干旱沙区土壤空间异质性变化对植被恢复的影响

许多涉及草地荒漠化或退化过程的假说及概念模型认为, 干旱、半干旱地区的草地植被灌丛化是草地发生退化或荒漠化的显著特征, 即原来以草本植物为优势的群落被灌丛群落所替代, 该过程增加了草地原生植被土壤资源的时空分布异质性, 使土壤-植被系统的生物过程愈来愈多的集中在灌丛植冠下的沃岛范围内. 大量的研究支持了这一针对荒漠化或草地退化过程的生物生态学解释. 从另一个方面来看, 缀块状分布的灌木植被也是草地恢复或荒漠化逆转的基础, 并且在我国沙漠治理的实践中得到了证明. 沙坡头地区人工固沙植被近50年的演变与区域生境的恢复就是荒漠化逆转的理论范式和成功的实践例证. 该地区人工植被的建立是以设置防风固沙沙障和种植旱生灌木而开始的. 在降水不足200 mm的无灌溉条件下, 由于灌木植被的作用, 使原来质地相对均一的流沙发生了资源分布的空间异质性变化, 促进了土壤成土过程, 为沙土表层隐花植物(藻类、苔藓和地衣)结皮的形成和一年生及多年生草本植物的入侵与定居创造了条件. 而这一过程却减少降水向土壤深层的入渗量, 使固沙植被区灌木主要根系分布层(100 ~ 300 cm)的土壤含水量减少, 导致了灌木种在群落中的优势和盖度降低, 土壤资源分布的空间异质性程度也相应地减弱. 固沙植被趋于以草本植物为优势的、与邻近草原化荒漠和荒漠化草原类似的原生植被类型演变和恢复. 通过对沙坡头地区近50年固沙植被演变监测数据的分析, 提出了干旱区植被恢复或草地荒漠化逆转的概念模型.     

多阶段成岩作用对深层碳酸盐岩岩石物理性质的影响——以四川盆地震旦系灯影组四段为例

国内深层-超深层碳酸盐岩储层普遍经历多阶段、多期次的成岩作用改造,非均质性极强,致使脱离地质背景的岩石物理分析方法难以准确地给出岩石物理变化规律与储层特征之间的联系.本文通过对合川地区震旦系灯影组四段深层白云岩岩石物理性质的测量,并结合岩石学特征分析、多尺度孔隙结构分析及沉积环境的划分,在成岩作用过程框架下分析岩石物理特征的变化规律.研究结果表明,目标层段白云岩差异性成岩过程形成了不同的岩石孔隙结构特征与微观结构特征.丘滩相高能微生物白云岩分别经历同生期微生物白云岩化与渗透回流白云岩化作用、准同生期选择性溶蚀作用、埋深白云岩化作用以及构造-热液白云岩化,形成的晶粒白云岩主要为致密“焊接”型和紧密型白云石晶体接触边界,溶蚀孔隙发育,微裂隙与孔喉共同作为流体渗流通道.滩间海低能硅质、泥质与灰质云岩主要经历弱毛细管浓缩白云岩化作用、强机械压实致密化与埋深白云岩化作用,形成的晶粒白云岩存在致密“焊接”型、黏土型、石英胶结型与方解石型晶体接触边界,孔隙以残余原生粒间或晶间孔为主,以微裂隙作为主要的流体渗流通道.晶粒边界性质与孔隙结构共同控制了样品的宏观物性及地震弹性性质,相同晶粒边界的样品具有一...     

成像测井资料在川西北地区中二叠统沉积相研究中的应用

本文以成像测井资料为基础,开展了川西北地区中二叠统沉积相研究.利用岩心及野外剖面资料刻度成像测井,并结合常规测井资料识别出颗粒-泥晶石灰岩、"眼球"状-似"眼球"状石灰岩、重力流石灰岩、云质"豹斑"石灰岩、晶粒白云岩、层状硅质岩等6种岩石类型.在此基础上利用岩石类型组合的方法来识别沉积相,总结出了浅水高能型生物滩相、深水低能型生物滩相、泻湖相、深缓坡相、硅质盆地相等5种主要沉积相类型的测井响应特征,并以此为依据进行了连续的单井岩石类型划分及对应的沉积相解释,解释结论与区域沉积背景相吻合.表明该方法在川西北地区中二叠统,以及具有类似沉积背景的碳酸盐岩地层中进行单井沉积相综合分析是简单且行之有效的.     

