青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤CH_4氧化速率研究北大核心CSCD

CH4氧化是影响CH4排放通量的主要过程之一, 对CH4源汇效应起着重要作用.用实验室培养法对青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤在-10、-5、0、5、10和18 ℃等6个温度条件下1~72 h内CH4氧化速率进行研究. 结果表明： 正温条件下, 各层土壤CH4氧化速率呈现＂U＂型分布特征, 0~20 cm高、20~80 cm低、80~100 cm高;负温条件下, 各土层CH4氧化速率相对较低且无明显差异. -5、0、5、10和18 ℃时的CH4氧化速率分别是-10 ℃时的1.3、26.5、390.5、1 644.7和4 926.4倍, CH4氧化速率与温度之间呈现显著的指数关系. 正温条件下, 各深度平均的CH4氧化速率与时间呈现极显著的线性正相关关系;但CH4氧化速率变化范围存在着差异, 在0、5、10和18 ℃条件下, 各土层平均CH4氧化速率变异率为510%、173%、244%和179%, 0 ℃条件下的CH4氧化速率变异性最大. 在正温条件下, CH4氧化速率与土壤pH值存在负相关关系;冻土冻结时, CH4氧化速率与土壤pH值没有明显的相关性.     

煤及显微组分在超高温开放体系实验中动力学参数确立与天然气形成过程预测

通过对塔里木盆地煤及其显微组分以1K/min升温速率在开放体系下进行热模拟实验(Tmax=1200℃),确定了CH4与N2生成动力学参数。根据化学反应动力学原理,当煤岩生成CH4和N2为25个一级平行反应且具有相同频率因子(Ao=1.0×1013s-1)时,生成CH4与N2每个反应对应的活化能可以通过实验数据与理论计算拟合,获得Gaussian型活化能分布特征为:CH4在活化能为42～90kcal/mol内,煤、镜质组、壳质组、丝质组和半丝质组生成CH4的主频活化能分别为60、52、50、70和66kcal/mol;N2在活化能为60～108kcal/mol内,其主频活化能分别为74、108、100、108和102kcal/mol。根据这些实验动力学参数,推测了煤岩在地质升温速率为5.3K/Ma时CH4的转化率:CH4在地质温度为20℃时开始形成;当地质温度为160℃时,煤岩中CH4已生成总量的80%。镜质组和壳质组CH4转化率要高于煤岩。     

甲烷水合物恒温恒压分解过程研究

利用全透明蓝宝石釜及配套系统，采用恒定分解压力方法，在0℃以上和0℃以下两种情况下，测定了CH4水合物分解气量随时间变化数据，并考察了温度／压力推动力对分解速率的影响。实验数据表明，分解速率与推动力有关，推动力越大，分解反应速率越快。并分别建立了两种温度区间情况下的水合物分解动力学模型。当水合物分解温度高于0℃时，水合物的分解可以看作由本征反应速率控制；当温度低于0℃时，分解形成的水会迅速转化为冰，分解气体穿越水合物与冰之间的空隙扩散，分解过程可看作为冰－水合物界面的移动边界问题。采用以上理论的模型计算结果与实验所测的CH4水合物分解动力学数据吻合较好。     

水田和旱地土壤氧化甲烷的温度响应

为了探讨温度对农耕区土壤氧化CH4的影响,文中分别采用2种旱地（吉林暗棕壤和河北潮土）和2种水田土壤（江西水稻土和安徽水稻土）样品进行了4个温度下（5、15、25和35℃）氧化高浓度CH4的模拟实验研究。结果表明,4种土壤氧化高浓度CH。的最佳温度为25～35℃,除江西水稻土外,其余土壤在5和15℃没有表现出氧化高浓度...     

