基于反向地球化学模拟的地下水形成作用: 以安徽省泗县为例

在了解安徽省泗县水文地质条件基础上,分析了区域水文地球化学特征及类型,探讨了其空间分布特征。根据开采条件下的地下水动力场条件,选择了3条模拟路径,采用PHREEQC软件进行了水文地球化学模拟研究,定量分析了地下水的形成机理及演化。结果表明,路径Ⅰ发生了岩盐、石膏以及伊利石的溶解,高岭土、石英、白云石、萤石发生了沉淀;钙蒙脱石、方解石不参与反应,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅱ发生了岩盐、石膏、伊利石、石英等的溶解以及钙蒙脱石、方解石的沉淀,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅲ发生的反应基本与路径Ⅰ相同,不同之处在该路径上的白云石发生了溶解,其原因可能是地下水在径流过程中溶解CO_2,使其继续溶解白云石以及受沉淀滞后的影响。研究结果表明地下水开采条件下,泗县地下水化学组分主要受到了岩盐和石膏等矿物的溶解作用、钙钠离子交换作用以及钙蒙脱石、方解石沉淀作用的控制。     

土壤中Cd、Pb、Hg离子的地球化学行为模拟实验

研究了山西省3种不同质地的土壤对Cd2＋、Pb2＋、Hg2＋的吸附、解吸和3种离子在土壤中的运移特性。结果表明,Cd2＋、Pb2＋和Hg2＋在粘粒土壤中的吸附能力大于在砂粒土壤中的吸附能力,且3种土壤对Pb2＋都有很强的吸附能力,吸附的Pb2＋很难在土壤中解吸下来。3种土壤对3种金属离子的吸附能力为Pb2＋＞Cd2＋＞Hg2＋,解吸能力正好相反,这主要与土壤的不同性质和3种重金属离子的水合离子半径、离子的水合能密切相关。Cd2＋在3种土壤中的等温吸附符合Freundlich和Langmuir方程,Pb2＋在3种土壤中的吸附特征符合Henry方程,而Hg2＋在3种土壤中的吸附符合Langmuir方程。土柱淋滤实验表明,Hg2＋在土壤中的穿透性很强,Cd2＋次之,Pb2＋在土壤中的穿透性最慢,其在长达20天的淋滤过程中仍然没有穿透土柱。3种不同质地的土壤对Cd2＋、Pb2＋和Hg2＋的迁移能力都表现为：大同土壤＞临汾土壤＞太原土壤。     

地下水化学组成对Fe2+氧化产生羟自由基的影响

羟自由基(·OH)是自然环境中氧化活性最强的物种,对物质转化具有重要影响.前期研究发现地下水接触O₂可产生·OH,其中Fe2+氧化起主导作用,但地下水化学组成对Fe2+氧化产生·OH的影响尚不清楚.通过室内模拟实验,探究了地下水中常见组分(Ca2+、Mg2+、腐殖酸(HA)和磷酸根)对Fe2+氧化产生·OH的影响.结果表明,pH 6.5时0.357 mM Fe2+在5 h内氧化完全,产生约1.8 μM的·OH;Ca2+(1~6 mM)、Mg2+(1~4 mM)对Fe2+氧化和·OH产生无明显影响;HA(10~30 mg/L)促进Fe2+氧化和·OH产生,促进效果随pH降低而增强;磷酸根(0.01~0.03 mM)抑制Fe2+氧化,对·OH产生的影响为先抑制后促进.      

