碰撞带热结构与碰撞成矿系统

造山带热结构对大陆碰撞带的形态大小、构造式样、岩浆活动和变质作用具有重要控制作用。然而,热结构对碰撞成矿作用的控制还不清楚。本文概述比利牛斯、阿尔卑斯、加里东、扎格罗斯、青藏高原和华力西等全球主要碰撞带的热结构与成矿系统发育特征,对比各个造山带内不同矿床类型成矿温度变化,探讨热结构对碰撞成矿的控制作用。研究表明,碰撞带主要发育盆地流体有关的密西西比河谷型铅锌矿床、变质流体有关的造山型金矿床和岩浆热液有关矿床(斑岩铜矿床、云英岩型钨锡矿床和岩浆热液有关的铌钽锂铍矿床等)。其中,前两者在大多数碰撞带内均有发育,代表了大陆碰撞成矿作用的基本类型。这些矿床的成矿温度在热碰撞带比较高而在冷碰撞带则偏低。岩浆热液有关矿床一般只出现在比较热的碰撞带内,这些热碰撞带的温度压力条件有很大区域在湿固相线以内,热扰动能够造就地壳发生部分熔融形成含矿岩浆。     

西大别熊店地区榴辉岩变质作用的P-T轨迹研究

西大别熊店地区的榴辉岩多属于高压榴辉岩,主要矿物为石榴石、角闪石、绿辉石、绿泥石、白云母、石英、以及少量金红石及长石。石榴石具有明显的生长环带。本次研究利用榴辉岩样品的全岩成分定量的绘制了P-T视剖面图,根据石榴石的端元成分含量,计算得出了石榴石成分剖面所对应的温压条件。其核部的温压条件为21. 5 × 10 ⁸ Pa ～ 22. 2 × 10 ⁸ Pa,450℃ ～ 463℃,对应的矿物组合为石榴石 + 绿辉石 + 蓝闪石 + 阳起石 + 硬柱石 + 绿泥石 + （白云母 + 水）;边缘的温压条件为6 × 10 ⁸ Pa ～ 8 × 10 ⁸ Pa,610℃ ～ 630℃,该温压条件对应的矿物组合为石榴石 + 普通角闪石 + 斜长石 + 透辉石 ＋ （白云母 + 水）,从而得到石榴石变质演化的P-T轨迹,由此反映出石榴石变质过程是一个升温降压的过程。     

造山带榴辉岩的变质作用P-T-t轨迹研究进展

板块俯冲和折返是板块构造理论的重要组成部分,也是固体地球科学研究的一个前沿方向。俯冲/碰撞造山带内的高压-超高压变质岩经历了俯冲至地球深部而后折返至地壳浅部的复杂地质过程,反演它们的P-T-t轨迹是高压-超高压变质作用研究的重要课题,也是揭示造山带构造演化的一个重要途径。造山带榴辉岩作为高压-超高压变质岩中的一类典型代表,常保留多个变质阶段的矿物组合,较完整地记录了造山带演化的关键信息,是反演P-T-t轨迹的理想样品。根据详细的岩相学观察和矿物成分分析,能识别出榴辉岩不同变质阶段的矿物组合。在此基础上,选取合适的地质温压计或采用相平衡模拟,可获得岩石相应变质阶段的温压条件(P-T)。如何获得多阶段变质年龄(t)和如何匹配变质作用的温压条件和年龄信息,是反演榴辉岩P-T-t轨迹的两个关键问题。本文针对榴辉岩中的锆石、金红石、榍石和褐帘石这四个适用于U-Pb定年的副矿物,从结晶条件和封闭温度等角度评估它们可能记录的年龄信息。结果表明,受限于结晶的温压条件或结晶后的改造作用,单种矿物定年难以获得多阶段年龄,一些实际研究中需要采用多种矿物或多个同位素体系实施定年分析。对于将副矿物从岩石中分选出...     

