亚热带小流域花岗岩化学风化及CO2消耗速率研究

文章选择深圳市的亚热带典型小流域作为研究对象,通过定期采集流域内降水、泉水、岩石及风化残积土样品,分析所有样品的常量元素和微量元素,探讨流域水体的化学成分组成和主要成分来源以及岩石化学风化程度和风化趋势,结合流域水文气象数据估算了花岗岩化学风化速率及CO₂消耗速率。结果表明,研究区地下水化学类型为HCO₃-Na型,主要受控于硅酸盐矿物的风化溶解作用和阳离子交换作用。花岗岩的化学蚀变指数（CIA）为47.15~57.47,残积土的CIA为59.24~82.71。A-CN-K三角图指示风化初期Na,Ca活泼性元素流失,风化中后期K元素流失,Al元素逐渐富集。花岗岩的平均化学风化速率为14.40 m/Myr。岩性、离子径流通量和气候条件的不同可能是造成化学风化速率差异的主要原因。大气酸沉降对岩石风化的贡献约占总化学风化量的11.73%。研究区平均CO₂消耗速率为0.59×106 mol/(km2 yr),酸雨使得岩石在风化过程中对大气/土壤中CO₂的消耗减少。     

岩石风化与岩石化学成分的变化研究

研究岩石风化过程中岩石化学成分的变化规律,对于进一步研究岩石的风化机理以及岩石的物理力学性质变化过程有着十分重要的意义.本文通过对湘西地区陡山沱组黑色岩石不同风化程度的化学成分分析研究表明,岩石中的化学成分将随风化的进行而不断发生变化,在一定程度上反映了陡山沱组黑色岩石风化过程中其化学成分的变化趋势.     

新生代构造抬升对地表化学风化和全球气候变化的影响

全球新生代构造抬升 ,特别是南亚喜马拉雅青藏高原和南美安底斯山脉和Altiplano高原在新生代的抬升对地表化学风化和全球气候变化产生了重要影响。它对地表化学风化的影响主要表现为引起造山带地区化学风化能力的提高 ;而它对全球气候变化的影响则主要表现在两个方面 ,一是直接的物理影响 ,即通过对大气和海洋循环的影响来对大气变化产生作用 ;一是通过对地表硅酸盐岩石的化学风化造成大气CO2 变化和全球温度的改变 ,从而对气候变化产生间接的生物化学效应。目前看来 ,新生代构造抬升造成的大气CO2 浓度减少是造成全球新生代气候变冷的重要原因。这已得到了近 10年来计算机大气环流模型 (GCMs)数值模拟和野外实验研究的支持 ,但在关于地表化学风化的主要控制因素 ,以及海洋Sr同位素是否可作为反映地表化学风化速率变化的替代性标志和气候变化反馈机制等方面 ,还需要作进一步研究。     

湘西地区陡山沱组黑色岩石风化与物理力学性质的变化特征

湘西地区陡山沱组黑色岩石因其特殊的矿物成份和地理位置，其风化作用具显著特征，即化学风化和物理风化作用相伴、相互促进。化学风化产生的矿物质一部分流失，一部分迅速结晶，形成物理风化作用，均造成岩石不断破碎，裂隙加深，因而又促使各种风化作用更加深入到岩石之中。这种风化所造成的岩石物理力学性质变化，将对岩土体的工程稳定性造成很大的影响。因而研究岩石风化后的这种变化有着十分重要的意义。本文对湘西地区陡山沱组黑色岩石不同风化特征进行了深入研究，结合其物理力学试验以及大量的点荷载强度试验结果，分析研究了岩石风化过程中物理力学性质的变化特征，提出了在该类岩石地区进行工程建设时应采取的措施。     

砂岩风化及其工程地质效应

在成岩条件差、胶结程度低的砂岩中进行工程活动时,经常遇到边坡破坏、井壁破裂、巷道过度变形等事故。在岩石胶结特性和室内分析试验的基础上,分析了不同胶结状态的砂岩风化特性及其工程地质效应。同时,对砂岩文物风化与保护进行了论述。研究表明:1水溶液对砂岩风化起着重要作用,其影响着砂岩风化过程中的元素迁移、化学反应类型和速率,同时溶液还改变着岩石周围化学反应的pH和Eh值;2泥质胶结、硫化物胶结和碳酸盐胶结的砂岩容易受到环境影响风化,对工程影响较大。在强还原环境中砂岩暴露于地表后,易于风化,且风化后形成的酸性水环境有利于长石胶结砂岩的风化,进而影响岩石工程性质。     

