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地下水环境中Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体的形成机制

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地球科学 2024年第2期49卷 793-802页

作者：程一涵邓娅敏薛江凯张余茜中国地质大学环境学院湖北武汉430074 中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074

Mn(Ⅲ)是锰氧化还原循环中电子传递的中间体,广泛参与陆地和海洋生态系统中的碳、铁和硫的地球化学循环.近年来在厌氧、微氧和有氧水环境中陆续发现了Mn(Ⅲ)有机络合物存在,研究地下水环境中Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体的形成机制与行为特征对于... 详细信息

Mn(Ⅲ)是锰氧化还原循环中电子传递的中间体,广泛参与陆地和海洋生态系统中的碳、铁和硫的地球化学循环.近年来在厌氧、微氧和有氧水环境中陆续发现了Mn(Ⅲ)有机络合物存在,研究地下水环境中Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体的形成机制与行为特征对于认识锰的地球化学循环及其影响的营养物和污染物的迁移转化机制具有重要意义.通过开展批实验,探讨氧气条件、腐殖质浓度和有机质种类对Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体形成的影响,并结合FTIR、XRD、XPS、TEM多种手段表征其理化性质与稳定性.研究发现:厌氧或有氧-厌氧环境有利于Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体形成,Mn(Ⅲ)-腐殖质的络合程度随着腐殖质浓度的升高而增强,富里酸更容易与Mn(Ⅲ)络合,但形成的胶体稳定性较Mn(Ⅲ)-胡敏酸胶体差.Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体呈无定形形态,腐殖质上的羧基等含氧官能团与Mn(Ⅲ)形成内球络合物,可减缓Mn(Ⅲ)歧化程度.Mn(Ⅲ)-腐殖质胶体具有氧化和吸附能力,对地下水中污染物的迁移转化具有重要的环境意义.

关键词： Mn(Ⅲ) 腐殖质胶体稳定性络合机制地下水

中低温地热系统低盐度地热水高含量钠的地球化学成因:以广东惠州黄沙洞地热田为例

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地球科学 2024年第1期49卷 271-287页

作者：史自德毛绪美叶建桥董亚群中国地质大学环境学院湖北武汉430078

高温地热系统中地热水中Na^(+)含量一般超过300 mg/L,盐度也较大(TDS>1000 mg/L).而在中低温地热系统中,低盐度地热水的Na^(+)含量一般小于160 mg/L.但在广东黄沙洞中低温地热系统出露的地热水中Na^(+)高达325.4 mg/L,TDS小于650 mg/L.... 详细信息

高温地热系统中地热水中Na^(+)含量一般超过300 mg/L,盐度也较大(TDS>1000 mg/L).而在中低温地热系统中,低盐度地热水的Na^(+)含量一般小于160 mg/L.但在广东黄沙洞中低温地热系统出露的地热水中Na^(+)高达325.4 mg/L,TDS小于650 mg/L.经典的水文地球化学作用(矿物溶解、离子交换等)很难解释其成因.样品水化学结果表明,地热水水化学类型均为HCO_(3)-Na型,钠含量高(平均值为240.06 mg/L).氢氧同位素结果表明地热水与浅层地下水均具有相同的大气来源,都是瑶坑山区大气降水补给.水化学地温计和多组分矿物平衡(MME)评估的热储温度为100~130℃,地热水循环深度最大为2.43 ***^(-)作为混合比计算指标揭示浅层地下水混入地热水的比例为51%~72%,深部地热水中Na^(+)实际含量应该高达685.2 mg/L.水-岩相互作用模拟结果表明,矿物溶解和离子交换对地热水中Na^(+)富集的贡献较小,也揭示出地热水中存在Na^(+)的额外来源.花岗岩流体包裹体微小但广泛存在于结晶矿物颗粒之间,其中Na^(+)含量平均值为11 758.9 mg/L.在地热水加热情况下,断裂和花岗岩裂隙网络层面及附近的流体包裹体膨胀破裂,流体混入到地热水中,为地热水提供了平均83%的Na^(+).因此,花岗岩流体包裹体可能是中低温地热系统低盐高钠地热水中Na^(+)的主要来源.