高砷地下水的反向地球化学模拟:以中国吉林砷中毒病区为例

饮水型砷中毒分布在中国台湾、新疆、内蒙、山西、吉林等地。笔者采用GIS的空间数据叠加技术、化验测试与环境模拟技术,进行了地下水砷的反向地球化学模拟研究。研究表明,受构造运动控制,低洼地带堆积了巨厚的粉砂淤泥质沉积物和富含有机质的湖积物,为砷的赋存提供了空间。地下水砷的富集受水中Fe、Mn、pH、Cl-、PO34-、HCO3-、SO24-、Se的影响,其中,重碳酸钙型水中砷含量最低,氯化物重碳酸钠型水砷含量最高。臭葱石(FeAsO4:2H2O)等含铁、含锰矿物在进入地下水的溶解过程中,形成铁(锰)氧化物和砷化合物(砷酸盐或亚砷酸盐)。随着Eh降低,氧化物被还原形成更为活泼的离子组分,吸附在氧化物表面的砷化合物随之解吸,还原环境有利于砷从沉积物中向水中溶解、迁移。研究结果为实施安全供水提供了重要依据。     

洪积扇地下水的反向地球化学模拟

在四坪山建造极低放射性核废物填埋场,建填废物紧临洪积扇。查明洪积扇地下水的演化特征,可为核废物的安全填埋提供依据。使用地球化学软件PHREEQCI,进行洪积扇地下水的反向地球化学模拟,推测地下水在径流过程中发生的水-岩作用,并计算发生水-岩作用的矿物相的量。     

鹿井铀矿床成矿流体演化的地球化学模拟

借助水文地球化学研究中水－岩相互作用地球化学模拟的思路和NETPATH2.0反向地球化学模拟软件,以华南鹿井铀矿床不同成矿阶段矿物包裹体分析资料为基础,对该矿床成矿流体的地球化学演化进行了初步的模拟。结果表明,NETPATH2.0所产生的溶液描述模型提供了比流体包裹体丰富得多的资料和信息,而溶液分配模型则计算出了每种元素（尤其是成矿元素）的若干种存在形式及每种形式的相对重要性。模拟所得到的地球化学模型揭示了矿床内主要相态在成矿流体不同演化阶段的质量迁移情况,为全面理解矿床的形成机制和动力学过程提供了新的途径。     

地球化学图纹理的多重分形模拟

利用一个简单的基于De Wijs模型的多重分形模型, 可以模拟元素富集值的各种地球化学纹理.每种纹理在平均值上是自相似的, 因为将乘积阶次模型(multiplicative cascade model) 应用到任何子区均能得出类似的纹理样式.在其他的试验中, 通过叠加一个二维趋势纹理(2-dimensional trend pattern) 以及把它与一个常值富集模型混合, 原始的自相似纹理就产生畸变.本文将要研究这些畸变是如何改变用三步矩(3-step method of moments) 所估测的多重分形谱(multifractal spectrum).推导出了满足De Wijs模型纹理的离散和连续频率分布模型.这些模拟纹理满足离散频率分布模型, 当乘积阶次模型(multipicative cascade model) 无限细分时, 假设离散频率分布模型的上界是一连续频率分布, 这个离散分布就在形式上逼近该连续频率分布的上边界.这一极限分布在中心是对数正态的, 但有两个巴利多(Pareto) 分布的尾.这种方法在矿产和油气评价中有重要的潜在意义.      

基于PFC2D的刘涧滑坡破坏运动过程模拟

以陕西省洛南县刘涧滑坡为研究对象,采用颗粒流离散元法对其破坏运动过程进行数值模拟。首先通过双轴数值试验对滑坡饱和土体进行细观参数标定,并与室内试验中饱和土体宏观力学参数进行对比,经验证该细观参数能应用到滑坡的破坏运动分析中,进而引入颗粒流（PFC2D）程序中平行黏结模型,采用ball-wall建模方法建立滑坡模型,对滑坡不同关键部位颗粒进行位移、速度监测,阐明其破坏运动特征。模拟结果表明,降雨为刘涧滑坡的直接诱发因素,斜坡变形破坏模式为由坡脚开挖引起的自前缘向后部牵引-孔隙水压力诱发的后部向前缘推移式滑塌。总体特征为上部推移,中部剪切,下部牵引;滑坡滑动最高时速13.4 m/s,最大滑移170 m,滑动阶段持续25 s。利用颗粒流法对滑坡的破坏运动过程模拟具有较好的适用性,可为工程决策提供依据。      

