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四川盆地东北部中—晚侏罗世沉积环境与古气候

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沉积学报 2024年第3期42卷 1003-1015页

作者：周敏李祥辉王旌羽南京大学地球科学与工程学院南京210023

【目的】侏罗纪是典型的温室气候时期,期间存在着气候长期变化和短期波动,且在陆相盆地有响应。我国同期发育多个大型陆相盆地,但各个盆地中的记录有差异,本文试图对四川盆地东北部沉积环境及古气候变化做较为细致的刻画。【方法】基于... 详细信息

【目的】侏罗纪是典型的温室气候时期,期间存在着气候长期变化和短期波动,且在陆相盆地有响应。我国同期发育多个大型陆相盆地,但各个盆地中的记录有差异,本文试图对四川盆地东北部沉积环境及古气候变化做较为细致的刻画。【方法】基于该地区中—上侏罗统陆相红层的野外详细观察,开展了显微碎屑组分统计分析,碳—氧同位素分析,二氧化碳浓度重建等研究。【结果】下部岩性以红棕色泥岩为主,向上绿灰、浅灰色长石类砂岩增多;沉积环境单元分为曲流河、湖泊和古土壤;相序上表现为中侏罗统沙溪庙组以低砂泥比的曲流河泥岩为主,常土壤化改造形成古土壤相,上侏罗统遂宁组下部湖泊泥岩和粉砂岩占优,遂宁组上部和蓬莱镇组演变为高砂泥比的曲流河,岩性变粗地层变厚;相对于川西和川中地区,川东北地区沉积环境单元和相序较为单一。依据F/Q和F/L指数,将研究区中—晚侏罗世气候变化分为半干旱—干旱两个半旋回,分别对应下沙溪庙组、上沙溪庙组+遂宁组下部、遂宁组上部+蓬莱镇组。二氧化碳浓度变化指示中侏罗世相对温凉,晚侏罗世早期转为温暖,中—晚期属于高温炎热气候,与全球同期古海洋气候格局相似。【结论】总体而言,四川盆地东北部中—晚侏罗世属于温凉—温暖的干旱—半干旱气候,与四川盆地其他地区相似,但晚侏罗世中—晚期东、西部可能存在高温炎热与半湿润间断的差异。

关键词：沉积环境干旱—半干旱古气候侏罗纪四川盆地

基于cDC-GAN替代模型的物理-化学非均质矿层CO_(2)+O_(2)地浸采铀过程模拟

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中国环境科学 2024年第8期44卷 4547-4556页

作者：刘殿广杨蕴章勇邱文杰吴剑锋王锦国吴吉春河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

基于物理过程的CO_(2)+O_(2)地浸采铀反应性溶质运移模型需要采用高分辨率网格来捕获介质物理-化学参数空间变异性和对流-弥散-化学反应多过程耦合特征,往往面临巨大的模型计算挑战.传统的替代模型处理高维数据空间分布预测时面临精度... 详细信息

基于物理过程的CO_(2)+O_(2)地浸采铀反应性溶质运移模型需要采用高分辨率网格来捕获介质物理-化学参数空间变异性和对流-弥散-化学反应多过程耦合特征,往往面临巨大的模型计算挑战.传统的替代模型处理高维数据空间分布预测时面临精度和维数诅咒问题,基于条件深度卷积生成对抗网络(conditional Deep Convolutional Generative Adversarial Network,cDC-GAN),本文提出了一种多重输入图像到输出图像回归的cDC-GAN替代建模组件,建立了高维物理-化学非均质场(渗透率场和铀矿物品位场)和铀浸出浓度分布场之间的映射关系,训练集和测试集样品中结构相似性指数的中值达0.98以上,可以作为砂岩型铀矿CO_(2)+O_(2)溶浸过程数值模型的替代方案.cDC-GAN替代建模不受底层物理模型的限制,进而可为复杂反应性溶质运移模型的参数识别、不确定性分析、全局敏感性分析和模拟优化方案设计等提供通用框架.

