海绵骨针特性及其仿生学研究

海绵是生长在海洋或淡水环境中的一种最简单的多细胞生物,3个主要海绵纲中有2个纲的海绵其主要骨架与支撑是玻璃纤维状的硅质骨针。近年来,人们发现了硅质海绵骨针独特的微结构及良好的光纤特性,特别是指出了这些特性给人类带来制造光纤的新思路,并很快引起了科学家对其结构、特性、生长机制与调控的生物学、生矿物学和仿生学的广泛研究兴趣。评述了海绵骨针内部结构和光学特性的发现、海绵骨针研究的热点领域及研究意义,并简要介绍了海绵骨针的国内外研究概况及主要工作。     

陕南镇巴筇竹寺期的海绵骨针化石

在陕南镇巴下寒武统西蒿坪段和水井沱组下段的碳酸盐地层中含有大量保存完好、类型多样的海绵骨针化石。基于形态描述法,对海绵骨针化石进行了详细的形态描述及产地与层位判断。结果表明：根据与其共生的小壳化石和三叶虫等生物地层学资料,发现这些海绵骨针化石属于筇竹寺期;该区海绵骨针类型不仅包含有形态规则的二轴四射骨针、三轴六射骨针、三轴五射骨针,而且还有形态不规则的四轴四射骨针、五轴五射骨针、尖头星状骨针、二歧分叉式骨针等;其中的四轴四射骨针、五轴五射骨针、五刺尖头星状骨针、二歧分叉二射式骨针为本次发现的新类型,极大地丰富了海绵骨针的类型。陕南镇巴筇竹寺期海绵骨针化石的数量以及分异度快速增加,充分说明海绵动物在陕南地区寒武纪早期开始大量繁盛并且迅速演化。     

寒武纪早期澄江生物群小细丝海绵属新材料

文章描述了云南寒武纪早期澄江生物群小细丝海绵属一新种——螺旋小细丝海绵（Leptomitella spiralis sp. nov.）。新种 具有横向骨针束围绕海绵体呈螺旋状排列的典型特征，明显区别于属内其他种；此外，在外部形态和骨针类型上与属内其他种 也存在较大差异。新种的发现增加了Leptomitella种间形态结构的多样性，也为海绵动物的早期演化及寒武纪海绵动物辐射演 化研究提供新的化石资料。     

云南寒武纪早期澄江生物群中原始海绵科似斜纹海绵属新种

本文报道澄江生物群似斜纹海绵属Paradiagoniella的两个新种：橄榄形似斜纹海绵P.oliviformis sp. nov. 和锥形似斜纹海绵P. conicasp. nov. 。两个新种具有似斜纹海绵属的基本特征：体壁薄;由排列不规则、分级的十字骨针为基底构成骨骼;除十字骨针外,还穿插排列有五射针、六射针、弯弓形和针形双尖单轴针等。然而与模式种不同,两个新种十字骨针分级不明显;同时,两个新种在外形、骨针组成、最大十字骨针射长比等方面,与本属的其他种都存在明显差异。新材料的发现增加了寒武纪早期原始海绵物种多样性,为研究海绵动物早期起源演化提供了新信息。     

寒武纪早期澄江生物群小细丝海绵属新材料

文章描述了云南寒武纪早期澄江生物群小细丝海绵属一新种--螺旋小细丝海绵（Leptomitella spiralis sp. nov.）。新种 具有横向骨针束围绕海绵体呈螺旋状排列的典型特征,明显区别于属内其他种;此外,在外部形态和骨针类型上与属内其他种 也存在较大差异。新种的发现增加了Leptomitella种间形态结构的多样性,也为海绵动物的早期演化及寒武纪海绵动物辐射演 化研究提供新的化石资料。     

硅质海绵骨针矿化机制及仿生应用研究进展

硅质海绵动物是地球上最简单、最古老的多细胞动物,它经几百万年的自然进化成就了适应自然和接近完美的技术蓝图,为人类利用纳米生物技术仿生合成生物无机矿物材料提供了一种崭新的节能和"环境友好"技术,在光纤、微电子和生物医学材料等领域具有广阔的仿生应用前景.生长在深海1000 m以下水深的单根海绵动物的根须骨针长达3 m,是世...     

