贵州山区石灰土与黄壤土壤有机质δ13C值剖面分布差异研究

以贵州两种主要土壤类型石灰土和黄壤为例,分析了森林植被下植物优势种、枯枝落叶、土壤有机质的稳定碳同位素组成、土壤有机碳含量、pH值和粘粒含量.结果显示,两种土壤类型有机质含量和δ13C值的剖面分布具有显著差异石灰土剖面土壤有机碳含量均大于10 g/kg,最大值为表层土(71 g/kg);黄壤剖面中有机碳含量为2.9～44.3 g/kg.剖面自上而下,石灰土剖面有机质δ13C值为-24.1‰～-23.0‰,黄壤剖面有机质δ13C值为-24.8‰～-21.9‰.土壤类型、土壤pH值、粘粒含量对贵州山区土壤有机质含量和δ13C值剖面分布有重要影响.     

应用δ^13C值探讨土壤中有机碳的迁移规律

C3植物与C4植物具明显的δ^13C值差异，利用这种特性，选取荔波茂兰喀斯特森林边缘处这个C3植物－C4植物转换生长的地点，分别采集森林与农田各三个剖面的土壤样品，根据测定其土壤总有机碳，不同粒径及不同比重组分的δ^13C值间的相互关系来推导土壤有机碳的若干迁移规律。     

桂江流域河流有机碳特征

通过对桂江流域内植物、土壤碳同位素、河流有机碳含量及同位素进行系统取样测试分析发现,桂江流域C3植物的δ13C范围为-37.89‰~-23.27‰,C4植物δ13 C范围为-14.49‰~-12.00‰。土壤碳库的δ13 C范围为-30.43‰~-11.56‰,平均值为-24.32‰。土壤碳库主要受C3途径植物控制,C4途径植物对土壤碳库的δ13 C影响有限,植物残体转化成土壤有机质的过程中产生有机碳同位素分馏效应,造成土壤有机碳同位素比植物碳库偏重4.42‰。桂江河流DOC分布范围0.68~2.16mg/L,平均值为1.39mg/L。ρ(POC)分布范围0.11~1.14mg/L,平均值为0.37mg/L,DOC/POC的范围1.31~9.04,ρ(DOC)ρ(POC),成为水体有机碳的主要形式。流域水体中δ13CDOC值的范围为-29.682‰~-15.377‰,平均值为-24.810‰;δ13CPOC值的范围为-27.886‰~-24.271‰,平均值为-25.868‰;两者均位于土壤有机碳库同位素范围内,说明河流有机碳主要来源于土壤的机械侵蚀和土壤有机质的降解,受人类生产生活有机废弃物和河流自生浮游植物的代谢分泌物影响小。     

BIOGEOCHEMICAL CYCLE OF RIVERINE CARBON IN THE GUIJIANG RIVER: TRACING WITH 14C AND 13C

基于一个水文年度的月周期性采样分析,用河流悬浮颗粒物的有机碳(POC)和溶解无机碳(DIC)的同位素信号探讨了桂江径流中碳的生物地球化学循环.桂江悬浮颗粒物中POC含量多介于1.70％～14.27％之间,平均为(4.54±2.94)％;河流POC的Δ14C值介于-235.8‰～ -26.7％之间,平均为(-135.38±57.27)‰,没有检出“核爆14C”信号,揭示了较为强烈的流域地表扰动和土壤侵蚀状况.桂江POC的稳定同位素组成(δ13C)变化于-29.92％ - -24.71‰之间,平均为(-26.86± 1.29)‰,这与以C3植物为主的流域生态系统的碳同位素组成一致.桂江颗粒有机质的C/N比多介于5.54 11.53之间,平均为7.97,低于全球河流的平均状况.一方面,土壤有机碳、岩石来源的地质碳及藻类生物量的混合比例决定了桂江河流颗粒有机质的C/N比和Δ14C值;另一方面,微生物群落对水体有机质的代谢分解作用也在一定程度上改变了有机质的元素和同位素比值.桂江河流DIC的δ13C值变化于-17.22‰～-10.65‰之间,平均为(- 12.95±1.94)‰.冬半年河流DIC(δ13C值平均为-11.47‰)几乎全部来自碳酸盐矿物的化学风化,夏半年土壤硅酸盐矿物的化学风化对DIC(δ13C值平均为- 14.73％)的贡献达28％.     

