科学与主权：晚清民国时期西方学者在中国的地质学考察

晚清随着中国国门洞开,西方学者、传教士、商人、探险家以“科学无国界”的旗号,将中国视为一个巨大的“露天博物馆”,纷纷来华进行各种科学考察。其中比较著名的如庞佩利、李希霍芬、塞切尼、奥勃鲁切夫、维理士、安得思以及斯文·赫定等,在中国先后组织了多次系统的考察,在地质学等领域取得了许多影响深远的成果。这些考察不仅丰富了西方地质学家对中国地质的认识,对之后的中国学者也颇多裨益。民国以后,西人的考察活动激起了中国学者的民族主义反弹,不断遭遇中国学者的主权诉求,尤其是斯文·赫定组织的西北考察成为其中的一个标志性事件。在民间团体的努力下,政府对外国人在中国的考察活动逐渐作出了明确的法律限制,中国学者亦自发开展独立的地质学考察和研究。     

论中国国家公园地质考察与评价——以浙江丽水百山祖国家公园为例

鉴于保护地调查评价历史与目标,国家公园地质考察评价基准是地质学关于地球的“时间、空间、演化”知识的发现路径,既识别国家公园候选地的国家符合性地质事件,又识别国家公园自然性、独特性、优美性、多样性、整体性的地质机制,提供国家公园最重要的自然生态系统与自然景观保育管理的地质学支撑。浙江丽水百山祖国家公园符合性的地质事件是公园发现的4.0~4.2 Ga冥古宙陆核物质的锆石晶体、中生代岛弧陆盆火山酸性火山岩系列和从流纹岩山岭到花岗岩—变质岩谷底的“峰—岭—丘—谷（盆）”的亚热带滨海山地地貌结构,地貌结构发育演化是百山祖公园最重要的自然生态系统、区域性流域水源地、独特山水景观的形成基础。保护百祖山公园地貌结构和过程的完整性与真实性是确保其重要自然生态系统自然演化和生态服务产品持续供给的基础。     

2010—2020年黄河下游河南典型灌区浅层地下水中砷和氟的演化特征及变化机制

黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本文基于2010年和2020年在灌区范围内采集的327组浅层地下水样品,研究区内地下水砷和氟分布情况,并在此基础上对比研究十年间灌区浅层地下水中砷、氟的演化特征,探索分析砷与氟浓度及空间变化机制。研究结果表明：该地区浅层地下水中存在砷与氟超标问题,2020年浅层地下水中高砷（砷浓度大于10μg/L）和高氟（氟浓度大于1mg/L）的样品数量分别占总数的26.1%和26.06%。高砷水分布在太行山前洼地与黄河冲积平原等泥沙互层结构的沉积环境中,还原性较强,同时地下水径流不畅,较强的阳离子交换作用使得其所处环境中Ca²⁺浓度较高。近十年间砷浓度增加的水样占总数31.8%,砷浓度减少的水样占36.7%。砷浓度的增长（减少）是地下水还原性增强（减弱）使得锰氧化物溶解释放（吸附）导致。近十年间不同地区农业灌溉和水源置换等用水方式导致水位变化是引起砷浓度变化的潜在因素。高氟水主要分布在河南新乡与濮阳的黄河沿线,氟离子浓度受到沉积物中萤石等钙质矿物溶解影响,使得高氟地下水出现在低钙环境中。近十年间研究区中氟离子浓度减少的占总数60.2%,氟离子浓度增加的占32.1%,整体变化趋势向好,但是高氟区中氟离子浓度继续增加。氟浓度的变化同样受到Ca²⁺变化影响,在Ca²⁺浓度降低（升高）时氟浓度进一步升高（降低）。地下水中氟升高地区分布在黄河沿线,因此受到黄河水补给影响较大,地下水径流条件较好,阳离子交换作用减弱,使得Ca²⁺浓度降低,此时地下水中砷浓度受到环境影响而降低,因此研究区氟增加地区中砷与氟的分布和演化呈现反向关系。     

