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期刊信息/Journal information
中国科学（地球科学）
中国科学（地球科学）

孙枢

月刊

1674-7240

geo@scichina.org

010-64015883

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（地球科学）/Journal Scientia Sinica（Terrae）CSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。
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    撞击坑识别方法研究综述

    陈动胡凡张立强吴昀昭...
    1745-1768页
    查看更多>>摘要：撞击坑是宇宙中小天体以超高速度撞击固态天体表面形成的构造结构,撞击作用是天体演化最重要的驱动力,撞击坑为固态天体形成、演化和撞击历史等方面研究提供了重要线索.本文对撞击坑对象、撞击坑数据、撞击坑识别算法和撞击坑应用等维度进行了综述.全面描述了遥感观测数据中撞击坑所呈现出的几何纹理、光照和形貌特征.重点总结了月球、火星、水星、金星四颗"类地行星"和小行星-谷神星撞击坑遥感数据和矢量编目数据库.详细探究了传统方法、机器学习方法和深度学习方法在撞击坑分类、分割和识别方面的研究进展.在此基础之上,着重分析了撞击坑识别中存在的问题,并给出相应的解决方案.最后,在撞击坑算法应用方面进行了探讨与展望.

    类地行星深空探测撞击坑撞击坑识别深度学习

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    碳酸盐补偿深度(CCD)是解密新生代表层碳循环的潜在钥匙

    肖开迅胡修棉蒋璟鑫王家昊...
    1769-1785页
    查看更多>>摘要：碳酸盐补偿深度(CCD)是海洋中碳酸盐的生成速率与溶解速率达到平衡时的层位,被比作大洋钙质"雪线".重建深时CCD对于理解海洋环流、海水化学条件、沉积物分布、表层碳循环具有重要意义.本文回顾了CCD的重建方法,综述了新生代以来CCD的驱动机制以及与碳循环的关联,并对其研究进行了展望.碳酸盐补偿深度的重建历经半个世纪,从早期的定性方法逐步演变为基于统计回归的定量方法,使得结果更加准确,分辨率更高.研究结果显示新生代以来全球各大洋CCD整体呈现缓慢加深的趋势,在中新世略有变浅.CCD的演化受到海水碳酸盐饱和度的控制,主要由生物作用、大陆风化强度、陆架-洋盆相对面积等因素驱动.在类似古新世-始新世极热事件的气候事件中,CCD表现为脉冲式波动.未来研究应在强调精细化、定量化的基础上进一步结合模型模拟,深入探索CCD与古气候、碳循环之间的关联和响应机制.

    碳酸盐补偿深度新生代碳循环古气候古海洋

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    寒武纪海洋碳循环新模型

    王华建张水昌王晓梅苏劲...
    1786-1805页
    查看更多>>摘要：经典碳循环模型认为,富12C的有机碳大量埋藏导致碳同位素(613C)正漂移,有机碳大量氧化则导致δ13C负漂移.然而,寒武系纽芬兰统BACE(BAsal Cambrian Carbon isotope Excursion)事件有着全球性的δ13C负漂移和大规模有机碳埋藏,芙蓉统SPICE(Steptoean Positive Carbon Isotope Excursion)事件则有着全球性的δ13C正漂移和相对匮乏的有机碳埋藏,均表现为碳同位素异常与有机碳埋藏的失耦特征.通过分析塔里木盆地塔东2井钻井剖面的寒武纪碳循环和古海洋环境演化记录,本研究提出了包括海洋溶解有机碳(DOC)的寒武纪海洋碳循环模型,并取得如下认识:(1)寒武纪海洋依然有着巨大的海洋DOC储库,储库容量受大洋环流和古海洋环境调控,对海洋碳循环有着重要影响;(2)寒武纪早期的海洋DOC储库氧化导致了 BACE事件和寒武系油气系统的"亚洲现象",DOC储库扩容导致SPICE期间在缺乏有机碳埋藏时形成全球性δ13C正漂移;(3)塔里木盆地东部坳陷深水沉积环境有可能发育芙蓉统富有机质黑色页岩,对应于SPICE时期的有机碳埋藏,是潜在的超深层油气勘探领域.未来有必要针对海洋DOC储库的形成机制、储量规模及影响因素、资源环境效应三个方面继续开展研究,并有望在地球系统科学和油气资源勘查领域取得新突破.

