新疆准噶尔盆地独山子泥火山天然气地球化学特征

独山子泥火山位于新疆准噶尔盆地南缘, 地处北天山山前坳陷带的独山子背斜轴部。本文通过分析独山子泥火山喷出天然气组分及其碳同位素研究, 对天然气的来源进行了判识。3个天然气样中δ¹³C₁值均在–41‰左右, C₁/(C₂+C₃)<20, 为热成因气; δ¹³C_(C2-C1)在15‰左右, iC₄/nC₄和C₂/C₃值均较高, 说明天然气曾遭受了厌氧微生物降解作用; 其中两个喷口的天然气δ¹³C_CO2值超过+10‰, 说明天然气在受微生物降解后发生CO₂还原作用二次生成甲烷, 而另外一个喷口δ¹³C_CO2值无正异常, 未发生CO₂还原作用。不同喷口相同成因天然气在储藏或运移过程中发生不同的改造作用, 说明泥火山不同喷口对应不同的天然气运移通道或储藏条件。     

元素分析仪-同位素比值质谱仪测定海洋沉积物有机碳稳定同位素方法初探

初步建立了利用元素分析仪-同位素比值质谱仪(EA-IRMS)联用技术测定海洋沉积物中有机碳稳定同位素的方法。标定了标准工作参考气CO2(δ13CvsPDB为-32.053‰);验证了仪器的稳定性,标准偏差为0.009‰;当离子流强度范围为0.4～8.7 V时,总体线性为0.0337‰/V,小于仪器线性指标0.06‰/V的要求;同时测定了国家标准物质GBW 04408、国际标准物质Urea和海洋沉积物样品M01的精密度和准确度,标准偏差在0.04‰～0.13‰范围内;并在三家实验室进行了测量比对实验,标准偏差小于0.20‰,满足地质样品再现性0.5‰的要求。所选样品区域δ13Corg范围为-25.29‰～-22.30‰,表明该海域总有机碳是陆源和海源两种来源的混合物。     

贵阳地表水—地下水的硫和氯同位素组成特征及其污染物示踪意义

喀斯特地表水和地下水的交换活跃,地下水系统容易受到地表污染物的污染。为了解喀斯特城市地表水—地下水系统污染特征和污染物质来源,对贵阳市地表水、地下水、雨水和城市排污污水的硫同位素和氯同位素组成变化进行了研究。贵阳市不同类型水体的δ³⁷Cl值在-4.07‰～+2.03‰之间变化,δ34SSO4值变化为-20.4‰～+20.9‰。大气输入物质和城市排污污水的δ³⁷Cl、δ³⁴S及Cl^-/SO₄^2-比值与地表水和地下水的不同,稳定硫和氯同位素的结合研究为示踪地下水污染物来源提供了有效研究手段。贵阳市地下水中的Cl^-和SO^₄2-至少有4种来源,人为活动通过城市排污和大气输入向地下水系统大量输入了硫酸盐和氯离子。      

IODP 311航次底栖有孔虫碳稳定同位素对天然气水合物地质系统的指示

为了探索海洋天然气水合物背景下有孔虫特征的响应,对综合大洋钻探计划(IODP) 311航次岩芯沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana进行了初步研究。通过对冷泉站位U1328和毗邻的非冷泉站位U1327沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana的显微形貌特征和碳、氧稳定同位素测试等,证实有孔虫壳体未受到后期成岩作用的改造和自生碳酸盐岩的交代影响,有孔虫壳体的碳稳定同位素呈现明显的负偏。其中U1327站位中U.peregrina δ¹³C为-0.67‰～-2.75‰（PDB）,B.mexicana δ¹³C为-0.51‰～-1.52‰（PDB）;U1328站位中U.peregrina δ¹³C为 -0.72‰～-2.71‰（PDB）,B.mexicanaδ¹³C为 -0.58‰～-1.45‰（PDB）。底栖有孔虫壳体的碳稳定同位素负偏成因可能与水合物不稳定分解释放的甲烷厌氧氧化作用和食物源有关,因而可较好地指示海底天然气水合物系统地质背景。     