稳定同位素和微量元素在多源多汇体系中地球化学行为的理论模拟

根据地质体系多源多汇的特点,引进了一种新的定量地球化学理论模型,适用于模拟稳定同位素和微量元素在具有多个物质来源和多种分馏途径的地质体系中的变化规律。运用本文多源多汇模型研究岩浆同化-分异结晶过程中微量元素和稳定同位素的行为,所得的结果与前人AFC模型结果一致。运用此多源多汇模型对岩浆水与大气水混合过程中结晶出的石英进行模拟计算,发现其氧同位素组成随着结晶温度的降低而变大。大气中甲烷的产生和消耗有多种途径,是一种多源多汇体系,运用此模型研究它的碳同位素组成,发现其值随着甲烷总量的增多而变大。多源多汇模型不仅从更高的层次上包含了简单分馏模式、多元混合模式和AFC模式,而且可以研究这些模式不能解决的复杂地球化学过程。     

柴达木盆地盐湖形成演化与水体来源关系的地球化学初步模拟:Pitzer模型的应用

利用Pitzer模型，对柴达木盆地盐湖、地表河水以及地表河水同深部来源的CaCl2水体以不同的比例混合后进一步演化的结晶路线进行了研究。结果表明，柴达木盆地硫酸镁亚型盐湖的结晶路线可分为四类，氯化物型盐湖的结晶路线可分为两类，他们的形成不可能是地表河水蒸发演化到一定阶段的产物。地表河水同深部来源CaCl2水体以不同比例混合掺杂后水体水化学类型及析盐途径各不相同，它们同盒地内不同盐湖的水化学类型及其析盐途径具有很好的对应关系，说明柴达木盆地盐湖的形成同盒地内存在的两种水体－地表河水和深部来源CaCl2水体有着密切的关系。     

三峡库区藕塘滑坡变形特点及复活机制研究

为深入研究库区古滑坡变形特征及其复活机理,文章以三峡库区藕塘滑坡为研究对象,通过对钻孔、探槽及平硐等现场勘查资料和监测资料的深入分析,并结合数值模拟方法,探讨了藕塘滑坡的时-空变形特点及影响因素,并揭示其复活机制。电子自旋共振试验和现场勘查结果表明藕塘滑坡由三个次级滑体组成。监测数据显示:总体上,地表累计位移-时间曲线呈阶跃状变化,即雨季滑坡变形速率急剧加快,旱季则骤减;在空间上滑坡的变形速率随高程的增加而增加。库水和降雨是导致藕塘滑坡变形破坏的主要因素:滑坡下部区域变形主要受库水影响,而滑坡中、上部区域变形主要受降雨影响。数值模拟结果也进一步揭示了影响滑坡孔隙水压力响应的主控因素随滑坡高程的变化而变化。库水骤降使得坡体前部渗透压增大,同时强降雨使得坡体中部及上部孔隙水压力升高,二者共同作用下导致滑坡复活。此外库水位下降或降雨量增加,均会不同程度降低边坡的稳定性。以上结论对于指导实际工程及深化库区古滑坡的研究具有一定的理论意义,同时加强古滑坡的研究有助于丰富滑坡稳定性评价及预测预报方法,为古滑坡的治理提供一定的理论依据。     

三峡库区巴东红石包滑坡稳定性动态分析

巴东红石包滑坡位于巴东油库场地区,是三峡库区启动的重要地质灾害治理工程项目之一。通过对红石包滑坡内部水平位移和渗透水压力长期监测分析,表明其中的Ⅰ和Ⅱ号滑坡浅层存在缓慢变形,与降雨关系密切;其深层未见变形。说明红石包滑坡体在从2003年6月三峡水库蓄水至今仍处于稳定状态。但后续库水位的的不断抬高以及不同季节库水位频繁变化对滑坡的稳定性极为不利。为确保油库安全,仍应加强监测,密切注视滑坡动态。     

