亚热带地区花岗岩风化壳上发育红土的磁性矿物转化机制——基于非磁学指标和岩石磁学的综合分析

选取亚热带地区发育于花岗岩风化壳上的两个典型红土剖面(福州剖面和泉州剖面)作为研究对象,在前期系统岩石磁学研究的基础上,结合常量地球化学元素、色度、粒度指标,分析磁学特征与环境条件的内在联系,重点探讨亚热带湿热气候条件下红土中磁性矿物转化途径及机制。结果显示:1)两个剖面硅(SiO2)、铝(Al2O3)、铁(Fe2O3)等常量地球化学元素含量及其随剖面深度变化规律基本一致;衡量风化强度的化学蚀变指数(CIA)、风化淋溶指数(ba指数)以及元素比率(如硅铝率和硅铝铁率)在数值上非常相近。常量地球化学参数表明两个剖面土壤均处于脱硅富铝化的成土阶段。2)两个剖面红度和黄度值差异较大,表明福州剖面土壤中赤铁矿和针铁矿含量相对较高;色度参数在两个剖面中随深度变化规律具有较好的一致性。3)两个剖面粒径均随风化程度增强而变细,强风化层位粘粒含量最高;相较于泉州剖面,福州剖面粒度更细。综合分析野外土壤发生特征及上述参数,认为福州红土剖面由于成土时间较长,因此经历了更强的后期风化作用。在此基础上,分析土壤磁性转化影响因素及转化机制,得出如下结论:1)亚热带地区湿热的气候条件是磁性矿物总体特征变化的主导因素;2)土壤母质和成土时间是亚热带地区不同红土剖面磁性矿物特征差异的主控因子;3)亚热带地区土壤磁性矿物转化途径不同于温带地区:湿热气候条件对原生磁性矿物改造作用更为明显,并且影响次生磁性矿物的赋存形式。     

郑州望京楼遗址二里头文化时期植物资源的利用——来自石器残留淀粉粒的证据

通过对郑州望京楼遗址出土的二里头文化时期石杵和石臼进行淀粉粒分析,发现了5类可鉴定的不同形态淀粉粒,主要为粟黍类、小麦族(Triticeae)、薏苡属(Coix)、栎属(Quercus)和豆科(Fabaceae)等,以及部分未知种属的淀粉粒。石臼和石杵的使用部位形态多样的淀粉粒表明此类工具在当时被用于加工处理多种植物种子或果实。望京楼遗址二里头文化时期石器上粟、黍以及小麦等多种农作物淀粉粒的发现,同时结合二里头、南洼、皂角树等二里头文化遗址植物浮选结果,表明二里头文化时期中原腹心地区已普遍存在多品种的农作物种植。     

中国中世纪暖期温度年代际变化特征及成因分析

利用通用地球系统模式CESM的过去2000年气候模拟试验资料,在与历史气候重建资料、观测/再分析资料及其他模式模拟资料进行对比验证的基础上,分析了中国中世纪暖期（Medieval Warm Period,简称MWP）地表温度年代际变化特征并初步探讨了其成因。结果表明：在公元801~1250年的中国中世纪暖期期间,在年代际尺度上,中国地表温度EOF第一模态的空间分布为全区一致型,并且北部的变率大于南部,最大的变率中心位于中国东北部;EOF第二模态反映出研究区内南北反向的空间分布特征。40°N以北地区温度变化一致;40°N以南青藏高原-云贵高原-东南沿海地区与华北地区呈反相变化,最大的变率中心位于青藏高原东部。中世纪暖期地表温度EOF第一模态主要归因于太阳辐射的影响,火山活动也是影响因子之一;EOF第二模态主要受气候系统内部变率的影响,其他外强迫因子的影响较小。但是,温室气体、土地利用/覆盖两个外强迫因子对气候系统内部变率具有一定的调制作用。在中国,中世纪暖期太阳活动剧烈、火山活动较少,下垫面吸收更多的太阳短波辐射,地表净辐射通量增大,是中世纪暖期形成的主要原因。     

