论中国国家公园地质考察与评价——以浙江丽水百山祖国家公园为例

鉴于保护地调查评价历史与目标,国家公园地质考察评价基准是地质学关于地球的“时间、空间、演化”知识的发现路径,既识别国家公园候选地的国家符合性地质事件,又识别国家公园自然性、独特性、优美性、多样性、整体性的地质机制,提供国家公园最重要的自然生态系统与自然景观保育管理的地质学支撑。浙江丽水百山祖国家公园符合性的地质事件是公园发现的4.0~4.2 Ga冥古宙陆核物质的锆石晶体、中生代岛弧陆盆火山酸性火山岩系列和从流纹岩山岭到花岗岩—变质岩谷底的“峰—岭—丘—谷（盆）”的亚热带滨海山地地貌结构,地貌结构发育演化是百山祖公园最重要的自然生态系统、区域性流域水源地、独特山水景观的形成基础。保护百祖山公园地貌结构和过程的完整性与真实性是确保其重要自然生态系统自然演化和生态服务产品持续供给的基础。     

2010—2020年黄河下游河南典型灌区浅层地下水中砷和氟的演化特征及变化机制

黄河下游典型灌区河南段是豫北平原重要的农业种植区。该地区浅层水质整体较差,因常用于作物灌溉或家畜饮用,会对人体健康产生风险,因此对该地区地下水中砷与氟浓度变化特征和机制的研究将有助于提高对该地区地下水污染的认识水平。本文基于2010年和2020年在灌区范围内采集的327组浅层地下水样品,研究区内地下水砷和氟分布情况,并在此基础上对比研究十年间灌区浅层地下水中砷、氟的演化特征,探索分析砷与氟浓度及空间变化机制。研究结果表明：该地区浅层地下水中存在砷与氟超标问题,2020年浅层地下水中高砷（砷浓度大于10μg/L）和高氟（氟浓度大于1mg/L）的样品数量分别占总数的26.1%和26.06%。高砷水分布在太行山前洼地与黄河冲积平原等泥沙互层结构的沉积环境中,还原性较强,同时地下水径流不畅,较强的阳离子交换作用使得其所处环境中Ca²⁺浓度较高。近十年间砷浓度增加的水样占总数31.8%,砷浓度减少的水样占36.7%。砷浓度的增长（减少）是地下水还原性增强（减弱）使得锰氧化物溶解释放（吸附）导致。近十年间不同地区农业灌溉和水源置换等用水方式导致水位变化是引起砷浓度变化的潜在因素。高氟水主要分布在河南新乡与濮阳的黄河沿线,氟离子浓度受到沉积物中萤石等钙质矿物溶解影响,使得高氟地下水出现在低钙环境中。近十年间研究区中氟离子浓度减少的占总数60.2%,氟离子浓度增加的占32.1%,整体变化趋势向好,但是高氟区中氟离子浓度继续增加。氟浓度的变化同样受到Ca²⁺变化影响,在Ca²⁺浓度降低（升高）时氟浓度进一步升高（降低）。地下水中氟升高地区分布在黄河沿线,因此受到黄河水补给影响较大,地下水径流条件较好,阳离子交换作用减弱,使得Ca²⁺浓度降低,此时地下水中砷浓度受到环境影响而降低,因此研究区氟增加地区中砷与氟的分布和演化呈现反向关系。     

