基于计算机断层扫描的火山岩气孔含量及大小分布特征无损快速分析

火山岩的气孔构造记录了岩浆中挥发性气体出溶、膨胀和逃逸的过程。通过对火山岩气孔特征的详细研究,有助于了解岩浆源区的挥发份含量和岩浆的上升喷发过程。目前用来研究火山岩中气孔的方法普遍存在耗时费力、采集气孔数据较少、易破坏样品等问题。本文在通过计算机断层扫描(工业CT)技术获取玄武岩投影数据的基础上,使用商用软件VG Studio MAX对样品进行三维重构和气孔体积测量,再由开源软件ImageJ对CT切片作图像处理和二维形态学运算,同时开发程序代码批量处理CT切片,快速获取气孔的含量及大小分布情况。结果表明:南海玄武岩样品在三维空间中的气孔体积分数为12.32%,大小分布呈现出对数正态分布的特点,等效球直径和最大外接圆直径分别集中分布在180～200μm、340～360μm的区间内。剖面上二维切片中的气孔含量有较大变化,但各个数值围绕体积分数波动的幅度不大,并且与气孔数密度呈显著的正相关关系。同时,通过改进海底环境下火山岩中挥发份质量分数的计算方法,得到该样品气孔体积全部转换为CO_2或H_2O的质量分数分别为0.233%、0.099%。研究认为,工业CT扫描结合图像处理软件可以实现火山岩气孔的无损快速统计和分析,该方法有望提高火山岩中气孔数量、体积以及挥发份含量的计算精度,为研究火山岩成因及其岩浆过程提供帮助。     

中国8大湖泊冬季水-气界面甲烷通量初步研究

采用静态箱-气相色谱法对中国不同地区的8个湖泊(洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、南四湖、洪泽湖、抚仙湖、洱海、滇池)冬季水体水-气界面甲烷(CH4)通量进行了24 h连续观测,对中国湖泊冬季CH4的总释放量进行了估算.结果表明:鄱阳湖、巢湖、南四湖、洪泽湖和滇池24 h内各时段均为大气CH4的源,其通量分别为0.818、0.021、0.034、0.019、0.163mg/(m2·h);洞庭湖、抚仙湖和洱海部分时段为大气CH4的汇,但从24 h平均通量来看,仍为大气CH4的源,通量分别为0.199、0.012、0.044mg/(m2·h).冬季湖泊水体CH4通量空间差异较小,其大小主要受风速的影响,与水温、箱内温度和DOC没有明显的相关关系.中国湖泊冬季(90 d)CH4总释放量大约为3.22±2.75×107 kg,约为1990年中国稻田CH4总释放量的2.8‰.     

动荷载下桩承式路堤的承载特性及机制研究

对于桩承式路堤作用效应的研究目前主要侧重于对静荷载作用下桩土应力比和土拱效应等,较少考虑动荷载的影响,而车辆运行产生的动应力会对路堤中的土拱产生一定的影响,进而影响桩承式路堤的整体性能。为了分析静、动荷载作用下桩承式加筋路堤的性能变化,采用可视化模型试验和颗粒流数值模拟相结合的方法,对桩承式路堤在静载和动载下的应力传递和变形性状进行研究,分析动载作用下填土高度、桩帽、桩距、加筋形式、荷载频率的影响。试验结果表明,在动载下无筋路堤的桩顶的应力减小,而桩间的应力和位移增大,并且变化的幅度均比加筋路堤大,加筋材料的设置有利于减小动载的影响效应,但不同加筋形式下桩承式路堤的工作性状有所不同,受动载影响程度的大小主要与土拱效应的强弱有关。设置双层加筋时,因加筋材料与周围砂土形成半刚性平台,土拱效应减弱,故受动载影响的程度最小,单层加筋时,格栅设于桩顶上方10 cm比格栅置于桩顶受动载影响的程度明显减小,颗粒流的模拟结果验证了以上结果,并且进一步得出随荷载频率的增加、填土高度与桩净距的减小,动载的影响效应增大的结论。     

