年轻地下水测年最新技术--SF6法

SF6是一种无色、无嗅、无毒、不易燃的惰性气体,具有良好的绝缘性、灭弧性和散热性,广泛用于断路器和变压器的绝缘材料.电器设备的泄漏使得大气中SF6浓度增加很快,每年达7%,造成SF6的人工来源,此外还有天然来源.SF6通常用带电子捕获器(ECD)的气相色谱仪测定.SF6是一种新型的测定年轻地下水年龄的工具,特别适合研究1990年以后补给水的年龄.SF6年龄以亨利定律为基础计算.由于大气中SF6浓度逐年增加,比CFC测年法具有更大的优越性.     

大气和地下水中SF6测试技术

SF6是一种无色、无嗅、无毒、不易燃的惰性气体，具有良好的绝缘性、灭弧性和散热性。由于SF6具有化学惰性、大气圈和水圈中本底浓度低、检测灵敏度高等优点，它成为一种较为理想的大气、水文示踪剂。另外，在年轻地下水测年领域，SF6法已经逐渐有取代其他测年工具（3H法、CFCs法、3H/3He法）的趋势，特别适合研究1970年以后补给水的年龄。本文基于气相色谱仪和电子捕获检测器，设计了一套SF6提取制样分析系统，发展了SF6测试技术。     

SF6在地下水应用中的研究现状

SF6是无味、无毒的惰性气体,难被生物降解,不易被有机质吸附,即使是在强还原环境下也没有明显地降解。目前大气中SF6的浓度约以7%的速度增长,而且已实现了大气和地下水中SF6的测试技术,其具有较为简单的分析和取样流程。SF6作为一种新的示踪剂在地下水的研究中具有潜在的应用价值,它能够较好地描述地下水运动规律、径流机理,测试地下水的滞留时间和运移速率,解释地下水的循环过程和混合作用等,在地下水的研究中发挥着重要的作用。然而我国对SF6的研究还处在起步阶段,实现SF6在地下水研究中的应用,建立SF6的长期大气观测站迫在眉睫,联合运用多种多示踪剂解决地下水中科学问题是发展的趋势之一。     

桂林地区岩溶水SF6年龄研究

2006年10月在桂林地区取地下水、地表水水样5个,空气样品5个,用气相色谱“双阀双柱”法测定了SF6 的浓度,以质量平衡原理为基础建立了计算地下水SF6 年龄的模型。计算结果显示,岩溶裂隙水的SF6 年龄比地下河水的年龄偏老,地下河源头水的SF6 年龄比出口处的年龄偏老,即桂林市丫吉实验场1号洼地岩溶裂隙水SF6 年龄为10年,山脚下地下河出口处水的年龄为8年,冠岩地下河源头水SF6 年龄为9年,出口处的年龄为5年。这可能是与地下河出口处受当年大气降水的影响有关。      

浅层地下水SF6年龄测试技术及其应用

地下水年龄是水文地质研究的重要参数,特别是年轻地下水的年龄.论述了安装设计的用于地下水中SF6的测试技术,该技术装置由SF6提取系统和分析测试系统两部分组成,前者由剥离器、硅胶管、冷冻富集陷阱、六通阀、十通阀、高纯氮气钢瓶和载气过滤系统组成,后者由带电子捕获检测器(ECD)的气相色谱仪组成.通过条件实验,该系统测定SF6的标准误差为1.77%,对SF6的最低检测极限为1.0×10-12,测定空气中的SF6只需10 mL气体,测定地下水样时只需1.0 L.研究了地下水SF6年龄的计算程序,计算了石家庄市浅层地下水的年龄.     

