Simple models for dynamic melting in an upwelling heterogeneous mantle column: Analytical solutions

Several lines of evidence suggest that the melt generation and segregation regions of the mantle are heterogeneous, consisting of chemically and lithologically distinct domains of variable size and dimension. Partial melting of such heterogeneous mantle source regions gives rise to a diverse range of basaltic magmas. In order to better assess the role of source heterogeneity during mantle melting, we have undertaken a theoretical study of trace element distribution and fractionation during concurrent melting and melt migration in an upwelling, chemically heterogeneous, two-porosity double lithology melting column. Analytical solutions for the abundance of a trace element in the matrix and channel were obtained under the assumptions that the porosity, melt and solid velocities, and solid-melt partition coefficients are constant and uniform. For simplicity, we neglected diffusion and dispersion in the melt. Chemical source heterogeneities of arbitrary size and shape were integrated into the simple melting models by allowing trace element abundance in the source region to vary as a function of time and space. Concurrent melting and melt migration in an upwelling heterogeneous mantle may be approximated as a quasi-steady state problem in which time-dependent concentration patterns produced by melting of heterogeneous source regions are superimposed on a reference steady-state concentration distribution established by melting of the ambient or background mantle. Chromatographic fractionation is especially important for the matrix melt and solid when chemical heterogeneities are involved during melting and melt migration in the mantle, giving rise to significant phase-shift between two incompatible trace elements in the matrix melt and scattered correlations among incompatible trace elements in residual peridotites. Mixing is the chief mass transfer process in the dunite channel where the chromatographic effect is negligible for most of the incompatible trace elements. The lack of chromatographic fractionation among incompatible trace elements and isotopic ratios in MORB suggests either most MORB are channel melts or mixing in magma conduit and chamber is very efficient such that the phase-shift is averaged out during magma transport and storage processes. Advection brings melt produced by smaller-degree of melting in the deeper part of the melting column to the overlying melting region, increasing the incompatible trace element abundance in the matrix and the channel. This advection-induced self-enrichment is especially important when heterogeneous sources are involved and may account for some of the enriched incompatible trace element patterns observed in residual peridotite that were previously interpreted to be a result of mantle metasomatism. Systematic studies of high-resolution spatially correlated mantle samples may help to constrain the melting history and the size and nature of chemical heterogeneities in the mantle.     

冀北万全寺银金矿床地质地球化学特征

万全寺银金矿床位于张宣幔枝构造东侧的侏罗纪断陷盆地中,成矿时限晚于133.33Ma～101.82 Ma.通过硫、铅、氢、氧、碳及稀有气体同位素研究认为,成矿物质应源自地球深部,在中生代冀西北幔枝构造演化过程中集中成矿.成矿热液以岩浆水为主并加入了部分天水.     

陆面过程中稳定水同位素逐日变化的数学模拟——引入稳定同位素效应的CLM实例分析

将稳定同位素效应引入CLM(Community Land Model),并对巴西马瑙斯站在平衡年的稳定水同位素的逐日变化进行模拟和分析.结果表明: 降水、水汽和地表径流中δ18O存在明显的季节变化,并与相应的水量存在显著的负相关关系,但凝结物中δ18O与地面凝结量存在显著的正相关关系,蒸发水汽中δ18O与蒸发量之间无显著的相关关系.受土壤贮水削峰功能的影响,表层土壤和根区水中δ18O的季节变化全无.植被层蒸发水汽中稳定同位素的丰度与大气的干湿程度存在密切联系: 当降水量少时,大气干燥,植被层的蒸发较少,植被蒸发中δ18O较高;当降水量较大时,空气湿润,植被层的蒸发量较大,蒸发中δ18O则较低.植被蒸腾中δ18O的变化与源区水体中δ18O的变化保持一致,尤其是与根区水中的δ18O.由于地下径流直接源自根区水的补充,因此,地下径流中δ18O等于根区水中的δ18O.模拟结果还显示,降水MWL (大气水线)的梯度项和常数项均比全球平均MWL略偏小.尽管主要来自降水的贡献,但地表径流和植被层水体的MWLs与降水MWL存在较大的差异,这一方面与两类水体在蒸发过程中的稳定同位素的富集作用有关,另一方面与CLM模拟的水量有关.大气水汽线与降水的MWL的梯度值相近,说明大气水汽与降水近似处于稳定同位素平衡状态.另外,模拟的地面的凝结线与植被层的凝结线均与全球大气水线相近,且具有非常高相关程度,说明CLM的模拟是合理的.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川积累区气溶胶和表层雪中可溶性矿物粉尘的变化特征及相互关系——以Ca2+、Mg2+为例

对天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)积累区海拔4 130 m处12个月、每周1次的气溶胶和表层雪样品进行了分析.结果表明,1号冰川气溶胶与表层雪中Ca2 、Mg2 的平均浓度均在夏季最高,冬季最低.气溶胶中Ca2 、Mg2 浓度变化规律极其相似,二者在一年内出现两次峰值,第1次出现在春季,第2次出现在夏末秋初.表层雪中这两种离子浓度变化趋势也相似,峰值均出现在夏季,且Ca2 浓度峰值的出现稍早于Mg2 ,二者浓度在冬季都有所升高,尤其Ca2 更为显著.气溶胶和表层雪中对应离子间在整体变化趋势上较为相似,且在日时间尺度上的对应关系有显著的特点.相应离子的对应关系,可能受粉尘微粒的溶解、离子的清除比率、离子的淋溶强弱等性质的影响.     