利用气孔大小分布和玻璃地球化学研究约束墨西哥波波卡特佩特火山脱气过程

波波卡特佩特火山爆炸式喷发活动是对周围人口稠密地区的一个严重威胁,因此在短时间内认识喷发类型(从爆炸式到熔岩盾形成)指标的变化是非常重要的。本次研究,我们给出来自波波卡特佩特火山5次主要普林尼式喷发(大约23~1.2ka)、2001年部分熔岩盾坍塌时的小喷发和1997年4次喷发(5月11日、6月14日、15日和30日)产生的原生碎屑中气孔大小分布(VSD)和基质玻璃成分分析的结果。对基质玻璃主元素的分析(WDS-EPMA)可以估计出喷发的岩浆进入不平衡(晶体和岩浆之间)的深度,通过利用Blundy和Cashman(2001)的石英-钠长石-正长石三元系计算平衡压力来获得。利用CSD软件通过气孔大小分布分析定量解释原生碎屑(浮岩或火山渣)结构来建立岩浆上升时的物理变化和喷发条件之间的关系。原生碎屑内气泡化的程度和类型也与喷发的类型和持续时间有关,特别是可用来识别气孔结构的变化,这种变化代表了从爆炸式到熔岩盾喷发的转变(Mangan and Sisson,2000;Adams et al,2006)。本次研究给出了波波卡特佩特火山比早期认为的更为复杂的岩浆存储历史,这对该火山目前的研究是一个重要的贡献。     

海蜇(Rhopilema esculentum)浮游幼体对褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)卵和初孵仔鱼捕食的比较研究

利用实验生态学方法研究不同个体大小的海蜇浮游幼体[平均伞径(2.5±0.1),(4.1±0.2),(11.7±0.5),(21.1±0.6)mm]对不同密度(10,30,50,80ind/L)的褐牙鲆卵[卵径(0.92±0.01)mm]和初孵仔鱼[全长(3.01±0.08)mm]的捕食率,解析海蜇浮游幼体对初孵仔鱼的捕食率随捕食时间(0.5,1,2,3,4,5h)的变化特征。结果表明,各个体组海蜇浮游幼体对卵的捕食率均显著低于对仔鱼的捕食率;它们对卵的捕食率与卵密度和海蜇个体大小的关系不显著,但对仔鱼的捕食率随海蜇个体大小及仔鱼密度的增大而显著升高;伞径21.1mm的个体对仔鱼的捕食率在开始捕食后1h时达到最大值[17.3ind/(predator.h)],此后随捕食时间的延长而逐渐下降。在自然水域中,如果二者发生时空上的匹配关系,海蜇浮游幼体对仔鱼的捕食可能影响褐牙鲆的早期存活及其资源补充量的变动。     

感兴趣区大小对单源双能CT能谱成像CT值及水（碘）浓度值影响

目的:应用单源双能CT对标准水膜进行能谱扫描,探讨不同大小感兴趣区(ROI)对CT值及宝石能谱成像(GSI)水(碘)浓度值的影响。方法:利用GSI模式扫描标准水膜,层厚1.25 mm,间距1.25 mm。扫描参数:扫描视野medium,转速0.8 s/转,螺距0.984,探测器宽度40 mm,电流550 m A。以水膜中心为圆心,在水膜中心位置分别画两个面积为(600±30) mm2、(3 000±30) mm2的ROI,分别为ROI1、ROI2。将单能量图像(70ke V)载入能谱成像分析软件GSI viewer进行分析,分别测量ROI1、ROI2的CT值(HU)、水(碘)值(mg/cm3)并记录,统计学分析采用配对样本t检验,若P<0.05为差异有统计学意义。结果:ROI1的平均CT值为(2.45±1.83) HU,ROI2的平均CT值为(2.55±1.68) HU,两者之间的差异无统计学意义(P=0.06);ROI1的平均水(碘)值为(1 001.22±0.86) mg/cm3,ROI2的平均水(碘)值为(1 001.31±0.84) mg/cm3,两者之间的差异无统计学意义(P=0.135)。结论:改变ROI大小不影响单源双能CT图像中CT值和水(碘)含量的测定。      