石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响

为探究石漠化治理对土壤中CO2、CH4变化特征及碳汇效应的影响,采用气相色谱法对重庆市南川石漠化治理示范区土壤中CO2、CH4浓度进行观测,结合土壤温度、土壤含水率、土壤容重和土壤有机碳对石漠化治理区（试验区）和对比区（未经过石漠化治理的荒草地）进行研究,并用溶蚀量数据估算岩溶区碳汇量。结果显示:土壤中CO2浓度随土壤深度的增加先增加后减小,变化范围为393～7 400 mg·L-1;而土壤中CH4浓度随土壤深度的增加先减小后增大,变化范围为1.13～3.42 mg· L-1。试验区土壤中CO2浓度均值为2 131 mg· L-1,CH4浓度均值为1.94 mg· L-1 ;而对比区土壤中CO2浓度均值为2 338 mg· L-1,CH4浓度均值为2.10 mg·L-1。土壤温度、土壤有机碳与土壤中CO2浓度变化趋势呈显著正相关关系,而与土壤中CH4变化趋势呈显著负相关关系,说明土壤温度和土壤有机碳是影响土壤中CO2、CH4浓度的主要因素;土壤温度与土壤中CO2浓度呈正相关关系且相关性随石漠化治理而变弱,说明经过石漠化治理土壤温度对土壤中CO2浓度的影响减弱。试验区岩溶试片溶蚀速率大于对比区,且经过石漠化治理,由岩溶作用产生的碳汇可提高0.66～9.42 t·km-2·a-1 ;说明石漠化治理对于岩溶区碳汇起到了促进作用。      

南海神狐海域天然气水合物注热降压开采数值模拟研究

针对南海神狐海域天然气水合物成藏条件,利用pT+H软件和水平井技术对天然气水合物的注热和注热降压开采效果进行了模拟分析。重点讨论了注入热水温度为30、60、90℃时水合物饱和度以及CH4气体饱和度、CH4产气率、累积CH4产气量和产水量的变化规律,发现两种开采模式下水合物低饱和度分布范围随时间增长和温度升高而增大;CH4产气率在开采10 d内升高较快,之后逐渐减小。模拟结果表明:注热降压开采模式比单纯注热模式的效果有较大改善,而且温度对于提高CH4产气量效果不明显,但因为天然气水合物藏的低渗透性,神狐海域的天然气水合物的CH4产气量不大。研究结果可为南海神狐海域和类似地区天然气水合物开采提供参考。     

氮气气氛下黄铁矿热分解的矿物相变研究

通过差热-热重分析、X射线粉末衍射（XRD）及磁化率分析等手段,对天然黄铁矿样品在氮气中受热发生的矿物相 变过程进行了综合研究。不同温度下黄铁矿煅烧产物的XRD物相分析结果显示,低于500℃时,黄铁矿无显著变化;随着 温度的升高（500~600℃）,黄铁矿开始转变为单斜磁黄铁矿,进而生成六方磁黄铁矿,磁化率显著升高;700℃~800℃的 煅烧产物主要为六方磁黄铁矿,磁化率明显下降,直至900℃进一步形成更稳定的陨硫铁（FeS）,磁化率接近于零。在黄 铁矿物相开始转变的温度（500~600℃）区间,黄铁矿生成单斜磁黄铁矿的速率大于单斜磁黄铁矿转化为六方磁黄铁矿的速 率;高温（700~900℃）时,黄铁矿转化为单斜磁黄铁矿的速率低于单斜磁黄铁矿转化为六方磁黄铁矿的速率,表现为黄铁 矿直接生成六方磁黄铁矿。     

安徽庐枞盆地罗河铁矿水岩反应化学动力学实验

选择罗河铁矿含矿围岩云辉粗安岩为研究对象,使用叠层反应器,进行了在22MPa、100～400℃的条件下水岩相互作用地球化学动力学实验,系统地研究了不同温度、不同流速下元素的溶解情况并计算出其溶解速率。实验发现,元素在溶液中的浓度随着流速、温度的变化而变化。大多数元素在溶液中的浓度随着温度的升高而增加,一般在300～400℃时浓度达到最大。溶解速率随温度的不断升高而发生变化,各种元素达到最大溶解速率的温度大多在200～400℃之间。但是各个元素的最大溶解速率对应的温度并不相同。流体的流速影响着元素的溶解速率,元素的最大溶解速率并不都是在最大流速时产生的。     

