南海北部近海陆架表层沉积物类型及其稀土元素特征

对采自南海北部近海陆架区273个表层沉积物样品进行了系统的粒度及常微量和稀土元素分析。依据粒度分析结果,采用福克沉积物分类法,判断本区沉积物类型主要为砂质粉砂和粉砂,两者约占总样品数的60%,其次为泥、砂质泥、泥质砂和粉砂质砂,约占总样品数的27%。稀土元素的分析结果表明,研究区沉积物的稀土总量变化范围为21.34~244.15μg/g,平均值为155.26μg/g,与中国黄土的稀土总量(平均值171μg/g)相近,而与深海粘土沉积物的稀土总量(平均值411μg/g)差异较大,具有明显的亲陆性。稀土元素富集和分布主要受沉积物类型及水动力条件的影响,本区不同类型沉积物的稀土元素含量差异较大,稀土元素主要富集在粉砂、砂质粉砂、泥和砂质泥等几种类型的沉积物中;ΣREE等值线呈近似平行海岸的条带状分布,总体上,随着离岸距离的增加稀土元素含量逐渐降低,其中最高含量位于珠江口西侧、上下川岛、海陵湾等附近海域,这一特征可能与南海北部珠江口自东向西发育的沿岸流有关。但本区不同类型沉积物的稀土元素配分模式很相似,且与周边几条主要河流及上地壳稀土配分模式基本一致,表现为轻稀土强烈富集,具有明显的Eu负异常,而Ce无异常,表明其为典型的陆源沉积且源区具有一致性。进一步的分析表明,本区的沉积环境相对比较稳定,沉积物主要来源于华南大陆的花岗质母岩,并且大部分物质是通过珠江而带入。     

南海表层沉积物铅的环境质量状况及其来源的铅同位素示踪

表层沉积物中的铅除主要在河流的入海口的浅海陆架区富集外,在深海的中央海盆区由于粒度效应亦有一定的富集,火山物质的加入不是富集的主要原因。南海表层沉积物铅的背景值计算表明,陆坡区铅背景值（2118×10-6±1264×10-6）与陆坡区柱样铅含量实测值接近,深海盆区背景值（2787×10-6±782×10-6)低于深海盆区柱样铅含量实测值。陆架区铅背景值（1957×10-6±1995×10-6）,低于中国海岸带铅背景值,全区铅背景值（2287×10-6±1454×10-6)与全球页岩铅的平均值接近,深海盆区的铅背景值（2 787×10-6±782×10-6)远低于现代深海粘土铅含量。南海沉积物铅的分布特征和背景值计算表明,南海沉积物铅含量变化总体处于自然变动范围内,除河流入海口出现异常外,大部分站位的铅含量均在正常范围内。地质累积指数法和富集因子计算结果表明,南海表层沉积物总体无铅污染,只是在近岸的珠江口区和台湾岛西南部浅海区沉积物受到了轻度的污染。南海表层沉积物的铅同位素在陆架区、陆坡区和深海盆变化趋势基本相同,指示南海不同海区沉积物中铅具有相似的主体来源。南海表层沉积物铅同位素继承了扬子块体的铅同位素组成特征,其铅同位素处于在红河和湄公河河流沉积物钾长石铅同位素值范围之内,指示红河、湄公河和珠江等河流将扬子块体的陆源铅输入到了南海沉积物中。     

南海表层沉积物中细粒组分的稀土元素地球化学特征

对南海表层沉积物中的细粒组分进行电感耦合等离子体质谱法测试, 探讨南海稀土元素分布特征及其影响因素.结果表明, 南海表层沉积物中稀土元素分布主要与陆源物质输入、生物活动和火山物质补给密切相关.南海细粒组分的配分模式与中国黄土的接近, 与周边的珠江、湄公河等河流输入物质也有相似性, 而与南海碱性玄武岩存在显著差异, 表明南海沉积物主要来自于周边大陆.稀土元素趋势分析表明, 珠江口往外至海南岛南部海域中沉积物朝东南方向向陆坡输送; 台西南至珠江口往外海域沉积物大多向南输运; 吕宋岛西部海域包括黄岩岛附近海域的火山物质主要向西北方向输送, 向西可达113°E、向北可至20°N附近; 南海南部沉积物整体上向南沙海槽西北部附近海域输送.      

