横向振动格栅紊流紊动特性试验

建立了一套大尺度格栅紊流试验系统,格栅进行有别于传统垂向模式的横向振动,采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)测量流速。对瞬时流速的检验表明,该系统产生的紊流场具有较强的随机性和统计规律性。均方根流速在格栅片附近变化较大,在两片格栅中间处趋于稳定,纵向均方根流速明显大于垂向均方根流速,二者比值在1.5~2.0之间,接近天然明渠紊流。雷诺应力在距格栅越近处波动越大,随着距格栅距离的增加而减小,至两片格栅中间处雷诺应力基本为0。时间和长度积分尺度在格栅片处最小,随着距格栅距离的增加而线性增加,至两片格栅中间处达到最大值。流速能谱呈现Kolmogorov理论的-5/3次方规律。本系统生成的紊流场的统计规律与传统的垂向振动格栅紊流较为一致,但纵向和垂向的紊动强度更接近实际,为后续紊流中泥沙和污染物等运动机理的研究奠定了基础。     

构造物理模拟和PIV有限应变分析对构造裂缝预测的启示

油气储层中构造裂缝发育与有限应变状态关系密切,为了探索有限应变分析与构造裂缝预测的新技术方法,此次研究设计完成了一组单侧挤压收敛模型的物理模拟实验,并引入粒子图像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术对实验过程进行了定量化分析。实验模型在垂向上为含粘性层的多层结构,实验结果形成了一个肉眼可见的箱状褶皱。通过PIV技术可以获取实验模型变形演化过程中各阶段的位移场数据,计算出各阶段的增量应变,实现从初始状态到褶皱形成之后整个变形过程的有限应变分析,探讨构造裂缝成因机制和分布规律,进行定量化裂缝预测。挤压变形过程初期,应变分布范围很广,有限应变较弱(约4%~8%),在挤压方向上的线应变表现为弱压应变,在垂向上的线应变表现为弱张应变,这种现象是褶皱和断层产生前平行层缩短和层增厚的纯剪变形结果,也是区域型张裂缝和剪裂缝形成的主要机制。褶皱和断层即将发育之时至发育之后,应变局限在断层发育的剪切带及附近区域,有限应变表现为较强(达20%)的剪切应变和剪切张应变,是断层面附近简单剪切变形作用的结果,也是局部型剪裂缝和张剪裂缝形成的主要机制。     

西藏朱诺斑岩铜矿石英闪长斑岩锆石LA-ICP-MSU-Pb定年及Lu-Hf同位素研究

朱诺斑岩铜矿床位于冈底斯成矿带的中段西部,是近年来新发现的大型斑岩铜矿床,矿体受控于新生代复式多期岩浆活动,成矿年龄为13.72 Ma,前人主要针对中新世岩浆活动开展研究,而对矿区另一类含矿石英闪长斑岩却鲜有报道,钻孔编录以及镜下鉴定表明石英闪长斑岩可能提供了部分成矿物质,因此详细开展含矿石英闪长斑岩的研究有利于拓展矿区的找矿方向。通过开展石英闪长斑岩原位锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和Lu-Hf同位素测试。结果表明测试样品的加权平均年龄为51.47±0.6 Ma,代表该岩体的岩浆结晶年龄为始新世。锆石εHf(t)值介于-5.4~0.8,平均值为-2.4,176Hf/177Hf比值为0.28259~0.28276,平均值为0.28268,二阶段Hf模式年龄(TDM2)介于1.1~1.4 Ga之间,平均值为1.3 Ga。Lu-Hf同位素结果反映朱诺地区始新世岩体具有明显的古老地壳印记,岩浆源区为中-古元古代地壳物质并混染有少量的年轻基性物质,指示在拉萨地体南部,谢通门以西的朱诺地区存在中-古元古代结晶基地。     

210Pbex示踪法技术原理及其在土壤侵蚀中的应用

土壤侵蚀是全球性的环境问题之一,严重威胁到资源、环境和社会经济的可持续发展。应用核素示踪技术研究土壤侵蚀已成为当前该领域研究热点,它体现出了很多的优越性,并在今后研究中有着广阔的应用前景。本文介绍了210Pbex的示踪原理,概述了210Pbex在土壤侵蚀示踪研究中的存在的关键性问题及其应用,并对其研究进行了展望。     

江西德兴铜矿区水系的Cu同位素地球化学特征及其地质意义

江西德兴铜矿水系样的δ65Cu值具有极大的变化范围(-5.8‰~+24.4‰),是迄今为止已报道发现的最大的Cu同位素分馏值。水体中铜的来源可分为黄铜矿源和黄铁矿源,二者具有明显不同的Cu同位素特征。根据水体的Cu同位素值分布特征,圈出了流经矿体(矿体上方)水、矿体外围水和尾矿库水3个源区。水体中的Cu主要以离子态和微粒态存在,二者具有明显不同的65Cu特征,尾矿库中黄铁矿65Cu对水体的Cu同位素组成具有较大的影响作用。Cu同位素在示踪找矿及地质环境监测方面具有良好的应用潜力。     

