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2017年中国地球科学联合学术年会(CGU2017)

2017年中国地球科学联合学术年会(CGU2017)

  • 召开年:2017
  • 召开地:北京
  • 出版时间: 2017-10-15

主办单位:中国地球物理学会 中国地质学会 中国地震学会 中国力学学会 中国岩石力学与工程学会

会议文集:2017年中国地球科学联合学术年会(CGU2017)论文集

会议论文
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  • 摘要:阿波罗11号登月返回月岩样品的岩矿地球化学以及高温实验研究指示早期月表可能处于全球性熔融状态,而现在的长石质月壳结晶于这个熔融的岩浆洋(e.g.,Smith et al.,1970).随着早期月球的冷却,岩浆洋开始结晶,富镁橄榄石和辉石先后结晶下沉形成原始月幔,而在岩浆洋~80%固化时,斜长石开始结晶.由于形成的钙长石密度小于岩浆洋残余岩浆,因而上浮形成原始月壳.研究了9块月球陨石中斜长岩岩屑的化学成分,发现这些岩屑既有阿波罗亚铁斜长岩,也有镁铁质斜长岩。斜长石中微量元素的初步结果显示这些岩屑中大部分可能来自于同一个岩浆源区,也即岩浆洋,包括镁铁质斜长岩。因此,这些岩屑可能记录了岩浆洋后期演化过程。将结合文献中已有数据,期望能够解决镁铁质斜长岩的成因。
  • 摘要:完整CME事件通常包含能量积累(Pre-CME)、开始爆发(Onset)、爆发过程(Eruption)和爆发后(post-CME)等几个阶段;前三个阶段中非理想等离子体区内磁能释放和耗散过程可看作是大量磁重联-湍流-磁重联自洽事件造成的,是其中等离子体湍流运动(速度和涡度)、磁场强度湍动及两者间相互作用在Hydro-Dynamic-Kinetic尺度上耦合相互作用的综合效应体现.本研究针对大尺度湍流磁重联问题现有MHD、PIC、HPIC(MHD-PIC,Testing particle)等数值实验方法中存在的局限,以等离子体玻尔兹曼控制方程和基于发电机理论(Full-blown Dynamo Theory)的磁感应方程为基础,建立HPIC-LBM算法,编制适用于超算平台的并行代码;在超级计算平台(NSCC_GZ),以完整CME事件为例,定量分析‘平均电阻’、‘湍流电阻’、Spitzer电阻及磁扩散因子在非理想等离子体区内磁能释放及耗散过程中的作用机理。
  • 摘要:本文利用Cluster卫星2001年到2009年的数据,基于MHD伯努利积分(MBI)理论计算中心等离子体片能量运输过程中电磁能流在总能流输运中所占的百分比.首先考察了坡印廷矢量E×B与流体速度V的夹角,通过统计计算发现此夹角主要在30°到60°之间分布,中值角度为68.3°,平均角度为74.1°.这些结果说明坡印廷矢量E×B与流体速度V的夹角对电磁能流在总能量输运中的比例影响很大。本文所得结论对地球磁尾能量输运研究有重要的意义。
  • 摘要:太阳风如何进入磁层是磁层物理和空间天气学的关键问题之一,因为在一定条件下,这些进入磁层的太阳风带电粒子可以被有效的加速,并参与到磁层、电离层和高层大气中的许多爆发性物理过程中(如磁暴、磁层亚暴、极光等).一些过去已探明的太阳风入侵地球的窗口主要发生于地磁活跃期,但是对于也很重要的地磁平静期,这种窗口在何处、以及如何开放,人们一直争论不休,问题尚未解决.利用Cluster卫星的独特轨道,并基于发展的新方法,首先,发现,地磁平静期,向阳面高纬存在一个过渡层,其中含有大量太阳风成分.因为进入层以前只在地磁活跃期看到过,所以这成为了平静期“进入层”的直接观测证据。接着发现,在背阳面尾瓣中存在反常的高密度太阳风,这就是发现的地磁平静期太阳风新的“入侵”窗口。计算表明此窗口进入率足够高,主导了平静期的进入过程。而它出现在背阳面,挑战了以往从向阳面进入的原有理论,为今后的工作提供了全新的途径和思路。还发现有两次太阳风入侵都紧跟着跨极区极光弧增亮,且多卫星观测证据显示,跨极区极光可能同时存在向日面和背日面两个来源,对传统的十余个单一来源的跨极区极光模型提出了质疑。最近,还发现来自太阳的高能电子可以直接进入地球磁层,可能会有部分被地球磁层捕获或者进入高层大气产生极光。
  • 摘要:在空间无碰撞激波中,激波角小于45度的部分被称为准平行激波.准平行激波上游背景磁场在激波法相的分量较大,由此,被反射的粒子可以很容易地沿着背景磁力线运动至远上游,并激发一系列的不稳定性,其中就包括较大尺度的快磁声波模;快磁声波近乎沿着背景磁力线传播,那么其电场结构在与激波面相互作用时就会使得激波面各处的电场幅度不尽相同,进而可以导致沿激波面的粒子动力学特征的不一致,表现为:在激波面某些位置粒子更容易反射形成粒子反射束流,而在另一些位置粒子可以直接穿越激波面到达下游形成下游高速流;那么,在几乎没有粒子反射的位置的激波面就没有发生能量耗散,这个位置的激波面就会保留至下游形成下游的大尺度条状的磁场结构;如此的粒子动力学过程也会在二维空间上影响准平行激波面的重构和激波面涟漪结构的形成.
  • 摘要:磁通量转移事件是磁层顶磁场重联的重要观测特征,以前的研究发现它的内部含有来自磁层和磁鞘的等离子体混合体,这说明了磁通量转移事件在行星际空间和地球磁层的物质、能量交换过程中的重要作用.磁通量转移事件可以被形象地理解成磁通量绳的一种磁结构,以前的研究由于卫星测量的时间分辨率太低,尤其是等离子体数据,关于磁通量转移事件的内部结构数据很少.
  • 摘要:Using the high resolution field and plasma data obtained from the Magnetospheric Multiscale mission(MMS)at the magnetopause,a series of three flux transfer events was observed inside southward ion flows.Using the plasma measurements,the current densities within the flux ropes were studied in detail.The current within the first two flux ropes,dubbed Fr1and Fr2,was composed of a series of the well-separated filamentary currents.The thickness of the filamentary currents and the gap between them were sub-ion scale,occasionally dropped down to electron-scale.In the third flux rope Fr3which was closest to the expected reconnection X-line,the current displayed a singular compact current layer.Considering the location of the flux ropes relative to the reconnection X-line,we suggested the current density could be a singular structure when the flux rope was just created and then fragmented into a series of filamentary currents as time.By examining the inter-regions between Fr1and Fr2,and between Fr2and Fr3,reconnection was only confirmed to occur between Fr2and Fr3and no reconnection signature was found between Fr1and Fr2.It seems that the compression of the local magnetic field between two neighboring flux ropes is one necessary condition for the occurrence of the coalescence.
  • 摘要:本工作利用自洽解析模型测试了影响参数、噪声水平以及卫星间距对MVAB,MVAJ,MDD和STD方法的结果的影响.结果发现,无论对电流还是磁场做MVA分析,三个本征矢量都可能沿着轴向,取决于穿越路径和结构本身.MDD方法融合四颗卫星的观测数据能够给出结构实时的维度.测试表明其准确性受到卫星间距、噪声水平以及结构梯度大小的影响.基于模型测试,利用上述方法以及GS重构方法对两例卫星观测的磁通绳事件进行了详细分析,可以看出磁通绳边缘部分的湍动/波动是噪声的主要来源。将MDD和STD方法与GS重构结合,将使得后者的实现更为有效。还讨论了多卫星方法在验证惯性项是否重要的可行性。
  • 摘要:挥发份(H,C,N等)在深部地球圈层以及大气层之间的循环影响着星球的气候、宜居性以及演化.名义上无水矿物(nominally anhydrous minerals,NAMs)是地球深部水的重要载体.H以缺陷形式存在于这些矿物晶格中,与O形成O-H键,地质学上习惯称之为'水'.这些微量的缺陷水,显著影响矿物的结构和电导率、弹性、传热、流变性等性质,从而影响着岩石系统的物理和化学过程.地球深部是高温高压的环境,温度显著影响着挥发份的活动性。利用原位高温红外光谱,实时监测深部岩石圈的主要矿物(长石、橄榄石、单斜辉石和斜方辉石)中的水、云母中的NH4在高温至1000℃的行为。
  • 摘要:传统的板块构造学说认为,大陆地壳由于密度较轻,不可能俯冲进入地幔深度.然而上个世纪八十年代在大陆地壳表壳岩石中发现超高压指示性矿物柯石英(Chopin,1984;Smith,1984)和金刚石(Sobolev&Shatsky,1990;Xu et al.,1992),证明大陆地壳也可以俯冲到地幔深度,然后折返回地壳层位形成超高压变质岩.因此,超高压变质岩是研究俯冲带深部物理化学变化的理想研究对象.随着矿物微区原位分析技术的发展和科学研究的深入,俯冲带高压和超高压变质岩中广泛存在的副矿物(锆石、榍石和金红石)已经成为理想的研究对象。锆石、金红石和榍石不仅可以用于U-Pb定年,而且可以通过与其平衡的共生矿物组合、微量元素组成以及矿物微量元素温度计(锆石Ti含量温度计、金红石Zr含量温度计和榍石Zr含量温度计)来确定岩石的温度压力条件。此外,通过详细的矿相学(内部结构和外部形态)、矿物包裹体以及微量元素和同位素地球化学研究,可以进一步反演大陆深俯冲变质作用的P-T-t轨迹,确定俯冲带变质过程对元素和同位素迁移的影响,在此基础上恢复超高压变质岩的原岩性质,为研究大陆板块的俯冲/折返提供地球化学动力学制约。
  • 摘要:地应力是地震孕育、发生的控制因素之一,地震孕育、发生的过程也是地应力长期积累、集中、释放的过程.反之,地震、特别是强震的发生,会对应力场产生一定的扰动,甚至直接导致应力状态的改变.本文结合典型强震前后实测地应力数据及前人相关研究成果,探讨了地震活动在构造应力场演化中扮演的角色及其所指示的动力学意义.
  • 摘要:青川断层位于龙门山断裂带东北段,是碧口地块南部边界断层.新生代以来受到印度板块和欧亚板块碰撞的影响,发生右旋走滑运动.2008年汶川地震后,其是否存在强震的危险性倍受关注.前人对青川断层晚第四纪活动性研究较少,最近的研究对其晚第四纪平均走滑速率的认识从0.7mm/yr(孙浩越,2016)至3-5mm/yr(Lin et al.,2014,2016),存在较大的差异.本文针对沿断层系统位错的水系,开展地貌解析,探讨断层运动的水平分量沿断裂带的分布特征,增强对青川断层活动性的认识.青川断层晚第四纪走滑速率沿断层从西南向东北为0.80±0.15mm/yr至3.81±0.7mm/yr,自西南向东北呈增大趋势,可自与北川断层交互处划分为西南段和东北段。走滑速率沿青川断层的分布显示了其对青藏高原东缘向东运动的协调,为高原东向运动提供了一阶的约束。研究结果也显示了基于水系位错量的地貌解析是评估走滑断层活动性的有效手法。
  • 摘要:龙门山构造带古地理位置与构造演化过程及其与四川盆地之间的相对运动关系对理解和认识青藏高原东缘的形成和演化过程具有重要的意义.古地磁学是定量研究块体构造演化及块体间相对运动过程的有效方法,为此选择在龙门山构造带开展详细的古地磁学研究.通过对龙门山构造带剑阁地区(32.3°N,105.3°E)下三叠统飞仙关组、大邑地区(30.6°N,103.4°E)上白垩统灌口组与夹关组、天全地区中侏罗统沙溪庙组和遂宁组(30.1°N,102.7°E)以及上白垩统灌口组(30.0°N,102.8°E)岩石样品的系统古地磁测试,获得了研究区可靠的古地磁数据.
