地球科学与环境学报

黄土高原马兰黄土微结构特征及湿陷机理

2022年07月30 00:00

黄土微结构的认识和刻画在研究黄土宏观湿陷变形行为以及揭示其内在机理方面扮演不可或缺的角色。选取黄土高原甘肃兰州、庆阳以及陕西横山、洛川、泾阳等5个地区马兰黄土试样,通过开展室内湿陷试验、微米级CT扫描以及压汞测试,厘清不同地区马兰黄土的微结构特征,分析对比湿陷过程中孔隙分布的变化规律,以此探讨马兰黄土的湿陷机理。结果表明:5个地区马兰黄土湿陷性在区域上整体表现为从西北向东南逐渐减弱的趋势; 兰州和横山地区马兰黄土的微结构以单粒架空/镶嵌为主,前者颗粒排列疏松,后者排列相对密实; 庆阳、洛川和泾阳地区马兰黄土中黏粒支托结构相对明显; 黄土湿陷过程中,孔径在3～60 μm区间的粒间孔隙体积减小幅度最大,为湿陷提供主要空间。5组黄土微结构特征及湿陷前后孔隙分布变化表明,黄土湿陷与否取决于两方面因素:一是黄土内部需有发生湿陷的空间,孔隙分布特征对湿陷性强弱有重要影响,集中分布的粒间孔隙有利于湿陷发生; 二是需有能够引起湿陷的动力因素,桥接形式的黏粒发生水化膨胀是引起颗粒滑移进而发生湿陷的重要动力之一。

太行山青龙峡景区崩塌灾害发育特征及防治对策

2022年07月30 00:00

青龙峡景区位于山西省壶关县太行山区东部,是太行山大峡谷国家地质公园的重要园区。青龙峡作为典型高山峡谷区,山地崩塌灾害极为发育,对景区旅游接待和居民生活构成威胁。为有效防控太行山区崩塌灾害,通过太行山青龙峡景区详细地质环境调查工作,掌握崩塌灾害发育规律,探讨崩塌成因和防治减灾对策。结果表明:青龙峡景区崩塌灾害发育在层状结构的硬岩高位边坡上,中小型崩塌更为常见; 岩体破坏以错断式、倾倒式、滑移式和坠落式等4种破坏模式为主。峡谷区崩塌机理表现为多样的地层岩性组合孕崩、高陡的地形地貌育崩、复杂的岩体结构面控崩、岩溶和集中降水诱崩的四要素耦合崩塌成因机理。通过构建典型崩塌落石的Rockfall Analyst模型,分析危岩体崩塌的致灾边界,研判景区崩塌灾害的影响范围,针对青龙峡景区面临的地质安全问题,提出了景区崩塌灾害“风险区监测预警、隐患点工程治理”的防治对策。研究成果对山岳峡谷型景区和山区城镇的灾害防控具有借鉴价值。

2001～2016年香港滑坡与降雨的时序特征

2022年07月30 00:00

随着城市建设步伐加快,城市滑坡灾害对群众生命财产安全的威胁日益突出。降雨造成的滑坡占滑坡总数的90%以上,研究降雨量与滑坡数之间的关系,对城市安全和防灾减灾具有重要意义。根据香港土木工程拓展署发布的滑坡年报中2001～2016年日滑坡时间数据、增强自然地形滑坡清单的滑坡空间数据以及香港天文台日降雨观测数据,分析香港滑坡数和降雨量之间的定量和定性关系。结果表明:日滑坡数、月滑坡数和年滑坡数,与日降雨量、月降雨量和年降雨量成显著正相关关系,其相关系数分别为0.406、0.718、0.682; 当日滑坡数除受当日降雨量的影响以外,也受前13 d累积降雨量的影响; 当日与前4 d累积降雨量对当日滑坡数影响明显,当日与前1 d降雨量影响权重最大,当日降雨量的权重影响平均是前1 d降雨量影响权重的1.2倍; 在降雨量超过200 mm(特大暴雨)的条件下,发生群发性滑坡概率为87.5%; 降雨及滑坡最集中的月份是6月,6月至8月降雨集中,滑坡灾害较其他月份更为严重。本研究对粤港澳大湾区防灾减灾和市政建设规划具有参考价值。

基于MT-InSAR技术的城市活动断层定位与监测——以美国休斯敦地区为例

2022年07月30 00:00

活动断层的有效定位和监测是抗灾规划、防灾减灾工作的重要前提。针对断距不明显的城市/近城区活动断层难以探测的实际问题,以美国休斯敦地区为例,利用L波段ALOS-1和C波段Sentinel-1 SAR数据,采取MT-InSAR技术获取了休斯敦北部区域地表形变速率图,并根据InSAR监测结果定位了区域活动断层。结果表明休斯敦北部区域存在3条大范围活动断层带,即Hockley断层带、Big Barn断层带和Conroe断层带。利用LiDAR、地球物理勘察绘制断层迹线和现场调查信息验证了InSAR探测断层迹线的有效性和准确性,并结合InSAR监测结果剖线及GPS时间序列数据分析了该断层系统的构造特征及时空演化规律,揭示了该地区断层的加速活动与地下水过度汲取之间有高度时空相关性,地下水过量开采促使地面沉降的发生,进而加强了已有断层的垂直运动或诱发新的断层活动。本文研究不仅监测到了休斯敦地区已知断层的活动性,还探测到其他地空技术尚未发现的活跃断层迹线,对城市规划和防灾减灾具有重要意义。

