Multi‐method virtual electromagnetic experiments for developing suitable monitoring designs: A fictitious CO2 sequestration scenario in Northern Germany

We present a numerical study for 3D time‐lapse electromagnetic monitoring of a fictitious CO₂ sequestration using the geometry of a real geological site and a suite of suitable electromagnetic methods with different source/receiver configurations and different sensitivity patterns. All available geological information is processed and directly implemented into the computational domain, which is discretized by unstructured tetrahedral grids. We thus demonstrate the performance capability of our numerical simulation techniques. The scenario considers a CO₂ injection in approximately 1100 m depth. The expected changes in conductivity were inferred from preceding laboratory measurements. A resistive anomaly is caused within the conductive brines of the undisturbed reservoir horizon. The resistive nature of the anomaly is enhanced by the CO₂ dissolution regime, which prevails in the high‐salinity environment. Due to the physicochemical properties of CO₂, the affected portion of the subsurface is laterally widespread but very thin. We combine controlled‐source electromagnetics, borehole transient electromagnetics, and the direct‐current resistivity method to perform a virtual experiment with the aim of scrutinizing a set of source/receiver configurations with respect to coverage, resolution, and detectability of the anomalous CO₂ plume prior to the field survey. Our simulation studies are carried out using the 3D codes developed in our working group. They are all based on linear and higher order Lagrange and Nédélec finite‐element formulations on unstructured grids, providing the necessary flexibility with respect to the complex real‐world geometry. We provide different strategies for addressing the accuracy of numerical simulations in the case of arbitrary structures. The presented computations demonstrate the expected great advantage of positioning transmitters or receivers close to the target. For direct‐current geoelectrics, 50% change in electric potential may be detected even at the Earth's surface. Monitoring with inductive methods is also promising. For a well‐positioned surface transmitter, more than 10% difference in the vertical electric field is predicted for a receiver located 200 m above the target. Our borehole transient electromagnetics results demonstrate that traditional transient electromagnetics with a vertical magnetic dipole source is not well suited for monitoring a thin horizontal resistive target. This is due to the mainly horizontal current system, which is induced by a vertical magnetic dipole.     

SRES A2 情景下中国区域性高温热浪事件变化特征

随全球变暖,应对高温热浪事件是未来现代化城市面临的难题之一。本文利用全球模式-HadAM3p提供的3组不同边界场和初始场驱动区域气候模式系统PRECIS的输出结果,模拟未来情景下中国区域性高温热浪事件发生频率、强度及持续时间的变化趋势。结果表明：全球PRECIS对基准时段（1961-1990年）的高温热浪事件的发生的频率、强度和持续时间及对应的大气环流特征具有较强的模拟能力。相对于基准时段,未来情景下未来时段（2071-2100年）中国各地区的高温热浪的强度增加,发生频率增幅超过了100 %,且持续时间增加30 %以上。此外,观测资料和模拟结果均表明武汉和哈尔滨地区的高温热浪与500 hPa高度场的正距平密切相关。而未来情景下,武汉和哈尔滨地区500 hPa高度场的正距平呈增加趋势,表明这些地区未来可能面临危害更严重的高温热浪事件。     

深水源—汇系统对多尺度气候变化的过程响应与反馈机制

源—汇系统对多尺度气候变化的响应与反馈是当前深水沉积学研究的前缘和新动向.通过梳理外陆架—深水盆地沉积物搬运分散系统(深水源—汇系统)对从构造尺度到人类尺度气候变化的过程响应,揭示了两种(迟滞和瞬态)深水源—汇系统的过程响应与反馈机制.迟滞响应深水源—汇系统的过渡区较宽、响应尺度较大(Teq≥104年),有利形成条件为...     

二价铁氧化对铁锰循环功能微生物活性的影响及机制

地质微生物是沉积环境中铁、锰氧化还原循环的主要驱动因子,铁锰共存环境中二价铁氧化对不同铁、锰循环功能微生物活性的影响差异和机制尚不清楚.以铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1、铁氧化菌Pseudogulbenkiania sp.strain 2002、锰氧化菌Pseudomonas putida...     

从高铝粉煤灰中提取非晶态SiO2的实验研究

为了有效提高高铝粉煤灰的Al/Si比,为提取氧化铝奠定基础,研究了用NaOH从高铝粉煤灰中提取非晶态SiO2的最佳工艺条件,并对提硅反应的机理进行了探讨。首先根据高铝粉煤灰的化学与物相组成特点,确立了利用NaOH提取非晶态SiO2的基本技术路线;然后用正交实验法确定了提硅的最佳条件:NaOH的浓度25%,灰碱质量比1∶0.5,反应温度95℃,反应时间4 h。经最佳条件反应之后,SiO2的提取率达到了41.8%,灰中Al2O3的含量由48.5%增加到了57.38%,Al2O3/SiO2质量比由1.29提高到了2.39。     

赣杭构造带中段岩石圈电性结构研究

赣杭构造带（简称赣杭带）位于扬子板块和华夏板块的结合部,是中国重要的铀多金属矿成矿带,发育一系列中酸性火山—侵入杂岩;前人对岩浆喷发和侵入的地球动力学背景仍然存在诸多争议。文章对赣杭带中段（盛源盆地）及邻区收集的大地电磁测深（MT）数据,利用MT相位张量分解技术、二维非线性共轭梯度法（NLCG）等技术手段进行处理和反演获得到了研究区可靠的岩石圈电性结构。结合已有资料分析表明：赣杭带中段浅部火山—侵入杂岩带存在东南方向下倾的高导带和深部软流圈高导区且相连,揭示了该地区中酸性岩浆活动受区域江绍深断裂控制,在晚中生代岩石圈伸展作用下沿着区域深断裂上升侵入和喷发形成火山—侵入杂岩;该岩浆活动处在伸展构造环境与同期Izanagi板块俯冲后撤有关。     