    碳同位素有机碳BACESPICE溶解有机碳气候变化黑色页岩

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    煤中惰质组及其古环境意义:来自AI和大数据分析的启示

    邵龙义周家民Timothy P.JONES华芳辉...
    1806-1829页
    查看更多>>摘要：惰质组是煤中常见且重要的显微组分组,作为古野火指示物在古环境研究中发挥着至关重要的作用,古野火在多种生态系统中扮演着不可替代的角色.通过惰质组来讨论古野火与古气候变化及古植物演化的研究逐年增多.丝质体和半丝质体的反射率可以用来估算古野火的燃烧温度及类型,进而判断不同类型野火的燃烧特征.惰质组的相对丰度可以重建大气氧含量.人工智能(AI)和科学数据库的在线搜索工具的快速发展,使得查找、收集、整理和分析从最老到最新的出版物,以及出版物中的全球惰质组数据成为可能.本文使用数据提取工具Deep Shovel收集分析从志留纪到新近纪的全球惰质组数据,然后应用Gplates、ArcGIS pro、Tableau等多个软件建立地质历史时期惰质组相对丰度的变化模型,该模型可以与其他因素如大气氧含量、植物进化及古气候变化等进行关联.惰质组在地质历史中的分布特征差异很大,二叠纪属于典型的"高惰质组含量-高大气氧含量"时期,新生代属于典型的"低惰质组含量-低大气氧含量"时期.本文提出惰质组特征与古环境因素之间的可能性正负反馈关系,揭示出惰质组在地质古环境演化研究中发挥着不可替代的作用.未来惰质组相关研究应该聚焦在有机岩石学和有机地球化学的深入结合,大数据驱动的惰质组时、空分布特征,古野火在不同气候背景下的地球系统中发挥的作用以及融合现代野火研究预测未来由于气候变化导致的野火发生的频率和强度.

    惰质组古野火大气氧含量古气候古生态系统

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    基于程函方程的多震相走时地震定位方法

    劳高月杨顶辉刘少林董桂菊...
    1830-1844页
    查看更多>>摘要：震源位置的精确测定是地震学研究的基础,是地震活动性分析和地震层析成像研究的关键.在实际地震定位中,常使用初至波走时定位,但初至波走时往往对震源深度敏感程度低.为了提高定位精度,研究者利用深度震相走时对震源深度敏感的特点,开展初至波和深度震相走时联合地震定位研究.虽然联合定位能一定程度提高定位精度,但研究者常在层状模型中开展联合定位,由于层状模型对地下介质的近似程度低,以至于难以充分发挥联合定位的优势.为了解决当前联合定位存在的问题,本文在非均匀模型中利用三种震相走时开展地震定位.采用迎风差分格式数值求解程函方程获得非均匀模型中的高精度走时场,以此为基础得到初至P、sPg和PmP震相走时,利用得到的三震相走时共同约束震源位置.最后以2021年云南漾濞Ms6.4地震为例,利用合成和实际数据开展了地震定位测试研究.测试结果证实基于程函方程的三种震相走时地震定位方法能有效提高地震定位精度.

    地震定位程函方程快速行进法非均匀模型

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    联合InSAR和GNSS构建青藏高原千米分辨率三维地壳形变场

