Seepage and consolidation of bentonite saturated with pure- or salt-water by the method of unified molecular dynamics and homogenization analysis

Bentonite clay is a micro-inhomogeneous material, which consists of clay minerals (mainly montmorillonite), macro-grains (mainly quartz), water, air and others. Properties of the saturated bentonite clay are essentially characterized by the montmorillonite and water (i.e. montmorillonite hydrate). We analyze the molecular behavior of sodium montmorillonite hydrate Na_1/3Al₂[Si_11/3Al_1/3]O₁₀(OH)₂·nH₂O by applying a molecular dynamics (MD) simulation method. And by using the MD results we calculate the swelling property of the montmorillonite hydrate, and compare with an experimental result. Next, by using the same MD procedure we treat a montmorillonite mineral with a large number of external water molecules to check the properties of the water. Here we treat pure- and salt-water. Then we calculate the diffusivity and viscosity of water molecules and Na⁺ and Cl⁻ ions.

For extending the microscopic characteristics of constituent materials to a macroscopic seepage behavior of the micro-inhomogeneous material we apply a homogenization analysis (HA). That is, starting with the Navier–Stokes equation with distributed viscosity that is calculated by the former MD procedure we determine macroscopic permeability characteristics of bentonite for both cases of pure- and salt-water. Then, by using the permeability property we calculate long-term consolidation behavior of buffering clay, which is planed to be used for high-level radioactive waste (HLRW) management. Here the deformation is treated under the well-defined Cam clay model.     

长乐-南澳韧性剪切带走滑特征探讨

长乐-南澳韧性剪切带可能是在碰撞造山缝合带基础上发育的,其走滑特性严格受闽台微大陆与闽浙中生代火山弧碰撞过程中碰撞动力学的制约。岩石韧性组构和糜棱岩变形的微构造研究表明,碰撞前期走滑为左行。在早垩世晚期(100-120Ma)的主碰撞期和以伸展作用为主的碰撞后期,该带以右行为主,这种右行走滑一直持续至今。发育韧性剪切带的闽台微大陆(或称平潭-东山带)原始位置可能比现今更靠南,这是属于几百公里的漂移位移而不是剪切位移。     

基于EMD的山东省GDP增长与耕地变化的关系

本文首次用EMD方法,对山东省的经济增长与耕地面积变化关系进行比较分析,试图找出两者的互动关系,以期对山东省的耕地资源保护有所借鉴。研究结果表明:山东省GDP增长的波动周期为13年、23年、37年和55年;山东省耕地变化的周期为9年、13年、37年和55年。这充分证明了GDP增长的波动对山东省耕地周期性变化的驱动作用。到2015年前后,山东省经济增长的耕地代价性损失将大大减少,耕地数量将维持在一个相对稳定的水平,经济增长和耕地数量减少进入一个良性的发展阶段。最后,本文首次尝试建立有周期的动力学模型,对山东省未来20年的耕地面积变化进行了预测。     

木星大气探测综述

我国计划在2030年发射木星探测飞船,相关工程技术、科学目标论证的前期准备工作已经开始。为了更好地规划我国木星探测的科学目标,我们在本文系统地总结了美欧在过去几十年所进行的历次木星探测项目及其大气探测成果。到目前为止,已成功发射的有关木星的探测飞船共有9次,其中7次为飞越探测（飞船在飞越木星时顺带进行了木星的探测）,另外2次为专门探测（专门为了探测木星而发射的飞船）,分别为伽利略号和朱诺号飞船。这些飞船携带了大量的探测仪器,对木星大气的动力、物理和化学性质,磁层、电离层和内部结构等进行了综合探测。我们在本文中将主要集中在木星大气探测方面,对7次飞越探测做简要的介绍,对两次专门的探测进行详细介绍,并对一部分尚未解决的科学问题进行简单讨论。     

川西坳陷东坡沙溪庙组气藏成藏演化模式

川西坳陷东坡气藏主力产层为沙溪庙组,其圈闭类型以构造-岩性圈闭为主,多为致密砂岩储层,但断层发育,有效改善了储层物性,断砂匹配样式与构造演化对油气成藏过程有重要影响。基于前人已有的认识,通过沙溪庙组气藏成藏动力演化、气水分布特征及生烃期次分析,结合构造演化、成藏幕次等研究,认为沙溪庙组天然气成藏受构造古隆起、断砂配置、储层物性、构造演化影响,形成了“构造控向、断砂控运、储层控藏、演化控调”的成藏演化模式,同中存异,高庙子地区古构造的控制作用更为明显,而中江地区岩性控制作用占主导。沙溪庙组气藏间歇性充注具“燕山期三幕成藏,喜山期调整改造”的成藏特征,多期构造演化和较强的储层非均质性影响了含气饱和度,导致沙溪庙组气藏分布、气藏产能差异大。     