对流层大气氧化性研究进展

对流层大气氧化性是对流层大气自我清洁能力的一个重要指标,对流层中大多数痕量气体都是通过氧化过程清除的.回顾近半个世纪以来对流层大气氧化性的研究历史,对流层大气氧化性的研究无论是从测量技术还是模式研究方面都已取得了一定的进展.工业革命以来,由于人类活动的影响,CO、NOx和碳氢化合物等大气污染物排放增多,使得全球对流层大气OH浓度呈下降趋势,未来对流层大气氧化性的变化很大程度上也取决于这些气体的排放情况.利用全球三维大气化学传输模式MOZART研究中国地区对流层大气OH自由基的分布和变化趋势表明,与全球OH自由基变化趋势不同,近10年来中国东部地区OH自由基浓度趋于增加.未来对流层大气氧化性研究的关键问题仍是OH自由基测量技术的提高问题,OH自由基观测结果是完善对流层光化学机制和改进大气化学模式的先决条件.     

气象因素对大气降水中有机酸浓度的影响

低分子有机酸是对流层大气的重要组成成分,采用离子色谱法测定了贵阳市大气降水中的有机酸浓度.结果表明,气象因素是影响贵阳市大气降水中有机酸浓度的重要因素.其中,降雨系统对雨水中有机酸浓度的影响显著.大气有机酸主要是在降雨初期进入降水并被清除的,降雨初期对大气有机酸的清除量占总清除量的50%-70%.随着降雨的进行,雨水中的有机酸浓度逐渐降低,降雨后期略有升高,大降雨量对雨水中有机酸浓度起稀释的作用.雷雨和台风雨中有机酸浓度明显偏低,降雪中有机酸浓度也远远低于雨水中有机酸浓度,暗示贵阳市雨水中有机酸主要是在云下过程进入降水的.天气因素是通过影响大气中有机酸浓度进而影响雨水中有机酸浓度的,如气温对雨水中有机酸浓度的影响远没有降雨量明显.不同来源气团雨水中有机酸浓度明显不同,其中以北面方向气团降水中有机酸浓度最高,与我国内陆大气污染较重有关,而源于海洋方向的东南气团雨水中有机酸浓度最低.     

大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响

近几十年来,人类活动带来的化石燃料燃烧和工业过程引起了全球大气CO2浓度的显著增长,带来了一系列生态和环境问题,其中对地表蒸散发的影响就是一个重要方面.地表蒸散发及其分量植被蒸腾是能量和水量平衡的重要组分,直接影响着陆气相互作用和水循环系统.由于大气CO2浓度增加可通过减小叶片气孔导度从而抑制植被蒸腾,为量化这一影响,基于碳水耦合的蒸散发模型PML-V2和CMIP6的大气CO2浓度时空序列驱动数据,分别进行了考虑和不考虑大气CO2浓度逐年增加情况下的2组植被蒸腾模拟试验.通过对比2组结果分析了2001-2014年大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响.研究结果显示,在季节上,夏季大气CO2浓度增加对植被蒸腾的抑制作用最小,冬季最大;在数量级上,2001-2014年大气CO2浓度引起植被蒸腾变化在0～5％;不同生态系统比较而言,森林、耕地和灌丛生态系统受CO2浓度增加引起植被蒸腾的减小量较大,14年间减小量为15～20mm/a,而草地下降最小,约5 mm/a;在空间上,我国中东部受影响最大;CO2浓度引起植被蒸腾变化最敏感的区域是我国东南部地区.     

大气干湿沉降: 地下河多环芳烃的重要来源——以广西清水泉地下河为例

为证实大气干湿沉降物是岩溶地下河中多环芳烃(PAHs)的来源,研究选择了某城市典型的岩溶地下河水源地作为研究地点,采用大气干湿采样器、聚氨酯泡沫(PUF)大气被动采样器分别采集大气及其干湿沉降物样品,同时采集地下河水样和分层采集流域土壤,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了16种PAHs优先控制污染物。结果表明,地下河流域大气干湿沉降中PAHs的干湿沉降通量为147.26 ng·(m2·d)-1,流域PAHs沉降量为1943.8 g;大气中的PAHs浓度为45.33 ng·m-3;地下河水中PAHs浓度平均值为220.98 ng·L-1;土壤中PAHs浓度为38.72 ng·g-1;大气、降雨和土壤中PAHs组成以2~3环的萘、芴、菲、荧蒽、芘5种为主,地下河水中以芴、菲、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[a]芘6种为主。利用地下河多介质中的16种PAHs成分谱、特征比值结合它们的物理化学性质进行PAHs的源解析,研究显示大气干湿沉降是岩溶地下河水中多环芳烃的主要污染源之一,这归因于岩溶地区防污性能的脆弱性。     

