最新刊期
      2023 年 第 6 期

        西北大学学报110周年刊庆

      • 张志飞,梁悦,刘璠,胡亚洲,付饶
        2023, 53(6): 857-885. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-001
        摘要：寒武纪大爆发是地球动物门类爆发性出现和地球生态系统演化发生转折的重要时期。自此，地球海洋生态系统从前寒武纪菌藻类支撑的2极食物链生态系统转变为动物消费驱动的3极食物链生态系统，成为地球隐生宙和显生宙的分水岭，是研究和探索显生宙地球宜居性演化的关键。寒武纪大爆发以地球海洋突然大量、快速出现的两侧动物和矿化壳体为标志。这些帽状、管状的壳体化石，除了少量蜕皮类，大多数属于不明亲缘关系的冠轮动物。因此，寒武纪早期冠轮动物的起源与谱系演化是古生物学乃至现代生物学颇具争议的热门研究课题之一。腕足动物是地质历史上化石保存最为丰富、地史延限最长的冠轮动物重要分支类群，是寒武纪演化动物群的核心代表，其研究对于了解古生态学、古地理学和地球生物宏演化具有十分重要的意义。目前对于腕足动物起源存在多种假说，主要包括帚虫状祖先起源、蛤氏虫起源、托莫特壳起源和胶结质椎管状触手冠动物起源等假说。该文以寒武纪腕足动物起源为主线，以化石系统实证或证伪国内外腕足动物起源假说为目的，全面总结了寒武纪腕足动物化石生物学的重要发现和认识，探讨了地球已知最早的内肛动物、笼头虫和分节的威瓦西虫，以及胶结质椎管状腕足动物玉玕囊形贝发现对揭示寒武纪腕足动物起源和冠轮动物多样性及其谱系演化的重要意义。然而，寒武纪大爆发与腕足动物起源的诸多研究问题远未解决，因此在后续研究中，结合多种埋藏相（包括特异型化石库和碳酸盐岩赋存的壳体化石），对于多门类冠轮动物化石开展综合解剖学和壳体显微结构对比研究，尤其是动物壳体矿化类型和显微结构的精细研究，是解决腕足动物乃至冠轮动物超门起源与演化问题的关键。  
        关键词：腕足动物;冠轮动物;系统发生学;生物矿化;寒武纪大爆发   
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        发布时间：2024-01-03
      • 刘建妮,冯筠,李忠虎,韩健,颜建强,王惠亚,黄康,黄康俊,姜博,温超,张敏,章勇勤,张卫国,沈妍
        2023, 53(6): 886-899. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-002
        摘要：古生物学的研究对象为“死”的化石，如何将死的化石以“活”的形式展示给大众历来是古生物学研究的难点与热点之一。古生物信息学是西北大学地质学系刘建妮教授首次提出的全新概念，它是古生物学、信息学、数学、生物学及艺术等多学科的交叉融合所产生的新学科，主要致力于挖掘古生物之间或者古生物与现生生物之间的谱系演化关系，对古生物进行三维检索、三维重建及艺术展示等研究方向。该文介绍了该团队近年来在古生物化石资源电子化平台、古生物谱系分析和古生物化石图像检索及三维重建的研究成果，展示了古生物信息可视化技术及其相关科普产品研发。最后展望了古生物信息学的发展前景，指出它必将是21世纪自然科学的核心领域之一。  
        关键词：古生物信息学;古生物化石资源平台;古生物谱系分析;化石图像检索;化石三维重建   
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      • 张小莉,李亚军,冯淳,王姝慧,罗广惠,李晨阳
        2023, 53(6): 900-912. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-003
        摘要：融合区域重力、磁法、电法、遥感、地震资料和测井资料，分析地层构造特征及可能存在的断裂；对远离断层的区域，基于钻井、录井、测井资料综合分析，通过精细岩性识别、储层物性、盖层特征分析，厘清钻井中优质储层、盖层组合特征及展布；结合CO2可注入性实验模拟结果，形成CO2咸水层封存甜点优选技术序列，从而达到优选CO2咸水层封存潜力甜点的目的。研究表明，榆林和神木地区的纸坊组3段、神木及其附近的石千峰组千5段、榆林北部和西北部的延长组长10底部的砂体发育，物性较好，优质储层发育，储盖组合优，远离断层，砂体埋藏深度分别为750~1 500 m，1 500~2 100 m，850~1 350 m。研究后认为，纸3段、千5段优质储层发育区为CO2咸水层封存甜点分布有利潜力区，榆林北部和西北部的长10底部优质储层发育区为CO2咸水层封存甜点潜力接替区；和尚沟组、刘家沟组砂体相对不发育，主要为泥质地层，起到良好区域封盖作用。  
