Analytical solution for longitudinal seismic response of long tunnels subjected to Rayleigh waves

The longitudinal seismic response of a long tunnel subjected to Rayleigh waves is investigated in this paper. The tunnel is assumed to be infinitely long, has a uniform cross section, and rests on a viscoelastic foundation. The free-field deformation under Rayleigh waves traveling parallel to the tunnel axis is decomposed into two directions, namely, the axial motion and the vertical motion, and transformed into dynamic loads imposed on the tunnel. Based on the Fourier and Laplace integral transform techniques, the governing equations of tunnels are simplified into algebraic equations, and the analytical solutions are obtained with the convolution theorem. The final solutions of the tunnel responses in terms of deflection, velocity, acceleration, axial force, bending moment, and shear force are investigated. The proposed solution is verified by comparison of its results and those from the finite element program ABAQUS. Further parametric analysis is carried out to investigate the influence of soil-structure relative stiffness ratio and wave frequency on dynamic longitudinal responses of the tunnel.     

锂同位素地球化学在地热流体水岩反应中的应用——以川西现代富锂热泉研究为例

高温流体的化学组成及同位素特征是深部环境信息的重要载体。本文基于锂同位素地球化学方法系统分析了川西现代热泉地热流体的水化学特征、水岩反应过程、补给来源、水岩反应温度及循环深度。研究结果显示,茶洛热泉水化学相类型为HCO₃-Na型,与地表水和冷地下水的HCO₃-Ca型存在明显区别。利用锂同位素温标估算茶洛热泉的水岩反应体系温度为227.80±19.84℃（2σ,n=8）,热循环深度为7348.08m±684.26m（2σ,n=8）。茶洛热泉水化学成分主要受水岩反应控制,处于非平衡向局部平衡过度。高K、Li、F、Cl等与花岗岩岩体有关的特征元素表明水岩反应中以与花岗岩岩体反应为主导,估算其贡献率约为75.34%。矿物饱和指数的计算,显示了热泉水中的白云石、萤石、霞石、方解石处于过饱和状态;钾盐以及大多数样品的石膏、硬石膏处于不饱和状态;石盐则趋近于平衡状态。锂元素浓度及锂同位素分析结果表明,热泉中的锂元素浓度远高于地表水和冷地下水,且富集较轻的锂元素。锂同位素质量平衡拟合估算与茶洛热泉水进行水岩反应的岩体的锂元素浓度为13.43±7.04×10^-6（2σ,n=13）,δ⁷Li_rock值为1.14±2.06‰（2σ,n=13）。岩体深度约6958~7450m。研究成果对于认识地热流体的富锂机理,拓展地热型锂资源的找矿思路均具有理论意义与实际应用价值。

     

华北平原冀中坳陷东部SFQ1钻孔磁性地层年代学及其地质意义

可靠的地层年代标尺对于研究华北平原晚上新世以来沉积物记录的沉积环境演化、新构造运动及古气候演化具有重要意义.本文通过测定冀中坳陷东部的SFQ1钻孔岩芯古地磁,建立高分辨率磁性地层年代框架,并探讨其地质意义.结果表明:SFQ1孔中更新统底界埋深为71.0 m(布容期B/松山期M界线),下更新统底界埋深为197.8 m(松...     