贵州龙动物群产出层位碳氧同位素研究

贵州龙动物群是二叠-三叠纪大绝灭后海洋生态系统辐射发展阶段最晚期的典型代表,为了解其古环境信息,对贵州省兴义地区顶效及周边产地开展了精细剖面测量,采集碳酸盐岩进行了全岩碳氧同位素测试。测试结果显示：泥麦谷剖面δ¹³C值分布范围-6.3‰~2.6‰,δ¹⁸O分布范围在-5.7‰~-1.2‰;谢米剖面δ¹³C值分布范围在-4.5‰~2.5‰,δ¹⁸O在-5.7‰~-1.2‰;坝尾剖面δ¹³C值分布范围在0.5‰~2‰,δ¹⁸O在-6.4‰~0.1‰;顶效剖面δ¹³C值分布范围在-4.3‰~2.1‰,δ¹⁸O在-7.3‰~-2.5‰。根据碳氧同位素数据相关性分析显示泥麦谷、谢米、坝尾剖面的同位素值受后期成岩作用影响较小。在泥麦谷、谢米及顶效贵州龙动物群产出层位下段均出现明显的δ¹³C负异常,与低水位时期海洋生物快速死亡密切相关,也与火山作用存在一定的联系。由于顶效剖面受后期成岩作用影响,笔者利用泥麦谷、谢米及坝尾剖面δ¹⁸O数据对兴义地区古海水温度进行了恢复,结果显示温度分布在19~27℃,平均为23℃左右,说明当时属于温暖气候环境。     

岩浆去气作用碳硫同位素效应

 根据开放体系条件下的瑞利分馏原理,并考虑岩浆中可能溶解的合碳和含硫组分,从理论上定量模式了岩浆去气作用对火成岩碳、硫同位素组成的影响。结果表明,岩浆CO₂去气作用能够导致岩石中碳酸盐显着亏损¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到-20‰(PDB);岩浆CH₄去气作用则导致岩石中碳酸盐相对富集¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到+4‰。岩浆SO₂去气作用可以导致岩石中硫化物显着亏损³⁴S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到-8‰(CDT);岩浆H₂S去气作用则导致岩石中的硫化物相对富集4S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到+6‰。因此,除源岩原始同位素不均一性和地壳物质混染能引起火成岩的碳、硫同位素组成发生较大变化外,岩浆去气作用也是重要原因之一。     

雾水的D和18O同位素研究进展

凝结水的D、¹⁸O同位素研究目前主要集中在雾水方面,露水和土壤吸附水的相关研究仍属空白。由于形成时的温度较高,大多数雾水的D、¹⁸O同位素较当地雨水富集,但不同类型雾的同位素特征存在差异。平流式海洋雾为单级的蒸发—冷凝封闭循环系统的首次凝结,D、¹⁸O同位素较当地雨水显著富集;热带云雾林中的地形雾与降雨同时发生,且水分源于同一云团,δD、δ¹⁸O值差异较小;内陆辐射雾因部分水汽源于当地水分的再循环,过量氘和δD、δ¹⁸O值高于降雨。目前有少量研究用D、¹⁸O同位素指示雾水对植被、地下水和地表径流的补给作用,但以定性分析为主,基于端元混合模型的定量评价极少。露水和土壤吸附水的稳定同位素研究是干旱区凝结水研究的重要方向;D、¹⁸O同位素与其它同位素或化学指标的结合有助于促进凝结水生态水文效应的研究进展;短间隔、高密度的长期观测和用于稳定同位素分析的凝结水采样器的设计是需要进一步开展的工作。     