        关键词：咸水层;二氧化碳地质封存;测井;储盖组合;甜点;选址   
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      • 屈红军,李鹏,李严,王贵文
        2023, 53(6): 913-925. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-004
        摘要：通过分析咸水层CO2地质封存过程中不同捕获机理，探究不同CO2捕获机理下的封存量计算方法，在CO2咸水层地质封存工程或数值模拟调研分析的基础上，探讨咸水层CO2不同捕获机理封存量计算方法的应用范围。综合分析表明，容积法可应用于地质评价阶段的不同尺度地质单元的CO2构造捕获封存量计算，代表了评价单元的最大封存潜力，在选取合理的工程、经济等参数基础上，可进行更高潜力级别封存量的计算；长时间尺度的CO2束缚气捕获、溶解捕获、矿物捕获3种计算方法，应用范围为场地级或灌注级的某一时间点或时间段的实际封存量计算，只有依据封存工程或封存场地建立地质模型，并进行长时间尺度的数值模拟才能获得。  
        关键词：CO2地质封存;咸水层;CO2捕获机理;封存量计算;应用范围   
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        发布时间：2024-01-03
      • 温睿,祁学楷
        2023, 53(6): 926-942. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-005
        摘要：土壤或各类沉积物是考古发掘中最常见的物质，是各类考古遗存的载体，同时也是考古学研究的对象，蕴含着丰富的考古学信息。随着考古学研究方法和检测手段的快速发展，考古学研究对象由宏观层面拓展至分子级别的微观层面。以土壤或沉积物为对象的考古学研究也不断深化，呈现出精细化的趋势。目前考古土壤研究仍停留在宏观层面，微观研究尚处起步阶段。为实现从宏观到微观的跨越，该文系统梳理了考古土壤微观研究的4个方面——土壤地球化学研究、土壤微形态分析、沉积物古DNA研究和有机残留物分析。研究表明：①土壤地球化学利用元素异常分布推测人类活动，已应用于遗址勘探、功能区划分等；②土壤微形态揭示了自然与人为因素对土壤的影响，可用于环境考古研究；③沉积物古DNA实现对古代生物种属的识别，在古环境研究中应用广泛；④有机残留物分析可检测古代饮食、祭祀等活动的残留，为重建古代生产生活提供依据。该文认为上述4方面在考古土壤微观研究中发挥着重要作用，但尚未形成有机整体。因此，考古土壤微观研究应加强多学科综合研究，并探索统一的土壤保存方法，从而推动考古土壤研究从宏观走向微观，以发掘更丰富的考古信息。  
        关键词：考古土壤;地球化学分析;土壤微形态;沉积物古DNA;有机残留物分析   
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        发布时间：2024-01-03
      • 彭进业,余喆,屈书毅,胡琦瑶,王珺
        2023, 53(6): 943-963. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-006
        摘要：图像修复是指通过使用计算机算法和图像处理技术还原损坏、缺失或被破坏的图像区域，其目标是使修复后的图像在视觉上具有合理的结构、纹理和连贯性，并且尽可能与原始图像的外观和信息接近。传统的图像修复技术通常基于规则和启发式方法，利用像素间的局部关系、边缘信息、纹理统计等低级特征进行图像修复，难以修复具有复杂语义的图像。近年来，深度学习技术由于其强大的特征提取能力，在图像修复任务中逐渐成为主流方法。这些方法借助大规模数据集进行训练，通过深层次的卷积神经网络或生成对抗网络自动学习图像的高级特征和复杂语义信息。然而，现有的图像修复总结研究较少，且深度学习技术更新太快，为了更好地推动深度学习技术在图像修复领域中的应用及发展，有必要对现有相关方法进行分类和总结。该文对基于深度学习的图像修复方法进行了系统回顾和全面概述，从修复策略的角度出发对图像修复方法进行系统性总结。具体分析了每类方法的优势和局限性，总结了常用的数据集、定量评价指标及代表性方法的性能对比，对图像修复领域存在的难点问题及未来研究方向进行了展望。  
        关键词：数字图像处理;图像修复;深度学习;计算机视觉   