西峰、洛川黄土碳酸盐根茎体碳同位素分布特征及古环境意义探讨

以往对于土壤碳酸盐根茎体(CR)的形态和碳同位素分析表明其具有纯的生物成因源的特征,被用于指示不同大陆的高分辨率气候变化.为此,本研究选取了位于黄土高原中部的西峰和洛川黄土-古土壤序列,分别采集65个和22个样品.通过湿筛法(80目)分离后,在显微镜下通过细针挑选出根茎体样品进行碳同位素(δ13CCR)的分析,并将结果与总有机质碳同位素(δ13CTOC)、总无机碳酸盐碳同位素(δ13CTIC)、总有机碳含量(TOC％)和磁化率(MS)等多指标进行对比分析.结果表明:西峰剖面的土壤碳酸盐根茎体δ13CCR值的变化范围为-8.6‰～-3.7‰,δ13CTOC值的变化范围为-23.68‰-19.47‰,δ13CTIC值的变化范围为-8.65‰～-4.95‰;洛川剖面的土壤δ13CCR值的变化范围为-8.30‰-3.58‰,δ13CTOC值的变化范围为-23.28‰～-18.72‰,δ13CTIC值的变化范围为-8.50‰ ～-3.78‰;两个剖面末次冰期以来的δ13CCR均没有完全响应MS,TOC和δ13CTOC的变化趋势,表现为在So呈现相反的变化趋势,在L1呈现相似的变化趋势;而与δ13CTIC值在冰期-间冰期尺度上呈现一致的变化趋势和幅度.该结果表明西峰、洛川剖面碳酸盐根茎体碳同位素类似于总无机碳酸盐碳同位素,其影响因素可能较为复杂(如碳酸盐的淋溶迁移、植被的影响、原生碳酸盐等复杂因素的影响),特别是淋滤深度的不确定性.因此,在独立使用黄土碳酸盐根茎体δ13CCR值来重建该地区的古植被(C4/C3)变化信息时要慎重.     

生物成矿和热水成矿中碳来源的同位素示踪

应用修改的Scotchmanδ^13C-δ^18O图解,可以区分沉积盆地中4种不同来源的碳。它们是：海洋碳酸盐岩中的碳、生物碳、热解非生物碳和热卤水流体中的碳（主要来自地壳深部）。以生物碳来源为主的碳酸盐岩是埋藏于低古地温条件下沉积－成岩阶段中有机物质分散的产物,多数以δ^13C＜－8‰和δ^18C值＞－6‰为特征。热水成矿作用形成的碳酸盐岩以δ^13C值－2‰－－8‰和δ^18C＜－7‰为特征,碳主要为地壳深部的非生物成因碳,且可能由沉积物变质释放出CO2沉积而成,也可能来自上地幔流体的去气作用。     

中国活动火山区甲烷的碳同位素研究

中国长白山天池、腾冲、五大连池等主要活动火山区逸出气体中甲烷的碳同位素组成测试结果显示，腾冲、长白山（不包括天池火山口内湖滨）火山区岩浆来源气体中甲烷的δ^13C值的变化范围与国际上地热区甲烷大致相同，平均值分别为-19．0‰，-32．6‰；五大连池火山区与天池火山口内湖滨强气体释放带逸出甲烷的δ^13C值较低，平均值分别为-45．8‰和-47．9‰，类似于东非裂谷带基伍（Kivu）湖的甲烷。研究认为，这些低δ^13C值甲烷可能直接来自上地幔；岩浆来源甲烷在火山喷发过程中的动力学分馏导致了其δ^13C值的降低，岩浆源区越深，其δ^13C值越低；岩浆源区深度（d）与甲烷δ^13C值有如下关系：d（km）=0．0107（δ^13C1）^2＋1.14。岩浆来源CO2和CH4之间的碳同位素分馏温度可指示气体最后源区的深度。     

