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高温高压实验揭示俯冲带蛇纹岩熔融行为与高镁岩浆成因

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海洋地质与第四纪地质 2024年第2期44卷 157-170页

作者：胡佳森张国良中国科学院海洋研究所深海极端环境与生命过程研究中心青岛266071 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心青岛266071

近年来一些研究在岛弧岩浆中发现了蛇纹岩组分,这表明俯冲至弧下的蛇纹岩不仅为地幔楔提供流体,而且可以通过部分熔融参与岛弧岩浆形成。然而,蛇纹岩在地幔楔中的熔融行为及其在俯冲带物质循环中的作用仍未进行深入研究。因此,本研究选... 详细信息

近年来一些研究在岛弧岩浆中发现了蛇纹岩组分,这表明俯冲至弧下的蛇纹岩不仅为地幔楔提供流体,而且可以通过部分熔融参与岛弧岩浆形成。然而,蛇纹岩在地幔楔中的熔融行为及其在俯冲带物质循环中的作用仍未进行深入研究。因此,本研究选择3种蛇纹岩样品:蚀变原岩分别为二辉橄榄岩(SE2)和方辉橄榄岩(SE3)的天然蛇纹岩,以及模拟含有大量滑石的合成蛇纹岩样品(SEQ),在700~1300℃和4 GPa的温度压力条件下进行了模拟实验,限定了蛇纹岩的熔融温度,分析了实验产生的熔体成分。研究发现,不同类型蛇纹岩的固相线存在显著差异,SE3、SEQ和SE2蛇纹岩的固相线分别为900~960℃、960~1100℃以及1150~1200℃。这3种蛇纹岩的固相线均高于俯冲板片上表面的温度,要求蛇纹岩通过底辟作用进入地幔楔以发生部分熔融。根据实验结果,本研究认为SE2和SEQ蛇纹岩可以在地幔楔底部相对较低的温度条件下(960~1100℃)即发生熔融,产生科马提质岩浆;而在上覆地幔楔更高温度条件下(>1200℃),SE2蛇纹岩可以发生更广泛、更高程度的部分熔融,产生玻安质岩浆。

关键词：蛇纹岩俯冲带高温高压实验高镁岩浆科马提岩

胶州湾大气降水水溶性离子组成特征及来源解析

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1225-1233页

作者：冯辰龙邢建伟袁华茂宋金明中国科学院海洋研究所中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071 青岛科技大学化学与分子工程学院山东青岛266042

基于2019年6月至2020年8月胶州湾沿岸的大气降水样品,分析降水主要水溶性离子(Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、NH^(4+)、F-、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、MAS-(甲基磺酸根))的组成特征和湿沉降通量,评估其对近海营养成分输入... 详细信息

基于2019年6月至2020年8月胶州湾沿岸的大气降水样品,分析降水主要水溶性离子(Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、NH^(4+)、F-、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、MAS-(甲基磺酸根))的组成特征和湿沉降通量,评估其对近海营养成分输入的贡献和潜在生态效应,并利用气团后向轨迹和正定矩阵因子分解法(PMF)解析其主要来源.结果表明,观测期间,胶州湾大气降水雨量加权平均(Volume-weighted Mean,VWM)pH为6.41,电导率的VWM值为19.3μS/cm,降水中水溶性离子以Na^(+)、NH^(4+)、NO_(3)^(-)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)为主,在季节上呈现出冬春季浓度明显高于夏秋季的特征,而湿沉降通量则因受降水量的控制而主要集中在夏季(约占55%).胶州湾区域大气降水共清除7274.6t水溶性离子,营养盐(主要为NH^(4+)和NO_(3)^(-),以氮计)沉降入海量达951.9t/a,表明降水在清洁大气的同时也加剧了海洋环境的污染和海洋生态系统的失衡.气团后向轨迹分析得到了观测期间控制胶州湾降水的4类主要气团,在不同季节,降水过程受到不同气团的影响,其中以来自华东地区和东北方向的气团的影响较大.基于PMF的源解析结果显示,胶州湾大气降水水溶性离子受到农业源、海洋源、扬尘源、生物质和垃圾燃烧源、工业和交通源5种来源的共同控制,其中以农业源排放的贡献最为突出(26.7%),而其他4种源的贡献大致相当.研究证实胶州湾大气环境受到复杂人为源排放、矿物沙尘以及海洋源排放的综合制约,而人为排放的贡献占主导地位.

