渭河盆地岩石圈热结构模拟及其对地热系统热源机理的启示

深部温度场与岩石圈热结构特征是认识地热系统深部热源机理的重要途径。本文在系统分析渭河盆地及其邻区现今大地热流特征基础上,基于旬邑—西峡宽角反射/折射地震测深剖面揭示的地壳分层结构,采用二维有限元方法,对渭北隆起、渭河盆地以及北秦岭构造带的深部温度场和岩石圈热结构开展数值模拟研究,在此基础上分析渭河盆地地热系统深部热源机理。结果表明,旬邑—西峡剖面上大地热流介于57.6～75.7mW/m²之间,平均为(70.4±4.7)mW/m²;地幔热流在29.5～38.6mW/m²之间,平均值为34.1mW/m²;莫霍面温度变化范围约在600～740℃之间;“热”岩石圈厚度约为95～110km。从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,大地热流、莫霍面温度和地幔热流值表现出低→高→低的变化规律,相应地“热”岩石圈厚度则表现出厚→薄→厚的变化趋势。渭河盆地地壳厚度减薄明显,莫霍面温度显著高于渭北隆起和秦岭造山带,暗示着渭河盆地地壳活动性显著。然而,从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,“热”岩石圈厚度变化范围不大,且渭河盆地内...     

渤海湾周缘高温地热异常特征及深部热结构分析

渤海湾周缘高温地热异常区是华北重要的地热资源区,研究其浅层高温地热异常及深层高温地热结构,是解决中国东部高温地热勘查开发瓶颈的重要基础,对加快构建东部现代能源体系、推进“双碳”目标进程具有重要的科学意义。利用最新的中国大陆岩石圈速度模型USTClitho2.0和航磁资料,在大地热流资料约束下,本文计算了渤海湾周缘浅层与深层高温热结构,结果表明:该区居里面平均深度20.8km,居里温度420℃,中、上地壳高温热结构与居里面起伏形态密切相关。上地壳生热率随深度增大而递减,反映了放射性生热元素向上迁移、在浅层富集的垂向分异特征。Moho面温度在600～800℃之间,岩石圈底界面1300℃等温面深度在66.3～97.5 km之间,平均值为76.8 km。依据USTClitho2.0模型Vp、Vs速度结构,本文修正了前人的地壳分层结构及上地壳生热率,计算了研究区内全部91个大地热流点的壳幔热流比,结果表明:Qc/Q=56.4%、Qm/Q=43.6%, Qc/Q>Qm/Q,显示该区为“热壳”结构。前人认为此区是“冷壳热幔”型热结构,本文的计算结果修正了前人的认识,指出上地壳层热流在地表总热流...     

地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩(TTG)的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层(“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式)、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程：3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%～70%,厚度约为20～4...     

软土地基坑中坑支护体系温度效应的数值分析

环境温度变化导致基坑支护结构内支撑轴力和变形过大的问题不容忽视。本文以福州地铁6号线潘墩站坑中坑工程为例,选取该基坑代表性区段采用ABAQUS程序及邓肯-张模型对其开挖和支护全过程进行三维有限元模拟,并将分析结果与现场部分监测数据进行对比,验证了所建模型及其材料参数取值的可靠性。同时,利用所建模型着重分析当地可能的季节或昼夜温差变化幅度内支撑轴力及围护墙水平位移的变化规律。结果表明：基坑开挖完成后,温度变化时支撑轴力与温度呈线性相关关系,轴力变化主要体现在内外坑的首道支撑上,此时围护结构整体向坑内或坑外运动,且地连墙侧移受温度影响范围主要集中在基坑开挖深度以上。不同开挖阶段的温度变化引起的温度效应相差较大,潘墩站最不利工况发生在最后一道支撑架设完毕后,此时地连墙水平位移增量及轴力变化幅度最大,温度效应最明显。该研究成果对类似软土基坑工程具有重要的理论和实践意义。     

昆明呈贡石灰岩上覆红黏土干缩裂隙的温度效应

温度是影响土体干缩开裂的重要外部环境因素之一。为研究温度对红黏土干缩裂隙的影响,以昆明呈贡石灰岩上覆红黏土为对象,经风干、碾碎和筛分后,选取2 mm以下的细颗粒,用正方形钢化玻璃容器制备9个厚度为10 mm的饱和泥浆样,分成3组,每组3个平行样,利用控温烘箱分别进行30℃、50℃和70℃的干燥试验,试验过程中定时称重试样和对土样表面进行拍照,然后用PCAS软件对照片进行图像处理。结果表明：红黏土的蒸发过程可分为3个阶段,干缩裂隙的形成和发展可分为5个阶段;温度升高,干燥完成时间减短,常速率阶段的蒸发速率和蒸发量增大,最终含水率降低;初始临界含水率随温度升高而增大;随着土体含水率持续减小,表面裂隙率先缓慢增加,然后快速增大,最后趋于稳定;温度升高,裂隙交点数、裂隙条数、裂隙总长度和土块数减少,裂隙平均长度、裂隙平均宽度、表面裂隙率、土块平均面积、土块最大面积、干缩厚度和干密度增大。温度显著影响红黏土的水分蒸发过程,干缩裂隙的形成和发展,以及表面裂隙结构和形态。     

