粉细砂水敏性试验研究

通过室内水平砂柱内的咸淡水驱替试验,以高岭土、伊利石和蒙脱石、二价汞离子(Hg2+)和苯酚(C₆H₅OH)为例,对粉细砂的水敏性特征进行了研究。结果表明:高岭土和伊利石含量对粉细砂水敏性的影响不大,即使含量达到10%(质量比),渗透系数也仅下降1个数量级,而当蒙脱石含量为3%(质量比)时,砂柱渗透系数下降已经超过2个数量级,含量超过4%(质量比)时,水流已经无法通过;在高速水流剪切力作用下,31.68%二价汞离子(Hg2+)和55.71%的苯酚能够被有效去除,而水敏性过程中的颗粒释放与迁移作用能够将绝大部分残余的二价汞离子(67.55%)和苯酚(43.43%)挟带出粉细砂柱。单纯的水力作用对两种污染物的去除率差别较大,原因是砂柱中粘土颗粒表面带有负电荷,使得带正电的二价汞离子(Hg2+)大量被吸附,导致其滞留于砂柱之中的比例大于苯酚。故利用粉细砂的水敏性特征可在含水砂层中建立防渗帷幕、去除重金属和有机污染物。     

三峡库区长江阶地冲积物的年代测定

三峡库区的长江阶地是研究川江、峡江水系演变的重要证据。发育冲积物的阶地主要出现在库区西半部的川东和重庆的中低山、丘陵区,最多有6级。阶地研究中遇到的主要问题是难以确定阶地的形成时代。我们采用TL法和ESR法测量了三峡库区6个地点阶地的堆积年龄。测量数据显示,ESR法基本不适合测定三峡库区冲积物的年龄;尽管TL法本身存在缺陷,但测得的T1~T4的堆积年龄得到其他独立的测年结果的支持。阶地T1~T4的TL年龄依次为7~17 ka、28~46 ka、62~81 ka和103~105 ka。此外,根据年代地层对比的方法以及前人的古地磁测量结果,推测三峡库区第四级阶地的年龄大于101 ka,第五级阶地的年龄大于392 ka,而第六级阶地的年龄小于780 ka。从而初步建立了三峡库区阶地堆积的时间序列。     

三峡库区坡地地貌过程的速率

在重庆奉节至湖北巴东一带三峡库区,存在两类坡地,分别是深层风化坡地与崩积—残坡积坡地。这两类坡地上,堆积物的稳定性差,表现为剥蚀、堆积的速率大。堆积物的累积速率可粗略地依据热释光年龄来估计。据此我们推测深层风化坡地的浅层滑坡周期大约是1.5ka,对应的堆积速率大约是33cm/ka。崩积—残坡积坡地上主要的陡崖崩塌发生周期是40ka⁶0ka,坡地中部的累积速率大约是4cm/ka。在崩积—残坡积坡地上常见生长的树木因堆积物蠕滑而变形,树木变形程度反映了蠕滑速率,据此估算的蠕滑速率是非常可观的,这既是坡地中部的剥蚀速率,可能也在一定程度上反映了坡地下部堆积物的物质供应速率。这些认识可能对滑坡与水土流失的治理有参考价值。     

泥河湾盆地基于粒度气候指标的轨道调谐时间标尺

泥河湾盆地东部出露一套厚近百米的以湖相为主的地层.我们测量了洞沟剖面的粒度和磁化率.通过磁化率记录的对比, 我们可以将前人确定的古地磁界线转移到我们的深度坐标上来, 并建立了初步的时间标尺.样品中粒径在20~50μm之间的颗粒含量时间序列可以与ETP曲线对比, 即低含量对应高ETP值.这样的对比意味着在北半球夏季太阳辐射量相对增加的时期, 进入泥河湾盆地沉积物中的风尘物质减少了.这与已知的北方风尘的演化历史是吻合的, 所以我们认为粒度(20~50μm) 含量是泥河湾盆地沉积物中比较可靠的古气候变化的替代性指标.对于沉积速率相对高的时段, 即 > 780ka的地层, 我们尝试用轨道调谐的方法建立了高分辨率的时间标尺.新的粒度(20~50μm) 含量时间序列滤波获得的20ka和41ka的周期成分与岁差及地轴倾斜度的理论值可以重合.这显示洞沟剖面的粒度(20~50μm) 含量记录可以作为轨道调谐的气候曲线.      

