随着中国能源需求的持续增长和东部主要煤矿区资源的逐步枯竭，西北煤炭资源已成为保障国家能源长效发展的关键接续力量。然而，西北地区脆弱的本底地质条件根本性地制约着大规模、深扰动及长时序的煤炭开采活动，并随着开采效应的持续积累，二者间的矛盾日益尖锐。围绕煤炭开采中岩石圈–水圈–生态圈–大气圈等地球多圈层的耦合响应关系，基于地球系统科学理念，提出煤炭减损开采地质保障要求及措施。深入剖析煤炭开采对地球多圈层的影响效应，阐明地球系统科学与煤炭开采的关系；立足于全过程、动态化、定量化、系统化等地球系统科学视角，从地质调查方法、地质要素评价、地质条件演化及地质资源可持续发展等方面，革新煤炭减损开采地质保障要求；综合多尺度、多途径的勘探与观测技术，建立贯穿煤炭开采全周期的地质调查方式与立体动态监测模式；利用多源及多样化的海量数据构建多圈层耦合作用模型，定量分析煤炭开采过程中地质要素的动态演化过程，构建以供给侧为引导的煤炭开采减损保障体系。地球系统科学为研究采煤引发的各圈层联动响应提供了重要的方法论，而采煤过程则为揭示多圈层耦合作用机制提供了独特的研究窗口；基于地球系统科学视角的煤炭减损开采地质保障研究，需实现从静态化、阶段化、经验评价化、单圈层孤立化以及生产优先化的传统模式，转向于过程动态化、地质要素定量化、多圈层耦合化及可持续发展化的新范式。因此，应该构建以“空–天–地”一体化监测系统、多圈层耦合定量表征模型及供给侧驱动机制为核心的地质保障系统，推动形成从精准开采预警到采后资源产品多元化利用的全生命周期煤炭减损开发新体系。本研究可为实现煤炭资源绿色开采提供重要的理论支撑，对西北部重要国家能源策略的实施具有重要的实践意义。

近年来黄土沟壑区域的土地资源需求显著增加，填方工程快速发展伴生的滑坡灾害问题日益突出。这类工程改变原地形地貌的同时，会显著改变土体的应力状态，其中含水率和围压的波动成为影响边坡稳定性的关键因素。笔者以天水市某填方区黄土边坡为研究对象，开展了一系列控制含水率和围压的三轴蠕变试验。结果表明：①含水率的增加会削弱土体结构性，降低土体强度；围压增加会限制土体的侧向变形。②含水率升高的过程中，试样从脆性断裂转化为塑性鼓胀（24%含水率下显著鼓胀），同时试样的轴向压缩显著增加。③含水率增加使土体孔隙水压力增加，致使应力莫尔圆整体左移；同时在长期蠕变效应作用下，土体抗剪强度因有效应力σ′减小及含水率引起的胶结弱化而显著下移；样品莫尔圆边界超过新的强度阈值时触发剪切破坏。④围压的增加会增强土体长期强度，但在实际工程中，随填方高度的增加，填方体内部应力重分布导致坡脚处剪应力集中，促使填方边坡稳定性降低。笔者系统揭示了不同含水率和围压作用下填方区边坡土体的蠕变行为、破坏特征以及应力变化过程，可为黄土区填方工程稳定性防控提供试验参考和理论依据。

为揭示延安典型黄土在不同埋深条件下的力学与渗流特性及其微观结构演化规律，本研究以延安富县典型剖面4层原状黄土（L₁～L₄ ）为对象，旨在系统阐明其“结构致密化−强度增强−渗透性衰减”的协同机制，为区域黄土地层稳定性评价与防渗加固设计提供科学依据。采用直剪试验、渗透试验和扫描电镜分析等手段，对4层黄土样品进行了系统研究，并结合 Avizo 软件定量提取孔隙参数；采用 Pearson 相关分析和主成分分析（PCA）进行数据耦合分析。结果表明：①抗剪强度随埋深呈分层特征，粘聚力显著升高，内摩擦角略有减小；②渗透系数随深度增加显著降低，呈“上部通透、下部致密”特征，由 L₁ 层的 17.79×10⁻⁵ cm/s 剧降至 L₄ 层的 7.55×10⁻⁵ cm/s；③微观结构上，颗粒接触形式由浅层的点接触、弱胶结向深层的面接触、强胶结转变，孔隙由大孔（>35 μm）向中小孔（<30 μm）演化，形态趋于圆整，排列方向由垂向优势转为均匀分布；④Pearson 分析表明干密度与粘聚力呈显著正相关，而与总孔隙面积、渗透系数呈显著负相关；PCA 分析揭示 PC1（贡献率 70.8%）为“结构致密化−强度增强”主控因子，清晰区分了 L₁（疏松、高渗）与 L₄（致密、低渗）的样品分布。研究认为，延安黄土的物理力学特性演化受压实作用与微结构重构的共同控制，随埋深增加，黄土经历“压实−重构−致密化”过程，颗粒趋于紧密、接触方式转为面接触、大孔隙被压缩破坏转为中小孔隙，宏观上表现为粘聚力升高、渗透性显著降低。干密度、粘聚力与孔隙特征共同主导了黄土由松散、高渗向致密、低渗的整体演化趋势。