关键词：水化学低盐高钠地热水水化学温度计花岗岩流体包裹体黄沙洞地热田水文地质

基于BP神经网络的第四系覆盖物厚度预测及三维地质建模

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地球科学 2024年第2期49卷 550-559页

作者：张瀚桂蕾王腾飞杨赛中国地质大学工程学院湖北武汉430074 中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074

地质灾害风险精细化调查和评估是目前地质灾害减灾防控的重要内容.斜坡三维地质建模技术的发展为滑坡灾害风险精细化调查评估提供了新的思路,可大幅提高区域范围内滑坡灾害调查的效率和评估精度.基于Skua-Gocad平台,针对第四系覆盖物和... 详细信息

地质灾害风险精细化调查和评估是目前地质灾害减灾防控的重要内容.斜坡三维地质建模技术的发展为滑坡灾害风险精细化调查评估提供了新的思路,可大幅提高区域范围内滑坡灾害调查的效率和评估精度.基于Skua-Gocad平台,针对第四系覆盖物和下伏基岩两大模块开展区域斜坡三维地质建模技术研究,以重庆市万州区大周镇为例,采用BP神经网络模型,通过构建研究区第四系覆盖物厚度与地质环境指标的多维非线性网络实现了第四系覆盖物厚度预测.结合现场调查数据进行方法验证,基于BP神经网络的第四系覆盖物厚度预测精度达91.49%,在此基础上构建了三维地质模型,具有良好的可视化效果,并确保了数据的可靠性.克服了传统基于克里金插值方法无法反应地质环境因素的缺点,解决了区域范围第四系覆盖物厚度预测的难题.

关键词：第四系覆盖物预测 BP神经网络三维地质建模工程地质

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小小地质微生物演绎跨圈层的相互作用

地学前缘 2024年第1期31卷 446-454页

作者：谢树成朱宗敏张宏斌杨义王灿发阮小燕中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室/地球科学学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)海洋学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074

地球系统科学特别关注跨圈层的相互作用,包括深部系统与表层系统的相互作用、表层系统海-陆-气之间的相互作用。这种庞大时空尺度的地质作用过程可以被小小的地质微生物记录下来,足见地质微生物的以小见大、见微知著特征。在二叠纪-三... 详细信息

地球系统科学特别关注跨圈层的相互作用,包括深部系统与表层系统的相互作用、表层系统海-陆-气之间的相互作用。这种庞大时空尺度的地质作用过程可以被小小的地质微生物记录下来,足见地质微生物的以小见大、见微知著特征。在二叠纪-三叠纪之交和晚奥陶世这两个完全不同场景的显生宙火山活动过程中,爆发的初期都出现了包括蓝细菌在内的海洋固氮微生物繁盛,紧接着出现了包括藻类、放射虫、有孔虫等真核微生物的繁盛,显示了火山活动引发了从原核微生物向真核微生物群落的转变过程。不仅如此,人们还发现地质微生物可以通过条带状铁建造等生物成因岩石引发了前寒武纪的火山活动,而且还可能启动了最早的板块运动。地质微生物不仅对火山活动这一与碳循环有关的跨圈层地质作用具有很灵敏的响应和反馈能力,而且还能示踪表层系统复杂的海-陆-气相互作用及其物质传输过程。利用地质微生物的诸多干湿古气候代用指标,发现了中国东部地区不同时间尺度干湿状况的三极模态空间变化格局,而且还识别出了西北地区与西太平洋海洋上层热量有关的极端干旱事件。地质微生物记录的这些干湿状况是高纬与低纬的海-陆-气相互作用在水循环方面的体现。地质微生物演绎的与碳循环和水循环有关的这些跨圈层过程仅是地球系统的冰山一角,随着地球生物学的发展和技术方法的创新,越来越多的宜居地球形成之谜会被地质微生物所破解,包括地质微生物与深部过程的互馈效应、地质微生物与地球重大环境转型的关系以及地质微生物对地球生态系统演化的影响。

关键词：深地科学地球生物学地质微生物学火山活动碳循环水循环全球变化

考虑基质渗透性的粗糙单裂隙非达西流动特性研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 601-611页

