Advances and limitations in establishing a contiguous high-resolution atmospheric radiocarbon record derived from subfossil kauri tree rings for the interval 60–27 cal kyr BP

Radiocarbon dating is the most widely applied and reliable dating technique for providing chronological control during Marine Isotope Stage 3 (MIS3; ∼60–27 cal kyr BP). Past variations in the atmospheric concentration of radiocarbon mean a calibration curve is required. IntCal20 and SHCal20 calibration curves covering MIS3 are presently largely based on non-atmospheric records which, in combination with larger radiocarbon (¹⁴C) dating uncertainties, results in significant smoothing and reduced resolution in calibration curve structure. Floating tree ring radiocarbon chronologies that are wiggle-matched to other palaeo records (particularly to Hulu Cave speleothems) have the potential to provide detailed structure to the MIS3 portion of extant calibration curves. New Zealand subfossil kauri (Agathis australis) trees are long-lived and are useful for constructing temporally-floating MIS3 atmospheric radiocarbon datasets. This paper presents extant and emerging data from several important Northland subfossil kauri locations (Omaha, Babylon Coast, Bream Bay, Kai Iwi Lakes, Mangawhai). We show the span of seven floating MIS3 kauri sequences (individual trees and chronologies) from which sequential radiocarbon series covering a total of 7556 years is now in development (representing 23% of the period 60–27 cal kyr BP). We also report radiocarbon dates for an additional 34 ancient kauri from MIS3 that can provide additional coverage. After these floating subfossil wood sequences have been produced, close to 40% of MIS3 (12,420 years) will be covered by contiguous subfossil kauri radiocarbon measurements. Based on our findings, we discuss the prospects and limitations for obtaining a highly resolved and precise atmospheric radiocarbon calibration curve comprehensively covering MIS3 using subfossil kauri.     

A method to evaluate the degree of bleaching of IRSL signals in feldspar: The 3ET method

In addition to dating, IRSL luminescence signals can preserve information about erosional, transport, and depositional histories of a population of grains. Knowledge of the degree of bleaching can be useful in understanding the processes that occurred during previous depositional events, as certain transport conditions result in a well bleached signal, while others result in grains retaining an inherited signal from prior events. This information can be accessed by making single-grain IRSL measurements across successively increasing temperatures, thereby isolating signals from traps of different bleachabilities.A new approach offers a way to evaluate the completeness of bleaching of a grain by testing patterns of equivalent dose (D_E) values measured at three elevated temperatures (3ET), 50, 125, and 225 °C. Consistent D_E estimates across two or more temperatures suggest a single bleaching event of sufficient duration to fully depopulate the traps involved. Incompletely bleached grains with inconsistent D_E values across temperatures will lack a 3ET “plateau.” Modes in the distribution of D_E values for fully bleached grains can suggest depositional ages, subject to assessment of fading. We developed a Python code in a Jupyter Notebook environment for data analysis and visualization to expedite processing the large data sets produced by the 3ET protocol.The 3ET protocol was tested on a radiocarbon dated sequence of playa samples from California, USA and on a set of fluvial terraces in the Marlborough region of New Zealand as part of a larger project to reconstruct regional seismic history. Where standard pIRIR apparent ages can be inconsistent or ambiguous, 3ET age estimates produce generally consistent apparent ages. Modes of 3ET plateaus can be used to infer the most recent and prior events that resulted in a sub-population of grains being fully bleached. These initial results suggest that the 3ET method can be useful to characterize both the age and degree of bleaching of depositional events.     