关键词： CO_(2)+O_(2)地浸采铀深度学习图像预测不确定性分析

三维裂隙网络中典型重金属污染物反应运移数值模拟

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地球科学 2024年第8期49卷 2879-2890页

作者：黄鸿蓝宋健杨蕴吴剑锋刘媛媛吴吉春南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

自然界中裂隙介质的具体结构往往控制着其中的水流流动和溶质运移过程.由于真实裂隙网络的复杂性,常据不同裂隙参数(形状、位置、大小、密度、走向等)概化并使用特定数学分布来刻画和产生离散裂隙网络,但这种离散裂隙网络介质因其高度... 详细信息

自然界中裂隙介质的具体结构往往控制着其中的水流流动和溶质运移过程.由于真实裂隙网络的复杂性,常据不同裂隙参数(形状、位置、大小、密度、走向等)概化并使用特定数学分布来刻画和产生离散裂隙网络,但这种离散裂隙网络介质因其高度非均质性和各向异性导致传统基于多孔介质理论的数值方法难于模拟裂隙水流和溶质运移过程.利用三维离散裂隙网络模型生成场地裂隙介质不连续体,并基于裂隙空间参数将离散裂隙网络模型映射为等效多孔介质模型,由此进一步耦合地下水流与多组分反应性溶质运移开源代码PFLOTRAN,以实现三维裂隙网络中重金属污染物反应运移过程的数值模拟与污染物通量的定量评估.算例研究表明,随着裂隙密度的增大,裂隙网络表征逐渐趋近于多孔介质;裂隙发育的密度和方向均影响着裂隙网络的连通性,进而影响裂隙水流中不同组分的迁移规律和通量评估,其中保守性组分与不同反应性组分的迁移行为有明显差异.同时,研究表明,裂隙粗糙度对刻画裂隙网络中的污染组分迁移过程和通量评估具有重要影响.本文方法可为场地裂隙介质中地下水流和污染物的反应运移提供有效模拟手段和定量评估工具.

关键词：离散裂隙网络等效多孔介质连通性反应运移模型通量评估水文地质

基于地下水安全的六价铬土壤环境基准值推导案例

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水文地质工程地质 2024年第1期51卷 179-189页

作者：顾熙陈扣平吴吉春南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

重金属污染物六价铬[Cr(Ⅵ)]毒性较大,迁移性强,对地下水安全带来很大威胁,现行相关土壤标准多忽视了地下水安全,亟需制定基于地下水安全的Cr(Ⅵ)土壤环境基准值为污染场地监管提供支撑。调研借鉴国外制定基于地下水安全的污染物环境基... 详细信息

重金属污染物六价铬[Cr(Ⅵ)]毒性较大,迁移性强,对地下水安全带来很大威胁,现行相关土壤标准多忽视了地下水安全,亟需制定基于地下水安全的Cr(Ⅵ)土壤环境基准值为污染场地监管提供支撑。调研借鉴国外制定基于地下水安全的污染物环境基准值的方法,以浙江黏壤土、江苏壤质砂土和吉林壤质黏土为研究对象,进行室内静态吸附试验,获得3种土壤的Cr(Ⅵ)分配系数。土壤参数及含水层相关参数通过查阅调研国内文献获得,采用美国环境保护署在土壤筛选指南中提出的土壤筛选值(soil screening level,SSL)方法,基于《地下水质量标准》(GBT 14848-2017)反推得到基于地下水安全的土壤环境基准值。研究结果表明:基于地下水安全的Cr(Ⅵ)土壤环境基准值分别为0.944,0.690,0.514 mg/kg,研究结果与国外以保护地下水安全为目的的基准值较为接近,但各研究地区土壤性质的差异使得基准值有所差别。因此各地监管机构在完善土壤环境质量评价体系时应当构建各地土壤及含水层参数数据库,为本地区土壤污染治理提供参考。研究结果可为我国各地区推导基于地下水安全的重金属土壤环境基准值提供科学依据。

关键词：环境基准六价铬土壤筛选值模型地下水安全分配系数

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太湖冲击坑：沉积岩中冲击变质现象新证据

地学前缘 2024年

作者：王鹤年陈旸盛雪芬钱汉东南京大学地球科学与工程学院

总结了十五年环太湖及内部岛屿的研究的成果。太湖具有震裂锥、冲击变质角砾岩、石英岩的冲击变质现象（PDFs，PFs）及冲击熔融作用等冲击坑诊断性特征的存在。构成冲击坑理想剖面的气化熔融带-冲击变质带-冲击变质角砾岩及裂隙带等要... 详细信息