澄江生物群具重要演化意义的原始单轴针海绵新属种——Ovulispongia multa gen. et sp. nov

本文描述了云南寒武纪早期澄江生物群中原始单轴针海绵化石一新属种——群体小卵海绵Ovulispongia multa gen. et sp. nov.。群体小卵海绵为小型薄壁海绵，整体呈卵形，骨骼双层，由四个方向的单轴骨针穿插成网状，左倾方向和右倾方向骨针与水平骨针和纵向骨针斜交呈45度角；骨针之间无叠接；海绵体无口须和根须。群体小卵海绵在外部形态和骨架类型上与其他的原始单轴针海绵存在明显差异，其半紧密型骨架处于无规则排列的鬃毛海绵骨架和规则排列的细丝海绵骨架之间。另外新材料显示在海底固着取食的生态环境中，新属种用高密度的个体分布来获得竞争优势。群体小卵海绵独特的过渡形态的骨架结构和高密度生态分布为研究古生代原始单轴针海绵的骨架演化与生态空间扩张之间的关系提供了线索，也为研究寒武纪早期海绵动物的起源和多样化提供新的化石材料。     

瓮安生物群中海绵化石的新证据

近年来笔者依据现存的瓮安生物群中一些海绵及动物胚胎化石标本的研究，对那些可能的球形海绵体及有争议的海绵幼虫标本进行了简略的评述。本文提供的保存完好的具单轴骨针的球形海绵体化石及可能的海绵幼虫标本，对于陡山沱期出现海绵动物的推测提出了新的证据。     

用功能形态分析对寒武纪分类位置有疑问的古杯动物的生态学解释

古杯动物是寒武纪海洋中分布最广泛,并具钙化骨骼的生物类别之一。它们在寒武纪又明显地完全绝灭,导致很难说明其系统分类位置。仅仅根据其形态学的标志,它们被置于不同的藻类、原生生物、海绵类等。最终,它们被作为一个独立的门,然而,几乎无人对其生态学进行探讨。对现生及化石钙质海绵研究的新进展允许我们对古杯的一些问题做一新的探讨:1)已发现海绵动物的骨骼或许并非骨针构成(Vacclet,1977);2)海绵动物和古杯动物的骨质纤     

白令海表层沉积物中硅质生物的变化及其环境控制因素

中国首次北极科学考察在白令海采取了12个表层沉积物样品, 其中对硅质生物和陆源碎屑的详细研究发现, 它们主要由硅藻、放射虫和海绵骨针组成.其中, 硅藻在样品中的丰度均占绝对优势, 高出放射虫和海绵骨针一个数量级.它们与环境控制因素关系的分析表明, 硅藻、放射虫和海绵骨针丰度的高低及其保存程度与深度、温度、盐度和受大规模季节性气候变化控制的表层海水的高营养和高生产力, 以及陆源物质输入的变化密切相关.这一研究结果对白令海第四纪的古气候与古海洋学研究具有十分重要的意义.      

Silica diagenesis in Eocene shallow-water platform carbonates, southern Pyrenees

Spectacularly developed lower Eocene chert in the Corones platform carbonates of the Spanish Pyrenees is concentrated within a restricted, brackish-water, laminated ostracod-rich facies, which also contains abundant sponge spicules. The chert occurs as nodular, bedded and mottled varieties, and four petrographic types of quartz are developed: microquartz; length-fast (LF) chalcedony; megaquartz; and microspheres. δ¹⁸O values of chert range from 29·6‰ to 30·9‰ (SMOW), which correspond to a broad isotope rank common for biogenic and diagenetic replacement cherts. Calcian dolomite crystals with high Fe and Na are disseminated within the microquartz and LF-chalcedony, but are absent from the megaquartz and host carbonate. The chert is closely associated with desiccation cracks and with interstratal dewatering structures. Load casts are silicified, and laminae rich in sponge spicules are convoluted. Early cracks related to dewatering are filled by microquartz and quartz cements. Ostracod shells within chert are locally fractured; those in the host carbonate are commonly flattened. Late fractures are filled by LF-chalcedony and megaquartz. There is much evidence for the dissolution of sponge spicules and their calcitization in the carbonate host rock. Silica for the Corones cherts was derived from sponges during early diagenesis and shallow burial. Early mechanical compaction and sediment dewatering played a major role in sponge spicule dissolution, migration of silica-rich fluids and the consequent precipitation of chert. Quartz cements continued to be precipitated into the burial environment.     