雄安新区D01井岩溶热储下伏太古界中热流测定研究

【研究目的】目前雄安新区范围内的热流数据多测自于新近系沉积盖层及白云岩地层,对岩溶热储下伏太古界的热流测定研究还鲜见报道,主要受限于以往的地热勘查开发层位主要在1800m以浅的蓟县系岩溶热储,揭露岩溶热储下伏太古界的钻孔稀少。2018年以来,在雄安新区牛驼镇地热田实施了D01深部地热参数井,揭穿了高于庄组岩溶热储,并揭露太古界厚度达1723.67m,给该地区岩溶热储下伏太古界的热流测定研究提供了条件。【研究方法】本文基于近稳态钻孔测温及岩心热导率测试,对D01井太古界进行了热流测定及分析。【研究结果】结果表明：D01井太古界呈显著的传导型地温特征,地温梯度为18.3℃/km,相比于新近系地温梯度48.6℃/km偏低。测得25块D01井太古界片麻岩岩心样品的热导率平均值为（2.41±0.40）W/(K·m)。根据钻孔测温数据及热导率测试,计算出D01井太古界2300～2700m深度的热流值为（44.1±7.0）mW/m²。同时,估算了D01井新近系400～800m深度段的热流值为84.6mW/m²,较太古界高出40.5mW/m²。【结论】分析认为D01井新近系较太古界高出热流主要为高孔渗岩溶白云岩层中地下水侧向热对流作用以及牛东断裂地下水垂向热对流作用共同所致。研究结果对前人提出的地下水运移聚热模式及导热断裂聚热模式提供了数据支撑,对雄安新区深部地热资源成因机制和太古界地温场研究具有重要意义。     

基于3D-DIC的砂岩裂纹扩展及损伤监测试验研究

裂纹监测对岩石损伤演化的认识至关重要。为研究岩石裂纹扩展及损伤变形特性,开展了含不同倾角（0°～90°）预制裂隙的标准细黄砂岩样的单轴压缩试验。利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）获取岩样三维空间坐标下的应变分布,并结合声发射从光学与声学的角度监测了裂纹的扩展演化。由此提出了一种裂纹主应变的计算方法,定量表征岩石劣化的损伤变量D值。最后,探讨了由声发射与损伤变量D值确定岩样特征强度的影响因素。结论如下：（1）裂纹主应变反映了岩样受荷过程中同源裂纹在时间上的变化速率与空间上的扩展趋势,能较好地表征岩石的开裂行为;（2）声发射适用于确定岩样的起裂应力,不适用于损伤应力的确定,损伤变量D值所确定的起裂应力滞后于声发射,但适用于损伤应力特征值的确定;（3）结合声发射与DIC技术确定的归一化起裂应力范围为0.63～0.94、归一化损伤应力的范围为0.83～0.99;（4）预有裂隙会影响岩石的材料力学性能。随着倾角的增加,岩石的起裂应力、损伤应力及峰值应力呈增长的趋势,由于难以形成局部应变场聚集,裂纹的萌生与起裂更加困难。结果表明,3D-DIC技术的利用可以提高对岩石开裂行为的理解,对岩石的损伤监测与判识更有重要的意义。     

应力幅值比对土-结构接触面非共轴特性影响研究

运用80 t大型三维多功能土工试验机（3DMAS）,进行了不同应力幅值比下粗粒土与结构接触面大型三维循环直剪试验,深入分析了应力控制往返椭圆剪切路径下接触面切向位移、非共轴角和剪切柔度等三维力学特性以及应力幅值比的影响规律。应力控制往返椭圆剪切路径下,接触面产生了明显的x向和y向位移、非共轴角和剪切柔度。x向和y向位移幅值、剪切柔度峰值均随循环剪切的进行逐渐减小而后趋于稳定,表现出演化特性。非共轴角受切向应力幅值及切向应力增量方向共同影响,其最值、稳定值随循环周次基本保持不变;正向剪切时非共轴角最大值（最小值）与反向剪切时最小值（最大值）基本出现在同一位置。接触面剪切柔度与非共轴角随旋转角度的变化趋势相反,剪切柔度的增加会抑制非共轴角的发展,反之亦然,两者对立统一。应力幅值比对接触面切向位移间椭圆关系及其时程变化形式、切向应力位移类椭圆关系等影响较小,主要影响切向位移幅值及其偏移程度、切向位移间椭圆关系的长短轴大小及方向、切向应力位移类椭圆关系的长短轴大小、非共轴角的数值及其随旋转角度的变化形式和最值出现位置、剪切柔度随旋转角度的变化形式和峰值及其产生位置等。应力幅值比越大,切向位移幅值越大、向负向偏移越大,剪切柔度峰值越大,随循环剪切的进行减小的速率越慢。应力幅值比ξ_τ=1和ξ_τ≠1时接触面非共轴角和剪切柔度随旋转角度的发展变化形式差别很大。     