  • 摘要:钻孔随钻流体携带有丰富的地下信息,特别是当钻孔位于最新的地表破裂带时,其揭示的构造信息与最近一次地震密切相关,是了解破裂带特征和断层带演化规律的良好途径.2008年汶川地震使得龙门山映秀-北川断裂和安县-灌县断裂同时发生破裂,形成了长为275km和80km的地表破裂(李海兵等.,2008).震后快速实施的'汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)'项目在映秀-北川断裂南段八角庙乡布设了一口1200米的钻孔(WFSD-1),在WFSD-1钻进过程中,进行了科学而严谨的随钻流体实时监测,分别获取了两套独立的流体数据:第一套数据包含氩气(Ar),甲烷(CH4),二氧化碳(CO2),氢气(H2),氦气(He),氮气(N2)和氧气(O2),第二套数据仅包含氡气(Rn).
  • 摘要:2008年5月12日,龙门山地区发生了Ms8.0级地震,这次地震造成了多条同震逆冲地表破裂带,总体沿映秀-北川断裂带和灌县-安县断裂带同时破裂.映秀—北川断裂带地表破裂约270km,具有逆冲伴随右旋走滑运动性质,其中南段以逆冲为主,北段以右旋走滑为主,安县-灌县断裂带地表破裂约80km,表现为单一逆冲运动性质.目前对汶川地震断裂带北部的地震断裂带特征研究相对较少,通过研究映秀-北川断裂带北部南坝段,深入认识北川断裂带的岩石组合、结构构造和矿物学等方面特征,探讨汶川地震断裂带南、北段断裂作用,这将有助于进一步理解和认识汶川地震的机理.
  • 摘要:地震能引起的地下水位、流量、温度及化学组分的变化,这些变化往往反映了地震与含水层系统的相互作用过程.断裂带作为地下水运移的重要通道以及地震等构造活动的主要发生区,研究断裂带地下水系统与地震活动的相互作用一直是许多地球科学家所关注的热点问题.许多研究表明,地震活动产生的动态和静态应变能够改变断裂带介质特性,从而导致断裂带地下水运移情况发生变化,造成观测到的地下水动态的显著变化.本文基于云南龙陵巴腊掌温泉连续监测的水温和流量资料进行研究,着重分析1996年丽江地震和2004年苏门答腊地震引起的该泉流量和温度的同震变化。与目前观测到的大部分同震响应不同,两次地震均引起流量和温度的同震下降现象。而以往大部分的观测结果表明,地震往往引起泉流量的增大。为了进一步探究造成这种现象的机理,本文引入地震前后含水层渗透性变化模型进行解释,将巴腊掌温泉概化为一维断裂带模型,假设地震前后断裂带渗透性不变,而震后断裂带补给的水源减小,在该假设下模拟得到的泉流量变化与观测到的流量变化具有较好的一致性,同样泉水温度变化的模拟结果也与观测得到的结果一致。
  • 摘要:通过对龙门山地区台阵的在2012-1013年期间的795个近震记录进行筛选,走时拾取,一维模型联合的近震重新定位,获得了优化的浅部一维P波和S波地壳模型.在优化的一维模型基础上,通过拟合P,S波走时残差以及近震位置进一步完成浅部地壳模型的联合反演.通过分析发现在7-17km深度射线密度最大,由此自动规划三维反演的控制结点,获得了30km以上的纵横波三维速度模型以及Vp/Vs速度比模型.
  • 摘要:研究孕震断层带中断层岩的显微结构、地球物理和地球化学特征对于理解大地震断裂活动机制具有重要的意义.断层带内的摩擦热能够改变断裂岩的磁性矿物的物理和化学性质.因此,通过断裂带内的岩石磁学研究可以揭示断裂的体系结构,追踪断裂摩擦热,探讨变形过程、运动行为和地震断裂机制.为了研究汶川地震断裂带的断裂机制和地表破裂带最大位移处的物理性质,汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)沿地表破裂带实施了6口钻孔.
  • 摘要:与断层相关的假玄武玻璃是地震断层高速滑动摩擦熔融的产物,被喻为地震化石(Sibdon,1975;Lin,2008),其中记录和保存了地震能量分配与滑动机制等多种信息.2008年汶川地震(Mw7.9)后在龙门山地区开展了许多研究工作,在映秀-北川断裂带地表及汶川科钻岩心(WFSD-1、WFSD-2)彭灌杂岩段均发现了熔融成因的假玄武玻璃,这些都是古地震活动的产物.位于映秀-北川断裂带南段和北段的钻孔(WFSD-1和WFSD-4S)岩心中,均发现2008年汶川地震形成的假玄武玻璃,表明摩擦熔融润滑机制在汶川地震滑动中起主要作用。汶川地震形成的假玄武玻璃特征完全不同于先前其他学者所报导的,未见代表性的气孔及微晶构造,而是在非晶质基质中发育大量不规则形态的微裂隙,表现为淬火结构,指示地震摩擦产生的高温熔体经历了快速冷却过程,也就是说在地震过程中存在大量强烈的流体循环。因此认为,地震过程中断层带内有强烈流体循环,使摩擦热快速扩散,断层面温度急剧下降,促使熔融体快速冷却固化,进而阻碍断层最后的滑动。该过程中的高温流体-岩石相互作用可能是造成断裂带化学元素迁移的重要原因。
  • 摘要:强地震是断裂活动的表现形式,可以诱发地表沉积层序顶部未固结的软沉积物发生变形,形成新的变形层(即震积岩).因此,在连续沉积剖面中赋存的多层震积岩应是断裂活动的直接证据.川西前陆盆地中的软沉积物变形记载了龙门山断裂带的活动信息,对认识龙门山造山带演化历史具有重要意义.通过'汶川地震断裂带科学钻探'一号孔(WFSD-1)和三号孔(WFSD-3)连续岩心剖面的岩性分析和构造研究,识别出11段不同深度的液化角砾岩层,它们是地震触发成因的软沉积物变形岩层.
  • 摘要:末次冰消期以来,地球气候系统经历了多次快速气候变化事件,如YD、9.2ka、8.2ka、小冰期等,这些快速气候变化事件最先在北大西洋地区被发现,随后在全球各地的地质记录中被检出.在亚洲-澳大利亚季风区,越来越多的高分辨率地质记录也表明,末次冰消期以来,亚洲-澳大利亚夏季风也经历了与北大西洋类似的快速突变.本报告将以近年来的两篇研究论文为基础,以YD、9.2ka、8.2ka、小冰期等事件为典型事例,从地质记录、理论分析及模拟结合的角度,系统阐述末次冰消期以来亚洲-澳大利亚夏季风快速突变事件的空间模式及动力学过程,尤其是高纬过程(淡水注入及AMOC变化)和低纬过程(海陆热力差异及水文循环变化)在不同类型季风快速突变事件中的贡献。
  • 摘要:The potential influence of the developing phases of the two types of El Ni(n)o(i.e.,EP El Ni(n)o and CP El Ni(n)o)on rainfall over southern China was investigated using observational data sets from1979to2008.The developing phases of the CP El Ni(n)o events are associated with enhanced rainfall over southern China during summer,whereas the influence is not significant in autumn.During the developing phases of the EP El Ni(n)o events,rainfall significantly increases over southern China during autumn but no significant increases are observed in summer.These increases in rainfall are a result of the circulation anomalies associated with the two types of El Ni(n)o events.The western Pacific subtropical high(WPSH)shifts northeastward during developing phases of the CP El Ni(n)o events in summer and is accompanied by enhanced convection and ascending flow.The WPSH shifts westward during the developing phases of the EP El Ni(n)o events in autumn and is associated with anomalous southwesterlies over southern China.These circulation anomalies favor more rainfall in southern China.No significant circulation anomalies occur during the developing phases of the CP El Ni(n)o events in autumn or the EP El Ni(n)o events in summer.These results highlight the importance of considering their developing phases when investigating effects of these two types of El Ni(n)o events on climate.
  • 摘要:东亚夏季风和印度夏季风是亚洲季风系统中重要的两个区域性成员,分别控制着东亚地区和南亚地区的气候状态及其变化情况.由于季风带来强烈的暖湿气流,所以这两个季风系统分别是对应区域夏季降水的主要贡献者.理解这两个季风系统及其影响的差异,有助于认识全球大气环流变化的规律和机制,再进一步加深对两大季风系统的认识。从这一角度出发,首先考虑到作为全球大气大尺度运动的重要形式Rossby波。理论和数值模式的研究均揭示了波动对基本气流的依赖关系。前期推广了水平非均匀基流中的Rossby波理论,从理论上探讨了水平非均匀基流中Rossby波的行为属性和只考虑纬向基流的结果的差异,那么这样的Rossby波在东亚夏季风和印度夏季风对应的基本气流中分别会表现出什么属性呢?它们的差异是什么?与两大季风系统的差异有何联系?这些问题将在此进行初步探讨。
  • 摘要:黄土沉积可以追溯到过去22-25Ma,是一种理想的记录季风降雨的载体。黄土大量的含有碎屑和成壤碳酸盐,即碎屑白云石和方解石,碳酸盐的溶解、迁移和淋失程度对降雨很敏感。另外温度升高使碳酸盐溶解速率下降,利用PHREEQC软件模拟发现,温度对碳酸盐的溶解是可以忽略的,即碳酸盐的溶解由降雨主导(Meng et al.,2015)。但是碳酸盐的溶解、迁移和淋失程度很难限定,这限制了碳酸盐含量在古气候重建上的应用。建立了一种新的定量白云石和方解石的方法,并调查了它们在黄土高原多个剖面的分布,反演了过去2.6Ma以来的东亚夏季风降雨的变化。
  • 摘要:东北地区发现了1Ma以来的连续黄土古土壤沉积剖面,即牛样子沟剖面(NYZG,41°55′N,118°43′E),该剖面深约37米,磁化率数据显示存在9个明显的冰期间冰期循环(Zeng et al.,2017;Zeng et al.,2011),是一个研究东北地区东亚夏季风的理想剖面。选择红度指标去反演夏季风演化,这是因为颜色变化是对气候的最直接响应,是干湿变化最明显的记录,土壤中红色的致色矿物主要是铁氧化物,特别是赤铁矿,在干旱半干旱区,化学风化越强,则铁氧化物形成越多,土壤颜色越红,红度值越大。
  • 摘要:基于国际综合大洋钻探计划(IODP)346航次在日本海南部钻探获取的U1430站长达258米岩芯的粘土矿物和Sr-Nd-Pb同位素地球化学研究,重建了过去一千五百万年以来亚洲风尘输入到日本海的历史,并进而揭示了晚新生代以来亚洲内陆干旱演化及其驱动机制,这对于理解固体地球构造形变和气候变化的交互作用具有重要科学意义。
  • 摘要:深海氧同位素三阶段(MIS3)时期的气候温湿程度是否超过全新世,以及其驱动机制是什么,一直以来成为学术界争论的焦点.本研究选择了位于我国干旱区的内蒙古乌拉盖湖和吉兰泰盐湖、青海柴达木盆地的察尔汗盐湖为研究对象,通过AMS14C定年、指标分析(矿物组合、孢粉分析),重建了我国干旱区MIS3中期以来的古气候环境演化序列.结果表明,上述三个地区气候演化具有明显的共性特征:MIS3中晚期湿润,MIS2阶段较干,而全新世气候更加干旱。
  • 摘要:作为东亚季风主要的水汽来源区—南海形成演化对认知东亚季风演变具有重要意义.大洋钻探(ODP)、综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program,IODP)以及国际大洋发现计划(International Ocean Discovery Program,IODP)在南海开展的深钻研究,对认知南海自身的古环境变化和东亚季风演变史具有重要作用.