作者：朱寅斌李长冬周佳庆项林语姜茜慧朱文宇中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站湖北武汉430074

粗糙单裂隙及其周围岩石基质是组成复杂岩体裂隙网络的基本单元,了解其中发生的流体流动行为具有重要意义。通过直接求解Navier-Stokes(N-S)方程开展三维粗糙单裂隙和裂隙-孔隙双重介质模型的渗流模拟工作,研究了裂隙表面粗糙度、匹配... 详细信息

粗糙单裂隙及其周围岩石基质是组成复杂岩体裂隙网络的基本单元,了解其中发生的流体流动行为具有重要意义。通过直接求解Navier-Stokes(N-S)方程开展三维粗糙单裂隙和裂隙-孔隙双重介质模型的渗流模拟工作,研究了裂隙表面粗糙度、匹配性和基质渗透性对粗糙单裂隙中发生的非达西流动的影响规律。结果表明:Forchheimer方程可以准确描述双重介质模型中粗糙单裂隙流体流量与压力梯度间的非线性关系;表面粗糙度和不匹配性的增大会加剧裂隙内部开度分布的不均匀性,增大裂隙的流动阻力而促进非达西流动的发生;可渗透基质会使得裂隙过流能力增强,通过粗糙单裂隙的流量最多可增大约14%,这会抑制非达西流动的发生;基质渗透性对裂隙过流能力增长的影响程度与表面粗糙度和不匹配性呈正相关。

关键词：粗糙单裂隙裂隙-孔隙双重介质模型非达西流动渗流数值模拟表面粗糙度匹配性

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基于多重分形的改进GRU滑坡位移预测模型

浙江大学学报（工学版） 2024年第7期58卷 1407-1416页

作者：徐满张冬梅余想李江吴益平中国地质大学(武汉)计算机学院湖北武汉430074 湖北省自然资源厅信息中心湖北武汉430071 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

门控机制设计难以学习序列变化趋势,导致传统记忆网络模型对滑坡位移非平稳跃变段预测效果较差.基于多重分形改进门控循环单元(GRU),通过量化序列的变化特征来动态更新门控权重,引入循环神经网络单元的状态融合策略以学习数据的长程相... 详细信息

门控机制设计难以学习序列变化趋势,导致传统记忆网络模型对滑坡位移非平稳跃变段预测效果较差.基于多重分形改进门控循环单元(GRU),通过量化序列的变化特征来动态更新门控权重,引入循环神经网络单元的状态融合策略以学习数据的长程相关性特征.采用变分模态分解算法将滑坡累积位移分解成趋势项、周期项及随机项,利用改进GRU进行位移分量的训练和预测.选取三峡库区白水河滑坡监测点ZG93、ZG118进行仿真实验.实验结果表明,相比传统预测模型,新模型的滑坡位移形变趋势特征学习能力更强,预测精度更高.

关键词：滑坡累积位移多重分形门控循环单元(GRU) 变分模态分解循环神经网络

水化学和同位素揭示的广东儒洞地热咸水形成机制

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地质通报 2024年第5期43卷 779-788页

作者：邵誉炜毛绪美查希茜李翠明赵桐中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

地热咸水的形成机制是开发地热资源的重要参考,地热咸水中的化学组分可以揭示经历的水化学作用,同位素的示踪可以指示地下水的来源和水化学过程。因此,选用水化学和同位素来揭示广东儒洞地热咸水的来源和形成机制。研究表明,广东儒洞地... 详细信息

地热咸水的形成机制是开发地热资源的重要参考,地热咸水中的化学组分可以揭示经历的水化学作用,同位素的示踪可以指示地下水的来源和水化学过程。因此,选用水化学和同位素来揭示广东儒洞地热咸水的来源和形成机制。研究表明,广东儒洞地热田发育高盐度地热水(TDS>8000 mg/L),Cl^(-)和Ca^(2+)的含量分别高达5059.76 mg/L和1991.42 mg/L,为Cl^(-)Ca·Na型水。K-Mg温标和玉髓温标估算热储温度88.13~121.42℃,循环深度1963~2790 m。水文地质条件和氢氧同位素结果证实,地热水来自于东部丘陵地区的大气降水补给,补给高程为260~315 m。通过离子比例系数和^(87)Sr/^(86)Sr分析,儒洞地热田地下水运移的环境较封闭,高温下发生了较充分的花岗岩矿物的溶解,同时围岩中蒸发成因盐岩的溶解提供了主要水化学组分,海水入侵的可能性较小,地热咸水和围岩存在一定的阳离子交换作用。因此,围岩中的蒸发成因盐岩的溶解和花岗岩矿物的溶解是地热咸水化学成分形成的主因。

