为改善黏土工程特性和增加废弃钢渣(SS)利用率，铺设土工格栅加筋，然后对钢渣−黏土混合土、砂−黏土混合土及黏土分别进行了直剪试验、循环剪切试验和循环后直剪试验，研究了不同钢渣掺量、竖向应力、含水率、剪切幅值条件下，混合土筋−土界面强度特征、阻尼比、剪切刚度变化和混合土体位移情况。结果表明：钢渣可以显著提高黏土筋−土界面剪切应力，且改良效果优于常规材料砂改良黏土；钢渣−黏土混合土具有较大阻尼比和剪切刚度，说明其具有较好的减震耗能性。其中，40%钢渣掺量下的钢渣−黏土混合土剪切应力、阻尼比和剪切刚度较优；相较于循环前直剪，经过循环荷载作用后钢渣−黏土混合土剪切应力有所提升。此外，与竖向应力和剪切幅值相比，含水率对钢渣−黏土混合土的剪切应力、剪切刚度和阻尼比有较大影响。钢渣−黏土混合土在循环剪切荷载作用下，可以呈现更好的减震耗能性，研究成果可为钢渣代替砂改良黏土提供理论依据。

断裂填充物封堵性演化阶段不合理划分，可能造成断层圈闭内不同部位油气分布差异性无法合理解释。提出了对断裂填充物和其下伏储层岩石的紧闭指数和愈合指数的评价及其演化研究的方法，通过比较断裂填充物和下伏储层岩石的紧闭指数和愈合指数之间相对大小的转变，综合厘定断裂填充物封堵性演化阶段，利用其厘定海拉尔盆地贝尔凹陷呼和诺仁背斜构造大一段内F₃断裂填充物封堵性演化阶段。结果表明：测点2，4，6，9～11处断裂填充物处于紧闭及愈合皆不封堵阶段，无油气获得；测点1，3，5处断裂填充物目前处于紧闭封堵阶段，但由于成藏关键时期处于紧闭及愈合皆不封堵演化阶段，也无油气获得；测点7，8，12～15处断裂填充物处于紧闭及愈合皆封堵阶段，有利于油气在南二段内聚集与保存，获得了工业油气流。因此，厘定断裂填充物封堵性演化阶段的方法是可行的，对于判断断层圈闭封堵性及其形成时间，提高油气勘探效率具有重要意义。

为了以地质力学方法确定太原盆地及邻区的控盆构造，认清太原盆地的构造属性，应用推测性构造线分析法，根据第四纪沉积条带展布、线性地貌、盆地边界地貌及已确定断层的体系化延长，组合成断层系统，认为研究区存在经向构造体系、纬向构造体系、华夏系、NW向构造体系。通过局部构造分析，认为存在太岳山北段“多”字型构造体系、南北向帚状构造体系、NW向斜扭构造体系、SN向“入”字型扭动构造体系4个局部扭动构造体系和NW向直扭构造体系、EW向直扭构造体系2个全局性扭动构造体系。应用现代地貌阶区分析法，将研究区的地貌高程分为若干个区域，形成若干个地貌台阶，显示盆地形成和围区山地地貌区的形成具有联动性和机制统一性，认为山西地堑系的伸展是阶段性的含围区造山带的全面伸展垮塌。据此推断出6种成盆或者对成盆活动有贡献的区域活动模式。在伸展行为方面，太原盆地及围区存在系舟山、太岳山、云中山的NNW-SSE向新近纪伸展垮塌事件，太原盆地属于复杂断块控制的断陷盆地，各类局部或全局的运动模式共同影响了盆地形态及次级构造单元的分布，但不同子区域的成盆影响因素不同，是多构造体系和多成盆模式参与的复杂多变的多因成盆模式。

哈山地区二叠系风城组页岩油勘探势头良好，多口页岩油探井取得突破。哈山地区风城组主要沉积陆源碎屑岩相、白云质混积岩相、含火山碎屑混积岩相和含碱性矿物混积岩相4类岩相，并发育多类型烃源岩。为进一步评价哈山地区风城组烃源岩品质及影响因素，以沉积背景入手，分岩相对风城组烃源岩进行精细评价，明确优质烃源岩的发育岩相，并在此基础上对烃源岩品质的影响因素进行分析，明确勘探方向。结果表明，哈山地区风城组含火山碎屑混积岩相泥页岩有机质丰度最好，白云质混积岩相泥页岩的生烃潜量最优，哈山地区风城组泥页岩干酪根主体为Ⅰ型−Ⅱ型，哈山西段泥页岩成熟度范围在0.79%～0.97%，哈山中段成熟度主要在1.2%～1.37%。哈山地区风城组烃源岩品质主要受沉积环境、生烃母质、成熟度、碱性矿物以及火山作用控制。白云质混积岩相、含碱性矿物混积岩相有机质在深水、还原环境、中−高盐度以及干燥条件下更为富集，陆源碎屑岩相以及含火山碎屑混积岩相在相对浅水、贫氧、低盐度、干旱−半干旱环境下有机质更为富集。沉积中心区高盐度区发育的绿藻（类杜氏藻）具有更高的油气转化率，使白云质混积岩相泥页岩在低丰度的有机质下具有较高的生烃潜量。成熟度以及碱性矿物的增加均会导致TOC、生烃潜量的测试值降低，适量的火山碎屑为有机质富集的有利条件。

