泛亚铁路大理至瑞丽沿线地质构造综合研究主要进展和成果

为及时破解泛亚铁路西段云南大理至瑞丽沿线的工程地质难题,早日打通中国通往东南亚的重要战略通道,“泛亚铁路大理至瑞丽沿线地质构造综合研究”项目组在部署实施的铁路沿线22幅1 ∶5万区域地质调查基础上,综合编制了铁路沿线的1 ∶2.5万地质图和工程地质图,并从多学科的角度,系统查明和评价了铁路建设区的基础地质与工程地质条件、地质灾害类型与分布、重要断裂带的活动性及其工程影响和高黎贡山越岭段的工程稳定性等,为铁路选线、设计与施工提供了重要的地质支撑,减少了工程设计与施工方面的盲目性,并为未来铁路建设提供了重要的地质保障。此项工作开创了基础地质调查与重大工程建设需求紧密结合的新模式,被誉为地质工作服务于国家重大工程建设的典型范例。     

华北平原高氟地下水中稀土元素分布和分异特征

高氟地下水是世界各国研究者广泛关注的重大环境问题。尽管对高氟地下水的化学特征、形成机理和扩散机制等已有不少研究,但其稀土元素(REE)的含量和分异特征以及这些特征能否反映高氟地下水的形成和分布尚不清楚,这在一定程度上限制了REE在高氟地下水中的运用。本研究以地下水氟离子异常严重地区——华北平原为研究区,沿地下水流向采集浅层和深层地下水样,研究分析了水中氟离子和REE的地球化学特征。浓度分析结果表明地下水氟离子浓度介于0.28 mg/L和9.33 mg/L之间,其中55%超出我国饮用水标准规定值1.0 mg/L;PHREEQC计算结果反映地下水中氟以NaF、CaF⁺、MgF⁺和自由态F^-形式存在,其中自由态F^-含量占主导(85.42%99.39%);高氟地下水主要分布于中部冲积湖积平原以及东部冲积海积平原,60%高氟地下水样分布在180 m深度以下;水化学图件分析结果指示浅层高氟地下水的形成主要受蒸发浓缩作用的控制,而深层高氟地下水是水岩相互作用下的矿物溶解和离子竞争吸附共同作用的结果。研究区地下水REE含量处于pmol/L至nmol/L级别,PHREEQC模拟计算结果表明REE主要以碳酸络合物( {\mathrm{REECO}}_3^{+}和$REE(CO_{3})_{2}^{-})$的形式存在,与氟离子络合的稀土元素(REEF²⁺和 {\mathrm{REEF}}_2^{+})占01.18%;上陆壳(UCC)标准化结果显示,所有地下水均呈重REE(HREE)和中REE(MREE)相对于轻REE(LREE)富集的模式,且具有显著Ce负异常(0.11* = Ce_UCC/(La_UCC×Pr_UCC)^0.5<2.29)特性;地下水富HREE主要归因于HREE比LREE优先与碳酸根络合,并且形成更加稳定的碳酸络合物。沿地下水流向,深层地下水中总REE含量与地下水中氟浓度均呈现不断上升的变化趋势,同时高氟地下水比低氟地下水更易富集重稀土元素,说明稀土元素对深层含水层富氟行为具有一定的指示作用。     

基于SBAS- InSAR技术的西藏雄巴古滑坡变形特征

大型古滑坡及其强变形和复活灾害日益频发,已造成重大灾害事件和严重损失.古滑坡的发育、变形影响因素多、机理复杂和识别难度大,本文采用SBAS-InSAR技术,结合遥感解译,获取了金沙江西岸雄巴村古滑坡2017年10月至2020年6月间的地表变形特征.研究表明,雄巴古滑坡方量巨大,可达2.6×108～6×108 m3,根据InSAR形变监测结果,滑坡前缘发育H1和H2等2个大型强变形区,变形级别分为4级:极强变形区(-132.1 mm/a≤VLOS＜-58.5 mm/a)、强变形区(-58.5 mm/a≤VLOS＜-20.3 mm/a)、中等变形区(-20.3 mm/a≤VLOS＜l.8 mm/a)和弱变形区(1.8 mm/a≤VLOS＜55.4 mm/a);其中H1变形区,最大累计变形量达203.8 mm,H2变形区变形量达302.1 mm.受金沙江河流侵蚀,特别是上游75 km的2018年10月和11月白格2次滑坡-堵江-溃坝-泥石流/洪水灾害链对雄巴古滑坡坡脚的侵蚀,加剧了雄巴古滑坡的变形,其中H1变形区的蠕滑速率是白格滑坡灾害链发生前的14～16倍,灾害链引起H2区发生变形,雄巴古滑坡整体呈现牵引式复活状态.基于SBAS-InSAR的形变监测结果得到了野外的验证,目前H1变形区前缘出现局部垮塌,滑体中横向和竖向裂缝发育,局部呈现拉张状态.雄巴古滑坡目前呈现持续变形中,部分地段为加速变形,雄巴古滑坡发生大规模复活将导致堰塞金沙江-溃坝-泥石流灾害链,应加强雄巴古滑坡的空—天—地一体化监测预警,为该区正在规划建设的重大工程和流域性地质安全风险提供技术支撑和科学依据.     

