杭州城区土壤的磁性与磁性矿物学及其环境意义

对杭州城区四个不同功能区块土壤进行了系统的环境磁学测定,结果表明城市土壤的磁化率平均值为128×10-8m3·kg-1,频率磁化率平均值3.6%(样品数=182),城市土壤呈现明显的磁性增强. 城市土壤的磁化率与频率磁化率呈极显著指数负相关,表明城市土壤磁性增强明显区别于自然成土过程引起的以超顺磁性(SP)颗粒为主的表土磁性增强机理. 统计分析表明,城市土壤磁化率与软剩磁和饱和等温剩磁(SIRM)呈显著直线正相关,说明亚铁磁性矿物是城市土壤剩余磁性的主要载体. 综合等温剩磁获得曲线、热磁曲线、磁滞回线等岩石磁学测定和SEM/EDX分析,城市土壤的磁性矿物以磁铁矿和赤铁矿为主,磁性矿物以假单畴-多畴（PSD-MD）颗粒存在,粒度明显大于成土过程形成的磁性颗粒,这些磁性颗粒主要来自燃料燃烧、汽车尾气等环境污染物. 因此,城市土壤磁测可作为城市土壤污染监测、污染空间分布和污染物来源判断的新手段.     

塔里木盆地南缘8.5 ka以来的黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制

黄土岩石磁学参数是古气候研究中的重要指标,其中磁化率应用最为广泛,并在黄土高原地区取得重大进展,其受控于成壤作用的变化机制也被普遍接受.然而在黄土高原外缘的新疆地区,磁化率的变化机制仍不明确,导致磁化率的古气候意义在该区存在较大争议.本文选取塔里木盆地南缘具有精确年代控制的典型黄土剖面（羊场剖面）开展岩石磁学和高分辨率磁化率研究,利用交叉小波分析方法并结合剖面粒度、矿物及元素特征对该地区磁化率变化机制进行初步探讨.结果显示,羊场剖面的岩石磁学性质主要由粗颗粒软磁性矿物所控制,同时也表现出一定的顺磁性特征.根据载磁矿物和磁化率变化特征可将剖面进一步划分为两个阶段：阶段Ⅰ（8.5~2.5 ka）,载磁矿物以亚铁磁性的磁铁矿为主,磁化率值整体较高;阶段Ⅱ（2.5~0.2 ka）,亚铁磁性矿物依然占据主导地位,但硬磁性矿物和以黄铁矿为代表的顺磁性矿物相对增多,磁化率值显著降低.相关性研究和交叉小波分析表明：阶段Ⅰ磁化率与粗颗粒组分的变化具有一致性,符合"风速论"模式;阶段Ⅱ磁化率不仅与粗颗粒组分具有明显的正相关关系,而且与指示成壤作用强度的频率磁化率百分含量呈现出显著的负相关关系,暗示了阶段Ⅱ的磁化率变化可能受到"风速论"和"还原性成壤"模式的共同影响.本文拓宽了对新疆地区黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制的深入理解,也为利用磁化率恢复新疆及中亚地区全新世以来的古气候变化历史提供了新的线索.     

单裂缝不同传播方向Krauklis波振幅变化的实验研究

裂缝广泛分布于地壳岩石中并具有多尺度的特点,研究地震波在裂缝介质中的传播规律具有重要的科学意义和应用价值.含流体的裂缝中传播的Krauklis波（也曾被称为慢流体波、裂缝波、斯通利导波等）近年来逐渐成为地球物理学界的研究热点之一.本研究利用地震物理模型技术研究横波在单裂缝样品中传播时随传播方向变化的响应特征,在实验室用环氧树脂为基质构建模型样品,一个为不含裂缝的参考样品,一个为含直径30 mm、厚度0.2 mm的薄币状单裂缝的模型,利用0.5 MHz换能器测试了横波在模型中传播时透射信号的特征.实验结果显示在单裂缝样品中透射横波发生了波形的畸变和振幅降低,振幅谱显示透射信号的主频明显降低,在初至横波之后为具有一定能量的尾波.对尾波进行时频分析,发现在方位角较小时尾波能量较弱而方位角较大时尾波能量较强,尾波中信号的主频在0.1 MHz左右,与前人理论和实验研究结果一致.