改进粒子滤波器的室内地磁匹配精度研究

针对粒子滤波算法在室内地磁分布的连续性变化中会发生滤波发散,加之算法中重采样步骤使该现象恶化,直接导致室内定位过程中目标丢失的问题。该文受Hausdorff距离度量法中点集匹配思想的启发,提出了一种利用初定位误差作为最大粒子匹配距离的约束思想,通过缩小匹配空间的区域范围的方法来解决传统算法的发散问题。最后实验表明,此方法解决了粒子滤波器在地磁匹配中出现的滤波发散现象,同时使得定位结果更加快速收敛。     

一种盾构施工引起的地面沉降预测方法

针对盾构施工引起的地面沉降的影响因素众多、关系错综复杂,常规数学模型难以准确预测沉降量的问题,该文提出了采用主成分分析法和粒子群优化的支持向量机方法来建立预测模型。并结合工程实例将预测结果与常用的多元线性回归模型和基于Levenberg-Marquardt算法改进的BP神经网络模型(LM-BP)的预测结果做了比较。结果表明:PCA-PSO-SVM的预测结果精度较多元线性回归模型和LM-BP神经网络有很大的提高,证明了该研究方法具有一定的理论意义和参考价值。     

本期文章导读

173汞同位素地球化学研究及其在矿床学中的应用进展汞是毒性最强的重金属元素之一,且容易在环境中迁移,已经备受国内外环境学家的关注。汞是唯一存在质量分馏和非质量分馏的金属元素,在地球化学示踪过程中其二维体系表现出明显的优势。     

藏南泽当地区大反向逆冲断层变形研究——以磁组构与EBSD组构分析为例

仁布-泽当逆冲断层是喜马拉雅大反向逆冲断层（GCT）在藏南地区的重要延伸部分,也是喜马拉雅造山带北部边界新生代最为活动的构造单元之一。新生代以来特提斯喜马拉雅的构造变形组构特征的研究对于深入理解碰撞造山带演化与高原隆升具有重要构造意义。本文综合GCT泽当-琼结段断层的宏观与微观变形特征,对断裂带石英脉、围岩中石英和云母矿物的电子背散射（EBSD）组构及断层两侧岩石磁组构（AMS）特征进行对比分析。结果表明对AMS主要贡献来自顺磁性云母、绿泥石等,磁化率各向异性椭球体以压扁状为主,磁面理与构造面理（劈理、断层面）基本重合,显示较强的构造变形磁组构特征;磁线理优选方向近南北向,且与观测北向逆冲断层方向一致,揭示剪切作用在变形过程中的持续作用。研究发现泽当地区GCT附近石英微观结构从围岩至断层区,石英至少呈现3种不同类型的微观变形机制：围岩区溶解蠕变、断裂带石英以膨凸重结晶和亚颗粒旋转重结晶作用为主。断裂带石英的c轴EBSD组构指示变形为低温（300~400℃）环境,其中黑云母的结晶学优选（CPO）与磁组构主轴优选方向存在高度的一致性,进一步证实了顺磁性矿物黑云母对AMS的主要贡献。综合研究表明泽当地区GCT的韧性变形是断层处在中上地壳韧性带的活动阶段变形的结果,也代表了特提斯喜马拉雅在碰撞、高原隆升期的变形主要特征。     

铀"稳定"同位素分馏及其在地球科学中的应用

铀“稳定”同位素（238U/235U,通常记为δ238U）目前已经成为非传统稳定同位素领域的研究热点.20世纪人们曾经认为铀同位素不存在分馏,因而铀同位素研究发展缓慢.然而随着分析技术的发展,人们发现自然界中铀同位素238U和235U存在显著的分馏,可以作为良好的示踪工具.迄今为止,已经有大量铀同位素作为古氧化还原指标的研究发表,比如用铀同位素示踪地球近地表环境氧含量随时间的演化以及生物大灭绝与海洋氧化还原状态之间的潜在关系.尽管铀同位素在水圈和生物圈协同演化领域取得了丰硕的研究成果,但仍有不少问题亟待深入解决.例如,生物和非生物还原高价铀的微观反应过程对铀同位素分馏的影响,以及铀同位素如何示踪铀矿物质来源等.系统总结了铀同位素地球化学最近十年的研究进展,希望将来铀同位素在铀多金属矿床成因和高温地球化学领域能有所突破.