岩溶关键带水文地球化学研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学内涵、岩溶关键带水动力垂向分带、岩溶关键带框架下的水文地球化学过程与机制, 探寻变化环境下岩溶关键带水文地球化学过程演变的规律与驱动机制。指出了当前研究中存在的薄弱环节:目前工作仅停留在传统岩溶地下水科学工作范畴,未从岩溶关键带框架体系的角度考虑植物冠层至岩溶含水层之间水文地球化学过程及其耦合关系,未考虑新污染物持续输入、地球大数据科学工程深入实施、全球碳排放路径逐渐改变等时代因素对岩溶水文地球化学研究的潜在影响。进一步的研究可以从以下方面开展:基于岩溶关键带框架体系的新污染物水文地球化学研究,基于大数据框架体系的岩溶水文地球化学研究,“双碳战略”下的岩溶水文地球化学研究,岩溶关键带水文地球化学驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合以及高分辨率监测、评估与模拟手段的综合应用。     

Kaolin-nucleation-based biotreated calcareous sand through unsaturated percolation method

Acta Geotechnica - Ocean development is an effective and practical way to address resource issues, such as food, fuel, and land shortage. The current work proposed using kaolin-based biocement to...     

基于InSAR技术的川西高山峡谷区地质灾害早期识别研究——以小金川河流域为例

采用短基线集时序干涉测量(small baseline subset InSAR,SBAS-InSAR)技术,利用多时相合成孔径雷达数据,对川西高山峡谷区开展地表多时相、长时序形变监测与地质灾害隐患早期识别研究。介绍了时序InSAR方法原理,梳理了数据处理流程,分析了小金川河流域雷达可视性,利用2018-11—2019-12共26期的Sentinel-1A历史存档数据开展了流域内地表形变监测,结果表明: 流域内雷达视线方向的年平均形变速率为-51.12~75.28 mm/a; 依据形变异常分布规律,共判译出4处形变异常区与11处潜在地质灾害隐患点,其中6处隐患点为已知地质灾害点,其余5处隐患点尚不为人知。以隐患点P1(阿娘寨滑坡)为典型案例,开展了长时序监测分析与验证,评估利用InSAR技术开展地质灾害隐患早期识别的可靠性,证明了SBAS-InSAR技术在地质灾害早期识别中的优势及有效性,其技术成果在川西高山峡谷区具有大范围推广应用的潜力。     

Projection of droughts and their socioeconomic exposures based on terrestrial water storage anomaly over China

Science China Earth Sciences - Global warming has altered the thermodynamic and dynamic environments of the climate system, thus affecting the energy budget and water cycle process of the...     

Numerical simulation and cause analysis of persistent summer drought during the 1920s in eastern China

Science China Earth Sciences - In the late 1920’s, a mega-drought in China resulted in widespread crop failure and famine. Sufficient evidence suggests that this drought belonged to a dry...     

Temporal evolution of the focal mechanism consistency of the 2021 Yangbi MS 6.4 earthquake sequence in Yunnan

Using the Cut And Paste (CAP) method, we invert the focal mechanism of 38 moderate earthquakes (M_S ≥ 3.0) recorded by Yunnan seismic network and analyze the corresponding focal mechanism consistency based on the minimum spatial rotation angle. Our results indicate that the M_S 6.4 mainshock is induced by a lateral strike slip fault (with a rake angle of ～ ?165°) and a little normal-faulting component event along a nearly vertical plane (dipping angle～ 79° and strike ～138°). Combining our results with high resolution catalog, we argue that the seismogenic fault of this earthquake sequence is a secondary fault western to the major Weixi-Qiaohou-Weishan fault. The focal mechanism evolution can be divided into three periods. During the first period, the foreshock sequence, the focal mechanism consistency is the highest (KA<36°); during the second period which is shortly after the mainshock, the focal mechanism shows strong variation with KA ranging from 8° to 110°; during the third period, the seismicity becomes weak and the focal mechanism of the earthquakes becomes more consistent than the second period (18°<KA<73°). We suggest that the KA, to some extent, represents the coherence between local tectonic stress regime and the stress state of each individual earthquake. Furthermore, high focal mechanism consistency and high linearity of seismic distribution may serve as indicators for the identification of foreshock sequence.     

