俯冲带形成机制的可检验假说和检验方案

五十年前板块构造理论的诞生是地球科学领域的一场革命,它为理解地球如何运作构建了基本框架。过去五十年对该理论的进一步研究告诉我们地质过程最终都是地球热损失的结果。例如,大洋岩石圈板块在洋中脊形成,其运动和增生以及最终通过俯冲带进入地幔导致地幔冷却降温,从而导致大规模的地幔对流。亦即,板块构造的直接驱动力是俯冲大洋岩石圈板块的下沉力。因此,没有俯冲带就没有板块构造,但是俯冲带如何开始仍然有争议。对俯冲起始的研究从未中断,有数值模拟也有地质推断。2014年在西太平洋用三个IODP航次(350、351和352)来检验“自发”和“诱发”俯冲开始的想法。所有这些努力都值得肯定,但这些是无法检验的想法。无法检验意味着没有结果。本文介绍至今唯一可用地质学方法检验的假说,亦即“岩石圈内横向物质组成差异导致的浮力差是俯冲带形成的起因”。这种浮力差位于海底高原的边部和被动大陆边缘,因此这些部位是未来俯冲带起始的必然轨迹。在远离这些部位的正常洋盆内因缺乏浮力差而俯冲带不可能起始。换句话说,“所有岛弧一定有大陆(或海底高原)基底”,这可以通过采集和研究岛弧基底岩石来验证。     

基于DEM的黄土高原丘陵沟壑区沟谷网络节点研究

选择黄土高原3个典型地貌类型区为试验样区,基于数字高程模型(DEM)沟谷网络与沟谷网络节点自动提取技术,得到了各样区沟谷网络节点,并从地貌形态学、沟谷成因学以及水文学原理出发,对不同级别沟谷网络节点水流累积属性进行了深入分析,结合数理统计方法获得了：(1)同一沟谷系统不同分辨率沟谷网络节点水流累积量均值分级统计规律;(2)不同地貌类型样区相同分辨率沟谷网络节点水流累积量均值分级统计规律。该结论能够有效解释黄土高原丘陵沟壑区各级沟谷系统的形成机理及其空间分异规律,同时能够合理地说明沟谷系统发育与地表侵蚀、切割强度之间的相互关系。     

水压影响岩石渐进破裂过程的试验研究

岩石的压缩过程伴随着裂纹扩展,在低、中围压条件下扩展的裂纹主要受到张拉作用而产生,张拉破坏是首要的作用机制。研究发现,岩石的渐进破裂过程受岩石的结构和构造影响,比如矿物成分、颗粒大小以及胶结情况等,另外,围压以及开挖扰动等外界因素对岩石的渐进破裂过程也有重要影响。基于试验方法探讨水压对岩石渐进破坏过程的影响,首先,阐述岩石渐进破裂过程各个阶段的特征;然后,对岩石渐进破裂指标--岩石的启裂强度 和损伤强度 的确定方法进行总结;最后,选取细粒的石英砂岩为研究对象,通过试验研究水压对岩石渐进破坏过程的影响。试验结果表明,相同围压条件下,随着岩样两端水压的增大,岩石的 有逐渐增大的趋势,而岩石的 和峰值强度 逐渐变小;随着围压逐渐增大,岩石的启裂强度 、损伤强度 及峰值强度 均逐渐增大。     

基于DEM的沟谷特征点提取与分析

沟谷特征点是反映沟谷地貌空间形态分布的重要点位,也是研究沟谷地貌演化过程与机理的关键要素。因此,对不同沟谷特征点的有效提取,是沟谷形态研究的重要基础。本文采用DEM及其在水文分析中的多种衍生数据,通过流向追踪、邻域特征判断等一系列方法,实现对径流节点、径流源点、汇流源点、潜在裂点与流域出口点的快速、准确提取。同时,对沟谷特征点进行有效分级,本文基于Strahler河流分级法建立了相应的分类标准,对沟谷特征点进行了自动分类。通过使用陕西省宜君典型样区5m分辨率的DEM数据进行实验,发现新算法计算效率高,结果准确,对潜在裂点也进行了有效探测,验证了算法的有效性。最后,对特征点提取的数据影响进行了详细分析。     

Hf–Nd isotope constraints on the origin of Dehshir Ophiolite,Central Iran

The peri‐Arabian ophiolite belt, from Cyprus in the west, eastward through Northwest Syria, Southeast Turkey, Northeast Iraq, Southwest Iran, and into Oman, marks a 3000 km‐long convergent margin that formed during a Late Cretaceous (ca 100 Ma) episode of subduction initiation on the north side of Neotethys. The Zagros ophiolites of Iran are part of this belt and are divided into Outer (OB) and Inner (IB) Ophiolitic Belts. We here report the first Nd–Hf isotopic study of this ophiolite belt, focusing on the Dehshir ophiolite (a part of IB). Our results confirm the Indian mid‐oceanic ridge basalt (MORB) mantle domain origin for the Dehshir mafic and felsic igneous rocks. All lavas have similar Hf isotopic compositions, but felsic dikes have significantly less‐radiogenic Nd isotopic compositions compared to mafic lavas. Elevated Th/Nb and Th/Yb in felsic samples accompany nonradiogenic Nd, suggesting the involvement of sediments or continental crust.     

