Rock warming and drying under simulated intertidal conditions,part II: weathering and biological influences on evaporative cooling and near‐surface micro‐climatic conditions as an example of biogeomorphic ecosystem engineering

The way in which rocks and engineering materials heat‐up and dry‐out in the intertidal zone is of relevance to both weathering and ecology. These behaviours can be measured in the laboratory under controlled conditions designed to replicate those occurring in the field. Previous studies have demonstrated differences in thermal behaviours between rock types and through time as a result of soiling in terrestrial environments, but the influence of weathering and colonization on rock behaviours in the intertidal zone has not been previously assessed. We measured the warming and drying of blocks of rock (limestone and granite) and marine concrete during ‘low‐tide’ events simulated in the laboratory, before and after a period of exposure (eight months) on rock platforms in Cornwall, UK. As well as differences between the material types, temperatures of control (unexposed) and field‐exposed blocks differed in the order of 1 to 2 °C. Drying behaviours were also different after field exposure. Differences during the first few hours of exposure to air and heat were attributed to discolouration and albedo effects. Over longer periods of time, changes in the availability of near‐surface pore water as a result of micro‐scale bioerosion of limestone and the development of bio‐chemical crusts on marine concrete [observed using scanning electron microscopy (SEM)] are suggested as mechanisms enhancing and reducing, respectively, the efficiency of evaporative cooling. The retention of moisture by epilithic biofilms may also influence thermal and drying behaviours of granite. These observations represent one of the first examples of cross‐scalar biogeomorphic linkages in the intertidal zone. The significance of the results for the subsequent efficiency of weathering, and near‐surface micro‐climatic conditions experienced by colonizing organisms is discussed. The involvement of microorganisms in the creation of more (or less) ecologically stressful conditions through the alteration of substratum geomorphic properties and behaviours is suggested as an example of ‘biogeomorphic ecosystem engineering’. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄河中游岩土侵蚀问题及防治对策探讨

黄河中游出露地层岩性主要有古生界奥陶系碳酸盐岩、石炭系和二叠系碎屑岩;中生界三叠系砂泥岩、侏罗系砂泥岩和白垩系砂泥岩;新生界古近系砂泥岩、新近系(原为第三系)红土及第四系风积黄土和现代风积沙。第四系黄土厚度大,结构松散,遇水易解体,具湿陷性,是黄河中游粗泥砂的主要物源;第四系风积沙分布于黄河中游北部,亦是黄河中游粗泥砂的主要物源。岩土侵蚀类型有五:一是风力侵蚀—风沙侵蚀;二是降雨对谷坡面的面状冲刷—坡面侵蚀;三是地表径流对谷底的侧蚀—沟谷侵蚀;四是滑塌对谷坡坡体的破坏—重力侵蚀;五是潜蚀。并对不同侵蚀类型提出了不同的防治对策。     

孔隙流体对岩体变形局部化的影响及数值模拟研究

本文首先叙述了孔隙流体对固体变形局部化影响的若干研究进展,并利用三维连续体快速拉格朗日分析,模拟了孔隙压力对岩体变形局部化应变场(剪切带)的影响。数值模拟结果表明,孔隙压力对变形局部化应变场有较大影响,随着孔隙压力的增加剪切带趋于不明显,岩体试件倾向于发生拉伸破坏。      

全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估

碳酸盐岩风化吸收的大气CO₂主要以HCO₃ ^-形式连续地经由河流从大陆输送到海洋,成为陆地生态系统的重要碳汇。目前主要河流流域的碳酸盐岩风化碳汇估算存在不确定性,分布格局尚不清晰。基于GEMS-GLORI全球河流数据库提供的全球10万km ²以上主要河流流域多年平均监测数据,利用水化学径流法估算出全球主要河流流域碳酸盐岩对CO₂的吸收速率为0.43±0.15 Pg CO₂ yr ^-1,平均CO₂吸收通量为7.93±2.8 t km ^-2 yr ^-1。CO₂吸收通量在不同气候带下差异显著,热带和暖温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域年吸收速率的62.95%。冷温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域的33.05%,仅次于热带地区。本文划分出全球CO₂吸收通量的9个关键带,关键带的交汇处CO₂吸收通量较高。喀斯特出露流域碳酸盐岩对CO₂吸收通量的均值为8.50 t km ^-2 yr ^-1,约为非喀斯特流域的3倍。全球喀斯特出露流域碳酸盐岩风化碳汇在全球碳循环、水循环及碳收支平衡估算研究方面占据重要地位。     

