江汉平原地球关键带监测网建设进展

地球关键带是地球科学领域的热点研究主题,我国地球关键带研究尚处于起步阶段,如何形成符合我国实情的地球关键带调查与研究范式,仍需进一步探索。江汉平原地处长江中游,是长江经济带的重要组成部分之一,其主要特点在于受不同级次水利工程的强烈影响。基于多年调查研究,在江汉平原建立了一套较为完善的地球关键带监测网络,涉及水、土、气、生物等各地球关键带要素。监测网络设置上,既考虑了不同级次水利工程的影响,也考虑了区域营养元素/重金属的富集特征; 监测技术上,部分指标实现了原位监测,大部分指标实现了野外现场测试,未来将进一步加强在线监测并实现数据远程传输。目前,江汉平原地球关键带监测网已成功纳入全球地球关键带研究网络,这是我国地球关键带调查与研究的初步探索,不仅可为长江流域的地球关键带调查研究提供示范,也可为长江大保护战略提供有力的理论与方法支撑。     

江汉平原地球关键带监测网建设进展

地球关键带是地球科学领域的热点研究主题,我国地球关键带研究尚处于起步阶段,如何形成符合我国实情的地球关键带调查与研究范式,仍需进一步探索。江汉平原地处长江中游,是长江经济带的重要组成部分之一,其主要特点在于受不同级次水利工程的强烈影响。基于多年调查研究,在江汉平原建立了一套较为完善的地球关键带监测网络,涉及水、土、气、生物等各地球关键带要素。监测网络设置上,既考虑了不同级次水利工程的影响,也考虑了区域营养元素/重金属的富集特征; 监测技术上,部分指标实现了原位监测,大部分指标实现了野外现场测试,未来将进一步加强在线监测并实现数据远程传输。目前,江汉平原地球关键带监测网已成功纳入全球地球关键带研究网络,这是我国地球关键带调查与研究的初步探索,不仅可为长江流域的地球关键带调查研究提供示范,也可为长江大保护战略提供有力的理论与方法支撑。     

地球关键带:地质环境研究的新框架

当今经济社会所面临的资源、环境和生态问题相互关联、相互耦合,迫切需要打破传统的学科界限,搭建一个新的技术框架,进行跨学科、多领域系统研究。地球关键带将与经济社会最密切的近地表环境作为独立的开放系统,为这种需求提供了一个完整的系统框架。本文在界定地球关键带内涵与特征的基础上,分析了关键带科学研究的DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应)体系框架和3M(填图-监测-建模)循环体系框架,从填图、监测、建模三个方面总结了关键带研究进展。通过将地质学、水文学、土壤学、生态学等学科进行融合,关键带科学为气候变化、生态管护、水资源安全、自然灾害防治等重大问题的解决展示了一种新的图景。在此基础上,提出了对我国地质调查工作的建议:将地球关键带作为重点靶区开展基础地质和水工环地质综合调查,建立三维地质框架;选择基础条件较好的小流域建设关键带观测站,为地质学与其他学科的融合搭建一个开放平台。     

综合地球物理方法找矿应用:以智利科皮亚波地区月亮山磁铁矿型IOCG矿床为例

智利科皮亚波地区地处海岸山带东侧的智利铁带北段,已发现多个中—大型磁铁矿型IOCG矿床,该类矿床的形成与大洋俯冲背景下陆缘弧中性—铁镁质火山岩和火山-沉积建造中早白垩世中酸性岩浆岩的侵入中心密切相关.该成矿带大面积被第四系砂砾层覆盖,在成矿地质特征研究基础上,采用综合地球物理方法对覆盖层下隐伏矿床(体)进行定位预测成为...     