以四川盆地天宫堂地区龙马溪组一段1亚段海相页岩为研究对象，通过薄片观察、X射线衍射（X-Ray diffraction，简称XRD）、扫描电镜、电子探针等实验，分析海相富有机质页岩中白云石类型、成因、分布规律及其对储层物性的影响。根据矿物学特征，龙马溪组页岩中识别出分散状、纹层状和聚集状3种类型白云石。白云石具有菱形晶型，由白云石核心和环带组成。白云石核心结晶程度低，具有高镁高钙、几乎不含铁的特征，环带的自形程度高，具有高镁高钙高铁的特征。天宫堂地区龙马溪组页岩中西北部无机孔发育程度整体高于东南部，西北部的白云石含量也高于东南部。1小层无机孔发育程度优于4小层，1小层的白云石含量远高于4小层。白云石环带可能形成于成岩作用早期浅埋藏阶段的甲烷厌氧氧化作用带中，核心的磨圆特征表明其可能属于碎屑来源。天宫堂地区北部白云石含量的增加有利于无机孔的发育，白云石颗粒的抗压实能力较强，能有效改善页岩储层的储集物性。研究成果对页岩气的勘探和开发有一定指导作用。

为明确上扬子东缘茅口组硅质岩的沉积环境、硅质来源及形成机理，以川东地区中二叠统茅口组硅质岩为研究对象，在详细的岩石学观察分析的基础上，开展硅质岩的主量元素、微量元素和稀土元素分析。结果表明：硅质岩的形成缺乏陆源物质的影响，其SiO₂主要来源于与二叠纪岩浆活动相关的热液流体，同时生物作用参与了硅质岩的形成；硅质岩的形成环境主要为靠近大陆边缘的台盆相间背景下相对缺氧的深水裂陷槽内及周缘的浅水台地，峨眉地幔柱上拱导致的基底深大断裂活化以及新形成的同沉积断裂为热液流体的上升运移提供了主要通道，热液流体在运移过程中与地壳的相互作用导致其具有壳、幔混源的特征；硅质岩形成于同沉积期或沉积后不久，主要表现为通过交代碳酸盐质组分的方式而形成，疏松多孔的介质条件有利于热液流体在沉积物中的流动并发生顺层交代或沉淀，热液流体的间歇性作用则导致不均匀硅化作用的发生。该研究成果提出了上扬子川东地区茅口组硅质岩成因的新观点，深化了中晚二叠世之交的古构造沉积演化认识，对该地区的天然气勘探部署具有重要的指导意义。

鄂尔多斯盆地北部新召地区上古生界砂岩储层富含天然气且普遍发育异常低压，对古压力演化以及现今异常低压形成机理认识尚不够深入，制约了致密砂岩气成藏规律的认识和增储上产。运用流体包裹体岩相学观察、显微测温和激光拉曼分析技术，综合分析山西组二段储层中油气充注历史，获取成藏关键时期的古压力；利用盆地模拟法恢复古压力演化史，建立古流体压力演化与油气充注的耦合关系，并进一步探讨异常低压成因与致密气成藏的成因联系。研究表明：（1）研究区山二段CO₂包裹体捕获于距今180～170 Ma，此时烃源岩处于中−低成熟阶段，甲烷包裹体捕获于距今138～121 Ma的生烃高峰期；（2）山二段储层在早侏罗世开始发育超压，并在早白垩世末规模达到最大，古压力及古压力系数约为50 MPa和1.31；（3）由于温度降低、孔隙反弹和气体扩散等因素造成山二段地层压力降低分别约占总地层压力下降幅度的49%，14.5%和36.5%。山二段储层经历了常压−中等超压−常压−低压的演变过程，生烃增压与压力传导是古超压形成的主要原因，温度降低和天然气扩散是山二段异常低压形成的主控因素。

断溶体在国内多数盆地普遍发育，其资源量巨大，已经成为地学界研究的热点课题。但由于其埋藏深、勘探难度大，对断溶体的圈闭划分、形成机制、发育控制因素观点不一，亟需形成一致的认识。首先回顾了断溶体的基本概念，指出其具有埋藏深、非均质性强、流体性质差异大等特点，并强调了走滑断层在油气储集和运移中的重要作用。通过对塔里木盆地顺北地区及其他地区的地质数据进行分析，揭示了断溶体的圈闭类型、形成机制及其控藏因素。研究认为走滑断层的分段性、溶蚀流体的活动以及烃类的及时侵位对断溶体油气藏的发育至关重要。此外，研究了大气淡水、热液流体和烃类流体在储层改造中的作用，及如何共同影响断溶体油气藏的形成和分布。总结了断溶体油气藏的成藏模式。本研究有助于开拓新的油气勘探领域和方向。