  • 摘要:本研究利用青海湖已报到的从湖相沉积中获取的定量的和定性的环境代用指标,风成沉积的研究结果,以及气候模型模拟的冬夏季节的降水和温度数据,试图通过冬夏季节水热配置的变化来较为协调的解释青海湖已报到各种环境代用指标。认为青藏高原东北部早全新世亚洲夏季风开始强,夏季温度较高,中全新世亚洲夏季风开始减弱,夏季温度开始降低。早全新世受北半球高纬残存冰盖和ITCZ变化的影响,青藏高原东北部气候不稳定,有几次较大幅度的波动。西风环流自早全新世开始逐渐增强,冬季温度也逐渐升高,冬季降水在早中全新世不断增加,晚全新世维持在较高的水平。前人报道的亚洲夏季风和西风环流在青藏高原东北部反相变化的结论不仅在冰期-间冰期时间尺度存在,在全新世以来这两种大气环流也呈现相反的变化趋势。
  • 摘要:青藏高原的隆升是晚新生代以来全球气候变化的重要驱动因素,同时,也强烈影响了亚洲季风系统的形成和演化.近年来,尽管对青藏高原古高度的研究取得一些突破性的认识和进展,高原地表抬升的时空格局仍存在很大的争议:氢氧同位素方法重建的古高度结果相对生物证据要高.评价GDGTs各温度指标在青藏高原不同区域重建高度的适用性,分析pH值和降水量对表土MBT/CBT指标温度重建的影响,建立GDGTs温度指标的区域转换函数,同时考察GDGTs的pH指标和古水文指标,加深对潜在的古高度定量重建新指标体系GDGTs在青藏高原地区的理解。
  • 摘要:作为海洋生态系统中数量最多的生物类群,海洋病毒在调控海洋水体和表层沉积物微生物群落结构、影响宿主多样性和驱动海洋生物地球化学循环等方面发挥着巨大的作用.目前研究表明,病毒在营养缺乏的海底深部生物圈中可能扮演着比上层海水环境中更为重要的角色.本研究借助国际大洋钻探计划IODP347航次,以波罗的海沉积物为研究对象,通过考察沉积物垂直剖面上病毒的丰度、形态、裂解性和溶源性生产力以及T4类噬菌体的多样性,研究深部生物圈中病毒的分布、活性、生存策略、多样性等生态特性及其与环境因子的相互关系。研究结果显示,波罗的海沉积物中病毒丰度较高,变化值在2.07×108-1.83×1010cm-3之间,病毒种群大小与原核生物丰度及沉积物营养状态显著相关。裂解性病毒生产力为3.27×107-7.57×108cm-3h-1,溶源性病毒生产力占总病毒生产力的5.83-33.20%。在沉积物中除了观察到多种典型的有尾噬菌体形态结构外,还检测到丝状、杆状、纺锤状等水体环境中所不常见的病毒类群颗粒。同时,沉积物中T4类噬菌体主要分为海洋类群、土壤类群、淡水类群和未知类群。研究表明,深部生物圈中病毒丰富多样且具有较高的活性,病毒裂解作用对维持深部生物圈中微生物活动和种群大小以及深部生物圈的生物地球化学循环具有重要贡献。
  • 摘要:趋磁细菌是一类特殊的微生物,它们能矿化产生由磁性矿物(Fe3O4或Fe3S4)和磷脂双分子膜组成的磁小体,磁小体粒度均一、结晶程度高是一种理想的磁性纳米材料.为了深入认识趋磁细菌的生理代谢特征及其地质环境功能,选择具有极高胞内含铁量和含硫量的、在系统发育上属于硝化螺旋菌门(Nitrospirae)的趋磁细菌为主要研究对象,对这类细菌进行同位素标记培养,然后利用纳米二次离子质谱从单细胞水平上研究该类微生物对C、N、S、Fe等元素的吸收和代谢过程,揭示了硝化螺旋菌门趋磁细菌同化硝酸盐还原、二氧化碳固定以及铁吸收活动等主要生理代谢特征,并根据同位素的高空间分辨率揭示了细胞内C、N、S、O、Fe的分布异质性,从而解析趋磁细菌的代谢特征及其对水体关键元素循环的贡献。
  • 摘要:趋磁细菌是一类可以沿着地磁场方向定向运动的微生物,广泛分布于海洋和淡水环境中(Lin etal.,2014a).它们在体内合成纳米级磁铁矿(Fe3O4)或胶黄铁矿(Fe3S4)颗粒,称为磁小体.本研究利用宏基因组技术在淡水湖泊沉积物中获得了两类未培养趋磁细菌的高质量基因组草图,其完整度分别为98.28%和96.55%。基于16S rRNA基因的系统发育分析和荧光原位杂交揭示这两条基因组分别来自属于硝化螺旋菌门的两个不同类群的趋磁细菌。透射电子显微镜观察显示它们均在体内形成数百个子弹头形状的磁小体并呈链状排布,能谱分析显示磁小体成分为铁的氧化物。基因组分析中发现两株硝化螺旋菌门趋磁细菌具有完整的反硝化代谢通路以及在古菌和细菌中唯一共有的固定CO2的代谢通路(Wood–Ljungdahl pathway)。通过代谢分析结果预测两类硝化螺旋菌门趋磁细菌可能在Fe、S、C、N等元素的生物地球化学循环中起重要的作用。
  • 摘要:铁还原细菌是一类能够在厌氧条件下利用Fe(Ⅲ)作为电子受体,在细胞外合成Fe(Ⅱ)或Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)矿物(如磁铁矿,菱铁矿)的一类原核微生物,属于典型的生物诱导型矿化微生物。在本次报告中,重点报道对一株异化铁还原细菌Shewanella Oneidensis MR-4在实验室条件下矿化过程的初步研究。为了对比研究不同底物浓度对于矿化过程的影响,进行了两组矿化实验,连续监测矿化过程中反应体系的pH,生物量,Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)浓度的变化。综合采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射、激光拉曼光谱和岩石磁学技术对不同时间点矿化产物进行分析。结果表明异化铁还原细菌Shewanella Oneidensis MR-4在以NaHCO3为缓冲体系,以乳酸钠为电子供体,以水合氧化铁为电子受体时的矿化过程应该为:水合氧化铁转为磁铁矿之后再转化为菱铁矿或者蓝铁矿,而矿化的程度及产物与底物浓度和电子供体/受体的相对浓度有重要关系。
  • 摘要:bGDGTs化合物结构上具有细菌所特有的1,2-sn-甘油以及与之连接的不规则支链烷烃构型,被认为是某类未知细菌细胞膜脂的主要构成.bGDGTs化合物最初发现存在于泥炭中,随后被发现广泛分布于土壤、河流、湖泊、海洋、热泉等环境载体中.为了验证bGDGTs指标恢复的温度是否能反映季节尺度上的温度变化,同时验证b GDGTs指标对温度的反映在中国不同区域土壤中是否存在季节性偏差。对代表不同气候带的偏碱性土壤(玛多、兰州、东营、上海、广州)进行了为期一年的连续性采样。在环境因子分析的基础上,利用改进的Bligh&Dyer法提取并且用LC-MS分析了不同季节土壤中不同极性的bGDGTs化合物。首先,分析了影响这些土壤中bGDGTs化合物分布的主要环境因子。其次,对比了不同校正公式恢复的MAAT对气象记录的季节温度的响应。最后对比了区域土壤物理化学性质改变与季节土壤物理化学性质改变对MBT/CBT指标的影响。
  • 摘要:为了深入认识环境中趋磁细菌的群落组成和分布特征,对湖北省红安地区3个水稻田和8个池塘中趋磁细菌的群落多样性进行了初步研究,首次在水稻田中发现了趋磁细菌。光学显微镜和电子显微镜观察发现趋磁细菌在11个采样点中普遍分布,主要类群为趋磁球菌和杆菌。利用细菌通用引物PCR扩增获得了近400条16S rRNA序列,根据相似性98%的分类标准,可以将它们分为60个OTU,表明红安地区趋磁细菌具有较高的系统发育多样性。进一步研究发现,水稻田与池塘中趋磁细菌的群落多样性存在一定的差异,其地理分布特征及驱动因子还在进一步研究中,推测其群落差异可能是由于环境不同造成的。
  • 摘要:深古菌(Bathyarchaeota),原名为MCG古菌(Miscellaneous crenarchaeotal group),包含一类多样性极高的古菌类群,其分布广泛、生物量极高,据推测是地球上含量最为丰富的微生物之一.此外,深古菌还具有多样的生理生化代谢特征,可能在全球物质和能量循环过程中发挥着重要作用.本研究通过利用高通量测序的方法对深圳市三个代表性水体流域——大沙河、深圳湾、红树林进行了深古菌的种类组成、多样性和丰度的时空变化规律的探讨,继而对深古菌的基因组进行了构建,对深古菌潜在的生理生化功能进行了分析。本研究首次针对红树林湿地环境的深古菌进行了基于基因组的代谢功能分析,不仅有助于对滨海沉积物古菌多样性和群落结构的认识,也加深了对于深古菌潜在代谢功能的了解,为了解深古菌在全球元素循环中的作用提供了理论支持。
  • 摘要:小壳化石是一类生活在寒武纪早期海水中的个体微小(通常1-2mm)、多门类后生动物骨骼化石的总称.它包含软舌螺类、单板类和腹足类等软体动物、原始锥石类、原牙形石类及海绵骨针化石等.本研究以湖北宜昌岩家河组的硅磷质结核中保存的小壳化石为对象,采用传统古生物学、显微结构学和显微谱学来确定小壳化石的分类、显微组构和化学、矿物组成及相互关系。
  • 摘要:由微生物膜脂合成的甘油二烷基甘油四醚膜脂化合物(Glycerol Dialkyl GlycerolTetraethers,简称GDGTs)对环境参数响应敏感,并广泛存在于不同类型沉积载体中,如海洋、湖泊、土壤、泥炭以及热泉等.本研究选取云贵高原的深水湖泊泸沽湖作为研究对象,在不同水深处(10米,15米,25米,35米)布置沉积物捕集器,进行为期一年的现代过程研究。研究结果表明,不同水深处均能合成细菌的支链GDGTs以及古菌的来源的类异戊二烯GDGTs化合物,其中brGDGTs对温度的响应较isoGDGTs敏感,特别是水深相对较浅处brGDGTs的MBT与温度之间存在较好的正相关,然而随着水深增加,MBT与温度之间的相关性减弱。
  • 摘要:亚洲大陆全新世气候环境变化的区域分异规律及其与季风、西风环流的关系是过去全球变化研究的重大科学问题.位于腾格里沙漠西北缘的猪野泽古湖是开展季风环境相关研究的良好载体.该成果从风成沉积的角度,为以湖泊沉积记录为主的西风区全新世气候变化研究补充了新的证据,对于近年来有关石笋氧同位素的确切环境指示意义的讨论也具有参考价值。
  • 摘要:季风是大气环流中季节变化最为显著的环流系统,是全球气候系统的一个中心组成部分.在全球季风范围的确定中,过去一系列通用指数往往在特定的地区失效;而在局地季风的研究中,又少有客观划分的标准.本文首先利用局地极差候降水确定了全球干湿转换区,并在此基础上,利用越赤道气流以及风的转变确定出全球季风区的范围。然后在此干湿转换区和季风定义的基础上,通过傅立叶降维的k均值聚类方法,得到6类气候降水模态和22个主要的子干湿转换区。结合越赤道气流的影响,最终将全球季风降水和季风范围划分成5类季风降水和16个子季风区。上述结果从全球的角度整合了前人的局地研究的工作,弥补了以往全球季风范围定义的不足,客观合理的划分了局地季风,揭示了不同子季风区之间的关系,可作为季风相关研究的客观依据。
  • 摘要:青藏高原隆升是影响亚洲季风—内陆干旱气候形成和演化的重要因素之一.随着数值模式发展,近期的研究表明虽然蒙古高原地形规模远小于青藏高原,但其对大气行星波、亚洲西风急流和东亚冬季风的加强作用极其显著.可见青藏高原虽然在规模和高度上具有绝对优势,但并不能完全替代其他山地对气候的潜在影响。基于以上的认识,利用高分辨率CAM4模式,我们进一步进行了天山地形的数值模拟试验。“有”、“无”天山的对比试验表明,天山隆升对亚洲内陆不同干旱区的影响存在明显差异。天山隆升前,亚洲内陆干旱区和我国西北干旱区连成一片。整个区域降水的季节性保持一致,均以冬、春季降水为主,夏季降水最少。天山隆升后,中亚干旱区与我国西北干旱区被天山分隔成两个干旱子区域,出现两个降水极小值区。位于天山东部的我国西北干旱区降水季节性发生明显的转变,由冬春雨型转变为现代的夏雨型气候,尤其是位于天山南部的塔里木盆地。我国西北干旱区降水季节性的显著转变主要是由于天山隆升使该地区冬春季降水减少而夏季降水增加。此外,天山北部地区降水的季节性也在天山隆升后得到显著加强。降水变化与地形引起的大气行星波调整以及山地的局地效应密切相关,因此,天山的隆升还作用于亚洲夏季风,减少夏季我国东部沿海地区以及太平洋西部降水。