Mechanism of the Anlesi landslide in the Three Gorges Reservoir, China

Many gentle dip translational rock slides have taken place in the Three Gorges Reservoir, China. In order to study the mechanism of these translational rock slides, the authors use the Anlesi landslide as a typical case study to investigate in detail. Field investigations show that the slip zones of the Anlesi landslide were formed from a white mudstone in Jurassic red strata. X-ray diffraction and infrared ray analysis showed that the main mineral components of the slip zones are montmorillonite, illite, feldspar and quartz. Laboratory tests indicate that the slip zone soils are silty clay, of medium-swelling potential, the shear strength decreasing significantly as the slip zone attracts water and saturates.The main factors contributing to the Anlesi landslide are recent tectonic activity, incompetent beds, and intensive rainfall. Recent tectonic activity had caused shear failure along the incompetent beds, and joints within the sandstone. With the effect of intensive rainfall, water percolates to the incompetent beds along tectonic fissures, resulting in swelling of the soil material and high groundwater pressures within fissures in the strata. As a consequence, the Anlesi slope is prone to slide along these incompetent beds.Flac3D software was used to simulate the mechanism of the Anlesi landslide considering the rheological properties of soil and rock. The simulation results demonstrate that the stress, displacement and failure area changes with simulated creep time. The maximum displacement in the X direction reaches 7.59 m after 200-year simulated creep. Therefore, the mechanism of the Anlesi landslide can be illustrated considering the rheological properties of Jurassic red strata.     

三峡库区新房子滑坡锚拉抗滑桩防治工程设计

本文通过对三峡库区重庆市丰都县龙孔乡楠竹新房子滑坡的物质组成、变形特征以及影响因素的深入研究,认为水是该滑坡形成的极为重要的因素,进行了滑坡稳定性分析,根据计算结果提出了治理该滑坡的工程技术方案,着重对锚拉抗滑桩防治工程设计进行了分析论证.     

三峡库区安渡滑坡成因机制分析与稳定性预测

奉节县安渡滑坡正处于蠕滑变形-加速变形阶段,其破坏力极大、影响甚广.本文在深入分析滑坡地质特征、结构特征和变形特征的基础上,对滑坡的成因机制和影响因素进行了深入研究.采用传递系数法计算并评价其稳定性.研究表明,安渡滑坡体目前处于不稳定状态,三峡水库蓄水到175m或遭遇长时间高强度的暴雨时,可能整体失稳.     

三峡水库区万州独生基滑坡稳定性分析

独生基滑坡位于重庆市万州区长江右岸。为百安坝斜坡松散堆积层沿下伏软弱层面滑动的滑坡体。属于降雨及地表生活排水诱发、人类工程活动加剧变形而形成的新滑坡。论文在分析和研究滑坡区地质环境背景、平剖面形态、特征及诱发因素的基础上,采用传递系数法计算了滑坡体各工况及荷载组合条件下的稳定系数。通过计算,滑坡在天然状态、加载及暴雨条件下均处于不稳定状态。最后根据滑坡特征、主要诱发因素及其稳定性,针对滑坡体失稳特征,通过防治方案对比,初步拟定以抗滑桩工程进行治理,以保证滑坡体的稳定。     

三峡库区石榴树包滑坡近期变形特征与机理分析

石榴树包滑坡是黄蜡石滑坡群中的一个重要滑坡,一直以来备受瞩目,其持续变形对长江航运及人民生命财产安全造成严重威胁。本文通过对石榴树包滑坡的勘探得到其详细的物质组成及结构,通过近两年的GPS表面位移、地下水位、降雨量等自动化监测数据分析,对该滑坡的变形特征、变形机理进行研究。结果表明：（1）石榴树包滑坡最初以前缘变形为主,现阶段以中后部变形为主。（2）降雨是石榴树包滑坡复活的主要原因,受库水位升降与降雨联合作用使石榴树包滑坡持续变形。前缘变形较小主要是由于前缘渗透性大,水力梯度较小的原因;中后部变形大主要是中后部渗透性小,水力梯度相对较大的原因。（3）降雨对滑坡地下水影响较大,使地下水水力梯度增大可达5～9倍。本研究可为三峡库区滑坡灾害监测预警及防治提供重要参考。     