岩溶关键带C-N耦合循环与碳酸盐岩风化——以重庆雪玉洞观测站为例

本文尝试利用重庆丰都雪玉洞岩溶关键带观测站2015年7月~2016年6月大气N湿沉降、地下水化学以及δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-和δ¹³C同位素等数据,探讨岩溶关键带C-N耦合循环过程与环境效应。结果表明：1）观测站大气N湿沉降通量为20.9×10³kg N/a,其中NH₄⁺-N和NO₃^--N分别占湿沉降量的52%和48%;2）地下水δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-分别介于2.5 ‰~5.6 ‰和3.3 ‰~15.6 ‰,大气沉降N和土壤N是地下水NO₃^-的主要来源;3）变化于-13.7 ‰~-10.4 ‰与0.59~0.62的地下水δ¹³C_DIC与（Ca²⁺+Mg²⁺）/HCO₃^-摩尔比证实岩溶关键带C-N耦合循环的存在,并控制碳酸盐岩的风化过程;4）C-N耦合循环输出的NO₃^--N和DIC-C分别为11.4×10³kg N/a和287.1×10³kg C/a,其中大气沉降与硝化过程形成的HNO₃风化碳酸盐岩形成的DIC占DIC输出总量的3.5%。因此,岩溶关键带的C-N耦合循环不但导致地下水NO₃^-的污染,而且扰动了碳酸盐岩的风化过程。

     

土地质量地球化学评估方法研究与应用:以盘锦市为例

运用层次分析法和隶属度函数建立了土地质量地球化学评估模型,以土地利用现状图斑为评价单元,对盘锦地区耕地土地质量进行了地球化学评估。对肥力指标和环境指标综合评价结果显示,盘锦地区耕地环境综合质量状况良好,三级质量以上耕地面积达到了88.04%,是优质的水稻产区,为科学管理土地和发展特色农业提供了可靠的地球化学数据。     

矿物成分、特征地球化学组分对水在滑带形成中作用的指示意义:以三峡库区大型滑坡为例

弄清滑坡滑带抗剪强度降低的根本原因是滑坡形成机理研究和滑坡活动趋势预测的主要内容之一。水是滑带形成过程中导致其抗剪强度衰减的最活跃因素之一。三峡库区两个大型滑坡实例分析显示,滑带及其周围岩土矿物成分、地球化学成分的变化特征指示滑带形成与水-岩(土)物理、化学作用的方式及作用程度,从而证实矿物学、地球化学研究方法和理论是揭示滑带抗剪强度降低内在机理的有效途径之一。三峡库区黄土坡滑坡临江I#崩滑体和泄滩滑坡滑带土及其周围岩土矿物学、主量化学元素的含量变化特征指示:前者滑带形成过程中,滑带部位地下水因大气降水补给、地下水的氧化作用活跃,导致滑带土抗剪强度减低,其主要原因是其中泥灰岩碎屑的水解泥化作用、方解石溶解作用和伊利石向伊-蒙混层矿物的转化作用;后者滑带形成过程中,滑带部位地下水与外界水力联系较差、地下水的还原作用强烈,滑带部位长石化学风化、次生粘土矿物增多,可知由伊利石转化的伊-蒙混层矿物增多是导致滑带土抗剪强度衰减的主要原因。     

岩溶关键带土壤—洞穴系统CO2运移的时空变化——以河南鸡冠洞为例

为了了解豫西鸡冠洞岩溶区不同尺度下水-土-气的中CO2的变化特征,探究CO2在岩溶关键带系统的运移关系,2019年5月至2020年10月,利用固态传感器对河南鸡冠洞上覆土壤取样点进行高时间分辨率监测,每隔15 min采集一次数据。结合每月采集洞内空气CO2浓度数据、每月测定洞穴水水化学指标数据及每月监测的降水、气温数据进行全面系统地分析。结果表明:①土壤CO2浓度、洞内空气CO2浓度和洞穴水水化学指标具有明显的季节性变化特征,均表现为夏秋高冬春低;②土壤CO2浓度在昼夜尺度下,白天高于夜晚,夏季的昼夜差值最大,冬季的昼夜差值最小,且昼夜变化滞后气温、土温变化约6 h;③洞内CO2浓度变化、洞穴水离子浓度和水化学指标在昼夜变化上具有同步性;④强降雨条件下（单场降雨量为42.2mm）,土壤水分和土壤温度能及时响应降雨变化,而土壤CO2浓度对降雨的响应滞后2 h。洞穴水、洞穴CO2浓度对降雨的响应与土壤CO2具有相似性;⑤基于月均值的土壤CO2浓度与土壤温度、土壤湿度的相关系数分别为0.67、0.031。垂直方向上,CO2浓度变化依次为土壤>洞穴>空气。昼夜尺度上,土壤CO2浓度变化滞后于气温、土壤温度变化,其原因是受上覆植被光合作用强度影响。CO2在洞穴水运移中以脱气沉积为主,补给洞内空气CO2浓度。在强降雨过程中,土壤CO2浓度变化受控土壤的温度和湿度;而在更长时间尺度上,土壤CO2浓度变化更多地受土壤温度影响,土壤湿度对其影响较小。      

