金刚石压腔（DAC）技术及其在地球科学中的应用

近几十年来金刚石压腔（DAC）技术被广泛应用于高温高压实验研究领域,它可以达到550 GPa的压力和6 000 K的温度。与其他静高压实验技术（大压力机、高压釜等）相比,金刚石压腔具有独特的优势,它不仅可以进行极端温压条件下物质的结构性质、相变及状态方程等研究,而且可以原位观测整个实验过程。文中简述了金刚石压腔装置的结构及温压测量方法,然后分别从物质相变、矿物溶解度、流体性质和组成、油气成因、稳定同位素分馏系数和布里渊声学测量等方面简要介绍了金刚石压腔技术在地球科学中的研究进展。随着实验技术的不断发展和更新,金刚石压腔技术将具有更广阔的应用前景。     

地幔转换带条件下岩石矿物波速测量方法:超声波与多面砧技术的结合

地幔矿物的波速测量研究是认识地球深部物质组成和性质的重要方法.国际上在大压机中利用超声波技术对地幔矿物材料开展了广泛的波速测量研究,实验温压范围达到地幔转换带条件,而国内大压机超声波波速测量局限于6 GPa压力以内.在中国地质大学(武汉)地球深部研究实验室1 000 t Walker型多面砧大压机上,利用超声波技术,建立了一套高压波速测量系统,对地幔转换带矿物Mg₂SiO₄瓦兹利石多晶样品在18 GPa压力范围内的弹性波速进行了测量,测量结果与前人超声波波速测量结果相比总体吻合程度良好.利用多面砧大压机和超声波技术,在国内首次实现了地幔转换带高压条件下的波速测量,缩短了我国高压波速测量水平与国外先进水平的差距,同时可以为中国及周边地区地球物理观测资料的解析提供矿物物理方面的实验约束,为国内岩石矿物和固体材料的弹性研究提供实验技术支持.      

YJ-3000t型紧装式六面顶大腔体高温高压实验装置样品室的压力标定

固体、流体及其混合体系的高温高压实验一直是人们了解各种物质及体系的成分、结构、性状和过程的重要手段.因此,开展各种物质及体系的高温高压实验研究具有重要的理论和实际意义[1].在高温高压实验研究中,样品室内的压力通常必须已知.然而,对于采用固体物质作为传压介质的多面顶大腔体高温高压设备,由于传压介质的内摩擦会使得砧面压力与样品室内压力不一致,因此有必要对样品室内的压力进行标定.     

虚拟现实技术及其在地球科学中的应用

虚拟现实技术以其具有的沉浸感、交互性、实时性、构想性等特点而越来越为广大地学工作者所关注。本文首先介绍了虚拟现实系统的组成,之后综述了近几年国内外地球科学部分领域应用虚拟现实技术的研究文献。与传统方法相比,虚拟现实技术在很大程度上提高了科学研究的效率,能提供更丰富的可视化和交互环境,使科学家能够操纵多达GB甚至TB级数据,以一种身临其境方式来对研究对象进行观察、分析和实时操作,而无需科研人员到达现场。通过虚拟现实系统,能将尽可能多学科的数据放到同一个环境下,增强科研人员研究问题的深度和广度,避免得出错误结论。同时能重塑不可再生资源,避免了在科学研究的同时对其造成的破坏,有助于科学知识在公众中的传播。与西方发达国家相比,我国的（沉浸式）虚拟现实技术在地学领域的应用还处在起步阶段,在拥有大量高精度LiDAR地形数据的活动构造等领域亟待引入该项技术,以一种全新的视野来重新审视地球科学研究,并推动该学科在未来的发展。     

加速器质谱技术及其在地球科学中的应用

介绍了加速器质谱的基本原理、装置、技术发展以及在地球科学中的主要应用,并报道了中国原子能科学研究院加速器质谱实验室利用10Be2、6A l和36C l在地球科学如地质年代学、水文、海洋等相关领域开展的工作成果。     

镉同位素体系及其在地球科学和环境科学中的应用

镉是典型的亲硫元素,常赋存于各种硫化物矿床中.在环境体系中,镉是微生物所需的营养物质,其元素的循环受生物活动的影响.已有研究表明蒸发/冷凝过程、生物及无机过程都会导致镉同位素发生分馏,因此镉同位素研究在地球科学、环境科学具有独特的应用前景.与此同时,多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)技术的应用成功地实现了地质样品中镉同位素组成的高精度测量,使得镉同位素地球化学研究获得了蓬勃发展.本文基于当前最新研究成果,对镉同位素体系进行了详细综述,重点探讨镉的地球化学行为及同位素分馏机制,镉同位素在各物质储库中的分布特征及其在地球科学、环境科学中的应用,镉同位素测试技术.镉同位素地球化学的研究尚处于起步阶段,深入开展镉同位素分馏机理、完善镉同位素在各物质储库中的分布、建立统一的同位素标准体系的研究,将推动镉同位素在地球科学和环境科学领域的广泛应用.     