膨胀土引发的工程地质问题成为了制约城市地质安全的关键。为了研究玄武岩纤维改良膨胀土的效果和机理，以湖北宜昌三峡机场弱膨胀土为研究对象，通过掺入质量分数为0.2%，0.4%和0.6%的玄武岩纤维改良土的三轴压缩试验和干湿循环试验，并结合数字图像处理技术，研究改良土的强度和干湿循环下的表面裂隙随纤维掺量的变化规律。结果表明：玄武岩纤维掺量对改良土的黏聚力影响明显，对内摩擦角影响不显著，玄武岩纤维掺量为0.4%时，改良土的黏聚力提高了57.1%；不同玄武岩纤维掺量的改良系数均大于1.0，掺量为0.4%时改良效果最佳；首次干湿循环后，改良土和素膨胀土没有出现裂隙，后续循环期次玄武岩纤维改良土裂隙面积率和分形维数均比原土小，裂隙面积率的最大差值由2.41%增至4.54%，分形维数的最大差值由0.058降至0.037，掺量为0.4%时，玄武岩纤维抑制土的裂隙效果最好。“嵌固”在土体中的纤维使裂隙尖端的应力集中程度降低，从而限制了裂隙的发展。研究结果可为区域性玄武岩纤维改良弱膨胀土的工程应用提供参考。

随着城市化和综合管廊的发展，狭窄型基坑工况日益增多。其支护形式、抗隆起计算方法及破坏模式与宽大基坑差异显著，在软土地层中坑底隆起尤为明显。为了进一步探究软土地基狭窄基坑支护结构的受力变形规律，抗隆起稳定性及其影响因素之间的敏感性关系，以武汉友谊大道快速化改造工程为实例，基于有限元计算和现场监测，采用小应变硬化土（HSS）土体本构模型和强度折减法研究基坑宽度、支护结构插入比、周边荷载和支护结构刚度等对狭窄基坑抗隆起稳定性的影响。结果表明：在支护结构刚度大、支撑间距小的情况下，狭窄基坑在支撑处和两道支撑中点处的受力变形差异不明显。狭窄基坑的变形土体可以分为地表至地表以下一定深度的基坑外侧土体和基坑底部土体，分别引起坑底隆起和坑外地表沉降；狭窄基坑土体塑性区会在坑底和结构底部处形成，随着塑性区发展，逐渐形成交叉的塑性区，并向两侧土体发展直至整个塑性区贯通，狭窄基坑最终破坏。敏感性分析表明，支护结构插入比和支护结构刚度对狭窄基坑抗隆起稳定性有显著的正面影响，基坑宽度和周边荷载则为负相关，且支护结构插入比的相关性最强。研究成果为软土地基狭窄基坑的支护结构设计和稳定性分析提供科学依据。

由于特殊的工程地质环境条件，山区机场修建产生了大量的高填方边坡工程，其面临的最大问题为运营阶段高填方边坡变形控制与长期稳定。以攀枝花机场为例，在系统回顾建设期及运营期地质灾害史的基础上，详述了运营期3处典型高填方滑坡发育特征。采用工程地质勘察结合现场岩土试验分析了高填方滑坡成因及演化机理，提出了控滑关键技术。结果表明，有利于地表水汇集的地形地貌和有利于降雨入渗特殊的上软下硬单向顺坡缓倾坡体结构是其产生的内因。降雨集中且短时暴雨多发，地下水丰富且容易富集于相对隔水层是其产生的诱发因素；攀枝花机场高填方边坡失稳演化机制可以概括为：强降雨长期入渗−地下水升高−基覆界面软弱面土体软化且抗剪强度衰减−推移式蠕滑−支挡结构失效−累进性滑移剪断−整体滑动。研究表明，山区机场高填方边坡修筑应重点解决基覆界面软弱层抗剪强度控制和地下疏排水工程设置问题。该高填方滑坡再整治采取了抗滑桩强支挡结合排水隧洞或集水井疏排地下水，治理工后监测表明排水效果良好。研究结果可为其他高填方工程变形机理研究及工程整治提供借鉴。

地质岩心钻探是地质勘查的重要技术手段之一，其中钻孔的实钻轨迹是钻孔质量的重要参数，不仅影响着钻探施工时的孔内安全，也关系着地质勘查的质量和精度。地质岩心钻探中具有钻孔直径小、管柱强度低、要求连续地质取心等限制条件，导致地质岩心钻孔轨迹控制难度大。通过系统梳理地质岩心钻孔的轨迹控制方法，主要为以下几个方面：初级定向孔技术以完成目的层取心为首要目的，分析了钻孔倾角、方位、位移等参数的设计方法和随深度变化情况，明确了该技术的适用条件和缺点，为初级定向孔技术在500 m以浅钻孔施工使用提供了思路，同时指出深孔应配合其他措施使用；围绕地质钻探满眼钻具技术，分析了常规绳索取心满眼钻具和大口径绳索取心满眼钻具的使用情况，提出了绳索取心满眼钻具管柱力学理论；围绕受控定向钻进技术，分析了在钻孔纠斜和侧钻绕障方面的应用，指出了不同方法的优缺点，小口径井底动力钻具优势明显，但是受地质取心工艺要求的影响，在地质钻探中具有较多限制。通过对地质岩心钻孔轨迹控制技术现状的回顾和分析，明确了影响钻孔轨迹的关键因素以及控制钻孔轨迹的多种技术，可为提高地质钻探的勘查精度提供有益参考和研究思路。