黄土高原极端降雨事件与工程扰动的叠加作用，导致浅层黄土滑坡风险陡增，暴露出生态修复工程中“生态改善–灾变加剧”的工程治理矛盾。本研究以刺槐根土复合体力学特性为切入点，通过原位测试、单剪试验及形变理论等方法，系统量化含水率波动、根系拓扑类型与含根率变化对根土复合体剪切强度演化的多场耦合效应。结果表明：①植被根系会显著改变根土复合体剪切强度特征，其剪切过程可分为初始线弹性协同变形、弹塑性损伤累积及渐进式贯通破坏三阶段；②根土复合体应力–应变曲线可分为软化型和硬化型，软化型由强度增大段和强度衰减段构成；③提出能够考虑根土复合体应力–应变软化的预测模型，模型预测效果良好。研究成果以期为生态修复与考虑植被因素的坡体稳定性快速评估提供数据及理论支撑。

针对中国黄土地区因季节性降雨导致的干湿循环环境，以及由此引发的黄土地基沉降问题，探究干湿循环作用下黄土微观结构损伤与宏观变形演化机理，为黄土地区工程防灾提供理论依据。采用组分可控、结构均一的人工制备结构性黄土模拟天然黄土，通过侧限压缩试验、单线法湿陷试验等宏观力学测试手段，结合扫描电镜（SEM）、颗粒分析及X射线衍射（XRD）等细微观分析方法，系统研究了干湿循环次数（0～9次）对黄土压缩变形、湿陷系数及微观结构特征的影响。试验结果表明：干湿循环对黄土微观结构造成了不可逆损伤。在宏观层面，压缩变形随循环次数增加呈显著正相关；而湿陷系数随循环次数呈现“先增大后减小”的非单调演化规律。结构性参数表现出“初期骤降、后期趋稳”的非线性衰减特征，前3次循环为结构损伤的主要发生期，后5～9次循环的衰减速率显著放缓，仅为初期速率的1/4左右。在微观层面，胶结物质溶解流失导致土体微观结构由“强胶结–大团粒”支撑体系逐渐向“弱胶结–散体单粒”接触体系演变。干湿循环诱导的胶结物质流失与微观结构重排是导致黄土宏观力学性能衰退的本质原因。在循环初期，胶结破坏导致的结构崩解占主导地位;在循环后期，随着孔隙压密和结构重组，抵抗变形的能力有所提升。鉴于此，工程实践中应高度重视地基暴露初期的防水保护，以防范结构损伤累积引发的突发性沉降。

黄土增湿变形机理研究对黄土高原地区工程灾害防控具有重要价值，本研究以陕北富县Q₃p与Q₂p黄土为研究对象，旨在揭示不同地质时代黄土在增湿条件下的变形规律及内在机理。通过系统的物理力学试验、矿物成分分析、扫描电镜观测以及多工况固结–湿陷试验，系统开展了两类黄土的工程特性对比研究。试验结果表明，两类黄土的固结变形过程均可划分为低压缓慢增长、中压加速变形和高压趋于稳定3个阶段，且在高压力条件下黄土的固结变形对初始含水率变化更为敏感。随着初始含水率的增加，Q₃p试样的压缩变形显著加剧，而Q₂p试样变形则呈现减弱趋势。在湿陷试验中，两组试样表现出截然相反的变形特征：Q₃p试样表现为典型湿陷，其湿陷系数随压力增大呈现先增后减趋势，而Q₂p试样则表现出一定膨胀特性。随着初始含水率的增加，Q₃p试样的湿陷系数逐渐减小，而Q₂p试样的膨胀性也相应减弱。微观结构分析表明，黄土微观结构的稳定程度，特别是大孔隙的存在为压缩和湿陷变形提供了必要的空间条件。矿物成分分析指示，易溶盐矿物（如方解石）的溶解会加剧土体的压缩和湿陷变形，而黏土矿物（如伊利石）的吸水膨胀效应则在一定程度上抑制了土体的压缩和湿陷特性。研究表明，矿物成分与微观结构耦合作用对黄土增湿变形行为的控制机制，为黄土地区的工程建设和地质灾害防治提供了重要的理论依据和实践指导。