考虑扰动影响的土体小应变硬化模型参数试验研究及其在基坑工程中的应用

天然结构性土体容易受到各类施工扰动,导致土体物理力学性质改变,进而影响工程稳定、变形以及邻近环境。针对宁波两种典型土体,分别对原状土和轻、重扰动土以及重塑土开展了三轴试验及一维压缩试验,分析了扰动度对小应变硬化模型(HS-small model,简称HSS模型)主要参数的影响规律,并将其应用于宁波某基坑工程,利用Plaxis3D分析了考虑周边土体扰动影响的坑后土体水平位移变化。研究结果表明,扰动会使土体的强度及刚度参数降低。对于淤泥质黏土,轻扰动试样的参考切线模量E_oed^ref 、参考割线模量E₅₀^ref及参考加卸载模量E_ur^ref值分别降低14%、10%、2%,重扰动试样三参数分别降低43%、14%、15%,粉质黏土三参数也呈现相似降低趋势。在考虑土体扰动影响的情况下,基坑周边两个测斜孔的最大水平位移值分别增大13%、15%,更加接近实测值。研究结果可为小应变硬化模型的参数取值以及考虑扰动影响的基坑工程分析计算提供指导。     

钻锚机器人钻臂轨迹规划方法研究

为提高煤矿巷道支护效率,改善掘进工作面自动化智能化程度,设计了一种集成悬臂式掘进机和六自由度机械臂的钻锚机器人,研究了钻锚孔孔序规划策略及钻臂轨迹规划方法。首先,基于改进的DH方法建立机械臂结构的运动学模型,分析其运动学正解和逆解,解算钻机空间位姿及对应的关节变量值;其次,基于蒙特卡罗随机数方法分析机械臂运动空间,求解双机械臂运动范围;基于钻锚作业工艺要求提出一种钻锚孔孔序规划策略,在不同条件下两机械臂按照一定锚固顺序完成顶板锚固作业任务;最后,基于五次多项式插值方法完成机械臂轨迹规划,以实现钻臂快速平稳达到目标位置。仿真结果表明,钻锚机器人能满足宽×高为6 000 mm×4 500 mm范围内的巷道支护要求,基于该孔序规划策略和钻臂轨迹规划方法,两钻机在进行顶板锚固作业任务时能有效避免干涉,实现准确、平稳运动至锚固点,完成锚固任务。研究结果为发展自动支护和智能掘进提供了一种思路和方法。     

2017年湖南一次特大致洪暴雨过程的水汽特征

利用湖南省区域自动站和常规观测站降水资料、NCEP/NCAR和JRA-55再分析资料及湖南省气象台大气河预报业务产品,分析了2017年6月22日至7月2日湖南一次特大致洪暴雨过程的雨洪和水汽输送异常特征,以及大气河水汽输送对强降雨的影响,在此基础上定量分析了强降雨区各边界的水汽收支状况及各水汽轨迹的贡献。结果表明:此次强降水过程分为三个阶段,第一、第三阶段降雨的范围、强度均明显大于第二阶段。欧亚中高纬稳定的"1槽1脊"环流形势、低纬较稳定的西太副高及其外围强劲的水汽输送是此次暴雨发生的环流背景。水汽通量、水汽通量散度、比湿等物理量的水平及垂直分布对降水的阶段性特征和位置、强度变化有很好的指示作用。三个强降雨时段,来自孟加拉湾、南海和西太副高西南侧的水汽输送表现出不同的强度和位置,造成到达湖南境内的偏南水汽输送空间异常程度不同。大气河的强弱及其水汽输送通道、辐合区位置以及强降雨区各边界水汽净收入对强降水发生、发展起关键作用。水汽后向轨迹分析表明,低层偏南的水汽输送是此次极端强降雨较长时间维持的重要因素,而来自北方的干冷空气侵入利于大气斜压性增强和对流不稳定维持,是第二阶段降水强度弱于第一、第三阶段的另一原因。     

一次热带风暴背景下南昌暴雨的水汽来源及输送特征

利用常规高空、地面观测资料,分析了2015年6月22日南昌大暴雨过程的环流背景和主要影响系统;利用HYSPLIT模式和6 h—次的NCEP 1°×1°再分析场资料模拟了大暴雨过程240 h气块的后向轨迹,并对中低层的轨迹进行了聚类分析,讨论了不同层次气块在移动过程中水汽的变化。结论:(1)此次大暴雨过程发生在500 hPa低槽前与副热带高压外围的西南气流中、南海海域有1508号热带风暴鲸鱼的背景下,中低层有低涡、切变线及低空急流和地面冷锋,高空200 hPa存在风向分流辐散,且南昌上空有位势不稳定层结等对流性降水特征。(2)轨迹聚类分析表明暴雨过程中水汽路径总体上可以归纳为6条,源自西北太平洋西部、位于1500 m以上的层次,占180条轨迹的46.7%;其次是从南海东部北上而来,位于3000 m以下的层次,占24.4%;还有孟加拉湾东部、中南半岛南部和云南南部等西南方向的通道,占11.7%;其他3条路径均不足9%。(3)对不同层次气块水汽含量的定量分析发现,源自西北太平洋西部和南海东部近海面的气块水汽含量大,到达1500、500 m上空时比湿仍然较高,因而对暴雨的贡献大。南昌3000 m上空气块初始时来自西北太平洋中部相对干的空气,但到达南昌上空时水汽含量显著增大,对暴雨水汽输送贡献也较大。在副热带高压脊线稳定维持且南海有热带风暴存在的背景下,沿副热带高压底部偏东南或偏东气流导致的水汽输送对江南北部暴雨的发生非常重要。     