JGN型耐高温建筑结构胶抗震加固性能研究

为有效增强建筑结构的抗震性能、提高建筑抗震水平,对JGN型耐高温建筑结构胶抗震加固性能展开研究。将高活性酚醛胺(T－31)作为主固化剂、聚酰胺树脂(PA)为辅助固化剂,结合气相白炭黑、超细石英砂、石棉纤维、纳米材料、环氧树脂等材料,制备JGN型耐高温建筑结构胶。在高温环境下,使用万能试验机分析不同配比条件对结构胶抗震加固性能的影响。测试主要以拉伸强度、压缩强度以及压缩弹性模量为指标。测试结果表明：当固化剂质量比为45∶15、气相白炭黑掺量为4.5%、超细石英砂掺量为10%、石棉纤维掺量为10.5%、纳米SiO₂掺量为3.5%、纳米CaCO₃掺量为2.5%时,JGN型耐高温建筑结构胶的拉伸强度和压缩强度更大,压缩弹性模量得到优化,结构胶的抗震加固性能达到最佳状态。     

短期线状集中分布地磁日变化感应电流异常机理初步解释——以2012年唐山4.8级地震为例

本文分析了2012年唐山4.8级地震前,震中附近出现的短期原地重现线状集中分布地磁日变化感应电流异常的时空变化特征,及其与地震、中-下地壳和上地幔高导层的关系,进一步证实了短期原地重现线状集中分布感应电流的走向与中-下地壳和上地幔高导层顶面界埋深走向一致,认为其机理可能是深部热流体的上涌导致壳幔高阻体出现带有上拱性质的拆离滑动,深部上涌的热流体和高导层内热流体侵入高导层内电阻相对较高的地区,高导层出现短时间高导电流通道,当地磁日变化感应电流扫描经过高导电流通道时,感应电流会呈线状集中分布于此,并基于趋肤效应分布于其顶面附近。由于重现异常是发生在震源下方中-下地壳和上地幔高导层的地震异常,且该异常不同于震源附近及其震源至地表的地震异常,因此对推进地震孕育与发生机理研究可能有一定作用。此外研究还发现,地震虽然主要位于重叠段的端部,但更有可能位于中-下地壳重叠段的端部,这一发现对日常震情跟踪中应用该异常确定未来地震位置有一定帮助。     

稀有金属矿物溶解度对花岗伟晶岩成矿作用的制约

花岗伟晶岩型矿床是稀有金属矿床重要的类型之一。在花岗伟晶岩中,稀有金属元素Li、Be、Nb和Ta主要以独立矿物的形式存在,前人对稀有金属独立矿物在硅酸盐熔体中的溶解度及其影响因素展开了系统研究。本文综合分析了已有的实验数据,其结果表明,影响稀有金属独立矿物溶解度最为重要的2个参数是温度(T)和铝饱和指数(ASI)。因此本文建立了稀有金属独立矿物,尤其是铌锰矿和钽锰矿溶解度,与温度(T)和铝饱和指数(ASI)之间的定量关系: lg [w(Li)/10^-6]=-0.37×[1 000/(T/K)]+4.56,R²=0.44 lg [w(BeO)/10^-6]=-4.21×[1 000/(T/K)]+6.86,R²=0.91 lg [K_sp(Nb)/(mg²·kg^-2)]=-(2.86±0.14)×ASI_(Mn+Li)-(4.95±0.31)×[1 000/(T/K)]+(4.20+0.28),R²=0.86 lg [K_sp(Ta)/(mg²·kg^-2)]=-(2.46±0.11)×ASI_(Mn+Li)-(4.86±0.30)×[1 000/(T/K)]+(4.00+0.30),R²=0.80 式中,温度T为热力学温度,ASI_(Mn+Li)(ASI=Al₂O₃/(CaO+Na₂O+K₂O+Li₂O+MnO),摩尔分数比)和T的适用范围分别为0.6~1.2和1 073~1 373 K的范围内。上述公式为估算硅酸盐熔体中稀有金属含量提供了便利,为量化花岗伟晶岩成矿模型提供了基础。 稀有金属独立矿物溶解度随温度降低和铝饱和指数的增加而急剧降低,因此,在岩浆演化过程中,由岩浆侵位、分离结晶以及流体作用等因素引起的岩浆温度降低和铝饱和指数的增加,是导致稀有金属独立矿物结晶的主要机制。     

Surface air temperature changes over the Tibetan Plateau: Historical evaluation and future projection based on CMIP6 models

With its amplification simultaneously emerging in cryospheric regions, especially in the Tibetan Plateau, global warming is undoubtedly occurring. In this study, we utilized 28 global climate models to assess model performance regarding surface air temperature over the Tibetan Plateau from 1961 to 2014, reported spatiotemporal variability in surface air temperature in the future under four scenarios (SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, and SSP5-8.5), and further quantified the timing of warming levels (1.5, 2, and 3 °C) in the region. The results show that the multimodel ensemble means depicted the spatiotemporal patterns of surface air temperature for the past decades well, although with differences across individual models. The projected surface air temperature, by 2099, would warm by 1.9, 3.2, 5.2, and 6.3 °C relative to the reference period (1981–2010), with increasing rates of 0.11, 0.31, 0.53, and 0.70 °C/decade under the SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, and SSP5-8.5 scenarios for the period 2015–2099, respectively. Compared with the preindustrial periods (1850–1900), the mean annual surface air temperature over the Tibetan Plateau has hit the 1.5 °C threshold and will break 2 °C in the next decade, but there is still a chance to limit the temperature below 3 °C in this century. Our study provides a new understanding of climate warming in high mountain areas and implies the urgent need to achieve carbon neutrality.     

5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术研究

结合我国地下新型能源勘探工作的重大需求,开展了“5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术”的研究,取得了5000 m多功能交流变频电动钻机、多参数孔底自动监测装置、高温环保泥浆及泥浆性能自动测量装置、取心和无心钻进不提钻互换钻具等系列成果,填补了国内空白,推动了新型能源深部钻探技术向智能化方向发展。