硅酸盐岩风化碳汇与我国热带季风区花岗岩流域碳循环*

为探讨岩石风化碳汇在环境变化过程中的作用,阐明硅酸盐岩风化作为地质时间尺度净碳汇在全球碳循环过程中的重要意义。综述了岩石化学风化与环境变化之间的关系,总结了岩石风化领域的研究进展,重点论述了有关玄武岩和花岗岩地区碳汇速率的研究成果。结果表明,学者对玄武岩流域的研究开展较早,涉及玄武岩台地、火山岛屿及大陆边缘火山带等代表区域,但由于其在陆壳硅酸盐岩面积比例较低,当综合评价全球硅酸盐岩的碳汇能力时,花岗岩地区更具代表性。有关花岗岩地区的研究集中在北美洲和欧洲地区,学者对亚洲季风区,尤其是热带季风地区关注较少。事实上,热带地区花岗岩风化速率为10.05~44.3 t·km~(-2)·y~(-1),平均碳汇能力达5.25×10~5mol·km~(-2)·y~(-1),与国内外已有成果相比,中国热带季风区花岗岩正经历快速风化和较高的CO_2吸收通量,加上区域内特殊的河流碳输送规律,该区域在全球碳循环研究中意义重大。然而,目前中国花岗岩流域碳循环研究主要在温带及亚热带地区展开,无疑,对于中国热带季风区花岗岩流域碳循环的研究应是学者未来关注的重点。     

松花江典型小流域水化学的时空分异研究

自然界水岩相互作用中所形成的水化学特征及其时空分异规律,是近年来地球化学研究的热点.本文依据 《中华人民共和国水文年鉴—黑龙江流域水文资料》1978-1982年的河流水质监测资料,围绕典型的花岗岩和玄武 岩小流域,明确了松花江流域水化学组成的流域风化成因,揭示了流域硅酸岩风化对水化学的控制.探讨了流域水 化学的时空分异规律,发现玄武岩相对花岗岩有更高的碳汇效率,流域HCO- 3 表征的硅酸盐风化的通量主要受区 域流量主导.     

铀系不平衡在粤北花岗岩风化速率研究中的应用

为探讨粤北花岗岩化学风化过程中所表征的地貌演化和气候环境变化，选取锦江流域为研究区，运用铀系不平衡方法，测试流域内河流水中铀的质量浓度、风化壳及岩石中铀的质量分数、234U与238U的放射性活度比，计算流域中花岗岩的化学风化速率.结果显示:在当前水热条件下，本流域中平均CIA值为86.84的花岗岩风化壳的化学风化速率为0.038 mm/a，即风化1 m厚的花岗岩需要约26 000年；在热带亚热带地区，控制岩石风化的主要因素是高温潮湿的气候条件；铀系同位素之间产生的不平衡适用于量化评估风化作用下水-土-岩三者间的相互作用，也为岩石风化及地表过程的相关研究提供了一种新的示踪手段.     

化学风化研究的进展

化学风化是联系陆地与海洋、流域与湖泊、反演气候及环境的重要纽带.硅酸盐岩化学风化过程中造成的大气CO2净消耗在物质的地球化学循环尤其是地球长期碳循环中发挥着极其重要的作用.本文综述了化学风化作用与全球碳循环的研究现状,着重介绍了化学风化作用与碳循环的特征之间的相互作用关系,详细阐明了在二者的影响下国内外河流水化学的研究成果.提出了化学风化作用影响的长期碳循环将可能是未来的研究热点.     

广东韩江流域化学风化作用及大气CO2消耗的分析

岩石的风化作用与碳循环有着极为密切的联系。韩江流域处于湿热地区,是广东省除珠江流域以外的第二大流域。对韩江水系进行了系统采样、测试分析显示,河水水化学组成以HCO3-和Ca2+为主,其次是SO24-和Na+。Gibbs图分析表明,韩江流域河水离子成分主要来源于岩石的风化释放;相关分析和因子分析则表明,蒸发盐岩、碳酸盐岩、硅酸盐岩风化过程对河水离子的贡献率分别为33.4%、27.7%和为10.5%。大气中的CO2通过参与岩石的化学风化过程对河水中溶解质的贡献率为20.2%。韩江流域河水中HCO3-有50.2%来自大气CO2,由此估算韩江流域岩石化学风化对大气CO2的消耗量为73.33×108mol/a。在主要支流中,由大到小的顺序是汀江、石窟河、宁江、五华河和梅潭河,分别为28.08×108,13.26×108,10.22×108,5.17×108和2.90×108mol/a。韩江流域岩石化学风化对大气CO2的消耗率为252.2×103mol/(km2·a)。各主要支流中岩石化学风化对大气CO2消耗率最高的是宁江,为718.55×103mol/(km2·a),其次是石窟河360.14×103mol/(km2·a),再依次递减的是五华河282.04×103 mol/(km2·a),汀江237.73×103 mol/(km2·a),梅潭河181.18×103mol/(km2·a);韩江流域的平均化学风化率为54.11 t/(km2·a),各主要支流由高到低依次为,宁江最高140.5 t/(km2·a),石窟河71.2 t/(km2·a),汀江52.39 t/(km2·a),五华河51.02 t/(km2·a),梅潭河38.04 t/(km2·a)。     