卡尼期湿润幕：气候- 环境变化与海洋生态效应研究新进展

晚三叠世卡尼期湿润幕（Carnian Pluvial Episode, CPE）是近年来最受瞩目的地质事件之一。此次事件以卡尼中期全球不同纬度环境湿度显著上升为主要标志。CPE的发生不仅对全球各地沉积格局产生重大改变，也对三叠纪生物演化产生了深远影响。海洋生物群在跨越CPE期间发生了不同程度的灭绝与演替，大部分海洋无脊椎动物和部分脊椎动物的多样性在CPE之后出现明显的降低，著名的关岭生物群也受到了CPE的明显影响，并开始显现出危机。CPE之后，恐龙类群开始逐步占据陆地生态的主导地位，早中生代和现代生物的先祖开始在这一时期纷纷出现。CPE的发生揭开了现生生物演化史新的一页，并最终开创了早中生代和现生生物黎明。有关CPE的触发机制主要包括以下2个方面：① 晚三叠世巨型季风环流在卡尼期达到鼎盛并区域上影响了大气降水量；② 板块活动造成大规模火山喷发引发全球气候扰动。由于上述2种解释还未能与我国其他地质记录较好匹配，因而CPE在特提斯东缘的发生次序和发展过程并不清晰。这其中，对CPE触发机制的探讨，需要将全球板块变化与古气候模拟纳入其研究范畴。不同于晚二叠世生物大灭绝后生物类群缓慢重启和生态逐步复苏，CPE期间的生物演化与革新在短时间内促成了现代生物类群的形成。在我国，上三叠统卡尼阶分布广泛、发育齐全，且保存有各门类丰富的动植物化石，是开展卡尼期气候- 环境变化与生态效应研究的重要场所。然而目前国内有关CPE研究还十分有限，一些基础的地质工作仍然有待开展。位于特提斯东缘的我国地质记录有助于深刻理解CPE过程和环境- 生物协同演化关系，尤其在现代生物多样性起源和当代生态系统结构成型的研究过程中需要提供更多中国的对比方案。     

内蒙古高原岩石圈构造研究

本文通过综合地球物理资料,对上、中、下地壳和岩石圈地幔属性的研究,来分析内蒙古高原岩石圈的三维构造和物质运动。地体拼合属于岩石圈挤压力较小而作用期较长的造陆作用,以内蒙古中部地区为典型代表。此区域现今包括南阿穆尔- 兴安地体西南部和锡林浩特两个元古宙地体,以及形成于太古宙的华北克拉通地体。索伦山- 西拉木伦河断裂是锡林浩特和华北克拉通地体的缝合带。发生在二叠纪的锡林浩特和华北克拉通两个地体的碰撞拼合,造成古亚洲洋南支的封闭,同时也在两个地体之间,形成了索伦山- 西拉木伦缝合带和华北克拉通北缘俯冲带。古亚洲洋封闭后,华北克拉通地体继续向锡林浩特地体下方陆- 岛俯冲,形成了宽度为60～120 km的华北克拉通北缘俯冲带。此俯冲带地层向北倾斜,上地壳变形严重,岩石圈地幔破裂充水。锡林浩特地体在石炭纪处于南阿穆尔- 兴安地体南方古亚洲洋北支俯冲的岛弧带位置,在二叠纪和华北拼合时又处于华南克拉通北方古亚洲洋南支俯冲的岛弧带位置,幔源岩浆侵入频繁。在中生代拼合后又处于地壳转变为拉张的阶段,幔源岩浆侵入作用有增无减。由于幔源岩浆侵入作用时间长久,岩浆化学分异会更加彻底,锡林浩特地体及其周边地区具有良好的成矿潜力。     

贵州新元古代大塘坡期巨量锰矿成矿物质来源分析

新元古代大塘坡期,贵州松桃等地形成锰矿集聚区,并发育4个世界级锰矿床,累计探明锰资源量达7亿t。但是什么地质条件下,能导致如此巨量的锰质富集成矿,其成矿物质来源问题一直没有得到满意的解释。本文通过对含锰岩系大塘坡组基底板溪群及海底火山岩中锰含量特征、江南造山带演化以及Rodinia超大陆解体与锰矿成矿关系分析,认为基底板溪群中锰含量高,MnO含量达到0. 16%,板溪群风化壳中锰含量更高,MnO达0. 88%。板溪群中的同期岛弧玄武岩含MnO更高,达到0. 25%,它们可能是锰矿成矿的物源层,是形成巨量锰矿的基础;江南造山带造山挤压变质作用,引起板溪群和岛弧玄武岩中锰质活化、迁移富集;Rodinia超大陆解体,在650 Ma发生拉张裂谷作用,使活化富锰变质流体沿着断裂喷流出海底,形成大量锰矿。     