总结了十五年环太湖及内部岛屿的研究的成果。太湖具有震裂锥、冲击变质角砾岩、石英岩的冲击变质现象（PDFs，PFs）及冲击熔融作用等冲击坑诊断性特征的存在。构成冲击坑理想剖面的气化熔融带-冲击变质带-冲击变质角砾岩及裂隙带等要素完备，确证太湖冲击坑的存在。依据冲击坑诊断性特征，编制了太湖冲击变质现象分布示意图。首次将太湖冲击坑从前人的卫星图像推测落实到了太湖湖区，为太湖冲击坑深入研究打下了坚实基础。根据太湖冲击变质现象的分布、可以划分为两个冲击变质现象集中区和一个冲击溅射物分布带。两区一带都在湖区的内部及边缘，集中分布于太湖的中部和南部，表明冲击坑应与太湖的形成、演化和发展有关。太湖冲击坑产于陆台边缘摺皱带、靶岩为沉积石灰岩和孔隙石英砂岩地区，为一冲击坑新类型，具有许多新的冲击变质现象和特征。文中提出了震裂锥的多样性、新特征和新类型；揭示了孔隙石英砂岩中冲击变质PDFs的新特征、粒间剪切摩擦-局部熔融形成的硅酸玻璃及固化熔融包裹体等新现象。丰富和发展了沉积岩中冲击变质现象的新特征及有关理论。

关键词：太湖冲击坑震裂锥冲击变质作用冲击熔融作用靶岩

基于PINNs算法的一维潜水流方程的渗流参数反演

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南京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 317-327页

作者：舒伟孟胤全邓芳蒋建国吴吉春南京大学地球科学与工程学院南京210023

在地下水领域中,渗流参数反演有助于了解地下水流动的性质,帮助确定地下水资源的分布、移动和质量,这对于地下水资源管理、水文模型开发和地下水补给的可持续性非常重要.近年来,神经网络方法快速发展,然而其针对潜水流渗流参数反演的研... 详细信息

在地下水领域中,渗流参数反演有助于了解地下水流动的性质,帮助确定地下水资源的分布、移动和质量,这对于地下水资源管理、水文模型开发和地下水补给的可持续性非常重要.近年来,神经网络方法快速发展,然而其针对潜水流渗流参数反演的研究较少.基于此,首次将物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Networks,PINNs)方法结合软硬约束设置来解决潜水含水层渗透系数反演问题,以一维稳态非均质潜水流以及非稳态均质潜水流(含溶质运移)的渗透系数反演为例,对比了不同问题中PINNs软约束方法(PINNs-S)和硬约束方法(PINNs-H)反演渗透系数的表现.PINNs算例结果表明,PINNs算法反演渗透系数具有较高的计算精度.此外,PINNs硬约束算法和软约束算法各有优劣,在实际应用中应根据具体问题和实验效果来合理选择.

关键词：物理信息神经网络潜水硬约束软约束渗流参数反演

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pH摆动-钢渣矿化固碳工艺经济潜力评估

高校地质学报 2024年第4期30卷 476-484页

作者：谢奎赵良朱辰冯鹤男孙佳佳周伊杨南京大学地球科学与工程学院南京210023

基于CO_(2)矿物封存的钢渣铵盐循环固碳工艺具有前景广阔的经济潜力和CO_(2)减排效益,有助于帮助钢铁企业实现钢渣固废和含CO_(2)烟气的废弃资源高价值综合利用。原料损失、反应时长、杂质离子行为直接影响工艺的运行成本与产品品质,最... 详细信息

