湍流相干结构在中蒙中区一次沙尘暴起沙中的作用

起沙机制是沙尘暴天气研究中一个重要问题.本文基于中蒙中区一次沙尘暴天气过程,通过提取沙尘源地涡动相关数据中的湍流相干结构（Coherent structure,简称为CS）,研究了CS在起沙中的作用.结果发现：（1）起沙期间存在CS,其典型特征表现为上扬—下扫循环,即暖空气的辐合上升与冷空气的辐散下沉相伴;（2）起沙期间,CS具有频次高、持续时间短、间歇性适中、连发频繁、速度切变大、水平尺度远大于垂直尺度和尺度变化比较大的特点;（3）CS是重要的起沙机制,它可起动粒径在0.1~156 μm之间的各种沙粒,起动最多的是粒径低于8 μm的粉粒与粘粒,但CS不是唯一的起沙机制;（4）CS的上扬与下扫两过程均可引起起沙,区别在于前者通过暖空气的上升将沙粒向上空输送,后者则是将上空高速冷空气拖带下来引起地表沙粒的起动;（5）CS起沙分为单起式和连发配合式两种形式.单起式是单发CS产生的起沙形式,连发配合式是连发的CS产生的跃移—上扬的配合起沙形式.其中,连发配合式为主要形式;（6）下扫过程对起沙的贡献是上扬过程的1.8~15倍,上扬过程可将下扫过程中起动沙粒的1/3左右向上输送到空中;（7）一般情况下,CS对起沙具有稳定的贡献,其贡献率为51%,当临界起沙风速大于13 m·s^-1时,其贡献急剧降低.     

典型下垫面风沙流中风速脉动特征研究

通过对流沙、戈壁地表风沙流中风速特征研究发现：对于特定的下垫面, 风沙流中各高度层脉动风速具有很好的相关性; 随不同高度间距离增加, 瞬时风速在时间序列上波动的均一性呈递减趋势; 瞬时风速的波动性主要与其所在高度层的沙粒数量和运动状态有关, 二者存在一种动态的互馈关系; 脉动强度随进口风速的增加而增大, 而脉动风速的相对值与进口风速无关, 只是对应高度的函数.     

NaCl-H2O体系中WO3溶解度超临界现象实验探讨

以适量Na₂WO₄·2H₂O, HCl, NaCl和H₂O为原料, 从过饱和的角度对4.0% NaCl水溶液中WO₃溶解度的超临界现象进行实验探讨. 压力恒定在34 MPa, 接近临界压力31.4 MPa, 温度变化于250~550℃之间, 在快速淬火高压釜中进行实验. 结果表明在临界区域内, WO₃溶解度具有超临界现象, 溶解度对温度、密度的变化反应敏感. 本实验温、压条件与许多钨矿床成矿流体的温、压条件比较接近, 超临界地质流体可能有助于揭示钨矿床的形成机制.     

黄土风化过程的硼同位素地球化学研究

采用低硼高杂质离子样品硼同位素分析方法测定了黄土、古土壤样品中酸溶相硼含量及硼同位素组成. 洛川黄土S₀~S₂剖面酸溶相硼含量变化范围为(0.8 ~ 2.7)×10^-6, 其δ¹¹B值在-1.8 ~ +18.6‰之间变化, 多集中在0 ~ +10‰之间. 古土壤层的硼含量及δ¹¹B高于黄土层, 尤以S₁表现最显著. 引起剖面上酸溶相硼含量及δ¹¹B值变化的主要原因是化学风化作用和粘土吸附作用强度的变化. 气候条件变化所引起的风化作用强度的变化可能是酸溶相硼含量及δ¹¹B值发生变化的原因.     

