Assessing the impact of the hydraulic properties of a crusted soil on overland flow modelling at the field scale

Soil surface crusts are widely reported to favour Hortonian runoff, but are not explicitly represented in most rainfall‐runoff models. The aim of this paper is to assess the impact of soil surface crusts on infiltration and runoff modelling at two spatial scales, i.e. the local scale and the plot scale. At the local scale, two separate single ring infiltration experiments are undertaken. The first is performed on the undisturbed soil, whereas the second is done after removal of the soil surface crust. The HYDRUS 2D two‐dimensional vertical infiltration model is then used in an inverse modelling approach, first to estimate the soil hydraulic properties of the crust and the subsoil, and then the effective hydraulic properties of the soil represented as a single uniform layer. The results show that the crust hydraulic conductivity is 10 times lower than that of the subsoil, thus illustrating the limiting role the crust has on infiltration. Moving up to the plot scale, a rainfall‐runoff model coupling the Richards equation to a transfer function is used to simulate Hortonian overland flow hydrographs. The previously calculated hydraulic properties are used, and a comparison is undertaken between a single‐layer and a double‐layer representation of the crusted soil. The results of the rainfall‐runoff model show that the soil hydraulic properties calculated at the local scale give acceptable results when used to model runoff at the plot scale directly, without any numerical calibration. Also, at the plot scale, no clear improvement of the results can be seen when using a double‐layer representation of the soil in comparison with a single homogeneous layer. This is due to the hydrological characteristics of Hortonian runoff, which is triggered by a rainfall intensity exceeding the saturated hydraulic conductivity of the soil surface. Consequently, the rainfall‐runoff model is more sensitive to rainfall than to the subsoil's hydrodynamic properties. Therefore, the use of a double‐layer soil model to represent runoff on a crusted soil does not seem necessary, as the increase of precision in the soil discretization is not justified by a better performance of the model. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

渤海湾周缘高温地热异常特征及深部热结构分析

渤海湾周缘高温地热异常区是华北重要的地热资源区,研究其浅层高温地热异常及深层高温地热结构,是解决中国东部高温地热勘查开发瓶颈的重要基础,对加快构建东部现代能源体系、推进“双碳”目标进程具有重要的科学意义。利用最新的中国大陆岩石圈速度模型USTClitho2.0和航磁资料,在大地热流资料约束下,本文计算了渤海湾周缘浅层与深层高温热结构,结果表明:该区居里面平均深度20.8km,居里温度420℃,中、上地壳高温热结构与居里面起伏形态密切相关。上地壳生热率随深度增大而递减,反映了放射性生热元素向上迁移、在浅层富集的垂向分异特征。Moho面温度在600～800℃之间,岩石圈底界面1300℃等温面深度在66.3～97.5 km之间,平均值为76.8 km。依据USTClitho2.0模型Vp、Vs速度结构,本文修正了前人的地壳分层结构及上地壳生热率,计算了研究区内全部91个大地热流点的壳幔热流比,结果表明:Qc/Q=56.4%、Qm/Q=43.6%, Qc/Q>Qm/Q,显示该区为“热壳”结构。前人认为此区是“冷壳热幔”型热结构,本文的计算结果修正了前人的认识,指出上地壳层热流在地表总热流...     

东昆仑拉陵高里河沟脑地区晚三叠世花岗闪长斑岩年代学、岩石地球化学及Hf同位素特征

本文对东昆仑拉陵高里河沟脑花岗闪长斑岩开展详细的全岩地球化学、LA- ICP- MS锆石U- Pb年代学、锆石Hf同位素研究,确定其形成时代,并探讨其岩石成因及成岩构造背景。结果显示,花岗闪长斑岩LA- ICP- MS锆石U- Pb年龄为231. 1±1. 2 Ma,指示其侵位于晚三叠世早期。全岩K2O/Na2O值为0. 69～0. 71,Mg#值为40. 5～41. 6,里特曼指数σ为1. 90～2. 09,A/CNK=1. 01～1. 03,属弱过铝质中—高钾钙碱性岩石系列。岩石的轻重稀土元素分异明显,(La/Yb)N值为19. 54～25. 52,具弱负Eu异常（δEu为0. 96～0. 97）,富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Th,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等,具有高的Sr含量(606. 0×10-6～647. 9×10-6)和Sr/Y值(60. 38～62. 99),较低的Y(9. 62×10-6～10. 66×10-6)和Yb(0. 86-6～0. 92×10-6)含量,显示Adakite（高锶低钇中酸性岩）的地球化学特征。锆石Hf同位素εHf(t)值介于-6. 93~-2. 94,地壳模式年龄（TDM2）范围为1. 45~1. 70 Ga。综合分析表明,拉陵高里河沟脑花岗闪长斑岩形成于东昆仑洋壳俯冲末期至局部碰撞的转换阶段,岩浆源于高压条件下的加厚下地壳部分熔融。     

