岩溶泉补给地表溪流二氧化碳脱气作用研究

碳酸盐岩风化作用(即岩溶作用)能够吸收大气二氧化碳(CO_2),形成溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon),被认为是一种重要的陆地碳汇,其在全球碳收支平衡和未来陆地增汇中可能会有重要贡献。然而,目前对岩溶碳汇的稳定性还存在争议,一些学者认为岩溶地下水出露地表后会发生CO_2脱气,对岩溶碳汇通量估算带来不确定性。本文以广西桂林长流水表层岩溶泉补给的溪流(约2.7km长)为例,利用水化学和同位素质谱仪测试技术,研究了溪水水化学指标和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))沿流程变化,探讨了溪流CO_2脱气过程、通量及其影响因素,以更好地了解岩溶碳汇的稳定性。结果表明:从泉口向下游,在陡坡地段(C1～C14段,长约270m,坡度约10°),溪水pH值、方解石饱和指数和δ~(13)C_(DIC)沿流程分别升高了0.9、0.9和1.8‰,而CO_2分压、电导率、Ca~(2+)浓度和DIC浓度分别下降了85%、34μS/cm、0.2mmol/L和0.7mmol/L,说明溪水发生了显著的CO_2脱气,并伴随碳酸钙沉淀。而在平缓地段(C18～C26段,长约2.1km,坡度1°),溪水各水化学指标和δ~(13)C_(DIC)变化较小,指示CO_2脱气作用较弱。这些发现表明溪流CO_2脱气受到了地形决定的水动力条件控制。另外,在下游渠段,受支流汇入影响,溪水pH值和方解石饱和指数有所降低,在一定程度上抑制了CO_2脱气。溪流CO_2脱气能够抵消部分岩溶作用固定的大气CO_2量,但是在长流水这一高地势、低流量且有碳酸钙沉积的环境下,其抵消的量也仅占29%。对于在低缓地区受流量很大的岩溶泉/地下河补给的河流,其CO_2脱气作用对岩溶碳汇的影响有限,加之受可能增强的水生光合生物固碳效应影响,岩溶碳汇应具有很高的稳定性。     

泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅱ):数值仿真和参数反演

进一步分析了第Ⅰ部分[1]提出的泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型。在连续损伤力学理论和比奥(Biot)理论的基础上,导出了考虑渗流-应力-损伤耦合的蠕变损伤有限元格式,建立了弹性预测、塑性修正、损伤修正-渗透系数修正的数值分析框架,编制了非线性有限元分析程序。根据监测的衬砌长期变形数据,采用优化反分析法获得了蠕变损伤模型中的待定参数,并应用于比利时核废料库施工过程中泥岩巷道围岩渗流-应力耦合过程、损伤演化以及长期稳定性分析,研究结果表明,泥岩开挖后渗透性明显增大,约为原岩的120倍,蠕变效应导致泥岩裂隙和渗透性自愈合,约3.5年后渗透性基本恢复到原岩的数量级,围岩中部的蠕变明显大于顶部和底部。研究成果对软岩隧洞长期稳定性的预测与预报具有一定的参考意义。     

基于残余强度修正的岩石损伤软化统计本构模型研究

岩石随着围压的增大,残余强度的增加幅度比峰值强度大,残余强度逐渐成为影响岩石全应力-应变曲线峰后段的主要因素,因此,建立岩石损伤软化统计本构模型时,对残余强度进行修正是非常必要的。基于岩石应变强度理论以及岩石微元强度服从Weibull随机分布的假设,考虑岩石峰后残余强度对损伤变量进行修正,在微元破坏符合Hoek-Brown屈服准则条件下,建立了能够反映岩石峰后软化特征的三维损伤统计本构模型;依据岩石试验全应力-应变曲线的几何特征,推导出本构模型参数的数学表达式,并基于花岗岩室内试验数据对模型参数进行探讨,研究了Weibull分布参数与本构模型的关系,探讨了损伤修正系数的取值和岩石累积损伤的扩展过程;将建立的本构模型理论曲线与4种岩石（斑状二长花岗岩、细晶大理岩、砂岩和粉砂质泥岩）不同围压下的常规三轴压缩试验曲线进行对比分析,结果表明,该模型能很好地描述岩石破裂过程的全应力-应变关系和表征岩石残余强度特征。这对于岩石损伤软化问题以及岩石加固处理措施的研究均具有重要的意义。     

基于多元统计方法的地下水水化学特征分析:以沈阳市李官堡傍河水源地为例

为研究沈阳市李官堡傍河水源地的水化学变化特征与污染来源,在对该水源地开展野外污染调查、水化学样品采集等工作的基础上,结合聚类分析和因子分析两种多元统计分析方法对研究区地下水环境进行系统分析。结果表明:研究区平水期和丰水期的地下水均可划分为Ⅰ、Ⅱ两类具有不同水化学特征的两个区域。Ⅰ区主要分布在浑河沿岸,主要特征为Eh值偏低,pH值偏高,处于还原环境中,NH4+污染主要来源于浑河下渗与农业活动;Ⅱ区主要分布在研究区西北部,主要特征为Eh值偏高,pH值偏低,处于氧化环境中,NO3-污染主要来源于居民日常生活和工业活动等地表污染的垂向入渗。     

黑龙江省老柞山金矿综合找矿标志探讨

本文对黑龙江省老柞山金矿区进行了水化学、生物（植物）化学及重砂矿物特征研究。结果表明：矿区河水含金钽高于一般河水中的含金钽数千倍，Cl^-浓度低于一般河水。通过系统测量植物体内的含金性及查明其它一些有关地球化学特征，可发现金矿化异常。重砂矿物对比确定砂金补给源于片麻状混合岩、闪长玢岩。     

