地球科学与环境学报

多源多特征集成的南水北调工程丹江库区湿地时空格局演变

2024年09月30 00:00

丹江口水库是中国南水北调工程的关键水源区。随着城镇化发展以及大坝二次建设,库区湿地生态系统变化显著,亟需湿地生态科学监测。以丹江库区为例,依托Google Earth Engine(GEE)平台,首先采用已有土地覆盖数据集生成湿地样本集,其次整合Landsat影像、DEM等数据构建多源特征集合,并基于Jeffries-Matusita(JM)距离进行特征优选,使用随机森林(RF)算法实现了1985～2023年丹江库区湿地制图。结果表明:①本文提出的样本采集流程可有效提高样本质量,为长时序分类样本采集提供参考; ②湿地分类特征优选后特征数由37个减为27个,分类总体精度变化不大,优选后的特征应用于丹江库区湿地分类的平均总体精度(OA)以及平均数量和分配分歧指数(QADI)分别为89.53%和0.080 2,说明特征优选有效减少信息冗余,提高影像分类效率; ③1985～2023年,丹江库区湿地面积呈波动增加趋势,从1985年的17 839.85 ha扩大到2023年的28 872.48 ha,面积增长38.12%。总体来说,丹江库区湿地生态系统呈现出逐步恢复和优化的良好态势。

秦岭地区生态系统服务权衡/协同及预测

2024年09月30 00:00

识别和评估秦岭地区生态系统所提供的主要服务,可深入理解生态系统服务及可持续发展等相关理论,并对区域生态管控具有重要指导意义。基于多源数据集,耦合CASA、InVEST、RUSLE和CA-Markov等模型,模拟及预测秦岭地区2004～2034年植被净初级生产力(NPP)、土壤保持(SC)和生境质量(HQ)等主导生态服务的时空分布特征,并采用相关系数法分别从静态和动态的角度识别权衡/协同关系。结果表明:①在时间尺度上,植被净初级生产力、土壤保持年际变化整体呈波动上升趋势,而生境质量呈波动下降趋势; 在空间尺度上,3种生态系统服务均呈现北高南低、西高东低的特征,与植被生长状况具有较好的响应。②从静态角度来看,3种生态系统服务对均呈现显著的协同关系; 从动态角度来看,3种生态系统服务对的关系均以权衡为主; 不同角度得出的结果不尽相同。③时空模拟验证表明,CA-Markov模型在该区域具有较好的适用性; 根据预测结果,3种生态系统服务的高值区域未来将不断扩张,其发展趋于优化。

高标准农田建设适宜性评价和优先级分区——以陕西省大荔县为例

2024年09月30 00:00

为了提高陕西省高标准农田建设的效益和效率,加强农田生态保护,以陕西省大荔县为研究对象,基于生态位理论构建适合关中平原的高标准农田建设适宜性评价和优先级分区方法。该方法选取了土壤条件、基础设施、景观格局和生态约束等4个维度的15个评价因子,通过比较评价因子的现实生态位和理想生态位,计算各评价单元的建设适宜度和障碍度。根据建设适宜度、障碍度和障碍因子改造难度的综合分级,进行高标准农田工程建设优先级分区。对大荔县72 379个农田图斑的定量评价结果显示,大荔县高标准农田建设适宜性总体较好,优先建设区和次优先建设区耕地占55.66%,适宜工程选址和建设,只要稍加改造即可达到高标准农田建设要求。土壤条件和基础设施的障碍因素主要是有效土层厚度和有机质含量,而景观格局和生态约束维度的主要障碍因素是田块规模和灌溉水源。同时,提出了提升土壤有机质含量、增加有效土层厚度、降低耕地碎片化程度等方面的建议。综合来看,生态位理论对大荔县高标准农田建设适宜性评价和优先级分区具有较好的适用性。

