从实验水文到水文系统模拟——刘昌明先生水文科学思想学习的几点认识

刘昌明院士是国际知名的水文水资源学家,长期倡导和力行水循环、水环境、水生态、水资源和水灾害的研究,将水文学的地球物理、工程和地理方向相结合,提出了水文循环研究的微观与宏观系统观点和方法,发展了较为完善的"五水"转化的理论模式,构建了全新的分布式水文模型系统,并对华北平原的节水农业发展、"南水北调"工程环境效应、缓解黄河断流的对策等国家重大应用问题,提出了系统性的科学观点和有效的决策咨询意见。本文仅从实验水文学、稀缺资料地区水文预测和水文模型三方面,探讨刘昌明院士跨越50多年的研究工作,从中可以体会出先生研究的系统性思想和不断创新发展的精神。     

班公湖——怒江结合带西段沙木罗组底砾岩的新发现及地质意义

沿班公湖—怒江结合带中西段出露的上侏罗统—下白垩统沙木罗组,创名于革吉县盐湖区南部的沙木罗,定义为一套较稳定环境下形成的晚侏罗统—早白垩世滨浅海相沉积。之后众多学者在结合带不同地区分解出"木嘎岗日群"和"沙木罗组",但二者地层序列划分一直沿革岩性组合差异或粒序变化特征,未获得角度不整合接触的确凿证据。作者于改则地区沙木罗组底部首次发现底砾岩及下伏木嘎岗日群顶部粘土质风化壳,并据此确定该区沙木罗组与下伏木嘎岗日群为角度不整合接触关系。该底砾岩的发现对研究新特提斯洋构造演化、古地理环境、沙木罗组地层地质时代下限及沉积相具有重要地质意义。     

云南江城勐野井钾盐成矿新认识

本文通过深入分析滇西南以往地质调查研究资料,而从中发现存在的疑点,从新特提斯形成局限海的成盐背景和滇西南特定的复杂的地质构造条件出发,通过大量地面地质调查、沉积相、盐构造及水化学研究,推断勐野井地区勐野井组中马尾丝状钾盐矿体可能是沿断层由深部侏罗纪含钾岩系挤压塑流到表层来的。因财制宜,选用低频大地电磁法(EH4)、高精度电磁频谱探测法(MES)轻便适用的物探手段,同时结合以往重力勘查(1/10万),综合分析表明,该区深部有多组盐层存在。为验证上述找钾新思路,部署了2口钾盐中深钻,其钻探成果与该认识相一致。其中第1钻井(MK-1)已完钻,在中侏罗统花开左组中部钻遇厚70 m含钾岩盐层;第2钻井(MK-2)已钻遇花开左组上部含膏岩系。与此同时,还进行了Sr同位素和包体测温以及盐体构造和沉积特征等分析。综上所述,论证了勐野井钾盐成矿机制,提出了深部侏罗系盐底辟浅部贯入的"二层楼成矿模式"。以此为指导,部署了区域性高精度重力测量(1/5万)、MES探测和浅钻工程,拓展了兰坪—思茅成盐带深、浅部找钾前景。     

东天山平顶山巨眼球状片麻状花岗岩特征及成因

本文以东天山平顶山岩体为例,探讨中天山晋宁旋回晚期巨眼球状片麻状花岗岩的特征及其形成机制。野外地质关系、岩相学、岩石化学、稀土元素、微量元素和同位素研究表明,平顶山岩体是岛弧钙碱性火山-沉积岩系经原地改造的产物,其Rb-Sr等时线年龄为927 Ma。花岗岩形成作用的动力、热力来源可能与碰撞后天山岩石圈的拆沉有关。拆沉导致的底侵和内侵引发了地壳岩石的韧性剪切,剪切后的岩石有利于部分熔融、熔体-流体运移和化学反应,而熔体和流体的作用反过来又会促进韧性剪切,并将较浅层次的变形变质岩石改造为片麻状花岗岩。平顶山岩体的成岩作用体现了部分熔融、韧性剪切和流体作用的相互反馈,也是这些作用的共同产物。这种原地片麻状花岗岩的成岩过程主要为深源熔体和流体与原岩的相互作用,并使原岩发生不同程度的部分熔融,因而其地球化学特征同时受到原岩和外来熔体-流体的控制。底侵和内侵是造山过程晚期-期后挤压-拉张转折期地壳垂向增生的重要方式,而平顶山这类片麻状花岗岩则是这种垂向增生的产物。     

阿拉尔河悬浮物对铀的吸附影响研究

为了解阿拉尔河悬浮物对铀的吸附特性,通过静态吸附实验,研究了吸附时间、pH值、温度和铀初始浓度等因素对模拟含铀水中U(VI)去除率的影响,并从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析。结果表明,在T=25℃,溶液初始pH=7,接触时间为16 h时,悬浮物对铀的平衡吸附率最佳,为95.48%。随着铀初始浓度的增加,吸附量增加,但吸附率随之下降,升高温度有利于铀的吸附。铀在悬浮物上的吸附过程符合Langmuir等温吸附方程,说明悬浮物对铀为单分子层吸附,且化学吸附占主导地位。吸附动力学过程可用准二级吸附动力学模型描述,表明吸附主要受动力学控制,由两个以上步骤共同控制。FTIR和EDS分析结果表明,吸附过程中铀主要与悬浮物表面活性基团螯合并以表面络合吸附为主。吸附前后的能谱对比分析表明,吸附过程中存在离子交换行为。因此,悬浮物对铀的吸附机理是以表面络合吸附和离子交换为主、物理吸附为辅的混合吸附过程。     