     

金沙江下虎跳滑石板滑坡破坏机理及稳定性分析

1996年10月28日发生在金沙江下虎跳峡口的滑石板滑坡,因堵塞金沙江、摧毁公路而引起高度重视。野外调查发现,滑石板滑坡是典型结构面控制的顺层基岩滑坡,层面和两组近于垂直层面的节理将边坡厚层灰岩切割成不同规模的菱形块体,长期的风化作用、重力、降雨、人工开挖公路等因素作用下,这些菱形块体从顺层稳定状态演化为稳定性较差的悬挂体,受河谷边坡斜向割切影响,表现为梯级叠次悬挂,最外边的悬挂体稳定性最差,最容易发生快速滑动。因此,该滑坡每次发生破坏滑动的体积不会很大,但是具有多次重复发生的特点,值得高度注意。     

喜马拉雅山东南地区地质灾害发育规律初步研究

利用遥感手段,结合MapGis,研究了喜马拉雅山东南地区地质灾害的发育情况,发现本区发育的主要地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流、冰湖以及堰塞湖。其中崩塌、滑坡、泥石流斜坡地质灾害是本区最重要的地质灾害类型,占到总灾害数量的95.3%。在此基础上对喜马拉雅山东南地区地质灾害发育规律初步研究,发现本区地质灾害的发育在空间上的分布并非均匀,而是具有丛集性的特点。滑坡灾害主要发育在隆子和朗县。泥石流灾害比较严重的有米林、隆子和洛扎3县,而崩塌则主要集中在隆子县。研究发现,本区滑坡发育与地层、地形坡度以及土地类型关系密切,其中修康群、日当组和念青唐古拉群是本区的易滑地层。涅如组由于面积大,其中发育的滑坡较多,但是滑坡的发育率只略高于本区的平均水平。统计表明,16～30的坡度范围是滑坡最容易发生的。大于45以上的坡段很少发生滑坡。灌木林和天然草地这两种土地类型滑坡发育率最高。对于泥石流,研究表明,涅如组中泥石流发育面积最大,发育率也最高。泥石流发育的最适宜坡度也是16～30这样一个坡度范围。冰川和永久积雪区则最易发生泥石流。崩塌发育与地层类型、坡度的关系较为密切,崩塌主要发育在涅如组中,并且集中在坡度大于60以上的陡坡段中。这些初步成果的取得,是以后进行该区地质灾害空间预测的基础。     

基于虚功原理的悬索桥隧道式锚碇边坡稳定性分析

本文基于虚功原理,结合工程地质勘察资料,在岩层层面和不利结构面组合切割下,由于锚碇工程荷载作用,研究坝陵河大桥西岸隧道式锚碇边坡的整体稳定性。本文的力学分析模型采用多个块体破坏机构的分析方法,假定块体的底面和侧面均达到了极限平衡状态,安全系数可通过功能平衡的虚功原理表达式来求解。功能平衡方程中仅有安全系数一个未知数,条块底部和界面上的法向压力和切向摩擦力并不出现,求解大为简化。     

工程地质学的一个新课题关于岩石风化速度的定量研究

岩石风化是一种常见的地质现象。有关的研究成果也很多,但岩石风化速度定量的研究成果却是风毛麟角。实际上关于石质文物的长期保护和石质工程长期稳定性等研究都十分需要它的支持,原因也许在于在自然条件下难以有足够长的时间进行岩石风化实验。本文将讨论有关岩石风化速度定量研究的重要性,并提出相应的研究方法,以推动这一新的研究课题的开展。     