构造物理化学条件对煤变质作用的控制

煤是对温度和压力等地质因素十分敏感的有机岩,各种构造-热事件控制下的物理化学条件,是促进煤岩演化的根本动力。本文对煤变质作用过程的研究现状进行了综述,着重讨论了煤岩在高煤阶-石墨演化阶段的控制因素、演化过程和演化机制。煤变质作用包括煤化作用阶段和石墨化作用阶段,共同构成一个连续的有机质演化过程,总体趋势是分子结构有序化、化学成分单一化,最终演变为以碳元素为主、三维有序结构的石墨。温度和压力(应力)是控制煤变质作用两大因素,在不同的演化阶段,这两大因素所起的作用和演变机理都有所差异。在低、中煤阶演化阶段,温度是煤化学结构演化的主要控制因素,为化学键断裂提供活化能,应力缩聚和应力降解则对煤化学结构演化具有催化作用。高煤阶-石墨化阶段的主要机制是导致基本结构单元BSUs之间相互联结使短程有序化范围增大的拼叠作用,构造应力在其中起到关键作用,BSUs定向和面网间距不断减小,促进大分子物理结构演化。加强煤变质作用的高级阶段-石墨演化过程的研究,将丰富和深化对煤-石墨物理化学结构完整演化序列的认识。煤系石墨成矿机制的高温高压模拟实验,则为煤变质作用构造物理化学条件研究提供了可行的技术手段。     

湖南古丈凉亭坳重晶石矿地质特征与找矿潜力分析

湖南古丈凉亭坳重晶石矿床产于古丈逆断层南东侧之北东向次级断裂破碎带中,赋矿围岩主要为上震旦统陡山沱组黑色页岩、泥质白云岩.矿体呈脉状、透镜状产出,主矿体延伸稳定,矿石质量好.围岩蚀变主要为重晶石化、硅化、碳酸盐化和黄铁矿化.通过对本区矿床地质特征、矿床成因的分析,认为本区重晶石矿为低温热液型矿床,Ⅰ号矿体深部及南东桐木...     

辽宁红旗营子铅锌多金属矿地质特征及岩体与脉岩同源性探讨

红旗营子铅锌多金属矿位于华北地台北缘辽东古元古代裂谷的辽东-吉南成矿带上.矿区地层为古元古界辽河群盖县组,断裂控制着矿床的分布.中生代岩浆岩活动频繁,与成矿关系密切.基于对红旗营子铅锌多金属矿地质特征的系统分析,研究了区内脉岩与矿体的时空关系,探讨了岩体与脉岩的同源性问题,认为区内脉岩与铅锌矿体在空间上密切共生,并且直...     

1990—2018年长沙市土地利用变化对生态系统服务价值的影响

评估生态系统服务价值(Ecosystem Service Values,ESV)有利于衡量生态系统服务供给潜力和生态效益的大小,对城市生态规划与土地利用管控起到重要的支撑作用。选择长沙市为研究区域,基于1990、2000、2010和2018年4期土地利用现状遥感监测数据集,利用ArcGIS软件和经本地化校正的当量因子法,分析1990—2018年间的土地利用变化特征,并探讨土地利用变化对ESV的影响。结果表明: ①1990—2018年长沙市土地利用变化轨迹以耕地→林地互相转化以及建设用地对耕地、林地的侵占为主; ②1990—2018年长沙市的ESV共减少53.17×10⁸ 元,降幅3.59%,除水域外各类ESV均呈下降趋势,林地和耕地服务价值减少最明显; ③在各单项服务功能中,水文调节的价值最大,其次是气候调节,两者之和占总价值的54%; ④“退耕还林”“退田还湖”“兴工强市”等政策引起的土地利用变化势必对ESV造成影响,城市快速扩张、土地开发会导致ESV不断下降。综合分析认为,在调整研究区土地利用结构、优化土地配置时应充分重视水域、林地等生态系统服务价值较高的土地利用类型,减缓ESV的下降趋势。