渤海湾盆地南堡凹陷南部深层沙一段优质碎屑岩储层特征及成因机制

利用岩芯、薄片、扫描电镜和分析化验等资料,对南堡凹陷南部深层古近系沙一段（沙河街组一段）优质碎屑岩储层特征进行了分析并揭示其成因机制。研究表明：①南堡凹陷南部沙一段优质碎屑岩储层属于低孔中渗储层,发育原生孔隙、次生孔隙和微裂缝;②沙一段沉积期处于强水动力沉积环境,辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体普遍发育,岩性主要为中粗砂岩、含砾砂岩和砂砾岩等粗岩性,岩石类型主要为岩屑长石砂岩,石英、岩浆岩岩屑等刚性组分含量高,储层在强压实作用下仍保留了局部原生残余粒间孔,部分刚性组分强压条件下形成微裂缝;③沙一段与东三段为区域不整合接触,大气水的酸性流体在成岩初期以及烃源岩成熟之后产生的有机酸在成岩后期通过油源断裂和不整合面进入储层,造成长石、易溶碎屑等组分溶蚀形成次生孔隙,溶蚀作用不仅增加孔隙空间,而且扩大喉道宽度。结论认为：粗岩性和高刚性颗粒含量为原生孔隙的保存提供了物质基础;油源断层、不整合面为酸性流体的进入提供路径,促进了次生孔隙发育。     

陇中盆地及周边地区主夷平面演化与高原隆升

陇中盆地及周边地区是青藏高原向北东方向扩展的最前缘部位,其地貌演化过程的研究对于深入理解高原的隆升与扩展过程具有重要意义。鉴于夷平面在探讨高原隆升年代、幅度和过程方面的可靠性,首先总结陇中盆地及周边地区夷平面相关研究的前期成果,并结合最新年代数据,确定了不同区域主夷平面的发育和解体年代;再利用古河道拟合等方法定量评估了相关夷平面的隆升量;最后探讨了主夷平面的性质及其隆升过程。研究发现,陇中盆地及周边的地区的高海拔低起伏地貌面是被抬高的先存夷平面;不同区域主夷平面的发育与解体时间整体同步,它们自晚渐新世开始发育,并于晚中新世8~6 Ma左右解体;模拟结果表明,美武高原主夷平面自晚中新世以来相对陇中盆地隆升了约1 400~1 600 m,并且早更新世以来的隆升速率明显大于晚中新世-早更新世时期。     

Unveiling buried aeolian landscapes: reconstructing a late Holocene dune environment using 3D ground-penetrating radar

Across the UK, sandy beaches and dunes protect coastal infrastructure from waves and extreme water levels during large-scale storms, while providing important habitats and recreational opportunities. Understanding their long-term evolution is vital in managing their condition in a changing climate. Recently, ground-penetrating radar (GPR) methods have grown in popularity in geomorphological applications, yielding centimetre-scale resolution images of near-surface stratigraphy and structure, thus allowing landscape evolution to be reconstructed. Additionally, abrupt changes in palaeo-environments can be visualized in three dimensions. Although often complemented by core data, GPR allows interpretations to be extended into areas with minimal ground-truth control. Nonetheless, GPR data interpretation can be non-intuitive and ambiguous, and radargrams may not initially resemble the expected subsurface geometry. Interpretation can be made yet more onerous when handling the large 3D data volumes that are facilitated with modern GPR technology. Here we describe the development of novel semi-automated GPR feature-extraction tools, based on ‘edge detection’ and ‘thresholding’ methods, which detect regions of increased GPR reflectivity which can be applied to aid in the reconstruction of a range Quaternary landscapes. Since reflectivity can be related to lithological and/or pore fluid changes, the 3D architecture of the palaeo-landscape can be reconstructed from the features extracted from a geophysical dataset. We present 500 MHz GPR data collected over a buried Holocene coastal dune system in North Wales, UK, now reclaimed for use as an airfield. Core data from the site, reaching a maximum depth 2 m, suggest rapid vertical changes from sand to silty-organic units, and GPR profiles suggest similar lateral complexity. By applying thresholding methods to GPR depth slices, these lateral complexities are effectively and automatically mapped. Furthermore, automatic extraction of the local reflection power yields a strong correlation with the depth variation of organic content, suggesting it is a cause of reflectivity contrast. GPR-interpolated analyses away from core control thus offer a powerful proxy for parameters derived from invasive core logging. The GPR data collected at Llanbedr airfield highlight a complex dune system to a depth of 2.8 m, probably deposited in several phases over ~700 years, similar to elsewhere in North Wales.     