用脉冲磁场方法研究现代沉积物中趋磁细菌的趋磁性和趋化性

光学显微镜下直观显示水体环境中趋磁细菌沿磁场方向定向排列和游动,人们对其认识主要来自这些镜下观察的总结。但实际上趋磁细菌主要生活在沉积物环境中,很难对它们进行直接观察。因此,趋磁细菌在沉积物环境中的趋磁性、趋化性、以及在记录古地磁过程中可能起到的作用等方面均尚未得到足够实际观测数据的支持。本研究利用脉冲磁场反转趋磁细菌(Candidatus Magnetobacterium bavaricum)极性的特性,将趋北趋磁细菌(NS)转变为趋南趋磁细菌(SS),并在只含有NS的沉积物中以脉冲磁场反转的SS为"示踪体",分析趋磁细菌在沉积物环境中的趋磁性和趋化性。使沉积物所处的外界磁场与脉冲磁场方向保持一系列角度Φ(0°~180°),利用施加脉冲磁场后出现的SS%与Φ关系估算趋磁细菌在沉积物中沿外界磁场的排列程度,证实了趋磁细菌在沉积物中沿地磁场排列程度非常低(<1%)。将脉冲SS分别置于4种不同的磁场条件(磁场方向指向上、指向下和水平)和生存环境(上部适宜环境和下部不适宜环境),一定时间后SS的垂直分布相对直观地证实了:趋磁细菌游动方向受趋化性决定,趋磁性的优势在于使趋磁细菌更有效地到达其最佳生存环境。脉冲磁场方法在理解和研究沉积物中趋磁细菌趋磁性、趋化性和古地磁应用方面有可观的应用前景。     

三角剪切断层传播褶皱在祁连山北缘断裂中的应用:以黑河口断层为例

逆冲断层运动学过程研究可为造山作用和盆地演化提供重要的信息。位于青藏高原东北缘的祁连山北缘逆冲断裂（NFT）是一条主要的边界断裂,控制着祁连山晚新生代以来的隆升变形,但对于该断裂系统的运动学过程缺乏研究。甘肃张掖西南莺落峡附近,黑河口断层（祁连山北缘断裂的一部分）穿过红沙沟并导致其阶地面错断和褶皱变形。为了研究该区域褶皱变形特征和断层运动学过程,我们首先在红沙沟区域进行了详细的野外考察并对变形的地层和阶地面进行了测量,然后通过数值模拟方法来验证褶皱模型。红沙沟保存有9级河流阶地,利用差分GPS对阶地面的高程进行了测量,同时在野外测量了部分地层的产状。多处断层剖面表明该区域变形属于基底卷入的构造类型,另外变形的阶地面在近断层处表现出明显的褶皱形态。结合阶地面变形特征以及地层的变形,三角剪切断层传播褶皱模型被初步用于该区域构造变形的解释。模型模拟得到自T5、T6和T7形成以来断层滑动量分别是 44±7m、59±10m和 164±28m;结合T6年代得到自约9万年以来该断层的平均滑动速率为 0.68±0.19mm/a,垂直分量为 0.58±0.13mm/a。根据地层与阶地变形特征,并结合模型模拟结果,我们认为祁连山山前基底断层卷入的构造中,在断层出露地表之前,断层顶端存在一个分散式的三角形变形区,区域的应力状态控制着下伏地层和上覆地貌面的褶皱变形。     

物候模型在气候定量重建中的应用

利用历史物候记录重建的气候变化过程为人类更准确地认识过去的气候变化特征, 识别气候变化阶段提供了帮助。本文系统总结了现有用于气候定量重建的植物物候模型, 包括统计模型和过程模型两类。统计模型不考虑植物生理生态过程, 主要是利用物候期与气象因子之间的统计关系建立回归方程; 过程模型是一种半机理性模型, 通过植物每日发育进度与环境因子的关系, 利用数学模型模拟植物的生长过程, 主要包括春季积温 (spring warming, 简称SW)模型、温度变换日数(the number of days transformed to standard temperature, 简称DTS)模型和葡萄收获日期模型等。同时, 详细介绍了上述物候模型在国内外不同地区定量重建气候中的应用, 比较了重建的效果, 总结了重建过程的不确定性; 并提出了利用植物物候模型对气候定量重建中的关键问题, 即指出在未来研究中需要更多关注如何定量重建温度外的气候因子, 同时要加强对秋季物候的观测以及秋季物候生理机制的研究, 以便更清晰阐述秋季物候变化过程, 在历史气候变化定量重建中更充分利用有关秋季资料。     

