深海海底边界层原位观测系统研发与应用

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。     

江南钨矿带桂林郑富钼白钨矿稀土元素的富集机制及其地质意义

桂林郑钼钨多金属矿床位于江南钨矿带北部,其矿石矿物以富钼白钨矿为主。研究显示,该矿床富钼白钨矿中富集稀土元素。为探究其富集机制,文章对不同世代的富钼白钨矿进行原位LA-ICP-MS微量分析和面扫描分析。结果显示,富钼白钨矿的总稀土元素含量（∑REE）在28.59×10^-6~4863.82×10^-6之间,均值为789.21×10^-6（n=122）,从第一世代（Sch-Ⅰ）28.59×10^-6~1059.18×10^-6（平均值为203.19×10^-6,n=55）→第二世代（Sch-Ⅱ）533.54×10^-6~2536.51×10^-6（平均值=928.79×10^-6,n=30）→第三世代（Sch-Ⅲ）117.21×10^-6~4863.82×10^-6（平均值=1547.13×10^-6;n=37）逐渐增高。从Sch-Ⅰ→Sch-Ⅱ→Sch-Ⅲ,轻重稀土元素比值（LREE/HREE）13.99~143.90（平均值=53.53）→22.38~70.08（平均值=33.74）→7.44~69.86（平均值=27.54）逐渐降低。桂林郑富钼白钨矿形成于高氧逸度、富F的岩浆热液系统,REE主要以Ca²⁺+Mo⁶⁺=REE³⁺+(1-x) Mo⁵⁺+xNb⁵⁺(0≤x≤1）为主导方式进入富钼白钨矿中。成矿流体中Cl降低、F增高、氧逸度降低等是REE进入富钼白钨矿的有利条件。通过对江南钨矿带代表性矽卡岩型矿床综合对比分析显示,富钼白钨矿床相比贫钼白钨矿床具有更高的REE,说明桂林郑矿床富钼白钨矿在后续开采中具有稀土元素的综合利用前景。     

常用锂同位素地质标准物质的多接收器电感耦合等离子体质谱分析研究

锂同位素研究是非传统稳定同位素地球化学研究的前沿,已广泛应用于从地表到地幔的岩石圈及流体等固体地球科学的研究领域。准确测定锂同位素比值是应用该同位素体系的前提。本文报道了国际上7种常用地质标准物质(BHVO-2、JB-2、BCR-2、AGV-2、NKT-1、L-SVEC、IRMM-016)的锂同位素组成数据。分析中采用硝酸-氢氟酸混合酸消解岩石标准样品,通过3根阳离子交换树脂(AG50W-X8,200~400目)填充的聚丙烯交换柱和石英交换柱对锂进行分离富集,利用Neptune型多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICPMS)测定锂同位素比值,使用标准-样品交叉法(SSB)校正仪器的质量分馏。实验得到这7种常用地质标准物质的锂同位素组成与测试精度(2SD)分别为:δ7LiBHVO-2—L-SVEC=4.7‰±1.0‰(n=53),δ7LiJB-2—L-SVEC=4.9‰±1.0‰(n=20),δ7LiBCR-2—L-SVEC=4.4‰±0.8‰(n=8),δ7LiAGV-2—L-SVEC=6.1‰±0.4‰(n=14),δ7LiNKT-1—L-SVEC=9.8‰±0.2‰(n=3),δ7LiL-SVEC—L-SVEC=-0.3‰±0.3‰(n=10),δ7LiIRMM-016—L-SVEC=0.0‰±0.5‰(n=10),这些数据在误差范围内与国际上已发表的数据一致。Li同位素分析精度可以达到大约0.5‰,长期的分析精度即外部重现性≤±1.0‰,达到了国际同类实验室水平。7种常用地质标准物质的锂同位素组成数据的发表为锂同位素研究提供了统一的标准,使地质样品的锂同位素数据的质量监控成为可能。在基质效应的研究中,使用不同量的IRMM-016配制的标准溶液过柱,深入探讨了样品量对锂同位素测定值的影响,结果表明,在现有测试精度下,只要分析样品的锂含量达到100μg/L,且不超过树脂的承载量,样品的锂同位素组成在误差范围内与真值吻合,样品量的大小不影响锂同位素测定结果的准确性。     