富水断层破碎带的存在对隧道突水突泥的发生有着较大的影响。为研究深埋隧道穿越富水断层破碎带时引起的突水突泥灾变演化规律，基于筒仓模型和极限平衡理论，考虑断层破碎带的宽度、长度和倾角，建立隧道穿越富水断层破碎带的隔水岩体力学模型，推导隔水岩体最小安全厚度的力学判据；通过MIDAS GTS NX数值模拟仿真，建立三维流固耦合数值模型，分析隧道开挖至断层破碎带内部时的位移、应力、孔隙水压力和渗流流速演化规律。结果表明：隔水岩体的最小安全厚度主要与断层破碎带长度、宽度、倾角、隧道埋深以及隔水岩体自身的力学性质有关；隧道开挖至断层后，其内部位移显著增大，最大主应力和最小主应力都存在明显的突变；低孔隙水压力区范围显著增大，孔隙水压力表现出先缓慢减小，后急剧减小，再逐渐趋于稳定的变化趋势；在断层内部出现了流速高值区，整个模型流速出现增大趋势，开挖过程中掌子面的最大流速整体呈现先增大后减小的变化趋势。该研究可为断层破碎带突水突泥灾害的预防提供相关参考。

为研究冻融循环对砂岩动态力学性能和微观结构特征的影响，对冻融0，30，60，90，120次的砂岩进行了冲击速度分别为3，6，9 m/s的动态冲击压缩试验、核磁共振检测以及电镜扫描。结果表明，冻融砂岩的动态冲击破坏模式整体上为粉碎破坏，随着冻融循环次数和冲击速度的增加，砂岩的破碎程度加大，碎块尺度减小，碎块数量和粉末占比增多，分形维数增大。在相同冲击速度下，随着冻融循环次数的增加，砂岩的动态力学性能不断劣化；各动态力学性能指标均具有率相关效应。此外，建立了冻融砂岩的动态峰值应力指数衰减模型，证明了冲击速度可以在一定程度上补偿冻融循环的损伤劣化作用，使冻融砂岩衰减常数减小，半衰期延后。所建立的分形维数−动态强度演化方程，使得分形维数不仅能定量描述砂岩冲击破坏后的破碎程度，还能进一步预测其动态强度。随着冻融循环次数的增加，砂岩内部孔洞、裂隙尺寸扩大且数量增多，结构损伤程度加剧；基于上述结果，探究了冻融循环作用下砂岩的损伤破坏机制，发现砂岩的冻融损伤是多种因素共同作用的结果。该研究可为寒冷地区岩石工程提供相关参考。

近年来，受全球气候变暖影响，我国东南沿海省份频繁遭受超强台风暴雨和梅雨侵袭，诱发了大量群发性浅层滑坡灾害，严重威胁当地人民群众的生命和财产安全。为第一时间获取较准确灾害信息支撑应急救灾科学决策，针对高植被覆盖区强降雨诱发花岗岩强风化层形成的群发性浅层滑坡，采用机器学习方法提出了一种基于决策树轻量级梯度提升机（light gradient boosting machine，简称LightGBM）算法的浅层滑坡自动识别模型，并利用福建省武平县高精度航拍影像和数字正射影像（DOM）数据选取坡度、高程、平面曲率（SOA）、剖面曲率（SOS）和R、G、B三波段等特征参数搭建识别模型进行训练和测试。结果表明：①多特征组合模型的滑坡识别准确率优于单特征模型；②由坡度、高程、平面曲率、剖面曲率和R、G、B三波段组成的快速识别模型能准确识别已发育滑坡体，准确率（Accuracy）和召回率（Recall）值均大于0.99；③去除可视化图层后，采用该模型开展高植被覆盖区滑坡早期识别时准确率（Accuracy）和召回率（Recall）值仍达0.86；推广至武平县全县范围时，准确率（Accuracy）达0.80，表明识别准确度较高；④识别模型总体得分（F1score）高达0.86，推广至武平县全县范围时，F1score高达0.84，表明该模型泛化能力较强，能够较准确对相似地质环境孕育的滑坡灾害实现自动识别。研究成果为高植被区降雨型滑坡灾害早期识别提供了一种新的思路，可为海西台风暴雨型滑坡地质灾害风险防控和救灾决策提供依据和科技支撑。