  • 摘要:近年来,频繁发生的干旱、洪涝等极端水文事件严重威胁着人们的生命、财产安全,重建地质时期的极端水文事件并探索其驱动机制是有效预测未来水文事件的关键.然而,由于缺乏可靠的代用指标,古降水量等古水文恢复一直是全球变化研究的难点之一. 本文对石笋开展了环境磁学的探索工作。获得了鄂西和尚洞石笋中土壤来源软质组分沉积通量,该参数反映了长江中游地区过去9000年以来的降雨量变化特征:中全新世(3.4-6.7kaBP)降雨量整体较少,而早、晚全新世(6.7-8.6kaBP及3.4kaBP以来)相对湿润。这一变化趋势与相邻区的泥炭地水位记录十分吻合(Xie etal.,2013)。更重要的是,在两个湿润期,磁学参数的峰值与已经报导的区域洪水事件在时间上非常吻合,表明这些峰值记录了区域短时间尺度的暴雨事件,并呈现显著的500年周期。 石笋磁学参数记录的鄂西地区暴雨事件与来自赤道太平洋地区的ENSO活动记录十分吻合(Zhuet al.,2017)。总体上的规律是,中全新世ENSO活动较弱,暴雨事件少;早、晚全新世ENSO活动较强,暴雨十分频繁,且ENSO活动的峰值基本对应暴雨事件。对比500年周期的暴雨事件、ENSO活动强度和太阳活动强度可以发现,太阳活动减弱、ENSO活动加强时,研究区的暴雨事件增强。这可能与太阳活动减弱后,ENSO活动加强,同时东亚夏季风减弱致使梅雨带长时间滞留在长江中下游地区有关。
  • 摘要:全球增暖背景下,中国区域降水发生了显著的变化,过去半个世纪中国经历了北方的西湿东干(西北西部降水增加,华北降水)和东部的南涝北旱的降水分布格局.那么近15年来,这种降水长期变化的分布格局是否发生了变化了变化?所引起的水资源总体会发生怎样的变化?本文基于降水的观测数据并结合GRACE (The Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星数据对中国区域降水长期变化趋势的阶段性、转折性和持续性进行了分析,特别对我国北方干旱化进行了重点研究。结果表明,近15年(2002-2016年),降水的分布格局正在发生转折性变化,东部地区(100°E以东)南涝北旱的格局正在发生显著的变化,长江中游及江淮流域己转为显著的干旱化时段,而华北地区的降水己转为增加趋势;中国北方过去的“西湿东干”格局也发生了变化,转变为“西干东湿”型,中国区域的降水格局发生了明显的年代尺度转折性变化,但我国东部地区干旱化的面积扩大了14%,北方(35°N以北)扩大了8%,总体上而言,全国干旱化有加剧的迹象。值得强调的是,应用GRACE的数据和土壤湿度的分析表明,尽管近15年来(从2001年开始),我国华北地区降水呈现增加的趋势,但从陆地水储量(TWS)来看,我国南涝北旱的格局仍然未发生变化,北方干旱化仍有加剧的趋势,其原因可能与这个地区的持续增暖和人类过度对地下水的开采有关。除东北北部外,中国北方大部分地区仍然处于干旱化的时段。
  • 摘要:气候变化及区域响应是过去全球变化研究的热点问题.气候变化导致的干旱对区域生态安全和社会发展有极其深刻的影响,其变化规律及驱动机制一直是地球科学领域的热点和难点问题.本研究通过利用树轮宽度重建中国西北不同区域的干湿变化历史,分析不同区域干湿变化的规律及差异,并探讨可能的驱动机制.
  • 摘要:研究俯冲板块的初始化过程是理解威尔逊旋回和改进板块构造理论的关键.以往的研究通过建立数值动力学模型的方法研究地质俯冲带的形成,发现俯冲带倾向于在接近残余海洋岛弧的转换断层处产生,其演化过程和表面火山形式受到板块的力学强度控制.然而,这些研究主要是用二维模型进行的,无法处理地壳厚度和板块界面强度的横向非均质性。最新的研究结果将二维模型推广到具有较高计算效率的三维并行俯冲模型中。利用新模型,研究了当沿转换断层和被动大陆边缘的物质性质存在横向非均质性时俯冲板块初始化过程的动力学控制因素、形态演化过程和地表表现。发现,侧向岩石圈非均质性控制了新形成海沟的俯冲起始点和海沟形成的传播速度。新的俯冲往往首先在转换断层或被动边缘的物理属性变化点开始。这样的发现可以应用于在西太平洋解释IBM的俯冲带的形成过程以及应用在南美洲南部的斯科舍板块俯冲的形成。研究结果有助于加深对新海沟形成过程的认识,并有助于为上地幔观测到的残余板块形态和地表火山岩分布提供基于地球动力学模型结果的解释。
  • 摘要:近年来,矿物物理实验研究结果表明在下地幔的温压条件下,矿物中的二价铁会发生自旋转换,从而导致地幔矿物的密度、热导率以及粘弹性等物理属性发生变化1,2.同时,在下地幔还存在着可能由于化学成分差异引起的大尺度低速体的存在3.通过地球动力学数值模拟实验来定量研究由于铁自旋转换对下地幔大尺度低速铁结构和稳定性的动力学影响. 在原有数值模拟程序STAGYY4中导入了矿物物理实验得到的铁自旋转换在不同温压条件下引起的密度变化作为密度的约束条件,在网格为128×1024的二维模型中对铁自旋转换的影响做了研究。通过研究发现,铁自旋转换引起的密度差异的变化对大尺度低速体的长期稳定性影响非常小,加入铁自旋转换后,大尺度低速体的高度会略微增加,同时地幔对流变得更加活跃,可以使大尺度低速体的边缘更加陡峭,这也跟地震学观测更相近。 除此之外,加入了铁自旋转换之后的地幔对流增强,会导致下地幔大尺度低速体随时间的变化增加。发现,加入铁自旋转换之后的模型中,随着地幔热柱进入上地幔的物质较不加入铁自旋转换的模型增加了接近一倍。这个现象与加入过钙钛矿的效应相类似。
  • 摘要:初始俯冲对于理解板块构造起源具有重要意义.但是,对于初始俯冲的动力学过程的理解并不充分.前人研究表明,转换断层是潜在的发生洋内初始俯冲的地方.从转换断层到初始俯冲带,同时可能伴随着板块移动方向的重新调整.转换断层分隔着年轻的,密度较小的大洋板块和老的,密度较大的大洋板块。当较老的、冷的大洋岩石圈密度大于软流圈并且产生的负浮力能克服阻力时,新的俯冲带便沿着转换断层产生。基于这一概念模型,为进一步探究初始俯冲的动力学过程,进行了一系列的二维和三维的数值模拟实验。
  • 摘要:2011年Tohoku发生的Mw9.0大地震造成重大人员和财产损失,但这次大地震也为研究地震规律提供重要的参考资料.日本本土部署了稠密的GPS观测站,并进行了较长时间的观测,记录了2011年Mw9.0Tohoku大地震以及震前的大量形变资料.受太平洋板块俯冲和日本海扩张的影响,日本主要表现为东西向挤压.这一特征与Tohoku大地震前(1997年到2000年间)该区陆地相对于稳定欧亚板块的GPS水平速度一致,震前的GPS速度显示,该区在震前表现为西向运动,运动速度从东向西逐渐减小。Tohoku大地震的同震GPS位移显示,地震导致该区东向运动,位移值从东向西逐渐减小,最大的水平位移约5.3 m。除了GPS观测站,日本本土也部署了稠密的地震观测网络,因而,除了同震地表位移,也获得了高精度的断层同震滑移。 目前大多研究都采用地表观测研究地震破裂过程,本项工作则试图利用有限元方法建立一个地震循环过程的数值模型,探索在构造应力作用下,断层的破裂过程和地表观测的变化。地表GPS形变和地震同震滑移无疑是这一地震循环的数值模拟模型的重要约束和检验数据。本研究基于滑移弱化摩擦准则,依据该区大量研究获取的俯冲断层界面几何形态、壳幔物质粘弹性结构等,建立了一个地震循环数值模型。数值模拟计算结果显示参考模型在1000年间的6次大地震表现出特征地震的规律,地震的重复周期约为161年、单位破裂长度地震矩约为1.13×1020N m/km,在两次大地震中间会发生一次大小约为5.62×1018N m/km的小地震。参考模型的数值结果与地表同震GPS位移、震间GPS速度分布都具有较好的一致性。对地表水平位移、垂直位移和重力观测量而言,模型没有显示出震前的可观测变化,如模型空间重力异常基本上随时间均匀变化,速度场的变化主要发生在震后约5年的时间内,此后基本保持稳定增加。但数值计算也显示,假设震间形变仅仅由断层运动规律所决定,那么模型可观测量在一个地震周期内表现出非常大的变化,如在大陆一侧距海沟100km处可达约-370微伽重力变化。这在一定程度表明,或许可用重力的累积变化为地震预测提供参考。
  • 摘要:大量卫星观测表明磁尾电流片是经常处于拍动状态(表现为卫星多次连续穿越电流片).拍动能形成波动从午夜区域附近向磁尾晨昏两翼传播传播.拍动波的相速度约几十km/s,波长为几个Re(地球半径),在磁尾|Y|<8Re范围内都能显著观测到电流片拍动的现象,拍动的持续时间可以长达几个小时.拍动的触发和传播的物理机制目前还不清楚,对午夜源区的电流片拍动研究也不多.为进一步探究拍动的真实触发和传播物理过程,利用Cluster卫星的磁场观测数据和相关数据分析方法(Timing方法和MVA方法)对磁尾电流片拍动事件进行了统计分析.
  • 摘要:Mars,the forth planet in the solar system,has many Earth-like features.It may contained water on its surface long period ago and some of these water may escaped from Mars as H+and O+/O2+from Martian atmosphere.These ionospereic ions could gain energy from solar wind and accelerate to escape.Solar wind dynamic pressure is one of the solar wind physical parameters,which can be used to calculate the efficacy of solar wind which transferred its energy to planetary ions.
  • 摘要:Analysis of protons in the near-Mercury central plasma sheets show that the number fluxes of supra-thermal protons(>~5keV)and temperatures of all protons are higher on the dawn side than dusk side.Further investigation shows that these asymmetries are prominent during active periods of Mercury's magnetosphere,but not during the magnetospheric quiet periods.