岩石锚杆基础抗拔承载力计算方法探究

岩石锚杆基础作为架空输电线路塔基中的一种特殊基础型式,可以充分发挥原状岩体的力学性能,具有良好的抗拔性能。根据目前岩石锚杆基础原型试验的结果,《架空送电线路基础设计技术规定》中所推荐的单锚基础抗拔承载力计算模型中,理想45?破坏模式与实际不符,按其设计计算值偏差较大,可能导致设计成果不安全。为此,依据极限平衡原理基于围岩强度建立了较为合理的抗拔承载力计算模型,力学推导得出了相关公式,并进行了简化。通过推导公式计算值与实测值、设计值对比验证可知,抗拔承载力极限值位于 ～ 区间内,与推荐公式 的计算值一致性较好,能满足工程应用精度,具有可行性。     

东昆仑东段三叠纪岩浆岩Nd–Hf同位素组分特征、物源演变规律及其构造背景

作为中央造山系西段的重要组成部分,东昆仑造山带以大面积区域性展布的三叠纪岩浆岩为鲜明特色。依据收集的东昆仑东段三叠纪岩浆岩96件锆石U–Pb年代学数据,限定三叠纪岩浆作用时间为252～212 Ma。结合岩石组合,将其进一步划分为早（252～238 Ma）、中（238～226 Ma）、晚（226～212 Ma）3期,其中岩浆活动峰值为早期（252～238 Ma）。Nd同位素数据（106件）统计结果表明：东昆仑东段三叠纪岩浆岩εNd(t)值为–9.4～–1.7,大多为–6.5～–3.0;Nd模式年龄TDM(Nd)为0.72～1.88 Ga,大多为1.00～1.80 Ga。Hf同位素数据（全岩、锆石;41件）统计结果表明：东昆仑东段三叠纪岩浆岩εHf(t)值变化较大（–8.4～+12.4）,主要为–4.5～+2.0;地壳模式年龄TDMC(Hf)值为0.49～ 1.80 Ga,大多为1.15～1.55 Ga。整体而言,三叠纪岩浆岩物源以中元古代壳源物质的再造为主,新生地壳（＜1.0 Ga）和古元古代地壳有所参与,但比例小。从岩浆活动早期（252～238 Ma）到中期（238～226 Ma）再到晚期（226～212 Ma）,εNd(t)值在岩浆活动早期（特别是在早三叠世）较高,正的εHf(t)值占据很大比例,物源中存在较多的新生物质;中期以较低的εNd(t)值和负的εHf(t)值为主,Hf模式年龄显示出现古元古代物质;晚期Nd–Hf模式年龄揭示较古老的壳源组分增多。这种岩浆岩物源演变趋势,与东昆仑东段三叠纪具俯冲到同碰撞再到碰撞后的构造演化背景一致。     

基于DGT和化学提取法研究浙西北地质高背景区土壤镉生物有效性

地质高背景区相较于人类活动引起的土壤镉污染影响范围更广,在区域尺度上对生态系统和人类健康构成危害。土壤镉生物有效性是决定其生物可利用性、生物毒性的关键因素,因此探寻可行的土壤镉生物有效性评价方法对污染农用地安全利用和风险管控具有重要的理论和实际意义。DGT技术、单一提取法、连续提取法和土壤溶液法常用于测定土壤有效镉,但已有研究成果主要基于同种土地利用类型土壤的室内盆栽实验,难以代表自然污染土壤中的复杂情况。为探明各土壤重金属有效态提取技术对地质高背景区不同土地利用类型土壤Cd生物有效性评估效果,本文以浙江西北部土壤Cd高地质背景区水田土壤-水稻籽实和旱地土壤-小白菜样品为研究对象,实验应用DGT技术、单一提取法（0.01mol/L氯化钙提取）、连续提取法（七步连续提取）和土壤溶液法评价土壤中镉生物有效性。结果显示：①研究区水田和旱地土壤Cd平均含量分别为1.07mg/kg和0.73mg/kg,显著高于浙江和全国土壤平均水平,Cd的异常富集主要与浙西北地区广泛分布的黑色岩系有关。②相较于碳酸盐岩区,黑色岩系区土壤中Cd的生物有效组分占比较高,水田和旱地土壤Cd的活动系数（MF）高达59.9%和51.8%,Cd易在土壤-作物系统中发生迁移富集;③植物体内镉含量Cd-P与不同方法测定的有效镉含量均呈显著正相关,但Cd-P与DGT技术测定的有效镉含量相关性优于其他三种方法,水田土壤测得的有效Cd与水稻籽实相关关系：$ {{C}}_{\text{soln}} $>CDGT>$ {{C}}_{{\text{CaCl}}_{\text{2}}} $>$ {{C}}_{{\text{F}}_{\text{1}}\text{+}{\text{F}}_{\text{2}}\text{+}{\text{F}}_{\text{3}}} $,旱地土壤测得的有效Cd与小白菜相关关系：CDGT >$ {{C}}_{{\text{CaCl}}_{\text{2}}} $>$ {{C}}_{{\text{F}}_{\text{1}}\text{+}{\text{F}}_{\text{2}}\text{+}{\text{F}}_{\text{3}}} $>$ {{C}}_{\text{soln}} $。综合比较不同土壤有效Cd测定方法的优缺点,DGT技术可以模拟植物体对Cd的动态吸收过程,更能准确地反映土壤Cd生物有效性,预测作物Cd含量水平,这与已有研究成果一致。此外,本文研究成果表明DGT技术评价土壤Cd生物有效性,不仅适用于人为污染区,也可应用于地质高背景区。     

