酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响

通过对贵州岩溶区（包括湘西）不同地层系统碳酸盐岩发育的红色风化壳、以及结合本区和处于同一气候带的邻区不同岩类红色风化壳的对比研究,结果表明：（1）碳酸盐岩红色风化壳的发育程度明显受基岩酸不溶物成分的控制,酸不溶物的风化成熟度越高,红色风化壳的发育程度一般也越强。由于不同地层系统碳酸盐岩的酸不溶物组成不同,在此基础上发育的红色风化壳的风化强度自然存在着差异;（2）风化壳相对于母岩的进一步风化潜力或空间,随着基岩酸不溶物风化成熟度的增大而降低,从而更容易达到风化平衡;（3）在碳酸盐岩风化壳突变的岩-土界面,伴随碳酸盐的充分淋失、酸不溶物的地球化学指标发生了突变。因此,碳酸盐的溶解不但未阻滞和延缓了硅酸盐组分的分解,而且促进其快速风化。（4）在达到高岭石化甚至弱红土化阶段的酸不溶物基础上,发育的风化壳比结晶岩类风化壳具有更高的风化起点,也就表现出更高的风化强度。因此,笼统地把碳酸盐岩风化壳看作是弱于玄武岩及花岗岩等结晶岩类风化壳发育程度的弱风化类型是不妥的。     

岩溶夷平面演化与青藏高原隆升

文章以作者在青藏高原南部及东邻地区获得的资料为基础,就青藏高原地区夷平面的识别、整体坡降、时代以及夷平面对构造隆升的响应等问题进行讨论。区域对比与成因分析显示青藏高原石林等形态形成于土下环境,属覆盖型岩溶,而与其共存的红色风化壳(石灰土)具有脱硅富铝作用弱而粘化作用强的特征,与湿热气候条件下的夷平面环境是一致的。根据野外观察资料和岩溶作用对水动力条件的敏感性,岩溶区厚层连续的风化壳只能发育在接近地貌侵蚀基准的夷平面上。因此,厚层连续的风化壳及其壳下的覆盖型岩溶均可指示地貌发育的晚期阶段和夷平面的存在,这为利用覆盖型岩溶及共存的风化壳识别夷平面提供了理论依据。根据青藏高原东邻地区岩溶地貌发育的演化特征,作者认为在同等条件下,岩溶夷平可以在更短的时间里达到更低的夷平高度(相对常态夷平),初步估计岩溶夷平面整体坡降小于0.5‰。构造隆升使青藏高原进入不利于岩溶作用的寒冻圈,岩溶夷平面经刻蚀作用演变为刻蚀平原,而云贵高原刻蚀作用较弱,但受到“土壤丢失”等岩溶过程的破坏。这种差别主要是构造隆升幅度的不同造成的。为了解决夷平面的年代问题,作者对滇西表生锰氧化物40Ar39Ar测年适宜性作了研究,结果显示鹤庆等地表生锰矿具有较     

准噶尔盆地玛湖凹陷三叠系源上砂砾岩扇—断—压三控大面积成藏模式

准噶尔盆地玛湖富烃凹陷下三叠统百口泉组新近发现了我国首个源上大面积连续型砂砾岩油藏群,是对全球"连续型"油气藏研究的新补充,但其成藏机理和模式并不很清楚。为加强对其的理论认识,并为下步勘探提供参考,基于油气生、储、盖、圈、运、保等基础石油地质条件,并结合油气藏特征,进行了成藏条件与成藏模式的综合研究。结果表明,优质充足的下二叠统风城组碱湖油气来源、规模有效的扇三角洲前缘砂砾岩储层、多重组合的扇三角洲平原致密砾岩、泥岩和断裂封盖保存、沟通良好的高角度断裂输导体系、平缓连续的构造背景奠定了大面积连续成藏的地质基础。在此背景下,高成熟的风城组所生成油气,在切穿烃源灶和储层的高角度压扭性断裂沟通下,优先充注物性相对好的扇三角洲前缘水下河道砂岩和砂质细砾岩,并且在地层异常高压促进下,控制着油气富集程度,使得油气成藏表现为大型缓坡浅水扇三角洲沉积控制下的源上扇-断-压三控大面积"连续型"。百口泉组油气藏具有的油质轻且含气、微裂缝广泛发育,以及异常高压等,决定了砾岩储层虽总体低孔低渗,但依旧能够高产。在油源断裂沟通的斜坡区上倾方向,叠合地层异常高压以及扇三角洲前缘水下河道砂砾岩的区域是下步有利勘探方向。     

