CO2地质封存盖层密闭性研究现状与进展

CO₂地质封存是应对全球性气候变化、减排温室气体的关键技术之一。大规模CO₂注入地层容易出现泄漏问题,尤其是通过盖层的泄漏,包括毛细管泄漏、盖层水力破裂和沿盖层既有断层的泄漏等。因此,盖层密闭性评价对CO₂地质封存长期安全稳定性的预测至关重要的。通过对密闭机理、影响因素、破坏模式等影响CO₂地质封存盖层密闭性的研究现状进行总结,发现盖层密闭机理包括毛细管封闭、水力封闭和超压封闭,影响盖层密闭性的主要因素有盖层岩性、盖地比特征、盖层厚度、盖层岩石力学性质和封存压力,进而对CO₂注入过程中盖层密闭性的破坏模式进行评价,并对盖层密闭性研究的不足提出了一些见解。     

21世纪前期中国降水预估及其订正

用全球格点分析数据集（CRU TSv4.0）月降水资料和24个CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式历史模拟数据以及RCP4.5情景下的预估数据,分析了多模式集合平均降水的偏差特征并进行了扣除模式气候漂移和一元对数差分回归订正。结果表明,模式降水在西部和北部明显偏多,东南沿海偏少;冷季（11月至次年4月）在全国大部分地区模式降水偏多,暖季（5～10月）东南沿海季风区偏少。1956～2005年多模式集合平均历史模拟降水偏差中84%属于气候漂移,其余是偏差的非定常模态。扣除气候漂移后,RCP4.5情景下2006～2015年中国模式降水预估偏差减小90%以上,大部分地区降水偏差百分率分布在±5%以内,仅在青藏高原西部和西北中部等地区模式降水偏多10%～40%;暖季降水偏差分布与年降水量类似;冷季偏差较大,北方降水偏多,南方偏少。检验表明,一元线性对数差分回归方程订正后,模式降水对于2006～2015年期间西南和江南中部的干旱少雨气候均能再现,且距平同号率高于多模式集合平均和扣除气候漂移的结果。用该方法对RCP4.5情景下2016～2035年模式预估降水进行订正,结果显示,南方（淮河以南）降水减少5%～20%,河套、内蒙古和华北北部减少20%～40%,东北南部、淮河流域、西北大部增加10%～40%及以上,东南沿海和台湾省降水增加10%～20%。以上降水预估结果说明,在RCP4.5情景下,21世纪前期持续十年的西南干旱会略有缓解,但南方降水偏少格局变化不大,淮河流域和三江源区及其以西等地降水可能明显增加。中国降水异常分布总体呈现南北少、中间多的格局,但北方和西部高山地带的降水预估存在较大的不确定性。     

上海二次温室大棚区强尘卷风的成因分析

尘卷风是近地面气层中的小旋风,使沙尘或其他细小物体随风卷起而形成的一种天气现象。2011年10月27日11时10分和2015年9月13日11时12分发生于上海地区的两次强尘卷风天气过程(北京时,下同)均造成了不同程度的灾害。两次尘卷风均发生在温室大棚区,其下垫面性质和干旱区裸露地面和水泥沥青城市地面极不相同,因此了解其发生原因很有必要。本文利用常规天气图、温度对数压力图、100 m以下5层铁塔风和温度、微波辐射仪以及温室大棚基地自动气象站等资料对这两次尘卷风过程进行了分析。发现.在常规探空都未探测到明显的超绝热现象,但在铁塔观测的地表面层温度垂直廓线结合微波辐射仪及自动气象站等资料揭示了尘卷风发生时近地面气层都具备了超绝热条件。尘卷风发生前后10∶00—12∶00的10～70 m温度垂直递减率γ平均达1.58℃/100 m,极大值达2.33℃/100 m,为干绝热递减率的两倍还多。上海地区10座铁塔测风网获得的10、30、50、70 m近地层风场的旋转和辐合特征揭示了尘卷风旋转的角动量来源。通过分析500、700、850 hPa天气形势探讨了有利于发生尘卷风的大尺度环流条件为尘卷风预报提供参考。最后对这两次尘卷风发生在温室大棚区域而不是自然农田的机理提出了初步看法供进一步讨论。     