华北克拉通北缘白云鄂博矿区尖山组沉积源区、时代及其地质意义

2024年09月30 00:00

白云鄂博矿床位于华北克拉通北缘,其围岩尖山组为一套绿片岩相硅质碎屑岩组合,尖山组的形成时代及物源研究对于理解区域大地构造演化和成矿过程具有重要意义。采用LA-ICP-MS方法对矿区尖山组的变质砂岩及变质细砂岩进行了锆石U-Pb年代学研究。变质细砂岩样品Z5246的锆石年龄为2 645～1 147 Ma,包含两个主峰值年龄,分别为2 510和1 390 Ma; 变质砂岩样品By23281锆石年龄为2 722～1 847 Ma,包含3个主峰值年龄,分别为2 487、1 925和1 859 Ma。结合锆石稀土元素特征,认为变质砂岩样品By23281中2 722～1 847 Ma的锆石属于未受热液改造的碎屑锆石,尖山组的形成时代应晚于1 847 Ma; 而结合野外特征、锆石形貌及稀土元素特征,认为变质细砂岩样品Z5246中1 761～1 147 Ma的年龄反映了后期热液改造的过程,也进一步佐证了白云石碳酸岩的岩浆成因。结合矿区及周边已有的年代学数据,认为矿区尖山组物源主要来自华北克拉通北缘太古宙基底和古元古代晚期的变质岩,最终形成于中元古代,之后受到白云石碳酸岩岩浆期热液的明显改造。矿区尖山组碎屑岩的年龄数据记录了华北克拉通北缘太古代—元古代的陆壳增生、碰撞及裂解事件,为研究太古代—元古代区域构造演化提供了有力证据。

川西冕宁—德昌稀土成矿带壳源混染促进稀土成矿作用

2024年09月30 00:00

川西冕宁—德昌稀土成矿带是我国重要的稀土成矿带之一,然而壳源混染与稀土成矿之间的关系尚缺乏有效制约。辉钼矿Re-Os同位素体系已发展成为示踪壳源混染作用的灵敏指示剂。为了揭示壳源混染在川西碳酸岩型稀土成矿中的作用,对牦牛坪和木落寨稀土矿床开展了辉钼矿Re-Os同位素研究。岩相学特征表明,辉钼矿在岩浆期产出于方解石间隙中,在伟晶岩期产出于石英间隙中,在热液期与热液矿物、硫化物共生。牦牛坪稀土矿床2件辉钼矿样品Re-Os模式年龄分别为25.93和26.05 Ma,Re含量(质量分数,下同)分别为44.933×10^-6和28.678×10^-6; 木落寨稀土矿床的辉钼矿样品Re-Os模式年龄为28.90 Ma,Re含量为38.765×10^-6。辉钼矿形成年龄与稀土矿床成岩成矿年龄一致,说明辉钼矿沉淀与稀土成矿同期,3件辉钼矿样品Re含量均为10^-5数量级,表示其成矿物质具有壳幔混合特征。壳源混染中和了稀土成矿流体pH值,使稀土-氯化物和稀土-硫酸盐失稳,富CO₂含钼流体的混合促进了成矿流体中CO^2-₃与稀土元素结合,导致氟碳铈矿的沉淀。

鄂尔多斯盆地靖边地区马家沟组气田水地球化学特征及锂来源

2024年09月30 00:00

鄂尔多斯盆地靖边地区马家沟组气田水中Li⁺浓度较高,部分井区达到工业品位,勘探开发潜力巨大,但锂来源尚不明确。以靖边地区马家沟组气田水为研究对象,采用薄片鉴定、X射线衍射分析、微量元素分析及Sr、Li同位素分析等方法,对马家沟组气田水地球化学特征进行了研究,并讨论了水体中锂来源。结果表明:①气田水中离子浓度变化极大,矿化度为0.12～228.19 g·L^-1,平均值为39.87 g·L^-1,部分水体达到卤水范畴,气田水pH值为4.82～8.44,以弱酸性为主,水化学类型以CaCl₂型为主,部分井区为MgCl₂型或NaHCO₃型; ②气田水钠氯系数普遍大于0.87,脱硫系数普遍小于1,变质系数普遍大于0,氯镁系数主要为20～90,储层整体封闭性好,水体还原性强,变质程度高,属于高变质、高浓缩的水体,部分井区储层封闭条件被破坏,受大气水影响明显; ③气田水Li同位素具有早奥陶世海水的特征,Sr同位素受到凝灰质组分及大气水岩溶的影响,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值高于马家沟组沉积时期正常海水; ④马家沟组含凝灰质组分的岩石和岩溶角砾岩填隙物普遍具有较高的Li⁺浓度,Li同位素特征指示气田水中锂主要来自马家沟组地层,马家沟组富锂气田水是加里东期马家沟组地下岩溶水埋藏和演化的结果。