渤海湾盆地南堡凹陷南部深层沙一段优质碎屑岩储层特征及成因机制

利用岩芯、薄片、扫描电镜和分析化验等资料,对南堡凹陷南部深层古近系沙一段（沙河街组一段）优质碎屑岩储层特征进行了分析并揭示其成因机制。研究表明：①南堡凹陷南部沙一段优质碎屑岩储层属于低孔中渗储层,发育原生孔隙、次生孔隙和微裂缝;②沙一段沉积期处于强水动力沉积环境,辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体普遍发育,岩性主要为中粗砂岩、含砾砂岩和砂砾岩等粗岩性,岩石类型主要为岩屑长石砂岩,石英、岩浆岩岩屑等刚性组分含量高,储层在强压实作用下仍保留了局部原生残余粒间孔,部分刚性组分强压条件下形成微裂缝;③沙一段与东三段为区域不整合接触,大气水的酸性流体在成岩初期以及烃源岩成熟之后产生的有机酸在成岩后期通过油源断裂和不整合面进入储层,造成长石、易溶碎屑等组分溶蚀形成次生孔隙,溶蚀作用不仅增加孔隙空间,而且扩大喉道宽度。结论认为：粗岩性和高刚性颗粒含量为原生孔隙的保存提供了物质基础;油源断层、不整合面为酸性流体的进入提供路径,促进了次生孔隙发育。     

陇中盆地及周边地区主夷平面演化与高原隆升

陇中盆地及周边地区是青藏高原向北东方向扩展的最前缘部位,其地貌演化过程的研究对于深入理解高原的隆升与扩展过程具有重要意义。鉴于夷平面在探讨高原隆升年代、幅度和过程方面的可靠性,首先总结陇中盆地及周边地区夷平面相关研究的前期成果,并结合最新年代数据,确定了不同区域主夷平面的发育和解体年代;再利用古河道拟合等方法定量评估了相关夷平面的隆升量;最后探讨了主夷平面的性质及其隆升过程。研究发现,陇中盆地及周边的地区的高海拔低起伏地貌面是被抬高的先存夷平面;不同区域主夷平面的发育与解体时间整体同步,它们自晚渐新世开始发育,并于晚中新世8~6 Ma左右解体;模拟结果表明,美武高原主夷平面自晚中新世以来相对陇中盆地隆升了约1 400~1 600 m,并且早更新世以来的隆升速率明显大于晚中新世-早更新世时期。     

俄罗斯-蒙古地学断面地壳模型的地质-地球物理资料综合研究

地学断面是指地壳的垂直剖面,主要通过对地质和地球物理资料的综合分析来揭示构造带的性质及其空间关系。横断面的研究所采用的数据基本包括100 km宽区域地质图、上地壳的地质剖面图、重磁图(沿横断面的重磁剖面图)以及地壳的地震波速度、密度和其他地球物理属性的剖面图。这些数据被用于构建综合的数据剖面图(结果图),以展示各种地球动力学条件下(裂谷、海洋、碰撞带、造山盆地、大陆地台和岩浆弧,包括安第斯岛弧、活动大陆边缘、海沟、弧前和弧后盆地)的特定的岩石组构。本项目的研究目标是根据研究区现存的地质和地球物理数据的综合解释,统一图例,建立研究区深部剖面,以确定地体的空间关系及其在板块构造方面的地球动力学性质。 前人已分别对东西伯利亚南部和蒙古境内的多个地体进行了构造划分,并对它们的地球动力学性质和时空关系进行了分析。研究结果显示该系列地体为早古生代、中晚古生代和晚古生代—早中生代的岛弧和微大陆。此外,研究还识别出了中—晚古生代和晚古生代—早中生代安第斯型活动大陆边缘、晚古生代—早中生代被动大陆边缘和早白垩世裂谷。与岛弧和安第斯型活动大陆边缘相关的岩体被推覆至相邻大陆和微陆块上,部分推覆宽度可达150 km。目前已开展泥盆纪到晚侏罗世时期蒙古-鄂霍次克海地区的古地球动力学重建。 “非地槽”型花岗岩类岩浆作用在板块构造方面找到了直接且合理的解释,其中泥盆纪—石炭纪和二叠纪—三叠纪岩浆作用区域对应于安第斯型活动大陆边缘,中—晚侏罗世岩浆作用则与西伯利亚/蒙古-中国大陆板块碰撞有关。碰撞岩浆作用中亚碱性(地幔)元素的存在及其所在的构造区域在很大程度可以说明蒙古-鄂霍次克海闭合后,巨厚大陆岩石圈下曾经发生过持续的大洋裂谷活动(地幔热点)。在早白垩世时期,大陆裂谷活动影响到了同一时期正在发生的大陆汇聚作用。 西伯利亚南部边界大部分具有安第斯型活动大陆边缘性质,这也是蒙古—鄂霍次克缝合线沿线蛇绿岩数量较少的原因。因为当汇聚大陆一个具有安第斯类型的活动边缘,而另一个具有被动边缘时,前者的大陆地壳会最终逆冲到后者之上,并因此破坏掉先前出露的蛇绿杂岩体。部分被破坏的蛇绿岩块是俯冲带保留下来的海山残余,其可能成为增生-俯冲楔体的混沌复合体的一部分。然而,由于快速俯冲作用,这种楔形体在晚二叠世—早侏罗世的积累并不是西伯利亚活动边缘的典型特征。 沿地学断面综合的地质和地球物理资料分析表明,亚洲大陆是在显生宙时期由部分前寒武纪微陆块构造拼贴而成的。前寒武纪地块间存在不同宽度的已变形且剥蚀强烈的显生宙火山弧,它们也被归类为特定地体。     