南鸟岛东南部海域沉积物地球化学特征及其稀土资源指示意义

为了深入了解南鸟岛东南部海域表层沉积物的物质来源及其沉积环境和稀土元素富集情况,对大洋40航次在该区获取的深海沉积物岩心进行了主量、微量以及稀土元素含量测试分析。结果表明:沉积物为典型的深海黏土沉积。稀土元素标准化配分模式及La/Yb、La/Tb等结果表明,研究区沉积物物源受陆源物质主导,同时海山玄武岩及其风化产物与硅质沉积也有一定的贡献;结合δCe值与微量元素相关比值分析,研究区总体为稳定的偏氧化环境;区域内稀土元素富集主要受生物磷酸盐控制,并同时受到铁锰氧化物的影响;受陆源物质沉积作用的广泛影响,区域内表层沉积物中稀土元素质量分数偏低,但随深度增加,稀土元素富集程度规律性渐次升高。根据CaO/P_2O_5-w(ΣREY)相关性非线性拟合,推测在710 cm以下深度可能有富稀土元素深海沉积物的分布。     

北京平原沉积物稀土元素地球化学特征及物源意义

文中总结了北京平原永定河、潮白河流域钻孔沉积物中稀土元素分布特征,两流域沉积物稀土元素总量∑REE、轻重稀土比(LREE/HREE)及轻(La/Sm)N、重(Gd/Yb)N稀土分馏特征差异较为显著。粒度对沉积物稀土分布(总量、轻重稀土比及分馏特征)有一定影响;各流域沉积物均表现为轻稀土相对富集、弱Eu负异常的球粒陨石标准化曲线。细颗粒沉积物稀土分馏特征(La/Yb)N有较好的物源示踪意义。根据沉积物(La/Yb)N值对永定河、潮白河交互沉积区不同深度沉积物进行了物源示踪,不同深度上沉积物来源不同。此外,同一流域上、中、下游沉积物稀土分馏特征不同。常量元素Al2O3/Fe2O3与稀土元素(La/Yb)N划分结果相符,但精度低于稀土元素物源分析。     

中国大陆架海底沉积物中的稀土元素

选择渤海、黄海、东海和南海有代表性的大陆架沉积物样品,利用X射张荧光光谱法测定了15个稀土元素。中国大陆架沉积物稀土元素的丰度为156ppm,相对接近于中国黄土和花岗岩的丰度,而与太平洋沉积物的丰度相差较远,具有明显的“亲陆性”。稀土的配分模式旦显著的负斜率,属陆壳稀土的典型特征。稀土含量受沉积物粒度控制。实验表明稀土主要以类质同像存在于粘土矿物之晶体构造中。根据数理统计,稀土与亲陆源粘土矿物的元素为一类,彼此呈正相关;与亲海洋生物的元素为负相关。事实说明中国大陆岩石的风化和搬运,是中国海大陆架沉积物中稀土的主要物质来源。     

印度洋洋盆BC02站位表层沉积物地球化学特征及其物源指示意义

沉积物类型和物质来源对于深海固体资源的勘探调查和成矿理论研究具有重要意义。近年来的相关研究表明,中印度洋洋盆南部可能分布富含稀土元素的深海黏土沉积区和含铁锰结核硅质沉积区,但是目前该区域相关研究较少。对大洋第34航次在中印度洋洋盆所获取的BC02站位箱式沉积物样品进行了主量元素、微量元素以及稀土元素含量分析测试,结果表明,研究区沉积物主要为硅质生物沉积,可能有陆源物质和火山物质的输入,但是贡献均较少,没有发现铁锰结核存在,该区域受较强烈的硅质生物沉积稀释作用,区域内稀土元素的质量分数平均值为265.41×10-6,富集程度和富集特征与正常的硅质软泥基本一致,而与中印度洋洋盆和Wharton海盆已经发现的富稀土深海黏土明显不同,沉积环境为稳定的偏氧化环境。     

曼达岬海盆渐新世-中新世沉积物的稀土元素组成及其物源指示意义

为了探究东南印度洋曼达岬海盆(Mentelle Basin)内沉积物的源-汇过程,利用国际大洋发现计划(IODP)369航次在该海盆内获取的渐新世-中新世岩心沉积物,进行了稀土元素(REE)组成特征及其控制因素和物源指示意义的研究.结果显示,与球粒陨石、上地壳(UCC)和澳大利亚后太古代页岩(PAAS)这三种标准物质相比,所研究沉积物的稀土元素含量(ΣREE)与轻/重稀土含量比值(ΣLREE/ΣHREE)等总体特征与UCC最为相近,其UCC标准化后的稀土元素配分模式则呈现出轻稀土稍富集的整体平缓特征.样品的ΣREE与稀土分馏指标(La/Yb)_UCC和(Gd/Yb)_UCC明显受控于粒度效应与风化作用,而ΣLREE/ΣHREE、δEu、(La/Sm)_UCC和(Sm/Nd)_UCC则基本不受上述两种作用的影响.UCC标准化后的稀土元素配分模式、基于稀土元素组成的物源判别函数以及Zr-Th-Sc物源判别三角图均表明伊尔冈克拉通是所研究沉积物最可能的物源区,并且该物源区的主要源岩在13 Ma时由中基性岩向酸性岩...     