  • 摘要:掠日彗星(sungrazing comet)是近日点极其靠近太阳、穿越太阳日冕而行的彗星.掠日彗星在接近太阳的时候,通常会由于热炙熔化升华和引力潮汐分裂,而损失大部分的彗星质量甚至消失殆尽,化为带电的尘埃粒子或气体粒子.通过F冕观测和Helios飞船的探测,人们发现尘埃粒子的质量密度在内日球层中随径向距离减小而增大.本工作着眼于迄今以最低高度掠过太阳而仍存活的一颗彗星(Lovejoy(C/2011W3)),合理假设在其轨道的近日段不断释放出带电的尘埃粒子,从而计算并研究这些尘埃粒子在日冕中的动力学过程和轨道变化特点。
  • 摘要:磁场湍流是行星际和行星空间环境中常见而又复杂的扰动现象,其伴随着电磁场与等离子体状态的变化,并能引起能量的转移与转化.行星际日冕物质抛射(ICME)在其传播过程中携带/诱发磁场湍流,在ICME演化过程中其携带/诱发的磁场湍流也在时刻演化.目前对ICME所携带的磁场湍流的研究多集中在1AU处,较少涉及传播演化问题.基于多行星观测数据和1AU附近的观测数据,分析了ICME所携带的磁场湍流的功率谱密度的径向演化特征,发现ICME鞘区的惯性区磁场湍流谱随径向距离增加指数衰减,对于不同ICME衰减指数基本不变;ICME本体的惯性区磁场湍流谱随径向距离的衰减程度则与ICME自身的特性密切相关。
  • 摘要:太阳喷发的超音速的太阳风消减行星际星际介质,在太阳系中形成一个巨大的等离子体泡,被称为'日球层'.美国70年代发射的旅行者1/2号是人类唯一的探查日球层边界的航天器,携带了为数不多的探测器,发现了包括日球层外层空间和其边界,终止激波,日球层顶等.因此,星际旅行探索计划将使人们能够发现、探索,并理解基本的天体物理过程中最大的探测的等离子实验室“日球层”,包括日球层鞘和日球层顶之外的氢墙、弓形激波和星际介质。这将极大地推进人们对“日球层”和对其它恒星的理解。
  • 摘要:对月表的成像观测发现,在月面某些区域会有光度反照率异常的月球漩涡(Lunar swirls)存在,而其所在的区域也往往伴随有磁异常现象,目前对于月球漩涡的形成机制还没有定论.有一种观点认为,太阳风中的H+受到磁异常区磁场的作用而发生偏转从而使得月壤中被还原生成的纳米铁在月表呈一定的分布。为检验该机制的合理性,以月表Reiner Gamma区域为例,通过测试粒子的方法模拟了月球处于地球弓激波上游时太阳风质子在Reiner Gamma磁异常区上空的运动。模拟结果表明月表磁场的存在确实会影响月壤吸收质子的空间分布,在月面光度反照率高的位置接收的质子数较少,而在反照率低的暗带其接收的质子数相对较多,与月表反照率分布图一致。这支持了太阳风偏转机制形成月球漩涡的假说。
  • 摘要:由于潮汐锁定,月球的正面始终朝向地球.由于通讯原因,相较于月球背面,月球正面将更方便于人类开展月球探测活动.而且,由于月球没有大气和全球性磁场,高能粒子在月球表面的危害更为严重.因此,研究月球正面的高能粒子辐射环境显得尤其重要.当月球正面朝向太阳时,月球位于地球的磁层中,受到磁层的保护,尽管对于非常高能的粒子(>10Me V)作用甚微。当月球位于太阳风中时,月球正面多数时候背对着太阳,因此,月球正面收到太阳高能粒子(SEP)事件的影响可能会相对比较少。另一方面,来自于地球弓激波的高能粒子能沿着磁力线到达月球正面,尽管能量不是非常高,但是通量比较大,也值得进行深入研究。
  • 摘要:We statistically studied the magnetic field of the solar wind near Venus and the induced magnetosphere of Venus using Pioneer Venus Orbiter(PVO)and Venus Express(VEX)observations during different solar activity phases of Solar Cycles21,22,23and24.The solar wind magnetic field strength near Venus shows a strongly correlated variation with solar activities as the same near Earth.Whilst the direction of solar wind magnetic field is independent on solar activities.We compared this average field direction with that near Earth to model the spiral geometry of the solar wind.For the first time,we found that the magnetic field strength of Venusian induced magnetosphere is also correlated to solar activities,which means the field strength is strongest at solar maximum.In comparison with other solar cycles,measurements of magnetic field clearly show that Solar Cycle24is weak in magnetic field at0.72AU,the same as what we have seen at1AU.
  • 摘要:中国东部西太平洋区域,高精度地震层析成像等地震学研究结果显示,俯冲的太平洋岩石圈仍平躺在地幔转换带上(Li and van der Hilst,2010).通常认为,太平洋俯冲岩石圈平躺在中国东部的地幔转换带上是由于日本海的扩张、俯冲海沟后撤的结果.但这一机制能否解释目前观测看到的结果,仍缺乏足够的验证,特别是中国东部从南到北俯冲岩石圈的形态变化巨大。本工作旨在理清中国东部板块构造运动历史,特别是西太平洋板块俯冲历史,研究板块俯冲对中国东部及临区地幔热结构的影响。 现今的太平洋板块西向俯冲进入欧亚大陆下方,但对古太平洋板块(Izanagi板块)运动至今仍存分歧:Seton et al.,(2012)认为古太平洋的洋脊系统平行于大陆海岸线,古太平洋板块与现今太平洋板块类似,向西俯冲到现今的欧亚大陆下方;而Yang (2013)则认为鄂霍次克是古太平洋上的陆块,在晚白垩世鄂霍次克陆块在现今华南区域附近与欧亚大陆碰撞并沿东亚边缘向北滑移至当今位置,并认为古太平洋的洋脊垂直于大陆海岸线向北运动。不同板块构造运动历史必然导致不同的后果。本项工作将上述两种板块重构模型融入到地幔对流数值模型中,利用有限元程序CitcomS (Zhong等,2008)进行了计算分析。数值模拟的初步结果表明,不同板块俯冲模型产生不同的地幔热结构,且对地表构造产生不同影响。
  • 摘要:考虑到地板板块的俯冲作用对LLSVPs的演化史作用很大,因此尝试着用一个基于超大陆循环的简化的地表速度模型(这可以模拟~3 Gyr的地表速度运动)来作为地表的速度约束。在模型中,海洋板块的初始厚度为30 km,其会随着演化时间的增加减小到现在的7 km(因地幔平均温度的降低,岩石圈底部的熔融量也随之减小);同时在型中还了考虑铁方镁石的自旋转变作用,该作用能促进地幔底部的化学物质形成在形态上与LLSVPs类似的结构体。通过数值模拟,发现地表的超大陆循环作用可以极大的促进俯冲的洋壳物质在地幔底部的累积量,且如果超大陆的位置是在模型的两极来回变化的话,模型底部还会形成两个分离的,位置固定的类LLSVPs结构体,这两个结构体的稳定时间在10~20亿年。这不仅支持了LLSVPs是长期稳定结构的观点,也说明了LLSVPs的来源很有可能是俯冲的海洋板块。
  • 摘要:自从Barrell在1914年提出强的岩石圈覆盖在弱的软流圈之上的理论以来,地球上岩石圈的强度和流变一直存在较大的争论.岩石呈现出粘性或弹性取决于加载或观测的时间尺度,从数秒到几十年的时间尺度来看,岩石圈和地幔表现为弹性固体,但从数百万年来看,地幔可以认为是粘性的流体。虽然弹性板块模型在比如海山加载等许多地方非常成功,但弹性模型与时间完全无关,研究显示海洋岩石圈的挠曲强度随加载时间变化,短时间较大,而长时间较小。将完全弹性的薄板替换为一个粘弹性的薄板可以解释岩石圈强度随加载时间的变化,但这样一个简单的粘弹性薄板在经过很长时间后,岩石圈的响应最终会接近Airy均衡模型。Watts和Zhong (2000)提出多层粘弹模型可以解释海洋岩石圈强度的这种长期的变化。 本研究首先计算了全球主要俯冲带的Te。利用海底地形和自由空气重力异常数据,结合滑动窗口导纳法(MWAT)计算了俯冲带的Te。结果显示在海沟边缘隆起海沟一侧,Te基本都存在减小的情况。然后,结合各俯冲带反演的Te,建立了各俯冲带的3维有限元模型,该模型包括实际的非线性的粘弹性流变。通过对比数值模拟得到的各个俯冲带的挠曲和观测的挠曲,对岩石圈的流变做出限制。
  • 摘要:汤加地区的地球动力学过程较为复杂,近年来受到研究学者的关注.汤加地区与俯冲相关的深震活动频繁.板块汇聚速度较快,是研究地球动力学的指示性区域,对于理解俯冲动力学和地幔过程是研究的理想测试区,但是它的多级构造历史的来源不是很清晰,俯冲板片的形态的力学机制有待进一步探索. 本文用Citcoms对本研究区的地幔结构演化和俯冲板块形态的继续了研究,进一步对研究区的复杂的俯冲模式进行研究,探索了构造演化,量化评估本地区的地形、板块速度、岩石结构、相变和浮力比等因素对于板块的运动学模式的影响。根据俯冲板块的位置,确定了研究区的精确范围,并对地形数据进行处理。模型区域从150E到100W,60S到10N,深度上包括整个地幔。网格剖分特征是将本地区离散化成257*257*65个节点(纬度*经度*深度),用一个空间变量的有限元网格,以达到27*27*8公里的分辨率。 通过对汤加地区地幔结构的地球动力学模拟,探索了研究区局部区域的剖面上的复杂板片形态的演化,得出结论如下:汤加地区附近的板块汇聚速度、关键构造单元的粘度结构和浮力比对板块形态和俯冲角起着较大的影响作用。俯冲板片的形态在沿海沟的方向上不同。在近于垂直于汤加海沟的25°S的粘度剖面上可以看到,汤加地区的板块俯冲是在俯冲带西部先形成弱化带,随后形成地慢楔,并导致高粘度的块体穿透410和660km转换带下沉到下地幔中。汤加北部的MP对俯冲板片穿洞起决定性作用,导致局部地区地球化学异常。
  • 摘要:近东西向,内部构造形迹与边界断裂呈明显削截和交切关系,弧形带凸顶方向与构造带南西向逆冲推覆极性一致.自19世纪初以来,基于地质构造过程自相似性和'无理有效性'的砂箱物理模型为解译地壳浅表盆山系统演化过程及其动力学机制等提供了独立有效的手段,本文基于大巴山弧形构造带几何学、运动学相似性开展其砂箱物理构造模型,结合'实验-实例'论证分析其弧形构造带动力学成因机制.