锆石Ce 氧逸度计和早期地球的氧化还原状态

氧逸度可以用于定量描述一个体系的氧化还原状态,是地球科学非常重要的一个热力学指标。早期地球的氧逸度及其变化趋势的重建,对大气圈、水圈、生物圈乃至整个地球的起源和演化具有重要的科学意义,也是地球科学长期探索的重要目标。锆石提供了地球上已发现的最古老天然样品,几乎是目前研究早期(冥古宙)地球的唯一可靠对象。近年来的研究发现,锆石中Ce的含量对其母岩浆体系的氧逸度很敏感,并由此发展出了锆石的Ce氧逸度计。这一技术对认识早期地球的氧化还原状态十分关键。文章对锆石Ce氧逸度计进行了简单介绍,进而对早期地壳和地幔的氧化还原状态进行了综合评述。在此基础上,对早期地球几个重要圈层(大气圈、大陆地壳和上地幔)氧逸度的演化及相互间的耦合关系进行了讨论。     

热力学计算模拟对初始月幔结构的约束SCIEI北大核心CSCD

月球岩浆洋结晶形成的初始月球内部结构是其后续演化过程的开端,其结晶过程受月球岩浆洋的初始深度和物质组成这两个参数的制约。由于缺少直接来自月球深部的岩石样品,目前关于月球岩浆洋演化过程的探讨主要依赖实验和计算模拟手段。岩浆洋模型中形成的月壳厚度是否与探测结果一致是月球岩浆洋演化模型合理性的重要约束。最新的GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory)探测数据推算月壳厚度为34~43km,低于阿波罗时期认为的约70km,这对已有的月球岩浆洋演化模型提出了挑战。本文采用并修正FXMOTR程序包,针对月球岩浆洋在不同的初始深度和物质组成情况下的结晶过程,进行了一系列热力学计算模拟。通过量化月球岩浆洋的初始深度和物质组成对月壳厚度的影响,结合关于月球内部微量元素分配的研究结果,对比了月球岩浆洋结晶后期的残余熔体与原始克里普组分(urKREEP)的成分。本文的模拟结果显示,一个全月幔熔融且初始成分为月球初始上月幔组成(LPUM)的岩浆洋将在其深部结晶2.5%石榴子石,形成的月壳厚度符合GRAIL的约束,并且结晶出了合适的urKREEP成分。在此模型的基础上获取了月球初始的内部成分和密度结构,并对后期月幔翻转(Overturn)的程度进行了探讨。     

藏南努日铜-钨-钼矿床晚白垩世石英闪长岩U-Pb定年及其地球化学特征

藏南努日矿床位于冈底斯成矿带南缘,前人获得的辉钼矿Re-Os同位素年龄为23 Ma,与明则和程巴矿床成矿时代一致,但矿区内至今未发现与矿化有关的成矿斑岩体。本文报道了努日矿区新发现的与矿化关系密切的石英闪长岩的地球化学特征,获得石英闪长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为93.42±0.76 Ma,与同一成矿带内桑布加拉和克鲁铜金矿成矿时代一致(90~93 Ma),表明矿区可能存在两期成矿事件。石英闪长玢岩的主量微量元素SiO_2含量为57.19%~58.23%,A1_2O_3含量为15.78%~16.03%,MgO含量为4.74%~5.32%,Mg~#指数为65.2~67.3;富集大离子亲石元素(Rb、Sr、Ba、U等)及轻稀土元素,亏损高场强元素,显示出埃达克岩特征。研究表明石英闪长玢岩形成于洋壳俯冲阶段的弧岩浆岩,洋壳熔融形成的母岩浆侵入近地表形成早期铜多金属矽卡岩矿化。晚白垩世成矿事件的发现进一步佐证了研究区存在两期矿化叠加事件,拓展了研究区找矿方向。     