不同类型球粒陨石钙同位素组成特征及对比研究

准确限定球粒陨石的Ca同位素组成对于研究太阳星云物质演化和行星形成都具有重要意义.选取7块典型的球粒陨石,包括3块CV3型陨石(Leoville、Allende和Vigarano)、1块CM2型陨石(Murchison)、1块CO3.2型陨石(Kainsaz)、1块EH4型陨石(Indarch)以及1块H4型陨石(LaPaz Icefield 03601),进行了Ca同位素组成的研究.其中,Kainsaz、Leoville和LaPaz Icefield 03601共3块陨石的Ca同位素组成是首次报道.结果显示:(1)在增大样品量以规避"样品量效应"的情况下,我们对CV群球粒陨石Ca同位素组成进行更加精确的制约,δ44/40Ca的平均值为0.45‰±0.04‰(n=3,2SE);(2)碳质球粒陨石的Ca同位素组成相对于硅酸盐地球偏轻,从CV群(0.45‰±0.04‰,2SE)、CM群(0.73‰±0.04‰,2SE)到CO群(0.78‰±0.03‰,2SE)逐渐变重,可能与不同化学群陨石中富钙铝难熔包体(CAIs)丰度的变化有关;(3)顽火辉石球粒陨石和普通球粒陨石的Ca同位素组成与硅酸盐地球(BSE)组成一致,证实它们可以作为地球初始的组建物质.本研究丰富了球粒陨石Ca同位素组成数据库,有利于正确认识球粒陨石的Ca同位素组成及变化原因.     

基于单颗粒质谱研究云雾水和降雨中颗粒物的化学成分

气溶胶可作为云凝结核或冰核参与云雾和降水的形成.然而,现有研究大多以云雾水和降雨中的水溶性组分为研究对象,对于难溶性组分的认识还十分有限.本研究于2017年5～6月在广东天井山观测站(24°41′56″N,112°53′56″E,海拔1690 m)采集了21个云雾水和9个雨水样品,利用单颗粒气溶胶质谱直接分析其中的单颗粒化学成分.通过聚类分析发现:(1)海盐、矿尘颗粒和生物气溶胶对云凝结核和冰核的贡献较高(数量占比为67.3％～75.1％).结合气团轨迹分析发现,海盐气溶胶经长距离的内陆输送后仍是重要的云凝结核和冰核;(2)云雾水和雨水中颗粒类型差异较大,云雾水中海盐(35.7％)、有机物(12.1％)、有机胺(8.0％)及Fe(6.4％)的贡献更大,而雨水中矿尘(35.6％)、与有机物混合的黑碳颗粒(18.9％)的贡献高,反映了气溶胶形成暖云和混合相云过程的差异.     

深层、超深层致密碳酸盐岩储层固态沥青测井评价

超深、超老地层中的非常规油气成藏及演化、甜点区刻画、资源潜力定量评价是非常规油气沉积学的一大难点,相关定量评价技术和理论的发展对推进我国“两深一非”油气勘探具有现实意义。沥青是古油藏存在的直接证据,对探索古油藏分布、规模、成藏机制及论证研究区油气勘探潜力具有重要理论和实践意义。以川中地区上震旦统灯影组灯四段为研究对象,先综合岩芯观察、铸体薄片镜下观察、图像法定量计算,对固态沥青进行了表征;而后建立了多矿物体积模型,借助常规测井曲线组合（DEN-RT-R_XO-CNL-AC）,对储层固态沥青进行反演,克服了储层固态沥青分布的强非均质性,定量评价了灯四段固态沥青的含量及分布。研究结果表明:1）灯四段沥青多以半充填状态存在于孔隙中,储层固态沥青含量可达4.62%,平均为2.20%;纵向上,灯四上亚段固态沥青含量普遍高于灯四下亚段;2）高石梯—磨溪地区与德阳—安岳裂陷槽紧邻的台缘礁滩体是古油藏聚集的有利区域,储层固态沥青含量普遍高于东侧的含气区;3）受自西向东油气充注控制,高石梯—磨溪地区南北向固态沥青含量无明显差异。古隆起北斜坡灯四段固态沥青的存在证实了北斜坡古油藏的存在,从侧面印证了北斜坡的油气成藏潜力。从固态沥青的角度,坚定了继续深化川中古隆起北斜坡深层、超深层油气勘探的必要性。     