新疆伊犁地区作为中亚陆路通道核心节点，其工程地质稳定性对区域发展至关重要。区内广泛分布的第四纪黄土，其力学性能在季节性冻融、干湿循环、强降水等复杂气候条件及工程活动的持续作用下不断劣化，从而诱发了频繁的区域性黄土滑坡。因此，深入研究冻融–湿干循环对伊犁重塑黄土力学特性的影响及非线性劣化规律具有实际意义。笔者基于冻融–湿干循环作用下的固结不排水三轴剪切试验与微观试验，从宏细观尺度揭示应力–应变响应、强度参数演变及损伤机制。在此基础之上，假定黄土微元强度服从Log-logistic分布函数，建立了黄土的损伤模型，并验证其适用性。结果表明，随循环次数增加，抗剪强度衰减幅度达22.9%，其中黏聚力衰减（45.2%）显著高于内摩擦角（7.27%）。在微观图像中可以看到压实黄土呈现团聚体结构特征。伊犁黄土试样的偏应力应变关系曲线以应变硬化型为主。伊犁黄土的黏聚力随着冻融–湿干循环次数的增加呈显著降低趋势，内摩擦角则变化较小。将传统Duncan-Chang模型与统计损伤理论相结合，建立了可统一表征不同冻融–湿干循环次数下应变硬化和应变软化特性的本构模型，求解了模型参数，模型验证表明其对不同围压和循环次数下的试验结果具有良好的预测性。

为研究硫酸盐盐渍土在冻融作用下的土水特性及微观机理，测试了不同含盐量下盐渍土的土水特征曲线，用Gardner模型、van-Genuchten模型和Fredlund-Xing模型进行拟合，并分析冻融作用下硫酸盐渍土的微观结构及孔隙分布特征。研究结果表明：硫酸盐渍土体积含水率均随基质吸力的增加而减小，其曲线均呈单峰反“S”型，相同体积含水率下，含盐量越高基质吸力越大；冻融循环作用可促进土体的微观结构崩解，导致大孔隙体积及孔隙率增加，冻融循环后土样基质吸力和体积含水率降低，土水特征曲线随冻融循环次数增加整体向左偏移。G模型、V-G模型和F-X模型与盐渍土试验结果对比显示，F-X模型拟合相关系数较低，V-G模型在高吸力和低吸力阶段的拟合度较差，G模型整体拟合效果良好。冻融作用下，土样微观结构发生变异是引起土样持水特性降低的关键因素，在冻融和盐分作用下试样中孔隙和裂隙逐渐发育对水分平衡迁移起到促进作用。

中国沙漠化防治虽取得一定成效，但沙地脆弱的生态环境属性尚未根本改变。基于大豆脲酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术，系统解析沙漠沙生物加固机理及工程适用性；通过调控豆粉溶液浓度、静置时间、温度和pH值，揭示脲酶活性调控规律；在单因素试验中设置不同酶胶比、胶结液浓度和反应液喷洒量，探究其对沙漠沙的表面强度、碳酸钙含量及固化层厚度的影响；以保水性试验考察EICP技术固化沙漠风积沙的应用性能。结果表明：豆粉浓度、温度和pH值对脲酶活性产生显著影响，在豆粉浓度为100 g/L、45℃、pH=7的条件下静置12 h时脲酶活性最高；酶胶比与胶结液浓度对固化性能指标（表面强度、碳酸钙含量、固化层厚度）的影响呈现先增大后减小的趋势：在酶胶比1∶1、胶结液浓度1.25 mol/L、反应液喷洒量5 L/m²时指标达到峰值。保水性试验证明，胶结液浓度和喷洒量是调控生成碳酸钙晶体填充沙粒孔隙的关键因素，保水率最高提升42%，显著抑制水分蒸发。

随着新时代西部大开发的推进，中国西北沙漠周边地区建筑材料的短缺问题愈发严重，致使风积沙作为主要的建筑选择成为一项迫切需求。本研究创新性的利用当地废弃钻井泥浆与木质素的复合材料对风积沙的进行改良，探索了不同配比的复合固化材料对于沙土样本的无侧限抗压强度及其抗渗特性的影响。研究结果表明：①钻井泥浆与木质素作为固化剂能够显著提升沙土样本的无侧限抗压强度，其强度表现出线性递增的趋势，并且随着养护时间的延长，先是减小然后趋于平稳。②随着固化剂的添加，样品的抗渗能力有明显提升，并且在龄期的延续中这一趋势表现为初期下降后趋于平稳；适当比例的钻井泥浆与木质素通过填充样品内部的孔隙、包裹土壤颗粒并优化其结构，使土体变得更为紧实；结合离子固化剂的粘结作用，能够有效降低孔隙的尺寸和连通性，从而提升其抗水渗透的能力。③提出了一种复合风积沙固化剂，其最优配比为3%的钻井泥浆与8%的木质素，该固化剂经济实惠且生态环保。本研究可为西北风积沙地区建筑材料的改善及钻井泥浆的资源化利用提供一种新思路。