土壤-微生物-植物系统中矿物风化与元素循环

土壤是地球关键带的重要组成部分,土壤-植物系统是连接岩石圈、生物圈、大气圈和水圈的纽带.土壤作为地球上生物多样性最丰富的生境之一,在地球表层生物地球化学过程中担负重要的作用.本文主要从地球生物学的角度来探讨土壤生物在地球表层(风化壳)岩石矿物风化、物质转化与运输中的作用及其相关机制,包括土壤微生物对岩石矿物的风化,以及土壤-根系的相互作用和土壤-微生物-根系相互作用对岩石矿物风化的影响.     

基于团簇的岩石动态CT图像可视化与结构变形分析

岩石的变形机制是研究岩石圈变形和局部构造活动的重要基础,岩石的微观结构是研究其变形机制的关键。微观层析成像（微观CT）技术可以无损地获取样品内部高精度三维数字化图像,为观测岩石内部结构提供了技术保证。新近发展起来的动态CT技术,使得观测岩石变形过程成为可能。本文利用一组莱塔石灰岩受差应力变形的三维动态CT图像数据,通过图像切割、图像分割等处理步骤,以团簇为基本表征单位,表征不同形状、大小孔隙的动态变化过程,分析对比全部孔隙、大团簇、小团簇和裂隙型小团簇的动态图像。结果表明:随着岩石的压缩变形,其大孔隙在不断地缩小;在变形的初始阶段,靠近施压活塞的样品上部出现了密集的新生小孔隙;当岩石所受差应力到达73 MPa时,其下半部出现了明显的剪切带,具体表现为大量的新生裂隙生成并且新生裂隙集中带与轴向成约45°交角。此前的研究观测到该样品中下部若干压缩带形成的过程;本文通过基于团簇的可视化技术,观测到了高孔隙度岩石变形过程中压缩带和剪切带共同形成的过程。同时,新生的沿剪切带分布的微小裂隙并没有显示与剪切带相同的方向,而是具有各方向均匀分布的特征。该特征可能与岩石内部复杂的局部孔隙结构有关,是值得进一步探讨的问题。      

广西龙滩水库地壳QS二维成像

本文收集了广西龙滩水库地震监测台网2006年9月至2016年12月精定位后的3 382次M_L≥0地震的数字波形资料,采用二维衰减成像技术获得了龙滩水库库区的Q_S二维分布图像。结果显示:龙滩水库库区Q_S的横向不均匀变化明显,Q_S低值区围绕着库区近似呈环形分布;在Q_S低值分布区附近,大多为河流与断裂带的交汇处;Q_S低值分布主要对应于透水性较强的岩性地区。以上现象表明Q_S低值分布受水、断裂、岩性等3种因素的影响,由此初步推断库水可能沿着断裂上的岩石破碎带及节理、裂隙发育地区和具有较强透水性岩层区域向下渗透,使得岩石孔隙中充满流体,内摩擦增大,地震波剧烈衰减,从而使Q_S值大幅下降。结果还表明:大多数地震发生在Q_S高、低值过渡区域,这种“软”、“硬”介质的交界处,容易积累应变能,孕育地震。这是由于当Q_S高、低值过渡区域受到水的加载作用及其对裂隙边界的润滑作用,发震断层的抗剪强度降低,使滑动容易产生,从而诱发地震。      

用孔隙、裂隙介质弹性波理论反演岩石孔隙分布特征

"孔隙、裂隙介质的弹性波动理论"描述了介质中孔隙与裂隙相互作用的弹性波特征,已被广泛用来模拟和解释实际岩石的声学性质.本文将该理论进一步扩展,用以描述孔隙与多形态裂隙体系的相互作用.扩展理论的一个重要应用是模拟实验室流体饱和岩石在压力加载条件下的弹性波速数据,利用不同形态的裂隙在压力作用下产生的波速变化来反演裂隙的纵横比分布谱.对高孔渗砂岩、致密砂岩和花岗岩岩芯数据的反演结果清晰地反映了不同岩性的岩石中裂隙的纵横比分布特征,且与这些岩芯的扫描电镜分析结果一致.本文的研究不仅为扩展理论提供了实验验证,而且给出了一种分析岩石孔隙结构特征的有效方法.     

中国东部大陆尺度南北样带尘土花粉散布规律与现状植被的关系

在中国东部地区纵向地理剖面(N18°~53°)进行了连续的尘土孢粉取样, 样点分布路线沿热量带从寒温带一直到热带的整个东部断面. 孢粉分布规律的研究结果表明, 尘土中各类花粉的含量分布具有明显的地带性, 花粉谱与地带性植被和相应气候带的人工植被分布是完全吻合的, 根据分析数据可以定量分析人工引种植物树种的分布界限, 同时利用尘土花粉与天然林下花粉的对比, 获得人类对植被干扰程度的信息. 另外, 各类草本的大陆尺度分布也具有很明显的规律性, 其总含量变化与净第一性生产力(NPP)模拟结果具有一致性, 其中最丰富的蒿属与禾本科两类草本花粉沿纬度带呈现有规律的增减, 两者的比值由南向北呈有规律的指数上升.     