滑坡作为一种对自然和社会环境造成极大破坏的地质灾害，其易发性评价对防灾减灾至关重要。现有的滑坡数据库常作为滑坡易发性评价的数据基础，由于更新不及时，存在时效性差和不全面等问题。此外，传统的滑坡易发性评价方法主要依赖于静态数据（如地形、地质、水文），缺乏动态数据（如地表形变），难以全面捕捉正在变形的滑坡特征，导致评价的可靠性较差。结合光学遥感技术和合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术识别研究区滑坡并获取地表形变作为动态评价因子，结合静态评价因子，采用联合训练和加权叠加2种方法，耦合最大熵（MaxEnt）模型，并使用迭代自组织（ISO）聚类算法对石棉县进行了滑坡易发性评价及分区。结果表明：（1）综合光学遥感技术和InSAR技术2种方法，在研究区共识别出139处滑坡，研究区滑坡灾害高易发区主要分布于河流和道路两侧，滑坡灾害点的分布与所划分区域有很好的吻合性。（2）补充InSAR形变因子在一定程度上提高了6.1%的易发性精度（受试者工作特征曲线（ROC）下面积AUC=0.921），同时显著地降低了评估结果中出现假阳性和假阴性的情况，提高了模型的精确性。该研究突出了将InSAR形变信息融入滑坡易发性模型中的优势，可为石棉县滑坡灾害预防提供重要支撑。

目前对泥石流灾害易发性相关研究尚未考虑泥石流灾害的地理位置关系以及空间依赖性。本研究构建了包含4286个正样本点和5912个负样本点的甘肃省泥石流数据集，提出了一种基于LA-GraphCAN（local augmentation graph convolutional and attention network）的泥石流易发性评价方法。首先，以样本点的经纬度投影坐标为基础，利用KNN（K-nearest neighbors）构建最近邻图，捕捉泥石流灾害点之间的复杂地理位置关系；其次，使用GCN（graph convolutional network）高效聚合局部邻域信息，提取关键地理和环境特征，不仅关注单个栅格所包含的信息，还深入探讨了相邻栅格之间空间结构的相互关系，从而使模型能够更精准地识别和理解样本中的局部空间特征。同时，引入GAT（graph attention network）添加动态注意力机制，细化特征表示；再次，验证所提方法的有效性，并从不同角度对比分析；最后，对甘肃省泥石流易发性进行评价。结果表明，考虑了泥石流灾害地理位置关系的LA-GraphCAN的ROC曲线下面积（AUC）、准确率、精确率、召回率以及F1分数分别为0.9868，0.9458，0.9436，0.9228和0.9331，与主流机器学习模型CNN（convolutional neural networks）、Decision tree等相比最优。基于LA-GraphCAN评价的甘肃省泥石流极高易发区中历史泥石流灾害点数量为4055个，占甘肃省历史泥石流总数的95%，与历史灾害分布基本一致。性能评估和甘肃省泥石流易发性评价结果均表明考虑泥石流灾害空间依赖性的LA-GraphCAN方法的评价结果更优，在泥石流易发性评价研究中有较好的适用性。

岩溶地下水资源是我国重要供水水源。在全球气候变化和采煤等强烈人类活动的叠加作用下，晋祠泉域地下水水质恶化。探明水环境问题，识别泉域岩溶关键带地下水污染机制对于泉域岩溶地下水保护具有重要意义。采用熵权法水质指数对泉域地下水进行水质评价。基于水质评价结果，采用水化学耦合地下水硫酸盐硫氧和硝酸盐氮氧同位素进行地下水污染溯源。通过地下水无机碳同位素、锶同位素和硫同位素进一步识别出岩溶地下水污染途径。结果表明，岩溶水中硫酸盐质量浓度均值为582.07 mg/L，孔隙水硝酸盐质量浓度高达424.72 mg/L，说明研究区地下水受到明显硫酸盐、硝酸盐污染。污染岩溶水中硫酸盐硫同位素显著偏负，硝酸盐污染岩溶水锶同位素和碳同位素特征与深部孔隙水相似。地下水中过量硫酸盐的主要来源是硫化物氧化和石膏溶解，污水排放和粪肥输入是地下水受硝酸盐污染的重要原因。岩溶含水层的主要污染途径为孔隙水的反向补给和上层老窑水的串层补给。研究成果为晋祠泉域岩溶地下水污染治理及岩溶水资源的合理开发利用提供了重要科学依据。

河流监测手段趋向遥感、智能化，传统河流监测技术费时费力，且在洪水期间面临仪器损坏和缺失数据的风险。国家地震台网分布广泛密集，微震技术具有远程无接触、低成本和24 h无间断监测的特点，正逐渐被用于河流监测中。通过野外河流微震监测试验，监测与分析河流过程的动态振动信号，获取河流湍流过程微震信号的物理特征。在此基础上，利用带通滤波的方法保留2～7 Hz频带的信号，采用Welch法计算出微震信号时频分析图上在2～7 Hz频带内1 min平均地震功率，将其转换为能量的形式，并与现场测得的河流水文数据相匹配，从而评估微震监测河流的潜力。为获取河流的水文参数，提出一个简单的线性回归模型量化平均功率谱密度（PSD）与河流湍流过程之间的关系，由此推导出反演计算河流流量的线性近似模型，模型反演结果在实测值附近波动，相对误差在10.29%以内，反演结果较为准确。本研究为野外河流微震监测试验的初步探索，研究成果可为依托国家高密度地震台站的河流洪水及常态水文遥感、智能化监测提供参考和理论依据。

