一般化误差{e_j}、输入层各单元的输入A_k=(a₁^k，a₂^k，…，a_n^k)修正连接权{W_ij}和前置值{Q_j}:

中国地质灾害区域预警方法与应用

9)随机选取下一个学习模式对提供给网络，返回到步骤3，直到m个模式对训练完毕。最后使网络全局误差函数E小于预先设定的一个极小值ε。

中国地质灾害区域预警方法与应用

误差反向传播算法是基于误差修正学习规则的。误差反向传播学习由两次经过网络不同层的通过组成:一次前向通过和一次反向通过。在前向通过中，一个活动模式(输入向量)作用于网络感知节点，它的影响经过网络一层接一层传播。最后，产生一个输出作为网络的实际响应。在前向通过中网络突触权值是固定的，而在反向通过中，突触权值全部根据网络误差修正规则来调整。网络误差为目标期望响应减去网络实际响应。当突触权值被调整到从统计意义上实际响应接近目标期望响应时，网络已经训练成功。用训练好的网络就能够预测未知的目标响应。

综合上述，有监督学习的神经网络应用于模式识别问题中，主要包括两个阶段，即网络训练阶段和工作阶段。网络训练阶段主要任务是调整网络权值减小网络的误差;网络工作阶段，将网络调整好的权值固定不变，对实验数据或者实际数据进行预测识别，达到分类预报目的。

❾ 模型构建依据的规范与标准

进行地下水系统三维模型的构建，就要遵守相应的国家和地下水行业部门的规范标准。回但对地质建答模来说，许多表现手段、方法还没有相应的标准，这就需要向相关的标准规范靠拢。这些相关的标准规范如下：

（1）GB/T 19001-2000 idt ISO9001：2000质量管理体系要求；

（2）GB 8567-88计算机软件产品开发文件编制指南；

（3）GB/T 8566-1995信息技术软件生存周期过程；

（4）GB/T 14538-93综合水文地质图图例及色标；

（5）综合水文地质图编图方法与图例，地质出版社，1979；

（6）中华人民共和国水文地质图集总色标，地质矿产部水文地质工程地质研究所，1977；

（7）综合水文地质图图例及色标（地质矿产部水文地质工程地质研究所水文所试用稿）；

（8）中国地质调查局信息技术软件开发工作指南；

（9）地质调查局其他地下水与信息化建设的行业标准。