Heterogenous zircons from Mesozoic igneous rocks in the North China Craton and their tectonic implications

Based on a synthesis of zircon inheritance from Mesozoic igneous rocks in the eastern portion of the North China Craton （NCC） , it is proposed that inherited zircons with Neoproterozoie ages identified from these rocks are of a heterogenous derivation from the Yangtze/South China block, rather than from the NCC itself. The mechanism that introduces these zircons incorporated into the NCC is likely by tectonic underplating during the Triassic continental subduction of the Yangtze block beneath the NCC. Tectonic addition of abundant crustal materials represented by the heterogenous zircons into the NCC, probably along Moho or weak interfaces within the NCC＇s crust, led to the crustal thickening in the NCC. These heterogenous materials, either as （partial） source rocks or as contaminants of the magmas generated during an extension environment following the crustal thickening, were reworked and therefore have significant contribution to petrogenesis of the Mesozoic igneous rocks. The crustal thickening resulted from the tectonic underplating, as indicated by the distribution extent of the heterogenous zircons, is spatially similar to that of the lithospheric thinning, with both mainly occurring in the eastern segment of the NCC. This is probably suggestive of an intrinsic relation between the thickening and thinning events during the Mesozoic evolution of the NCC.     

改进BP神经网络在岩质边坡稳定性分析中的应用

使用MATLAB软件中的NNtool工具箱建立了一个通过添加动量改进的BP神经网络模型,用以分析岩质边坡的稳定性。通过对天津某工程的边坡进行分析来检验这个模型的可靠度。根据现场调查的实际情况分析,该边坡岩体比较破碎,因此文中选择了几个有代表性的岩石完整性参数作为输入层参数,通过收集的一些类似边坡的参数对所建立的神经网络模型进行训练,以保证此模型适合被用来分析该工程。结果证明,所建立的模型是可靠的,此种方法在分析岩质边坡稳定性的的实践中具有广泛的使用性。     

下扬子区二叠系烃源岩评价与生源环境

基于下扬子区海域-陆域钻井岩心和露头岩样, 通过有机岩石学和有机地球化学方法, 应用有效指标参数, 从不同维度综合分析下扬子区上二叠统大隆组、龙潭组和下二叠统孤峰组、栖霞组4套烃源岩在纵向及平面上的有机地球化学特征、生烃潜力和生源环境。根据测试数据及前人研究资料, 栖霞组和大隆组烃源岩的有机质丰度为中等-好级别, 龙潭组烃源岩的有机质丰度为一般-中等级别, 孤峰组烃源岩有机质丰度达到很好级别。下二叠统烃源岩有机质丰度在平面展布上表现出海域优于陆域的特点, 上二叠统则反之。根据干酪根碳同位素特征, 栖霞组烃源岩有机质类型最好, 为Ⅰ~Ⅱ型; 其他3套烃源岩均为Ⅱ~Ⅲ型母质类型。4套烃源岩成熟度参数镜质体反射率主频分布范围为1.3%~2.0%, 均达到高热演化阶段, 在平面展布上表现出明显的非均一性。二叠系4套烃源岩生物来源以低等水生生物为主, 有机质均在贫氧的弱还原-弱氧化条件下保存, 其中大隆组沉积的水体动荡频繁和生物变化较明显。综合认为, 下扬子区二叠系烃源岩有机质丰度高, 类型较好, 具有形成大型油气田的良好物质基础, 尤其是以往被忽略的孤峰组烃源岩评价等级被提高, 是一套潜在的优质烃源岩, 其对该区进一步的油气勘探具有重要的指导意义。