为提升黄土坡面的抗冲蚀性，本研究采用脲酶诱导碳酸钙沉淀 (EICP) 技术对黄土坡面进行固化处理。通过渗透试验、崩解试验、边坡模型冲蚀试验及微观试验，系统研究了不同固化条件下EICP固化黄土的水稳性及抗冲蚀性能，并探讨了其固化机制。结果表明：当大豆脲酶浓度为80 g/L、胶结液浓度为1.0 mol/L、酶胶比为1∶1时，经EICP技术固化2轮，黄土的渗透特性和抗崩解特性均能得到显著改善。在模拟极端降雨冲蚀条件下，固化坡面未出现溅蚀坑和沟壑发育现象，产流速率趋于稳定，径流泥沙含量接近为零，且坡体含水率增幅明显低于未固化坡面。此外，冲蚀后两类坡面间的高程差近似服从正态分布。微观分析表明，胶结液浓度是通过调控碳酸钙晶体尺寸与空间连续性来主导EICP固化效果，该技术在黄土内部形成致密三维网状结构，有效分割了土壤的孔隙结构。因此，EICP技术在改善黄土边坡的抗渗性与抗冲蚀性方面具有良好的工程应用潜力。

植被的浅细根通过加筋作用显著提高土体抗剪强度，这种力学效应是植被护坡机理研究和护坡效果评价的重点。以往研究更多关注土体类型和含水率、布根方式、植物种类等因素对根系固土效应的影响，很少关注根系特征与根土复合体强度特性的联系。笔者以紫穗槐根系–黄土复合体为对象，基于直剪试验，系统研究了饱和状态下含根量、根长及关键根系特征参数（根表面积指数RAI、根长密度、根系体积比R_v等）对根土复合体抗剪强度的影响规律与机制。结果表明：①低竖向荷载下，饱和含根土体抗剪强度随含根量增加而显著提升，但此效应随荷载的增大而减弱；②根系加固作用主要通过显著提高粘聚力实现，内摩擦角则无明显变化规律；③当根长≥2 cm时，存在一个“最优含根量”(1%～1.5%)使粘聚力达到最大值；④饱和根土复合体抗剪强度与根表面积指数(RAI)、根系体积比(R_v)呈显著正相关，而与含根量、根系生物量、根长密度、比根长相关性较弱。这表明在饱和条件下，根系对土体的增强主要依赖于根–土界面的摩擦作用。本研究明确了根系对饱和黄土应力应变关系及抗剪强度的影响及力学机制，确定了特定根长条件下的“最优含根量”，揭示了根系特征参数(RAI、R_v、平均根径等)与根土复合体抗剪强度的关系，能为黄土区植被护坡力学效应的全面理解和生态边坡的科学设计提供新的理论依据。

黄土高原铁路网常态化穿越高密度农田灌溉廊带，路基持续累积工后沉降超限，严重威胁铁路毫米级平顺管控要求，对列车运营安全提出重大挑战。本研究聚焦该区域农田灌溉常态化与铁路路基稳定性要求的突出矛盾，基于宝中线铁路典型工点的现场调查和室内动三轴试验，查明灌溉区铁路黄土路基沉陷的成因，揭示黄土湿化后的动残余变形特性并提出防控阈值。研究表明，周期性灌溉导致路基土体的水分波动叠加长期列车循环动载是引发严重沉陷的主要原因；通过建立考虑排水条件的列车荷载波形模拟对比试验，发现半正弦波荷载作用下的残余应变较常规正弦波降低了15%～20%，证实其更符合实际列车动载特征；提出了考虑固结应力、动应力幅值和振动周次影响的黄土动残余应变模型，对实际灌溉区的工点沉陷初步预测与实际基本相符。研究成果为黄土区铁路路基长期沉降预测提供了理论依据，对完善振动–渗流耦合作用下的路基病害的全生命周期安全评估具有重要工程价值。

岩石节理裂隙的识别、测量是岩石结构面特征及岩石质量评价的重要依据，传统的钻孔岩石节理裂隙识别主要以人工为主，效率低下。笔者以深度学习的卷积神经网络Mask R-CNN算法模型，通过对图像节理裂隙特征的标注及标准化处理构建数据集，在搭建的Mask R-CNN模型中进行训练，构建岩石节理裂隙智能识别分割模型，实现对观测图像的智能化识别分割；利用二值化及正弦波拟合将岩石节理裂隙进行骨架化处理，计算岩石节理裂隙的产状，从而实现数字化手段对钻孔孔壁岩石节理裂隙的统计；通过项目实例对该技术进行了对比、验证。结果表明：①具有不定向性的岩石节理裂隙可以通过特定的算法模型进行形态特征提取，利用正弦曲线多点拟合可以计算其对应产状；②测量结果准确率可达85%以上，随着节理裂隙不同的形态样本数量增加，可增大识别精度；③岩石节理裂隙智能化识别测量结果可以精细的刻画岩石结构面，应用于岩石完整性及质量等级评价；④岩石节理裂隙智能化识别与人工识别相比效率高，可以节约时间成本。