植物-土壤有机质转化过程中的碳同位素组成变化

土壤有机质的碳同位素信息反映了上部的植被和气候状况，但植物体在被微生物分解、利用、转变为土壤有机质的过程中会产生碳同位素的分馏。本研究探了高山草甸和典型草原两种不同气候、生态环境条件下，植物转变为土壤有机质过程中的碳同位素组成变化。结果显示：在太白山高海拔地区的4个采样点，表土的δ13Corg值均随深度的增加而逐渐偏正，到距离地表10-15cm左右时，土壤的δ13Corg值基本稳定。经过长期分解稳定以后的土壤有机质的δ13C值要比其源植被约偏正1.65‰-2.27‰左右，平均约偏正1.9‰左右。在内蒙草原样地的4个采样点，亦表现出与太白山相似的变化：土壤样品的δ13Corg值从地表开始，随着深度的增加而逐渐偏正，到约距离地表10cm左右深度后，δ13Corg值逐渐达到稳定，在距地表10-16cm间基本稳定不变。在该深度土壤的δ13Corg值比它上面生长的植物的δ13C值要分别偏正1.3‰、1.4‰、1.4‰、1.2‰，4块样地平均偏正约1.3‰左右。本研究表明，在运用土壤有机碳同位素反淀古植被和古气候变化时，应考虑到不同气候、生态环境中植物转化为有机质过程中的碳同位素分馏影响。     

攀西宁南地区上震旦统灯影组麦地坪段C、O同位素特征和震旦系/寒武系界线的划分

对上震旦统灯影组麦地坪段的C、O同位素组成进行了分析,并根据δ13C值在剖面上的变化特征,讨论了该地区震旦系/寒武系的界线。结果表明,麦地坪段白云岩δ13C值在-3.19‰～2.86‰之间,平均值为0.10‰;δ18O值在-10.75‰～-5.17‰之间,平均值为-7.82‰。在剖面上δ13C值出现了有规律的变化,剖面下部2～21层,δ13C值均为正值,在0.04‰～1.68‰之间,平均值为0.92‰;上部23～32层,δ13C值均为负值,在-3.19‰～-1.42‰之间,平均值为-2.13‰,δ13C值存在一个显著的负漂移,变化高达4‰。麦地坪段白云岩δ13C值的变化特征与国内外同期地层非常相似,具有全球可对比性,可作为震旦系/寒武系划分的地球化学标志。     

攀西宁南地区上震旦统灯影组麦地坪段C、O同位素特征和震旦系/寒武系界线的划分

对上震旦统灯影组麦地坪段的C、O同位素组成进行了分析,并根据δ13C值在剖面上的变化特征,讨论了该地区震旦系/寒武系的界线。结果表明,麦地坪段白云岩δ13C值在-3.19‰~2.86‰之间,平均值为0.10‰;δ18O值在-10.75‰~-5.17‰之间,平均值为-7.82‰。在剖面上δ13C值出现了有规律的变化,剖面下部2～21层,δ13C值均为正值,在0.04‰~1.68‰之间,平均值为0.92‰;上部23～32层,δ13C值均为负值,在-3.19‰~-1.42‰之间,平均值为-2.13‰,δ13C值存在一个显著的负漂移,变化高达4‰。麦地坪段白云岩δ13C值的变化特征与国内外同期地层非常相似,具有全球可对比性,可作为震旦系/寒武系划分的地球化学标志。     

水体溶解态黑碳的分子标志物苯多羧酸的气相色谱-质谱分析

苯多羧酸分子标志物法是定量水体中溶解态黑碳的常用方法,然而由于部分苯多羧酸,尤其是硝基苯多羧酸商业化标准品的缺失,采用该方法定量溶解态黑碳仍需进一步完善和优化。本文通过已有的苯多羧酸商业化标准品,建立了气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分离和定量 9 种缺少商业化标准品苯多羧酸的分析方法。并首次将菲-D10 作为溶解态黑碳的替代物,指示苯多羧酸法定量溶解态黑碳过程中的损失率。结果表明,该方法具有良好的重现性(RSD=10.34%),方法检出限为 0.67~5.38 ng/L。本文采用该方法分析了大亚湾表层水体溶解态黑碳的分布特征,其浓度范围为 30.38~46.19 μg/L,平均值为(38.93±6.17)μg/L,空间分布表现为从湾内到外海递减的趋势。     