山东省沂南县东部土壤重金属生态健康风险评价

【研究目的】 山东是中国矿业与农业发达省份、沂南县东部堪称其代表。掌握当地土壤重金属污染及对生态健康风险的影响对生态环境保护有重要意义。【研究方法】 系统调查分析表层土壤样品4779件,获取Hg、Cd、Cr、Ni、As、Cu、Pb、Zn等元素分布最新数据,并用地累积指数法、潜在生态危害指数法和健康风险评估模型等评价研究了生态健康风险及相关问题。【研究结果】 （1）上述重金属均量与临沂市土壤背景值大致相当,仅Hg略偏高且变异系数最大,指示当地土壤Hg受人类活动影响明显。与国家农用地土壤污染风险筛选值相比,Cu、Cr、Ni是相对主要超标元素,As、Cd、Cu、Pb超标倍数大,它们均可能会产生生态健康危害;（2）据地累积指数平均值,该区土壤总体无污染,据单样值,Hg、Cu污染最突出,其他6元素污染较轻;（3）生态风险方面,Hg、Cd是主要生态风险元素,As、Cu次之。高生态风险区为铜井镇南东部、界湖镇西北金场附近以及县城西部主城区3个片区;（4）人体健康风险方面,重金属对成人不具有非致癌风险和致癌风险,极个别地区对儿童具有非致癌风险和致癌风险,Cr、As是主要非致癌风险元素,As致癌风险最大。【结论】 沂南县东部土壤质量总体较好,铜井镇南东部、界湖镇西北金场附近以及县城西部主城区3个片区为高生态风险区,Hg、Cr、As为主要生态健康风险元素。     

ZHDN-SDR 150A型高频声波钻机设计

文章主要介绍了ZHDN-SDR 150A 型高频声波钻机设计及其验证测试,为该钻机应用于污染场地调查和治理提供理论依据和技术指导。论文阐述了钻机总体设计思路及主要性能参数指标,系统分析了高频声波动力头、钻机主体、配套钻具结构设计及其技术创新。该钻机在两种不同地层进行了验证测试,各项测试指标均达到设计要求。将验证测试结果与国内外同类钻机对比表明,ZHDN-SDR 150A型钻机主要性能参数与关键装置已处于国内先进和国外并跑水平。该型钻机在振动频率、地层适用性、钻具使用寿命等方面优势显著,但是存在过高温度运行条件下钻进效率降低、智能自动化水平不足的问题,需进一步研发耐高温强硬度新材料和改进远程无线操控系统。     

基于B-DEM的颗粒聚合体应力计算和破碎路径模拟

结合边界元法和离散元法,提出一种可以进行计算颗粒内部应力和破碎路径的方法。该方法利用离散元法求解颗粒的相互作用和每个颗粒上的荷载。然后利用边界元法计算颗粒的应力分布,为了实现动态平衡,将颗粒的加速度视为恒定大小的体力。但体力导致边界积分方程中出现域积分,故采用直线积分法将域积分转化为边界积分,以保证边界元法降维的优势。为了提高边界元的计算效率,对于几何形状相似的颗粒,以其中一个颗粒作为模板颗粒,只需要计算模板颗粒在局部坐标系中的系数矩阵,其他相似颗粒可以通过局部和全局坐标系之间的映射获得。在得到应力后,基于Hoek-Brown准则来判断颗粒是否破碎。此外,将破坏路径简化为直线,并采用最小二乘法拟合得到破坏路径。     

液氮溶浸对不同煤阶含水煤样渗流特性的影响

中国包含多种煤阶煤层,由于煤质、地质条件等差异,不同煤层中的水分赋存情况也具有较大差异性。煤阶、饱水度作为影响液氮低温致裂效果的两个重要因素,有必要对其进行深入研究。为此,分别选择褐煤、烟煤与无烟煤3种煤阶煤样,并制备得出饱水度分别为0%、33%与99%的煤样进行液氮溶浸处理,使用摄像机定点拍摄、观察煤样表面宏观裂隙处理前后的演化规律,并对煤样进行氮气渗流试验。试验结果表明：液氮溶浸后褐煤因产生的一条与多条贯穿裂隙发生整体结构上的断裂,烟煤表面有新裂隙产生,原生宏观裂隙有一定的扩展与延伸,无烟煤表面宏观裂隙无明显发育;煤样饱水度越高,液氮的致裂增透效果越显著;液氮溶浸对3种煤阶煤样的致裂增透效果关系为：褐煤>烟煤>无烟煤,在完全干燥状态下,由于热应力不足以破坏颗粒间链接,烟煤与无烟煤的增透效果近似相等;对于褐煤,液氮溶浸处理对完全干燥状态下的煤体即产生有效致裂,渗透率平均增幅高达559.35%,对于烟煤,在饱水度为33%和99%的状态下,液氮溶浸对煤体具有明显致裂效果,渗透率平均增幅分别为330.60%和448.77%,对于无烟煤,在饱水度为99%的状态下液氮溶浸处理才能对煤体产生有效致裂,渗透率平均增幅为185.53%。