随机森林模型预测岩溶区酸性煤矿井水锰污染

酸性煤矿井水严重威胁地下水的水质。如何更有效对受影响区域的地下水源进行动态监测是当前的一个关键问题。采用随机森林中的回归模型,利用自变量(采空区水位、岩溶水位、pH值、泉水流量、电导率)和因变量(污染离子浓度)的相关性,建立回归模型;使用测试数据进行误差分析,结果证明模型准度较高,所得预测值具有参考价值;得出各自变量对因变量影响的重要程度,分析结果与实际情况相符合。试验表明,随机森林回归模型在酸性煤矿井水污染预测方面具有适用性,可作为辅助手段监测水质污染情况,对今后工作有一定的指导意义和经济价值。     

区域自动气象站蓄电池异常状态判别方法

针对天津市一种常见的CAWS600型区域自动气象站对其供电及功耗进行了详细分析,利用对电池放电特性曲线的归一化处理,得到了针对12V38AH铅酸蓄电池的剩余容量估算方法,同时利用该站蓄电池工作电压的统计规律,提出了针对蓄电池工作电压的极值判定、时间/空间一致性质量控制方法,并对2017年逐10min观测数据进行检验。检验结果显示,文章提出的质量控制方法可以有效识别出蓄电池异常站点,针对2017年个站蓄电池持续放电情况可提前10d定位。     

海口市重污染天气潜在源分析研究

在进入冬半年后,海口市受弱冷空气或较强下沉气流控制时,易出现污染天气,对2013—2015年当年10月至翌年1月的气团轨迹进行了聚类分析、潜在源贡献因子分析(Potential Source Contribution Function,PSCF)和重轨迹分析(Concentration Weighted trajectory,CWT),结果表明:在污染时段内,海口大多受到来自中国华南和华东的东北向气流影响。PSCF和CWT分析表明,广东、福建、江西的大部分地区,以及湖南东部、广西东部等地区,是对海口地区污染天气污染物浓度的潜在贡献大值区。在进行预报时,可参考主要天气影响系统,和一些关键区域的外源影响以及本地污染的堆积情况。     

宁波地区空气质量及大气自净能力海陆差异对比

以镇海、奉化分别作为宁波沿海和内陆空气质量代表站。基于代表站2013-2017年污染物资料和2015年12月至2017年2月冬季激光雷达资料,对比分析宁波地区沿海和内陆站点的空气质量差异;利用NCEP的GDAS(Global Data Assimilation System)资料和ERA-Interim高分辨率再分析资料评估两地气溶胶来源及大气自净能力差异。结果表明:宁波沿海和内陆地区中度及以上污染主要集中于冬季,冬季首要污染物以PM2.5为主;镇海NO2浓度较奉化显著偏高,而两地PM2.5 和PM10 浓度差异较小。冬季镇海和奉化3km以下都存在消光系数大的气溶胶集中层,镇海3km内消光系数平均值较奉化偏高约40%。两地中度及以上污染时,镇海和奉化的气溶胶粒子主要来自宁波西北方向的内陆地区,比例分别为90%和63%,镇海地区其余10%左右来自近距离低空偏东气流的输送,而奉化地区有37%来自浙江西南部的短距离输送。冬季当宁波地区出现区域性优和中度以上污染时,浙江北部沿海分别盛行东北风和西北风,空气质量优时混合层内平均风速大于中度以上污染时。浙江省大气自净能力比值呈自西北向东南减小,宁波地区优等空气质量大气自净能力约为中度以上污染的 1.5倍。大气自净能力在不同空气质量等级下差异显著,可作为大气污染发生、发展和消退判定的参考依据。