基于相干性的InSAR时间序列方法追溯四川雅安地区汉源滑坡灾前形变

2022年07月30 00:00

滑坡的高精度监测对于理解其运动学特征和减少滑坡造成的灾害是很有必要的,合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术可以为滑坡灾前形变监测提供新的技术途径。针对植被覆盖非常茂密的环境,采用基于相干性的InSAR时间序列方法,使用多轨道Sentinel-1 SAR影像数据集,厘定四川雅安地区汉源滑坡发生前(2018年10月至2020年8月)时空运动特征,并结合多轨道视线向形变结果提取滑坡沿坡向的运动分量。结果表明:汉源滑坡雷达视线方向(LOS)最大年平均形变速率为42.1 mm·年^-1,滑前最大累积形变量达97 mm,共经历了形变加速和稳定两个阶段的变形; 滑坡沿坡向的最大年平均形变速率为43.9 mm·年^-1。上述研究结果为汉源滑坡提供了第一手、相对完整的形变测量资料,展示了InSAR技术在滑坡灾前形变追溯方面的应用潜力。

广西大瑶山地区下泥盆统莲花山组碎屑岩地球化学特征及其对物源区和构造环境的制约

2022年07月30 00:00

受加里东期郁南运动和广西运动影响,华南板块西南部大瑶山地区下泥盆统莲花山组不整合于寒武系之上。对下泥盆统莲花山组砂岩开展岩石学和地球化学研究,探讨其物质来源和构造环境。砂岩碎屑组分以石英和长英质沉积岩岩屑为主,分选和磨圆中等,指示近源沉积。SiO₂含量(质量分数,下同)(74.19%～95.35%,平均值为85.72%)较高,Al₂O₃含量(1.23%～14.73%,平均值为6.48%)和TiO₂含量(0.09%～1.05%,平均值为0.38%)较低,Al₂O₃/SiO₂值(0.01～0.20)极低。砂岩亏损大离子亲石元素,富集高场强元素,稀土元素总含量为(12.48～281.10)×10^-6,轻、重稀土元素分异明显((La/Yb)_N值为3.70～29.40),呈现弱Eu负异常(0.66～1.14,平均值为0.88)。SiO₂/Al₂O₃值(5.04～77.28,平均值为22.30)较高,表明成分成熟度高。成分变异指数(0.61～2.13,平均值为1.21)变化较大,指示源岩包含再循环的古老沉积物与第一次循环物质; 化学蚀变指数为82.13～91.68,反映了强烈化学风化作用。综合地球化学、碎屑锆石U-Pb年代学、岩相古地理和大地构造演化研究成果认为,大瑶山地区下泥盆统莲花山组沉积于被动大陆边缘环境,物源为北侧大瑶山—大明山隆起带和南侧云开地区的隆升剥蚀物质,源岩以寒武系黄洞口组为主,包含少量云开地区新元古代沉积岩和广西运动形成的花岗岩类(470～435 Ma)。

北秦岭蟒岭花岗岩体岩浆演化及源区:来自矿物学和Sr-Nd-Hf同位素证据

2022年07月30 00:00

蟒岭花岗岩体位于北秦岭构造带黑沟—栾川断裂和乔端—瓦穴子断裂之间,是由3期岩浆侵入形成的岩浆杂岩体,其岩石类型从早到晚依次为含辉石黑云母闪长岩、二长花岗岩和黑云母正长花岗岩。在详细的野外调查和岩相学观察基础上,对蟒岭花岗岩体中的前两期岩石进行了系统的矿物学和Sr-Nd-Hf同位素研究。结果表明:蟒岭花岗岩体以I型花岗岩为主,从早到晚(含辉石黑云母闪长岩→二长花岗岩→黑云母正长花岗岩),其岩石成因类型具有从I型向I-A过渡型花岗岩变化的趋势; 含辉石黑云母闪长岩和二长花岗岩中黑云母形成于较高氧逸度环境,其结晶温度分别为675 ℃～740 ℃和550 ℃～675 ℃; 蟒岭花岗岩体是古老地壳物质部分熔融形成的长英质岩浆与可能起源于幔源的基性岩浆混合而成的产物。