U同位素分馏行为及其在环境地球科学中的应用研究进展

近年来,研究铀(U)及其同位素有关的地球化学指标在地球环境科学领域发挥着越来越重要的作用。为加快我国U同位素发展和应用,本文系统回顾了近20年来U及其同位素的地球化学行为、U同位素分析测试技术、U循环与地表U同位素组成、U同位素分馏机理以及U同位素在环境科学领域的应用进展与技术壁垒。综述表明：U作为氧化还原敏感元素,在自然和人为活动中,U同位素存在显著分馏现象。U同位素已初步成功应用于示踪现代陆地表生环境系统中U的分布、迁移和扩散行为,重建地质历史时期环境与生命协同演化过程等地球环境科学领域。但总体而言,国内外U同位素研究工作仍处于起步阶段,多数局限于定性分析,在应用中也存在一些问题亟待解决,例如：特殊价态的U同位素仍无法测量,这制约了进一步对氧化还原过程中U同位素分馏机理的认识;地下水U污染处理手段缺失,表生沉积物的U同位素测试数据缺乏系统性和区域性,大气定量源计算解析模型还未完全建立;碳酸盐岩成岩过程中的U同位分馏机理尚不清楚,其分馏校正因子难以确定;黑色页岩包含海水和沉积物混杂的化学信号,难以准确扣除局部无效分馏信号;对非重大地质事件时期的关注较少导致无法恢复地球完整的氧化还原历...     

多道瞬态面波法在回填地基调查中的应用

利用面波在浅部土层中的传播特性以及面波相速度与岩土力学参数的相关性,采用多道瞬态面波法对勘察场地进行探测,通过数据处理获得场地的面波相速度剖面,根据面波相速度结构来推断场地内回填土的分布范围。钻探资料表明,多道瞬态面波法探测结果可靠,应用效果良好。     

破坏包络面理论在多基础系统中的应用研究

由多个分离基础组成的多基础系统是常用的海洋结构基础型式。基于破坏包络面理论,分析了砂土地基多基础系统的失效模式,建立了相应的承载力计算方法,并验证了计算方法的可行性。对比分析了单一基础和多基础系统不同荷载路径下的荷载安全系数,探讨了破坏包络面理论与分项系数法相结合的基础承载力计算方法。失效模式的分析表明,由于水平荷载的增大,四腿平台结构迎浪侧基础首先到达破坏包络线,其失效模式属于滑动失稳,但由于基础间的运动约束,其并不会出现真正的滑移破坏。随着水平荷载进一步地增大,迎浪侧基础承担的水平和竖向荷载不断减小,导致背浪侧基础受到不断增大的荷载。最终,背浪侧基础也到达破坏包络线,多基础系统失效。分析表明,荷载路径对基础的荷载安全系数有决定性的影响,计算基础的荷载安全系数需指明相应的荷载路径。鉴于破坏包络面的大小和形状取决于众多因素,基础设计时需采用特定工况下的破坏包络面进行承载力计算。     

锆石地球化学特征及地质应用研究综述

介绍并对比了用于锆石等副矿物测试的离子探针、激光探针、电子探针、质子探针等几种微区原位测试技术各自的特点.锆石U-Pb定年实现了对同一锆石颗粒内部不同成因的锆石域进行原位年龄的分析,给出了有关寄主岩石的源岩、地质演化历史等重要信息,为地质过程的精细年龄框架的建立提供了有效的途径.锆石微量元素、同位素特征是译解岩石来源和成因的指示器.锆石Hf同位素已成功地用于地球早期历史、岩浆来源、壳幔相互作用、区域大陆地壳增长的研究等;锆石氧同位素组成能有效地约束壳幔相互作用和示踪岩浆来源等.     