鄱阳湖典型洲滩湿地土壤含水量和地下水位年内变化特征

湿地植被空间分布受多个水分因子共同影响,为了探求鄱阳湖典型洲滩湿地不同植被类型下地下水、土壤水的变化特征,本文选择鄱阳湖吴城湿地保护区内一个长约1.2 km的典型洲滩湿地为实验区,建立了气象-土壤-水文联合观测系统.对观测的气象、水文要素进行分析发现:(1)洲滩湿地地下水位年内呈单峰变化,季节性差异显著,最大埋深可达10 m,出现在1月份,丰水期8月份地下水位最高时可出露地表,且地下水位与湖泊水位变化具有高度一致性;(2)由远湖区高地至近湖区低地,不同植被带中地下水平均埋深变化为藜蒿带(4.76 m)芦苇带(2.87 m)灰化薹草带(1.61 m).地下水埋深小于50 cm的持续时间分别为:藜蒿带27 d、芦苇带112 d、灰化薹草带170 d;(3)土壤平均含水量沿不同植被带梯度变化为:藜蒿带最小(15.9%),芦苇样带(40.7%)和灰化薹草样带(43.7%)较大.土壤含水量年内变幅为:藜蒿带最大(2.5%~55.2%),芦苇带和灰化薹草带相对较小,分别为22.1%~48.1%和28.4%~54.1%;(4)不同植被带土壤含水量季节变化规律不同,藜蒿带土壤含水量年内呈单峰型,仅夏季土壤含水量较高,其余季节均在10%左右,而芦苇带和灰化薹草样带春、夏、秋季均维持较高含水量(42%以上),仅冬季水分含量较低.     

应用EOS/MODIS卫星资料反演与估算西北雨养农业区地表能量和蒸散量

应用定西地区的陆面过程野外观测资料和四次EOS_MODIS卫星资料,对典型的西北半干旱雨养农业区的基本地表特征参数进行反演,在此基础上对各能量通量和蒸散量进行估算,进而分别分析其季节和空间变化.结果表明：应用卫星数据估算的各参量的相对误差基本都在20%以内,其空间和时间变化基本反映了当地的实际情况;区域各通量和日蒸散量分布极不均匀,表现为四季相差比较大的单峰型变化特征,冬季最小、其次是秋季、夏春两季最大;与面积较大的中、低植被覆盖度区域相比,小范围的高植被覆盖度区域的地表净辐射、潜热和日蒸散量相对较高,土壤热通量和显热通量相对较低,并且都在春、夏季节表现得更加显著.低、中植被覆盖度区的各能量通量的季节变化不显著的特征反映了半干旱西北雨养农业区土壤的干土层相对比较厚的特征.     

酒东盆地异常流体压力带及与油气分布的关系

酒东盆地营尔凹陷中存在3个异常流体高压带,它们基本呈等深平面分布,相互间隔约1000m,温度相差约30℃.对凹陷内地层沉积发育史、地层水性质、岩石薄片观察、地温梯度变化及压力带与地层岩性的对应关系研究表明,营尔凹陷具备形成异常高压流体压力带的条件,水热增压和上覆荷载增压是形成异常高压带的主要原因.在异常高压带上、下的正常压力带内紧邻高压带的层段和高压带内部压力相对较低处是油气聚集的有利场所.     

黄土高原现代土壤和古土壤有机碳同位素对植被的响应

黄土高原古土壤碳同位素与古植被的关系是一直未能很好解决的问题. 其中一个主要原因是由于对该地区现代C₄/C₃植被分布特征与现代土壤碳同位素组成之间的关系缺乏足够的了解. 初步研究了黄土高原主要植物及现代土壤碳同位素组成, 对比了现代土壤和黄土-古土壤序列的有机碳同位素组成变化特征. 结果表明: 黄土高原现代植被以C3植物为主, C₄植物主要来自适宜在暖湿条件下生长的禾本科植物(如白羊草Bothriochloa ischaemum和狗尾草Setaria viridis等). 森林土壤的碳同位素组成δ ¹³C值明显低于黄土塬面的碳同位素组成, 现代土壤的碳同位素组成与现代植被的分布是一致的. 根据此关系推断: 在相对暖湿的古土壤阶段(间冰期)C₄草本植物比例增加, 在相对干旱的黄土阶段(冰期)灌木和C₃草本植物比例增加.     