古亚洲构造域侵入岩时——空演化框架

长期以来,许多著名学者提出众多模型,讨论古亚洲构造域的构造演化和造山(带)结构样式。但是,认识上的分歧很大,特别是关于主洋盆的空间位置和闭合时间。本文主要基于中国侵入岩大地构造编图(1∶250万)和研究这个侧面,参与讨论。1侵入(岩)弧,碰撞和后造山岩石组合,随时间由西向东变新,同时,主构造带走向从近东西向转为近南北向,暗示古亚洲洋的闭合最终转化为太平洋构造域。2位于主洋盆北侧的是宽阔的西伯利亚克拉通南缘的沟——弧——盆系统;位于南侧的西面为南天山被动陆缘,中部为塔里木克拉通北缘的窄的沟——弧——盆系统,东面为华北克拉通北缘的活动陆缘。3主体侵入(岩)弧的内部分散地分布着从Pt3开始的残留弧和残留oφ,被看做是主体弧的基底。4传统上认为的构造相对稳定的"地块",本文基于它们的侵入(岩)组合归为残留弧,认为不是构造上相对稳定的性质,并未采用"地块"的术语,而把它们看作洋陆转换过程中早期残余岛弧处理。5提出主洋盆的识别有三个标志,(a)洋闭合最晚,(b)或为双向俯冲(当两侧均为活动大陆边缘时),或单向俯冲(当一侧为被动陆缘,另一侧为活动陆缘时),(c)长寿命的洋以及洋闭合带常常发育地中海式残余洋发育的陆——陆碰撞早阶段。6该构造域主要发育Pt3——T的侵入(岩)弧和oφ,支持S¨engor等关于大量新生陆壳的推测,亦与大量花岗岩类为εNd(t)"+"值符合。新生陆壳的形成又暗示,长时间的洋俯冲必导致地幔的冷却,以及大量榴辉岩进入地幔,最终导致高密度的地幔下降流形成,必导致洋的闭合与随后的陆——陆碰撞,形成最初的东亚大陆。     

南天山西段巴雷公花岗岩体的地质年代学及锆石Hf同位素特征——岩石成因及对构造演化的约束

位于中国南天山增生造山带西段的巴雷公岩体的岩石类型为黑云母二长花岗岩。岩体中2件样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为291±3 Ma和283±3 Ma。该岩体具有较高的SiO2(65.88%~72.99%)、K2O(4.23%~6.86%)和全碱含量(K2O+Na2O=7.45%~9.96%),呈现明显的Ba、Nb-Ta、Sr、P和Ti的负异常,以及轻稀土元素相对于重稀土元素的轻-中度富集和明显的Eu负异常(δEu=0.27~0.60)。上述这些特征与A型花岗岩一致。其锆石的εHf(t)值为-4.3~+1.7,二阶段Hf模式年龄为1.20~1.58 Ga。锆石Hf同位素和全岩地球化学特征暗示岩体起源于高温、低压条件下的下地壳中元古代角闪岩相变质基性火成岩的部分熔融。巴雷公岩体的围岩属于代表了南天山洋残迹的蛇绿混杂岩的一部分。巴雷公岩体无变形,侵入至蛇绿混杂岩单元中,具有"钉合岩体"的特点,从而为进一步限定洋盆闭合于二叠纪之前提供了证据。南天山增生造山带二叠纪岩体的Hf同位素均显示古老物源,揭示该增生造山带深部均为古老物质,是塔里木古老基底物质大量卷入的反映。     

西天山海西中期花岗岩的地质特征及其构造环境

海西中期花岗岩是西天山加里东褶皱带内规模最大的一次岩浆活动。本文从岩石学、矿物学、岩石化学和地球化学等方面对该期花岗岩的成因类型、岩浆起源和形成的构造环境进行了探讨，认为海西中期花岗岩以Ｉ型为主，Ｓ型次之，在空间上成对分布，花岗岩浆起源于地壳；海西中期花岗岩形成于活动大陆边缘岛孤环境．