大洋岛弧的前世今生

根据板块构造理论,板块的边界是地质作用最为强烈的地区,因而它们是当今固体地球科学研究的重点。依据应力性质的不同,地球上板块的边界类型有扩张的洋中脊、汇聚的俯冲带和调节板块运动差异的转换断层三种。就汇聚型板块边界而言,它又可进一步划分为洋-洋俯冲的大洋或洋内岛弧带(Intra-oceanic arc)、洋-陆俯冲的安第斯型活动大陆边缘带和陆-陆接触的大陆碰撞带三种。相对而言,大洋岛弧的研究程度最低。传统认为最典型的大洋岛弧——日本诸岛,已不再被认为是洋-洋俯冲的产物,因为已有研究显示它是从亚洲大陆裂解的碎块。根据目前的调查,现今的大洋岛弧主要集中在西太平洋地区,以太平洋与菲律宾板块间的Izu-Bonin-Mariana弧和太平洋-澳大利亚间的西南太平洋岛弧为代表。大洋岛弧研究的最重要问题是,洋洋之间如何产生了俯冲。目前多倾向于认为:大洋中的转换断层可使不同时代的大洋岩石圈相互接触,在这种情况下,较老的岩石圈由于冷却时间较长而密度相对较大,因而可下沉而俯冲到较年轻的岩石圈之下。这一模型也被誉为蛇绿岩形成的初始俯冲定律(Subduction Initial Rule,简称SIR)。但存在的问题是,目前全球还没发现有转换断层转变为俯冲带的实例。更何况,全球大洋中发育如此众多的转换断层,但为何只在西太平洋发育大洋岛弧?本文通过对资料的总结还发现,这些大洋岛弧基本都是从亚洲或者澳大利亚大陆东部边缘裂解的碎块,只是后期的弧后扩张作用使裂解的碎块发生强烈的改造,形成具有类似大洋岩石圈的特点。目前提出的洋-洋自发形成俯冲带的模型并没有理论基础,也没有实际地质事实的支持。但在加勒比海、斯科舍海和阿留申地区,大洋岛弧的出现与洋底高原诱发的俯冲带跃迁或俯冲极性反转有关。因此,板块构造理论中的洋洋初始俯冲模式需要进一步资料的验证。     

青海玉树断裂带地震落石的地震地质意义

2010年青海玉树Ms 7.1级大地震引发了一系列次生地质灾害,其中地震落石是除地震滑坡外沿断裂带及其邻侧最常见的现象。对玉树震区落石的调查发现,该区多处存在非常典型的多期地震落石分布现象,指示该区地震落石的发育与其他古地震现象类似,具有多期性和一定的原地复发性。实地调查表明,该区地震落石分布的主要特征为:多集中发育在活动断裂带附近的陡峭基岩斜坡下方,分布零散,且滚动较远,并常与古地震滑坡相伴生。初步获得的8个地震落石钙膜U系测年结果分布在距今6030±300a BP、4720±210a BP、3530±490~3560±280a BP、2010±160a BP、1090±70a BP、760±20a BP和230±20a BP年龄段,与该区古地震探槽和滑坡反映的地震事件比较吻合,进一步揭示玉树断裂带附近在全新世中晚期发生过多期可导致地表产生地震落石的事件。同时也说明,地震落石及其钙膜测年是特别值得进一步探索的潜在古地震研究方法或途径。     