旧石器遗址强烈化学风化沉积物细粒混合矿物的光释光信号特征及其测年应用

从湖南省北部赤山岛枫树嘴旧石器遗址剖面第2、第3和第4考古层位采集的3个沉积物样品中提取的细粒混合矿物,尝试对其红外释光(IRSL)信号进行研究。实验表明,虽然长石IRSL信号很弱,但仍可以测得信噪比足够高的红外激发后高温红外激发释光(post-IR IRSL)信号。与此同时,样品存在明显的红外激发后蓝光释光(post-IR OSL)信号,并且样品的IRSL与post-IR OSL信号均以快组分为主,这为该地区沉积物利用长石光释光信号定年提供了新的可能。鉴于长石IRSL信号较弱,根据剂量恢复实验结果,本研究采用post-IR IRSL SAR法(50℃红外激发后270℃高温红外激发,pIRIR270℃)进行等效剂量测量,同时也应用post-IR OSL SAR法定年进行比较。实验结果表明,细粒混合矿物的pIRIR270℃等效剂量分别为418.8±13.2 Gy、562.3±18.2 Gy和694.8±17.9 Gy,相对应的post-IR OSL SAR等效剂量结果为345.0±29.4 Gy、409.6±33.7 Gy和424.7±32.2 Gy。假设强烈化学风化未对沉积物的剂量率造成很大影响,基于长石pIRIR270℃信号的释光年龄为89±6 ka、118±8 ka和152±9 ka,比前人所得的石英OSL SAR法年龄老30%~55%(约20~55 ka)。通过对比不同测量条件下获得的等效剂量值来评估长石IRSL信号是否存在晒退问题,没有发现长石post-IR IRSL信号存在晒退不完全的证据。根据本研究post-IR IRSL SAR法测年结果,赤山岛枫树嘴旧石器遗址似阿舍利技术类型的石器出现在倒数第二次冰期(MIS 6)后期至末次间冰期(MIS 5)前期,比湖南道县福岩洞现代人类牙齿化石年龄(80~120 ka)稍老。作为似阿舍利技术石器制造者的赤山岛古人与福岩洞现代人的关系将是我国旧石器时代考古学和古人类学研究的一个重要课题。     

小冰期结束以来贡嘎山海螺沟冰川退缩区土壤化学风化与发育过程

选择海螺沟冰川退缩区,对冰川退缩年龄分别为0年、30年、40年、52年、80年、120年的样点按土壤发生层分层采集样品,通过分析样品的化学风化速率及理化性质变化,探讨小冰期结束以来土壤发育过程及影响因素,并评估不同阶段土壤质量。结果表明,退缩区前40年样点中主要以碳酸盐风化为主,80年后硅酸盐风化作用增强。土壤长期风化速率随土壤年龄呈现升高-降低-升高的趋势,52年样点长期风化速率最低,为48.06cmol/(m^2·a),矿物组成和气候是影响土壤风化速率的重要原因。土壤的粒度组成以砂粒为主,多数样点占比约为80%~90%。随着土壤年龄增加,容重值和pH减小,pH从8.54减小到5左右;土层厚度、土壤有机质(SOC)及总氮(TN)含量增加,这些土壤理化指标的快速变化表明冰川退缩区土壤发育迅速。适宜的温度、充足的降水以及快速的植被演替可能是退缩区土壤快速发育的原因。模糊数学法计算土壤质量的结果显示,除了0年样点,其余样点土壤质量指数(SQI)均大于0.4,说明退缩区土壤质量状况整体属于中等水平,土壤肥力状况较好。研究结果有助于揭示土壤矿物风化过程和土壤发育的影响因素,理解土壤发育机制。     

雷州半岛玛珥湖区玄武岩的年代、地球化学特征及其意义

我国南部雷州半岛是亚洲季风影响的核心区,区域内田洋、青桐洋和九斗洋这3个干玛珥湖沉积序列可为揭示低纬地区亚洲季风的轨道尺度变化提供关键证据。查明这些玛珥湖的形成年代、基底玄武岩的地球化学组成及其风化产物特征,为进一步获得沉积序列的年代控制、揭示沉积物替代指标的古气候意义提供了基础。本研究对3个干玛珥湖基底的玄武岩进行了K-Ar测年、地球化学成分和玛珥湖周围风化剖面粘土矿物的测试分析,得出了以下结论:1)田洋玛珥湖湖盆的形成年代为0.73~0.87Ma,首次报道的青桐洋和九斗洋湖盆的形成时代分别为0.82 Ma和0.81~1.08 Ma,它们均属于早更新世晚期到中更新世早期的石峁岭期火山射气喷发形成的。2)田洋、青桐洋和九斗洋玛珥湖基底玄武岩均属于石英拉斑玄武岩。同一时期喷发的石英拉斑玄武岩广泛分布在玛珥湖的周围,这些玄武岩风化的产物以高岭石、三水铝石以及赤铁矿为主,在降水较为充沛的时期,物理或化学风化的产物随地表径流汇入湖盆,是玛珥湖沉积的主要来源。本研究为正在进行的低纬地区更新世轨道尺度季风降水重建提供了基础。     