上海地区几类强降水雨滴谱特征分析

用Parsivel激光降水粒子谱仪资料对2013年上海地区4—10月份期间4种类型 (层状云、对流暖云主导型、对流冷云主导型和强台风影响下的混合暖云型) 降水过程的雨滴谱特征进行了分析。通过平均雨滴谱及其拟合特征、雨滴数密度与含水量分布、雨滴尺度与速度二维谱分布等对比分析发现:各类降水中, 雨滴谱的峰值结构与雨强大小有关, 其中直径介于0.187~1.312 mm的小雨滴均出现峰值且总数最多。各尺度雨滴数密度及其比例决定了其降水量贡献比, 在冷云强降水中的雨强贡献最大的雨滴尺度要显著大于其他3种类型。雨滴谱宽按大小排列依次为对流冷云主导型、混合暖云型、对流暖云主导型和层状云。最后综合运用雨滴谱、雷达、雨量站、闪电等观测资料对9月13日对流冷云主导型降水过程进行分析后发现:在雷暴的演变过程中, 雨滴谱特征与雷达反射率因子、垂直液态水含量、自动站雨强、闪电频次等要素均有较好的相关性。冷云产生的冰晶和冰雹融化后的大雨滴进入中低层的广谱小雨滴群, 并通过破碎分裂增加了大雨滴的形成概率, 尤其是捕捉碰并过程更加快了大雨滴的增长速度, 使雨强在短时间内迅速加强。雨滴谱中各档粒子数的演变, 揭示了降水强度的变化, 用雨滴谱资料可有效弥补现有雷达定量估测降水的偏差, 且在冷云中改善明显。     

热带风暴“Bilis”(0604)暴雨增幅前后的水汽输送轨迹路径模拟

采用水平分辨率1°×1°的NCEP 再分析资料、1°×1°的NCEP GDAS资料和2.5°×2.5°的NOAA大气环流资料, 结合NOAA HYSPLIT v4.8轨迹模式对0604号热带风暴“Bilis”整个生命史的水汽输送特征进行模拟分析, 并分析了“Bilis”暴雨增幅前和增幅后的水汽输送轨迹及不同来源的水汽贡献。结果表明, “Bilis”整个活动过程中主要有四支水汽输送通道, 分别是源自索马里、孟加拉湾、120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽, 其中源自索马里和孟加拉湾的西南水汽输送(偏南水汽通道)占主导地位, 120°E 越赤道气流和东太平洋的水汽是西南水汽随着“Bilis”环流逆时针旋转, 自环流中心东北侧进入雨区(东北水汽通道), 是低压环流与偏南风相互作用的结果。其中, 偏南通道水汽大部分输送到850 hPa以下的低层, 自环流北侧输入的水汽则主要输送到暴雨区上空850 hPa以上。对比暴雨增幅前后各通道的水汽贡献率发现, 孟加拉湾西南气流输送的低纬水汽对此次暴雨增幅的形成、发展起重要作用。     

多视线向InSAR形变场约束的改则地震滑动分布反演

利用3种不同视线向LOS(Line Of Sight)的ENVISAT ASAR数据进行干涉处理,提取多视线向(Multi-LOS)的同震形变场;结合同震形变场特征与震源机制解,构建了改则地震双断层破裂模型;利用四叉树采样后的多视线向同震形变场进行约束,通过梯度下降法(Steepest Descent Method,SDM)与Crust2.0地壳分层模型反演了改则地震的同震滑动分布特征。结果表明:反演的形变残差得到有效控制,基本介于0±10 cm之间;主震断层的滑动量主要位于断层面2—16 km深部,最大滑动量可达1.34 m,位于断层面6.4 km深处;余震断层滑动量主要位于断层面2—6 km深部,最大滑动量可达0.90 m,位于断层面3.52 km深处;主震断层与余震断层均以正断为主,但主震断层还具有一定的左旋走滑分量,而余震断层的左旋走滑不明显;当剪切模量μ取3.2×1010Pa时,反演获得的主震与余震地震矩M0分别为6.34×1018N·M与1.20×1018N·M,分别相当于矩震级MW6.47与MW5.98。