鄂西宜昌斜坡带五峰组—龙马溪组页岩优势岩相及其生气潜力

【研究目的】不同页岩岩相的矿物组分、含气性和可压性等的差异,决定不同岩相的开发潜力不同,页岩岩相的划分及评价对找寻页岩气勘探开发甜点具有重要指导意义。【研究方法】基于钻井、岩心和分析测试资料,综合利用地质理论结合硅质矿物-黏土矿物-碳酸盐矿物含量三端元图解,对鄂西宜昌斜坡带上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组下段含气页岩岩相进行划分,结合有机碳含量、含气量、岩心镜下特征等划分优势岩相。优选有机质丰度、硅质矿物含量、黏土矿物含量3项指标与页岩含气量进行相关性分析,建立了五峰组—龙马溪组含气页岩优势岩相的分级标准。【研究结果】研究区优势岩相均为II类优势岩相,II₁类（最优）优势岩相为S-2混合硅质页岩相和S-3含黏土硅质页岩相,位于龙马溪组一亚段和五峰组上段,厚6 m;II₂类（次优）优势岩相为S硅质页岩相,位于五峰组下段,厚4 m。【结论】宜昌斜坡带和涪陵地区具有相似的岩相垂向演化序列,优势岩相均位于五峰组—龙马溪组一亚段,但同一岩相组合的页岩厚度和品质差异较大,发生在鲁丹阶早期的湘鄂西水下隆起和鲁丹阶晚期的水下隆起是造成宜昌地区优势岩相的厚度和品质均要差于涪陵地区的主要原因。创新点：建立五峰组—龙马溪组含气页岩优势岩相的分级标准,提出龙马溪组一亚段和五峰组是优势岩相发育层位。     

基于星载激光雷达ICESat-2的雪深监测方法研究

目前,被动微波数据是积雪深度反演的主要数据源,受其较粗空间分辨率的影响,反演雪深存在较大的不确定性。激光雷达由于其较高的测高精度,在雪深监测方面具有一定的潜力,基于星载激光雷达ICESat-2数据对北疆地区2018年10月至2019年9月积雪季的雪深进行了提取。由于很难获取ICESat-2轨迹点的雪深观测资料,因此首先利用地面雪深观测数据对目前流行的被动微波雪深反演产品进行验证,获取精度可靠的雪深产品并与发展的ICESat-2监测雪深数据产品进行对比。结果表明：AMSR2雪深产品在北疆地区误差较大,整体存在高估现象,中国雪深长时间序列雪深产品精度相对可靠,以作为对比ICESat-2模拟雪深的参考数据;ICESat-2雪深与中国雪深长时间序列雪深产品在空间上以及变化趋势方面吻合度较高,但ICESat-2雪深变化更加连续,说明ICESat-2激光雷达数据不但可以提取区域积雪的深度,对积雪深度的空间变化也比被动微波数据更加敏感,可以获取更加详细的积雪深度空间变化细节,为精细化的积雪深度空间分布提供数据支撑。     

柱撑蛭石吸附去除废水中重金属离子的实验研究

分别利用有机柱化剂十二烷基磺酸钠(SDS)和无机柱化剂聚羟基铝(HA)对蛭石进行柱撑制得十二烷基磺酸钠柱撑蛭石(SDS-V erm icu lite)和聚羟基铝柱撑蛭石(HA-V erm icu lite),并通过XRD、红外光谱、ZETA电位等表征手段对柱撑蛭石进行表征,同时针对柱撑蛭石对Cu2 ,Cd2 ,C r3 3种重金属离子的吸附进行研究,结果表明:吸附去除率受反应时间、重金属离子的初始浓度、pH值等因素的影响,经柱撑后的蛭石对重金属离子吸附的吸附性能比蛭石原矿要强。柱撑蛭石吸附3种重金属离子的动力学吸附过程可用E lov icb方程和双常数方程进行较好的拟合。     

敞开酸溶和偏硼酸锂碱熔ICP-MS法测定多金属矿中的稀土元素及铌钽锆铪

用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定地质样品中的稀土及难熔元素,混合酸敞开酸溶法和碱熔融法是两种主要的溶样方法。但地质样品组分复杂,元素之间存在相互共生的现象,对于特殊元素、特殊样品用传统酸溶法会造成部分元素消解不完全,使测定结果不准确;而碱熔法的操作过程繁琐,且溶液盐度高,易产生基体干扰和堵塞仪器进样系统。本文改进了传统四酸和五酸体系,采用氢氟酸-硝酸-硫酸敞开酸溶体系,用国家一级标准物质制作标准曲线测定15种稀土元素,方法准确度(ΔlgC)为0.001～0.027。同时改进了偏硼酸锂碱熔法,样品用偏硼酸锂碱熔提取,加入氢氧化钠调节溶液至碱性条件,所测元素与偏硼酸锂共沉淀后过滤分离熔剂,再用硝酸复溶测定15种稀土元素及铌钽锆铪。两种溶样方法的测定值与认定值的相对误差为1.09%～9.30%。将混合酸敞开酸溶法测定稀土元素、偏硼酸锂碱熔法测定铌钽锆铪的结果与其他实验室密闭酸溶法相比,两组数据的相对偏差为0.13%～15.32%。本实验表明,混合酸敞开酸溶法适用于测定地质样品中的稀土元素,偏硼酸锂碱熔法不仅适用于测定地质样品中的稀土元素及铌钽锆铪,也适用于测定如古老高压变质岩石及铝含量高的样品中的铌钽锆铪。