黑河流域中游盆地水文地球化学演化规律研究

黑河是我国第二大内流河,研究其水化学演化规律,对于区域水资源科学利用与管理、保障饮水安全和下游生态安全都具有重要作用。本文利用2014—2018年在黑河流域开展1∶50 000水文地质调查所获取的资料,研究了黑河干流和丰乐河两个典型剖面的水化学和同位素变化规律。结果表明,黑河中游盆地地下水主要来源于祁连山区大气降水补给,黑河干流区地下水氘氧同位素比丰乐河流域更为富集,反映了氘氧同位素的高程效应。在丰乐河流域排泄区发现了非现代气候条件下形成的古水,说明现在的盐湖盆地早期就是地下水滞留区。山前戈壁带含水层经长期淋滤作用,地下水溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)较低,水化学类型以重碳酸型为主。溢出带以北下游地区TDS逐步增高,地下水类型以硫酸型、硫酸-氯型为主,具有两种地下水化学背景和演化模式:一种是石膏溶解-碳酸盐沉淀析出-氯化物溶解-缓慢的硅酸盐非完全溶解和阳离子交换反应模式;另一种在此基础上增加硫酸钠溶解演化模式。流域补给区和径流区地下水TDS升高的主要原因是溶滤作用。丰乐河排泄区地下水TDS升高的主要原因仍是溶滤作用,溶滤盐分的来源是表层的盐分,以石盐为主。黑河干流排泄区由于含水层较薄,水位埋深较浅,蒸发对地下水咸化的影响更大。     

思茅盆地石盐矿物的原位元素含量特征对成矿模式的启示

思茅盆地江城含盐带勐野井地区在“二层楼”钾盐成矿理论的指导下,逐步在侏罗系钾盐资源调查中取得重要成果,但盆地内其他含盐带研究程度薄弱。本文以整董含盐带的磨黑L2井勐野井组(K₁m)盐岩样品为研究对象,通过显微镜观察、扫描电镜能谱分析、石盐矿物元素含量电子探针微区原位测试方法的建立,精细研究了样品岩相学、石盐矿物学及元素含量特征。同时,测试了江城含盐带勐野井地区MK-1井花开左组(J₂h)石盐样品。对比研究两个井样品中石盐矿物微量元素K和Br含量及10³Br/Cl值(质量分数比)特征,结合研究区地质演化,取得以下认识。L2井K₁m(含)泥砾盐岩中石盐矿物发育两类产状:一类是胶结碎屑颗粒的主体石盐,具塑性流变特征;另一类是析出在碎屑中被盐类或黏土矿物碎屑包裹的石盐,两类包裹体特征指示均属次生成因。电子探针测得L2井K₁m的主体石盐、碎屑包裹和勐野井MK-1井J₂h含钾盐层石盐的K含量分别为≤0.09%、≤0.18%和≤0.13%,Br含量分别为≤60×10^-6、70×10^-6~410×10^-6和70×10^-6~500×10^-6,10³Br/Cl值分别为≤0.10、0.12~0.71和0.12~0.85,主体石盐显著低于后二者,处于陆源或海陆混合源石盐阶段或重结晶石盐阶段,而后二者数值接近,大多处在海源石盐阶段,小部分处在海源母液结晶钾石盐阶段和光卤石阶段。推断磨黑L2井碎屑包裹的石盐属深部古盐体刺穿贯入的证据,可能的成矿模式为深部中侏罗统海相古盐体受盐底辟作用迁移到浅层下白垩统勐野井组后,部分被盆地内侧向迁移来的中侏罗世残留海水、盆地周缘汇入的陆源水以及深部热液的共同溶蚀淋滤和混染改造形成新的卤水,部分以固体古石盐砾保留下来,在早白垩世晚期新母液卤水蒸发成盐过程中被形成的盐类和陆源碎屑矿物包裹,后期在母液结晶的主体石盐胶结下沉积成岩和成矿。以上认识完善了“二层楼”成矿理论在整董含盐带的勘探实践。     