太平洋表层沉积物中稀土元素分布特征及其资源意义

笔者对129°W—88°E,50°S—41°N太平洋区域内的190站表层沉积物中稀土元素进行了研究,结果表明:稀土元素主要赋存于沸石黏土、远洋黏土沉积物中,其稀土元素总量(∑REY)变化范围分别为(169.23~1632.91)×10-6和(48.58~1301.31)×10-6,平均值分别为701.84×10-6和441.65×10-6;硅质、钙质及热液沉积物对稀土元素有明显的"稀释"作用,尤其在钙质软泥和热液沉积物中稀土元素质量分数很低。从分布区域看,稀土元素主要富集于东太平洋CC区(克拉里昂—克里伯顿断裂带),该区域74站样品中有17站沉积物的∑REY质量分数超过530×10-6,且这些站位分布相对集中;在东南太平洋和西太平洋区域仅有零星站位富集,但富集程度极高(最高质量分数可达1632.91×10-6),大多数站位的沉积物中稀土元素质量分数较低(质量分数低于348×10-6);在靠近陆地的环太平洋区域,由于受到陆源物质的严重影响,沉积物中稀土元素质量分数普遍偏低。绝大多数沉积物中稀土元素都存在明显Ce负异常的轻稀土亏损特征(有172站沉积物中δCe小于0.95),稀土元素的配分模式与北太平洋表层海水的亏损轻稀土的"左倾"模式相近,而与代表陆源物质的中国黄土、黄海陆架沉积物的弱富集轻稀土的"右倾"模式差异显著;稀土元素与P2O5、Mn O、Ni、Cu、Zn、Ba等呈明显正相关性,与SiO 2、TiO 2、V、Cr、Ca和Sr等呈负相关。借鉴离子吸附型矿床中稀土元素资源分类标准,将表层沉积物中稀土元素划分为非富集型、弱富集型、富集型和极富集型4个等级,将富集型和极富集型等作为可能具有资源潜力的沉积物。研究发现,可能具有资源潜力的沉积物主要分布于4063~5540 m水深范围内,且以沸石黏土和远洋黏土为主,有极少量的富硅质沉积;在水深浅于4000 m的沉积物中,由于钙质质量分数高而使得稀土元素被"稀释";水深超过5600m则由于黏土质量分数升高,导致沉积物中稀土元素相对富集程度降低。此外,统计还发现,可能具有资源潜力的沉积物中,伴生元素质量分数特征表现为:w(Co)≥33.70×10-6,w(P2O5)≥0.51%,w(Mn O)≥0.12%,w(Ca O)≤20%。     

中国东部海域表层沉积物稀土元素赋存特征及物源探讨

通过中国地质调查局近20年对中国东部海域的高精度调查取样,对渤海、黄海和东海表层沉积物中的稀土元素数据进行了系统总结,旨在揭示其赋存特征、分布规律及其控制因素。结果表明,整个中国东部海域大致可以划分为4个稀土含量富集区,分别位于渤海西部泥质区、南黄海中部泥质区、济州岛西南泥质区以及东海内陆架泥质区,富集区内的表层沉积物稀土含量普遍高于180 mg/g;稀土元素的球粒陨石配分模式和UCC配分模式显示出各海域较为一致的总体特征,与中国大陆的稀土元素分配曲线类似,指示了较强的陆源特征。通过对稀土元素各特征参数的相关性分析,发现与中国东部海域稀土元素含量相关性最强的是δEu,呈明显负相关,其次是沉积物的平均粒径,呈明显正相关。利用δEu-(La/Yb) n物源判别图对这4个稀土含量富集区的样品进行判别,结果表明渤海西部泥质区和南黄海中部泥质区的沉积物具有同源性;南黄海东南部的济州岛西南部泥质区除了有来自长江和黄河物质以外,朝鲜半岛东南部的河流输入作用也不可忽视;东海内陆架泥质区北端的沉积物基本来源自长江,而南端则表现出不同的稀土分馏特征,很可能与闽浙沿岸和台湾岛中小河流的输入有关。大型河流和中小河流带来的物源、沉积物粒度以及海域流系格局控制了中国东部海域表层沉积物稀土元素的地球化学特征。     