针对黄土崩塌灾害形成机制复杂、传统调查手段精度不足的问题，本研究提出"空–地–数"协同分析方法，以2023年9月14日米脂县杨家沟镇产业园区发生的典型黄土崩塌体为研究对象，通过无人机航测技术获取厘米级分辨率的三维地形数据，重构崩塌体几何形态特征；结合现场地质调查揭示控制性结构面与地层组合特征。基于混合有限元–离散元数值模拟（Y-Mat）构建考虑真实几何形态与结构面分布的双尺度模型，通过模拟揭示：受地形与裂隙导水影响，坡脚遇水发生软化，强度降低，牵引上部黄土体产生形变，形变累计至一定程度，沿原有贯通性导水裂隙向下崩落，下落过程中部分黄土发生解体，堆积于坡脚一定范围内，形成大小不同的黄土块体和散土，对坡脚房屋产生冲击，造成房屋倒塌。研究成果可为黄土高原崩塌地质灾害演化机制研究提供多源数据融合分析方法与技术支撑。

地表位移是地质灾害的发展、演变和破坏的最直观的特征。MT-InSAR技术可以实现地表位移的长期监测，但是其数据处理耗时长，且需要专业知识，严重阻碍了其广泛应用。基于此，笔者介绍了HyP3云平台分发数据的特点，分析了基于该数据进行地表形变监测存在相位解缠误差大和参考基准不统一的难点，设计了基于HyP3云平台的地表形变MT-InSAR监测的技术路线。该技术路线通过在传统SBAS-InSAR技术中添加解缠图自动选择与相位解缠误差改正步骤抑制相位解缠误差对形变监测结果的影响。笔者在相位解缠误差改正步骤中通过参考相位恢复解决相位不闭合问题，通过添加松弛变量解决线性规划中没有可行解的问题。利用所提出的技术路线，获取了2020～2021年延安新区的地表形变，通过与基于原始SAR数据的计算结果进行对比，验证了该技术路线的可靠性。

在富水砂层注浆加固过程中，结石体的孔隙结构及其空间分布直接影响加固效果和浆液扩散路径，是评估注浆质量与优化施工参数的重要依据。然而，由于砂粒级配差异及浆液扩散非均匀性，现有研究在多尺度孔隙结构表征方面仍存在不足，尤其缺乏对不同粒径砂层下微观–宏观孔隙结构演化及其关联机制的系统验证。笔者旨在揭示不同粒径富水砂层注浆结石体的孔隙结构演化规律与空间分布特征，为注浆机理解析与工程参数优化提供参考。在统一注浆材料和注浆压力条件下，对细粒、中粒和粗粒等3类富水砂层开展注浆模拟试验，制备典型结石体样品。微观孔隙结构通过压汞仪测定孔径分布及孔容；宏观孔隙特征利用 MATLAB数字图像识别进行剖面孔隙提取、二值化及孔隙率计算。通过融合微观压汞数据与宏观图像识别结果，构建多尺度孔隙结构分析体系，并系统比较不同粒径结石体的孔隙特征差异及空间分布规律。微观结构显示：细粒结石体以狭缝状及不规则大中孔为主，孔隙连通性强且孔隙率最高；中粒结石体呈狭缝状与球状孔共存的复合结构，孔径跨度大、结构最复杂；粗粒结石体主要发育长柱状或球状中小孔，孔隙率最低，表明粗粒骨架有利于固结致密化。宏观结构显示：3类结石体孔隙率均随距注浆出口距离增加呈抛物线式递增分布，在 X=0 cm 处最小，拟合优度 R² 值为 0.70～0.92，反映了浆液饱和沉积的空间特征。微观压汞与宏观图像识别结果高度一致，均呈“细粒 > 中粒 > 粗粒”的孔隙率排序，验证了图像识别方法的可靠性。研究揭示了不同粒径条件下富水砂层注浆结石体的多尺度孔隙结构特征与空间分布规律，明确了粒径对孔隙形态、孔隙率及固结致密化效果的控制作用。成果为理解浆液扩散与沉积机理、优化注浆材料及参数、提升富水砂层加固质量提供了科学依据，具有重要工程应用价值。

位于陕西省榆林市靖边县的统万城是中国境内唯一一座匈奴城遗址，承载着丰富的历史文化和科学价值。在长达1600多年的风化和冻融作用下，古遗址仍得以保留至今。因此，研究遗址土材料组成、力学性能及微观结构，对于探究古代建筑施工工艺、实现古遗址的修复工作具有重要意义。以统万城遗址土为研究对象，通过室内物理力学测试、X射线衍射、X射线荧光光谱分析、电镜扫描及CT扫描对遗址土的宏微观特性进行研究。研究表明：①遗址土矿物成分主要为石英、长石、方解石、白云石等，且其钙离子含量显著高于周边土样，表明统万城在修筑过程中人为添加了石灰材料；②遗址土与周边原状黄土相比具有更高的抗剪强度和低压缩性，土体剪切曲线呈明显的脆性破坏变形特征，压缩系数较小；③微观试验表明，遗址土颗粒间以面接触为主，碳酸钙胶结物之间相互交错、排列紧密，附着于颗粒表面和颗粒之间，减小了大孔隙占比，促进了颗粒之间的联接，从而提高土体结构的致密程度。