基于小波域高斯尺度混合模型的天气雷达图像高分辨率插值

采用可精确刻画雷达回波强度数据统计特征的小波域高斯尺度混合（GSM）模型作为雷达图像先验模型,进行天气雷达图像插值,在提高图像分辨率的同时有效重建降水回波中局部强回波值、小尺度变化细节等一些重要空间分布统计特征。分析和总结雷达回波强度数据小波频率域统计特点,建立小波域GSM模型;匹配天气雷达图像小波系数和GSM模型,利用贝叶斯理论估计更小尺度的小波系数,进行小波逆变换,完成高分辨率天气雷达图像插值。试验表明,该算法能从低分辨率图像中估计出高分辨率高频系数,且所利用的先验模型充分考虑降水数据本身的特点,可有效捕获降水回波结构的非高斯特征和局部相关特性,重建雷达图像中的局部变化细节。      

地基雷达与TRMM/PR的一致性分析

天气雷达对中小尺度灾害性天气具有较强的监测预警能力,对研究中小尺度对流系统的云雨结构、理解降水内部的热力学和动力学过程有很大的帮助。单站点地基雷达受到诸如电磁波衰减、地物干扰等影响,在探测上存在一些限制。为了扩大天气雷达探测区域,需要采用多部天气雷达组网联合探测。然而雷达组网的各雷达之间没有进行统一标定,影响雷达网资料一致性、组网拼图,以及使雷达资料在数值模式同化的应用中受到限制。本文以TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星搭载的经过精确标定的测雨雷达PR(Precipitation Radar)数据产品作为标准参照源,订正地基雷达GR(Ground-based Radar)的反射率因子偏差。为了减小PR与GR之间观测值对比的不一致性,利用最佳配对数据对比法(ABCD, Available Best Comparable Dataset法),对2008年1月至2014年9月间,江苏省六部地基雷达(南京、常州、连云港、南通、徐州、盐城)的反射率因子值进行订正。最后对方法的应用范围、存在的问题及未来展望进行了讨论。     

不同初始场资料对台风“桑美”数值模拟的影响

以2006年超强台风"桑美"为个例,分别以GFS(全球预报系统)再分析资料和JMA(日本气象厅)区域客观再分析资料为初始场,利用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对台风"桑美"进行高分辨率数值模拟,分析不同初始场资料对台风内部结构和移动路径的影响。结果表明:对于500hPa高度场和850hPa水汽、风场等预报,GFS再分析资料和JMA区域客观再分析资料均能较好地把握台风整体的流场形势。从700hPa风场、近地面风速、降水、雷达反射率、最小海平面气压和最大风速等模拟效果来看,JMA区域客观再分析资料均优于GFS再分析资料。对于台风路径的预报,前15h内JMA区域客观再分析资料较GFS再分析资料要好,而15h之后,以这两种资料作为初始场的台风预报路径与实况均有较大偏差。     

离子选择电极法测定土壤中水溶性氟提取液温度的控制方式

采用超声提取法对样品进行预处理,利用离子选择电极法测定土壤中的水溶性氟,超声空化热效应会造成提取液温度升高,检测结果不稳定,不能如实反映土壤中水溶性氟含量,对土壤环境中氟的监测造成困扰。因此,选择有效的控制提取液温度方式至关重要。本文通过记录直接超声、加冰袋、加冰水、冷却循环水四种温度控制方式提取液温度变化确定出最佳温度控制方式;选取具有稳定性和代表性的土壤有效态成分分析标准物质测定土壤水溶性氟含量,以验证最佳温度控制方式的合理性和有效性;同时分析了提取过程中提取液pH值变化,探讨温度对土壤中水溶性氟提取量影响的原因。结果表明:冷却循环水温度控制方式可有效将提取液温度控制在25±2℃内,该方式的相对误差(8.9%)明显小于直接超声(14.1%);提取液pH值无明显变化,测定结果稳定可靠。     