鄂尔多斯盆地苏里格气田西区与天环坳陷北段二叠系地层水地球化学特征、成因及来源对比

2024年09月30 00:00

鄂尔多斯盆地苏里格气田西区与天环坳陷北段是鄂尔多斯盆地重要的天然气富集区,其气水关系复杂,气水共存在二者上古生界二叠系气藏中大量存在,目前对上述两个地区二叠系地层水成因及来源的对比研究较为薄弱。通过对苏里格气田西区与天环坳陷北段二叠系35口井地层水样品开展地球化学特征研究,进一步揭示上述两个地区地层水成因、来源及保存条件的异同。结果表明:苏里格气田西区与天环坳陷北段二叠系地层水主体为CaCl₂型,总矿化度平均值分别为31.4和34.6 g·L^-1; 不同类型水化学参数指示了天环坳陷北段地层封闭性更好,两个地区整体经历了强烈的水-岩相互作用,油气保存条件好; 苏里格气田近源运移成藏以及生烃强度与储层非均质性的特点控制了气、水分布格局,天环坳陷北段存在的一系列构造裂缝系统对该区域的气、水分布具有一定的调整作用; 上述两个地区地层水主体为原始沉积地层水,地层中发生了斜长石的钠长石化及白云石化等作用,具有Ca²⁺富集、Na⁺轻微亏损、Mg²⁺亏损的特点。综合研究表明,苏里格气田西区地层水没有统一的气、水界面,局部井位遭受了外来水等流体影响; 天环坳陷北段各井位地层水可能属于统一的流体场。

基于环剪试验的蠕变型滑坡滑带力学性质——以甘肃舟曲地区锁儿头滑坡为例

2024年09月30 00:00

蠕变型滑坡的变形与滑带力学性质关联十分紧密,研究不同含水率和不同砾石含量下滑带力学性质变化规律,对理解蠕变型滑坡的变形机制具有重要意义。以甘肃舟曲地区锁儿头滑坡滑带岩土体为研究对象,通过环剪试验探究滑带在不同含水率(15%、19%和22%)、不同砾石含量(0%、5%和15%)和不同剪切速率(0.5、3.0和30.0 mm·min^-1)下的力学性质变化规律。结果表明:①在长距离剪切下,滑带抗剪强度随含水率的增加而减小,而滑带达到峰值强度所需位移随含水率的增加而增加,同时滑带的残余黏聚力随含水率的升高而显著降低; ②滑带抗剪强度随砾石含量的增加而增加; ③随着剪切速率的增加,滑带抗剪强度逐渐减小,并且内摩擦角也呈现明显下降趋势。结合区域背景,甘肃舟曲地区锁儿头滑坡的蠕变速率与季节性降雨及断裂活动有关。

不同颗粒级配对全风化花岗岩回填土抗剪强度的影响

2024年09月30 00:00

坡面开挖后形成的全风化花岗岩回填土结构松散,物理力学性质差,易受流水侵蚀,导致严重坡面侵蚀。传统治理措施效果有限,土壤改良成为提升土壤抗冲刷能力和改善物理力学性质的有效策略。以全风化花岗岩回填土为主要研究对象,通过室内颗粒分析试验和直剪试验,在不同红黏土和砂粒质量占比条件下进行了系列重塑混合土体的抗剪强度试验研究。结果表明:一般情况下,随着红黏土和砂粒质量占比的增加,不均匀系数和曲率系数整体表现为增大趋势。级配参数对混合土体抗剪强度的影响是通过改变土体中粗细颗粒的比例以及颗粒间的作用关系,来影响其内摩擦角与黏聚力,其中红黏土会增加黏聚力,超过30%质量占比后会降低内摩擦角,而掺入砂粒会增加混合土体的内摩擦角,但是超过18%质量占比后其黏聚力低于回填土。此外,红黏土的掺入可以改善回填土的物理化学性质和肥力条件,并提高土体的抗剪强度,6%质量占比红黏土效果最佳,但实际应用中,可根据需求在6%～30%范围内选择。对于砂粒,在考虑后续工程防护措施下,18%质量占比为较优选择。

耦合敏感性分析与两阶段马尔科夫链蒙特卡洛算法的地下水污染溯源辨识

2024年09月30 00:00

为高精度地开展地下水污染溯源辨识,在对污染源参数进行敏感性分析的基础上,研究应用两阶段马尔科夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)算法辨识确定污染源参数; 同时,探索应用多层感知机(Multi-layer Perceptron,MLP)方法构建地下水污染运移数值模型的代理模型,用以提高地下水污染溯源辨识的效率。为验证上述方法的有效性和可行性,开展了两个数值算例研究。结果表明:采用MLP方法构建的代理模型对地下水污染运移数值模型的逼近精度高,不仅能够有效提升地下水污染溯源辨识效率,还能保持良好的计算精度; 所提出的耦合敏感性分析与两阶段MCMC算法能够显著提升低敏感性污染源参数的辨识精度。