夏季南海西北部海域由外海至近岸表层海水浮游植物群落结构的空间变化

依托2013年夏季科技基础专项南海珊瑚礁海域调查航次,主要研究了南海西北部海域由外海到近岸表层海水内浮游植物叶绿素（Chl a）质量浓度和群落结构,以及微微型浮游植物（聚球藻、微微型真核生物）丰度。研究结果显示：1）调查期间,从外海到近岸总Chl a质量浓度由0.024逐渐增至19.1 μg/L;同时,小型浮游植物（Micro-,＞20 μm）所占比例由6.0%增至81%,微型浮游植物（Nano-,3~20 μm）所占比例（9%~24%）的空间变化不明显,而微微型浮游植物（Pico-,＜3 μm）所占比例由85%降至5.1%。2）从外海到近岸聚球藻和微微型真核生物丰度分别由（2.58±0.21）×106和（1.62±0.91）×105 cells/L升高至（2.29±0.10）×108和（1.83±0.46）×107 cells/L,而且二者呈显著正相关关系（R2＝0.68,p＜0.05）。3）调查海域总浮游植物生物量空间变化主要受微微型浮游植物丰度空间变化的调控。     

降雨数据空间分辨率在城市流域洪峰变化分析中的影响

在气候变化和城市化背景下,城市暴雨的局部特征愈发明显,而降雨监测和预报数据空间分辨率难以满足空间分布描述要求,造成城市洪涝模拟和预测结果存在不确定性。本文选择深圳市城区的3个流域,基于118场实测降雨数据,通过逐步增大网格尺寸以达到降低降雨空间分辨率的效果,同时以流域边界作为限制,保证流域内面平均雨量不变,然后将不同空间分辨率的降雨数据分别作为城市洪涝模型的输入条件,对流域出口断面的洪水过程进行模拟计算,每场降雨得到6种不同空间分辨率下的洪峰流量。结合降雨中心、流域几何中心等空间特征参数,分析降雨空间分辨率对流域洪峰的影响。研究结果表明,针对118场实测降雨,随着降雨数据空间分辨率逐渐降低,3个流域的出口断面的洪峰变化幅度逐渐增大;如果忽略了流域内部降雨数据的空间分布差异,洪峰变化幅度和方向与降雨中心和流域几何中心的空间关系具有相关性,降雨中心在流域几何中心上游方向的距离越大,洪峰降低的幅度越大。本文基于3个城市流域得到了相似的研究结论,研究方法可为城市流域洪涝模拟提供借鉴,研究结果可为河道洪水风险评价提供参考。     

岩石碎裂作用的分形尺度(英文)

各种各样的统计幂定律关系经常成功地被用来描述碎屑大小分布和断口形状 (不平整度 )的分级规律 ,表明碎裂作用是一种尺度不变的作用过程。一条新的有关岩石碎裂作用破裂能量的尺度律 ,可以由分形几何以及Griffith能量平衡的概念推导出来 ,而且它与先前三条关于大小缩减或Hall Petch关系的理论是相一致的。从材料强度的观点来看 ,断口形状的分形维数是形状因子和岩石Weibull均质系数的函数。在任何一次采集中 ,如果碎屑都是致密压实的 ,那么大小分布和碎屑不平整度的分形维数是相同的。然而有些地壳碎屑在三维体积上已不再是致密压实的 ,破裂的地壳可被当作分形的多孔物质来处理。在此情况下 ,地壳碎屑形状的分形容量与地壳断口大小分布的分形维数相关 ,可以预期 ,在大地构造及地震强度的分形分析中 ,地壳断口大小分布的分形维数可作为断裂制约条件之一。