    刘传金季灵运朱良玉许才军...
    1845-1862页
    查看更多>>摘要：青藏高原位于印度板块与欧亚板块碰撞的前沿地带,地壳运动十分活跃.受高海拔、高寒气候等因素的限制,以地面观测站为代表的传统大地测量监测较为困难,因此至今青藏高原的高空间分辨率地壳形变场尚未精确测定.InSAR技术不受地面观测条件限制,能够获得大范围、高空间分辨率的地壳形变场,在青藏高原地壳形变监测领域具有不可替代的优势.本文利用2014～2020年的Sentinel-1卫星SAR数据,计算了青藏高原升降轨InSAR形变场,测量精度约为3mm/a.在此基础上,融合InSAR与GNSS数据,获取了覆盖青藏高原的千米分辨率三维地壳形变场和应变率场.通过球面小波多尺度分析,将三维形变场分解出不同波长的形变,其中波长小于110km的形变主要来自断层运动、震后形变和其他非构造形变,大于110km的形变主要来自大范围的构造运动.研究结果显示,高原中部地区呈现大范围下沉,而喜马拉雅弧地区则呈现明显隆升,这表明青藏高原可能已经停止了整体隆升并进入了局部坍塌阶段.此外,不同空间尺度的三维形变场表明,青藏高原在短波长变形中表现为非连续形变,在长波长中则表现为连续形变.本文研究结果有助于调节青藏高原块体变形模型和连续变形模型之间的争议.

    青藏高原InSARGNSS三维形变形变模型

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    青藏高原及邻区岩石圈应力状态特征及其地质意义

    张倩文徐亚褚伟路书鹏...
    1863-1882页
    查看更多>>摘要：青藏高原及邻区现今岩石圈应力状态受到岩石圈本身及下部地幔作用的共同控制,即受岩石圈内部密度分布变化造成重力势能差及地幔对流作用对岩石圈底部拖曳力共同影响.研究岩石圈应力状态对进一步认识青藏高原演化的动力学背景及机制具有重要作用.本文利用Crust1.0地壳密度模型结合S40RTS地幔横波速度变化模型计算重力势能,利用EGM2008重力场模型计算地幔对流作用在岩石圈底部的拖曳力,通过求解薄板近似下的力平衡方程分别得到这两种力源的岩石圈应力场以及两种力源的联合应力场,综合分析青藏高原地区应力状态特征,并根据重力势能应力场、地幔拖曳力应力场、两种应力场的相对大小,以及两种应力场与地表形变的相关关系特征划分了6个区域.综合分析表明,塔里木盆地等稳定地块区的岩石圈应力场主要受重力势能差控制;印度板块与青藏高原碰撞带岩石圈应力场主要受控于深部地幔拖曳力;青藏高原内部岩石圈应力场受重力势能和地幔拖曳力共同控制.青藏高原东南缘岩石圈应力场与地表形变相关性较差,推测该地区由于存在有效黏度更低的下地壳流使壳幔解耦,地幔拖曳力对浅部地壳影响较弱,导致岩石圈平均应力场与地表形变不一致.

    青藏高原重力势能地幔对流岩石圈偏应力场GPS应变率场

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    西太平洋麦哲伦海山群Hemler、Vlinder和Il'ichev海山熔岩的成因及其形成的深部动力学机制

    位荀张艳石学法张辉...
    1883-1900页
    查看更多>>摘要：经典的"地幔柱假说"能够很好解释年龄随空间位置线性变化的大洋板内火山链的成因.而位于西太平洋的众多海山群,空间分布广、年龄-位置关系杂乱,很难用经典的"地幔柱假说"来解释,其成因存在争议.本研究选择西太平洋麦哲伦海山群Hemler、Vlinder和Il'ichev海山熔岩,对其进行40Ar-39Ar年代学、主量和微量元素以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析,来揭示其岩石成因和形成的深部动力学机制.Hemler、Vlinder和Il'ichev海山熔岩属于碱性玄武岩、碧玄岩/霞石岩和粗面岩,MgO＞8wt.％的熔岩具有较高的CaO、FeOT和TiO2含量,是碳酸盐化榴辉岩熔融的熔体与橄榄岩反应的产物.这些熔岩具有较高的Zr/Hf比值(40.6～45.2)和Zr-Hf负异常,指示它们的地幔源区存在碳酸盐组分.Hemler、Vlinder和Il'ichev海山熔岩富集不相容元素,其Sr-Nd-Pb-Hf同位素显示EM1(1型富集地幔)特征,与Rarotonga和Samoa热点相似.虽然产出于同一个海山,Il'ichev碱性玄武岩与Il'ichev碧玄岩的同位素组成明显不同:前者具有更为亏损的Sr-Nd-Hf同位素特征.结合板块构造恢复结果,Hemler(100.1Ma)、Vlinder造盾前(100.2Ma)和造盾期后((87.5±0.4)Ma)以及Il'ichev((56.4±1.2)Ma)海山熔岩的形成时间明显偏离了南太平洋Macdonald、Arago、Rarotonga和Samoa热点的运移轨迹,因此它们并非来源于深部地幔柱的直接熔融,更可能是浅部过程的产物.麦哲伦海山群所在的大洋板块的一个典型特征是:岩石圈断裂带在该区域广泛分布.我们提出,在中白垩世当麦哲伦海山群所在的太平洋板块经过Rarotonga地幔柱上方时,Rarotonga地幔柱直接熔融形成Vlinder(造盾期)、Pako和Ioah海山.随着地幔对流分散在周围软流圈中的Rarotonga和Samoa地幔柱物质,在岩石圈裂隙处发生减压熔融,形成Hemler和Vlinder造盾前和造盾期后熔岩;Il'ichev海山碱性玄武岩和碧玄岩是岩石圈裂隙诱发的软流圈中不均一富集组分熔融的产物.这种不均一组分最可能是滞留在软流圈中的不同地幔柱的物质,也有可能是残留在软流圈中的再循环的地球表层物质.