基于CO_(2)矿物封存的钢渣铵盐循环固碳工艺具有前景广阔的经济潜力和CO_(2)减排效益,有助于帮助钢铁企业实现钢渣固废和含CO_(2)烟气的废弃资源高价值综合利用。原料损失、反应时长、杂质离子行为直接影响工艺的运行成本与产品品质,最终决定其应用价值。文章通过小试实验研究对钢渣铵盐循环固碳工艺进行经济潜力评估,并从成本控制角度为工艺参数确定及优化方向提出建议。结果显示浸取液在10次循环过程中溶液新鲜度基本保持不变,造成的氯化铵损失的主要原因是溶液体积损失;沉淀过程CO_(2)流速达到15~20 L/min时沉淀时间下降到20~30 min,此时沉淀过程不是工艺运行速率的限制因素;循环溶液中未见杂质离子明显富集,十轮反应的沉淀碳酸钙产品均符合行业标准;该工艺生产沉淀碳酸钙的CO_(2)减排因子为1.543;该工艺吸收1吨CO_(2)的利润为1325.25元,通过减少溶液损耗,利润可达1654.74元,具有显著的经济性。

关键词：钢渣 pH摆动 CO_(2)矿物封存小试规模经济潜力评估

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基于离散元模拟的小行星微重力撞击采样研究

高校地质学报 2024年第2期30卷 196-206页

作者：耿焕朱遥刘春张宸玮南京大学地球科学与工程学院南京210023

撞击采样是适用于小行星表面微重力环境的采样方式,目前已成功应用于Hayabusa 1和Hayabusa 2小行星探测任务。文章基于国产高性能离散元软件MatDEM,建立小行星微重力撞击采样模型,探索初始撞击速度和弹体形状对撞击后风化层内部特征和... 详细信息

撞击采样是适用于小行星表面微重力环境的采样方式,目前已成功应用于Hayabusa 1和Hayabusa 2小行星探测任务。文章基于国产高性能离散元软件MatDEM,建立小行星微重力撞击采样模型,探索初始撞击速度和弹体形状对撞击后风化层内部特征和溅射颗粒的影响。结果表明,增加初始撞击速度能够增大风化层相同区域内部应力和密实度,提高溅射颗粒数量和来自风化层深部的颗粒数量。在风化层相同区域,锥头弹体能够产生最大的应力峰值,平头弹体产生的应力峰值最小。圆形和平头弹体产生的溅射颗粒数量最多,且具有最好的深部采样能力。锥头弹体产生的溅射颗粒数量最少,深部采样能力最弱。结论有助于理解撞击过程内部机理,为深空探测中的撞击采样方案设计提供参考。

关键词：离散元方法深空探测小行星撞击采样 MatDEM

地形演化模型的参数敏感性分析:以库玛拉克河流域为例

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高校地质学报 2024年第5期30卷 585-592页

作者：吴奇辉曾献奎吴吉春南京大学地球科学与工程学院南京210023

地形演化模型是进行地形演化定量研究的基础,其涉及过程复杂、模型参数众多,为缓解参数识别困难和提高模型参数设置的可靠性,识别地形演化模型的关键驱动机制和参数成为当前研究的重点。该研究选择新疆塔里木河流域的库玛拉克河流域为... 详细信息

地形演化模型是进行地形演化定量研究的基础,其涉及过程复杂、模型参数众多,为缓解参数识别困难和提高模型参数设置的可靠性,识别地形演化模型的关键驱动机制和参数成为当前研究的重点。该研究选择新疆塔里木河流域的库玛拉克河流域为研究区,基于LE-PIHM(Landscape Evolution-Penn State Integrated Hydrologic Model)建立了研究区地形演化模型,通过全局敏感性分析方法—Sobol方法,识别了LE-PIHM模型的参数敏感性。以研究区内三个典型地貌类型的地表高程为敏感性分析的目标函数,结果表明,研究区山区地形演化的关键模型参数为裸露基岩的风化速率(P0)、基岩风化方程拟合系数(α)和构造抬升速率(U),这些参数主要涉及基岩风化作用和构造抬升作用。同时,在研究区的平原区,除含水层孔隙度(ng)以外,模型参数均具有较高的敏感性,平原区高程变化主要由各参数之间的相互作用控制。在研究区的河道地区,模型参数敏感性与在平原区类似,但土壤孔隙度(ns)和含水层水平渗透系数(KHg)有显著更强的敏感性,其分别涉及地表水—地下水交互作用和含水层透水性能。

关键词：地形演化模型 Sobol方法敏感性分析高程变化