三江平原典型土地利用类型土壤呼吸强度 对温度的敏感性

采用实验室恒温培养方法对三江平原3种不同土地利用类型开发后的沼泽土和草甸土进行了温度敏感性研究。研究结果表明,在5℃、15℃、25℃和35℃ 4种不同温度条件下,各土壤类型的土壤呼吸速率均随温度的升高而增大。在同一温度条件下,3种土壤呼吸强度由弱到强依次是：草甸土-旱地<草甸土-水田<沼泽土-人工林。指数模型和乘幂模型均可以较好地描述沼泽土和草甸土土壤呼吸与温度之间的关系,土壤呼吸强度随温度的升高呈指数或乘幂上升。3种土壤的Q10值呈现出随温度升高而降低的趋势,表明土壤呼吸在较低温度下的温度敏感性更高。对未添加植物残体的纯土壤组和添加了植物残体的对照组进行对比研究,发现添加植物残体后土壤呼吸强度大大增强,因此野外实际的土壤呼吸强度要比通常室内实验中去除植物残体后所测定的土壤呼吸强度更高。     

实时高温下加载速率对花岗岩力学特性影响的试验研究

为综合考虑温度、加载速率两个因素对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在实时高温（25～1 000 ℃）作用下利用MTS810电液伺服材料试验系统对岩样进行不同加载速率作用下的单轴压缩试验。研究结果表明：（1）各个温度点,岩样单轴压缩应力-应变曲线大致经历了压密、弹性、屈服、破坏4个阶段。岩样峰后曲线在加载速率为0.001～0.01 mm/s出现台阶型分段跌落状,在加载速率为0.01～0.1 mm/s呈现光滑、陡峭的连续曲线。（2）岩样峰值强度、弹性模量随温度的升高可分为4个阶段：25～200 ℃区间为缓慢上升段;200～600 ℃区间为快速下降段;600～800 ℃区间为缓慢上升段;800～ 1 000 ℃区间为平缓下降段。1 000 ℃时的峰值强度和弹性模量相对于25 ℃时分别降低了53.47%和64.34 %。峰值应变与温度呈现三次多项式拟合关系。（3）岩样峰值强度、弹性模量与加载速率对数均呈现二次多项式增长关系,加载速率为0.1 mm/s时的峰值强度和弹性模量相对于0.001 mm/s时分别提高了38.82%和37.22%。岩样峰值应变与加载速率没有明显的对应关系。（4）单轴压缩状态下,随着温度的升高,花岗岩变形破坏形式由拉剪破裂向锥形破裂并伴随向碎性流动过渡,失稳型式由突发失稳向渐进破坏过渡。同一温度状态下,加载速率对岩样的破裂形式没有明显影响,但失稳型式发生了变化。     