碱性介质中水钠锰矿的生成途径

水钠锰矿(birnessite)是表生作用中含锰矿物岩石风化和氧化较为常见的产物. 在碱性介质中, 以O₂氧化Mn(OH)₂合成单相水钠锰矿, 结合快速X射线衍射(XRD), 粉晶XRD, 透射电子显微镜(TEM), 电子衍射(ED), 能量色散X射线分析(EDAX), 红外光谱(IR), 化学组成分析等方法和相关氧化锰矿物的Eh-pH平衡关系对该反应过程和水钠锰矿的生成途径进行了研究. 结果表明: 在实验条件下, 该反应过程可分为四个阶段: (1) 黑锰矿(Mn₃O₄, hausmannite)和六方水锰矿(β-MnOOH, feitknechite)的形成阶段, (2) 黑锰矿和六方锰矿转化为布塞尔矿(buserite)阶段, (3) 布塞尔矿生长阶段, (4) 布塞尔矿转化成水钠锰矿阶段; 氧化过程中, 布塞尔矿按两种途径由中间产物溶解后重新结晶生成, 矿物转化受其表面溶解O₂浓度决定的Eh值控制. 实验结果可为进一步揭示水钠锰矿在碱性介质中的形成机制提供重要的理论依据, 对水钠锰矿的合成, 改性和在材料科学中的应用也具有实际意义.     

一种新型钾矿资源的物相分析及提取碳酸钾的实验研究

新发现的华北某地白云质泥岩的K₂O含量平均达10w_B%, 钾资源储量巨大, 其成矿地质环境独特而复杂, 矿石的物相组成以微斜长石、白云石和粘土矿物为主, 是一种新的非水溶性钾矿资源类型. 实验结果表明, 以碳酸钠为助溶剂, 经中温焙烧, 钾矿石分解率可达99.4%. 焙烧熟料中K₂O的浸出率超过70%, 且在水浸酸化反应过程中, 原矿中的大部分杂质离子Fe³⁺, Ti⁴⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺等与硅铝质胶体同时沉淀析出, 为制取电子级碳酸钾提供了可能. 硅铝质胶体废渣可用于生产一类新型建材——矿物聚合材料. 研究表明, 综合开发利用该新型非水溶性钾矿资源, 在技术上完全可达到“清洁生产”的现代工业要求, 具有规模化经济效益和良好的环境效益.     

天文观测极移运动周期变化的原因解析

宋贯一（1991,2006）相继发现日-地之间存在一种奇特的能量（动量）相耦合的自然现象:当太阳辐射光压作用于地表之后,地球表面物质的特殊物理性质会自然地把太阳辐射光压立刻分解为两部分,即P₁和P₂.其中P₁为全球各纬度带内单位海洋和陆地表面接收到的等值光压（P₁为随时间和纬度而变化的变量）.在一个回归年的时段内,由P₁在北、南两半球上的不平衡分布激发自转轴摆动,引起转动惯量的变化（该变化是目前所了解到的地球转动惯量的最大变化）并产生极移,该项极移运动的周期为12个月左右.由于P₁在北、南半球上的分布相对赤道是基本对称的和规则的,P₁对自转轴摆动的激发可称谓“规则性激发”;P₂为全球各纬度带内单位陆地和海洋表面接收到的光压值之差（P₂为随时间和纬度而变化的变量）.在一个回归年的时段内,由 P₂在北、南两半球上的不平衡分布激发自转轴摆动而产生的极移运动周期为14个月附近.由于P₂在北、南两半球上的分布相对赤道是不对称和不规则的, P₂对自转轴摆动的激发可称谓“不规则性激发”.这种天然存在的力源,恰恰是近百年来世界各国研究地球自转的地球物理学家渴望寻找的那种既能激发自转轴产生自由章动、又使其摆动含有两个不同周期（12个月和14个月）的激发力源.正是这一奇特自然现象的发现,才使长期以来困扰地球物理学领域内的极移、极移所包含两个周期的涨落变化及由此引起的地球自转速度变化等自然之谜得以破解成为可能. 本文作者仅对天文观测的极移运动周期及其极移运动所包含的两个周期分量在一定的范围内变化的成因作出了详细的解析,并得出如下结论： （1）极移运动主要是由太阳光压P₁ 和P₂共同激发引起的.天文观测的极移摆动周期的涨落变化是太阳光压（P₁＋P₂）激发自转轴摆动过程中,在空间上自转轴的摆动中心相对自转轴中心（地心）移动造成的,涨落范围在395～403±2天之间,即天文观测的极移运动的实际计算周期应在13.0～13.3个月之间变化.（2）极移所含的周年期摆动是由太阳光压P₁激发的.天文观测的周年期摆动周期涨落很小,变化于365.24～365.53天之间.在一个回归年内,由于日-地间距离的变化,使地球表面接受到的太阳辐射光能产生微小差异则是造成观测的周年摆动周期稍有拖长的原因.（3）极移所含的钱德勒摆动周期是由太阳光压P₂激发的.天文观测的钱德勒周期涨落较大,变化于426～437±2天之间,即实际计算周期应在14.0～14.4个月之间变化.观测的钱德勒摆动周期的变化是太阳光压P₂激发自转轴摆动过程中,在空间上自转轴的摆动中心相对自转轴中心（地心）移动造成的.上述的定量解析数据均得到实际观测资料的验证,为极移光压成因理论的正确性提供了具体详实的证据.     

