高温与冻融循环对水热炭和生物炭吸附污染物的影响

将农林废弃物通过不同碳化方式制备成水热炭或生物炭,用于土壤改良和环境污染修复,是当前研究和应用的热点领域。由于受到不同自然条件的长期影响,如环境温度变化,水热炭和生物炭会发生老化作用,从而影响其对污染物的吸附能力,因此,评估老化作用对碳化材料吸附能力的影响是一个重要的科学问题。采用高温和冻融循环2种加速老化方式模拟自然界中的温度变化,对稻壳和玉米秸秆水热炭、生物炭进行老化培养,通过元素分析仪、傅里叶红外光谱分析仪、扫描电子显微镜等手段对老化前后水热炭、生物炭样品的物化性质进行分析,通过批实验对比研究2种新鲜炭材料对Cd(II)及莠去津的吸附能力及吸附稳定性,并研究了30、60、90次老化循环后生物炭和水热炭吸附能力的变化。结果表明,生物炭对Cd(II)和莠去津有良好的吸附稳定性,而水热炭对莠去津的吸附稳定性较差。2种老化作用均使水热炭、生物炭表面含氧官能团增加,从而增强了水热炭、生物炭对Cd(II)和莠去津的吸附能力。在高温和冻融环境中,随着老化时间的持续,生物炭比水热炭更容易受到环境的影响。研究相关成果对于水热炭和生物炭合理应用于不同环境的污染修复具有试验参考价值。     

Application of Strontium Isotopic Stratigraphy to DatingMarine Sedimentary Units: A Case Study from the PermianStratotype Section in Southern China

The calibration of sedimentary rock absolute dates is one of the difficulties in sedimentological and stratigraphic research. Since strontium(Sr) resides in seawater much longer(≈106 a) than the seawater intermixing time(≈103 a), the Sr isotopic composition of global seawater is uniform at any time and results in a stable system throughout geological history,based on which a global Sr isotope composition dating database has been established for age-calibration of marine strata.The Permian stratigraphic sections in the northern part of the Upper Yangtze block, southern China, record continuous marine sediments with clear stratigraphic boundaries and is suitable for stratigraphic dating of Sr isotopes. Based on sampling and Sr isotopic compositions of Permian carbonate strata in the northern part of the Upper Yangtze, a Permian Sr isotope evolution curve was established. According to the basic principles of Sr isotope stratigraphy, the global Strontium isotope age database can be used to calibrate the Permian stratigraphic dates in the northern Upper Yangtze. The results show that the Sr isotope evolution curves for the marine carbonate rocks in the Permian stratigraphic section of the Upper Yangtze present a decreasing trend from the mid-Qixia stage(P2) to the mid-Wujiaping stage(P3), and then rise from the middle Wujiaping stage to the end of Changxing stage(P3). When the Permian Sr-isotope evolution curve is compared with the global Sr isotope evolution curve in the northern Upper Yangtze, the two are consistent in their long-term evolutionary trend, indicating that Permian global geological events are important controlling factors for the composition and evolution of Sr isotopes. The 87 Sr/86 Sr value decreased gradually in the background of large-scale regressions at the turn of middle to late Permian period, revealing that the Emeishan basalt eruption occurred near the Maokou/Wujiaping boundary(GLB). Srisotope stratigraphy dating was performed on the boundaries of the Qixia Formation/Maokou Formation, Maokou Formation/Wujiaping Formation(GLB), Wujiaping Formation/Changxing Formation(WCB) and the Permian/Triassic(PTB) using the Global Strontium Isotope Age Database. The results are 270.4 Ma, 261.2 Ma, 254.5 Ma and 249.7 Ma,respectively. Based on this, the eruption age of the Emeishan basalts is defined at about 261.2 Ma., which is more coincident with that acquired from other previous dating methods on the eruption age of the Emeishan basalts, and therefore proves that the application of Sr isotopic stratigraphy to dating marine sedimentary units is an effective method.     