基于逐元算法的地震勘探高精度谱元法数值模拟

针对复杂构造地震勘探,常规正演模拟算法存在精度和计算效率低的问题,笔者研究并提出了基于逐元算法的高精度谱元法数值模拟方法。基于波动方程强、弱形式,推导二维波动方程的谱元解法,进而利用逐元算法,无需形成全局矩阵,仅对于独立的小规模单元结构进行计算,提高计算效率,减少存储空间消耗。应用基于逐元算法的高精度谱元法对复杂金属矿模型进行数值模拟,得出本方法计算精度高、数值频散小,计算效率高。     

强度折减有限元法中的单元阶次影响分析

强度折减有限元法是当前较为有效的边坡稳定性评价方法,且应用越来越广泛。但影响强度折减有限元法的因素有很多,单元阶次是其中比较重要的一个。通过3个经典算例,这些算例分别是二维地基承载力问题、二维边坡和三维边坡问题,分析了单元阶次的选择对强度折减法的影响。计算结果表明：随着单元的增多,线性单元和二次单元都从大于真实解的一侧来逼近真解;相对于二次单元,由于线性单元过“刚”,因此,会过高地估计安全系数,对于实际工程会偏于危险,且误差大,二次单元的误差是线性单元误差的1/8左右。在采用系统最大位移收敛与否的评判标准的基础上,利用二次单元来进行强度折减分析,则可以弥补这种线性单元的不足,得到更加合理的安全系数。二次单元比线性单元更适合于强度折减有限元法。     

Elastoplastic analysis of jointed rocks using a coupled finite element and boundary element method

This paper presents a coupled, elastoplastic, finite element and boundary element method for the two-dimensional, non-linear analysis of anisotropic jointed rock. The non-linear and anisotropic behaviour of a jointed rock mass is simulated by representing the mass as an equivalent anisotropic, elastoplastic continuum, so that the influence of the jointing system is ‘smeared’ across the continuum, i.e. the individual joints are not modelled as discrete entities. Numerical examples have been solved to verify the capability, accuracy and efficiency of the present technique. The proposed technique has also been applied to the analysis of tunnel excavation problems in plane strain. The effects of anisotropy and non-linearity of the jointed rock mass during excavation have been investigated in some detail.     

Trace element and isotopic composition of baddeleyite

Summary Baddeleyite from Palabora Igneous Complex, South Africa, is among the purest natural ZrO₂ phases. This has been demonstrated by using various methods, i.e. microprobe, neutron activation, spark source and thermal ion mass spectrometry. HfO₂ with 1.87% is the only other major component. The concentrations of other HFSE are also relatively high, compared to most other elements, that reach only a few ppm.The REE display a U-shaped pattern that is interpreted to be superimposed by a strongly LREE enriched source component. The high⁸⁷Sr/⁸⁶Sr initial of 0.713085 and the negative Nd_t of –10.7 prove that this component was LILE enriched for a long time prior to the formation of the Palabora Igneous Complex. These data indicate that the baddeleyite crystallized from a magma which was derived from an enriched mantle reservoir, similar to that involved in the formation of group II kimberlites.

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Spurenelemente und Isotopenzusammensetzung von Baddeleyit

Zusammenfassung Baddeleyit vom Palabora Igneous Complex, Südafrika, gehört zu den reinsten natürlichen Vorkommen von ZrO₂. Dies wurde durch Analysen mit verschiedenen Methoden wie Mikrosonde, Neutronenaktivierung, Funken- und Thermionenmassenspektrometrie bestätigt. HfO₂ ist mit 1.87 die einzige andere Hauptkomponente, auch die Konzentrationen der anderen HFSE sind relativ hoch im Vergleich zu den anderen Elementen, die nur wenige ppm erreichen.Die REE bilden ein U-förmiges Muster, das als Ausdruck einer stark LREE angereicherten Komponente im Ausgangsgestein gedeutet wird. Das hohe⁸⁷Sr/⁸⁶Sr-Initialverhältnis von 0.713085 und das negative Nd_t von -10.7 belegen, daß diese Komponente über einen langen Zeitraum vor der Bildung des Palabora Igneous Complex angereichert gewesen war. Diese Daten deuten an, da der Baddeleyit aus einem Magma kristallisierte, das aus einem angereicherten Mantelreservoir stammte, ähnlich dem, das bei der Bildung der Gruppe 11 Kimberlite beteiligt war.