关键词：水溶性离子湿沉降通量大气降水气团后向轨迹正定矩阵因子模型胶州湾

黄河流域跨区域科技创新合作现状与优化策略研究

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中国科学院院刊 2024年第6期39卷 985-999页

作者：张古鹏郭文波梁会玲张晶晶路东柱侯保荣梁艳段炜钰中国科学院大学公共政策与管理学院北京1000049 山东省海洋科学研究院(青岛国家海洋科学研究中心) 青岛266104 山东省科学技术厅济南250101 中国科学院海洋研究所青岛266000 中国科学院海洋研究所中国科学院海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室青岛266071

实现有效的跨区域创新合作,不仅有助于提升黄河流域整体的科技创新能力,而且对推进西部大开发战略,实现西部地区产业升级与跃迁至关重要。黄河流域各类企业、高校和科研院所构成的横跨各区域的创新合作网络有助于打破“信息孤岛”,帮助... 详细信息

实现有效的跨区域创新合作,不仅有助于提升黄河流域整体的科技创新能力,而且对推进西部大开发战略,实现西部地区产业升级与跃迁至关重要。黄河流域各类企业、高校和科研院所构成的横跨各区域的创新合作网络有助于打破“信息孤岛”,帮助各省级行政区及其所属城市在开放的科技创新合作平台中充分实现信息共享。文章构建了黄河流域跨区域创新合作网络中各省级行政区间的内部创新合作关系,以及流域内与流域外省级行政区间的外部创新合作关系,研究了内、外部创新合作关系网络反映出来的黄河流域科技创新合作的现状。结果显示,内部创新合作网络在空间上呈现东部密集、西部稀疏的不均衡分布格局,但密度近年有所增加;外部创新合作网络起初在空间分布上也不均衡,但近期合作的广度和深度大幅提升。研究表明,黄河流域科技创新合作仍存在诸多障碍:(1)黄河流域内部创新合作不足,大规模、整体性的创新合作网络尚不健全;(2)黄河流域跨区域创新合作网络作用难以充分发挥,缺乏全方位、多层次的跨区域制度协同运作机制。鉴于此,文章提出应从中央到地方,自上而下地完善创新协同合作体系,遵循“加强顶层设计—完善合作网络—增强合作意识—协调地区法规—组建跨区域联盟—营造协同创新生态—挖掘创新合作机会”的优化思路建设黄河流域科创走廊。

关键词：跨区域科技创新合作创新合作网络黄河流域科创走廊

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M50轴承钢热变形过程中孔洞形成及演化机制

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金属学报 2024年第1期60卷 57-68页

作者：侯志远刘威峰徐斌孙明月时婧任少飞中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国海洋大学材料科学与工程学院青岛266003 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造,轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s^(-1))、变形温度(1000~1... 详细信息

M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造,轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s^(-1))、变形温度(1000~1150℃)和应变(10%~50%)对M50轴承钢内部孔洞产生行为的影响,以及后续保温处理过程中孔洞的愈合机制。结果表明,轴承钢内部一次碳化物M2C和MC与基体硬度的差异导致非协调变形,从而在碳化物与基体交界处产生孔洞,此外碳化物的破碎也会促使孔洞在其内部形成。通过对不同条件下孔洞的产生情况进行定量分析发现,在高应变速率(1 s^(-1))、低变形温度(1000℃)、中等变形量(30%)的条件下,M50轴承钢内部产生的孔洞最多。变形后的保温处理可显著促进孔洞的愈合,其中保温处理后孔洞愈合区域富集Cr元素。

关键词： M50轴承钢一次碳化物孔洞热变形愈合

我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制及健康调控

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应用生态学报 2024年第2期35卷 564-576页

作者：邢建伟宋金明袁华茂李学刚段丽琴曲宝晓王启栋马骏王越奇戴佳佳中国科学院海洋研究所中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学海洋学院山东青岛266400 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266400