隧道工程穿越岩溶地区时往往面临着高危害性的突涌水灾害，尤其当隧道穿越地下暗河系统时，施工和运营安全有巨大风险，因此准确预测隧道涌水量不仅是工程建设关注的焦点，同时也是隧道涌水量预测方法的难点。以鄂西后湾暗河系统为例，开展基于MODFLOW-CFP模型的隧道涌水量预测模拟方法研究，尤其是数值模型构建、模型识别过程中容易被忽视的岩溶水文地质调查、降雨与暗河流量响应过程监测以及地下水示踪试验等基础工作方法的研究，在此基础上构建岩溶地区隧道涌水量预测的MODFLOW-CFP模型，开展不同隧道设计方案的涌水量预测和对比分析，为隧道工程设计优化提供依据。研究查明了后湾岩溶水系统的范围、边界条件、地下水循环特征和降雨与水文响应规律，准确识别了后湾暗河地下管道的特征参数，为MODFLOW-CFP数值模拟方法的准确应用提供了基础，最终模型的线性相关系数R²为0.831，纳什效率系数NSE为0.71，能够良好地反映系统的水文过程。涌水量预测结果显示：极端强降雨（日降雨量P=325 mm）情景下，不同的隧道设计标高（1350，1330，1318，1270 m），涌水量峰值差异极大，分别为0，0.52，8.17，14.88 m³/s。研究表明抬高隧道设计标高能够有效减小隧道突涌水量，降低隧道突涌水风险。本研究采用的岩溶地下水系统调查、监测、试验和数值模拟方法可以为类似地区提供借鉴。

非岩溶区外源水是西南岩溶地下水系统较常见的补给来源，外源水的快速、集中补给方式使岩溶地下水系统的水循环表现出独特的响应，这种特殊补给方式的岩溶水系统调查、监测和数值模拟方法尚不够完善。为探究外源水补给型岩溶水系统数值模拟技术方法，以湖北省恩施市甘溪渔泉洞岩溶水系统为研究对象，在岩溶水系统含水介质特征、补给方式调查、地下水示踪试验以及高分辨率降雨−地表−地下径流的动态监测等工作基础上，采用MODFLOW-CFP数值模型刻画岩溶裂隙与管道双重介质特征，并针对岩溶管道入口处非岩溶区外源水集中灌入式补给的特点，采用地表水模型TOPMODEL来定量刻画非岩溶区外源水的产汇流过程，将其作为MODFLOW-CFP模型中岩溶管道入口的流量边界条件，实现地表−地下水模型的耦合，从而提高MODFLOW-CFP对外源水刻画的精度。研究结果表明：利用TOPMODEL和MODFLOW-CFP模型模拟甘溪渔泉洞暗河出口流量，与实测值对比峰值相对误差在0.7%～19.7%，峰现时差在3 h内，相关系数R²为0.93，纳什效率系数NSE为0.86。对模型的正确性进行检验，检验期模拟得到的暗河出口流量与实测值对比峰值相对误差在1.1%～2.5%，峰现时差在2 h内，相关系数R²为0.91，纳什效率系数NSE为0.77，有较好的拟合精度。本研究构建的TOPMODEL和MODFLOW-CFP耦合模型在外源水补给型岩溶水系统降雨−水文响应过程模拟上有着推广价值。

传统土壤水力模型基于毛细理论，对土壤结构（大孔隙）和土壤吸附作用的表征较差，不能准确刻画近饱和以及土壤含水量较低情形下的土壤水力特征，因而不能准确模拟土壤水分运移特征。为了对比不同土壤水力特征模型的表现，基于FLUXNET数据库7个站点土壤含水量的连续实测数据，分别使用考虑土壤结构、吸附力以及毛细作用的FXW-M3模型和仅考虑毛细力的VGM模型，通过改进的HYDRUS-1D软件对站点实测土壤含水量数据进行模拟分析。结果表明考虑土壤结构和吸附力影响的FXW-M3模型显著提高了土壤水分运移模拟的精度。7个站点FXW-M3模型的均方根误差RMSE的平均值为0.0048 cm³/cm³，低于VGM模型的0.0113 cm³/cm³；相关系数R的平均值为0.80，高于VGM模型的0.75。模拟结果表明土壤结构和干吸附力对土壤水分运移有着显著影响。

