盾构扩挖地铁车站结构地震反应特性振动台试验

开展了近远场地震动作用下盾构扩挖地铁车站结构的振动台试验,分析了砂土模型地基的水平位移、地表变形、加速度、土压力反应及模型结构的加速度、应变等。结果表明：模型地基-结构体系的地震响应对中低频成分发育的地震波反应更为强烈;强震作用下地铁车站结构具有明显的空间效应,地下结构的存在将会改变模型地基表面变形的分布模式。小震时模型结构中柱的加速度反应自下而上逐渐增加,而大震时其反应规律变成先增大后减小;车站结构中板的加速度反应最大、底板次之、顶板最小;小震时,同等深度处模型结构的加速度反应与模型地基土的加速度反应大小相当,侧墙的动土压力自下而上逐渐增大;大震时,模型结构的加速度反应明显大于同深度处模型地基土的加速度反应,动土压力的最大值发生在扩挖隧道的拱肩和中间部位。基于震后模型结构的宏观现象和拉应变幅值,给出了砂土地基中盾构扩挖车站结构的地震损伤演化机制。     

强震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡动力响应规律试验研究

青藏高原东南三江流域沿江分布着数以万计的古滑坡和潜在滑坡,对在建的川藏铁路构成严重的威胁。通过振动台模型试验研究了强震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡的动力响应规律。分析不同地震动参数、输入波类型和软弱结构面对斜坡动力响应规律的影响。试验结果表明：斜坡的自振频率随着输入地震波次数的增加而逐渐降低,振动强度为0.3g和0.6g是斜坡启裂和失稳的临界动力条件。斜坡具有明显的高程效应,加速度放大系数沿坡表呈现先增加、后减小、再增加的趋势,在1/4坡高和坡顶处较大。坡内竖直向加速度放大系数随高程增加呈现线性增加的趋势。频率对斜坡动力放大响应影响较大。斜坡对低频地震波的放大效应不明显,甚至有抑制作用。随着频率的增加,斜坡的动力放大效应越来越明显。随着幅值的增加,斜坡加速度放大系数呈现先增大后减小的趋势,在振动强度为0.3g～0.4g时达到最大值。不同类型地震波作用下,斜坡对天然波的放大作用高于人工合成波。软弱夹层的存在使输入的地震波出现了明显的放大,并通过快速傅里叶变换（fast Fourier transform,简称FFT）发现,软弱夹层的位置对输入地震波的频段的敏感程度不同。该试验揭示了含软弱...     

洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ18O和δ13C,研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境,甚至洞穴环境,进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程,从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素：元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上,从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度,探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识：① 强降水带来的冲刷作用和溶解作用,促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质（NOM：Natural Organic Matter）等物质在短时间内快速溶解和运移,使滴水中元素含量增加;但随着降水增多带来的稀释作用,使得滴水/石笋中Mg,Sr和Ba等元素含量降低,因此,单一元素的解译较为复杂;② 基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异,导致元素相对含量的变化,使得元素X/Ca值对外界环境的响应具有一致性,尤其是Mg/Ca和Sr/Ca值：在干旱条件下,降水减少导致方解石先期沉积（PCP：Prior Calcite precipitation）作用增强,使Mg/Ca和Sr/Ca值增大。但目前存在着一些问题：① Mg/Ca和Sr/Ca值变化对强降水事件的响应并不明显,可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关;② 多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱;③ Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ18O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解,但元素变化能否反映季风强度的变化,仍有待进一步的研究。基于以上认识,笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测;开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测;开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。     

构造活动影响下地质事件沉积序列：以鄂尔多斯盆地延长组长7油层组为例

中晚三叠世,印支运动I幕导致秦岭隆升,同期地震、火山活动频发,在鄂尔多斯湖盆中保存了大量地质事件沉积层。为了认识构造活动影响下地质事件沉积序列,探讨地质历史时期内各类地质事件的耦合关系,从全新的角度认识大型坳陷湖盆的形成和演化过程,笔者等以鄂尔多斯盆地内部及周缘的长7油层组野外露头及钻井岩心中发育的关键事件沉积层为研究对象,对地震事件、浊流事件、火山事件、缺氧事件沉积特征和叠置关系进行研究。研究结果表明：在长7期,湖盆中多种事件沉积类型主要受控于中—晚三叠世秦岭造山运动,构造活动引起湖盆沉降,为事件沉积层的保存提供了条件;火山事件喷发的火山灰降落在湖盆中形成凝灰岩层,同时,也为湖盆缺氧事件创造了条件;沉积层因地震活动形成震积岩,而地震活动又是诱发浊流事件发生的关键因素;这些构造活动影响下的地质事件交替发生,共同构成长7油层组内各类事件沉积层的相互叠置关系。     