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600 km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面(~80°E,TW-80试验).利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为:印度板块向北俯冲可能已到达班公湖-怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖-怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.     

多通道大功率电法勘探仪集成试验

采用自主研发的多通道大功率电法勘探仪进行了深部矿勘探测试.首先在河北省张家口市张北县进行了仪器整体的调试和波形测试等试验,试验结果表明,在大偏移距情况下,尽管存在50 Hz电磁干扰,也能获得与发射波形相关的波形曲线,验证了仪器系统的正确性和稳定性.然后在内蒙古曹四夭钼矿区采集了4.8 km的剖面数据,并进行了相应的数据处理工作.对所采集的数据进行了大地脉冲响应计算、峰值时刻提取和视电阻率计算,以及电阻率二维反演工作,反演的的电阻率断面结构与已知地质资料相吻合,验证了数据流程和处理方法的正确性.此次多通道大功率电法勘探仪的成功集成,为进一步大规模比对试验和装备整装勘探打下了基础.     

基于离散元方法的落石碰撞破碎研究

落石是山区公路边坡常见的地质灾害。落石撞击破碎是落石灾害中常见的现象,落石破碎致使运动轨迹改变往往会增大落石的危害性,但其通常未被考虑到落石的防护设计中。因此,落石破碎机理的研究对落石防护措施设计有重要的指导意义。本文运用离散元方法（离散元开源软件Esys-Particle）模拟落石铅直撞击地面的过程。在模型中,落石由大量的颗粒组成,并且相邻的颗粒由可断裂的黏结材料黏接;地面由一层固定的颗粒组成,从而模拟地面的摩擦、弹性变形性质。模型模拟出落石反弹、破碎和粉碎等过程,分析黏结材料的杨氏模量、颗粒间凝聚力和内摩擦角对落石撞击地面过程的影响,得出落石撞击过程中破坏率和动能的变化过程。研究发现：当杨氏模量和凝聚力的比值较小时,落石将会发生反弹;当杨氏模量和凝聚力的比值增大到一定程度时,落石将会破碎成不同大小的块体;当杨氏模量和凝聚力的比值超过一定限度时,落石将会破碎成非常细小的块体;内摩擦角的变化对撞击过程影响非常小。     

基于热力耦合数值模拟的膨胀土深基坑变形特性研究

膨胀土的胀缩特性、裂隙性、超固结性常对膨胀土地层中的工程建设造成不良影响,以热-力耦合数值模拟为基础对膨胀土深基坑开挖过程中的受力变形特性进行研究。首先由室内试验测定原状膨胀土的膨胀力,然后以FLAC3D热-力耦合模块模拟一环刀土样推导目标膨胀力下的膨胀系数,最后以扬州某膨胀土深基坑为例,计算上述膨胀系数下深基坑在开挖过程中的受力变形特性,并与基坑实测数据进行了对比。结果表明：（1）围护结构侧向变形轮廓线为鱼腹型,最大侧向变形位置发生在开挖面以上一定范围内,最大侧向变形值大致为（0.15%～0.30%）H;（2）立柱隆沉曲线平缓,数值大致处于（-0.04%～0.14%）H;（3）墙后地表沉降槽呈型,影响范围达到了2.5He以外,最大地表沉降值为vm=（0.05%～0.15%）H,最大地表沉降与最大围护结构侧向变形的关系约为vm=（0.33～0.56）hm;（4）土压力值均处于视土压力包络线范围以内,大致为1.07He。