Boron in siliceous materials as a paleosalinity indicator1

The ¹⁰B(n, α)⁷Li nuclear reaction has been used with alpha-sensitive plastic track detectors to determine boron concentrations in siliceous live-collected and fossil sponge spicules. This radiographic technique allows B determinations with 5–6% uncertainties on objects 20–25 μm in diameter and for concentrations as low as 0.5 ppm. Boron concentrations in spicules from different specimens from the same location agreed to within 10% when the spicules were not: (1) smaller than 20 μm in diameter, (2) from dictyonine skeletons, (3) the extremely large root-like spicules found in some soft substrate hexactinellids, or (4) microscleres. These criteria also applied to spicules found in sediment samples. Spicules from live-collected sponges exhibited a taxonomy-independent correlation of B concentrations with water salinity for samples from regions of low water temperature and high productivity. Measured concentrations ranged from nearly 0 ppm B (freshwater sponges) to 500–700 ppm (marine sponges), with intermediate values for brackish-water specimens. However, spicules from tropical, low-productivity marine locations contained markedly less boron than spicules from temperate, high-productivity regions. Thus, water temperature and/or food supply also seem to influence B concentrations. Pleistocene spicules from deep-sea cores contained less boron than was expected in comparison with live-collected spicules based on present water temperatures and nutrient supplies, but B concentrations did not vary with depth in the cores. Infrared spectroscopy, electron microprobe analysis and visual inspection revealed no evidence for chemical or mineralogic alteration. It is not clear whether the lower B concentrations of the Pleistocene samples are the result of diagenetic processes or the as yet undefined effects of differences in food supply and/or environmental conditions.     

贵州凯里寒武系底部硅质岩系生物组成、沉积环境与烃源岩发育关系研究

贵州凯里麻江地区羊跳剖面寒武系牛蹄塘组底部发育了一套3.2m厚的硅质岩系。通过对其进行高频逐层采样68件,根据沉积环境-生物组成-烃源岩形成的思路,精细分析了生物组成及有机碳TOC含量,进而讨论了沉积环境与烃源岩发育的关系。结果表明,该剖面生物组成多样,包括有浮游藻、底栖宏观藻、疑源类、海绵骨针、须腕动物蠕虫等,并可归纳为三大类生物微相:浮游藻类、底栖藻类、其它生物类型。不同藻类体和不同疑源类所反映的水体深度特征显示,该套烃源岩沉积经历了先水进后水退的过程,水体深度最深时期,底栖红藻和Heliosphaeridium longum-Asteridium tornatum疑源类组合发育,烃源岩有机碳含量也较高(TOC平均值为4.73%,最高可达13.97%),说明利于烃源岩发育。总体而言,不同生物微相烃源岩TOC含量不同,底栖藻类(平均值3.50%)浮游藻类(平均值1.46%)其它生物类(平均值1.0%)。而须腕动物蠕虫和海绵动物的发现反映了热液环境,受热水事件影响强烈的样品TOC最低(TOC含量为0.90%和0.94%),说明热液活动强烈对烃源岩发育可能具有一定的不利影响。     

山东省临朐—沂水地区橄榄玄武岩地质特征及开发利用研究

玄武岩纤维是国际上重点发展的新材料之一,附加价值极高。以天然玄武岩拉制的连续纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料,具有强度高,电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。笔者等通过对山东省临朐—沂水地区橄榄玄武岩地质特征、岩相学特征及岩石地球化学特征进行分析研究,发现产出于中新世临朐群牛山组偏基性火山岩的致密块状橄榄玄武岩,是拉丝纤维用的理想原矿石。笔者等梳理了国内部分生产企业和学者研究关于天然玄武岩成功拉丝的研究进展,分析研究了山东省临朐—沂水地区橄榄玄武岩影响连续纤维用玄武岩矿拉丝性能的七大参数指标,结果表明,研究区橄榄玄武岩除酸度系数偏低外,各项参数均符合连续拉丝纤维生产各项指标,可为后续开展纤维用玄武岩地质调查工作提供参考,助力资源的开发利用研究。     