激光焦平面变化对LA-ICPMS锆石U-Pb定年准确度的影响

元素分馏是影响LA-ICPMS锆石U-Pb定年准确度的重要因素之一,通常利用标样进行校正。激光聚焦位置变化会引起剥蚀坑形貌及U-Pb分馏的改变,标样和样品聚焦条件不一致将导致标样难以准确校正样品,并最终影响定年结果的准确性,但影响的程度、机制及可容忍范围目前尚不清楚。为此,文章以91500为标样、GJ-1为样品,详细研究了聚焦偏离30μm范围内剥蚀标样与样品锆石的剥蚀坑形貌变化以及由此导致的U-Pb定年误差。实验表明,在距离锆石表面30μm范围内,标样和样品焦平面同步变化时,二者U-Pb分馏形式及程度基本一致,激光焦平面偏离所引起的样品年龄与TIMS推荐值的偏差小于1%;当二者聚焦不同步时,标样与样品的U-Pb分馏差别显著,年龄偏差最大可超过3%。激光聚焦不同步导致的标样与样品剥蚀坑纵横比差异是引起年龄误差的根本原因,激光焦平面偏离锆石表面超过15μm,剥蚀坑坑口明显变大,纵横比减小,U-Pb分馏形式及程度发生改变。通过预剥蚀锆石,观察剥蚀坑轮廓,使激光焦平面在距离锆石样品表面15μm范围内,可确保标样与样品剥蚀坑形貌及U-Pb分馏状态一致,提高LA-ICPMS定年的准确度。     

北京市夏季臭氧特征及臭氧污染日成因分析

为研究北京市夏季臭氧特征及污染成因,于2017年7月15日至2017年8月10日期间,在北京市城区进行气象要素、臭氧(O3)、氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的连续观测,并选取7d(2017年7月20日、30日和8月1日、4~7日)密集采集大气样品进行挥发性有机化合物(VOCs)和含氧挥发性有机化合物(OVOCs)的分析。结果表明,观测期间北京市夏季O3污染严重,臭氧污染日以东南风为主,一般伴随着高温、低湿、低压和高前体物(VOCs、CO和NOx)浓度,占总观测天数的51.8%。密集采样日中臭氧污染日的成因与副热带高压或均压场下的弱高压系统有关。此外,来自河北、内蒙古中部和蒙古国东部途经保定和张家口等地的气流为北京夏季臭氧污染日的形成提供了部分外源,日平均贡献量为16%~37%,最大贡献量为53%,显示区域传输对臭氧污染日形成有重要影响。敏感性试验发现O3的生成主要受VOCs控制,特别是人为源VOCs。以上结果表明,控制北京本地VOCs的人为排放和周边空气质量将有助于降低北京城区的O3浓度。     

不同卸荷速率下矩形巷道变形及声发射特性试验研究

为研究矩形巷道在不同开挖卸荷速率条件下的变形规律和声发射特性,使用水泥砂浆矩形巷道围岩试件进行快、慢速开挖卸荷试验,得到顶板、隅角、帮部围岩的应变特征和声发射(AE)撞击计数、能量、频谱的演化特点。试验结果表明:(1)快速卸荷,应变释放率高,卸荷后变形不稳定;而慢速卸荷,围岩应力充分调整,有利于应变的充分释放,卸荷后变形相对稳定。(2)矩形巷道的快、慢速卸荷,均以顶板和帮部围岩的径向受拉、隅角围岩的切向受压变形为主;随围岩深度增加,卸荷效应的影响逐渐减弱。(3)两种卸荷速率的AE撞击计数和能量演化特征与应变特性形成良好对应,揭示了围岩内部裂隙与损伤随开挖卸荷的发展过程;峰值频率区段变宽和高幅值信号的峰值频率在某一频段增多的现象可看作围岩发生主破裂的前兆信息。(4)快速卸荷,顶板和帮部周边产生大块剥落现象;而慢速卸荷,顶板和帮部周边每隔一段距离产生垂直于隅角的贯通裂缝,碎胀现象明显但未脱落;两者的隅角围岩破坏程度均较小。     