白龙江流域是中国泥石流灾害链最发育、成灾最严重的地区之一。笔者以支撑服务白龙江流域特大地质链防灾减灾为目的，选取甘肃省舟曲县寨子沟泥石流为研究对象，通过现场勘查测绘，结合多期遥感数据、室内试验测试及数值模拟成果资料，着重对泥石流的发育特征、形成条件及演化模式进行深入探讨，提出了泥石流灾害链风险防范建议。结果表明：寨子沟为一条沟谷型泥石流，沟床纵比降为324.5‰，高位物源量达2129.23×10⁴ m³；其关键成灾地貌独特、必要孕灾地层和控灾构造复杂、重要激发条件显著，具备发生特大泥石流灾害链的所有条件；该灾害链的演化模式为高位崩滑–堰塞体溃决–泥石流–堰塞湖–溃决洪水灾害链。在此基础上，笔者认为，白龙江流域特大泥石流灾害链风险防控应重点强化灾害链调查与识别能力、攻关灾害链监测预警预报与风险防控技术、加强灾害链工程防灾减灾与应急处置能力建设等。从流域角度根据不同风险区特征和关键问题，构建“早期识别+防止+调控+预防”为一体的寨子沟泥石流流域性灾害链风险防控模式，该模式可供西部山区类似特大泥石流灾害链防灾减灾提供参考。

为了揭示青藏高原东北缘兰州–中卫沙坡头河段黄河河道大角度拐弯横穿山系的的成因机制，明确断裂构造对河道形成与演化的控制作用。通过野外地质调查、遥感影像解译与区域地质资料分析，结合构造地貌学方法，重点解剖黄河在兰州罗泉湾和景泰五佛乡两处大角度拐弯段的地质构造特征，分析断裂系统的展布、活动性质及其对河道展布的控制作用。黄河兰州–中卫段河道主要沿NE向、NEE向及NW向断裂带发育，尤其受NE向张性走滑断裂控制显著，是劈山开谷、引导河流改道的关键因素。在兰州罗泉湾和景泰五佛乡两地，河道均未沿原有NW–SE向山前凹陷带自然延伸，而是突然发生近直角拐弯，横穿或斜穿NW–SE向山系。黄河河道多发育于构造单元结合部及区域性断裂形成的构造破碎带内。NE向断裂与NW–NWW向断裂的交切、走滑和推覆作用，共同导致河道发生短线式、大角度拐弯并横穿地貌上相对较高的山系。黄河河道大多产于大地构造单元结合部和区域性断裂带形成的构造破碎带、断层碎裂岩带中。断裂构造是控制河道延伸与拐弯，尤其是劈山开谷、引导黄河偏离原主河道方向，大角度短线式横穿或斜穿山系的主控因素。

华北克拉通西南缘相邻的秦–祁–贺交联区早古生代以来的洋陆格局、沉积构造演化及其相邻块体之间的亲缘关系是近年来学界重点关注的热点课题。笔者采取LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学方法，选取北祁连构造带东北缘南华山地区香黄沟剖面出露的一套原先认为属于志留系—泥盆系但缺少化石记录的粗碎屑磨拉石沉积岩系，进行了碎屑岩样品采集与碎屑锆石U-Pb定年分析，探讨其地层时代、碎屑物质来源及其地质构造意义。测试结果表明，该磨拉石建造所含最年轻锆石U-Pb谐和年龄为（230.2±2.6）Ma，还有几个年轻锆石谐和年龄分别为（232±5）Ma、（232±3）Ma和（236.7±2.4）Ma，样品最年轻组分锆石U-Pb加权年龄为（233.2±5.1）Ma，由此限定其宿主地层的最早沉积时代为晚三叠世；结合周邻相近地层单元的碎屑锆石年龄谱对比分析认为，研究区该套磨拉石沉积层系主体应属上三叠统沉积地层单元，不支持过去将其归为志留系—泥盆系的传统认识。区域年龄谱对比分析认为，南华山香黄沟剖面这套晚三叠世的粗碎屑磨拉石沉积岩系早中生代组分碎屑物质来源主要为北秦岭地区和阿拉善地区，早古生代碎屑物质来源主要为祁连–北秦岭地区，前寒武纪碎屑物质来源具有华北板块与祁连–北秦岭造山带的双向混合物源特征。该砾岩沉积主要受控于印支期秦–祁碰撞造山带的构造作用，属于印支期秦–祁海槽最终碰撞闭合过程的沉积构造响应，指示印支期秦–祁碰撞造山事件以后，鄂尔多斯盆地西南部及其相邻秦–祁造山带地区全面进入了陆内或板内构造环境。