山东省临朐—沂水地区橄榄玄武岩地质特征及开发利用研究

玄武岩纤维是国际上重点发展的新材料之一,附加价值极高。以天然玄武岩拉制的连续纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料,具有强度高,电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。笔者等通过对山东省临朐—沂水地区橄榄玄武岩地质特征、岩相学特征及岩石地球化学特征进行分析研究,发现产出于中新世临朐群牛山组偏基性火山岩的致密块状橄榄玄武岩,是拉丝纤维用的理想原矿石。笔者等梳理了国内部分生产企业和学者研究关于天然玄武岩成功拉丝的研究进展,分析研究了山东省临朐—沂水地区橄榄玄武岩影响连续纤维用玄武岩矿拉丝性能的七大参数指标,结果表明,研究区橄榄玄武岩除酸度系数偏低外,各项参数均符合连续拉丝纤维生产各项指标,可为后续开展纤维用玄武岩地质调查工作提供参考,助力资源的开发利用研究。     

Chertification histories of some Late Mesozoic and Middle Palaeozoic platform carbonates

A consistent pattern for the silica sources, depositional environments and timing of chertification was observed in a diverse suite of five Late Mesozoic and Middle Palaeozoic carbonate sequences; the (1) Upper Greensand (Cretaceous) and (2) Portland Limestone (Jurassic) of southern England, (3) the Ramp Creek Formation (Mississippian) of southern Indiana, and the (4) lower Helderberg Group (Devonian) and (5) Onondaga Limestone (Devonian) of New York State. Nodular chert formation in all five limestone sequences occurred in sediments that were largely uncemented. Ghosts of pre-chertification carbonate cements are present in some chert nodules but are volumetrically minor. In every limestone sequence except the Upper Greensand, chertification occurred after burial to a depth sufficient for intergranular pressure solution and mechanical grain deformation of carbonate sand. Nodular chert is most abundant in subtidal, normal marine wackestones and mudstones that were deposited at or below fair-weather wave base, and is absent or rare in supratidal, intertidal and high-energy subtidal limestones and dolomites. An intraformational sponge spicule silica source for chert nodules is suggested by direct evidence, such as calcitized sponge spicules in the host limestone, and circumstantial evidence, such as ghosts of sponge spicules in chert nodules and a correlation of chert abundance with depositional environment. Most molds of siliceous sponge spicules were apparently obliterated by post-chertification intergranular compaction. We propose that these general trends for the depositional environments, silica sources and timing of chertification are representative of most Mesozoic to Middle Palaeozoic platform limestones.     

植入式光纤传感器在隧道结构中的边界效应研究

为探究植入式光纤传感器与隧道衬砌的应变传递的边界效应,分别从理论、试验和现场应用3个方面进行研究,并在实际工程中进行了验证。构建了光纤在混凝土衬砌中的应变传递模型,进行光纤应变传递机制分析,计算了光纤应变传递效率,并与数值计算结果对比,验证了力学计算模型的准确性。使用钢筋混凝土梁模拟隧道的混凝土衬砌,在其表面植入分布式光纤,进行了2组试验。对试验梁进行分级加载并使用BOFDA技术对光纤进行测试。试验结果表明：植入式光纤传感器存在边界效应,结构两端为光纤的低效率应变传递区,不能完全传递试验梁的应变;试验梁中部为光纤的高效率应变传递区,能够完全传递试验梁的应变。基于以上研究成果,在北京市新机场线地铁暗挖隧道CRD工法区间,采用植入式工艺在隧道衬砌内布设了分布式光纤传感器,进行了工程应用研究。监测结果表明,边界效应对工程监测结果影响很小,分布埋入式光纤布设工艺是可行的。该研究可为分布式光纤技术在地下工程结构监测中的应用提供参考。