四川昭觉县中部乡镇表层土壤硒地球化学特征

硒元素是人体必需的微量元素之一,食用富硒农产品是人体获取和补充硒元素的主要途径,调查区域硒地球化学特征是有效地利用富硒土地资源以及开发富硒农副产品的重要依据。本文选择四川省昭觉县域内较为重要的农耕乡镇采集表层土壤样品,采用原子荧光光谱法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱/发射光谱法等方法测定1328件土壤、19件玉米及20件土豆中硒等地球化学指标含量,利用相关分析与统计学等方法,结合距离加权反比插值法,探讨研究区硒含量、分布和影响因素等地球化学特征,评价土壤与作物的富硒情况及安全性。结果表明：(1)研究区表层土壤硒含量范围为0.04～1.50mg/kg,平均值为0.33mg/kg,划定富硒土壤面积为7.23km~2,占全区土壤面积的30.31%,玄武岩发育的土壤硒含量最高,平均值为0.4mg/kg,表明区内地质背景与土壤硒含量密切相关,区内富硒土壤主要受含玄武岩夹苦橄岩、凝灰质砂泥岩的峨眉山玄武岩组地层控制;(2)不同的用地类型和土壤类型对硒元素的富集能力不同,人为农业活动导致土壤对硒的吸附能力下降,黄棕壤土层中黏粒或铁氧化物等易与硒结合富集;酸性土壤中硒含量与pH值成反比;土壤...     

城市地下空间开发利用地质适宜性三维评价指标体系研究——以杭州市为例

地下空间开发地质适宜性三维评价是合理进行地下空间立体化开发、降低开发地质风险的重要手段,也是当前研究热点。作为地质适宜性三维评价全过程的重要一环,科学合理地建立三维评价指标体系是其能否正确开展的前提基础。通过结合杭州城市地下空间开发面临的地质问题,在系统分析各评价指标对地下空间开发建设影响的特征基础上,以三维视角从地层三维结构等多个方面构建完成了一套具有多层次结构的三维评价指标体系,并采用层次分析方法对评价指标进行了目标权重的计算、一致性检验、排序和分析。该指标体系可划分为5个准则层21个指标层,相较于二维评价指标体系,通过融合三维地质模型和三维空间分析方法,使评价过程中能够考虑更多的评价因子,更好地描绘地下复杂的三维地质环境,丰富了三维评价结果的内涵。基于模糊综合评价方法的杭州钱江新城二期的三维评价应用成果表明,该指标体系为三维地质模型和三维空间分析方法之间的整合提供了有力的指导,为提升三维尺度下的地下空间开发地质适宜性评价精度和准确性提供了有力的支持。     

电感耦合等离子体发射光谱法测定硼硅酸盐玻璃中的硼等常见元素

硼硅酸盐玻璃中的硼、钙、镁、铝、铁、钛、硅等常见元素普遍采用各元素分别测定的方式进行分析,分析效率很低;而且硼的测定普遍采用容量法,当B2O3含量低于1%时,容量法测定误差较大。本文以KOH熔融的方式消解样品,采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)进行分析。通过实验研究了KOH用量和不同称样量对B2O3测定结果的影响。结果表明,KOH用量在3 g以上时有较好的熔样效率和熔样效果,称样量低于0.4 g对B2O3测定结果无明显影响,考虑到其他元素的测定,确定了KOH用量优选3 g,称样量优选0.1 g。在此条件下,测定B2O3等常见元素的精密度(RSD,n=6)≤2%,加标回收率在96.0%~105.6%之间,除Si O2测定误差较大外,其他元素的测定结果均令人满意。本方法确定的B2O3的定量限为0.067%,且对于B2O3最高含量达到16%的测定结果也令人满意,因此可测定B2O3含量的范围至少为0.067%~16%。当样品中的B2O3含量高于4%时,方法准确度和精密度与国家标准分析方法(容量法)相当;当B2O3含量低于1%时,方法准确度和精密度都优于容量法。与现有报道相比,本方法显著拓宽了B2O3的测定范围,并具有良好的准确度,而且在B2O3准确测定的同时,也实现了Ca、Mg、Al、Fe、Ti的定量分析和Si的半定量分析,大大提高了分析效率,可以实现硼硅酸盐玻璃中B2O3等常见元素的准确快速分析。     