激光进样等离子体质谱技术及其在地球科学中的应用

对激光进样等离子体质谱固体分析新技术进行了评述,包括这一技术的性能特点、仪器结构和进展概况、有关参数、分析理论、样品制备及其在地球科学中的应用。引用主要文献４１篇。     

宇宙成因核素测年方法及其在地球科学中的应用

宇宙成因核素地表暴露测年方法,是近年来迅速发展起来的一种新的同位素地质年代学方法.宇宙成因核素主要是由来源于银河系的宇宙射线与暴露于地表的物质作用形成的,作用机制主要包括裂变、中子捕获和介子反应.产生宇宙成因核素宇宙射线粒子主要是次生快中子、热中子和负慢介子,由于这些宇宙射线粒子在空间分布上的不同,地球上不同纬度、海拔高度和深度处的宇宙成因核素生成速率也表现出较大的差异.地表物质中宇宙成因核素浓度除了受到核素生成速率和地表物质的暴露时间制约外,还与地表侵蚀速率密切相关,此外,地磁场强度、遮蔽、化学风化及样品的几何位置等也会对核素浓度产生一定影响,在求算样品的地表暴露年代时,应对这些因素进行相应的校正.宇宙成因核素地表暴露测年技术的理论和方法日臻完善,目前它已被广泛到第四纪冰川、撞击坑、火山地貌、断层面等地学问题中来.     

铼—锇同位素和铂族元素分析方法及地学应用进展

近30年来,国内外铼—锇(Re-Os)同位素和铂族元素(PGE)分析方法及其地学应用取得了诸多研究进展.首先对铼—锇同位素和铂族元素分析的样品溶解、化学分离及质谱测定等方面的进展情况进行了综述;然后,对铼—锇同位素和铂族元素在天体化学、大陆岩石圈地幔定年、金属矿床定年、沉积地层定年及古环境,以及在油气系统定年与示踪等领域的应用进展情况进行了简要评述.可供地质分析工作者针对不同分析任务及分析对象,选择分析方法并进一步发展Re-Os-PGE分析技术时参考,也可供地质科研工作者开展Re-Os-PGE地球化学研究工作时借鉴.     

组构数值模拟的原理及其在地学中的应用

组构是指由岩石塑性变形导致多晶体的结晶学优势取向现象。组构的存在会增加岩石的各向异性,进而可能影响到岩石的后续变形。岩石组构包含了变形类型、运动学、变形环境、流变学特征等信息,因而成为显微构造学的重要内容。组构数值模拟是近年来得到重视的一种组构研究方法,它以晶体塑性理论为基础,利用计算机技术定量地模拟多晶岩石中组构的形成和演化。在晶体塑性理论中,晶体的塑性变形是由滑移系的剪切滑动导致的,由单晶塑性本构关系表征。多晶均匀化模型包括Sachs模型、Taylor模型、自洽模型和有限元模型,它们从不同角度描述了由单晶变形组成的多晶体变形。极图、反极图和取向分布函数被用来显示多晶体中各晶粒的空间取向。目前组构数值模拟在地学中的应用主要体现在各种单相和多相岩石的组构形成、重结晶作用下的组构形成、组构对地幔和地核地震波波速各向异性的影响等方面。     

地质科学在自然灾害综合研究中的作用

各种自然灾害的发生、发展和时空分布都不是孤立的，而是相互耦合从而形成一个统一的自然灾害系统。自然灾害系统是地球整体系统的一个组成部分。地球系统科学研究的基础和中坚是地质科学，因此地质科学在自然灾害综合研究中有着重要的地位。目前的研究表明：自然灾害系统的形成机制与分布，受到了地壳运动、地质作用和地质构造格局的控制，同时地球下垫面的状况又可以制约自然灾害的孕育、活动和能量释放过程。因此，对和自然灾害的发生有着密切关系的各种地质条件进行深入研究，是自然灾害综合研究的基础，也是进行自然灾害综合预报的基础。     

激光雷达测量技术在地学中的若干应用

对激光雷达测量技术在全球冰川监测、局部断裂带提取、滑坡监测和稳定性评价以及海岸线提取和海岸侵蚀等方面的应用做了较为全面的综述.作为一种新型的对地观测手段,激光雷达(含星载、机载、车载和地面)的应用已经从传统的测绘扩大到包括文物保护在内的诸多其他应用领域.所综述的激光雷达技术在地学研究中的4个应用方面,是传统地学研究中与全球变化和人居环境最为密切的方向.分析表明,激光雷达技术在这些研究方向中的应用大有作为.