真菌-玄武岩相互作用过程中真菌属种差异对元素释放行为的影响

真菌在矿物、岩石风化和元素溶解过程中发挥着重要作用。土壤中分布和生长着多种真菌,这些不同真菌在矿物和岩石风化,以及元素溶解过程中发挥的作用可能存在显著差异。为限定此差异,本研究从玄武岩风化土壤中分离获取了4种真菌(Aspergillus pesudofelis、Aspergillus viridinutans、Aspergillus undagawae和Aspergillus clavatus),设计批式溶解实验,探究了实验室条件下(28℃、30天内)4种真菌对玄武岩的风化作用,主要通过分析元素(包括Mg、Al、Si、Ca、Ti、Mn、Fe、Ni和Sr)的溶解速率和机制揭示不同属种真菌造成的玄武岩风化差异,并选取其中两种典型真菌所在的体系进行分析。实验结果显示不同属种真菌对玄武岩的风化和元素溶解的作用确实存在显著差异:1)与无机对照组相比,真菌A.pseudofelis的生长使得溶液pH值发生显著变化,元素的线性释放速率(Ril)显著升高;2)不同种真菌对体系pH值和Ril的影响差别巨大,且并非所有真菌均能加快玄武岩风化,如经过30天反应,含真菌A.pseudofelis体系溶液pH值上升了2.1,元素Mg的线性释放速率是无机对照组的22.5倍;而含真菌A.viridinutans体系溶液pH值仅上升了0.1,Mg的线性释放速率与无机对照组近似相等;3)Mg、Al、Ca、Ti元素的线性释放速率Ril最大值均出现在溶液最低pH值条件下,表明这4种元素的释放行为很大程度上受控于质子交换作用,而Fe和Ni的释放则由真菌代谢的草酸主导。由此可知,不同种真菌对有机酸代谢水平的差异影响了玄武岩中元素的释放行为。这也可能表明,在岩石早期风化过程中,具有较强有机酸(如草酸)代谢能力的真菌在Fe和Mg等生命必需元素的释放过程中起着重要作用。     

PETROCHEMISTRY AND MINERALOGY EVIDENCES FOR THE WEATHERING PROCESS OF THE WEATHERING PITS ON ROCK SURFACES OF MOUNTAIN LAOSHAN,CHINA

2011年5月对崂山山顶风化坑进行考察和采样,通过对风化坑内碎屑和坑外岩石的粉晶X射线衍射矿物分析、X射线荧光光谱化学全量分析,研究了风化坑内外的矿物风化及各元素迁移特征,对风化坑的成因过程进行探讨.研究结果表明:1)崂山山顶风化坑碎屑的英长比总是大于其周边岩石的英长比,说明风化坑的形成是花岗岩造岩矿物差异风化的结果;2)风化坑风化过程中被风化的岩石矿物主要是条纹长石和钾长石;3)风化坑中大量的Mg和Ca主要是外部加入的;4)崂山山顶风化坑内碎屑,坑外岩石面均受到化学风化的作用;5)崂山山顶风化坑内外的风化指数CIA值并不反映崂山当地的气候,山上山下CIA值的差异是风化时间长短不同造成的;6)LOI能很好地反映崂山风化坑内外风化强度的差异,说明长石主要在水解作用下发生分解,也说明了风化坑的积水成因.     