祁连山冻土区天然气水合物成藏体系中自生黄铁矿地球化学特征与成因探讨

在祁连山冻土区含天然气水合物或存在水合物异常的钻孔岩芯中发育一种半充填或者全充填岩石裂隙的自生黄铁矿,即"裂隙型"黄铁矿,其产状与在该地区发现的水合物产状具有一定的相似性,并且其分布主要集中于水合物层或异常层的下方区域.通过对祁连山冻土区天然气水合物钻探试验井DK-6孔含"裂隙型"黄铁矿岩芯样品开展黄铁矿形态学、微量、稀土元素和硫同位素组成研究发现,"裂隙型"黄铁矿具有沿岩石裂隙面呈台阶状定向排列的立方体形态黄铁矿为主并伴生"圆形"构造、较低的Co/Ni和Sr/Ba值、较低的ΣREE含量、LREE较HREE相对富集和明显的Eu负异常以及?34SCDT值正偏等特征,这种独特的晶体形态和地球化学特征以及在空间上与水合物层或异常层间的分布关系均与祁连山冻土区天然气水合物成藏体系密切相关.由于气候变化是影响冻土区天然气水合物稳定性的一个重要因素,"裂隙型"黄铁矿可能是区域气候变暖背景下水合物发生次生变化的产物,其分布的密集程度反映了当水合物稳定带缩小时,底界处水合物分解最为强烈,而稳定带内水合物分解相对较弱,其分布的顶底界记录了天然气水合物稳定带曾存在的最大范围.     

中国森林生态系统碳周转时间的空间格局

森林生态系统持续的碳吸收能力在很大程度上取决于净初级生产力(NPP)的增长趋势及生态系统碳周转的时间,因此,获取生态系统碳周转时间的空间分布格局是有效评估生态系统碳汇潜力的基础.本研究采用数据-模型融合方法,基于区域生态系统碳循环过程模型(TECO-R),结合生态系统观测数据(NPP、生物量及土壤有机碳)、遥感数据(NDVI)及气象、植被与土壤等辅助空间数据,利用遗传算法(Genetic Algorithm)反演了中国森林生态系统各碳库的周转时间及分配系数,并在此基础上估算了平衡状态下森林生态系统碳周转时间的空间分布格局.研究结果表明:数据-模型融合技术能有效地反演中国森林生态系统碳循环过程模型中的关键参数,从而很好地模拟中国森林生态系统的碳循环过程;反演的中国森林生态系统的碳周转时间在空间上存在很大的异质性,其值大多介于24～70年之间;不同森林类型的统计结果表明,落叶针叶林与常绿针叶林的平均周转时间最大(分别为73.8与71.3年),其次是混交林与落叶阔叶林(38.1与37.3年),而常绿阔叶林的值最小(31.7年);从全国尺度看,中国各种森林生态系统总的碳周转时间的均值为57.8年.     

阿姆河右岸麦捷让地区碳酸盐岩储层流体检测研究

阿姆河右岸麦捷让地区碳酸盐岩气藏非均质性强,储层横向厚度变化大,前期研究多结合地震波场模拟进行储层预测,气藏流体检测工作较少,新钻井情况表明内部流体关系复杂,需要开展流体检测工作对气藏内部流体分布进行全面认识.本文从岩石物理模型入手,分析石灰岩纵横波速度、弹性参数与岩石基本性质之间的定量关系,寻找对流体敏感的弹性属性,认为纵横波速度比能较好地识别气水分布.通过测井弹性参数交会和流体替换,以实际资料验证岩石物理分析结果并选择气藏敏感参数,建立了适合本地区的气藏预测模版.利用叠前时间偏移得到的共反射点道集,开展三维叠前同时反演,利用反演结果进行了储层流体识别.预测结果与验证井吻合良好,且含气分布范围揭示了两个气藏存在.     

黄陵矿区2号煤层构造应力场分析

煤层构造应力场与煤与瓦斯突出和煤层裂隙分布带范围密切相关.黄陵矿区煤层中瓦斯含量较高,分布不均是矿井安全生产的重要隐患.基于该区地震、地质和测井数据,本文对三维地震数据体进行精细的构造解释,用反演法建立了地质力学模型,并确定岩石力学参数,运用有限元理论和弹性计算力学对矿区三维构造应力场进行了数值模拟,得到黄陵矿区2号煤层地质构造带应力场分布特征,模拟结果与井田宏观及微观构造信息一致.这对预测该区裂隙分布带,煤与瓦斯突出等具有重要的指导意义.     