塔东北库鲁克塔格中上寒武统白云岩岩石学、地球化学特征与成因探讨——与加拿大西部盆地惠而浦(Whirlpoolpoint)剖面对比

通过对比研究塔里木盆地东北缘库鲁克塔格隆起的乌里格孜塔格剖面与加拿大西部盆地寒武系白云岩的岩石学、地球化学及流体包裹体等特征,阐明了前者经历了三次主要白云岩(化)作用事件.①成岩早期-浅埋藏的粉细晶白云岩作用,Sr为42.75×10-6,Mn为315×10-6 ～506×10-6,Fe为0.2650％ ～0.403％;δ13 CpDB=一0.47‰ ～-0.28‰,δ18OPDB=-7.3‰ ～-7.43‰,87Sr/86Sr=0.71085;平均REE=18.84×10-6,δEu平均为0.66、δCe平均为0.81,估算的形成温度分别为47.6℃和55.12℃;②中(深)埋藏的细晶及中(粗)晶白云岩化作用;Sr为56.27×10-6,Mn为312×10-6,Fe为0.13％;δ13CPDB=-1.5‰,δ18OPDB=-8.5‰,87Sr/86Sr=0.7100; REE=18.08×10-6,δEu平均为0.72、δCe平均为0.77,盐水包裹体中的均一温度平均为108.34℃,盐度变化为4％～13.7％ NaCleqv;③沿裂隙或溶洞形成的粗-巨晶或鞍形的热液白云岩(石)交代充填:Sr为29.1×10-6 ～49.9×10-6,Mn为498×10-6～754×10-6,Fe为0.15％ ～ 1.14％;平均δ13 CPDB=-0.48‰,δ18OPDB=-8.82‰,87Sr/86Sr=0.70996;平均REE=15.08×10-6,δEu平均为0.70、δCe平均为0.78;鞍形白云石中的盐水包裹体的均一温度120～150℃,盐度为5％ ～ 12％ NaCleqv;溶洞中的粗-巨晶白云岩盐水包裹体的均一温度140～180℃,盐度为5％ ～ 18％ NaCleqv;与西加盆地惠而浦(Whirlpool point)剖面典型的热液白云岩相比较,乌里格孜塔格剖面中寒武系白云岩中缝洞中的粗-巨晶及鞍形白云石中的碳氧同位素、稀土总量、轻重稀土比均要高,但有序度、δEu、δCe、盐水包裹体形成温度及盐度相对低;因而推断它与西加盆地典型的岩浆期后热液来源不同,其流体来源于沿深部伸展走滑断裂-再循环地层热卤水,与海西晚期或燕山期-喜马拉雅期强烈挤压后弱伸展引起的二期或以上的压扭-走滑构造有关.     

稻田土壤中的CH4产生

通过对意大利稻田及我国湖南地区稻田土壤中CH_4产生率的实地测量,甲烷产生主要发生在稻田土壤耕作层的还原层(2—20cm),但不同的农业操作对此有较大的影响;在意大利稻田中7—17cm土壤层是重要的甲烷产生区域,13cm处的CH_4产生率最大;由于我国湖南地区独特的有机肥铺施操作,土壤中甲烷的产生在土壤上部即耕作层氧化层以下(3—7cm)就达到最大值。土壤湿润度能影响土壤主要CH_4产生区域的深度,当土壤湿润度低于某个临界值后,主要的CH_4产生区域将向土壤深处移动,CH_4产生量也明显减少。种植水稻的稻田土壤中CH_4产生率要比不种水稻的大,同块稻田中CH_4产生率还有一定的空间变化。另外,水稻植物根部土壤比水稻行间土壤能产生较多的CH_4。在大多数情况下CH_4产生率在下午大于上午,但在一日间没有明显的日变化规律,因此CH_4排放路径的日变化可能是CH_4排放日变化的主要原因。在湖南地区不同施肥和水管理稻田的CH_4产生率差别十分显著。这种差别能完全在CH_4排放率的差异上体现出来。总有机酸含量差别在各不同施肥田中较小而在各不同水处理田中较大实验室培殖发现温度能够较大地影响土壤CH_4产生率,每上升10℃,甲烷产生率能增加3倍多。在整个水稻生长季节中,仅施化肥或不施肥的意大利稻田土壤中CH_4产生率随时     

西藏纳木错流域冻土环境初步研究

利用在西藏纳木错流域念青唐古拉山北坡（NQN,海拔5 400 m）和西北保吉乡（BJ,海拔4 730 m）布设的两台带有四层土壤探头自动气象站(AWS)2005—2006年冬季10个月观测数据进行了统计分析。结果表明：观测期间NQN日及月平均气温均低于BJ,但变化幅度均小于BJ,土壤冻结时间比BJ长,两处的气温梯度为0.31℃/100 m。与安多月平均气温比较,推断NQN存在高山多年冻土。NQN大气—土壤及土壤内热传输速度快于BJ;冻结期内土壤中未冻水含量在0～-2.5℃时发生跃变且与土壤温度存在较好的线性关系;相同深度处NQN土未冻水含量较小。土壤温度日变化在0～40 cm深度处较明显,40cm深度以下变化很小,未冻水含量日变化在5 cm深度较明显,20 cm以下变化微弱。利用两观测点冻结深度（Df）与冻结积温（Tg）的良好相关建立模型,NQN为：Df n= 0.0016Tg+ 1.69,R2=0.9958;BJ为：Df b= 0.002 Tg+ 1.13,R2= 0.9424,并由此推断出两观测点最大季节冻结深度分别为1.69 m和1.13 m。     