下蜀黄土底界的年代及其对区域气候变干的指示

下蜀黄土是中国南方地区典型的第四纪风尘堆积,是低纬季风区气候变化的重要地质记录.但是,下蜀黄土的沉积年代问题一直未能得到有效解决.明确其起始堆积的年代对于深入理解晚第四纪亚洲大陆干旱化进程、东亚季风演化和亚热带区域环境变迁具有重要意义.本文针对这一科学问题对下蜀黄土进行了系统的年代学研究.磁性地层学结果表明,江苏的仪征青山剖面和镇江大港钻孔岩芯下蜀黄土地层中均存在松山/布容(M/B)古地磁极性倒转记录(这也是首次在下蜀黄土中发现古地磁M/B界线),确认最早的下蜀黄土堆积要早于中更新世,为探讨下蜀黄土底界的年代问题提供了重要的古地磁约束.以此为基础,结合剖面上部的光释光(OSL)测年结果,推算出下蜀黄土的底部年龄约为0.9Ma,这是迄今所获得的下蜀黄土最老年龄,与安徽宣城红土堆积底部年龄大致相当.下蜀黄土的开始堆积指示了亚洲大陆干旱区域在晚第四纪的进一步扩张,它是江淮亚热带地区气候显著变干和冬季风增强的直接证据.我们认为,这可能主要受到全球变冷和北半球高纬冰量增加的驱动,是中国南方地区对全球降温"0.9Ma事件"的区域响应.     

影响咸淡水界面水敏性的几个因素

文章通过砂柱的水击试验,对水流速度、盐浓度、pH值对咸淡水界面水敏性的影响进行了研究。试验结果表明,咸淡水界面上存在临界盐浓度值和临界流速值,当入流溶液浓度达到临界盐浓度和流速达到临界流速时,都会产生颗粒释放现象,导致砂柱的渗透率下降,水敏性发生。在相同的盐浓度和进水流速条件下,进水的pH值越低,颗粒释放的速度越慢,释放总量越少;进水的pH值越高,颗粒释放的速度越快,释放总量越多。     

镇江下蜀土的岩石磁学特征及磁化率变化机制

对镇江59.4m厚的下蜀土剖面的磁化率、χ-T曲线、等温剩磁获得曲线和磁滞回线等岩石磁学性质进行了研究,结 果表明：1）全剖面磁化率变幅较大,变化于（6.4~186.3）×10-8m3·kg-1之间;其中,剖面下段（24~59.4m）平均值为 34.7×10-8m3·kg-1,远低于上段（0~24m）的平均值126.1×10-8m3·kg-1;2）代表性样品的岩石磁学特征大致可以分为两类： 一类具有较高的磁化率,χ-T曲线呈明显的磁铁矿的居里点特征,IRM获得曲线在300mT时接近饱和,反向场退磁曲线显 示具有较低的剩磁矫顽力（25~40mT）,磁滞回线表现出细高的形状,在600~800mT之间闭合,显示含有较多的亚铁磁性 矿物（如磁铁矿和磁赤铁矿）;另一类样品则具有较低的磁化率,χ-T曲线初始磁化率较低,IRM获得曲线在300mT时达到 饱和剩磁的69%~82%,具有较高的剩磁矫顽力（70~135mT）,磁滞回线呈蜂腰状,提示含有较少的亚铁磁性矿物和较多的 高矫顽力矿物（如赤铁矿和针铁矿）,且可能含有铁的硫化物;3）岩石磁学特征表明下蜀土堆积的不同时段可能受到不同 环境的控制,中更新世中期之前曾出现多期过度湿润的气候条件,导致成土环境偏向还原条件,磁铁矿和磁赤铁矿逐渐转 化为弱磁性矿物,使得磁化率异常降低,与西伯利亚黄土变化模式类似;中更新世中晚期以来则以较干燥的氧化环境为 主,主要受成壤作用控制,有利于细小磁铁矿和磁赤铁矿的生成,与中国黄土高原的成土模式相似。     