低温酸性溶液中毒砂和As(Ⅲ)稳定性研究

讨论了铁离子浓度为10^-2 ~ 10^-5 mol/kg的Fe₂(SO₄)₃和FeCl₃酸性溶液中毒砂和As(Ⅲ)的稳定性. 实验研究显示: (1) 在所述实验条件下毒砂是不稳定的, 它的氧化程度随Fe³⁺浓度和反应温度升高及pH降低而增加; (2) 毒砂氧化时释放的砷以As(Ⅲ)的含水氧化物为主; (3) 在FeCl₃ 溶液中, 毒砂和As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的氧化速度比在Fe₂ (SO₄)₃溶液中快; (4) As(Ⅲ)的稳定性随氧化剂浓度和反应温度的降低而增加, 随Cl^-浓度的增加及光照而降低.     

富锂氟花岗岩成因: 高温高压实验证据

为模拟富锂氟花岗岩的形成过程并解释其形成机制, 进行了一系列熔化-结晶实验. 在1×10⁸ Pa和570~700℃的浅色花岗岩-HF-H₂O体系中发现了石英+碱性长石+萤石+锂白云母(铁白云母)±锡石的矿物组合, 从而证明了: (1) 从富锂氟花岗质熔体中可以结晶出萤石、锡石和浅色云母, 石英+碱性长石+萤石+锂白云母/铁白云母+锡石的组合可以是岩浆环境下形成的稳定矿物组合; (2) 暗色的黑云母与浅色的铁白云母和锂白云母的同时出现说明岩浆条件下可以形成白云母花岗岩和二云母花岗岩, 环带状云母的发现说明云母的环带状结构不是热液成因云母所独有; (3) 随着结晶作用的进行, 残余熔体中SiO₂含量降低, Al₂O₃和F含量以及A/CNK和NKA/Si比值升高, 这些结果与富锂氟花岗岩中常见的垂直分带现象一致, 并为富锂氟花岗岩岩浆成因提供了非常有说服力的实验证据.     

高温高压下辉长岩纵波速度和电导率实验研究

分别采用超声波透射-反射法和阻抗谱法在1～2 GPa, 室温到1100℃条件下测量了辉长岩的纵波速度(V_p)和电导率, 分析了影响辉长岩纵波速度的因素及其微观导电机制. 结果表明, 在800～850℃, 辉长岩的纵波速度开始大幅度下降, 波速下降受颗粒边界相、脱水熔融等因素的制约, 但在800～850℃, 辉长岩的电传导机制和电导率值却不会发生突变. 在680℃以下, 12～10⁵ Hz的频率范围内, 辉长岩阻抗谱上只出现代表颗粒内部传导机制的阻抗弧Ⅰ; 在680℃以上, 代表颗粒边缘传导机制的阻抗弧Ⅱ开始出现, 但岩石的总电导率由颗粒内部传导控制, 颗粒边缘传导对其影响很小. 实验测得的纵波速度与下地壳-上地幔平均V_p观测值一致, 电导率值与下地壳-上地幔辉长质岩石的组成相对应, 但与含有高导层的下地壳的大地电磁测量结果相差1～2个量级. 实验证实, 含水矿物脱水可诱发部分熔融, 通过这一机制可使地球内部的低速层和高导层具有一致性.     