近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防... 详细信息

近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防治措施。本文首次阐明“海洋生态环境灾害”概念的内涵,并从营养物质外源输入、海洋有机质矿化分解与营养盐再生、近海水体营养盐结构异常等方面系统阐释了我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制,指出日益增强的人类活动引发的陆源营养物质输入剧增以及生源要素入海后的复杂生物地球化学循环过程共同导致近海生态环境灾害的频发。在此基础上,结合本领域最新研究进展,提出了基于海水生源要素管理的近海生态环境健康调控思路。即基于陆海一体化战略,通过技术手段,从陆源减排、海岸带缓冲和近海治理链条式降低陆源污染物特别是无机氮的排放强度,并通过人为调控技术促进近海海水营养盐结构的正常化,从而达到降低和控制近海生态环境灾害发生的目的,改善和提升近海生态环境质量。

关键词：海洋生态环境灾害营养盐调控陆海统筹生态环境健康中国近海

微弧氧化时间对锆合金表面MAO/Cr复合涂层结构与性能的影响

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金属学报 2024年第5期60卷 691-698页

作者：王郑王振玉汪爱英杨巍柯培玲中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 西安工业大学材料与化工学院西安710021

自福岛核事故发生以来,事故容错燃料包壳涂层受到了广泛关注。本工作通过微弧氧化(MAO)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)2种技术在Zirlo锆合金基体上制备了MAO/Cr复合涂层,研究了微弧氧化时间对MAO/Cr复合涂层微观结构、力学性能以及抗高... 详细信息

自福岛核事故发生以来,事故容错燃料包壳涂层受到了广泛关注。本工作通过微弧氧化(MAO)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)2种技术在Zirlo锆合金基体上制备了MAO/Cr复合涂层,研究了微弧氧化时间对MAO/Cr复合涂层微观结构、力学性能以及抗高温水蒸气氧化性能的影响。结果表明:当微弧氧化时间由3 min增加到9 min时,复合涂层表面(200)织构系数由83%增加到100%;随着微弧氧化时间的增加,复合涂层的断裂韧性呈先增大后减小的趋势,在6 min时达到峰值4.64 MPa·m^(1/2);经900℃水蒸气氧化1 h后,复合涂层体系均产生明显分层,其中MAO3min/Cr与MAO6min/Cr复合涂层增重幅度较小,而MAO9min/Cr复合涂层增重幅度较大,并在表截面形成大量微裂纹。当微弧氧化时间为6 min时,制备的复合涂层具有出色的力学性能和优异的抗高温水蒸气氧化性能。

关键词：微弧氧化高功率脉冲磁控溅射微观结构力学性能抗高温水蒸气氧化

西菲律宾海乌尔达内塔洋底高原火山岩地球化学和地幔源区特征

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热带海洋学报 2024年第4期43卷 42-56页

作者：陈馨张国良中国科学院海洋研究所深海研究中心山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学中心山东青岛266071

自始新世以来,西菲律宾海板块经历了复杂的地质演化过程,在盆地形成过程中伴随有大量板内火山岩形成,板内火山岩主要表现为洋底高原,这些板内火山岩之间的联系一直是研究关注的重点。其中,本哈姆隆起和乌尔达内塔两个洋底高原因其构造... 详细信息

自始新世以来,西菲律宾海板块经历了复杂的地质演化过程,在盆地形成过程中伴随有大量板内火山岩形成,板内火山岩主要表现为洋底高原,这些板内火山岩之间的联系一直是研究关注的重点。其中,本哈姆隆起和乌尔达内塔两个洋底高原因其构造位置特殊是研究西菲律宾海盆内板内火山岩相互关系的良好切入点。本次研究对在乌尔达内塔高原获得的10个火山岩样品进行了电子探针矿物分析,全岩主量元素、微量元素及同位素分析。分析结果表明我们获得的乌尔达内塔高原火山岩为碱性玄武岩,其地幔归一化微量元素模式具有典型洋岛玄武岩特征;具有较高的(Sm/Yb)_(N)值(1.89~3.92),指示源区可能存在石榴子石。结合前人研究获得的西菲律宾海盆板内火山岩数据,我们发现乌尔达内塔高原碱性玄武岩具有与本哈姆隆起拉斑玄武岩相似的Sr-Nd-Hf同位素组成,但具有明显低的^(206)Pb/^(204)Pb同位素组成;西菲律宾海盆内碱性洋岛玄武岩与拉斑洋岛玄武岩的Sr-Nd-Hf同位素组成范围几乎相同,但铅同位素组成存在明显差异,碱性洋岛玄武岩的铅同位素比值范围更大。西菲律宾盆地形成环境复杂,板内火山岩形成时可能受到盆地扩张作用和地幔柱的影响,我们利用同位素数据模拟了地幔柱与扩张中心相互作用对板内碱性玄武岩的影响,模拟结果表明碱性火山岩的低^(206)Pb/^(204)Pb值不能通过与地幔柱有关的富集组分和与海盆扩张作用有关的亏损组分混合实现,表明乌尔达内塔高原碱性火山岩具有一个相对独立的地幔源区,形成时已远离扩张中心,不受扩张作用影响。另一方面,乌尔达内塔高原碱性玄武岩形成时晚于拉斑玄武岩1~2Ma,并且部分熔融程度更低,乌尔达内塔高原拉斑玄武岩和碱性玄武岩可能分别对应岩浆活动的主要阶段和晚期阶段。因此,我们认为乌尔达内塔高原与本哈姆隆起岩浆活动的主要阶段可能具有相同的地幔源区,两高原受同一地幔柱影响;在乌尔达内塔高原岩浆活动的晚期阶段,乌尔达内塔高原则具有相对独立的源区。