不同前处理方法对南方红土粒度测量的影响——以安徽宣城第四纪红土剖面为例

以安徽宣城官塘村第四纪红土剖面为例,研究了不同前处理方法对南方红土粒度测量的影响。结果表明:(1)南方红土中所含的有机质对粒度测量结果会产生明显影响,在进行粒度测量前处理时,必须加入双氧水去除有机质;(2)南方红土因淋溶强烈,碳酸钙含量极低,对粒度测量结果无影响,无需加入盐酸进行去钙处理。加入盐酸反而使得所测粒径偏粗;(3)与六偏磷酸钠相比,氢氧化钠作为分散剂因其强碱性产生的复杂化学反应,会导致所测得的粒度频率曲线峰态出现异常,且<1μm的黏粒组分含量减少,故不宜用作南方红土粒度测量的分散剂;(4)在对南方红土进行粒度测量时,建议使用H2O2+(NaPO3)6的前处理方法,即先使用双氧水去除有机质,再使用六偏磷酸钠作为分散剂,并用超声波清洗仪震荡后上机测试。     

镇江下蜀土剖面的化学风化强度与元素迁移特征

对镇江下蜀土剖面的化学风化强度及元素迁移特征进行了研究, 结合与黄土高原第四纪黄土、古土壤、晚第三纪红粘土以及安徽宣城风成红土等典型风成堆积剖面的对比分析, 得出如下结论: (1) 镇江下蜀土剖面经历了中等强度的化学风化, 明显强于洛川黄土以及古土壤, 显著弱于宣城风成红土, 而与西峰晚第三纪红粘土非常接近。下蜀土的化学风化过程及 其与其他风成堆积剖面风化强度的差异主要受气候条件的控制, 气候条件通过年平均温度和年降水量对化学风化的地球化学环境起重要的影响, 其中降水因素在化学风化过程中可能起着更为重要的制约作用。(2) 镇江下蜀土剖面风化过程中, 绝大部分常量元素的地球化学行为 表现为迁移淋失, 仅Fe 和Ti 轻微富集, 元素的活动性由强至弱依次为: P > Na > Ca > Mg > K > Fe²⁺ > Si > Mn > Al > Ti > Fe³⁺; 常量元素的迁移特征揭示下蜀土的化学风化已经完成初级阶段的去Ca、Na 过程, 并初步进入到去K 风化的中级阶段; 微量元素除Sr、Ga 迁移淋 失外, Th、Ba、Cu、Zn、Co、Ni、Cr、V 等均表现出富集特征, 这可能与下蜀土风化成壤过 程中的生物地球化学过程以及粘粒、有机质对微量元素的吸附作用有关。(3) 元素迁移在剖面 中的变化特征揭示, 在0.24 Ma 之前的中更新世早、中期, 该区气候较为暖湿, 兼有干湿交替的特征; 中更新世晚期气候偏干凉, 风化淋溶最弱; 至晚更新世早期则又出现一段明显暖湿的成壤时期, 形成下蜀土剖面中的S1 古土壤层。总之, 中更新世以来本区气候整体上向干凉的方向发展。     

PH值对微粒释放影响的微观机理研究

以典型水敏感性细砂为研究对象,通过水平室内砂柱试验,对不同pH值(pH=6,7,9)影响微粒释放过程的微观机理进行了探讨.研究结果表明:相同盐浓度条件下,pH值对微粒释放过程具有明显影响,酸性条件对微粒释放过程具有很强的抑制作用,致使砂柱存在二次释放现象,而碱性条件对微粒释放具有明显的增强作用,致使释放量大大增加,释放时间大大增长.微观力学分析可知,上述现象的原因是:不同pH值影响微粒物质与骨架颗粒zeta电位的变化,导致范氏引力与双电层斥力变化幅度发生差异,使得两者合力的大小和方向发生变化,在酸性条件下为引力占主导,碱性条件下为斥力占主导.