渤海湾盆地石臼坨东428潜山构造成因解析:华北克拉通破坏的深度揭示

渤海湾盆地是在中生代华北克拉通破坏基础上,经由新生代深埋形成的叠合盆地,遭受了多期不同性质构造叠加改造。渤海海域油气资源的勘探逐步走向深层,深部潜山油气藏成为重要的勘探目标。本文以石臼坨东428潜山构造(以下简称428构造)为例,探索渤海湾盆地潜山的形成和构造演化。基于前人对渤海湾盆地内构造和储层特征的研究成果,通过对地震剖面的精确解析,结合相干切片和其他地质资料,系统研究428构造各个阶段的变形特征,特别是对428构造的断裂特征进行了平面和剖面上的解析与断裂组合分析。结果发现:428构造东、西侧现今差异主要是由一条斜跨该构造的NEE向断裂导致的,对比邻区野外应变测量分析,识别出五期构造应力场,分别对应于印支期、燕山期和喜山期的各阶段应力场变化,并结合428构造及其周缘残留地层等方面的证据,进而认为428构造经历了中生代印支期-燕山早期逆冲、燕山中-晚期伸展、燕山末期挤压及新生代右行右阶的走滑-拉分构造叠加的多期复合构造模式。     

激光钻进煤岩技术的研究进展

激光钻进技术是一种极具潜力的创新技术,也是钻探领域的研究热点。作为一种非接触式钻进技术,对破碎松软岩层扰动破坏小,将激光钻进应用于煤层气定向钻进中可发挥出非常明显的优势。梳理和总结了激光用于煤岩钻进的成孔机制、钻进效果的影响因素。在激光钻进过程中,激光与煤岩相互作用伴随着复杂的理化作用,指出激光钻进煤岩主要的成孔机制是烧蚀成孔。从激光参数、岩石性质、外部环境等方面阐述了影响激光钻进煤岩效果的因素,论述了激光钻进用于煤岩这一特定钻进对象的特殊现象和问题,指出煤岩在激光照射下,组分的挥发、热解、升华、烧结和氧化构成了煤岩在高温下主要的热烧蚀机制。从钻进机理、工艺、装置等方面着手,建议加强激光钻进煤岩的多物理场耦合作用机制、钻进工艺、钻进装置研制等适应性研究,为激光用于煤岩的高质高效钻进研究提供参考。      

土洞型岩溶塌陷发育过程气体示踪试验研究——以广州金沙洲为例

运用气体示踪进行土洞型岩溶塌陷监测预警是一种比较新的技术方法,其原理是通过气体在不同形状、规模的土体孔隙、裂缝和土洞中的运移规律研究,分析气体特征值与土体变形破坏的关系,进而间接判断土洞的发育情况,实现岩溶塌陷监测预警。本文以广州市金沙洲岩溶塌陷区为例,通过室内物理模型试验再现了土洞发育、形成到地面塌陷的全过程。运用气体示踪技术,按照土洞形成、土洞发育、土洞堵塞、土洞扩大和土洞塌陷五个过程,研究气体浓度、气体聚集时间等参数指标与土洞不同发育阶段的关系。结果表明:①土洞型岩溶塌陷发育程度与示踪气体浓度存在对应关系,气体浓度升高反映了土体变形破坏的进一步发育;②土体变形破坏程度与示踪气体浓度总体呈正相关关系,距离地面塌陷点越近浓度越高;③土体变形破坏程度与示踪气体浓度达到峰值浓度时间存在对应关系,距离地面塌陷点越近,气体浓度达到峰值的时间越快。根据以上试验结果,运用气体示踪技术进行土洞型岩溶塌陷监测预警是可行的,后期应探索预警阈值并进行野外现场实际验证。      

围压-孔压改变条件下致密砂岩及泥页岩泊松比变化特征及机制

在围压(外压)或孔压(内压)发生变化的条件下,致密砂岩及泥页岩泊松比的变化特征及机制仍有待厘清。本研究从Terzaghi有效应力理论和国内学者提出的新有效应力概念出发,基于松辽盆地高台子组致密砂岩、青山口组泥页岩三向动、静态泊松比测定结果,剖析了两类岩石泊松比的变化特征及机制。岩石样品三向泊松比变化曲线的分布呈现显著的各向异性,这将对压裂缝的延展规律产生一定的影响;就“有效应力”概念厘定的科学性而言,“Terzaghi有效应力”适用于裂缝较为发育的储层,而“新有效应力”适用于孔隙度较大且分布较为均匀的泥页岩。结论将为致密油气的有效开发提供较为重要的理论依据。     