李家峡水电站坝址环境水化学特征与演变

坝址环境水质及其时空变化隐含了丰富的信息,可以揭示水、岩、帷幕间的相互作用情况以及渗流条件的改变。以李家峡水电站为例,对坝址不同部位渗流水进行采样检测的基础上,综合运用水化学图示、统计分析等方法,研究了坝址环境水质空间分布特征,并与之前的检测结果对比分析水质变化趋势。研究显示,廊道内渗水总体上呈现出“高矿化”的特征,且坝基部位较两岸坝肩尤甚,表明两岸部位帷幕前后水力联系相对活跃;从时间演变看,左岸及坝基廊道部位的水质与此前检测分布较为一致,表明对应部位防渗性能变化稳定;右岸水样两次检测情况变化较大,表明右岸廊道部分部位渗流条件变化较大。     

八岭山古墓群保护区地下水水化学特征及其对古墓的影响

湖北荆州八岭山地下埋藏有特大型、大型及中型古墓560余座,具有极大的历史文化价值,然而长期以来对影响古墓保存条件的地下水水文地球化学特征缺乏深入认识,因此,开展该保护区地下水水位动态监测与分析十分必要。基于水文地质调查、地下水水化学、同位素分析和地球化学模拟,识别了八岭山古墓群保护区地下水水文地球化学特征,揭示了地下环境中主要的水文地球化学过程。结果表明：研究区地下水主要来源于大气降雨,雨水经包气带入渗向下依次补给潜水、潜水-承压水、承压水,潜水-承压水经历了一定程度的蒸发过程;地下水pH值范围为6.50～8.06,总体上为微酸性到弱碱性的水环境条件;水化学类型以Ca-HCO₃型为主,溶解性总固体(total dissolved solids, TDS)含量范围为149.30～608.56 mg/L,离子组分主要来源于水-岩相互作用;硅酸盐岩的风化溶解以及方解石、白云石的溶解-沉淀平衡和离子交换是八岭山古墓群保护区地下水水化学的主要控制过程;垂向渗滤是八岭山古墓群保护区地下水运移和影响古墓葬埋藏条件的一个重要形式,强烈的水-岩相互作用形成的水环境条件可能对古墓葬埋...     

济南四大泉群附近补给路径及补给比例研究

济南地区岩溶大泉是集供水、旅游、生态等功能于一体的重要自然资源,但随着经济社会的快速发展,人类活动影响不断增强,各岩溶大泉受到水质劣化、流量衰减的威胁。为了明确济南四大泉群附近主要补给路径,更加科学合理的保护泉水资源,文章采用流速流向定量分析、地下水流场分析、水化学同位素分析、聚类分析、三端元混合比计算等研究方法,分析了济南四大泉群主要补给路径,定量计算了各泉群补给路径贡献比例。研究表明,四大泉群的主要补给路径可划分为西部、南部、东南部补给路径,每个泉群受到不同补给路径的混合补给作用,其中趵突泉、黑虎泉、五龙潭、珍珠泉泉群的主要补给来源分别为南部补给路径（流量占比40.21%）、东南部补给路径（流量占比47.42%）、西部补给路径（流量占比47.13%）、南部补给路径（流量占比51.04%）,研究工作可为我国北方岩溶大泉成因机制和生态保护提供参考。     

花岗岩残积土剪切带上的细观结构损伤规律

剪切带和裂隙演化对土体滑坡至关重要,裂隙是土体中最薄弱的区域,但是当前缺乏用于定量分析剪切带上细观结构损伤规律的方法。为了揭示花岗岩残积土内部裂隙对剪切变形破坏的影响,利用CT扫描获得试样在三轴加载过程中不同加载阶段的数字体图像,基于数字体图像相关方法（digital volume correlation,简称DVC）把复杂三维裂隙的坐标进行转换,根据加载前后的裂隙在三维空间的重叠特征提出改进的裂隙分类方法,将裂隙分为8种：湮灭型裂隙、新生型裂隙、继承型裂隙、拆分型裂隙、合并型裂隙、复合-新生型裂隙、复合-继承型裂隙和复合-混合型裂隙。结果显示：新生型裂隙和复合型裂隙与剪切带演化紧密相关。随着轴向应变的增大,剪切带上的新生型裂隙和复合-新生型裂隙呈增大趋势,当轴向应变为12%时新生型裂隙体积含量超过50%;复合-继承型裂隙呈快速衰减特征,而复合-混合型裂隙呈先增大后衰减的趋势。在剪切带萌生初期,剪切带内部生成少量新生裂隙,但裂隙是材料中最薄弱的区域,因此新生裂隙加速了剪切带的发育;随着剪切带的发育,大量新生裂隙使剪切带上的细观结构损伤更为严重;剪切带与裂隙之间互相耦合影响,最终使土体发...     

太行山北段金龙洞岩溶泉水化学及同位素动态特征

以太行山北段金龙洞岩溶泉为研究对象,通过数理统计.、离子比值及饱和指数等方法,分析泉水水化学和同位素动态特征、水中主要离子来源及演化、水-岩相互作用过程等内容。结果显示:(1)金龙洞泉补给来源为大气降水,泉流量对其响应程度高,泉流量较小时,水中主要离子含量相对高,水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型,泉流量大时,水中离子含量低,水化学类型为HCO₃-Ca、HCO₃·SO₄-Ca型,泉流量增加引起的稀释作用对离子含量影响明显;(2)控制泉水水化学特征的主要因素为溶滤作用和稀释作用,且Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-主要来源于碳酸盐岩溶解,SO₄^2-、Na⁺、K⁺、Sr主要来源于安山岩中长石、黄铁矿等矿物的风化溶解,NO₃^-则来源于人类活动;(3)降水集中期,泉...