基于层次分析法的表层带岩溶水资源评价方法探讨——以大小井流域为例

表层岩溶水调节系数是衡量表层岩溶子系统调节地下水能力的一个物理量,其数值与系统内水文地质条件、气象因素及生态环境质量等相关。采用层次分析法量化处理影响表层岩溶系统调节能力的诸因子,建立了表层带岩溶水资源评价模型。评价方法应用在大小井地下河流域的表层岩溶水资源量的评价上取得了较好的效果,其方法对岩溶石山区表层岩溶水资源评价和开发利用规划具有一定的参考价值。     

江汉平原浅层含砷地下水稀土元素特征及其指示意义

江汉平原被确认为我国南方新的饮水型砷中毒病区,目前对于江汉平原高砷地下水的成因机理研究还有待完善.综合运用水文地球化学分析与PHREEQC地球化学模拟计算,分析了地下水和沉积物中REE分异特征及其沿地下水流向形态变化规律.江汉平原地下水REE含量为0.032~0.843 μg/L,富集LREE,具显著Eu正异常,且地下水中Eu异常与As含量呈正相关关系.地下水中REE形态主要以LnCO₃+及Ln(CO₃)₂-为主,沿地下水流向LnCO₃+降低、Ln(CO₃)₂2-升高.地下水REE浓度分布受到HCO₃-的络合作用及Fe氧化物矿物的还原性解吸附过程控制,径流途径中继承沉积物矿物的REE配分模式及Fe氧化物矿物对LREE的优先解吸附可能是地下水富集LREE的原因,并且沿流向上REE形态分布受到pH控制.研究区中Eu含量及Eu正异常对地下水As富集程度具有一定的指示意义.      

江汉盆地沉积物微量元素特征与长江上游水系拓展

江汉盆地是长江出三峡后第一个大型卸载区,近2.77 Ma以来堆积了近300 m的碎屑沉积物,主要由河流相和湖沼相组成,形成了多个沉积旋回。选择江汉盆地中心位置的ZL钻孔,利用ICP-MS方法,展开微量元素组成分析,研究了新近纪以来江汉盆地沉积物物源的变化。结果表明,上新世以来微量元素化学组成的离散程度逐渐减小,且趋近上部陆壳平均值,可能反映了物源供应区范围的扩展过程。1.25 Ma B.P.以来,多种微量元素含量及Th/Sc、Co/Th、La/Sc、Cr/Cu等比值变化很小,显示长江可能形成于1.25 Ma B.P.以后。     

珠江口盆地白云凹陷中央底辟带的发现及识别

白云凹陷属珠江口盆地的一个次级构造单元.通过对二维地震剖面上模糊带的分析, 凹陷中心发育北西西向展布、面积约1000km2的底辟带, 底辟幅度最大可达8km.高精度磁力资料显示底辟带为一个低磁异常区.底辟构造包括龟背上拱、弱刺穿、气烟囱、底辟断层(或裂缝)、海底麻坑等类型, 主要发源于断陷期深湖相的文昌组(始新统) —恩平组(上始新统-下渐新统), 其次为坳陷期浅海-深海相沉积的珠江组(下中新统) —韩江组(中中新统) 的两套巨厚富泥沉积层.白云凹陷具有快速沉降、细粒充填为主、以及新生代的右旋张扭性应力场, 共同造就了凹陷中央底辟带的发育.底辟构造的存在反映了白云凹陷中心曾经蕴育着高温、超压系统, 与之密切伴生的大量亮点指示着沿底辟构造的天然气垂向输导, 构成了古近系油气运移到新近系—第四系的成藏动力系统.      