利用X射线粉晶衍射和电感耦合等离子体质谱法研究江西西华山钨矿床中黑钨矿的矿物学特征及指示意义

目前针对江西大型黑钨矿石英脉型钨矿床西华山的黑钨矿矿物学特征及指示意义研究较少。本文利用X射线粉晶衍射分析和电感耦合等离子体质谱分析技术对黑钨矿晶体结构、化学成分特征及空间变化规律开展研究。获得黑钨矿晶胞参数为a0=0.477 nm,b0=0.573 nm,c0=0.498 nm,β=90°21',属于锰钨铁矿,与前人得出的黑钨矿晶胞参数略有不同,代表不同元素对铁锰的类质同象替代。主要化学成分WO3、Fe O、Mn O的含量在空间上具有一定的变化规律,反映了成矿物质的运移特征。微量元素Sc、Y、Nb、Ta在垂向含量变化大,说明矿液运移具有复杂性。稀土总量ΣREEs较高(397.16×10-6~1071.11×10-6),具有强烈的Eu负异常,具重稀土富集左倾的"躺椅式"球粒陨石标准化配分模式。将西华山、盘古山、淘锡坑、大吉山4个典型矿床的黑钨矿稀土元素特征进行对比,反映产在花岗岩内接触带的黑钨矿的稀土总量(ΣREEs)相对最高,分馏最明显;产在花岗岩内及其外接触带的黑钨矿的稀土总量(ΣREEs)相对较低,分馏程度最不明显;而产在花岗岩外接触带的黑钨矿的稀土总量(ΣREEs)有高有低,分馏程度有强有弱。因此,黑钨矿的化学成分变化特征,可以有效地指示成矿物质空间运移特征、物质来源和矿床成因。     

红土镍矿样品前处理方法和分析测定技术研究进展

随着常规镍来源的硫化镍矿资源的日益枯竭,可直接生产氧化镍、镍锍和镍铁等产品的红土镍矿倍受关注。对于红土镍矿中主量、次量、痕量元素的检测,相同的检测项目存在多种测试方法,且部分相同原理的测试方法存在细节上的差异,使得检测者选择合适的检测方法变得困难。本文综述了近年来红土镍矿中24种元素测定的样品前处理方式及分析技术研究进展。样品前处理方式依据目标元素及后续的分析方法进行选择,其中酸溶法和碱熔法用途最广。酸溶法引入的盐分少,操作简单,但是分解过程中易导致挥发元素As、Sb、Bi、Hg的损失,Cr易随高氯酸冒烟损失。碱熔法分解能力强,适合分析Cr、Si、全铁等项目,但会引入大量的盐类和因坩埚材料损耗而带入其他杂质,给后续分析带来困难。红土镍矿的分析技术依据实验室条件及目标元素的性质和浓度进行选择。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)是主量、次量元素的主要分析方法,适合于分析含量为10-5~30%级别的金属元素;X射线荧光光谱法主要用于分析含量为10-3~1级别的元素,尤其适合于测定Al、Si、Ti、V和P,由于该方法的准确性依赖于一套高质量的标准样品,故更适合炉前检测或检测大批红土镍矿样品。电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)最适合于分析10-4含量以下的重元素,特别是稀土和贵金属元素。原子吸收光谱法(AAS)适合于分析10-4~10-2级别的Ca、Mg、Ni、Co、Zn、Cr、Mn等低沸点、易原子化元素。分光光度法主要用于分析Ni和P。原子荧光光谱法(AFS)主要用于分析As、Bi、Sb等易形成气态氢化物的元素。容量法主要用于分析Al、Fe、Mg和Si O2等主含量元素。尽管AAS、分光光度法、AFS法和容量法检测周期长,但所用仪器为实验室常规配置,可满足缺乏相应大型仪器实验室的日常检测。本文认为,针对各种检测方法的适用性及存在问题,应从开发微波消解法、固体进样直接测汞法、ICP-MS法以及Cr与其他元素同时分析的快速分析方法等方面开展研究,建立灵敏、准确的检测方法,从而更好地服务于红土镍矿的贸易、检验和综合利用。