硫酸参与的长江流域岩石化学风化速率与大气CO2消耗

流域的岩石化学风化过程是全球碳循环中的重要环节。以往的流域水化学碳汇通量估算大多是基于碳酸的风化作用。而实际上,硫酸和碳酸一样,也参与了流域碳元素的地球化学循环,从而对全球碳循环过程产生影响。长江流域水体近几年出现酸化现象,大部分河段SO42-和Ca2+含量增高,其对应的岩石风化过程和大气CO2消耗速率也发生变化。文章对长江干流及主要支流2013年不同季节的离子组成进行监测,利用水化学平衡法和Galy估算模型,对长江流域岩石化学风化速率和CO2消耗通量进行了估算,对硫酸参与下的长江流域岩石风化和碳循环过程进行了分析。结果表明,长江流域水体离子主要来源于硅酸盐岩风化和碳酸盐岩风化。其中碳酸盐岩风化对河水离子贡献率为92%。在硅酸盐岩广泛分布的赣江流域,碳酸盐岩风化离子贡献也达85%。分析表明,硫酸参与了长江流域的岩石风化过程,对水体中离子产生一定影响。硫酸的参与加快了碳酸盐岩的化学风化速率,平均提高约30%,但是使流域大气CO2消耗速率降低。在不考虑蒸发岩溶蚀作用下,平均从516×103 mol/km2·a降至356×103 mol/km2·a,降低约31%。在各支流中,硫酸对乌江流域碳酸盐岩的风化和碳循环的影响最大,而对雅砻江的影响最小,这与乌江流域的含煤地层、矿床硫化物及大气酸沉降有关。     

热带海南岛地表和地下化学风化：对全球碳循环及海水Sr 同位素演化研究的启示

热带地区火山岛/岛弧的化学风化对全球碳循环和海水的Sr同位素演化均有着重要的作用。文章对中国热带海南岛的玄武岩、花岗岩小流域和大河流域进行了河水、地下水、雨水以及基岩和沉积物的综合研究,分析了水样和固体样品的元素含量和Sr同位素比值。结果显示,河床沉积物的化学蚀变指数（CIA）与⁸⁷Sr/⁸⁶Sr之间存在着一定的变化关系,而这主要归因于沉积物的阶段性差异风化：风化早期阶段以黑云母占主导,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr较高。此后斜长石开始风化,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr逐渐下降。在风化程度中等阶段,斜长石大量分解后,各种富钾矿物风化加剧,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值升至最高点。在高风化程度阶段,随着富钾矿物逐渐减少,稳定的风化残余物质占据主导,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值逐渐下降。与年轻的活火山岛——加勒比海小安的列斯群岛和印度洋的留尼汪岛相比（其地下化学风化速率2~5倍于地表风化速率）,由于相对较低的降水量和老死火山低的孔隙度,海南岛地下水的流量和固溶物总量（TDS）要低的多,导致海南岛的地下化学风化速率低于地表风化速率,仅与高纬的俄罗斯堪察加活火山岛相近,为小安的列斯群岛和留尼汪岛的约6%~25%,属于全球地下风化贡献最低的区域之一。海南岛玄武岩区的地表化学风化和CO2消耗速率高于法国中央高原和西伯利亚,略低于夏威夷和德干,而显著小于东南亚的爪哇岛和 吕宋岛。在温度相近的条件下,径流量对化学风化速率有着非常明显的控制作用。由于较低的年径流量,热带区域的海南岛,其对大气CO₂的消耗能力只是处于一个全球平均的范围内。     

中国岩石风化作用所致的碳汇能力估算

岩石的风化作用同时参与了短时间尺度和长时间尺度的全球碳循环 ,对碳酸盐岩而言 ,它的风化作用在短时间尺度上对大气二氧化碳循环具有重要影响 ,但在长时间尺度上不产生净碳汇 ;而硅酸盐岩等其他类型岩石的风化过程由于反应速率较慢 ,在短时间尺度上对全球碳循环及其变化反应不灵敏 ,但它所产生的净碳汇是遗漏汇的组成之一 .为了准确估计我国岩石风化所致的碳汇能力 ,简要评价了现有的各种模型和方法 ,并基于GEM -CO2 模型进行了计算 .计算结果表明 ,我国岩石每年因溶蚀、风化作用共消耗的CO2 约为 4 .72× 10 7t,折合成C为 1.4 1× 10 7t,其中由碳酸盐类岩石风化消耗的碳量最多 ,约为 0 .74× 10 7t/a ,占总量的 5 2 .6 5 % .硅酸盐岩及其他类型岩石风化消耗的碳量约为 0 .6 7× 10 7t/a ,占总量的 4 7.35 % .岩石风化所致碳汇能力的空间分布首先取决于岩石类型 ,其次受地区的气候条件控制 .     