  • 摘要:川东褶皱带位于四川盆地东部、雪峰山构造带西侧,北接南大巴山.由一系列NE向的弧形展布的褶皱组成,褶皱带可划分为东部的隔槽式褶皱带和西部的隔档式褶皱带,两个褶皱带被齐岳山断裂分隔. 滑脱层深度与所形成褶皱带形态密切相关,单层深部滑脱层控制下形成隔槽式褶皱带,褶皱波长较大,顶部宽缓,排列较紧密,褶皱带延伸较近;双滑脱层影响下形成的隔档式褶皱带,褶皱波长较短,顶部狭窄,相邻褶皱之间间隔大,褶皱带延伸较远;双层滑脱层共同作用决定了其上覆地层形成的褶皱波长,影响褶皱带演化的形态。 下寒武统和中下三叠统两套含膏盐滑脱层在川东褶皱带的构造变形中起主要作用,是该地区冲断褶皱构造形成的重要原因之一,而在齐岳山以东无非能干层地区,在受到侧向挤压应力作用时形成的褶皱带表现为基底卷入抬升,使得川东盆山过渡带自西向东基底逐渐升高。 在含滑脱层地区受到一侧的挤压应力作用时,位于另一端的滑脱层边界处首先发育断层褶皱,再在距挤压端较近处由近至远依次形成褶皱,这一顺序与华蓥山断裂和齐岳山断裂间的弧形扩折褶皱带中部的褶皱形成顺序相符。
  • 摘要:离散元(Discrete Element Method,DEM)数值模拟是研究构造变形过程与变形机制的重要方法,在一定程度上突破了物理模拟存在的流变学和比例化问题.与其他连续体数值模拟方法相比,DEM采用颗粒相互作用来模拟系统的动力学机制,因此实验者可以对系统的运动演化进行模拟和观测.另外由于它允许颗粒间较大相对位移,可以更好地模拟高度形变,尤其适合研究构造变形相关的地质问题. 使用课题组自主研发的离散元程序VBOX (www.geovbox.com),通过一系列离散元数值模拟实验研究了滑脱层强度对褶皱冲断构造特征的影响。模拟结果显示:(1)滑脱层的强度对褶皱冲断带构造形态影响很大,高摩擦滑脱层模型中,主要构造形态为前展式逆冲叠瓦构造,主要发育正向逆冲断层,这些逆冲断层密集排布于挤压端一侧,构造变形传播距离短;在低摩擦滑脱模型中,正向和反向逆冲断层间隔出现,形成冲起构造,构造变形传播距离较远。(2)高摩擦滑脱体系褶皱冲断带内压缩更强烈,而低摩擦体系中的褶皱冲断带内有更多的体膨胀,可能发育更多的拉张孔隙。(3)滑脱层强度与地表变形和滑脱层应变的传播距离呈现负相关关系,滑脱层强度越小,影响范围越大。并且,滑脱层应变传播距离先于地表变形5~10km。
  • 摘要:轻而冷的沉积物在海沟随着板块俯冲,并传输关键的地球化学信号到岛弧火山里.这些关键的地球化学信号极大地收到其在上浮过程是熔融和化学分异的影响.这样的熔融和化学分异过程还未被研究过. 用固液双相,Darcy-Stokes-能量模型来探索这样过程的热,化学,和熔融分异的变化。建立一个2维圆形模型来模拟沉积物底劈体。探索了纯热扩善和对流热扩善两种基本能量演化来研究底劈体的热演化。尝试用了不可渗流边条件、可渗流边条件、和岩墙边条件来研究底劈体里的熔体运移。对一个~3.7 km沉积物底劈体,the heating from the outside is slowed down~30%.发现随着温度上生,一个沿着边沿的高孔隙带产生。之后新的熔体不再垂直上升而是向边沿的高孔隙带集中后,通过这个通道上升。沿着边沿的高孔隙带产生了两个作用:(1)让内部更绝热;(2)产生内部和边沿的化学分异,其最终可能在岛弧火山里出现。
  • 摘要:支家地银铅锌矿床位于华北板块中央造山带的五台-恒山地区,其成矿作用受NW向断裂构造控制较为明显.虽然前人对该矿床中闪锌矿和石英中含CO2包裹体也有一定的报道(何明雨等,2011;李兆龙等,1992;李文良等,2012;张北廷等,1995),但是对于该类型包裹体未开展详细的研究工作. 本文研究表明,支家地银铅锌矿床的成矿流体为中低温、低盐度,属于一种富F的NaCl-H2O-CO2体系,且成矿流体及其成矿物质主要来源于深部岩浆。成矿压力与成矿关系密切,压力的降低导致大气降水的混入,温度、盐度进一步降低,从而使得金属矿物沉淀成矿。由此初步判定该矿床为受断裂构造控制的中低温热液矿床。
  • 摘要:钦杭构造结合带是扬子板块和华夏板块之间的构造结合带.因其重要性,近年来研究吸引许多研究,但至今学者对钦杭构造结合带的构造演化背景还存在诸多不同认识,甚至争论.首先是钦杭成矿带边界的问题.钦杭成矿带的北段边界观点较为统一,大致沿江山-绍兴断裂带分布,而中、南段虽然在桂北、云开等地区也零星发现了少量镁质-超铁镁质岩,但区域覆盖厚,中生代岩浆改造强烈,因而南段边界的确定尚无定论. 笔者研究认为,钦杭结合带作为两大板块的结合过渡带,其范围比原来认可的更为宽泛,东南边界可达政和-大埔深大断裂带,原来划入华夏板块的大片区域其实是钦杭结合带的范围。证据包括:(1)武夷山和云开大山在地质演化和矿产分布方面有诸多相似性,因而可以并入钦杭结合带范围范围内;(2)政和-大埔断裂带发现有蛇绿岩。蛇绿岩下部为堆晶橄榄岩、鬣刺状科马提岩等超镁铁质岩组合,上部为细碧角斑岩等镁铁质岩组合。年龄分析显示,政和县城枕状玄武岩与钦杭结合带北段蛇绿岩年龄所反映的扬子与华夏拼接时代基本同期。
  • 摘要:奥陶系是英国著名地层古生物学家Lapworth(1879)建立的,在其后的100多年时间里,全球都在使用英国的奥陶系年代地层系统,即5个统的方案.但是,在现代地层学的'金钉子'概念提出后,英国的这一标准受到挑战.全球奥陶系地层学家在兼顾历史传统和现代地层理念的基础上,于1990年代逐步形成了'三统六阶'的划分方案. 近年来,我国奥陶系研究取得重要进展,在“金钉子”研究和综合地层学等方面取得突出成绩,目前急需解决的年代地层学问题主要包括:(1)各条界线在主要块体和不同相区的识别问题,尤其是奥陶系底界、凯迪阶底界的准确识别问题;(2)各个“阶”时限的确定,及特马豆克阶、凯迪阶的再划分问题;(3)化学地层学研究结果的评价及与生物地层学、年代地层学的对照;(4)“金钉子”深入研究和保护问题;(5)实现更高精度划分对比的主要思路和途径。
  • 摘要:国际地科联(IUGS)于1972年批准的泥盆系底界GSSP是国际地层委员会(ICS)建立的第一个金钉子,至1995年,泥盆系7个阶的'金钉子'已经全部确立.需要指出的是,埃姆斯阶底界和泥盆系-石炭系界线'金钉子'自确立之初即受到许多学者的反对,ICS泥盆系分会和石炭系分会于2008年正式决定修订埃姆斯阶底界和泥盆系-石炭系界线定义和界线位置,修订工作目前尚在进行中.本文将对国际泥盆系年代地层的研究现状进行简要介绍,并对近年来我国泥盆系年代地层的研究进展作一概述. 泥盆系年代地层学研究旨在建立419.2-358.9 Ma期间的精时地层格架,实现全球不同古地理背景下沉积记录的精细对比。迄今为止,通过生物地层与放射性同位素年龄的综合研究,已建立起泥盆纪的地质年代表,单位为百万年(GTS 2012,Becker et al.,2012)。然而,泥盆纪剧烈的气候变化及其引起的生物和环境事件的持续时间通常仅为几万年-几十万年(De Vleeschouwer;Myrow等,2013),生物地层提供的时间格架不足以满足研究泥盆纪重大生物和环境事件的需要。依据生物地层和磁性地层建立时间框架,放射性同位素年龄提供精确的年龄控制点,在此基础上通过化学地层学、旋回地层学和定量地层学综合研究,建立更高精度的地层划分对比框架是泥盆纪年代地层研究的发展趋势。
  • 摘要:石炭纪包括两个亚纪,是地质年代表中唯一划分成亚纪的断代.由于石炭纪全球古气候和古地理格局发生了很大的变化,北方的欧亚板块与南方冈瓦纳大陆的西侧碰撞,在欧洲形成著名的海西造山带,在东半球则形成半封闭的古特提斯海,阻隔了全球东西部海洋生物的相互交流,导致底栖生物在全球范围内难于对比.因此,国际石炭纪年代地层划分和对比直到本世纪初才开始得到统一的认识,将石炭系两分,用北美的亚系名称,用西欧和前苏联的阶名. 国际石炭纪年代地层格架为:下部密西西比亚系,由杜内阶(Tournaisian)、维宪阶(Visean)和谢尔普霍夫阶(Serpukhovian)组成;上部宾夕法尼亚亚系,由巴什基尔阶(Bashkirian)、莫斯科阶(Moscovian)、卡西莫夫阶(Kasimovian)和格热尔阶(Gzhelian)组成。在全球石炭系的7条界线中,迄今为止仅有3条年代地层界线得以确立,即杜内阶底界、维宪阶的底界、以及巴什基尔阶的底界,另外四个阶的底界界线尚没有确定。目前国际上有多个团队正在开展这四条界线的金钉子研究工作,中国的贵州纳庆剖面的石炭系发育良好,符合金钉子研究的各项要求,目前已经成为了这四个界线的候选层型剖面。 由于建立了比较详细的石炭纪各门类生物地层框架,全国各地层区的石炭系可进行比较精确的对比,同时也可以对比到世界各地的石炭系。随着金钉子研究的深入,多重地层划分和对比的需要,中国的石炭系的化学地层学工作也有了长足的进步,包括碳、氧、锶等的石炭系完整曲线已经建立。遗憾的是,迄今在中国尚没有发现好的石炭纪火山灰沉积,限制了中国石炭纪放射性同位素年龄测定的研究工作。
  • 摘要:寒武纪是显生宙第一个纪,见证了地球上动物的爆发式快速演化过程,标志着地球-生命系统发生了从微生物为主导的生态系统到以动物为主导的生态系统的革命性转变.然而,全球寒武系四统十阶的年代地层标准还未完全建立,严重影响了寒武纪地球与生命演化历史的研究.报告将对简要介绍全球寒武系四统十阶年代地层标准和已经建立的5个“金钉子”(GSSP)概况,总结尚未建立的5个“金钉子”,以及寒武纪化学地层和同位年代学的研究进展和存在问题,并重点阐述寒武系底界的厘定和全球对比问题。在此基础上,系统总结我国华南、华北和塔里木三个主要构造地层分区的寒武纪区域综合年代地层研究进展,包括生物地层、化学地层和同位素年代地层,重点分析和讨论目前各地层分区寒武纪岩石地层和对比中普遍存在的问题,并提出新的建议。希望该报告为我国地质学界开展寒武纪基础地质研究、地矿普查和油气勘探提供参考。
  • 摘要:志留纪是显生宙里除第四纪外历程最短的一个纪,其涵盖的地质内容十分关键.我国志留系发育的主要特点有:1)地层发育完整性和连续性欠缺,短期沉积间断屡次出现:2)各统发育程度和分布状态很不平衡;3)地层平均厚度大;4)生物丰度明显不如奥陶纪和泥盆纪的;5)不同相区的地层分布于不同的古地理位置等.
  • 摘要:18Oapatite变化趋势表明从石炭纪晚期至Kungurian期处于一个较冷的时期,是晚古生代大冰期的延续;Kungurian晚期开始气候逐渐变暖,在瓜达鲁普世和乐平世之交有一些不确定的3-5℃的波动.长兴期是一个气候较冷期,在二叠纪末(Hindeodus changxingensis-Clarkina zhejiangesnis带内)有一次5-10℃的快速升高,这次温度升高几乎全球同时发生.87Sr/86Sr比值由Asselian初期的0.7080-0.7082快速降低至Sakmarian中期的0.7076左右,Sakmarian中期至Roadian期降低速率变缓,Wordian期开始快速降低至Capitanian中期的最低值0.7068-0.7069;乐平世的海洋87Sr/86Sr比值持续上升,吴家坪期缓慢上升,而长兴期快速上升,到二叠-三叠系界线处,87Sr/86Sr值达到0.70705-0.70707,表明当时风化作用加强.