湖南宏厦桥花岗岩的水文地球化学特征和成因过程

以湖南宏厦桥花岗岩体作为研究区,对地下水化学分析资料进行了研究,发现区内地下水系超淡、极软的、弱-中性的重碳酸型水,其化学组成以ca2+、Mg2+、K+、Na+、HCO3-为主.与株洲地区的地下水相比,可溶性SiO2、K+、Na+和游离CO2明显偏高,而且,在水中Mg2+、K+、Na+、HCO3-所占比重更大,meq%平均比值分别是株洲地区地下水的2.23、1.27、1.16倍,表现出典型的花岗岩地区地下水相应的化学组成.研究还发现,区内地下水化学的分布具有较强的水平分带性.研究认为:区内地下水化学的形成和迁移受岩性、大气降水及影响水交替强度的地形、地貌、地表水系、断裂构造的控制,同时受其他气候要素及植被、人类活动等生物作用的影响;区内地下水化学成分的形成以硅酸盐矿物的分解和水解等化学风化作用为主,风化过程中CO2的积极参与起作关键性的促进作用.同时水中CO2的减少和阴离子以HCO3-离子占绝对优势地位,进一步说明花岗岩的化学风化过程是一个净碳汇的过程.     

浙东南玉苍山-彭溪碱长花岗岩锆石U-Pb年龄学、岩石地球化学特征及其成因类型

玉苍山-彭溪岩体位于东部沿海花岗岩带北端,受古太平洋板块俯冲制约。笔者等以该岩体碱长花岗岩为研究对象,开展锆石U-Pb测年,获得其加权平均年龄为96.50±1.81Ma和98.27±0.39 Ma,表明该岩体为晚白垩世岩浆活动的产物。该岩体主要矿物组成为钾长石（60%～70%）、石英（25%～35%）,少量斜长石（＜5%）、黑云母（＜2%）等,呈中细粒花岗结构。该岩体地球化学特征上呈现高硅、富碱、低铝,镁、钙、磷、钛、铁等元素含量极低,Rb、K等大离子亲石元素和Th、U、Zr、Hf等高场强元素富集,亲铁元素Co、Ni、Cr、V等含量较低;K/Rb值低,Rb/Sr、Rb/B值高;稀土元素总量高,且轻稀土元素富集程度远大于重稀土元素,同时具有明显的铕负异常,分异指数高;反映了该岩体具有强烈的壳源特征,且形成时岩浆演化分异程度高,存在斜长石、磷灰石等矿物的分离结晶,属于过铝质高钾钙碱性花岗岩系列。认为该岩体属于A型花岗岩,为晚白垩世时期板内伸展构造环境下软流圈地幔上涌、部分地壳参与熔融形成的。     

土石混合体边坡细观特征对滑面形成影响研究

土石混合体作为一种典型的浅表层堆积体,常引发不同规模的滑坡灾害。本文通过对比土石混合体在室内大型直剪和离散元(PFC^2D)数值模拟直剪条件下剪切带厚度随含石量和上覆压力的变化特征,以期进一步揭示影响土石混合体剪切带厚度的主要控制因素。试验结果显示,室内试验中土石混合体的剪切带厚度主要受含石量的影响,其次为上覆压力,受块石尺寸的影响不明显。剪切带厚度随含石量从0增加到50%时表现为增大的趋势,随含石量的继续增大而表现为减小的趋势。但上覆应力小于200 kPa时,剪切带厚度随上覆应力的增大表现为增大的趋势,但上覆应力超过200 kPa时,其值表现为减小的趋势。然而,在数值模拟计算中,考虑块石不可破碎的情况下剪切带裂纹区域的宽度随含石量和上覆压力的增大表现为持续增大的趋势特征。分析认为,土石混合体剪切中大块石之间咬合后的齿轮带动效应是促使剪切带厚度增大的重要原因,而骨架结构含石量以及高垂直应力下块石咬合部位因高度的应力集中,随后导致的咬合棱角破碎,块石变形被限制在一定的区域内,却抑制了剪切带厚度的进一步增大。相反,在块石不可破碎的数值模拟计算中,高含石量试样内块石可持续的咬合滚动,促使周围的块石也发生变形,进而增大了剪切带的厚度。研究结果有利于揭示土石混合体的剪切变形破坏机制。