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      • 张瑞,唐乔湛,李斯卉,宋江玲
        2023, 53(6): 964-973. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-007
        摘要：肝脏肿瘤分割旨在定位肝脏肿瘤区域，以辅助医生进行精准诊治。鉴于深度学习能自动学习医学图像中复杂的特征和结构，已成为肝脏肿瘤分割的主流方法之一。但肝脏肿瘤的大小、形态存在显著差异及边缘模糊等问题，限制了深度学习模型的分割性能。基于此，该文提出了一种融合多尺度特征和反向注意力机制的深度网络，并用于肝脏肿瘤的自动分割。具体地，基于U-Net模型的框架，分别设计了多尺度特征提取模块和基于深度监督的反向注意力模块，使得网络能根据分割目标的大小自适应地选择不同尺度的特征，并引导网络关注分割目标的边缘特征，进而提高网络的边缘分割能力。此外，设计了一种新的混合损失，以解决医学图像分割中的类别不平衡问题。最后，在MICCAI2017 LiTS挑战赛数据集的数值实验结果表明，所提方法的Dice系数、平均对称表面距离ASSD分别为76.12%和3.25 mm。  
        关键词：肝脏肿瘤分割;多尺度特征提取;反向注意力   
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      • 宋进喜,高隽清,李晓鑫,毛瑞晨,史阿莹
        2023, 53(6): 974-990. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-008
        摘要：由于气候变化与人类活动的影响，黄土高原蒸散发（evapotranspiration）及其组分发生了显著变化，进而影响了流域水文过程及其水资源可持续利用。该文基于多元数据融合，采用变化趋势分析和多元回归残差分析等方法，分析了2001—2020年黄土高原蒸散发及其组分的变化特征，以及其对气候变化和人类活动的响应机理。结果表明，2001—2020年黄土高原蒸散发年均增长2.869 4 mm（R2=0.384 6），影响其变化的因子主要有非植被下垫面、饱和水汽压差和降雨，贡献率分别为23.47%、21.31%和12.22%；植被蒸腾呈增长趋势，且占比增加，年均增长3.716 5 mm（R2=0.527 1），影响其变化的因子主要有非植被下垫面、饱和水汽压差和植被，贡献率分别为22.13%、19.43%和15.86%；截留蒸发也呈增长趋势，年均增长0.354 mm（R2=0.694 6），且占比增加，影响其变化的因子主要有非植被下垫面、植被和饱和水汽压差，贡献率分别为22.24%、13.85%和12.47%；土壤蒸发呈下降趋势，年均下降1.405 4 mm（R2=0.741 5），且占比减少，影响其变化的因子主要有非植被下垫面、植被和饱和水汽压差，贡献率分别为28.29%、19.15%和13.66%。整体来看，气候变化仍是影响黄土高原蒸散发变化最主要的因素，其中饱和水汽压差是影响蒸散发及其组分最大的气象要素，植被变化和非植被下垫面因子的作用也不可忽视。研究结论可为科学认识黄土高原蒸散发变化机理以及促进水资源可持续利用管理提供理论依据。  
        关键词：气候变化;人类活动;蒸散发;残差分析;黄土高原   
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      • 刘盾,叶晓庆,李天瑞
        2023, 53(6): 991-1003. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-009
        摘要：该文从可解释性研究视角探讨了三支决策的相关理论与方法。首先，阐明了三代粗糙集模型的演化过程，厘清三支决策的发展轨迹；其次，聚焦三支决策与粒计算的深度融合，介绍了序贯三支决策和层次三支决策的相关理论与方法；再次，分析三支分类的有效性，揭示了三支决策能够增强分类效果的内在原因；最后，从认知视角诠释了三支决策与人工智能融合的机理，并给出了三支决策可解释性未来的研究方向。  
        关键词：三支决策;粒计算;粗糙集理论;决策粗糙集   
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        发布时间：2024-01-03
      • 朱晓丽,赵锦绣,程燕萍,张星,寇兵,王军强
        2023, 53(6): 1004-1015. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-010