  • 摘要:中国陆相上中新统分为下部的灞河阶和上部的保德阶,因此灞河阶底界同时也是上中新统底界.灞河阶得名于流经陕西省蓝田县的灞河,灞河阶的命名剖面即位于灞河左岸的水家嘴.灞河阶对应于国际地层表中海相的托尔托纳阶,其共同的古地磁标志为Chron C5r.2n的底部,年龄为11.6Ma,但这条界线在蓝田地区的灞河组并不存在.这条界线在蓝田地区的灞河组并不存在。在中国晚中新世早期的哺乳动物群中,甘肃临夏盆地的郭泥沟动物群、大深沟动物群,青海柴达木盆地的托素动物群、深沟动物群,内蒙古苏尼特右旗的阿木乌苏动物群,西藏比如盆地的布隆动物群,陕西府谷的喇嘛沟动物群和云南元谋的小河动物群均属于灞河期。甘肃省东乡县的郭泥沟剖面地层出露良好,下部为中中新统下部东乡组、中部为中中新统上部虎家梁组、上部为上中新统柳树组,岩性均为细粒的碎屑沉积物,适合于进行古地磁测年研究。郭泥沟动物群出现在柳树组底部,其哺乳动物化石丰富,可以从中筛选出合适的灞河阶底界生物标志分子。因此,郭泥沟剖面被确定为灞河阶的候选层型剖面。东乡三趾马Hippar-ion dongxiangense是中国己知最小的三趾马,其强烈的次尖收缩和宽深的次尖沟是北美中中新世三趾马类的常见特征。在古北区的陆相地层中,上中新统的下界一直都是以三趾马的首次出现作为标志。郭泥沟剖面的H.dongxiangense也被选作灞河阶和上中新统的底界生物标志,古地磁结果显示其层位落在C5r.2n之底,年龄为11.6 Ma,是由北美迁入欧亚大陆的最早三趾马的化石地点,而且这一界线年龄恰好与海相的托尔托纳阶底界一致。
  • 摘要:中国的陆相古近系分布广泛,产丰富的哺乳动物化石,是我国古近纪地层研究的重点.以哺乳动物为基础的生物地层划分通常被用作古近纪地层对比的标准.依据哺乳动物化石的地层分布和演化规律,亚洲古近纪被划分为11个哺乳动物期(Land Mammal Ages):上湖期(Shanghuan)、浓山期(Nongshanian)、格沙头期(Gashatan)(古新世)、崩班期(Bumbanian)、阿山头期(Arshantan)、伊尔丁曼哈期(Irdinmanhan)、沙拉木伦期(Sharamurunian)、乌兰戈楚期(Ulangochuian)、额尔吉期(Ergilian)(始新世)、三达河期(Hsandagolian)和塔奔布鲁克期(Tabenbulukian)(渐新世),被国际学术界广泛应用于相关地层的时代确定和对比中(Vandenberghe et al.,2012).上述分期构成了东亚地区陆相古近系年代地层学研究的基础,其中大多数都是基于中国的古近纪哺乳动物动物群命名的。 近年来,针对上述分期的不同情况,进行了分期界线的标定、基础地层资料的补充清理等工作。结果显示,上湖期与浓山期的界线(即浓山期的底界)可置于古地磁极性期C26r/C27n界线上,界线年龄大约为62.22Ma;浓山期与格沙头期的界线(即格沙头期的底界)可置于古地磁极性期C26n/C26r界线上,界线年龄大约为59.24Ma;崩班期与阿山头期的界线(即阿山头期的底界)可置于古地磁极性期C23r内部,界线年龄应该在52.2-52.6Ma之间(Clyde et al.,2010;孙勃等,2009)。 由于陆相地层的横向变化很大,地层发育往往不连续,前人的工作中存在地层划分精度不够,并且存在对比错误的情况。经过多年的努力,已经发现了能够代表完整渐新世地层的剖面,在不同层位采集了大量的化石(Zhang et al.,2016),有望以此为基础建立我国乃至东亚地区的渐新世年代地层框架。对典型地区的中一晚始新世地层的基础资料清理也取得了显著进展,将纠正长期存在的地层划分对比错误,为进一步建立相关的年代地层框架奠定基础。
  • 摘要:详细研究岩浆喷发前岩浆过程,对获得原生岩浆组成,揭示源区性质及岩石成因有重要意义.大理市附近出露有与峨眉山玄武岩有成因关系的苦橄岩岩石.根据全岩主量及微量地球化学特征,结合岩相学观察,表明大理苦橄岩全岩成分变化受控于橄榄石及单斜辉石斑晶不同程度堆晶作用,其中橄榄石与单斜辉石斑晶质量比为1∶0.35.全岩中斑晶与寄主岩浆的比例介于36∶64至46∶54之间,其平均值为41∶59.基质中单斜辉石可以通过寄主岩浆分离结晶产生。相比之下,橄榄石中熔体包裹体及单斜辉石斑晶成分特征表明大理苦橄岩中橄榄石及单斜辉石斑晶结晶自不同的母岩浆。大理苦橄岩中橄榄石中熔体包裹体不相容元素比值的平均值,以及与单斜辉石平衡熔体的平均的微量元素特征,都与寄主熔体类似。此外,与单斜辉石平衡熔体的成分范围与橄榄石中熔体包裹体成分范围相似,意味着橄榄石与单斜辉石斑晶结晶自相同的熔体范围。这些特征都意味着结晶橄榄石与单斜辉石斑晶的不同熔体结晶和混合,形成了寄主岩浆,也同样表明橄榄石与单斜辉石斑晶和它们的寄主岩浆之间的成生联系。 大理苦橄岩中橄榄石熔体包裹体不相容元素比值的成分变化范围并不随寄主橄榄石Fo值改变发生变化,这种现象表明岩浆混合与分离结晶为相互独立的过程。熔体包裹体中不相容元素含量与不同母岩浆分离结晶相一致。相比之下,对于一个给定的MgO含量,一些熔体包裹体中的CaO及Ni含量较正常岩浆演化趋势产生的熔体成分要低/高。熔体包裹体的这些特征可以通过深部岩浆房中周期性的岩浆补给,混合和排出,和分离结晶(RTX)来解释。这些过程主导了构成大理苦橄岩全岩的成分演化。其他大火成岩省中苦橄岩中橄榄石熔体包裹体中成分变化特征与大理苦橄岩中熔体包裹体相似,表明RTX过程可能在大火成岩省苦橄岩形成过程中是一个普遍现象。了解岩浆在岩浆通道中演化过程对全岩,矿物及矿物中熔体包裹体成分的影响有助于人们更好的利用这些成分来评估地幔源区特征及熔融过程。
  • 摘要:塔里木早二叠世大火岩省位于我国新疆维吾尔自治区南部的塔里木盆地内,残余分布面积超过20万平方公里,岩石类型主要为大陆溢流玄武岩.近年来大量的岩石地球化学研究结果表明,塔里木大火成岩省中至少有三类地球化学特征明显不同的玄武岩,包括:(1)以柯坪地区开派兹雷克组玄武岩为代表的Group1a玄武岩,在盆地内部的广泛分布;(2)以柯坪地区库普库兹曼组玄武岩为代表的Group1b玄武岩,主要分布在塔里木盆地北缘的柯坪和塔北地区;(3)仅现于塔北地区SL1、YM5、YM8和YT6四口钻井岩芯中的Group2玄武岩. 综合研究后认为,塔里木大火成岩省可能有至少三个性质不同的地幔源区。其中,塔北地区苦橄岩和绝大部分玄武岩的源区应位于塔里木地块的岩石圈地幔内,前者的岩浆源区可能接近塔里木地块岩石圈与软流圈之间的边界层,而后者的岩浆源区深度相较于前者的应该更浅。巴楚地区基性—超基性侵入岩类和碱性正长岩类的源区则应在塔里木地块岩石圈之下,是上涌地幔柱自身减压部分熔融的产物。而塔北地区Group 2玄武岩的存在暗示塔里木大火成岩省中不同地幔源区的岩浆之间可能还存在着物质组分上的相互作用。
  • 摘要:刁泉夕卡岩型Ag-Cu多金属矿位于五台-恒山东部,是一以Ag、Cu为主,伴生有Au、Mo、Bi等多金属矿化的矿床.矿石矿物复杂,主要为黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、辉银矿、碲银矿、自然银等,本次研究还发现硫铋铜矿和硫铜银矿两种矿石矿物.本次研究在二长岩和花岗斑岩中发现较多的原生硫化物,二长岩中主要为黄铜矿,花岗斑岩中为磁黄铁矿.根据矿石矿物的结构构造特征,作者认为本区成矿主期次为与二长岩有关的Ag-Cu多金属矿化期,后叠加了与花岗斑岩、石英斑岩有关的钼矿化.
  • 摘要:矿物-水界面反应性主要受具有一定化学组成和带电量的反应位点所控制.另一方面,界面反应优先发生于具有'额外表面能'的晶格缺陷、位错或晶界等活性中心.本文以黄铁矿(100)面缺陷诱导的表面价带电子结构重组为例,旨在查明矿物表面缺陷对表面化学反应位点的影响及其二者的联系。本研究采用Ar+离子束对黄铁矿(100)晶面进行轰击,通过控制离子轰击时间,进而制备得一系列具有不同缺陷浓度的样品,然后采用X射线光电子能谱(XPS)价带谱对其缺陷表面的价带谱进行测试。同时,结合第一性原理计算对黄铁矿(100)面缺陷结构的价带电子结构、电荷分布等特征进行计算模拟。模拟获得的XPS价带谱与实验测试数据吻合较好。
  • 摘要:由于整个核燃料循环以及乏燃料后处理过程中都会产生含铀废水,因此铀的大量使用对环境造成了巨大污染.在实际的放射性废水中,铀主要以U(Ⅵ)(UO22+)的形式存在于水体中.近年来,很多吸附剂被应用于铀的去除。以海泡石为负载材料,采用微波辅助法,首次实现了Mn3O4纳米颗粒在海泡石上的有效负载。扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线粉末衍射(XRD)及能谱(EDX)等分析显示,该方法制备的材料是一种Mn3O4纳米颗粒均匀分散在海泡石纳米纤维表面的纳米复合材料。U(VI)去除的批实验结果表明,U(VI)的去除表现与pH紧密相关,在pH为3.0-6.0的范围内,该纳米复合材料均对U(VI)显现出非常好的去除能力。而当进一步增加pH的时候,其对U(VI)的去除能力明显下降。
  • 摘要:水污染、空气污染和土壤污染为影响生态环境安全的三类最重要的污染,其中重金属离子污染是水污染和土壤污染中最重要的污染源,由此引起的环境毒性无法评估,常造成严重后果.因此,开展受重金属离子污染的土壤的解吸附过程和机制研究就非常紧迫。笔者们利用CTAB改性和未改性蒙脱石吸附铬、锰和镍等重金属离子制备了含重金属离子的粘土矿物,并针对其开展了解吸附实验。解析前的一阶导数谱上,g=2.0和1.98左右的主共振峰峰高由高到低依次为0.20Cr-M、0.10Cr-M和0.05Cr-M,而解吸后的顺序完全相反。以变化幅度最大的0.20Cr-M为例,解吸后g=2.49的小峰完全消失表明此占据该结构位置的极大部分铬离子被解析;且g=2.981的峰也趋于消失可知此位置的铬离子也被解吸附所触及,而解吸附前后一阶导数谱上g=2.0左右的主共振峰仅强度稍有减弱,表明位于层间的水合阳离子也只是部分被解吸附。
  • 摘要:蛭石是一种性质独特的层状硅酸盐矿物,加热易膨胀似手风琴状,具有很强的吸附性能和离子交换性能.蛭石的单位晶胞由上下两个硅氧四面体片之间夹一镁(铝)氧八面体片组成,属2:1型层状硅酸盐矿物;由于蛭石内部存在广泛的类质同象置换及其他因素的综合影响(如四面体片中Al3+、Fe3+等置换Si4+,以及八面体片中少量的Fe3+、Fe2+和Al3+等置换Mg2+;片层边缘Al-O、Si-O键断裂形成不饱和断键),蛭石片层往往带负电荷,为了保证电荷平衡,需要吸附外部的Ca2+、Na+、Mg2+、K+、H+、Li+等阳离子来补偿,所吸附的阳离子位于蛭石矿物的层间,无固定的晶格位置,具有强的水化能力,带有结合水,与片层之间的结合力较弱,它们脱附时所需要的能量也较低,容易与外界阳离子发生交换.
  • 摘要:方解石为最常见的碳酸钙矿物之一,广泛分布于风化壳、土壤以及沉积物中.不同地质条件下形成的方解石,在晶体形貌上具有明显的差异性.因此,可利用方解石的晶体形貌,来指示其形成的地质条件.目前,为研究方解石反应过程中的地球化学元素迁移以及生物矿化作用,常采用液相原子力显微镜方法,来观察方解石(10-14)解理面在外加离子作用下的形貌变化和生长、溶解动力学特征.