基于ArcGIS软件的油气资源与盆地评价工业制图技术与应用

2022年07月30 00:00

以地理信息系统软件平台为工具,ArcGIS软件油气工业制图具有精确定位空间信息、海量处理与存储、更新维护便捷、重复使用标准化符号、图件标注与整饰灵活方便等五大优势,创建了制图工区与技术方案厘定、制图数据准备、制图信息提取与ArcGIS数据筛选、制图数据处理与地图综合、地图配图与图件整饰、制图质量检查、输出打印与图件保存等7个步骤构成的制图技术流程与关键技术。以全球含油气盆地商业数据库等为数据源,实现了ArcGIS软件在全球油气资源与盆地评价工业图件快速编制中的应用。利用ArcGIS软件开展油气工业制图呈现重点突出油气地质信息表达、反映宏观地质内容为主、制图数据精度很高等三大特点,极大地提高了编图效率,并将朝着智能化、定制化、在线化及自动化应用方向发展。

放射性碳同位素技术在碳质气溶胶源解析中的应用研究进展

2022年07月30 00:00

碳质气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,能够影响太阳辐射在大气层中的正常传播,与气候变化、空气污染和人类健康等关乎人类可持续发展的重要问题密切相关。大气环境中的碳质气溶胶主要包含有机碳和元素碳,其中有机碳可分为水溶性有机碳和非水溶性有机碳。碳质气溶胶的来源及其形成转化过程是目前大气环境科学领域最为重要的研究方向之一。放射性碳同位素比值(Δ¹⁴C)在碳质气溶胶源解析上具有优势,是目前唯一可以量化化石源和生物源在不同类别碳质组分中贡献大小的手段。在系统总结国内外放射性碳同位素技术在碳质气溶胶源解析上的最新研究进展的基础上,详细阐述了放射性碳同位素比值在碳质气溶胶源解析上的应用原理,深入探究了放射性碳同位素比值在碳质组分中的研究进展,重点分析了单体分子放射性碳同位素分析在碳质气溶胶中的发展和应用。最后,对放射性碳同位素比值与稳定碳同位素比值(δ¹³C)联用,以及单体分子标志物的放射性碳同位素比值研究进行了展望,为碳质气溶胶的来源解析和气溶胶化学过程研究提供参考依据。

新疆塔什库尔干断裂带温泉环境地球化学特征

2022年07月30 00:00

水文地球化学方法是研究温泉水成因和评价温泉水资源的有效手段。选用2018年9月在新疆塔什库尔干断裂带内采集的6个温泉水样,根据主量和微量元素浓度以及氢氧、锶同位素进行水化学特征分析,并利用WQI指数进行水质评估。结果表明:①温泉水整体呈碱性,矿化度平均值为1 036.13 mg·L^-1,水化学类型为HCO₃-Ca、HCO₃-Na、SO₄-Na等3种,富集因子说明区域变质角闪岩、碱性片麻岩和侵入花岗岩对微量元素含量特征起控制作用; ②温泉水的氢氧同位素组成均分布在大气降水线附近,指示补给来源主要为大气降水,补给高程为4.3～5.6 km,符合高原干旱—半干旱气候下的蒸发作用特征; 循环深度为1.4～2.1 km,属于断裂带控热控水的循环型温泉; ③主量元素水质评价结果表明本次采集的温泉水样均不适合直接作为生活饮用水和农业用水,F^-浓度超标; 微量元素水质评价结果表明WQI指数介于1类和3类之间,整体水质较为原始,但公格尔和马尔洋温泉水样出现局部B和As浓度空间分布高值,部分温泉水Li、Fe、F浓度及温度达到了医疗热泉标准,具有理疗和保健功效。

基于全局和局部方法的城市雨洪模型参数敏感性——以济南市主城区为例

2022年07月30 00:00

开展模型参数敏感性分析是进行参数率定及提高模型模拟效果的重要前提。以山东省济南市主城区为研究对象,基于SWMM模型构建城市雨洪模型,从全局和局部角度分别采用GLUE方法与修正Morris筛选法,以流域出口流量数据为模型率定依据,对不同暴雨情景下SWMM模型中11个参数进行敏感性分析。结果表明:①GLUE方法筛选出河道糙率系数(RoughnessR)、衰减常数(Decay Constant)、不透水区洼蓄量(S-Imperv)为敏感参数; ②采用修正Morris筛选法时,不同暴雨情景下各参数对径流总量的影响大致相同,对洪峰流量影响不尽相同,对径流总量表现出中高敏感性的参数有河道糙率系数、排干时间(Drying Time)、衰减常数、最大入渗率(MaxRate)、最小入渗率(MinRate)、透水区洼蓄量(S-Perv)、管道糙率系数(RoughnessP),对洪峰流量表现出中高敏感性的参数有河道糙率系数、衰减常数、透水区曼宁系数(N-Perv); ③两种方法均可准确识别SWMM模型参数敏感性,均显示河道糙率系数与衰减常数对模拟结果的影响较为显著,具体区别在于GLUE方法可考虑参数间相互作用,判断参数是否为敏感参数,而修正Morris筛选法可对参数敏感性进行量化分级并排序。