安徽滁州和管店早白垩世高镁埃达克质侵入岩的成因:锆石U-Pb年代学和Sr-Nd-Hf同位素的制约

本文以华北陆块东部早白垩世滁州闪长玢岩和管店石英闪长岩为研究对象,报道了新的全岩地球化学（主量元素、微量元素以及Sr-Nd同位素）以及锆石U-Pb年代学和Hf同位素的综合研究结果,进而约束其岩石成因和构造意义。滁州闪长玢岩中锆石发育振荡环带,管店石英闪长岩中锆石具条痕状吸收的特点,它们均为岩浆成因。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,滁州和管店闪长质锆石年龄分别为128±1Ma和130±2Ma,表明二者均形成于早白垩世。地球化学特征显示,滁州和管店闪长质岩石具有类似的主量元素和微量元素组成,整体具中等的SiO₂含量（58.55%~60.12%）和富MgO（4.43%~5.10%,Mg^#=57~61）的特征,Na₂O/K₂O比值为1.20~1.47,属于高钾钙碱性系列岩石;富集轻稀土元素和大离子亲石元素（如Rb、Ba）,亏损重稀土元素和高场强元素（如Nb、Ta、Zr、Hf）,并具不同程度的Eu负异常（δEu=0.85~0.93）。它们具高的Sr（575×10^-6~1035×10^-6）和低的Y含量（10.2×10^-6~15.3×10^-6）以及高的Sr/Y比值（57~69）,属于埃达克质岩石。此外,滁州和管店闪长质岩石具有类似的Sr-Nd以及锆石Hf同位素的特征,滁州闪长玢岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值介于0.7061~0.7066之间,ε_Nd（t）值为-17.7~-16.9,锆石ε_Hf（t）值变化于-23.1~-19.1之间,而管店石英闪长岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始比值为0.7046~0.7059,ε_Nd（t）值为-18.7~-15.8,锆石ε_Hf（t）值为-25.6~-20.0。综合上述,滁州和管店闪长质岩石均属于高镁埃达克质岩石,起源于拆沉的加厚下地壳部分熔融的熔体与地幔橄榄岩反应的产物,形成于早白垩世华北东部陆块拆沉作用下的伸展背景。     

俄罗斯-蒙古地学断面地壳模型的地质-地球物理资料综合研究

地学断面是指地壳的垂直剖面,主要通过对地质和地球物理资料的综合分析来揭示构造带的性质及其空间关系。横断面的研究所采用的数据基本包括100 km宽区域地质图、上地壳的地质剖面图、重磁图(沿横断面的重磁剖面图)以及地壳的地震波速度、密度和其他地球物理属性的剖面图。这些数据被用于构建综合的数据剖面图(结果图),以展示各种地球动力学条件下(裂谷、海洋、碰撞带、造山盆地、大陆地台和岩浆弧,包括安第斯岛弧、活动大陆边缘、海沟、弧前和弧后盆地)的特定的岩石组构。本项目的研究目标是根据研究区现存的地质和地球物理数据的综合解释,统一图例,建立研究区深部剖面,以确定地体的空间关系及其在板块构造方面的地球动力学性质。 前人已分别对东西伯利亚南部和蒙古境内的多个地体进行了构造划分,并对它们的地球动力学性质和时空关系进行了分析。研究结果显示该系列地体为早古生代、中晚古生代和晚古生代—早中生代的岛弧和微大陆。此外,研究还识别出了中—晚古生代和晚古生代—早中生代安第斯型活动大陆边缘、晚古生代—早中生代被动大陆边缘和早白垩世裂谷。与岛弧和安第斯型活动大陆边缘相关的岩体被推覆至相邻大陆和微陆块上,部分推覆宽度可达150 km。目前已开展泥盆纪到晚侏罗世时期蒙古-鄂霍次克海地区的古地球动力学重建。 “非地槽”型花岗岩类岩浆作用在板块构造方面找到了直接且合理的解释,其中泥盆纪—石炭纪和二叠纪—三叠纪岩浆作用区域对应于安第斯型活动大陆边缘,中—晚侏罗世岩浆作用则与西伯利亚/蒙古-中国大陆板块碰撞有关。碰撞岩浆作用中亚碱性(地幔)元素的存在及其所在的构造区域在很大程度可以说明蒙古-鄂霍次克海闭合后,巨厚大陆岩石圈下曾经发生过持续的大洋裂谷活动(地幔热点)。在早白垩世时期,大陆裂谷活动影响到了同一时期正在发生的大陆汇聚作用。 西伯利亚南部边界大部分具有安第斯型活动大陆边缘性质,这也是蒙古—鄂霍次克缝合线沿线蛇绿岩数量较少的原因。因为当汇聚大陆一个具有安第斯类型的活动边缘,而另一个具有被动边缘时,前者的大陆地壳会最终逆冲到后者之上,并因此破坏掉先前出露的蛇绿杂岩体。部分被破坏的蛇绿岩块是俯冲带保留下来的海山残余,其可能成为增生-俯冲楔体的混沌复合体的一部分。然而,由于快速俯冲作用,这种楔形体在晚二叠世—早侏罗世的积累并不是西伯利亚活动边缘的典型特征。 沿地学断面综合的地质和地球物理资料分析表明,亚洲大陆是在显生宙时期由部分前寒武纪微陆块构造拼贴而成的。前寒武纪地块间存在不同宽度的已变形且剥蚀强烈的显生宙火山弧,它们也被归类为特定地体。     