斜坡地质结构与地质灾害发育类型研究——以店子街幅灾害为例

岩土体是组成斜坡地质结构的基本单元,斜坡地质结构类型与地质灾害的发育类型密切相关。店子街幅图幅调查范围内主要发育软弱-较坚硬层状泥岩、砂岩岩组,风积黄土单层土体,粉土、砂砾卵石双层土体,粉土、碎石和基岩碎屑多层土体等4类岩土体,这些不同的岩土体组成了6种不同的斜坡地质结构,进而演变形成了不同类型、不同规模的斜坡地质灾害。黄土斜坡结构和黄土—冲洪积层斜坡结构多演变发生小型滑坡灾害、黄土—泥岩斜坡结构多演变发生中—大型黄土泥岩滑坡灾害、泥岩与泥质砂岩互层斜坡结构多演变发生崩塌灾害、泥岩风化堆积层斜坡结构和滑坡堆积层斜坡结构多演变发生小-中型滑坡灾害。研究不同斜坡地质结构与地质灾害发育类型的发育关系,有助于进一步开展区域崩塌、滑坡形成机理研究,研究成果有助于洮河下游地质灾害防治工作的展开,并为地方政府科学制定地质灾害防灾减灾规划提供了技术支持。     

内蒙古索伦山菱镁矿成矿地质条件与找矿潜力分析

产于内蒙古索伦山缝合带蛇绿岩中的菱镁矿,其深入研究对于菱镁矿的勘查、增加战略矿产资源以及国民经济的发展有重大意义。本文对内蒙古索伦山地区菱镁矿进行了系统的调查和研究,通过归纳索伦山地区菱镁矿矿床地质特征,探讨了索伦山地区菱镁矿矿床的成矿地质条件,在此基础上,分析和评价了索伦山地区菱镁矿的找矿潜力。索伦山地区菱镁矿产于索伦山蛇绿岩的地幔橄榄岩内,受岩体内部微小构造控制,矿体贫富受风化程度的制约,受超基性岩风化淋滤形成。菱镁矿与超基性岩硅质风化壳在成因上具有耦合关系,上部为风化淋滤残留物—超基性岩硅质风化壳,下部为风化淋滤的产物—菱镁矿。索伦山地区含菱镁矿的地幔橄榄岩岩体巨大,深部矿体众多,与国内西藏巴夏式菱镁矿在成矿条件和成矿模式方面相一致。所以,索伦山地区具有较大的菱镁矿找矿潜力。     

工程地质领域的3个值得关注的研究方向——以此纪念中国科学院地质与地球物理研究所工程地质水文地质研究室60周年

众所周知,工程地质学在国家工程建设中一直起着重要的作用。不仅如此,作者还注意到近几年来工程地质界越来越重视岩石风化、古地质工程和地质灾害防治方面的应用研究,并分别形成了有关岩石风化速度测试和评价、大型古地下工程洞室群工程地质力学研究及针对山地旅游地质灾害防治的山区旅游规划工程地质方法等3个新的研究方向。     

基于无人机航测的丹霞地貌区危岩结构面识别与三维裂隙网络模型

丹霞地貌地区是我国地质灾害高发区,裸露的近水平红色砂岩、砾岩陡崖是其最主要的地质特征。在地质构造与包括化学溶蚀、物理风化、重力和生物等内外动力作用下,陡崖岩体节理裂隙十分发育,危岩崩滑灾害表现出变形模式复杂、破坏力强的特点,并且由于坡体结构复杂,工程勘察难度大。为此,以四面山景区滴水岩变形危岩为例,介绍了一种基于无人机勘查技术的高陡破碎岩坡表生节理面的野外快速识别方法及高精度图像建模方法,在准确把握危岩体控制结构面的空间展布特征的基础上,建立了符合丹霞地貌高位破碎危岩的三维随机裂隙网络模型。以期为地区危岩稳定性评价与防治工作提供理论指导。     

汉中市汉台区地质灾害发育特征及分布规律研究

汉台区地处秦巴山区,地质条件复杂,地形地貌差异明显,地质灾害分布极不均匀。2008年“5．12汶川大地震”和2010年陕南山洪后地质灾害频发,严重制约着当地社会经济的发展。在进行详细的地质灾害野外调查和室内资料整理、数理统计分析的基础上,充分的研究了地质灾害的发育特征和分布规律。汉台区地质灾害类型主要有滑坡、崩塌、泥石流三种,滑坡以小型残坡积层滑坡为主、崩塌以中型岩质崩塌为主、泥石流主要由采矿弃渣引发;北部中低山区的河东店镇、武乡镇、汉王镇地质灾害发育,南部平原区地质灾害不发育。地质灾害发育特征及分布规律的研究为地方政府地质灾害的防治、减灾工作提供了依据。     