沧县隆起献县变质核杂岩的发育特征及成因模式

渤海湾盆地周缘发育的多个变质核杂岩,很好地记录了华北克拉通东部晚中生代以来的地壳伸展过程。文中以渤海湾盆地西部献县凸起和饶阳凹陷为研究区,试图揭示盆地内部变质核杂岩的发育特征。根据井、震结合的方法,通过精细的构造解释,厘定了献县断层及其上盘的构造变形特征;利用凹陷内的钻井资料对献县凸起上发育地层的时代和岩性进行限定;结合区域上变质核杂岩的发育特征和形成背景,讨论了献县变质核杂岩的发育时间和成因演化模式。结果表明:在研究区内呈弧形展布的献县断层具有主拆离断层的特征,断层上盘的饶阳凹陷南部残留有中元古界和下古生界,且凹陷内发育有数量众多、不同倾向的次级断层;献县凸起上发育的地层为太古宇-古元古界,岩性包括角闪片麻岩、黑云二长片麻岩,局部发育有花岗片麻岩。研究认为,献县变质核杂岩具有典型变质核杂岩的基本特征,其形成时间为晚中生代(K1?),发育于华北克拉通东部岩石圈大规模减薄的背景下,并以滚动枢纽模式发展演化。     

南海及周缘地区地幔组成和动力学的岩石地球化学制约

南海及其周边(包括雷州半岛、海南岛、印支半岛)广泛分布新生代以来形成的板内玄武岩(弥散火成岩省),本文搜集了该区已发表的新生代玄武岩的地球化学数据并据此进行了总结分析。结果显示,该区板内火山岩主要分为拉斑玄武岩和碱性玄武岩两个系列,其微量元素组成为典型的洋岛玄武岩(OIB)特征。Sr-Nd-Pb-Hf同位素结果指示其源区为亏损地幔端元(DMM)与富集端元(EM2)二端元混合。总体上,相对橄榄岩源区形成的熔体而言,这些玄武岩具有低的CaO、较高的Fe/Mn、Zn/Mn及Zn/Fe值;同时,南海海盆玄武岩、海南岛和印支半岛玄武岩中的橄榄石斑晶相对典型地幔橄榄岩部分熔融形成的玄武岩橄榄石斑晶具有低的Ca和Mn含量,以及高的Ni含量和Fe/Mn值,显示其源区辉石岩组分含量较高。南海停止扩张后出现碳酸盐化火山岩并在地球化学上表现为向碱性玄武岩连续转化,同时海南岛和印支半岛的新生代玄武岩整体具有低于亏损橄榄岩地幔的Mg同位素组成,这些都表明南海及周缘地区的地幔源区中有俯冲板块带入的沉积碳酸盐混入。综上认为,该弥散火成岩省在地幔源区组成上均体现有"俯冲-再循环"组分的加入,该再循环地幔组分可能与该地区长期俯冲滞留板块的重熔有关。     

