多年冻土退化下碳、氮和污染物循环研究进展

多年冻土储存了大量的有机碳、氮素以及持久性有机污染物和汞等污染物.全球变暖背景下,目前全球大部分的多年冻土都处于退化状态.多年冻土区土壤温度升高、多年冻土层解冻后,土壤温度水分会发生变化,从而改变微生物的生长代谢过程,进而改变多年冻土区的物质循环.通过综述多年冻土区的碳、氮及污染物的储量及其在多年冻土退化下的迁移转化及输出特征,研究发现:多年冻土退化增加活动层厚度、形成热喀斯特地貌,一方面导致碳基和氮基温室气体快速释放到大气中,另一方面也向水生系统中输出溶解性碳氮组分及可溶性污染物,这些过程会导致多年冻土由碳、氮和污染物储存的"汇"转变为"源",并最终影响全球生物地球化学循环.明确多年冻土区碳、氮和污染物的生物地球化学循环过程对于全面理解气候变化对自然和人类社会系统的影响具有重要作用.未来研究中,还需要结合多学科技术手段,开展多年冻土退化过程、水文过程与生物化学循环过程的系统集成研究,此外,还需加强汞、POPs等污染物的二次释放过程与碳氮循环的耦合关系研究,定量多年冻土中污染物二次释放的环境效应,以深刻认识多年冻土中物质循环过程并为气候和环境变化提供预测依据.     

金川铜镍硫化物矿床中铂族矿物的主要类型和产出特征:热液蚀变过程中铂族元素的富集机理

金川铜镍硫化物矿床是我国最主要的铂族元素(PGE)资源产地,其矿石受热液蚀变作用影响明显,并产出多种铂族矿物(PGM)。岩浆演化和热液蚀变过程中PGE的迁移富集机制和PGM的成因,一直是研究PGE地球化学行为非常关注的问题。本文对金川铜镍硫化物矿床中PGM的研究发现,其主要类型包括含PGE的硫砷化物(硫砷铱矿)和砷化物(砷铂矿),Pd的铋化物、碲化物和硒化物,以及少量其他铂族矿物。其中,硫砷铱矿可包裹于各种贱金属硫化物(镍黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿)中,表明硫砷铱矿可能结晶于早期的含As硫化物熔体,随后被包裹于硫化物熔体冷凝分异产生的单硫化物固溶体(MSS)和中间硫化物固溶体(ISS)中。硫化物熔体中的As可能主要通过地壳混染作用加入幔源岩浆。大量铋钯矿(PdBi)呈微细乳滴状包裹于黄铜矿中,为晚期ISS冷凝形成黄铜矿过程中出溶的产物。少量铋钯矿(PdBi_2)呈不规则状充填于矿物裂隙,与次生磁铁矿脉紧密共生,并随矿石的蚀变程度增加,铋钯矿的化学成分由PdBi逐渐向PdBi_2转变,表明这部分铋钯矿为后期热液蚀变产物。铋碲钯矿和钯的硒化物则主要产出于镍黄铁矿裂隙且与次生磁铁矿紧密共生,指示明显的热液成因。钯的硒化物的出现表明,岩浆期后酸性、高盐度、高氧逸度的富Cl~-流体对金川铜镍硫化物矿床中Pd的迁移和富集起到了关键控制作用。     

冰层空气反循环快速钻进方法及冰屑运移研究

空气反循环钻进技术具有钻速快、能耗低、可不提钻连续取心取样、能有效避免积雪层漏失等优点,在冰层钻探中极具应用潜力。本文针对冰层钻探技术特点,提出了双壁钻杆式、双通道高压胶管式和寄生高压胶管式等三种空气反循环冰层钻探技术,分别介绍了其工作原理及特点。基于气力输送和气体钻井基本理论,对冰屑颗粒气体介质中的悬浮速度进行了分析,建立了单颗粒冰屑悬浮、运移方程和冰屑颗粒群悬浮方程,并设计了冰屑悬浮实验台,对冰屑悬浮所需的风速进行了实验测试。理论计算值与实验实测值吻合较好,最大误差约10.91%,可用本文建立的冰屑运动方程来计算实际钻进时携带冰屑所需的风量,为后续在极地实施冰层空气反循环钻进技术提供了依据。     

中国钙华沉积与气候变化关系研究

钙华是第四纪研究中的重要标志物,它记录了地质构造活动和气候变化信息.钙华沉积和气候变化之间可能存在联系,但它们之间的确切关系还不清楚.本文收集了中国的50处钙华地理坐标及98个已发表的钙华年龄数据,并使用钙华数量出现峰值的年龄与第四纪典型气候事件发生的时间进行比较分析,以检验钙华沉积受气候变化调节的假设.数据分析表明,中国钙华在空间上主要分布在水量充足气候温暖且地势起伏大、水动力强的西南地区;在时间上钙华数量出现峰值的频率大致对应于气候的10万年(100 ka)冰期旋回,每100 ka的最大峰值均出现在间冰期或过渡期(冰川期向间冰期过渡时期)这两个较温暖时期.并得出中国钙华在气候温暖且降水或地下水丰富的时期沉积速率更高,而在气温降低水量减少时期沉积速率较低.     