应用GasBench Ⅱ-IRMS优化碳氧同位素分析方法

GasBenchⅡ-连续流稳定同位素质谱仪(IRMS)联用在线分析已成为碳酸盐碳氧同位素分析测试的常用方法,已有研究认为不同的实验条件直接影响δ¹³C和δ¹⁸O同位素测试结果的准确性。但这些报道未对该联用方法所涉及的实验条件进行综合分析。本文系统研究了GasBenchⅡ-IRMS法中各种实验条件(包括排空时间、反应温度、反应时间和色谱分离温度)对碳氧同位素测试结果的综合影响。结果表明:排空时间大于9 min可有效消除空气对测试结果的干扰,不同的反应温度和时间对碳氧同位素分析结果均有一定影响,经条件优化确定反应温度为72℃,反应时间为60 min,色谱分离温度为60℃。在优化的实验条件下,碳氧同位素分析精度分别优于0.03‰和0.05‰,达到了国际分析测试水平。同时,选择合适的同位素数据归一化方法可以进一步保证碳氧同位素测试结果的准确性和可靠性。通过分析近4000件实际样品,对比单一标准物质校准和双标准物质校准同位素归一化方法的计算结果,发现双标准物质校准偏差小于单一标准物质校准偏差,因此建议采用双标准物质校准法进行样品同位素标准化计算。本研究为GasBenchⅡ-IRMS联用技术中实验条件的选取提供了一定的参考,保证碳氧同位素测试结果的可靠性和准确性。同时提出,由于样品成分复杂且不均一,在分析实际样品时需要根据样品的性质进一步对实验条件进行考察。     

辽宁大石桥菱镁矿床的碳氧同位素组成和成因

在2.33~2.06Ga期间,δ¹³C_carb发生了地质历史上最强烈的正异常事件,被称为Lomagundi事件。辽河群形成于2.3~1.85Ga期间,其大石桥组蕴涵超大型的大石桥菱镁矿矿床,在矿区厚约1144m。为检验华北克拉通对Lomagundi事件响应,揭示大石桥菱镁矿的成因,本文报道我们最新获得的地球化学研究结果。大石桥菱镁矿6件下伏白云岩地层样品的CaO/MgO摩尔比为0.87~0.94,δ¹³C_carb和δ¹⁸O_carb值分别为0.6‰~1.4‰（平均1.2‰,V-PDB标准）和16.4‰~19.5‰（平均18.2‰,SMOW标准）;与世界正常海相碳酸盐岩地层相比,δ¹³C_carb较高,而δ¹⁸O_carb较低,表明原始沉积物具有类似于Lomagundi事件的δ¹³C_carb正异常,δ¹³C_carb可能高达4.2‰,但δ¹³C_carb和δ¹⁸O_carb值均在沉积之后的成岩或/和变质过程中显著降低。研究剖面大石桥菱镁矿含矿地层厚逾550m,6件样品的CaO/Mg0摩尔比为0.005~0.23,δ¹³C_carb和δ¹⁸O_carb值分别为0.1‰~0.6‰（平均0.4‰）,9.2‰~12.7‰（平均10.9‰）,均低于下伏围岩白云岩;推测与区域变质有关的流体交代作用导致岩石发生重结晶作用和同位素交换,使δ¹³C_V-PDB和δ¹⁸O_V-SMOW值降低。而对菱镁矿顶板白云岩和网脉状菱镁矿矿石的研究进一步证明了上述解释的合理性。总之,大石桥菱镁矿的形成经历了初始沉积、成岩作用、区域变质和流体交代作用以及成矿后的局部蚀变作用。     