  • 摘要:离子吸附型稀土矿是一种外生稀土矿,具有分布广、矿点多规模小、原矿放射性低、稀土配分齐全及富含中重稀土等特点.离子吸附型稀土矿由花岗岩和火山岩风化形成,风化壳的矿物组成和pH值存在垂向变化.从表土层向下至基岩,在不同风化层分布不同的粘土矿物,在全风化层中主要是高岭石.高岭石可对离子吸附型稀土矿中的稀土元素的分异产生影响,在高离子强度、高pH条件下,高岭石更容易富集重稀土。
  • 摘要:多型在云母矿物中是一种很常见的现象,并且可以广泛存在于多种地质环境中以及人工合成的云母中.对于三八面体云母来说,绝大多数矿物属于1M型多型,只有少数种类属于2M1、2M2和3T多型.而在二八面体云母中,以2M1型为主,少量出现3T型和1M型.氟金云母KMg3(AlSi3O10)F2是金云母的端元矿物,其中结构羟基完全被氟离子所替代。氟金云母八面体位置为3个镁离子所占据,属于三八面体型矿物。2M1型氟金云母的空间群为C2/c(No.15),晶胞参数为a=5.3094(16)(A),b=9.1973(28)(A),c=20.0442(60)(A),β=95.141(7)°,V=974.9(5)(A)3,Z=4。电子探针分析显示其晶体化学式为:K1.00Na0.01Mg2.82Al0.16(Si2.88Al1.12)O10F2.00,与通过结构精修获得的晶体化学式:K0.99Na0.01Mg2.85Al0.15(Si2.85Al1.15)O10F2,具有良好的一致性。
  • 摘要:蒙脱石是一种2∶1型的二八面体结构层状硅酸盐矿物,其结构层是由两层Si-O四面体片夹一层Al-O(OH)八面体片组合而成.结构层之间含有具有可交换性的水化阳离子层,其中水分子可以被其他的极性分子交换,而阳离子又可以被无机、有机阳离子交换.本文从蒙脱石的天然纳米属性出发,采用四川三台钙蒙脱石(ST)和新疆夏子街钠蒙脱石(XZJ)样品进行剥离分散实验得到ST-CS和XZJ-CS两种剥离型蒙脱石,通过对比探讨影响蒙脱石片层剥离分散的因素,以获得制备无机剥离型蒙脱石凝胶的方法和优化工艺技术条件;通过探讨蒙脱石片层的剥离分散的结构变化规律,揭示蒙脱石水化分散剥离过程中层间结构的变化和层离规律之间相关性。
  • 摘要:由于菱锰矿有较高的热化学活性,加热分解后产生锰氧化物,同时其孔隙率和比表面积变高,可能使其成为一种廉价高效的催化剂或吸附剂应用于环境污染物的处理。安徽贵池菱锰矿在空气气氛中550~600℃煅烧可获得以黑锰矿为主晶相、同时掺杂其它种类锰氧化物的介孔结构化纳米材料。在煅烧温度为500℃时,菱锰矿未开始分解,由于样品脱水,比表面积有所增大。当煅烧温度为550℃时,菱锰矿逐渐分解,煅烧30min时样品表面出现块状颗粒,并堆积为较疏松的聚集体,同时出现大量介孔,孔径为几十纳米;煅烧1h后菱锰矿完全分解,样品表面颗粒变小,介孔数量变多,此时比表面积达到最大值31.5m2/g。当煅烧温度大于600℃时,菱锰矿完全分解,转化为以黑锰矿为主晶相的锰氧化物,随着煅烧温度的升高、煅烧时间的增长,黑锰矿结晶度不断提高,晶粒内和晶粒间烧结现象加重,样品孔径不断变大,比表面积随之减小。表明贵池菱锰矿在550~600℃空气气氛下煅烧1h可以获得最大比表面积的多孔纳米材料。
  • 摘要:随机共振现象指在非线性系统中,通过调节噪声的强度或者系统的参数使得强噪声下的弱信号、噪声及非线性系统三者产生协同现象,这样系统的输出达到了最佳值.该算法与其它算法不同的地方是将高频部分的噪声能量转移到了有用信号上,很大程度上增强了弱信号,使埋没的噪声中的有用信号得到放大,到达提取有用信号的目的.然而,随机共振的参数对于共振效果影响很大,特别是参数之间的相互作用直接制约着共振效果.本文利用结构简单、控制参数少的布谷鸟搜索算法对随机共振参数进行优化,并将非周期自适应变尺度随机共振应用在锚杆检测信号方面.
  • 摘要:目前的瞬变电磁巷道超前地质预报正向三维探测与解释的方向发展,二维正演和反演技术都可以借鉴到瞬变电磁矿井超前地质预报的数据处理和资料解释中来.然而,矿井超前地质预报中的瞬变电磁与地面或航空瞬变电磁勘探存在很大的差别,巷道内空间狭小,部分观测装置无法适用,而且巷道探测环境是一个包含巷道腔体的伪全空间环境,掌子面后方的岩体以及钢拱架支护等对瞬变电磁探测均存在一定的影响,尤其是进行数据处理与解释时更应当加倍小心,地面的理论可以作为基本的参考依据,但不能完全照搬到矿井超前地质预报中来.煤矿突水事故大多发生在巷道掘进期间,因而掘进前采用物探技术超前查明隐伏导含水构造,提前采取处治措施成为矿井防治水工作的关键。多家单位开展了矿井瞬变电磁法的实验工作,用于探测煤层顶底板岩层富水性、掘进工作面前方隐伏导含水构造、充水钻孔、积水采空区等,取得了一定的应用效果。因此,有必要发展适合我国煤矿领域的瞬变电磁三维正演和反演方法,在煤矿超前地质预报问题中解决巷道内瞬变电磁勘探的三维正演问题。
  • 摘要:矿井水害作为煤炭开采中的主要地质灾害,给煤矿的安全生产造成了严重威胁.中国华北地区煤系地层多为石炭、二叠系,基底岩性为奥陶系灰岩.发育在奥陶系灰岩中的岩溶陷落柱很可能成为地下水的通道,给采煤工作带来巨大的安全隐患.因此,煤炭开采前需要对陷落柱进行探测,确定陷落柱的规模和位置.本文主要对导水陷落柱的探测问题展开研究。导水陷落柱由于地下水的充填,电阻率较低,煤层底板岩性多为砂岩或泥页岩等,电阻率相对较高,较大的电阻率差异为电法勘探提供了良好的物性基础。矿井直流电透视方法广泛应用于煤层顶板和底板水的探测工作中,该方法是在采煤工作面两侧巷道内布设电极进行观测,并已形成了几种典型的建场方式。本文基于有限差分法原理,编写三维电阻率正演程序,根据实际地质模型建立相应的地球物理模型,采用巷道间A-M法进行正演数值模拟研究。
  • 摘要:碳酸盐岩基质酸化是油藏增产改造中最经济有效的方式之一,其典型特征是形成酸岩反应后的溶蚀孔道——蚓孔.由于酸岩反应过程复杂、蚓孔形态多样、不规则性强,采用经典的欧氏几何学方法无法对蚓孔的进行定量描述.分形几何学在描述不规则形态方面具有独特的优势,且蚓孔的定量描述对酸化设计优化、提高碳酸盐岩油气藏开发效果非常重要.为此,为了得到真实的蚓孔形态,完成了多组岩心流动实验,并采用三维CT扫描的办法获得了蚓孔的直观形态,利用分形几何学方法,并验证了得到蚓孔的分形特征及其分形维数.另外,建立了单蚓孔等效长度分形计算模型和多蚓孔间竞争分布数学模型,并对其进行了求解和模拟分析,验证了蚓孔间竞争分布的分形性特征,为定量描述三维酸蚀蚓孔形态奠定了基础,也为更准确优化酸化施工提供了可能.
  • 摘要:国内盐岩储气库由于地层特点,在建腔完成后底部一般会堆积有大量不溶物.其存在既浪费库容体积,又为后续施工带来了安全隐患.为科学评价该堆积物,对其堆积空隙体积进行了研究.利用室内模拟装置,通过水溶实验获取了堆积物样品,并实验测定了其粒径数据;基于分形理论研究了其粒度分布特征,并得出堆积空隙体积模型与计算方法,最后进行了实例应用及方法验证.研究得出,堆积物粒度分布具有分形特点,且其分布均匀程度可用分形维数描述;同时,研究所得空隙体积模型与计算方法应用可行.研究对于堆积物评价、处理及库容计算具有一定的指导意义.
  • 摘要:多孔介质热传导研究在科学和工程各领域一直都受到人们的高度重视,尤其在地热能的开采与利用、油气资源开发,二氧化碳封存,核废料处置等都具有十分重要的理论意义与应用价值.多孔介质的热传导特性很大程度地依赖于其孔隙的体积、形状、分布、连通情况等微观结构特征.通常多孔介质孔隙大小和分布是随机和杂乱无章的,基于传统欧氏几何方法无法准确地表征孔隙结构复杂性,分形作为一种准确描述多孔介质微观孔隙结构形态、复杂程度、非规则性及其关联宏观热传导特性的有效手段,已经在研究多孔介质热传导特性方面显示出了其独特的优势,并取得了极大的进展.大量研究表明实际多孔介质微结构具有统计自相似的分形特征,通过研究基于分形多孔介质的等效热导率模型,建立多孔介质热导率与介质微观结构、孔隙率等参数有机关联的分析解,为揭示多孔介质热输运特性与机理提供基本的理论依据。
  • 摘要:天然多孔介质(如储集岩和松散沉积物)具有复杂的内部结构,在非饱和条件下,电导率随岩石饱和度的变化而变化,分析这种变化关系对岩石的电传导特性的研究十分重要.在饱和岩石中,电导率可以表示岩石孔隙度的函数,如Archie第一方程.对于非饱和岩石,岩石内部导电相的连通特性非常复杂,其电传导特性的研究十分困难.本文在先前研究基础上,结合PSF模型,建立电导率与孔隙介质微结构参数之间的理论关系,其中微结构参数包含孔隙度、孔隙分形维数和迂曲度分形维数(表示电流流动路径的复杂程度),从基本物理参数(孔隙分形维数和迂曲度分形维数)对传统Archie 第二方程的胶结系数和饱和度系数进行分形定义。我们发现该非饱和电导率模型能较好的吻合现有实验数据。这意味着孔隙分形维数和迂曲度分形维数的变化不仅与介质的孔隙结构的几何性质相关,也与非饱和岩石的电流流动特性相关。
  • 摘要:近几十年来,分形理论得到了广泛的应用且分形维数的确定一直是研究的热点.基于分形迂曲毛细管模型,提出了一个用于计算孔隙分形维数和迂曲度分形维数的方法,此方法建立了分形维数与孔隙体积分布的关系并直接用于计算分形维数.使用已发表的八个砂岩样品的孔隙体积分布数据计算了分形维数,并与基于分形弯曲毛细管模型的分形维数解析表达式进行了比较.此外,我们使用微CT技术,对三个砂岩岩心进行了CT扫描,获得了砂岩岩心的3D图像,孔径分布可以直接从3D图像上计算获得,从而计算基于孔隙体积分布的分形维数,并与使用计盒法计算的分形维数做了对比。获得的结果显示,我们提出的方法与表达式计算和计盒法计算出的分形维数差异很小,这证明我们方法的有效性,同时也证明了砂岩中存在一个排除了较小的孔隙的自相似分形区间。
  • 摘要:生物碎屑灰岩储层储集空间具有'成因多元化、类型多样化、组合多变化'的特征,尚未形成一套行之有效的孔隙结构评价方法,对储层的储渗机理认识以及后续的油气开发造成极大的制约.本文从毛管力曲线分形特征入手,深入挖掘了生物碎屑灰岩储层毛管压力曲线形态与孔喉连通性的对应关系,结合核磁共振T2谱特征明确了不同孔径组分的特征弛豫范围,通过刻度给出了生物碎屑灰岩储层孔隙结构的划分方法,最终通过计算实现生物碎屑灰岩孔隙结构的测井分类.结果表明:生物碎屑灰岩储层毛管力分形曲线主要呈现“上凸”、“下凹”两大类形态,上凸形态的岩石具有最好的储渗特性,下凹形态的岩石拐点出现位置从左至右储渗特性依次变差;核磁T2弛豫时间与孔喉半径r的关系呈明显的四段式;利用孔喉半径0.15、1、5μm 与核磁T2弛豫时间30、90、200ms能够有效的将生物碎屑灰岩孔隙结构划分为4大类;结合孔隙结构的渗透率参数计算精度显著提高。
  • 摘要:由于天然大地电磁场频带范围宽,且信号本身非常微弱,导致大地电磁测深数据极易受到各种强电磁噪声的干扰,大地电磁数据质量不断下降,并呈现典型的近源效应.尤其是随着国民经济的高速发展,巨型工业设备基地、通讯电力设备、矿山开采等因素造成人文电磁干扰日益严重,大地电磁时、频域数据均不同程度地出现失真,在矿集区开展大地电磁测深面临严峻挑战.为此,如何运用现代信号处理技术辨识、消除大地电磁信号中的强干扰,成为广大电磁勘探学者长期瞩目并为之奋斗的研究课题.固有时间尺度分解(ITD)是2007年由Frei and Osotio提出的一种非线性、非平稳信号分析方法,该方法将信号自适应地分解为频率由高到低的一系列旋转分量(PR)和一个单调趋势的残余量。大地电磁数据的盒维数和多重分形维数能较好地定量辨识大地电磁信号和噪声的边界,重构的大地电磁数据中保留了更多几乎未受到电磁干扰或含干扰程度较少时间段的缓变化信息;视电阻率-相位曲线更为光滑、连续,低频段的数据质量得到了明显改善。所提方法为今后在矿集区开展高精细的大地电磁信噪辨识及分离提供了一种新的尝试手段,后续课题组将重点针对各种分形维和ITD分解得到的PR分量在大地电磁数据中的物理含义,以及获取更为鲁棒、稳健的大地电磁信噪特征开展相关研究。
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