湘南香花岭锡铅锌多金属矿田的云母类型及对成矿的指示

湘南癞子岭花岗质复式岩体是香花岭锡铅锌多金属矿田的主要成矿岩体,其中云母广泛出现在各期次岩（矿）体之中。笔者等在对癞子岭岩体岩相学研究的基础上,开展全岩主微量元素地球化学分析,同时对岩浆成因云母（花岗岩中的云母）、热液成因云母（矿化云英岩、晶洞矿物集合体以及条纹岩中的云母）进行了电子探针分析。结果表明,癞子岭岩体为一套高钾钙碱性—钾玄质、准铝质—过铝质花岗岩,癞子岭岩体中的云母主要为铁锂云母,从早期到晚期,呈现出FeO和Al2O3含量降低,K2O、F、MnO和Rb2O含量升高,且Pb、Zn、Fe等成矿元素含量逐渐增加的特征。热液成因云母分为以下两种： ① 产于矿化云英岩和晶洞矿物集合体中的云母主要形成于流体出溶的早期,无围岩组分参与,云母类型由铁锂云母演化为锂云母,主要沉淀Fe、Zn、Pb、Mo等成矿元素;② 产于条纹岩中的云母晚于矿化云英岩和晶洞矿物集合体中的云母,有围岩组分参与,云母类型由黑鳞云母变为富镁黑云母和富铁黑云母再变为金云母,主要沉淀Fe、Sn和W等成矿元素。随着流体演化,云母呈现SiO2、F、K2O含量逐渐降低,MgO含量逐渐升高,相应的成矿元素从富Fe 、Zn、Pb、Mo逐渐过渡到富Fe 、Sn和W。     

热力学计算模拟对初始月幔结构的约束SCIEI北大核心CSCD

月球岩浆洋结晶形成的初始月球内部结构是其后续演化过程的开端,其结晶过程受月球岩浆洋的初始深度和物质组成这两个参数的制约。由于缺少直接来自月球深部的岩石样品,目前关于月球岩浆洋演化过程的探讨主要依赖实验和计算模拟手段。岩浆洋模型中形成的月壳厚度是否与探测结果一致是月球岩浆洋演化模型合理性的重要约束。最新的GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory)探测数据推算月壳厚度为34~43km,低于阿波罗时期认为的约70km,这对已有的月球岩浆洋演化模型提出了挑战。本文采用并修正FXMOTR程序包,针对月球岩浆洋在不同的初始深度和物质组成情况下的结晶过程,进行了一系列热力学计算模拟。通过量化月球岩浆洋的初始深度和物质组成对月壳厚度的影响,结合关于月球内部微量元素分配的研究结果,对比了月球岩浆洋结晶后期的残余熔体与原始克里普组分(urKREEP)的成分。本文的模拟结果显示,一个全月幔熔融且初始成分为月球初始上月幔组成(LPUM)的岩浆洋将在其深部结晶2.5%石榴子石,形成的月壳厚度符合GRAIL的约束,并且结晶出了合适的urKREEP成分。在此模型的基础上获取了月球初始的内部成分和密度结构,并对后期月幔翻转(Overturn)的程度进行了探讨。     

地壳内的岩浆动力学过程及其资源与环境效应SCIEI北大核心CSCD

岩浆是将地球内部物质传送到表层系统的主要载体,并造成显著的资源聚集和环境效应。岩浆动力学是研究岩浆的迁移、储存、演化、就位以及喷发过程,侧重物理机制。这些岩浆过程主要发生在岩浆通道系统中,包括岩浆储库和岩浆管道。本文对目前国际岩浆动力学领域一些热点和前沿进行了介绍,这包括从岩浆房到岩浆储库概念的转变、岩浆储库的生长和动力学演化过程、岩浆过程的时间尺度以及岩浆中晶体的生长。然后阐述了岩浆中挥发分的种类和溶解度、获取天然岩浆挥发分含量的方法、一些典型镁铁质岩浆中的挥发分含量、岩浆去气的化学和物理机制,并简要梳理了热液金属矿床的形成过程和岩浆挥发分进入地表圈层系统引发的环境气候效应。最后列举了一些岩浆动力学有关的重要科学问题并建议了进一步的研究方向。     