新疆地处我国干旱−半干旱区，为节约水资源广泛使用微咸水膜下滴灌技术进行棉花种植，但微咸水利用不当易引起土壤盐渍化，在棉花根系密度较大的区域，根系强烈的吸水作用使土壤水分降低、盐分在区域内过量累积，引起棉花减产。为确保微咸水膜下滴灌棉田土壤生长环境及棉花产量，应充分考虑棉花根系分布对田间水盐运移的影响。本研究基于新疆巴音郭楞管理局水利科研所灌溉试验站棉田开展野外田间试验获取棉花根系生长参数，构建微咸水膜下滴灌棉花根系生长模型，定量刻画棉花根系时空分布规律。研究结果表明：①根系的空间分布受土壤水分和盐分的影响，蕾期至花铃期根系更多地集中在滴灌带与宽行位置，盛铃期至吐絮期根系在深度50 cm以上有明显衰退，而在90～130 cm土壤中根系有所发育；②棉花根系三维生长模型的预测趋势与实际观测值保持一致，模拟值与实测值对比平均相对误差MRE在0.2486～0.5378之间，均方根误差RMSE在2.4127～4.8710 cm/cm²之间，符合指数d在0.7541～0.9529之间，模拟结果总体能够描述棉花根长密度RLD分布；③棉花根系的三维模拟考虑了大田种植环境的生长情况，模拟结果达到了三维动态生长的效果，模型能够较好地模拟根系生长发育进程的形态结构。基于微根管法原位动态监测，利用CPlantBox建模框架能够构建微咸水膜下滴灌棉花根系生长模型，研究成果可为探究根系形态时空分布对田间土壤水分迁移及根区水盐分布的影响机制奠定基础，对实现新疆棉花高产稳产具有重要的理论和实践意义。

库车坳陷三叠系、侏罗系发育湖泊相和沼泽相间互沉积的5套烃源岩层系，按岩性可划分出煤、碳质泥岩和暗色泥岩，其烃源岩具有总有机碳（TOC）丰度较高、厚度大、分布范围广等特征。由于烃源岩纵向分布层系多，不同岩性分布及纵向非均质性强，导致常用的ΔlgR（R为测井电阻率）法等在TOC测井定量表征中应用效果较差。为了更好地了解库车坳陷油气资源潜力以及评估油气储量，首先通过岩心等识别了烃源岩岩性特征，进一步通过地球化学分析资料实现烃源岩地质特征评价。将ΔlgR法运用于TOC测井定量评价，然后将元素扫描测井应用于烃源岩岩性的测井识别工作中，并进一步利用元素扫描测井实现TOC测井定量评价。整体上，三叠系、侏罗系有机质类型以Ⅱ₁型、Ⅱ₂型和Ⅲ型为主，有机质演化为成熟阶段，其烃源岩品质为好−优质烃源岩。通过元素扫描测井识别不同岩性烃源岩并进一步定量评价TOC的方法，其精度相比ΔlgR法提升显著。研究成果对库车坳陷油气资源潜力评估有一定指导意义，同时还有利于拓展元素扫描测井资料应用范围。

反演是处理大地电磁测深数据的关键步骤之一，得到了学者的广泛研究。其中基于数据驱动的反演方法主要包括带监督反演和半监督反演，对无监督反演的研究较少。DQN（deep Q-network）是一种经典的深度强化学习算法，作为无监督反演方法最近被用于解决一维大地电磁反演问题，该方法具有不需要训练数据集、对初始模型依赖较小、多次反演能够得到反演结果的概率分布等优点，但存在反演结果不集中的问题。提出了带光滑约束的大地电磁强化学习反演方法（smooth DQN，简称SDQN），该方法基于强化学习框架，将反演问题看成马尔可夫决策问题，并分别定义环境、奖励、智能体等术语；然后将正则化反演的模型约束项引入到奖励中来，从而引导智能体不断调整预测模型的电阻率参数以得到更符合模型约束的结果。理论模型反演结果表明，相较于DQN反演和Occam反演方法，在相同反演次数情况下SDQN方法反演不同噪声水平的观测数据时结果更稳定。西藏扎西康矿集区的大地电磁实测数据反演结果与Occam反演结果基本吻合并与已有的地质解释资料一致。SDQN方法具有反演结果更集中、对观测数据的抗噪能力更强的优点，是解决大地电磁反演问题的新工具。

露天矿边坡断层带是边坡三维稳定性分析及数值模拟的重点，由于地质断层面将矿岩三维空间分割成复杂空间面域，成为露天矿边坡三维精细化网格生成的难点。为了提高含断层露天矿边坡稳定性分析的准确度，需要在对含断层露天矿边坡准确三维建模的基础上，对断层带网格模型进行细化。首先建立含断层露天矿边坡真三维网格模型；其次以断层面网格为中心，对边坡三维四面体网格模型进行分级自适应细化，以VC++为开发平台，对TetGen库进行开发得以实现；最后以内蒙古自治区西二露天煤矿含断层边坡为例，使用FLAC3D软件通过数值模拟方法对细化前后的模型进行稳定性分析，得到分级细化前后模型的稳定性系数分别为1.35和1.20。通过对模型细化前后的对比分析，发现精细化网格能够显著提高地质体的数值模拟精度。将数值模拟结果与实际滑体进行对比，验证了自适应分级细化方法的可靠性与有效性。