非质量硫同位素分馏效应研究进展

非质量硫同位素分馏效应是目前国际上最前沿的稳定同位素地球化学研究领域之一。在简要介绍非质量分馏理论的基础上,对近几年非质量硫同位素分馏效应的最新研究成果进行总结和分析。关于非质量硫同位素分馏的微观来源机制存在较多争议,有待于进一步探索;采用SF6为工作气体是现有硫同位素高精度测定的主要制样技术;非质量硫同位素分馏效应研究为火星大气演化及火星生命痕迹探询、古代大气氧化条件、地球早期硫循环、火山活动对气候的影响等重大地质科学问题的解释开辟了一条独特的新途径。最后对非质量硫同位素分馏领域研究趋势进行了探讨。     

数值流形方法及其与耦合方法的比较

介绍了数值流形方法的基本原理,讨论了数学覆盖、物理覆盖、权函数和位移函数的概念,比较了该方法与DDA和FEM的耦合方法在对一维特性函数逼近的精确度,并用这两种方法模拟了地下放顶煤开挖的过程,最后的结果显示数值流形方法具有较好的相容性和精确度.     

微震震源定位新方法——混合差定位法

当微地震事件个数较多时,传统双差定位算法的数据存储量和计算量巨大,难以适应微震震源的定位。提出一种新的微震震源定位算法——混合差定位法。这种算法综合了双差定位算法和Geiger定位法的优点,不仅数据的存储量和计算量大大减小,且与双差定位相比,其定位结果不受初始震源丛的质心位置的影响。模型数据和实际微地震数据测试结果验证了该方法的有效性和实用性。     

无单元法布点优化的一种新方法

研究了无单元法中单个影响域内的布点形式对误差的影响,提出了半径权值的概念。在经过充分的数值计算后,给出在半径权值对无单元法插值结果的精度的影响值的大小。研究对优化无单元法的节点布置、减小模拟误差有很大的作用,并且使得影响域的大小不再依靠点数的多少来确定,避免了影响域过大的情况和为了单个影响域内有足够多的插值点而使得整体插值点数目过多的弊端。运用单个区域内的插值点健康度的理论,研究了整个区域布点对无单元法模拟函数--滑动最小二乘法模拟精度的影响,并运用遗传算法对整个布点区域上的插值点进行了优化,给出了区域上的优化值。通过一个实例,得到一个具有普遍意义的插值点优化值与插值点密度的关系,并给出无单元法布点的一般性原则。     

Discussion and improvement on Monte Carlo method and geometric method

After careful analyses of the popular Monte Carlo method and geometric method in reliability analysis, the misuse of Monte Carlo method with several non-uniform distribution random variables is pointed out. As a result, a correct procedure sampling procedure of Monte Carlo method is presented. Meanwhile, in order to satisfy the needs of practice in reliability analysis, an extended geometrical optimized method(EGOM) is proposed, its procedure under conditions of correlation and non-normal distribution variable is also presented. Furthermore, several examples from others’ reliability analysis practice with the proposed EGOM prove its correctness and effectiveness.     

Shortest link method for contact detection in discrete element method

With the increasing demand for discrete element simulations with larger number of particles and more realistic particle geometries, the need for efficient contact detection algorithms is more evident. To date, the class of common plane (CP) methods is among the most effective and widely used contact detection algorithms in discrete element simulations of polygonal and polyhedral particles. This paper introduces a new approach to obtain the CP by employing a newly introduced concept of ‘shortest link’. Among all the possible line segments that connect any point on the surface of particle A to any point on the surface of particle B, the one with the shortest length defines the shortest link between the two particles. The perpendicular bisector plane of the shortest link fulfils all the conditions of a CP, suggesting that CP can be obtained by seeking the shortest link. A new algorithm, called shortest link method (SLM), is proposed to obtain the shortest link and subsequently the CP between any two polyhedral particles. Comparison of the analysis time between SLM and previously introduced algorithms demonstrate that SLM results in a substantial speed up for polyhedral particles contact detection. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