大兴安岭北段宜里地区早侏罗世二长花岗岩U-Pb年龄、地球化学特征及其构造意义

本文对大兴安岭北段宜里地区二长花岗岩进行了系统的地球化学及锆石U-Pb同位素年代学研究,旨在查明其成岩时代及岩石成因,并探讨其构造意义。宜里地区二长花岗岩中的锆石均呈半自形—自形,振荡生长环带明显,暗示其岩浆成因。锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年结果显示,宜里地区二长花岗岩形成于175.8~174.5 Ma,为早侏罗世岩浆事件的产物。岩石具有富硅（SiO2=71.23%~74. 52%）、富碱更富钾（Na2O+K2O=6.31%~8.31%,K2O=2.58%~4.78%）、贫镁（MgO=0.43%~1.50%）、贫钙（CaO=0.91%~1.81%）的特征,铝饱和指数（A/CNK=0.97~1.16）,属于准铝质—弱过铝质高钾钙碱性花岗岩。富集Rb、Th、K等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta等高场强元素和P、Ti等元素,轻重稀土元素分馏较强（La/Yb）N=14.07~50.34,无明显Eu异常（δEu=0.88~1.71）。花岗岩熔体的锆石饱和温度（714~745℃）明显低于A型花岗岩（＞800℃）,显示出高分异I型花岗岩的特征。岩石学及地球化学特征表明,宜里地区二长花岗岩的形成与俯冲形成的上涌热流加热新增生下地壳发生部分熔融有关。结合区域构造演化及构造判别,认为研究区早侏罗世二长花岗岩形成于蒙古—鄂霍茨克大洋板片南向俯冲作用相关的活动大陆边缘环境。     

黑河中游盆地南部山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算

山区地下水对平原区的侧向径流补给量是一个长期争议且悬而未决的难题,这个量在西北内陆干旱盆地,被估算得或很小或很大。在总结前人研究的基础上,采用地质水文地质调查、物探、钻探、抽水试验、地下水动态观测、水化学测试、盆地地下水水位统测和综合研究等技术方法,查明了黑河中游盆地南部山盆交接带的地质构造接触关系、地层岩性接触关系及梨园河口白垩系风化壳含水层结构和水文地质参数。通过山区不同流域等级的地表水与地下水转化关系分析,将山区地下水对平原区侧向径流补给带划分为大中型河流河谷补给段和小微型河流或冲沟群流域构成的浅山带补给段。河谷补给段勘探资料较为丰富,多用达西断面流方法计算;针对浅山带补给段极为缺乏勘探资料的实际,以梨园河口断面径流量为参照,构建了浅山带岩性、汇水区面积、降水量等3 个变量的山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算方法。估算出黑河中游盆地南部山区浅山带地下水对平原的侧向径流补给量为0.40×108 m3/a,河谷段基岩侧向补给量为0.07×108 m3/a;推算出河谷段第四系地下水补给量为0.30×108 m3/a;3 项补给量之和为0.77×108 m3/a,占盆地地下水资源量的3.0%。该研究为西北内陆干旱盆地山区地下水对平原区侧向径流补给量的估算提供了一个可供借鉴的实例。     

土中有效应力概念的起源与发展

Terzaghi于1922年提出的有效应力概念是土力学的基石性概念,其历史迄今已有百年。值此百年之际,有必要对有效应力的概念起源、物理意义、方程形式及其力学作用进行总结和分析。可知饱和土Terzaghi有效应力方程已得到了广泛的认同,而非饱和土Bishop型有效应力方程的具体形式尚未统一。有效应力方程中应力变量的物理意义仍未形成共识。通过进一步的分析,认为存在于土骨架上的应力可以分为3类,第1类是由总应力引起的沿土骨架传递的应力,即有效应力;第2类是由孔隙流体压强引起的作用在土颗粒横截面上和土颗粒间接触面上的应力,它们不沿土骨架传递;第3类是由范德华引力、双电层斥力、收缩膜表面张力（对非饱和土而言）和胶结物作用引起的颗粒间局部应力,它们也不沿土骨架传递。因此,这3类应力对土体抗剪强度和体变的贡献应分别考虑。