Fe-Cu-Ni硫化物锍在似诺里尔斯克玄武岩熔渣中界面张力大小实验研究

通过座着液滴技术, 研究锍成分变化对锍在似诺里尔斯克玄武岩岩浆中界面张力大小变化的规律. 锍的成分有两个系列: FeS-Cu₂S-Ni₃S₂和FeO-FeS. 由实验得出如下结果: 1) 在FeS-Cu₂S-Ni₃S₂系列中, 随着锍中Cu和Ni含量的增加, 其界面张力逐渐变小; 2) 在FeO-FeS系列中, 随着锍中氧含量增高, 其界面张力逐渐变大. 实验结果表明, 形成大规模岩浆 Cu-Ni硫化物矿床有两个重要条件, 一是基性及超基性母岩浆中必须富含Cu和Ni, 这样在岩浆演化早期阶段, 由于硫化物熔体的界面张力相对较小, 不易形成硫化物液滴, 或形成的硫化物液滴不易聚集; 二是岩浆定位深度较小或岩浆定位环境构造较发育, 有利于大规模岩浆硫化物矿床的形成, 因为在这种情况下, 系统中氧逸度较高, 硫化物熔体界面张力较大, 有利于硫化物熔体的分离和聚集.     

水-钠长石熔体相互作用实验研究

根据对含水钠长石玻璃的FTIR和Raman光谱研究, 认为水在钠长石熔体中的溶解作用同时存在两种机制: 一方面水与Al-O°-Al结构单元反应发生解聚作用并生成Q³ Al-OH, 造成FTIR及Raman光谱中4500和900 cm^-1谱峰的出现; 另一方面同时发生水中的H⁺与钠长石熔体中的Na⁺的置换作用. 在溶解初期, 水的溶解机制以生成Al-OH为主, 随着水含量的升高, H⁺与Na⁺之间的置换作用变得愈加重要. 水在钠长石熔体中的溶解作用可表示为: H₂O + 3NaAlSi₃O₈ = 2NaAl(OH)Si₃O_7.5 + HAlSi₃O₈ + NaOH.     

天津蓟县长城系串岭沟组伊利石微结构特征

利用高分辨透射电镜(HRTEM)结合选区电子衍射(SAED)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对天津蓟县长城系串岭沟组(Chch)地层中伊利石的微结构特征进行了研究. 所研究伊利石的Kübler指数(“伊利石结晶度”)为0.505° Δ2θ, 表明所采岩石处于成岩阶段中期. EDS成分分析表明该伊利石样品层间电荷亏损严重, 其平均化学晶体结构式为K_0.57(Al_1.80Mg_0.42Fe²⁺_0.12)_Σ=2.34 (Si_2.92Al_1.08)_Σ=4O₁₀(OH)₂. 从获得的一维晶格像中观察到了具平直堆垛和弯曲堆垛层结构的伊利石晶体, 以及由于位错形成的如席状编织结构的伊利石晶体, 结合SAED确定它们为1M型伊利石. 沿[100]和[110]入射形成的二维晶格像, 其晶格条纹宽度相同, 交角不同. 沿[100]形成的二维晶格条纹相互垂直, 而沿[110]形成的二维晶格条纹相互斜交. 该研究为蓟县中元古界典型剖面提供了重要的自生黏土矿物的结构信息.     