国内外堤坝溃决事故屡有发生，堤坝安全对防范洪水灾害至关重要。溃口发展机理及数学计算模型的研究对于洪水预测与风险防范具有重要意义。以溃口数学计算模型的发展脉络为主线，对堤坝溃口特性及溃决过程进行了概括总结，并基于堤坝溃口类型与影响因素的分析，对其分类与演化规律进行了归纳梳理，对比已有模型试验结果与数学计算模型的关系。按照理论模型、参数模型和一维数学模型的演进路径，对堤坝溃决计算方法进行了全面综述，系统汇总了溃口数学模型的历史发展与研究现状，并对不同数学模型的特征和适用性进行了简要比较。以表格形式列举了常见溃口计算方法，便于学者查阅与模型对比，进一步把握溃口发展数学模型的研究方向。总体而言，理论模型与参数模型因计算简便，可快速应用于溃决应急与抢险，但难以描述溃口的动态演化；一维数学模型能够耦合复杂的水流运动、溃口几何变化与泥沙输移过程，更为精细地刻画堤坝溃决的动态特征，但仍存在物理过程简化与假设较多的问题。随着二维、三维数学模型的发展，以及机器学习与人工智能方法的引入，溃口计算模型正朝着物理过程刻画更为精细、计算效率更高的方向演进。

油气工程中常利用地球物理资料获取地层弹性模量并结合小样本的岩心实验数据进行校正，但这种方法在复杂地质条件下往往表现不佳。为提高岩石弹性模量的预测精度和泛化能力，提出了一种利用基本岩石物性参数的弹性模量智能预测模型。分别采用3种集成学习算法（RandomForest，XGBoost，LightGBM）构建了岩石弹性模量智能预测模型，并采用TPE方法对模型进行超参数优化，最后利用SHAP归因分析探讨了各输入变量对模型的贡献。结果表明：①提出的智能预测模型明显优于传统模型，能够实现弹性模量的精确预测并具有较强的泛化能力，其中XGBoost模型表现最佳（决定系数R²=0.87，均方根误差RMSE=6.94，平均绝对误差MAE=4.96）；②横波速度对模型贡献最大，纵波速度次之，密度最小，精确横波波速对弹性模量预测有重要意义。该方法无需对工区及地层进行预先识别即可实现弹性模量的精准预测，研究成果对油气工程设计及实施有重要参考意义。

针对目前三维地质模型求交方法中精确度不高、数值计算存在误差等问题，提出一种基于不规则三角网、融合浮点精度与精确精度的地质体精确求交算法。首先，构建不规则三角网（TIN） 的方向包围盒（OBB）层次树，通过快速碰撞检测筛选出有效相交三角形对集合，大幅缩减后续计算范围。其次，将相交三角形对分解为边 − 三角形求交单元，建立包含交点空间位置状态（onVertex（顶点上）；onEdge（边上）；inTriangle（面内））及对应实体（点、边、面）ID 的交点位置关系结构，既消除交点坐标的冗余计算，又通过位置状态与实体 ID 匹配精准判别重复交点（如：onVertex 状态下匹配顶点 ID；onEdge 状态下匹配边 ID）。最后，根据拓扑正确性需求动态选择精度模式：若浮点精度可维持拓扑正确，则采用投影降维的约束 Delaunay 三角化（CDT）方法完成重三角化；若出现交点位置偏移（如面内点投影至边外）、点重合或交线段虚假相交等偏差，则切换至有理数表示的精确精度，通过约束点插入（面内点将三角形拆分为3个新三角、边上点将相邻三角形拆分为4个新三角）与约束线段插入（处理相交线段并执行边交换规则：凸四边形直接换边、凹四边形待排队换边）实现重三角化，确保重构结果的拓扑一致性。结果表明，提出的求交算法可以很好地支撑三角网的求交运算，算法转换至精确精度的次数少，具有较好的计算效率及较高的鲁棒性。算法平均时间花销优于GOCAD软件，能够满足大多数不规则三角网复杂地质模型间求交计算的需要。

岩性识别是油气勘探和开发过程中的重要环节，对于油气勘探定位、储层评价以及储层模型建立具有重要的指导意义。但传统的人工岩性识别方法耗时耗力，经典的深度学习模型虽然识别精度高，但模型的参数量较大，为了提高模型识别精度，同时降低模型的参数量，使模型适用于岩性实时识别工作，首先收集了白云岩、砂岩等8种岩石共3016张岩石图像构建岩性识别数据集，然后以轻量型卷积神经网络ShuffleNetV2模型为基础网络，提出了一种Rock-ShuffleNetV2岩性识别模型（RSHFNet模型）。模型中将混合注意力机制模块（convolutional block attention module，简称CBAM）以及多尺度特征融合模块（multi-scale feature fusion module，简称MSF）融入基础网络中以加强模型的特征提取能力，提升模型识别性能，并优化模型中ShuffleNetV2单元的堆叠次数以减少模型参数量。结果表明：与基础模型相比，RSHFNet模型的准确率达到了87.21%，提高了4.98%；同时，模型参数量与浮点运算量分别降低到了869702个，0.93×10⁸，分别是基础模型的0.67，0.63倍，模型参数量明显降低；并且RSHFNet模型的综合性能明显优于现有的卷积神经网络。RSHFNet岩性识别模型具有较高的识别精度和较好的泛化能力，同时更加的轻量化，为实现野外实时的岩性识别工作提供了新思路。