南秦岭杨家坝多金属矿区中的碳酸岩岩相学及成矿地球化学

秦岭造山带是我国重要的成矿区带之一。研究发现,南秦岭杨家坝多金属矿区中元古界碧口群火山沉积岩系中原以为所夹的“白云岩”在产状上具侵入接触关系,并且从岩相学、元素和同位素地球化学分析论证,确认其为源自地幔的碳酸岩;岩石总体表现为明显富集轻稀土、大离子亲石元素,尤以Sr、Ba相对富集,而过渡元素,尤以Ti、Cr、Ni相对亏损,高场强元素则表现为矿化蚀变较之弱蚀变和无蚀变相对富集,这与岩相学研究伴随硅化和硫化物蚀变而发育多金属矿化,以及同位素系列研究表现强烈相似于EMⅡ型富集地幔背景,并具碳酸岩与碳酸盐岩的过渡特征形成呼应,暗示矿区碳酸岩及相关矿化的形成,可能与秦岭造山带从中元古代到中新生代发生同生成矿,或构造体制转换并伴随后造山期强烈陆内造山作用导致的壳幔叠加改造密切相关,是重大深部地质事件的标志。碳酸岩的发现和确认,为论证本区深部地质地球化学动力学事件和过程,以及壳幔混染对成矿的贡献提供了新的岩石学证据。     

华南加里东期金矿床的基本特征

文章分析了安徽月山矿田夕卡岩型矿床形成过程中水岩作用的类型和特征。估算和讨论了水岩作用过程中的质量－体积变化和动力学问题。结论认为：水岩作用对流体成矿系统中夕卡岩和蚀变矿化作用的发生、发展，成矿流体的形成，成矿物质的富集，矿床定位等具有重要意义；水岩作用的水岩比值（W／R）小于0．1；夕卡岩和矿化蚀变分带是开放体系一系列溶解沉淀波反应前锋发生水岩反应后矿物和元素组合的时空分离的结果。     

计算断层自发破裂过程的离散网格划分研究

离散化网格的空间步长选取在各种数值算法中都是一个很受关注的问题,在全空间均匀介质模型和简单离散化方案下,利用边界积分方程方法研究在自发破裂求解过程中动力学参数组合Dc和Te (Dc为临界滑动弱化位移,Te为有效的断层破裂面上的初始应力)对计算网格划分的影响,初步得到了Dc和Te参数空间中的有效计算网格的选取规律,对合理、有效地运用边界积分方程方法计算地震震源的破裂过程具有重要的指导意义.      

Review of the Study of Nonlinear Atmospheric Dynamics in China （1999-2002）

Researches on nonlinear atmospheric dynamics in China (1999-2002) are briefly surveyed. This review includes the major achievements in the following branches of nonlinear dynamics: nonlinear stability theory,nonlinear blocking dynamics, 3D spiral structure in the atmosphere, traveling wave solution of the nonlinear evolution equation, numerical predictability in a chaotic system, and global analysis of climate dynamics.Some applications of nonlinear methods such as hierarchy structure of climate and scaling invariance, the spatial-temporal series predictive method, the nonlinear inverse problem, and a new difference scheme with multi-time levels are also introduced.     

Contributions of Fuqing ZHANG to Predictability,Data Assimilation,and Dynamics of High Impact Weather: A Tribute

This article reviews Fuqing ZHANG’s contributions to mesoscale atmospheric science,from research to mentoring to academic service,over his 20-year career.His fundamental scientific contributions on predictability,data assimilation,and dynamics of high impact weather,especially gravity waves and tropical cyclones,are highlighted.His extremely generous efforts to efficiently transmit to the community new scientific knowledge and ideas through mentoring,interacting,workshop organizing,and reviewing are summarized.Special appreciation is given to his tremendous contributions to the development of mesoscale meteorology in China and the education of Chinese graduate students and young scientists.