GPS在三峡水库区云阳县滑坡监测中的应用

文章概述了在库区云阳段建立GPS滑坡监测网的观测实践,以黄泥巴蹬坎滑体为例,介绍了GPS相对定位技术在云阳县滑坡的应用现状和进展。在采用GPS监测、深部位移监测、宏观地质巡视的同时,还监测降雨量、地下水位、库水位及不合理的人类工程活动。通过多种监测方法分析,发现在雨季滑坡容易产生变形,非雨季变形缓慢。目前,雨季日变率均小于5mm,而在非雨季平均日变率小于1mm。认为该边坡处于缓慢变形阶段(警惕线)。此外,在巡视过程中,也发现了多条宽1~5mm、长度不等的裂缝和高度不等的局部错台。根据近2年所获得的观测成果分析,深部位移监测、GPS监测和宏观巡视的结果十分吻合,效果令人满意。文章还总结了在滑坡监测中消除GPS测量主要误差的对策。满足方便快捷的同时,在不同时段采集GPS监测数据,适当延长监测时段,每个监测点至少观测2h的要求。多方收集信息,尽量避开潮汐、太阳黑子等活动的时段进行GPS监测。     

三峡库区范家坪滑坡地表形变InSAR监测与综合分析

位于湖北省秭归县的范家坪滑坡是长江三峡库区干流上的大型岩质滑坡之一。阐述了高分辨率合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)监测滑坡地表形变的工作方法与技术体系,采用22景3m空间分辨率的TerraSAR-X数据,辅以人工反射体布设和GPS测量,对范家坪滑坡变形进行监测,发现滑坡处在缓慢匀速变形状态,其谭家河滑坡体的形变比木鱼包滑坡体更为强烈,形变最大处的雷达视线向形变速率达到300mm/a。通过综合分析滑坡区2012年大气降雨和长江水位资料,发现年度内范家坪滑坡变形受水位变化和大气降雨影响微弱。     

三峡库区溪沟湾滑坡的诱发因素及前期降雨影响

多年来的监测数据表明溪沟湾滑坡加速变形时总伴随着季节性降雨和库水位变动, 难以辨别滑坡变形的主导诱发因素, 对风险分析带来了挑战。鉴于此, 论文首先采用邻域粗糙集模型中的属性约简算法, 对溪沟湾滑坡活跃区和非活跃区日变形速率与降雨、库水位和库水位变动速率因素之间的相关性进行了系统分析, 计算结果表明溪沟湾滑坡活跃区变形主要受过去7日降雨因素影响, 并与短期库水位变化率因素存在关联性, 滑坡非活跃区的微弱变形与过去3日库水位变化率因素存在关联性。然后, 结合滑坡变形特征, 研究发现诱发溪沟湾滑坡活跃区剧烈变形的过去7天平均降雨量在20 mm左右, 库水位下降因素对其变形存在影响, 但影响较小, 而溪沟湾滑坡非活跃区的微弱变形主要受库水位波动影响。最后, 通过对溪沟湾滑坡进行渗流-力学数值计算分析, 结果揭示了溪沟湾滑坡活跃区受长历时前期降雨作用的变形机理。数值分析过程中, 当降雨强度由1 mm/d增至20 mm/d, 降雨造成滑坡体内部孔隙水压逐渐增大, 内部水位抬升并不断向滑坡活跃区延伸, 导致活跃区滑坡体由稳定状态降至欠稳定状态, 进而引发溪沟湾滑坡活跃区变形加剧。此外, 数值模拟结果也表明库水位下降因素对滑坡活跃区内部渗流场影响较小, 对其稳定性影响有限, 而库水位变动对滑坡非活跃区内部渗流场影响较大, 说明滑坡非活跃区的微弱变形主要受库水位波动影响。论文针对溪沟湾滑坡变形诱发因素的综合分析结果, 有助于对该滑坡进行风险预警, 可将过去7日平均降雨量20 mm作为诱发溪沟湾滑坡活跃区剧烈变形预警阀值之一。