钙华体次生有机体系的界面结晶作用研究

本文总结了钙华体次生有机体系中生物群落特征和界面结晶行为,根据生物在碳酸盐沉积中的角色,将钙华体中次生有机体系的界面结晶矿化类型分为生物控制矿化沉积和生物诱导矿化沉积。分述了碳酸钙沉积矿化相关的五种生物代谢活动,讨论了生物胞外聚合物（EPS）对碳酸钙矿物晶型和形貌的影响。针对目前钙华研究中存在的问题,今后应深入研究生物体主要构成元素、生物小分子和生物体内部组织在钙华形成或退化中的作用,进一步厘清钙华体与次生有机体系的多界面溶化方式,为钙华保护修复及钙华退化治理措施提供科学依据。      

九寨沟“8.8”地震背景下火花海钙华坝体无损探测分析

为研究震后九寨沟钙华景区的溶洞、裂隙、暗流等地质特性,丰富钙华景区岩溶洞穴无损探测技术,探讨了多物探技术在多孔疏松钙华地区作业的可靠性。首次运用地质雷达法及高密度电法相结合的无损探测技术,在九寨沟景区火花海特定区域进行了现场勘查和无损探测试验。结合对比两种无损探测成果与测区内出露地质剖面3组勘探数据,结果发现:高密度电法与地质雷达法相结合,两者能优劣互补,相互佐证,在解决钙华区域浅部溶洞、暗流、裂隙等工作中,对探测目标体具有极高的识别度。两种方法探测数据与震后出露剖面地质特征保持极高的一致性,验证了两种无损检测方法在多孔疏松介质条件下数据的真实可靠性,解决了多物探技术在多孔疏松介质地区施工的疑点和难点,丰富了工程物探领域技术。      

岩石蠕变声发射特性研究现状与展望

蠕变是岩石一种重要的力学特性,与工程的长期安全稳定和安全密切相关。声发射技术作为一种无损检测手段,被广泛应用于岩石变形破坏研究领域。本文阐述了近年来基于声发射技术开展岩石蠕变特性方面的研究进展,主要包括不同岩性、加载方式、应力水平下岩石蠕变声发射特性,岩石蠕变破坏声发射前兆特征。在此基础上,提出了几点今后需要进一步深入研究的问题。     

川东北普光地区深层富钾卤水钾资源提取研究

四川盆地地下卤水资源丰富,尤其川东北地区地下卤水富含高品质钾资源。本项目以四川普光地区富钾卤水为研究对象,根据卤水组成,采用模拟计算并结合实验验证的方法,研究了高温蒸发时,氯化钠、氯化钾、光卤石、硼酸等矿物的析出阶段及特点。研究结果表明,当蒸失水率约80%时,体系中约85%的NaCl析出,同时KCl达到饱和,继续蒸发可获取钾石盐。控制总蒸失水率94%~95%时分离,体系中大于80%的钾可在这一阶段析出,且湿基中KCl品位可高达约45%;析出钾石盐后的卤水降至室温可获得NaCl、KCl、KCl·MgCl₂·6H₂O及H₃BO₃的混合物,硼的析出率可达到约80%。同时,研究表明,将蒸失水率约80%时分离石盐后的卤水直接降温可以获得湿基品位约高达70%的钾石盐矿,钾析出率约50%。综合对比分析,提出两条以钾资源开发为主的工艺路线:其一为“高温蒸发析氯化钠-高温蒸发析氯化钾-冷却析钾硼混盐”,通过加工获得KCl及H₃BO₃产品;其二为“高温蒸发析氯化钠-冷却析钾”,通过加工获得高端KCl产品。     

卤水中溶解性有机质的光谱学性质和光降解行为研究

卤水中溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)会对盐田日晒工艺和产品质量产生不利影响,如盐田卤水的蒸发速率减缓、蒸发度减小以及提取的矿物产品带有刺鼻的气味、浓重的颜色等。因此,对具有资源开发利用价值的卤水体系中DOM结构和性质的研究可以为后续DOM的有效去除或在DOM共存体系中调控无机盐结晶工艺路线提供有效的指导意见。本文以自然界中广泛存在的两种不同类型的卤水体系,即盐湖卤水DOM(SLDOM)和油田卤水DOM(OFDOM)为研究对象,采用溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)分析、光谱学分析和平行因子分析等手段对DOM的含量、分子量分布特征、光谱学结构和光降解行为开展了研究。DOC和荧光分析表明SLDOM和OFDOM的DOC含量和生物指数(BIX)值相似;与OFDOM相比,SLDOM的腐质化指数(HIX)值和高分子量组分(HMW)比例偏高;特别吸收光谱(SUVA₂₅₄)和糖类化合物含量检测结果表明,SLDOM和OFDOM的HMW组分中含有的芳香类和糖类化合物所占比例比低分子量组分(LMW)高;三维荧光谱图分析(EEM)结果表明,SLDOM主要以腐殖质类物质为主,而OFDOM以蛋白质类组分为主。此外,DOM的荧光组分在不同分子量中的分布也存在明显差异:对于SLDOM,富里酸主要分布在HMW DOM中,而腐殖酸主要在LMW DOM中;对于OFDOM,芳香胺类蛋白组分主要分布在HMW DOM中,色氨酸和酪氨酸类蛋白组分主要分布在LMM DOM中。在光降解实验中,SLDOM和OFDOM的DOC含量随光照时间增加而逐渐减少,分别下降了29.32%和15.11%。进一步的分析表明,光照过程中两种卤水中糖类化合物均减少,小分子量的DOM优先分解。此外,在光照过程中SLDOM芳香类化合物增加,腐质化程度基本不变;OFDOM芳香类化合物减少,腐质化程度增加。EEM平行因子分析(PARAFAC)结果表明,SLDOM荧光组分在光降解过程中荧光强度增加,而OFDOM荧光强度减少。