两广地区前、后汛期降水异常反位相现象及可能机理

利用1961—2018年中国地面气象台站2 400站中广东省和广西壮族自治区(两广地区)134站逐日降水资料、英国Hadley中心逐月海表温度资料、NCEP/NCAR逐月再分析资料,筛选了两广地区前汛期降水正(负)异常、后汛期降水负(正)异常的年份,即前、后汛期降水异常反位相年份。结果表明,近60 a来,两广地区前、后汛期降水反位相现象与热带西太平洋海温异常存在密切联系。前汛期期间,当热带西太平洋海温为负异常时,大气对该冷源的Rossby波响应引起西北太平洋反气旋环流异常,且水汽由热带西太平洋向两广地区输送并辐合,同时两广地区为水汽的湿平流区域、风场异常辐合区域,其上空受异常上升运动控制,这样的环流配置有利于两广前汛期期间降水正异常。热带西太平洋海温负异常可持续至后汛期期间,大气的Rossby波响应所致的西太平洋反气旋较前汛期偏西北,两广地区为水汽异常辐散区域,同时水汽干平流且风场异常辐散,受异常下沉运动控制,不利于两广地区降水的产生。反之亦然。     

南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系

利用美国NOAA卫星观测的SOI(Southern Oscillation Index,南方涛动指数)资料以及NCEP/NCAR、CMAP月平均资料,采用相关分析等方法,研究了南方涛动年际变化与夏季亚澳季风环流及海洋性大陆区域气候异常的联系。结果表明:南方涛动具有显著的年际变化特征,这种年际变化对夏季亚澳季风区及海洋性大陆区域的环流、降水及温度异常有重要影响。当SOI正位相时,赤道以南的澳大利亚东部地区以及西北太平洋海域高层为气旋,低层为反气旋,赤道地区的东部太平洋低层为辐散中心,高层为辐合中心,有利于下沉运动维持;加里曼丹岛附近低层辐合,高层辐散,有利于上升运动维持;海洋性大陆地区降水为显著的正异常,东亚地区降水存在较弱的正异常;海洋性大陆地区以及我国青藏高原到东海一带温度为正异常,孟加拉湾及印度半岛区域温度为负异常。     

华南地区7-10月两类区域性极端降水事件特征及环流异常对比

利用1981—2016年7—10月中国753站逐日降水资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）逐日站点降水资料、日本东京台风中心西北太平洋热带气旋（TC）最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料集,分析了华南地区区域性日降水极端事件（RDPE事件）的统计特征及环流异常。根据华南地区RDPE事件的发生是否受热带气旋影响将其分为TCfree-RDPE和TCaff-RDPE两类事件,其中TCaff-RDPE事件占42%且集中发生在8月4—5候;TCfree-RDPE事件以7月发生频数最多,占其总频次的1/2以上。TCfree-RDPE事件发生时,华南地区受异常气旋性环流控制,来自西太平洋和中国南海的暖湿气流与北方冷气团在此汇合并形成一条狭长的水汽辐合带,低层辐合、高层辐散,显著强烈的上升运动为TCfree-RDPE事件的发生与维持提供了有利条件;与此同时,波扰动能量由高原东北侧及河西走廊地区向华南一带传播并在华南显著辐合,有利于华南上空扰动的发展和维持。TCaff-RDPE事件发生时,华南上空由低层到高层的斜压环流结构更为明显,异常上升运动更加强烈,热带气旋在其运动过程中携带了大量源自孟加拉湾、中国南海和西太平洋地区的水汽并输送至华南地区,水汽辐合气流更为强盛。同时,波扰动能量由高纬度地区沿河西走廊向下游传播,但在华南地区辐合不甚明显。两类极端事件发生时,加热场上的差异亦明显。华南及邻近地区上空的大气净加热及其南侧大范围区域的净冷却所形成的加热场梯度对TCfree-RDPE事件的发生有利。而TCaff-RDPE事件发生时,〈Q₁〉和〈Q₂〉在经向上由18°N以南、华南及其邻近地区、32°N以北呈负—正—负的异常分布型,正距平值更高,加热场梯度更大,有利于TCaff-RDPE事件的维持。这些结果有利于人们认识和预测华南区域性日降水极端事件的发生。