对流尺度集合预报中模式地形扰动对其预报技巧的影响研究

基于在重庆市气象局业务运行的对流可分辨尺度(3 km)集合预报系统,在已有初值扰动、模式物理过程扰动和侧边界扰动的基础上,对不同集合成员采用不同地形插值方案和地形平滑方案实现对模式静态地形高度的扰动,体现数值模式中地形转换过程的不确定性,开展集合预报批量平行试验。结果表明:(1)实现对模式静态地形高度的扰动后,各集合成员地形高度的离散度与实际地形的起伏程度对应关系较好,两者空间分布特征非常相似,地形较平坦的平原地区离散度较小,而地形较复杂的高原地区或山区离散度较大;(2)加入模式地形扰动方案后,集合扰动能量总体上有所增大,且低层比中、高层更明显,能量增幅在较短预报时效(12 h)内最显著,随着预报时效延长呈逐渐减小趋势,且能量增幅大值中心主要出现在地形较复杂、集合成员地形高度离散度较大地区;(3)模式地形扰动方案一定程度上能提高降水概率预报技巧及改进集合平均降水预报,在对高空要素和2 m温度、10 m风场等近地面要素的集合平均均方根误差和集合离散度无负面影响的前提下,能一定程度上优化集合分布。     

一次东移型高原切变线过程的扰动动能特征

利用NCEP FNL(1°×1°)全球分析资料,采用动能梯度的定义和扰动动能方程,对2014年8月25—27日初生于青海省东南部之后东移到四川省中部产生天气影响过程的高原切变线进行了能量诊断分析。结果表明:在高原切变线发生发展时,切变线的位置和强的地转偏差及动能梯度大值区相对应,动能梯度模值的水平、垂直分布和相应的散度分布一致,可以反映切变线的基本结构特征;引入动能梯度有助于从能量变化视角来理解高原切变线的发展演变。扰动动能大值区的分布和切变线的走向一致,在切变线发展初期,扰动动能明显增大。扰动动能平流项和正压转换项的值都比较小,不足以反映切变线演变过程中的能量变化,而斜压转换项和扰动位势平流项是扰动动能收支的主导项;在切变线成熟阶段,扰动有效位能向扰动动能的转换最大,斜压转换项是高原切变线发展过程中能量转换的重要途径,有利于切变线上的上升运动加强。扰动动能趋势项可以较好预示切变线的发展态势,扰动非地转位势通量及其散度对高原切变线的生消及移动具有较好的指示意义。     

2013—2016年海口市空气质量特征及典型个例污染物来源分析

根据海南省环境科学研究院提供的海口站2013—2016年逐日空气污染数据,统计分析了海口市空气质量状况。综合应用高低空环流场、AQI指数结合MODIS卫星蓝光气溶胶厚度图,采用HYSPLIT轨迹聚类分析法、潜在源贡献因子法和浓度权重轨迹分析方法,重点分析了2013年12月海口空气污染的的主要输送路径,并探讨了首要污染物PM_2.5和O₃的潜在源区。结果表明：冬夏季风风向转换是海口发生空气污染的最主要气象原因,且首要污染物为PM_2.5,其次是PM₁₀和O₃;海口市空气质量达标率在97.1%,总体较好,AQI指数呈逐年下降趋势;值得关注的是,O₃呈逐年稳定上升趋势。大气污染物浓度受污染物排放和环流场共同影响,海口污染日对应的地面天气形势主要有3种类型,冷高压、变暖高压脊和台风外围下沉气流。此次污染过程中污染源是来自北方地区污染物长距离输送影响的结果。污染物个例分析中,首要污染物PM_2.5潜在源区主要集中在湖南和江西的交界处、广东沿海地区、广西北部、江西和福建的交界处以及浙江中部地区,这些潜在源区气团沿着轨迹1、2和4通过长距离输送到海口。海口O₃质量浓度贡献较大的区域主要集中在湖南和江西的交界处、粤西一带,主要沿着轨迹2将内陆地区的污染源输送到海口。