青藏高原北部铁路沿线移动冰丘的特征及其灾害效应

青藏高原北部常年冻土地区部分断裂破碎带发育移动冰丘。青藏铁路沿线典型移动冰丘包括不冻泉活动断裂诱发移动冰丘、乌丽活动断裂诱发86道班移动冰丘、二道沟盆南断裂破碎带桥梁施工诱发雅玛尔河移动冰丘、断裂破碎带桥基施工诱发83道班移动冰丘和乌丽盆北断裂破碎带DK1202+668大桥中部桥墩施工诱发85道班移动冰丘。移动冰丘的形成演化与活动断裂、地下水运动、气温变化存在动力学成因联系,是青藏高原北部常年冻土地区内动力与外营力相互耦合的标志和产物。移动冰丘能够穿刺公路路基、拱曲破坏涵洞结构、导致桥梁墩台破裂和输油管道拱曲变形,产生显著的灾害效应,成为高寒环境地质灾害的重要类型。采用适当的工程措施,通过疏导、排放地下泉水,能够有效地防治移动冰丘及灾害效应。     

民勤绿洲现状土地利用模式影响下地下水位时空变化的预测

用GIS与专业计算地下水运动的FEFLOW软件结合模拟研究了民勤绿洲现状土地利用模式影响下地下水位的时空变化。结果表明,如民勤绿洲现状土地利用模式发展下去,受其影响,绿洲地区的地下水位将持续地以较快的速度下降,到2010年10月,绿洲内将出现以绿洲腹地为中心、范围波及整个绿洲的两个地下水漏斗,漏斗中心地下水埋深将达47～52m,绿洲边缘地下水埋深将增加到17～22m,与1997年10月相比绿洲地下水位将下降9～34m。分析表明,在上游来水不变或减少的情形下,保持现状土地利用模式,将会逐步耗竭地下水资源,加速民勤绿洲的荒漠化过程的发生;如果调整作物种植结构、采用节水灌溉技术,将会减少地下水抽取量,减缓地下水位下降的趋势。     

云南元江地区铜矿GIS预测时的找矿有利度和空间相关性分析

以云南元江地区铜矿ＧＩＳ预测为例,介绍了线型异常和面型异常的找矿有利度分析方法,并给出断裂、物化探异常和地层找矿有利度分析的结果．给出了计算空间相关性的公式,并研究了不同元素化探异常的空间相关性．研究了相关元素的组合异常,论证了在矿产资源预测中应用组合异常的必要性．     

羌北-昌都地块那益雄组火山岩锆石U-Pb年代学及地球化学特征

本文对青藏高原羌北-昌都地块阿布日阿加措地区的晚二叠世那益雄组火山岩进行了年代学和地球化学研究。该火山岩主要由玄武岩、安山玄武岩、安山岩、流纹岩、凝灰岩组成,具有碱性玄武岩到酸性熔岩的特征。锆石U-Pb年代学研究表明该火山岩的形成时代为251. 1±4. 8～249. 6±1. 3 Ma之间。地球化学分析结果表明,该地区的流纹岩具有高的Si O2(74. 85%～77. 55%)和Na2O+K2O(5. 40%～6. 61%)含量,较低的MgO、K2O和Ca O含量,Al2O3含量低且稳定,里特曼指数平均为1. 15,小于3. 3。安山岩Si O2含量55. 13%～56. 28%,Na2O+K2O含量4. 13%～6. 15%,里特曼指数平均为2. 20,小于3. 3,属于钙碱性安山岩。碱性玄武岩Si O2含量51. 49%,Na2O+K2O含量6. 34%,里特曼指数为4. 73,属于碱性系列。稀土元素配分曲线为富集LREE的右倾型。另外,富集大离子亲石元素(LILE) Th、U,亏损高场强元素(HFSE) Nb、Ta等特征,均说明羌北-昌都地块阿布日阿加措地区的火山岩形成于陆缘岛弧环境。     

基于GTP的地下工程与围岩一体化真三维空间构模

针对地下工程开挖体的基本特征及其真三维建模要求，在广义三棱柱(GTP)模型的基础上进行扩展，提出采用E—GTP模型来构建地下工程开挖体的真三维模型。通过与其围岩地质体的G—GTP模型的耦合，实现了基于GTP的工程开挖体与围岩地质体的一体化建模。该模型将地下三维空间实体抽象为点、线、面、体四类对象，通过结点、TIN边、侧边、TIN面、侧面和GTP体元共6个基本几何元素进行统一表达。该文重点讨论了E—GTP的建模原理与方法，并介绍了基于面向对象思想的一体化空间数据结构。