新疆独山子的冲沟发育与断层新活动

独山子背斜是天山北麓三排褶皱带中西北端的背斜,其北翼发育一条逆冲断层。断层的活动在奎屯河阶地和冲积扇上形成了高度小于20 m的断层陡坎。陡坎上游冲积物中发育多条冲沟,冲沟根据长度可分为7 组。探槽揭示了独山子背斜北翼断层最新的两次活动,其中较早的断层活动时间为3110±40 a BP。根据这次断层活动触发的冲沟的平均长度得到冲沟溯源侵蚀的速率为38 mm/a。由该溯源侵蚀速率,计算出每组冲沟发育的时间,分别约为1170 aBP,3110 a BP,7200 a BP,12570 a BP,14990 a BP,30570 a BP,37750 a BP,可能代表断层多次活动的时间。断层最新一次活动的时间与本文探槽研究限定时间段相符,其他最近的三次活动时间与前人探槽研究的结果相符。说明在特定条件下,用断层上升盘冲沟平均溯源侵蚀速率推算断层活动时间是可行的。     

Erosion and terrace failure due to agricultural land abandonment in a semi‐arid environment

Agricultural land abandonment is currently widely spread in Mediterranean countries and a further increase is expected. Previous research has shown that abandoned fields in semi‐arid areas are more vulnerable to gully erosion. The absence of ploughing and slow vegetation recovery cause the formation of soil crusts with low infiltration rates, resulting in increased runoff and gully erosion risk. The objective of our study was to assess the extent and causes of erosion and terrace failure on abandoned fields and to discuss options for mitigation. The study was carried out in the Carcavo basin, a semi‐arid catchment in southeast Spain. At catchment scale all abandoned fields were surveyed and characteristics of each field were described. Additionally we surveyed abandoned and cultivated terraces and used statistical analyses to determine the factors that induce terrace failure. At field scale we constructed a detailed digital elevation model (DEM) for an abandoned terrace field in order to calculate sediment losses since time of abandonment. The results revealed that more than half the abandoned fields had moderate to severe erosion and the statistical analysis showed that these fields had significantly steeper slopes, were terraced and had cereals as previous land use. Factors that increase the risk of terrace failure were land abandonment, steeper terrace slope, loam texture, valley‐bottom position and shrubs on the terrace wall. The reconstructed erosion rate (87 ton ha^?1 year^?1) confirmed the importance of gully erosion on these abandoned terrace fields. Potential soil and water conservation practices to mitigate soil erosion after abandonment are: (1) maintenance of terrace walls, as a result more water is retained, which increases vegetation cover and consequently decreases erosion. (2) Revegetation with indigenous grass species on spots with concentrated flow, especially near terrace walls. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于扩展有限元法对土体滑坡破坏过程的模拟

边坡失稳一般经历滑裂面萌生、扩展和贯通的过程。近年发展起来的扩展有限元法（XFEM）可以合理地模拟这一过程,但在实际应用中仍未克服需要预先设定滑裂面的起始位置,以及滑裂面前端扩展方向的判断精度较低等缺陷。首先介绍滑裂面萌生和扩展的判断和程序实现机制。然后提出了确定滑裂面起始位置的方法,重点描述了其中的自动判断裂缝萌生位置的方法,即根据单元内的应力状态求得拉应力水平和剪应力水平,根据其相对关系并结合应力历史进行判断。接着介绍了联合运用扇形控制域和圆形控制域确定滑裂面前端扩展方向的新方法。该方法可提高XFEM对滑坡破坏过程的模拟精度。最后通过两个边坡失稳算例的计算分析验证所提方法的可靠性。     

青海共和盆地干热岩地热储层水力压裂物理模拟和裂缝起裂与扩展形态研究

水力压裂是青海共和盆地干热岩地热资源开发的难点技术问题之一。本文基于升级改造的大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验系统模拟干热岩储层高温高压环境,利用青海共和盆地露头岩心进行水力压裂物理模拟实验,揭示干热岩储层水力裂缝的起裂和扩展规律。通过物理模拟实验发现：干热岩储层裂缝起裂可以通过文中提出的起裂模型判断起裂方式和预测起裂压力;水力裂缝在岩石基质中的扩展形态简单,仅沿最大主应力方向延伸;但是水力裂缝会受到岩石中弱面的影响,发生转向沿弱面延伸,形成较复杂的裂缝形态。因此,建议在干热岩储层实际施工中,在天然裂缝发育较丰富的层段开展水力压裂,以实现复杂裂缝网络提取地热能。     

黄土高原丘陵沟壑区城市土地持续利用评价研究

从城市用地规模结构合理性、经济可行性、社会可接受度、对区域环境影响4个方面选择了32个因素作为参评因子,利用层次分析法、线性加权函数建立黄土高原丘陵沟壑区城市土地利用评价指标体系数学模型,并对定西市2006年城市土地可持续利用状况进行了综合评价。结果表明,2006年定西市土地利用处于非可持续利用阶段,并针对评价结果,提出可持续利用具体对策,为相关工作提供参考。