关键词：地热咸水水化学氢氧同位素 ^(87)Sr/^(86)Sr 地热温度计广东

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长江中上游流域过去千年极端洪涝事件重建与分析

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长江流域资源与环境 2024年第1期33卷 201-213页

作者：杨巨佳覃军李骁锐陈存昕中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

以长江中上游流域为主要研究区域,根据历史文献资料、洪水题刻和现代水位数据重建该流域过去千年极端洪涝年,分析不同时期洪涝事件发生的规律和差异,主要结论如下:(1)用历史文献和题刻重建得到截止到建国前的45个洪涝年,平均18 a发生一... 详细信息

以长江中上游流域为主要研究区域,根据历史文献资料、洪水题刻和现代水位数据重建该流域过去千年极端洪涝年,分析不同时期洪涝事件发生的规律和差异,主要结论如下:(1)用历史文献和题刻重建得到截止到建国前的45个洪涝年,平均18 a发生一次,洪涝发生的年际分布不均;(2)现代器测水位数据对重建的洪涝年延长至2002年,补充了1954、1981和1998年3个年份,得到了一份1153~2002年长江中上游流域完整的洪涝年表;(3)对洪涝事件发生频率和气候背景分析发现,近千年来长江中上流域洪涝灾害的发生频率具有一定的波动性,且近两百年来有不断增加的趋势。洪涝年的发生频次和发生机理在不同时期有所不同:中世纪暖期和小冰期主要是由于二者气候差异造成的冷暖、季风和降雨带的不同,现代暖期则主要是受到了人类活动的影响,洪水事件发生频率和强度有增无减。

关键词：长江中上游历史记录重建极端洪涝气候变化

黄陵隆起片麻岩和花岗岩的^(40)Ar/^(39)Ar年龄及其构造意义

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地球科学 2024年第2期49卷 700-711页

作者：吴阳沈传波邱华宁中国地质大学资源学院湖北武汉430074 中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074

黄陵花岗岩是研究扬子陆块构造演化和岩浆活动的关键对象,高精度的^(40)Ar/^(39)Ar定年可以为确定黄陵花岗岩的构造演化提供准确的年代学依据.采用^(40)Ar/^(39)Ar阶段加热技术分别测定了黄陵隆起核部变质岩中角闪石、黄陵庙花岗岩中白... 详细信息

黄陵花岗岩是研究扬子陆块构造演化和岩浆活动的关键对象,高精度的^(40)Ar/^(39)Ar定年可以为确定黄陵花岗岩的构造演化提供准确的年代学依据.采用^(40)Ar/^(39)Ar阶段加热技术分别测定了黄陵隆起核部变质岩中角闪石、黄陵庙花岗岩中白云母和黑云母单矿物的年龄.角闪石^(40)Ar/^(39)Ar坪年龄(835.1±0.8)Ma,白云母坪年龄为(830.0±1.7)Ma,黑云母获得上凸型年龄谱,没有形成明显的年龄坪.分析认为,角闪石年龄指示围岩受到花岗岩侵入烘烤重置的时间,白云母年龄指示黄陵花岗岩冷却至350℃的年龄,岩体侵入时间不晚于835 Ma,在835~830 Ma经历快速冷却事件,冷却速率为50℃/Ma.黑云母低温阶段获得的年轻年龄216 Ma,记录了在晚三叠世黄陵地区缓慢差异隆升过程中发生的一期热事件.

关键词：黄陵花岗岩黄陵隆起 ^(40)Ar/^(39)Ar定年热扰动地球化学