        摘要：该研究以核桃青皮发酵产物配施生物炭为固定化载体，结合前期筛选的硫酸盐还原菌（SRB15-3-2），制备得到了核桃青皮固定化菌剂，用于重金属污染土壤修复。基于pH、含水率、总养分、有机质、种子发芽指数和重金属含量等指标，评估了核桃青皮的发酵效果。通过配施生物炭并接种SRB15-3-2得到了改良后的固定化菌剂，考察了核桃青皮固定化菌剂对土壤重金属形态转化、植物生长及重金属富集能力的影响。结果表明，核桃青皮固定化菌剂促进了青菜生长并提高了生物量，与对照组（CK）相比，施加固定化菌剂的Cu和Cd污染土壤中青菜的株高分别增加了12.62%和5.42%，地上部分干重分别增加了95.05%和47.93%；固定化菌剂对土壤重金属表现出明显的钝化作用，促进了Cu和Cd从可交换态向残渣态转化，从而降低了重金属的迁移性及生物毒性，且青菜地下部分Cu和Cd的含量相比CK组降低了92.92%和72.83%，地上部分含量降低了34.00%和3.30%。研究结果为重金属污染土壤修复和核桃青皮的资源化利用提供了科学依据和理论支撑。  
        关键词：核桃青皮;固定化菌剂;重金属;土壤修复   
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        发布时间：2024-01-03
      • 要宏佳,郝昆,杨战营,杨文力,石康杰
        2023, 53(6): 1016-1029. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-011
        摘要：BPHZ重整化理论的中心问题是证明重整化后的费曼波函数RΓ在闵氏空间的积分绝对收敛，要证明这一点，只须证明在欧氏空间的对应波函数在欧氏空间的积分绝对收敛，Hahn和Zimmermann证明了这一结论。该文用温伯格渐近定理也给出了这一结果，由于证明所需要的条件不同，两种方法能涵盖的场论并不完全相同。该文共分4部分：①介绍温伯格渐近定理及An类函数；②详细推导渐进定理的实质部分；③解释为什么An类函数在Rn绝对可积必须在有界区σ绝对可积，证明这个条件由Rn向Rl（l<n）的递推关系；④证明Zimmermann给出的是动量空间Rn的An类函数并且在Rn的任何有界区σ绝对可积，进一步证明在Rn绝对可积。  
        关键词：BPHZ重整化;费曼图;对称群;绝对可积;敛散性   
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        发布时间：2024-01-03
      • 张妍,包志安,陈开运,吕楠,张红,袁洪林
        2023, 53(6): 1030-1040. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2023-06-012
        摘要：利用西北大学大陆动力学国家重点实验室Agilent 7900四极杆电感耦合等离子体质谱和RESOLution S-155LR 193 nm ArF准分子激光，激光频率为6 Hz，束斑为67 μm（磷灰石）、43 μm（榍石），分别对5个标准磷灰石（Sume、Durango、Otter Lake、AP1和MRC-1）和4个标准榍石（Ontario、T4、T3和Pakistan）进行了原位微区U-Pb同位素测定。以MAP-3为标准样品，结合207Pb普通铅扣除法，测定了磷灰石样品U-Pb加权平均年龄，结果为：Sume（566.7±5.3）Ma、Durango（31.2±0.6）Ma、Otter Lake（901.3±9.6）Ma、AP1（472.0±3.9）Ma、MRC-1（155.4±1.8）Ma；以榍石BLR-1为外标，通过207Pb普通铅扣除法，测定了不同榍石样品U-Pb加权平均年龄，结果为：Ontario（1 044.4±4.2）Ma、T4（1 096.2±5.6）Ma、Pakistan（20.74±0.61）Ma、T3（1 102.9±5.8）Ma。各个样品年龄测定值在误差范围内与推荐值一致。结果表明，该研究方法可以准确地对磷灰石、榍石进行原位微区U-Pb定年测定，数据结果准确度高且可靠。磷灰石U-Pb定年测试方法的建立对于研究中温热年代学提供了重要的年龄信息。榍石U-Pb定年测试方法的建立对于探讨与变质作用和热液作用相关的年龄信息、查明地质体的P-T-t轨迹提供了重要的证据。  
        关键词：LA-ICP-MS;磷灰石;榍石;U-Pb定年   
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