由5个国际超导重力仪台站资料检测到的秘鲁8.2级大地震所激发的球型自由振荡现象

综合分析了国际上5个超导重力仪台站所观测到的6组资料, 利用资料迭积的傅氏分析和最大熵谱分析检测到地球自由振荡谱, 并准确获得了₀S₀ ~ ₀S₄₈的全部振型. 将检测结果与以前3组模型及3组观测结果进行比较, 观测到秘鲁地震与阿拉斯加地震激发的₀S₂振型周期的差异, 有可能反映了地球内核各向异性. 另外, 在分析₂S₂振型谱线分裂时, 发现自转方向和逆自转方向上的谱线分裂不对称因子之间存在较大差异.     

大别山造山带前陆阳新二长质侵入体的矿物化学、地球化学与锆石SHRIMP定年

阳新岩体是个由三期侵位形成的复式岩体, 其中作为主体的第二期占了整个岩体出露面积的90%以上, 其锆石U-Pb SHRIMP年龄为134±2 Ma, 为典型的燕山晚期侵入体, 而不是早先认为的属燕山早期. 该岩体内主要暗色矿物角闪石和黑云母都以富镁为特征, 表明其母岩浆来源深, 与地幔具有近缘性. 地球化学上该岩体以高铝(Al₂O₃=15.92%~16.38%)、偏碱(Na₂O+K₂O为6.95%~7.37%)、富钠(Na₂O/K₂O为1.47~1.94)、高Sr(816~897 μg/g)、富集强不相容元素Rb, U, Th, K及轻稀土元素, 而亏损重稀土元素和Y为特征, 轻、重稀土元素的分馏程度强((La/Yb) _N = 17.83 ~20.86), 地球化学的总体特征虽与典型的埃达克岩有所差别, 但非常类似. 推测岩浆的形成可能与大别山造山带山根拆沉后底侵玄武岩的部分熔融有关. 该岩体自固结至今大约抬升了5 km, 抬升速率仅约0.04 mm/a, 远低于造山带内晚中生代的剥蚀程度, 只是到了新生代, 两地的抬升剥蚀速率才可能相近.     

塔里木盆地深层碳酸盐岩中气体包裹体组成及其碳同位素特征

通过分步加热法和真空电磁破碎法, 对塔参1井深层(>5700 m)碳酸盐岩包裹体中微量气体组分进行了质谱计在线检测, 并对真空电磁破碎法释放的气体进行了碳同位素测定. 组分测定结果表明, 虽然两种方法获得的气体成分有差别, 但总的情况是, 深层碳酸盐岩中包裹气体成分以CO₂为主, 其次为烃类气体CH₄, C₂H₆和C₃H₈. 非烃气体CO在分步加热法中丰度较高, 而在真空电磁破碎法测定中含量较低, 包裹体中N₂, H₂和O₂含量较低. 在5713.7 ~ 6422 m的下奥陶统和上寒武统中, 气体包裹体δ ¹³C₁表现出富¹²C, 类似于生物气的特点(-52.4‰ ~ - 63.1‰), 但其组分却没有生物气“干”的特征. 深层包裹体中这一特征可能主要与烃类气体的运移分馏因素有关. 塔中个别深层天然气中较轻的CH₄碳同位素特征可能也有类似成因. 而在下寒武统7117 ~ 7124 m处的气体包裹体则δ ¹³C₁较重, 为高成熟度CH₄的特点. 深层碳酸盐岩包裹体中 主要表现出无机成因的特点, 与塔中天然气的CO₂碳同位素值所表现的成因一致.     