准噶尔盆地西北缘石炭系是深层油气勘探的重要层系，其烃源岩特征及形成背景备受关注。笔者以玛湖55井石炭系暗色泥岩为研究对象，通过系统采样与有机–无机地球化学分析，探讨了其烃源潜力、古沉积环境及有机质富集机制。结果表明，玛湖55井石炭系暗色泥岩有机质含量中等，干酪根类型以Ⅲ型为主，热演化程度较高、波动大，与断裂活动的摩擦生热效应有关，总体属于差–中等烃源岩。暗色泥岩沉积于半咸水–咸水的海陆过渡相环境，伴随贫氧水体条件及温暖湿润与寒冷干旱交替的振荡气候背景。有机质富集主要受控于陆源物质输入和贫氧环境，陆源输入提供了有机质来源，而贫氧环境有效降低了有机质氧化分解速率。相比之下，古生产力对有机质富集的贡献较为有限，与沉积期水体中营养元素的不足及陆源输入的稀释作用有关。

新疆东准噶尔莫钦乌拉地区马依当、吐尔库里、克音南等石墨矿是近年来新发现的具工业价值的矿床。笔者以吐尔库里石墨矿为研究对象，开展 LA-ICP-MS锆石U-Pb定年与岩石地球化学分析。结果显示，该矿赋矿地层形成时代为（334±9）Ma，石墨成矿时代为313 Ma。石墨矿石富集Rb、Ba、Pb、Sr等亲石元素，亏损 Th、Nb、Ta、Ti等高场强元素；稀土元素总量偏低，ΣREE值为52.16×10⁻⁶～134.21×10⁻⁶，平均值为81.71×10⁻⁶，指示含矿岩石沉积物质源于陆源碎屑岩，形成于滨浅海–浅海缺氧还原沉积环境。综合研究认为，东准噶尔莫钦乌拉地区石墨矿赋矿地层为下石炭统姜巴斯套组，纠正前人将其归为上志留统—下泥盆统红柳沟组的认识；该矿床属接触变质型石墨矿，后期构造活动叠加岩浆侵入改造，促使下石炭统姜巴斯套组含碳沉积岩系中有机质活化，经脱氧、脱氢反应并重结晶，最终形成晶质石墨。

东胜煤田新街台格庙矿区位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗和乌审旗境内，蕴含着丰富的煤炭资源，属于中国西北地区大型煤炭基地的重要组成部分。然而，目前尚未对该矿区的煤质进行综合评价，严重制约其未来煤炭资源的清洁高效利用。鉴于此，笔者系统整理了东胜煤田新街台格庙矿区多年来积累的煤田地质勘查资料，综合分析了该矿区延安组煤的煤质、煤岩特征，并结合煤炭洁净等级划分和各类煤炭清洁利用方向的评价指标体系，全面评价了新街台格庙矿区延安组煤的洁净潜势和清洁利用方向。结果显示：新街台格庙矿区延安组煤具有特低–低灰、特低–低硫、低有害元素、高发热量的特征；该矿区煤为优质的高清洁度动力用煤，综合评价为II级动力用煤；高焦油产率（普遍＞7%）、中–高挥发分、高固定碳、特低–低灰分、低水分的特征表明，该矿区煤适用于中–低温热解提取煤焦油，综合评价I级煤制焦油用煤；无黏结性、低水分、较高氢碳原子比、高惰质组含量，表明其也较适合于直接液化用煤。结合矿区发展规划目标，综合分析认为新街台格庙矿区延安组煤清洁潜势较高，优势的利用方向为清洁动力用煤和煤制焦油用煤。

河北省承德市丰宁满族自治县东南部古房–杨营一带位于华北陆块北缘，大地构造位置处于华北陆块北缘隆起带与燕山–辽西裂陷带承德北盆地的衔接部位，紧邻尚义–隆化区域断裂，区内以新太古界崇礼上岩群杨营岩组和艾家沟岩组变质岩系为主，构造复杂、褶皱发育，铁矿主要为沉积变质型铁矿和超贫磁铁矿，矿体总体沿NE向紧闭向斜构造定位。前人虽开展过多轮地球物理勘探，但大比例尺高精度地面磁测工作相对不足，导致深部矿体三维结构刻画不够精细，制约了深部找矿进展。笔者基于1∶5000高精度地面磁法测量数据，通过化极、不同高度向上延拓、场分离以及解析信号、垂向导数和斜导数等处理，结合岩石物性统计，利用SimPEG开源框架开展三维磁化率反演，揭示地下1 km深度范围内磁性体的空间分布特征。岩石物性显示，磁铁矿化岩石与围岩存在显著磁性对比，为磁法勘探提供了可靠基础。反演结果表明，磁性体整体呈NE–SW向条带状分布，主要集中于中东部和西南部，与地表已知矿体及崇礼上岩群变质岩系位置高度一致，垂向分布特征为浅部零散、中部集中连片、深部迅速减弱；不同磁化率阈值三维显示，进一步证实高磁化率区主要集中于中东部，呈大型透镜状，部分延伸接近地表，反映矿体沿倾斜方向逐步增厚变大的特征。研究证实，该区沉积变质型铁矿受新太古代区域变质作用控制，成矿模式符合华北陆块北缘典型BIF型铁矿特征，高精度三维磁化率反演有效弥补了复杂地质环境下深部结构的认知不足，为隐伏矿体精准定位提供了高分辨率地球物理证据，中东部高磁化率区是深部找矿最有利靶区，可优先指导钻探验证；该成果深化了对研究区深部成矿要素的理解，也为华北陆块北缘类似沉积变质型铁矿区的深部预测提供了可靠的技术方法与地质–地球物理集成思路。