中元古代增氧事件：来自华北克拉通燕辽地区铁岭组的地球化学证据

氧气是生命演化的重要因素。近期的一些研究表明,元古宙两次大氧化事件之间的平静期存在多次幕式增氧事件,尤其是14亿年前后大气和海水的氧气水平有着很大程度的提高。但是,目前对于14亿年之前的表生环境氧化还原状态的研究仍存在不足。本次研究通过分析华北克拉通燕辽盆地中元古代～14.4亿年铁岭组绿色页岩的钼同位素组成、氧化还原敏感元素和稀土元素特征,发现绿色页岩的Fe含量和Mn含量较高,并显示富集轻的钼同位素组成(-1.00±0.07‰～-0.49±0.06‰)特征。Fe-Mn-Mo三者相关性表明,轻的Mo同位素主要以吸附共沉淀的形式进入铁锰(氢)氧化物,造成富铁的沉积物富集轻Mo同位素,而海水中Mo同位素偏重,指示绿色页岩沉积于氧化的水体之中。同时,氧化还原敏感元素含量及比值也指示铁岭组绿色页岩沉积时水体为氧化环境。研究结果表明,～14.4亿年前后发生了一次显著的增氧事件,使得当时海水氧化面积扩大,为早期生命演化提供了物质基础。     

三类ENSO相位下中国暖季降水时空变化特征

基于全国2048个站点1961—2019年逐日降水观测数据,采用10个降水指标刻画暖季降水时空特征,分析了东部厄尔尼诺（EP）、中部厄尔尼诺（CP）和拉尼娜（LN）事件对中国暖季降水时空特征的影响。研究结果表明：（1）过去59年,我国暖季降水总量、降水强度和极端降水等特征总体上均呈增加趋势,主要表现在东南和西北地区,而华北地区呈减少趋势。（2）东南和西北地区暖季可降水量的增加和增强的水汽通量为降水的形成提供了有利的水汽条件;而华北地区暖季可降水量趋于减少和水汽通量减弱均不利于降水的形成。（3）ENSO事件对我国暖季降水时空特征有显著调节作用。位于中国东北的气旋带来干冷空气和水汽通量减少使得在EP起始年份华北地区暖季降水总量、降水强度和极端降水等均趋于减少。东南地区对LN事件较为敏感,在LN起始年份,位于东南地区的反气旋源源不断的将暖湿气流输送到该区域,为降水增加提供了充沛的水汽条件。     

油气微生物对顺北断溶体油藏的近地表响应

顺北油气田是塔里木盆地的超深断溶体油藏,具有目的层埋藏深、断裂发育的特点。地震信号因沙漠地表吸收衰减严重,资料信噪比、分辨率低,勘探难度大。基于油气垂向微渗漏理论的微生物勘探技术可以探测断裂带的含油气性,配合地球物理,可提高识别断裂带含油气性预测的成功率。以顺北5断裂带为主要目标的微生物油气勘探试验研究表明,油气微生物丰度异常对断溶体油藏具有较好的近地表响应。与植被覆盖区相比,沙漠区的油气微生物指标(包括甲烷氧化菌和丁烷氧化菌)具有测量值低、波动性小的特点,但由于沙漠区特殊的生态条件,油气微生物受其他微生物群落的干扰更少,从而更能反映深层油气垂向微渗漏的近地表响应。应用结果显示,无论是甲烷氧化菌还是丁烷氧化菌,其高值异常区均主要集中分布于顺北5断裂带附近,同时,在顺北1断裂带附近也有较好的异常显示。从异常的走向来看,同断裂带的走向也基本一致,显示微生物异常带与断溶体油藏存在较高的关联度,表明油气微生物勘探技术在断溶体油气藏勘探中具有良好的应用前景。