黑龙江伊春大安河金矿成矿流体性质与成矿物质来源

对大安河金矿床的地质特征、流体包裹体和硫、铅同位素研究,进一步厘定该矿床成矿经历了石榴石--透辉石、透闪石--阳起石、磁铁矿、石英--硫化物和石英--方解石等5 个阶段,为典型的矽卡岩型矿床。选取典型的三阶段流体包裹体,测得各阶段的成矿温度和盐度分别为: 石榴石--透辉石阶段均一温度177℃～ 600℃,盐度7%～ 12. 2%; 石英硫化物阶段均一温度147℃～ 455℃,盐度1%～ 5%; 石英--方解石阶段均一温度130℃～ 247℃,盐度0. 5%～ 3%。流体包裹体气相成分主要为CO2、H2O 以及少量CH4。矿石中硫化物的δ34SV － CDT 为－ 2. 9 × 10 － 3～ － 0. 6 × 10 － 3,其组成接近零值,表明成矿物质可能来源于地幔。矿石中硫化物206 Pb /204 Pb = 18. 099 ～ 18. 508,207Pb /204 Pb = 15. 532 ～ 15. 578,208 Pb /204Pb = 38. 071 ～ 38. 176,反映出成矿物质来源的多元性,为壳幔混合来源。     

H2O-CO2-NaCl体系石英溶解度模型(适用于高达1000℃、1.5GPa的高温高压环境)

石英在热水溶液中的溶解度对地球化学和岩石学的研究都极为重要.我们提出一个能够适用于H2O-CO2-NaCl 复杂流体成分,高温高压(0～ 1000℃,0～ 1.5GPa)条件下的石英溶解度计算模型,形式如下:logmSiO2=A(T)+B(T)·logMH2O/V*H2O+C(t)? logxH2O 其中A(T)、B(T)、C(t)均为温度T(K)和t(℃)的多项式.xH2O和V*H2O分别代表流体中水的摩尔分数和有效偏摩尔体积.V*H2O值由公式Vmix=xHOV*H2O+∑xsVs计算得到.其中,Vmix代表流体混合物的摩尔体积,由Mao et al.(2010)的最新模型计算得到,xs和Vs分别代表溶质的摩尔分数和本征体积.具体采用VCO2=29.9cm3/mol、VNaCl=30.8cm3/mol.本模型精度较前人模型有所提高,并且适用深达下地壳的温度-压力-成分环境,如:巴罗式变质带、板块俯冲带等.另外,本模型可被用于建立石英地质温度计,加深人们对于石英脉及有关矿床成因的认识,并且可用来指导实验及工程.本模型的在线计算程序可通过以下网站获得:www.geochem-mode1.org.     

吉林延边棉田金铜矿床成矿流体特征及矿床成因

棉田金铜矿床是受断裂构造和中性侵入体联合控制的以金、铜为主的多金属矿床。笔者在对该区地质调查的基础上,运用红外光谱分析和显微测温技术对成矿流体进行研究,发现该区围岩蚀变以绢云母化和青磐岩化最为普遍,并将成矿阶段分为4 个阶段: 黄铁绢英岩阶段、石英--黄铁矿阶段、多金属硫化物阶段和石英--碳酸盐阶段; 对应的均一温度为320℃ ～ 360℃、280℃ ～ 320℃、200℃ ～ 280℃和200℃ ～ 240℃; 其中主成矿阶段为第二、三阶段,主成矿温度为200℃ ～ 320℃,这也是热液中水和二氧化碳含量最高的阶段。流体盐度为1. 91 ～ 13. 40 ( wt%,NaCl) ,密度为0. 69 ～ 0. 95 g /cm3,具低盐度和低密度的特点; 成矿深度为0. 8 ～ 1. 5 km,具浅层成矿的特点; 氢氧同位素分析, δ18OH2O的值为－ 4. 7 × 10 － 3 ～ 5. 83 × 10 － 3,δDH2O的值为－ 89 × 10 － 3 ～ － 124 × 10 － 3,说明成矿流体主要为岩浆水,含少量大气水。综合研究表明,棉田金铜矿床属于浅成中温岩浆热液型矿床。     