GIS支持下的盆地古构造再造——以松辽盆地北部古中央隆起带为例

再造地质历史时期盆地的古格局构造对于盆地构造演化史研究和油气运移路径模拟具有重要意义.将地理信息系统与盆地分析方法融合开展了松辽盆地北部古中央隆起带古构造演化史研究, 阐述了在GIS支持下开展盆地古构造演化研究的原理和方法, 再造了古中央隆起带的古构造格局, 简要分析了古中央隆起带的古构造演化史.分析表明, 古中央隆起带于火石岭—营城期开始发育, 登楼库期定型, 泉头期开始萎缩, 姚家期末停止发育, 从油气主运移期与构造形成期的配套关系考虑, 古中央隆起带是深层天然气聚集的有利场所.      

新疆乌鲁木齐河流域北部平原区水文地球化学

乌鲁木齐河流域是西北干旱地区内流盆地的典型代表,也是水文地质研究的重点区域。本次研究利用以往工作的资料,并在流域下游北部平原区采集地下水和地表水样品21组,用无机离子作为示踪剂,结合环境同位素的分析,提出乌鲁木齐河流域平原区的地表水普遍溶解有蒸发盐,与晚全新世(近4000年)以来我国西北地区气候不断变得干旱有关;并将北部平原区的地下水划分为三层不同水体:现代水(埋深21~65 m)是乌鲁木齐河河水经蒸发后入渗补给的,而下面二层水为晚全新世初期(埋深179~259 m)和晚更新世末次冰期(埋深~353 m)补给的水都是原地的降水入渗。     

Temporal Variation in Sr and 87Sr/86Sr of Yangtze River: An Example from Datong Hydrological Station

Temporal variation of dissolved ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr in the Yangtze River is poorly understood compared to other Tibetan rivers. In this study, dissolved Sr and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr were measured from a temporal series of water samples collected biweekly at Datong Hydrological Station over a period of one year. Our results show that Sr concentration in the Yangtze River ranges from 1.74 to 2.92 μmol/L with ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr of 0.710125 to 0.710965. The Sr concentration and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr shows a distinct seasonal variation, with a general increase in ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios from summer to winter and some fluctuations during July and December, then followed by a gradually decrease till the next rainy season. The seasonal variation results from the variation of contributions from different sub-basin due to the spatially and seasonally variable rainfall across the basin. During the flood season, more contribution from upper reach (low ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr values) due to the strong rainfall decreases the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio at lower reach. While the severe drought which happened in the middle-lower reaches (high ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr values) from January to May explains the decrease in the later part of the data by the decrease of the contribution from middle-lower reaches. The discharge weighted annual ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and annual Sr flux of the Yangtze River based on the time series data are 0.710628 and 1.9×10⁹ mol/a, respectively. It was also indicated that dissolved ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr in the Yangtze River is well correlated to the extreme climate events and might contribute to our explanation for reconstructing past climatic changes by using ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of the sedimentary record in the delta .     

江汉平原周老镇钻孔砾石统计及其与长江三峡贯通的关系

对江汉平原周老镇钻孔砾石层砾石的粒度和砾态进行统计和分析的结果表明：砾石的风化程度普遍较高,砾石的扁度、球度、磨圆度、砾态参数（F／ψ）和各轴分选系数均符合河流相沉积物的特征。通过分析砾石粒度和砾态的变化曲线,可将其划分为3个阶段。阶段Ⅰ和Ⅱ的平均砾径、中值砾径、扁度、球度和砾态参数（F／ψ）相差不大,而阶段Ⅲ与阶段Ⅰ、Ⅱ相差很大,阶段Ⅲ的水动力条件、沉积物比阶段Ⅰ、Ⅱ显著增强并混杂了远源物质。结合周老镇钻孔岩性及钻孔砾石含量和江汉平原第四系岩相剖面特征判断,在阶段Ⅲ109．5-117．0m（0．97～1．12Ma．B．P．）处钻孔的沉积环境发生了重大改变,江汉平原水系发生了重要调整,可能是长江贯通三峡。