    地幔柱麦哲伦海山链碳酸盐化地幔热点岩石圈伸展

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    高、低核酸含量原核生物应对资源可利用性降低和原生动物选择性摄食的适应性策略

    胡晨余柳倩陈晓炜刘纪化...
    1901-1913页
    查看更多>>摘要：原核生物在全球海洋生物地球化学循环中发挥重要作用,然而对它们不同生态亚群(即:高核酸(HNA)和低核酸(LNA)含量亚群)的丰度和代谢活性,以及它们的调控因素如何随着海洋环境条件的变化而变化,仍知之甚少.我们在117,000升的大体积培养体系中进行了73天的培养实验,深入研究HNA和LNA亚群对资源可利用性降低和原生动物选择性摄食随时间变化的动态响应.研究结果显示,当培养环境资源充足时,HNA亚群的代谢活性高于LNA亚群,但随着资源日益稀缺,HNA亚群代谢下降速度比LNA亚群快,从而使LNA亚群对原核生物活性的贡献稳步增加.与此同时,随着培养体系资源可利用性逐步降低,原生动物的摄食偏好从HNA亚群转向LNA亚群,使得LNA亚群对培养体系的碳流贡献增加.这些结果突显了 LNA亚群在资源有限环境中的韧性,阐明了原生动物选择性摄食在资源条件变化时平衡不同亚群中的关键作用,并展示了在不同环境背景下原生动物和原核生物之间复杂的相互适应性.

    微生物环大体积培养实验原核生物自上而下和自下而上调控作用碳流

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    风速约束下的未来中国东部地区夏季典型地形小雨频次的变化

    董雪晨龚道溢施翠翠
    1914-1922页
    查看更多>>摘要：近地面风速的变化是影响降水地形效应的重要动力参量.本文利用6个CMIP6高分辨率模式数据(High-ResMIP),评估了气候模式对中国东部地区夏季典型山地的地形降水特征的模拟能力,结合观测结果,对未来变暖情景下的地形降水进行预估和约束.结果表明,在当前气候基准期(1979～2009年),尽管模式模拟的近地面风速与地形小雨频次之间的关系稳定存在,但总体上低估了地形小雨频次对近地面风速的敏感度,模拟结果较观测值偏低24.1％左右.利用观测的近地面风速对地形小雨频次进行约束订正,结果显示在升温1.5℃情景下,风速约束后的地形小雨频次较1979～2009年减少了36.1％,这一数值是原始预估减幅(4.2％)的8.6倍.资料较长的MRI-AGCM3-2-S模式显示,不同升温情景下(1.5℃、2℃、3℃和4℃),风速约束后的地形小雨频次减幅比较稳定,均较原始预估结果更大.

    地形小雨频次HighResMIP高分辨率模拟观测约束中国东部地区

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