遥感邻近效应测量与数据分析

2004年和2005年开展了遥感邻近效应的理论研究,2次卫星、1次航空遥感同步试验测量和测量数据分析,在获取了邻近参数的基础上实现了对图像的邻近效应校正。本文介绍了2005年7月25日在官厅遥感实验场沙漠的卫星同步测量实验结果和2005年5月11日奥运场馆建设预留裸土地的ADS40航空遥感同步实验测量数据分析。改进测量方案和测量装置,并且对测量结果进行了对比分析。在两个相邻像元邻近效应分析的基础上,增加了9个点邻近像元效应分析和建立计算公式;在满足高斯条件和影像平坦性要求的前提下,直线高斯相邻点（d=2R）条件下亮度分布交叉点在（d=R）,像元分辨率相互影响约为12.5%,实际测量中亮度分布交叉点和相互影响偏向于亮度值相对低的像元。     

一种抗数据压缩的矢量地图数据数字水印算法

基于矢量地图数据特点,提出了一种抗数据压缩的矢量地图数据数字水印算法,即在嵌入水印信息之前对数据进行道格拉斯-普克法压缩,然后在特征点中嵌入水印信息.实验分析表明,提出的水印算法在抗数据压缩方面具有较好的效果.     

非均匀地表蒸散遥感研究综述

本文评述了目前常用的遥感估算地表蒸散方法,包括地表能量平衡模型、Penman-Monteith类模型、温度—植被指数特征空间方法、Priestley-Taylor类模型和其他方法。然而使用这些方法估算地表蒸散时会面临严重的尺度效应,而产生尺度效应的根本原因之一是地表异质性,在分析了非均匀下垫面对水热通量遥感反演造成的影响后,介绍了面积加权、校正因子补偿与温度降尺度3种尺度误差纠正方法;并从地面观测实验的角度简述了非均匀下垫面水热通量真实性检验的研究;最后探讨了将来建立更具时空代表性的非均匀下垫面地表蒸散遥感估算模型可能会面临的一些挑战。     

岩浆底侵的热-流变学效应及对峨眉山大火成岩省的启示

岩浆底侵在大陆地壳的形成和演化过程中起着非常重要的作用。本文基于二维热传导方程模拟不同规模的地壳底侵产生的热-流变学效应,以及幔源岩浆温度和含水量对底侵厚度的影响;并以现有的岩石地球化学分析、深部地球物理探测结果为约束,模拟了峨眉山大火成岩省内带幔源岩浆底侵对应的地表热流随时间演化,探讨了形成幔源岩浆底侵的潜温和初始熔融的深度制约。结果显示:1)幔源岩浆底侵引起的热扰动的耗散时间取决于岩浆底侵的初始厚度。以幔源岩浆侵入温度为1300℃,20km厚的地壳底侵为例,热扰动完全耗散需经历约150Myr;而5km厚的地壳底侵,只需经历50Myr热扰动已基本耗散殆尽。2)在初始阶段,岩浆底侵会造成岩石圈强度的显著降低;随着热耗散的进行,岩石圈强度会逐渐恢复;在热扰动耗散殆尽之后,岩石圈强度反倒比底侵前的岩石圈强度更大。这表明岩浆底侵不但可以导致地壳增厚,还会最终导致岩石圈的强化。3)温度对地壳底侵厚度的影响比含水量的影响要大得多。将我们的模型应用于峨眉山大火成岩省,结果表明内带地壳底侵的热耗散需持续上百个百万年,岩浆潜温超过1500℃,初始熔融深度超过200km。     

埋藏条件下碳酸盐岩实验室溶蚀作用模拟的热力学模型与地质勘探方向——以陕甘宁盆地下奥陶统马家沟组第五段为例

陕甘宁盆地下奥陶统马家沟组五段为潮坪相碳酸盐岩夹蒸发盐沉积。马五段经历了多期复杂的成岩作用，其中溶蚀作用对马五段影响深刻。首次引用热力学理论对埋藏条件下碳酸盐岩溶蚀作用进行了理论分析和计算。其结果表明碳酸盐岩在埋藏成岩的不同温度压力条件下，酸性介质中溶解反应的吉布斯自由能均为负值，说明反应可自动向方解石、白云石溶解的方向进行，并随着温压的升高溶解的趋势增大，而且白云石溶解的趋势比方解石更大。碳酸盐岩溶蚀作用是受热力学规律支配的自然地质作用。碳酸盐岩溶蚀实验模拟的热力学数学模型对陕甘宁盆地油气田勘探具有重大的理论意义和实际应用价值。