210Pbex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示

²¹⁰Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的²¹⁰Pb_ex 通量稳定. 当沉积速率相对稳定时, 沉积物中²¹⁰Pb_ex 的比活度将随沉积年代呈指数衰减. 湖泊水体中的²¹⁰Pb_ex 主要随有机微粒的沉降而进入沉积物. 如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时, 则可能显著地增大²¹⁰Pb_ex 被清洗而转入沉积物的通量. 这种突发性清洗效应, 一方面显然不符合²¹⁰Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化. 根据云南程海近代沉积物²¹⁰Pb_ex 垂直剖面的特殊变化, 对这一问题进行讨论. 沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区. ¹³⁷Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征, 给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性. 而²¹⁰Pb_ex 比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布, 并与Corg垂直剖面相似. 这一现象可能与制约²¹⁰Pb_ex 转入沉积物的机制有关. 程海沉积物中H_org/C_org和C_org/N_org原子比平均值分别为5.51和7.04, 表明其有机质主要源于内生藻类残骸. 根据沉积物有机质“沉降-降解-堆积”的3阶段特征, 模拟计算出1970年以来有机碳C_org的沉积通量(F(C_org)). 不同年代²¹⁰Pb_ex 的沉积通量(F(²¹⁰Pb_ex ))与F(C_org)显示出很好的同步关系. 特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段, 二者同步增大. F(C_org)的变化导致F(²¹⁰Pb_ex )的变化; F (²¹⁰Pb_ex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化.     

长江口外及浙江沿岸夏季上升流的潮生机制

基于普林斯顿海洋模式(POM)建立了MASNUM (Laboratory of MArine Science and NUmerical Modeling)海浪-潮流-环流耦合模式, 对长江口外及浙江沿岸海域夏季的上升流现象进行了数值模拟, 并从潮运动的角度分析了其动力机制, 对该海域潮致上升流的形成机理给出了一种新的解释. 研究表明, 该海域上升流的潮生机制同时体现在正压和斜压2个方面: 单纯的正压潮余流能够通过底层辐合和沿地形坡度爬升两种过程产生上升流; 在斜压海洋环境下, 强烈的潮混合作用在近岸陆坡区形成显著的锋面, 锋面两侧存在明显的密度差异, 该密度差异造成的水平压力梯度诱生出沿锋面的次级环流, 其上升流分支出现在锋区附近. 数值试验表明, 潮运动是该海域上升流的一个极为重要的诱发因子, 甚至占主导地位. 研究还发现, 与单纯模拟M2分潮相比, 对MS2, S₂, K₁及O₁ 4个主要分潮耦合计算有助于改善正压潮致上升流的模拟结果.     

低温含锗溶液与泥炭和褐煤相互作用实验研究

在25~100℃, C₀ = 5 μg/g和不同pH值条件下, 对泥炭和褐煤与含锗溶液(Ge⁴⁺)的相互作用进行了实验研究. 研究结果表明: (1)酸性(pH₀ = 2.96)条件下, 泥炭和褐煤对溶液中锗的表观转化率与温度呈明显的正相关; 同等实验条件下, 实验所采用的褐煤对锗的表观转化率明显高于泥炭, 但其有机转化率低于泥炭; 泥炭和褐煤与含锗溶液相互作用的活化能分别为30.96和15.67 kJ·mol^-1. (2)强酸(pH₀ = 2.96)、强碱(pH₀ = 12.08)条件有利于泥炭和褐煤对锗的转化; 在40 = 6.38)条件有利于褐煤对锗的转化. (3)泥炭和褐煤与含锗溶液相互作用的反应机理可能主要是有机质对锗的配合作用. 上述结果为煤中锗超常富集的热水沉积成因提供了最直接的实验证据.     

中国大陆及邻近地区Lg尾波的Q值分布

10个中国数字地震台网(CDSN)台站和5个全球地震台网(GSN)台站所记录的785个浅源地震的宽带垂直分量, 被用来研究中国大陆及邻近地区L_g尾波的衰减特性. 首先运用叠加谱比法对各记录进行处理, 得到与各路径相对应的椭圆内L_g尾波的Q₀ (1 Hz处的Q值)和频率相关因子η的平均值. 进一步应用反投影技术, 得到L_g尾波的Q₀值和η值的成像图及其误差分布. 结果表明, 在所研究的范围内, Q₀在200~500的范围内变化. 最低的Q₀发生在滇藏地区; 最高的Q₀发生在西伯利亚地台的南端. η值的变化范围在0.3~0.8之间. 对于所研究的大部分地区, η值呈现出与Q₀值的反向变化关系.