介绍一种寻找隐伏岩体的好方法:岩浆热场法

隐伏岩体对于热液矿床找矿是非常重要的。寻找隐伏岩体的方法很多,其中以物探(磁法、电法、重力、地震等)方法应用得最广泛、效果最好。本文介绍的岩浆热场法,是专门寻找隐伏岩体的方法。岩浆热场法是地球物理方法的一种,它以感知温度场的差别为目的,没有多解性是它最大的优点。它以岩浆热场理论为基础,以各种能够恢复古温度场的方法为手段。能够感知岩浆热场温度的方法很多,本文介绍了其中的五种:接触变质带法、煤质和煤级法、伊利石结晶度法、牙形石色变度法和镜质体反射率法等。接触变质带是岩浆热场直接的具体的体现,传统的接触变质带范围有限(一般不超过1km)。但是,如果考虑到极低级变质作用,将大大扩展接触变质带的范围(达6~8km)。煤质和煤级是煤田地质部门应用得非常娴熟的方法,中国无烟煤分布区大多与岩浆热场有关,是隐伏岩体的良好指示剂。伊利石结晶度、牙形石色变度和镜质体反射率法是极低级变质作用研究中非常重要的三个指标。在上述各种方法中,笔者推荐镜质体反射率方法。该方法具有简单、精确、适用、经济、快速的特点。与物探方法比较,该方法有很多优点,但也有其局限性。如果能够将该方法从煤田和石油部门移植到岩石学和矿床学部门,与磁法、电法、重力法配合使用,可以提高寻找隐伏岩体的效果。     

中心岛法实用设计计算方法研究

在城市建设中越来越多的大面积深基坑采用中心岛顺作、周边预留土台逆作的开挖支护方式。该法不仅节约工程造价,而且节省大量工期,但目前仍缺乏简单、合理的设计计算方法。基于Rankine土压力理论,采用图解法得到中心岛被动土压力的分布模式,该土压力分布在单一土质条件下随埋深呈现为3段折线。根据上述土压力分布和基坑工程手册[1]有关悬臂结构的设计思路,提出中心岛法围护结构的设计计算方法,并提供一个算例。经算例验证该法简单实用,便于工程师使用。     

基于能量增减法的深埋绿片岩隧洞稳定性评价方法

基于对现场地质条件和开挖响应的直观认识和对岩石室内试验所得物理力学特性的深刻揭示,建立了深埋条件下软弱围岩大变形挤压程度分级方法及相对应的安全系数计算方法。该方法考虑到隧洞原岩集聚的能量过大是造成开挖后围岩失稳的根本原因,将隧洞原岩能量和围岩的总变形与弹性变形之比相结合,分析了隧洞的围岩稳定性状况,并在此基础上通过增减隧洞原岩能量得到了其安全系数。通过实际工程应用及与传统经验评价方法的对比,验证了该方法的合理性与适用性。该方法考虑了围岩的地质情况、断面形状、尺寸、开挖方式等多种因素,弥补了传统经验评价方法无法适应复杂多变的现场工程施工情况的不足,更加贴近实际。可为大变形隧洞的安全预测、开挖方案、支护设计等提供重要参考依据。     

一种检测地层压力新方法研究——岩石力学参数法

在分析岩芯力学试验和测井等资料的基础上,提出了利用岩石力学参数进行地层压力检测的新方法。主要包括地区动静态岩石力学转换关系、地层孔隙压力与岩石力学参数关系、压力剖面中岩石力学基础参数求取等。结合测井资料数据,利用该新方法对某高压地区地层压力进行了分析。     

GDP32瞬变电磁法数据转换方法及实现

瞬变电磁法在矿产资源等勘查领域已广泛应用,成为寻找铜多金属硫化物矿床的重要方法。GDP32作为多功能电法工作站,现已普遍应用于地质勘查工作。但其数据处理软件功能较少,用户界面单调,操作性不强,无法满足干扰区数据的选择和调整,本文就其数据转换原理及实现方法进行介绍,方便大家自行编写数据预处理程序。