     

黔东南扒草金矿微量和稀土元素特征及其意义

扒草金矿产于黔东南下江群浅变质岩系中,是近年来新发现的金矿床。文章对其赋矿地层、蚀变围岩、不同成矿期石英脉的微量和稀土元素进行了研究。研究结果表明,赋矿地层与蚀变围岩的微量、稀土元素特征无差异。石英脉的稀土、微量含量低于地层和蚀变围岩,但其稀土元素配分模式、微量元素配分模式总体上与地层和蚀变围岩相似;所有样品在稀土元素三组分图中的投影均处于同一位置。不同成矿期石英脉对比发现,成矿早期石英脉的稀土配分模式与地层及蚀变围岩一致,而晚期石英脉的稀土元素配分模式发生了一些变化。即从早期到晚期,石英脉中W元素含量迅速降低,而V、Cr元素含量升高,特征值δTb、δTm由正异常变为负异常;微量元素曲线呈现地层、蚀变岩中的Sr均表现为负异常,而石英脉中大部分表现为Sr的正异常,少部分表现为负异常;石英脉的w(Y)/w(Ho)值与区域变质岩相似,但部分样品偏离区域变质岩的范围。总体认为,成矿物质主要来自于浅变质岩系,成矿流体主要为变质流体,但在晚期可能有其它流体的加入;石英脉富含LREE的同时富集部分HFSE,w(Th)/w(La)、w(Nb)/w(La)、w(Hf)/w(Sm)值均小于1,表明成矿流体为Cl-F-的流体体系;特征值δEu负异常、δCe无异常和w(Th)/w(U)值大于1.25,表明扒草金矿的成矿环境为还原环境。     

6节点无界元及其应用

推导了6节点无界元的相关公式,并采用VC++和Matlab混合编程的手段,设计了基于Windows操作平台的面向对象的有限元与无界元耦合分析软件。应用该软件,成功的对某大型水电站地下硐室群的稳定性进行了有限元分析和有限元与无界元耦合分析,验证了公式的正确性。分析表明,在无限域和半无限域的岩土工程问题中引入无界元可以达到消除“边界效应”和提高计算效率的目的。     

Thin-layer element for interfaces and joints

The idea of using a thin solid element, called a thin-layer element, in soil-structure interaction and rock joints is proposed. A special constitutive model is used and various deformation modes such as no slip, slip, debonding and rebonding are incorporated. The shear stiffness is found from special laboratory tests and the normal stiffness is assumed to be composed of participation of the thin-layer element and the adjoining solid elements. A parametric study shows that the thickness of the thin-layer element can be such that the ratio of thickness to (mean) dimension of the adjacent element is in the range of 0.01 to 0.1. A number of simple and practical problems are solved to illustrate the success of the thin-layer element for soil-structure interaction problems.     

Effect of element size on the static finite element analysis of steep slopes

The accuracy of the computed stress distribution near the free surface of vertical slopes was evaluated in this study as a function of the element size, including aspect ratio. To accomplish this objective, a parametric study was carried out comparing stresses computed using the finite element method (FEM) to those obtained from a physical model composed of photoelastic material. The results of the study indicate a reasonable agreement between a gelatin model and the FEM model for shear stresses, and an overall good agreement between the two models for the principal stresses. For stresses along the top of the slope, the height of the element tends to be more important than width or aspect ratio, at least for aspect ratios up to 4. In all cases, the greatest difference between the two models occurs in the vicinity of the slope. Specifically, if H is defined as the slope height, an element height of H/10 appears to be adequate for the study of stresses deep within the slope, such as for typical embankment analyses. However, for cases where tensile stresses in the vicinity of the slope face which are critical, such as for the stability analysis of steep slopes, element heights as small as H/32, or higher‐order elements, are necessary. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Thin flow element and the problem of ill-conditioning

The problem of ill-conditioning in anisotropic and heterogeneous flow regions using plane and axisymmetric conditions is studied. A new concept, conditioning ratio, which covers all the possible factors significantly affecting the problem of ill-conditioning (e.g. aspect ratio, heterogeneity and anisotropy) is proposed. It has been shown that there is an upper limit for this conditioning ratio, beyond which the stiffness matrix of the modelled region will be ill-conditioned. Using this limiting value and considering the fact that flow behaviour in a single fracture is, basically, independent of the value of permeability normal to the plane of the fracture, k₁, a criterion is established to calculate the value of k₁ for thin elements. By adopting this criterion the problem of ill-conditioning could be avoided, regardless of the value of the aspect ratio. The reliability of the proposed criterion is examined by using thin elements with very large aspect ratio (up to 10⁶) in modelling the pumping problem from a well fully intersecting a vertical fracture. The comparison of the numerical results with the available analytical solutions is found to be very satisfactory.