两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水低频特征及低频水汽输送途径差异

利用1961年1月—2014年12月Hadley气候预测研究中心的全球海表温度(SST)资料,NECP/NCAR逐日风场、比湿等再分析资料,国家气象信息中心提供的中国753站逐日降水、160站逐月降水资料,对比分析了东部(EP)型和中部(CP)型两类El Niňo事件次年夏季长江-黄河流域降水(简记为EP型和CP型降水)低频特征,以及与之相关的低频水汽输送差异。结果表明,1)平均而言,EP型降水主要有10～20 d(最显著)以及20～30 d(次显著)低频周期;CP型降水主要有10～20 d的低频显著周期。与之相关的纬、经向水汽通量最显著低频周期也为10～20 d。2)影响EP、CP型低频降水共同的低频水汽环流系统主要有:菲律宾群岛附近的异常反气旋式水汽环流和渤海湾附近(日本东南侧)的异常气旋式(反气旋式)水汽环流。另外,影响EP(CP)型低频降水的还有来自巴尔喀什湖东北部异常气旋式水汽环流(孟加拉湾、苏门答腊岛以西的异常气旋式水汽环流对和贝加尔湖西、东两侧的异常气旋式、反气旋式环流)。3)EP型降水暖湿水汽主要源自南海,冷湿水汽主要源自西北太平洋,冷空气来自巴尔喀什湖东北部和贝加尔湖西北侧。CP型降水暖湿水汽少量来自阿拉伯海和印度洋,大量来自热带西太平洋,冷空气主要来自贝加尔湖西北侧。     

感热加热对华北及其周边对流活动的影响

利用2006～2017年风云气象卫星资料和气象再分析资料,对华北及周边5～8月对流活动和地面感热加热进行统计分析。分析表明,华北及周边白天平均感热加热和地形关系密切,内蒙古中部和东南部、华北北部和华北西部山区感热加热较强,最强感热加热出现在5月和6月,7月和8月明显减弱。和感热加热强度相对应,对流活动频率较高的月份同样出现在5月和6月,其中5月以弱对流为主,6月华北中北部强对流最活跃,另外,环渤海区域6～7月强对流相对频繁。5～8月日平均感热加热和对流频率趋势呈现一致的减弱对应关系。上午,感热加热引起河北西部和北部对流层低层出现辐合气流,700 hPa以下出现不同程度的增温,上升气流可达对流层中层,东侧的平原地区出现补偿下沉运动,升温和上升运动触发对流,在有利条件下发展东移。不同月份和区域对流频率日变化呈现明显差异,6月对流频率日变化显著,8月最弱,山区对流频率日变化显著,东部渤海及周边对流频率日变化较小。对流频率的月平均分布和日变化均表现出和地形相关的感热加热差异的特征。