气候变化对塔里木河来自天山的地表径流影响

塔里木河水资源主要来自天山南坡两条源流,选择西段阿克苏河和中段开都河-孔雀河作为研究区.1956-2003年研究河源山区气温呈持续升温且降水波动增加的趋势,其中1995-2003年升温强劲,升温速率高出48 a期间平均的3倍以上;降水自1986年后持续增加,20世纪90年代较80年代增幅达18%,并显示出河源山区湿岛向塔里木盆地扩展.因高山缺少气象观测,出山径流过程变化可以综合反映中高山带的气候变化.塔里木河来自天山的地表径流在1986-2003年间持续增长,以冰川融水补给为主的库玛拉克河,1994年以来年径流量增加已在前期平均值基础上提升了一个台阶;开都河以降水径流补给为主,1986-2002年出现了观测记录以来的丰水期,并使1986年后博斯腾湖水位快速上升,恢复到1958年记录的最高水位以上.两河年径流变化趋势基本相似,但也显示有西、中段的气候变化局部差异,出现丰枯水期的不一致;然而,在近16 a升温过程中,年径流增长幅度和快慢相近.     

冻融循环对塑料土工格栅拉伸性能的影响

在-25～ 25 ℃环境温度条件下, 采用水中冻融和空气中冻融两种方式, 经过50次冻融循环后, 在15 ℃、 0 ℃、 -10 ℃、 -20 ℃和-35 ℃工况下对土工格栅试样进行了拉伸性能的试验研究, 获得了聚乙烯塑料土工格栅的极限承载力、最大延伸率、 不同延伸率对应的应力值等数据. 试验结果表明, 聚乙烯塑料土工格栅在低温时抗拉性能明显提高, 从 15 ℃降至-35 ℃时, 5%延伸率对应的抗拉强度提高107%, 极限承载力提高19%. 同时, 聚乙烯塑料土工格栅极限延伸率随温度降低呈线形关系降低, 从 15 ℃降至-35 ℃时, 极限延伸率降低80%.     

青藏高原中、东部局地因素对地温的双重影响(Ⅰ): 植被和雪盖

青藏高原冻土区地温既受海拔、纬度和经度(干燥度)区域地带性规律控制, 同时它又受植被、雪盖、砂层、 水被和地质构造等局地因素的显著影响. 局地因素对地温的影响具有双重性: 在不同域值条件下, 它可增高或降低地温. 地温随植被覆盖度减小而逐渐增高, 但覆盖度减到0～20%时, 地温反而降低. 在青藏高原东部、南部和腹部的高山区, 冷季降雪多, 很多地段为稳定积雪区, 雪盖厚, 持续时间长, 对浅层地温起保温作用;而高原腹部的高平原、河谷和盆地冷季降雪较少, 雪盖薄, 持续时间较短, 一般保温作用微弱. 当雪盖厚度超过20 cm以后, 保温作用即开始增强;在暖季因积雪存在时间短, 雪盖薄, 短期内对浅层地温起冷却作用. 总之, 每种局地因素迫使地温向相反方向转化阶段是一个区间值, 为渐变过程. 随时空尺度变化, 局地因素的影响变化很大. 有些地段, 几种局地因素共同作用, 加上活动构造和地形、地貌等的影响, 使地温的时空分布和局地因素对其影响或控制变得错综复杂. 因此, 研究和预测地温特征和变化趋势, 需要在监测植被和积雪作用的基础上进行参数选择、 验证和优化.     

中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)冻土工程地质考察与研究进展

在2005-2007年期间,先后3次对中国-俄罗斯原油管道漠河-大庆段沿线的冻土工程地质条件等进行科学考察,开展了冻土工程地质条件及其在气候变化和人类活动作用下的评价和预测研究.考察研究结果表明:管道沿线多年冻土在各类融区、季节冻土和水系等分隔作用下呈片状或岛状分布,沿线岛状、稀疏岛状及零星岛状占多年冻土区段的40%左右;管道沿线多年冻土随着气候的转暖和人类活动的影响不断退化.地形地貌单元、植被分布、地表水分条件的变化等局部因素对多年冻土的分布和地下冰的赋存产生重要的影响,管道沿线大约分布有50 km左右的沼泽湿地,其表层为腐殖质土及泥炭层,泥炭层下面分布着含土冰层或地下冰,是管道沿线最差的冻土工程地质地段;由于中俄原油管道沿线水系发育多,冻胀丘、冰椎和冰幔等不良冻土现象广泛分布.科学考察的成果为管道沿线冻土工程地质条件评价和预测、管道的稳定性影响分析以及后期的长期检测系统设置等研究奠定坚实的基础,进一步为即将开工的中俄原油管道漠河-大庆段工程的设计、施工提供科学依据.