地表基质是自然资源的重要部分，是支撑和孕育各类自然资源与生态环境的基础物质。笔者以宁乡市为例，基于该地区地表基质调查成果由上至下从表层形态、理化性质、内部结构3个层面构建了包含10项评价指标的耕地适宜性评价体系，在服务生态文明建设的基础上对现有的耕地资源进行了整体分析。研究结果表明，①宁乡市耕地适宜性总体上等级较高，适宜地区面积约为1 164.67 km²，占总面积的40.08%，适宜性水平呈现东高西低的分布趋势。②叠加土地利用现状，发现适宜等级的耕地集中在东北部和东南局部，较适宜的耕地主要分布在西南4个乡镇，较不适宜与不适宜的耕地则主要集中在中部和东南部的大屯营和道林两镇，优质的后备耕地资源主要分布在东部地形平坦的地区。③通过探究影响耕地利用的因子，提出适宜的耕地需加强保育措施，保证高产田稳产；较适宜的耕地需开展坡耕地治理、改善土壤酸碱度；较不适宜和不适宜的耕地需加强矿山管控修复、保水保肥以及适当调酸；后备耕地开发重点应放在东北部乡镇，东南与西南各乡镇建议加强生态环境的保护与改善，促进土地可持续利用。研究结果可为宁乡市下一步的耕地整治与开发提供依据。

土壤–地下水蒸发积盐在旱区广泛存在，但咸水与纯水的蒸发过程是否相同尚无统一认识，限制了人们对土壤–地下水蒸发积盐的深刻理解。为探明不同浓度NaCl的土壤–地下水蒸发积盐的阶段划分及其主控因素，本研究开展室内土柱实验，介质为石英砂，NaCl浓度分别为0 g/L、1 g/L、3 g/L、10 g/L、50 g/L，各浓度设两组平行实验，共10个土柱。实验历时43 d，记录蒸发量，监测气温、表面温度和剖面温度，记录表面积盐变化，并测定表面盐层质量。结果表明：①纯水蒸发过程与前人研究一致，划分为Ⅰ恒速/高速(1～18 d)、Ⅱ过渡/减速(18～37 d)、Ⅲ扩散/低速阶段（37～43 d）3个阶段。②咸水蒸发也可划分为3个阶段，但各阶段的起始时间与强度随NaCl浓度变化；浓度越大，第Ⅰ阶段持续时间越短，第Ⅲ阶段越早开始，浓度为1 g/L、3 g/L、10 g/L和50 g/L的盐水蒸发第Ⅰ阶段持续时间分别为17 d、13 d、7 d和4 d，第Ⅲ阶段开始时间分别是第36 d、31 d、23 d、17 d；中、重度咸水（≥10 g/L）因表层盐壳覆盖更早进入第Ⅲ阶段，导致累积蒸发量降低；两组平行实验的累积蒸发量取平均值，纯水、1 g/L、3 g/L、10 g/L和50 g/L分别为228.25 cm、131.92 cm、117.45 cm、109.53 cm、29.16 cm。③蒸发主控因子随浓度与蒸发阶段变化：纯水、淡水（1 g/L）、轻度咸水（3 g/L）蒸发早期受温度势主控；中度咸水（10 g/L）过渡期温度势与基质势并重，溶质势开始增强并参与抑制；重度咸水（50 g/L）后期以溶质势为主。

沉积盆地深部咸水层CO₂地质封存是CO₂封存的主要方式，是短期内规模化实现碳减排目标的重要手段。清江盆地发育优质的深部咸水储层和盖层，具备CO₂地质封存前景，以往对其封存地质条件和封存潜力未开展系统研究。通过资料收集、野外调查和测试分析等工作，对盆地封存地质条件进行综合研究，深入分析储盖条件、断层发育、水文地质、地热地质等特征，运用碳封存领导人论坛推荐的封存潜力计算公式，评估清江盆地CO₂地质封存量。研究结果表明，清江盆地深部发育两套适宜的CO₂封存储盖组合：白垩系河口组砂砾岩储层和塘边组泥质岩类盖层；白垩系莲荷组、古近系新余组一段砂砾岩储层和新余组二、三、四段含膏岩泥质岩类盖层。储层岩性和矿物组成条件较好，具有较高的孔隙度和渗透率；盖层具有岩性致密、孔渗性低、突破压力较大的优势。盆地主控断裂在盆地形成后对地层变形无较大影响，次级断裂发育规模、断距均不大。咸水层具备水力封堵作用，且与地表水源无水力联系。经初步评估，清江盆地深部咸水储层CO₂有效封存容量为3.93×10⁸ t，总体封存潜力较大，可作为赣北环鄱阳湖经济圈CO₂地质处置空间。