基于遗传算法优化的支持向量机在岩性识别中的应用

为提高测井岩性识别的精度,本文结合乌夏地区岩芯资料和测井数据,总结该地区砂砾岩测井响应特征,优选出声波、自然伽马、密度、中子孔隙度和电阻率等5条测井曲线参数作为训练和测试样本,通过遗传算法挑选出最佳的支持向量机核函数参数σ和惩罚因子C,建立支持向量机岩性识别模型。结果表明该模型实际数据预测总体符合率为81.6%,在识别准确率上与传统测井识别砂砾岩岩性方法相比都有明显提升。     

中国西南河流碳、氮运移机制及其对水文条件变化的响应:以西江为例

流域碳、氮的生物地球化学循环过程关联着区域/全球尺度的气候变化,同时受到气候条件变化的影响。本次研究以我国西南喀斯特地区的西江为例,通过时间序列的高频次样品采集和分析,揭示水文条件变化对河流碳、氮动态变化的影响及其控制机制。结果表明,在高流量条件下,化学风化的加速、土壤CO2的汇入及流域内有机质的降解导致了水体δ13CDIC偏负,碳酸盐矿物的快速风化致使河水HCO3-浓度表现出强烈的"化学稳定性";对DIC、δ13CDIC、流量、温度的联合分析表明,矿物溶解、土壤CO2的汇入与河流中有机质降解的共同作用导致了西江河水碳动态的季节变化;河水NO3-浓度在高流量条件下并未表现出明显的稀释效应,反应了人为输入和化学转化过程对NO3-浓度的影响;硝酸盐氮、氧同位素的分析结果表明,西江NO3-来源受人为活动影响较大,主要转化过程为硝化作用;同位素和水化学证据表明碳酸、硫酸、硝酸共同参与流域岩石化学风化,雨季外源酸参与风化的减弱是河流中HCO3-稀释的重要原因。     

Insights into agricultural influences and weathering processes from major ion patterns

Karst areas and their catchments pose a great challenge for protection because fast conduit flow results in low natural attenuation of anthropogenic contaminants. Studies of the hydrochemistry of karst sources and river solutes are an important tool for securing and managing water resources. A study of the geochemical downriver evolution of the Wiesent River and its tributaries, located in a typical karst terrain, revealed unexpected downstream decreases of nitrate with maximum mean values of 30 mg/L at the source to minimum values of 18 mg/L near the river mouth. This trend persisted over the length of the river even though increased agricultural activities are evident in the downstream section of the catchment. This pattern is caused by fertilizer inputs via diffusive and fast conduits flow from karst lithology in the upstream area that may have reached the river's source even from beyond the hydrological catchment boundaries. Further downstream, these influences became diluted by tributary inputs that drain subcatchments dominated by claystone and sandstone lithologies that increased potassium and sulphate concentrations. Our findings indicate that bedrock geology remains the dominant control on the major ion chemistry of the Wiesent River and that agricultural influences are strongest near the headwaters despite increased land use further downstream, due to long‐term storage and accumulation in karst aquifers. This feature may not be unique to the Wiesent River system, as carbonates cover significant portions of the Earth's surface and subsequent work in other river systems could establish whether such patterns are ubiquitous worldwide.     

Climate driven coevolution of weathering profiles and hillslope topography generates dramatic differences in critical zone architecture

Considerable debate revolves around the relative importance of rock type, tectonics, and climate in creating the architecture of the critical zone. We demonstrate the importance of climate and in particular the rate of water recharge to the subsurface, using numerical models that incorporate hydrologic flowpaths, chemical weathering, and geomorphic rules for soil production and transport. We track alterations in both solid phase (plagioclase to clay) and water chemistry along hydrologic flowpaths that include lateral flow beneath the water table. To isolate the role of recharge, we simulate dry and wet cases and prescribe identical landscape evolution rules. The weathering patterns that develop differ dramatically beneath the resulting parabolic interfluves. In the dry case, incomplete weathering is shallow and surface parallel, whereas in the wet case, intense weathering occurs to depths approximating the base of the bounding channels, well below the water table. Exploration of intermediate cases reveals that the weathering state of the subsurface is strongly governed by the ratio of the rate of advance of the weathering front itself controlled by the water input rate, and the rate of erosion of the landscape. The system transitions between these end‐member behaviours rather abruptly at a weathering front speed ‐ erosion rate ratio of approximately 1. Although there are undoubtedly direct roles for tectonics and rock type in critical zone architecture, and yet more likely feedbacks between these and climate, we show here that differences in hillslope‐scale weathering patterns can be strongly controlled by climate.