安徽南部黟县地质灾害特点及变形破坏模式

研究地质灾害特点及变形破坏模式是地质灾害防治的基础,具有重要的指导意义。本文基于安徽省南部黟县大量实地调查成果资料,从地形地貌、地层岩性、构造、水文特征等方面归纳总结了黟县地质灾害特点。研究结果表明,黟县地质灾害点多面广、规模小、发生频率高,沿溪沟和交通沿线分布,地质灾害类型与斜坡坡度、高度、和形态相关,地层岩性、结构、风化、节理裂隙等控制了地质灾害的类型及力学机制,降水对岩土体的软化、润滑、侵蚀作用是这些灾害的诱发因素。在深入分析基础上,建立了黟县地质灾害变形破坏的模式。     

青藏高原古岩溶的存在及其与东邻地区岩溶的对比

青藏高原古岩溶属形成于土下环境,经刻蚀作用剥露地表后,以石林、岩墙等形式广泛存在于山顶夷平面的外围,并不同程度地叠置气下改造特征。根据青藏高原及东邻岩溶区覆盖型岩溶和红色风化壳的剥露情况及改造特征对比,作者认为上述地区覆盖型岩溶从东到西具有良好的一致性,是岩溶双层夷平面的组成部分,其现阶段的不同表现是不同程度刻蚀作用的结果。      

国道318线海竹段公路整改遥感选线研究

国道318线海子山－竹巴笼段们于四川省西部与西藏自治区交界处，由于受印度板块强烈影响，地震频繁，导致该路段地质灾害频繁发生，严重影响着进藏物资的运输和当地经济的发展。经过遥感调查，分析，确定地质灾达的发育特征，从地质背景，地质灾害，生态环境，经济等方面进行综合比较，确定最佳路线方案。     

西藏然乌地区地质灾害隐患点InSAR识别与监测

西藏藏东南地区地处青藏高原东南部,地势陡峭。多期次板块构造运动、岩体间相互挤压运动导致地质灾害频繁发生且规模大。针对该区域的地质灾害调查与监测研究工作对防灾减灾具有重要意义。文章以藏东南然乌地区为研究区,分别利用升降轨Sentinel-1A卫星数据对该区域隐患灾害点进行识别,并分析了SAR影像几何畸变对地质灾害识别的影响。通过对InSAR监测结果进行分析,文章最终共圈定了区域内的滑坡、冰川隐患灾害点67处。同时,为了更好的分析灾害体的形变特征和规律,选取了然乌区域安目错北岸三处典型冰川灾害体,利用多维小基线子集（MSBAS）技术获取了坡体的二维(水平东西向和垂直向)形变速率和时间序列。通过对吉穷隆冰川、迫弄冰川和瓦巴村冰川三处典型冰川的形变时间序列结果进行分析,发现从2018年1月到2020年10月,三个冰川水平东西方向上的最大累计位移量分别达到了202 mm、283 mm、194 mm,垂直方向上最大累计位移量分别达到了97 mm、?155 mm、?163 mm。水平方向上三处典型冰川表现为加速变形趋势,垂直方向上表现为缓慢蠕滑变形趋势。同时分析了瓦巴村冰川二维形变时间序列与降雨量和温度相关性,结果表明降雨和温度的变化对坡体冰川形变具有一定的影响。研究成果对高山峡谷区地质灾害隐患点的识别具有较好的参考价值。     

降雨对广西碎屑岩地区地质灾害的影响研究

广西碎屑岩区分布广泛,岩石风化作用强烈,节理裂隙发育,覆盖层厚薄不一,降雨作用下易发生地质灾害。本文采用统计方法分析了降雨天数、降雨强度、有效降雨量等降雨要素对广西碎屑岩区地质灾害的影响。结果表明,广西碎屑岩区地质灾害与灾害发生前5d降雨相关性较好,当降雨强度大于50mmd-1(即暴雨)或前期累积降雨量超过230mm时,地质灾害发生的概率大大增加,并由此确定出广西碎屑岩区降雨量危险等级划分标准,为该区域地质灾害预警预报提供理论依据。