关键词：西菲律宾海盆乌尔达内塔高原碱性玄武岩同位素地幔源区

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践行“一带一路”新发展理念推动“中国-斯里兰卡联合科教中心”高质量发展

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中国科学院院刊 2024年第2期39卷 373-378页

作者：姚景龙陈海涛张长生杨敏王卫强魏源送潘刚王亚炜罗耀钟慧张镇秋中国科学院中国-斯里兰卡联合科教中心广州510301 中国科学院国际合作局北京100864 中国科学院南海海洋研究所广州510301 中国科学院生态环境研究中心北京100085 中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室广州510301

中国科学院完整准确全面贯彻新发展理念,布局“一带一路”科技合作,开拓性建设了10个海外中心,开展了一系列开创性的国际科技合作,与“21世纪海上丝绸之路”参与国家合作创新研究、培养科技创新人才,兼顾国际学术前沿与当地民生发展。... 详细信息

中国科学院完整准确全面贯彻新发展理念,布局“一带一路”科技合作,开拓性建设了10个海外中心,开展了一系列开创性的国际科技合作,与“21世纪海上丝绸之路”参与国家合作创新研究、培养科技创新人才,兼顾国际学术前沿与当地民生发展。文章以中国科学院中国-斯里兰卡联合科教中心高质量发展为例,阐述了共建“一带一路”10年来中斯科教融合高质量发展的成果,并对中斯科教合作的未来发展方向进行思考和提出建议。

关键词： “一带一路” 21世纪海上丝绸之路中国-斯里兰卡联合科教中心高质量发展

基于有限差分的部分饱和双重孔隙介质弹性波模拟与分析

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物理学报 2024年第10期73卷 20-29页

作者：石志奇何晓刘琳陈德华中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 北京市海洋深部钻探测量工程技术研究中心北京100190

双重孔隙介质模型考虑了岩石非均质性诱发的介观流对弹性波频散和衰减的影响,在非均质储层地震资料定量解释中取得良好的应用效果.基于双重孔隙介质理论模型,利用数值算法开展弹性波模拟工作不仅可以直观显示波的传播特征,同时也为后期... 详细信息

双重孔隙介质模型考虑了岩石非均质性诱发的介观流对弹性波频散和衰减的影响,在非均质储层地震资料定量解释中取得良好的应用效果.基于双重孔隙介质理论模型,利用数值算法开展弹性波模拟工作不仅可以直观显示波的传播特征,同时也为后期地震反演成像工作奠定基础.本文基于Santos-Rayleigh部分饱和双重孔隙介质模型,利用交错网格有限差分算法模拟并分析了双重孔隙介质中的波场快照和波形曲线.采用Zener黏弹性模型近似表征介观流机制,结果表明Zener模型能够较好地反映快纵波传播特征,却无法表征慢纵波P3波在低频段的衰减特征.利用时间分裂法解决波动方程的刚性问题,提高计算效率.利用解析解验证了有限差分算法正确性的基础上,模拟了均匀介质和分层介质中的波场快照和波形曲线,清晰直观地反映了快纵波在地震频段的强衰减特征,与双重孔隙理论模型预测结果一致.模拟结果有助于进一步理解非均匀部分饱和孔隙介质中的弹性波传播特征.

关键词：双重孔隙介质有限差分频散与衰减