戊基磷酸二戊酯萃取色层分离-电感耦合等离子体质谱法测定铀产品中9种杂质元素

铀产品中杂质元素的含量测定在核法证学溯源分析或燃料元件厂质量检验中具有重要应用价值,保证测量的准确度主要在于控制流程空白、提高杂质元素的回收率。本文建立了戊基磷酸二戊酯(UTEVA)树脂快速分离铀与杂质元素、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定杂质元素含量的系统流程。结果表明,UTEVA树脂对铀的吸附能力强,铀样品取样量为16.43 mg时,全流程对铀的去污因子大于3×105,9种杂质元素(锰钼镍铜铬铝钛钒镉)的回收率为95.1%~105.1%,国家标准物质GBW04205中杂质元素的分析结果与参考值在不确定度(k=2)范围内一致。本工作建立的分离流程对铀的去污效果好,特别适用于样品量少的情况下铀中杂质元素的分析,为核法证分析最终的归因溯源或燃料质量检验提供了技术支持。     

大兴安岭南部幸福之路组的时代及二叠—三叠系界线研究——来自凝灰岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄的证据

多数研究者认为西拉木伦河—长春—延吉断裂带为华北与西伯利亚两大板块的最后缝合带,但最后拼合时间仍存在分歧,原因之一是对晚二叠世—早三叠世地层研究不足,尤其是对上二叠统与下三叠统接触关系研究更为欠缺。幸福之路组分布于大兴安岭南部,为一套以红层为主要特征的杂色碎屑岩组合,含有叶肢介、介形虫、双壳、植物及孢粉化石。笔者对采自巴林右旗幸福之路苏木幸福之路组上段的岩屑晶屑凝灰岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析,结果为(254.3±2.6)Ma。结合已有的火山岩测年及化石资料认为,幸福之路组上段下部时代为晚二叠世,上部为早三叠世早期,大兴安岭地区上二叠统与下三叠统为连续沉积,晚二叠世晚期两大板块发生碰撞拼合,古亚洲洋消失,发生南北生物群的混生,早三叠世西伯利亚板块和华北板块碰撞结束。     

非圆形地下洞室地层特征曲线近似构建法

弹塑性地层特征曲线完整地描述了围岩对开挖的响应特征,是地下洞室稳定性分析及支护设计的关键,但目前仅圆形洞室具有完整的地层特征曲线解析形式,非圆形洞室需要通过复杂的数值方法拟合。为提高非圆形洞室计算效率,拓展解析法的适用范围,文中基于等代圆理论探讨了非圆形洞室近似解析地层特征曲线的构建方法。首先,利用数值分析,得到地下工程中常见非圆形断面在不同跨高比条件下,洞室周边围岩压力与变形的关系,建立基于数值分析结果的地层特征曲线;然后,基于和数值分析相同的初始条件,建立各种等代圆方法对应的近似地层特征曲线;最后,通过对比及相关影响因素分析,揭示不同工况下各种等代圆方法的适用性,为构建非圆形断面地下洞室地层特征曲线的最佳近似解析形式提供了一条简便有效的途径。     

中国喀斯特天坑研究起源、进展与展望

喀斯特天坑是20世纪末首先在中国南方峰丛和峰林喀斯特地区中发现的一种特殊且宏大的地表负地形,由于具有独特的科学价值和旅游价值,自被发现以来便引起了国内外地貌学者和地质学者的高度关注。对于喀斯特天坑(tiankeng)能否显著区别于其它普通漏斗,而成为一种独立的喀斯特地貌类型,国内外学者已从形态学、成因学、演化发生学等方面进行了深入探究,但仍未取得完全共识。国内外学者在其分类、形成与演化机制、发育条件、地质年代判定、岩溶生态环境等一系列问题上,也进行了较深入的探讨与激烈的争论。同时,对于喀斯特天坑价值的讨论以及开发与保护方面的研究也正引起国内外学者越来越多的关注。为此,论文围绕中国喀斯特天坑的研究阶段、研究进展、价值和开发与保护等主要议题进行了系统性的梳理与评述,进而提出中国喀斯特天坑当前研究中存在的问题和未来的研究方向。     

全球气候变化中的人类活动视角:社会经济情景的演变

社会经济情景的设定是全球气候变化研究的基础,也是气候变化影响评估的关键环节.本文回顾了社会经济情景的发展过程,阐述了共享社会经济路径的主要特点和最新发展趋势,介绍了区域社会经济情景的构建及在灾害风险领域中的应用,最后对共享社会经济路径的发展进行了展望.     

恐怖台风狂暴“尤特”——历史记下的2001年台风2．3．4

最近，号称“飞燕”、“榴莲”和“尤特”的三股台风频频光顾我国福建、广东、广西沿海地区。其所到之处，横行无忌，暴戾乖张，给当地造成巨大财产损失和人员伤亡。各种传媒不断发出惊呼人们惊恐之余发问：