洞庭湖荻-苔草群落交错带植被动态及影响因子——以北洲子洲滩为例

近年来,受全球变化及高强度人类活动的影响,洞庭湖湿地群落分布带不断下移,引发了人们对其湿地服务功能下降的担忧.以洞庭湖北洲子洲滩为例,采用野外样带调查和室内分析相结合的方法,对洞庭湖湿地荻-苔草群落交错带植被和环境特征进行研究,以期揭示荻-苔草群落交错带动态变化和影响其变化的关键环境因子.结果表明:土壤含水量随高程增加呈逐渐降低的趋势,土壤总碳、总氮、总磷含量和p H值在样带间差异显著,但土壤电导率和总钾含量在样带间无显著差异.各样带物种丰富度和香农指数随高程增加整体上呈先降低再增加的趋势.荻生物量随高程增加呈逐渐增加的趋势,而苔草生物量呈先增加后减少的趋势.典型相关分析表明,土壤含水量与二者生物量及群落丰富度、多样性间具有很好的相关性,表明土壤含水量是调控该群落交错带植被动态变化的关键环境因子.     

婆罗洲北部岩石密度和磁化率特征及其对南海南部前新生界岩性识别的约束

基于540块样品的体积磁化率-比重测量和矿物-岩性鉴定结果,分析了婆罗洲北部岩石类型、密度、磁化率特征,据此明确重磁资料对于南海南部中生界岩性识别的适用性.结果表明婆罗洲北部发育3类25种岩石,以发育中基性火成岩和外碎屑沉积岩为主,发育少量内源沉积岩、酸性火成岩和变质岩.具有极强磁性-强磁性,高密度-中等密度特征的岩石多为火成岩和凝灰质砂岩及其变质岩.弱磁性-无磁性、中等-极低密度特征的岩石多为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和煤等.弱-逆磁性、高-中等密度的岩石多为灰岩和硅质岩.新生界岩石具有密度较低、磁化率中等的特征.中生界岩石具有密度中等、磁化率中高的特征.前中生界岩石具有密度高、磁性低的特征.结合分布特征可知,前中生界岩石产生局部弱重力异常,中生界沉积岩产生区域性的负重力异常,火成岩产生区域性的正重力异常.南海南部的区域性高磁力异常来源于中生代的基性火成岩(及其变质岩),区域性中等磁力异常可能来源于酸性火成岩(及其变质岩).据此进行了南海南部中生界岩性的识别,结果表明南海南部存在大面积的中生界沉积岩分布区,认为南海南部中生界地层具有油气勘探潜力.     

川东北双庙场构造嘉二段储层综合预测

双庙场构造嘉二段储层以白云岩储层为主;白云岩储层物性较好,主要为裂缝-孔隙型储层,储集空间主要为晶间溶孔、裂缝.文中根据构造应力场理论、地震波频率衰减及裂缝检测理论,运用构造应力场数值模拟分析、裂缝各向异性属性分析、FVO分析、叠前弹性波阻抗反演及衰减属性分析等方法,充分利用现有的地质、钻井、测井资料和叠前、叠后地震数据,对双庙场构造嘉二段储层开展联合预测,搞清了裂缝发育与地层岩性、应力分布以及构造发育之间的关系,明确了裂缝的走向、密度及白云岩有利储层发育部位,预测了有利储层的分布范围.实际资料应用表明,用该套方法识别裂缝-孔隙型储层是有效和可靠的,可以检测出有利的储层发育带.     

综合物探方法在山北地区花岗岩型铀矿勘查中的应用研究

广德县山北地区位于下扬子地块皖南褶断带绩溪穹褶断束北缘,属于典型的花岗岩型铀矿(化)分布区.为研究该地区的铀矿(化)分布特征,寻找隐伏铀矿体,本文通过开展地面伽玛能谱、可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、土壤氡气等综合物探方法,有效地发现与成矿有关的地球物理异常,结合地质资料,推断了与矿化体有关的岩体接触带和构造发育情况,圈定找矿靶区,并于后期开展的钻探验证工程中辅以伽玛测井定量确定异常铀矿化分布情况.研究结果表明,地面伽玛能谱测量能有效圈定与铀成矿有关的异常靶区;可控源音频大地电磁测深垂向分辨力高,能较准确探测花岗岩体厚度,推断断裂构造发育情况;土壤氡气测量能准确指示深部铀矿化信息.因此合理选用多种物探方法有助于提高地质找矿效果.