羌塘盆地中晚侏罗世雁石坪剖面夏里组古盐度与成盐意义

羌塘盆地是一个具有成盐远景的蒸发岩盆地,对羌塘盆地侏罗系雁石坪群夏里组出露的石膏层和具有钾、钠异常的盐泉水研究表明,夏里组是羌塘盆地潜在的形成钠盐、钾盐的目标层位之一。本文通过对羌塘盆地雁石坪剖面夏里组硼元素、锶元素和钡元素的测量,计算Adams古盐度和Sr/Ba比值,来恢复雁石坪剖面夏里组的古盐度。根据Sr/Ba比值、Adams古盐度和Walker相当硼含量的变化趋势,雁石坪剖面夏里组古盐度可以划分为以下3个阶段:夏里组下段(0~260 m、164~162.3 Ma)淡水环境、中段(260~500 m、162.3~160.7 Ma)咸水环境和上段(500~608 m、160.7~160.2 Ma)超咸水环境。另外,通过分析物源、气候以及古地理条件,认为夏里组具备适宜成盐的物源、气候和古地理条件,根据夏里组上段Ca^2+-SO4^2-离子、Na^+-Cl^-离子和K^+-Cl^-离子的相关性分析表明,夏里组上段古环境已经演化到沉积硫酸盐阶段或者沉积氯化物早期阶段,即夏里组上段形成石盐的环境要优于形成钾盐的环境。     

渗流作用下北京砂卵石地层多排管局部水平冻结体温度场试验

为研究渗流作用下多排管局部水平冻结体温度场扩展规律,基于相似准则,设计北京砂卵石地层冻结模型试验,从迎水面长度、顺水流长度、厚度3个维度研究渗流作用下多排管局部水平冻结体温度场扩展规律。研究表明:(1)水平冻结体中部发展速度最快,且温度最低;下部次之;上部最慢,且温度最高;(2)渗流作用使冻土柱由背水面向迎水面朝上游方向逐步交圈,且上、下游温度场不对称,冻结后期背水面呈坡屋顶形。(3)渗流作用对水平冻结体的影响随着渗流速度的增大而逐渐增大,积极冻结期末列冻土柱冻结锋面扩展速度、水平冻结体朝上游方向的平均发展速度均与渗流速度呈平方、负相关关系,渗流速度超过14.1 m/d时,冻土柱不交圈,为该模型试验的极限流速。基于等效梯形算法理论,给出的渗流作用下多排管局部水平冻结体的平均温度计算式,以便于评估水平冻结体发展状态。研究成果可为大流速地层盆形冻结施工提供依据。     

川南红层地区泥石流形成过程与动力特征研究——以四川省屏山县牛儿包泥石流为例

红层地区泥石流因受典型的地层岩性及气候条件等影响,发育分布数量较少,探索这类特殊孕灾背景条件下的泥石流成因及特征具有一定的减灾意义。文章以四川省屏山县牛儿包沟泥石流为例,通过对该泥石流沟流域的地形条件、水源条件及物源条件特征分析,探索了红层地区泥石流的成因和特征,综合分析了泥石流的动力特征。研究表明:(1)流域地形高差大,沟道狭窄,沟谷较陡,沟道纵比降较大,为泥石流的形成提供了有利地形条件;(2)流域汇水面积较大,降雨集中短时间内为泥石流的形成提供了充足的水源条件;(3)流域内物源集中,短时间内能为泥石流发生提供充足的物源条件。最后通过泥痕法计算了上一次泥石流发生时的流量,并对计算了不同暴雨频率条件下泥石流的流量,提出了针对性的泥石流防治建议,为牛儿包沟泥石流灾害防治提供了可靠的数据。     

单轴压缩胶结充填体声发射参数时空演化规律及破裂预测

为了研究胶结充填体在荷载作用下的时空演化规律,利用WAW?300微机电液伺服万能试验系统与DS2系列全信息声发射监测系统,监测了胶结充填体试样在单轴压缩过程中的应力、应变变化规律和声发射活动,根据振铃计数率、能率的阶段性特征,将加载过程声发射参数变化规律分为3个阶段:上升期、平静期和活跃期,进而研究声发射参数时空演化规律;并利用振铃计数率、能率参数,结合尖点突变理论,进行胶结充填体破裂预测。研究表明:(1)单轴压缩条件下,胶结充填体属于延性破坏,裂纹贯穿属于剪切贯穿;(2)通过声发射参数演化规律及定位演化特征,分析得出胶结充填体在加载中是由局部破坏向整体失稳演化;(3)运用尖点突变理论进行胶结充填体破裂预测,并构建了破裂预测模型,预测结果与试验结果一致。研究结果可为人工矿柱稳定性监测和破裂预测提供依据。