土壤饱和导水率的多尺度预测模型与转换关系

运用联合多重分形方法研究不同土层土壤饱和导水率与土壤基本物理特性的多尺度相关性,建立不同土层土壤饱和导水率的多尺度预测模型,构建不同土层土壤饱和导水率之间的转换关系。结果表明:不同土层土壤饱和导水率与土壤基本物理特性的相关程度排序不同;在单一尺度和多尺度上,0~20 cm土层土壤饱和导水率与土壤基本物理特性的相关程度排序相同,20~40 cm土层土壤饱和导水率与土壤基本物理特性的相关程度排序不同;土壤饱和导水率多尺度预测模型的预测精度较高,0~20 cm土层和20~40 cm土层拟合值的均方根误差分别为0.035 0和0.029 0;0~20 cm土层和20~40 cm土层土壤饱和导水率转换关系的计算精度较高,拟合值的均方根误差为0.037 5。     

黄土丘陵小流域地形和土地利用对土壤水分时空格局的影响

采用1982～1985年和2002年两个时段的定点观测数据,系统分析了小流域尺度地形和土地利用类型对土壤水分时空格局的影响.结果表明:1)土壤水分变化特征为所有年份农地土壤水分都最大,灌木林地和荒草地较低,林地居中;不同坡向间以阴坡土壤水分最大;而不同坡位间以坡中部土壤水分最大.受降雨和植被耗水的影响,所有土地利用类型中土壤水分在整个生长期表现为降低型.2)在年尺度上表现为干旱年份土地利用类型和坡向对土壤水分的影响较大;而在湿润年份,其影响程度减弱;坡位在干旱和湿润年份对土壤水分的影响都较小.湿润年份,降雨量的增大弱化了地形和土地利用类型对土壤水分时空格局的影响;而干旱年份正好相反.3)在季节尺度上表现为在生长季节的中后期,土壤水分的变异格局主要受坡向影响;而在生长季节的中期,主要受土地利用类型影响;坡位在整个观测时段内影响都较小.4)在不同土壤层次方面特征为土地利用类型对0～20em层次影响较小,而对其他4个深度较大的层次(20～100cm)影响较大,并且5个层次中以40～60cm层次的差异最大;坡向对5个层次土壤水分的变异格局均有明显影响,并呈现随着深度的增加,其影响减弱的趋势;坡位对5个层次的土壤水分变异格局影响均较小.     

荒漠绿洲区人工梭梭林土壤水分空间异质性的定量研究

利用12×12m²样地中1×1m²、0～100cm剖面的土壤水分调查数据,采用地统计学原理与方法,研究了人工梭梭林(Haloxylon ammodendron)在栽植20a后的土壤水分格局的空间异质性程度、异质性组成、尺度以及与梭梭生长的关系.结果表明:人工梭梭林土壤水分空间异质性的96%～88%是由空间自相关因素引起的,随机因素起的作用较小.除60～80cm土层土壤水分的块金值与基台值比值较高(C₀/(C₀+C)=0.5),其它各层都较小(0.04～0.12),变程为1.57～2.97m.在较小(<2m)和较大(>8m)的尺度上,土壤水分的空间相关性较强.沿垂直剖面土壤含水量差异显著,10～20cm土层含水量最高(2.82%),其它各层较小(1.30%～1.67%).     

鄂尔多斯盆地上古生界泥页岩热模拟实验

采用高压釜热模拟实验对鄂尔多斯盆地上古生界太原组、本溪组的4块泥页岩样品进行了生烃过程模拟分析。在热模拟实验过程中,甲烷气是最主要的气态烃类产物,其产率在热模拟过程中持续增加,在温度600℃时可达50 mg/g。C2～C5的产率变化在热模拟过程中表现出相似的特征,均是先增大至峰值后开始减小,C2～C5的热裂解是甲烷产生的主要来源。样品的气态烃产率主要与有机质热成熟度有关,热成熟度越低,样品有机质的生烃潜力越大,在热模拟过程中气态烃的产率越高。