西秦岭新生代高钾质玄武岩流体组成及其地幔动力学意义

西秦岭新生代高钾质玄武岩是认识大陆碰撞俯冲体制下地幔流体组成及深部动力学的岩石探针。本文采用分步加热质谱法测定了西秦岭高钾质玄武岩中斑晶及基质的流体化学组成和碳同位素组成,结果表明流体组分在200~400℃、400~800℃和800~1200℃阶段性释出,以H₂O为主,其次为CO₂和SO₂,并含有相对较高的He含量。从橄榄石斑晶到斜长石斑晶和基质H₂O和CO₂逐步升高。橄榄石斑晶流体挥发份主要释气峰温度(900~1200℃)明显高于中国东部地幔捕虏体及其它地区超镁铁质岩体中的橄榄石,流体组份以SO₂和CO₂等氧化性组份为主,其CO₂的δ¹³C值(-26.21‰~-20.85‰,平均-23.32‰)和CH₄的δ¹³C值(-42.35‰~-38.17‰,平均-40.03‰)低于基质的δ¹³C_CO2值(-16.43‰~-11.67‰,平均-13.22‰)和δ¹³C_CH4值(-44.22‰~-34.03‰,平均-39.70‰)。基质中CO₂和CH₄碳同位素组成具有机质热裂解特征。原始岩浆的流体挥发份主要为SO₂、N₂和CO₂,可能起源于较深的混杂地幔源区、演化于高f_O2的环境。流体挥发份化学和同位素组成表明高钾质玄武岩浆挥发份中存在地幔和地壳来源组分,幔源岩浆上升演化过程中可能加入了大量的H₂O和CO₂等,可能存在碳酸岩岩浆的混合或岩浆穿透区域碳酸盐地层的混染;其中的再循环壳源组分可能为古特提斯洋闭合俯冲或其后华北克拉通与扬子克拉通碰撞相关的再循环壳源沉积物脱出的流体组分。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

黄土路基沉降曲线特征分析

在分析郑西客运专线试验段路基沉降实测资料的基础上,提出沉降变形常规预测方法受观测时间及单次观测结果的影响比较大,不利于用来预测最终沉降。通过分析现场沉降变形与时间关系曲线,提出路基沉降的发展主要受固结的影响,其发展是一个从沉降增加到趋缓的过程,可以明显分为固结变形及流变变形,并用非饱和土等效固结理论加以解释,提出了一种利用s- 曲线特征预测最终沉降量的方法,经检验对比发现其预测结果受观测时间及单次观测结果的影响比较小,优于其它常规预测方法     

沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响的数值仿真分析

结合爆破数值模拟中爆破荷载的特点,分析了各种荷载施加方法的特点及爆破震动场模拟的要求,基于圣维南荷载等效原理,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载等效后,施加在同排炮孔中心线或者面上来模拟爆破荷载的作用。结果表明,等效施加方法在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好。利用该等效荷载施加方法,采用三维实体模型计算分析了某沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响,计算了周围不同位置、不同深度位置处的振动响应,并在此基础上,分析研究了减小爆破振动对既有结构物影响的减振措施,可为类似工程提供借鉴。     

Structure of sediments of kaolinite

In an assembly of clay particles placed in a fluid, each particle is typically subjected to: (1) double-layer repulsive forces; (2) van der Waals attractive forces; and (3) contact mechanical forces. The study presented here concerns an approximate, quantitative analysis of clay suspensions, with considerations to the first two - the physico-chemical forces. Using recent theories to calculate the physico-chemical forces between two clay particles in an approximate model of an assembly, the equilibrium void ratio of a clay suspension is computed. The mechanical forces are ignored in the analysis. The results serve to verify the validity of physico-chemical theories employed and help interpret experimental data more fundamentally in terms of the system variables.     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

不同形式诱导缝的等效强度承载性能的数值分析

将考虑尺寸效应规律的混凝土等效断裂模型应用到不同形式诱导缝等效强度公式中,得到了修正后的不同形式诱导缝的等效强度公式。同时,得到了诱导缝等效强度的变化曲线,并比较了单双向间隔诱导缝的优劣,得到双向间隔诱导缝优于单向间隔诱导缝的结论,为高拱坝中诱导缝的设计提出了建议。     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。     

土的可恢复剪胀的一种解释

从土的各向异怀角度对土的可恢复剪胀现象进行了解释。基于各向异性情况下的土体弹性本构关系理论分析，认为土的可恢复剪胀现象可部分归因于土的各向异性引起的弹性剪胀。借助有关土体弹性参数实验结果，研究了应力诱导各迥异性对土体弹性剪胀的影响，结果表明：随土体应力诱导各向异性的增大，土体的弹性剪胀也增大。从土体弹性剪胀角度研究了土的卸荷体缩条件，认为土体卸荷体缩取决于加载应力路径的应力增量比，给出了土体出现卸荷体缩的区域。