冻融循环条件下风化花岗岩物理特性的实验研究

为研究风化岩石在冻融循环作用下物理特性的变化情况,选取风化花岗岩为试样,在冻结温度为-40℃,融解温度为20℃条件下分别进行0,10,20和30次冻融循环实验,并进行单轴抗压强度测试。研究结果表明:风化岩石的质量在冻融后增大,且每组岩样的平均质量变化率随着冻融次数的增加而增大;随着冻融循环次数的增加,风化花岗岩的单轴抗压强度、弹性模量、冻融系数、风化程度系数都逐渐降低;在30次冻融循环作用下,岩样由中等风化岩变为强风化岩。     

桂林毛村地下河流域岩溶关键带碳循环研究

本文系统总结了桂林毛村地下河观测站在岩溶关键带垂向上碳循环的监测工作,为基地进入岩溶关键带监测网络奠定基础。对岩溶植被层-土壤层-岩石层-地下水无缝连续体的碳循环监测,包括不同地质背景下典型植被的光合速率、自然植被下凋落物的分解(植被层)、不同土地利用方式下土壤碳库的组成及转化、土壤微生物及有机酸对碳酸盐岩的溶蚀(土壤层)、洞穴CO2浓度及同位素的变化(气体-岩石作用层)、流域水体无机碳特征、外源水对岩溶碳汇过程的促进(地下水层)等方面。经过长期的科研积累,形成一套包括岩溶生物地球化学、岩溶水文过程、同位素示踪技术等在内的野外及室内研究方法,为流域尺度岩溶关键带碳循环的研究提供了技术支持和理论基础。但岩溶关键带碳循环过程中的生物作用及现代CO2在岩溶关键带中的周转时间研究较少,亟待加强。桂林毛村地下河流域岩溶关键带碳循环的研究具有地域优势和学术优势,适合成为我国岩溶关键带监测站。     

点载荷作用下岩石塑性特征及分类

为了研究不同种类岩石在点载荷作用下塑性特征,通过室内实验测定了花岗岩、细砂岩、黄砂岩、玄武岩、粉砂岩、红砖在点载荷作用下位移-载荷曲线,得到了6种类岩石力学特性和塑性特征。粉砂岩、红砖和玄武岩的强度接近;黄砂岩、花岗岩和细砂岩强度呈现线性增大,且与刚度变化趋势相一致。随着强度的增加,变形呈现先急剧增长后缓慢下落的特点。根据曲线规律对岩石进行分类和分级,黄砂岩、粉砂岩、玄武岩和红砖均属于脆塑性岩石;玄武岩为塑性岩石,细砂岩为脆性岩石。通过塑性系数对岩石进行分类,细砂岩为脆性岩石,级别为1级,塑性系数为1;玄武岩为塑性岩石,级别为6级,塑性系数为6~∞;花岗岩塑性黄砂岩塑性粉砂岩塑性红砖塑性。岩石越致密越均质,弹脆性越好;孔隙越多越离散,塑性变形越明显。     

陆地水-碳酸盐-CO2-水生光合生物相互作用产生碳汇的重要性（英文）

全球变化科学最重要的问题之一是如何平衡大气CO2收支.至今仍存在每年10亿吨级的陆地碳汇不知去向,即所谓的"遗失碳汇"问题.这些不明碳汇的位置、量级、变化和形成机制目前仍不确定,并存在巨大争议.尽管全球变化和岩石化学风化的正相关关系已体现在大气CO2的地球化学模型中,但这一反馈被认为只在地质长时间尺度起作用,因此,针对人类活动对碳收支影响的讨论时常不考虑风化碳汇的贡献.本文基于岩石风化研究的最新进展,并综合水生生态系统碳泵效应研究的成果,发现陆地水-碳酸盐-CO2-水生光合生物相互作用产生的碳汇不仅很重要(每年近5亿吨碳),而且在气候变暖和土地利用变化的影响下呈现显著的增加趋势,因此,必须包括在现今全球碳收支的评价中.     

滇东高原煤矿聚集区扎外河流域水化学特征及演化规律

采煤废水是影响中国水环境的重要因素之一,研究其对岩溶小流域水化学特征及演化的影响,可以为流域水资源开发利用和水污染防治提供科学依据。通过数理统计、离子比例系数、Piper三线图和Gibbs图等方法,分析了扎外河流域水化学特征及主要物质来源。结果表明:矿坑水水化学类型为SO_4-Ca和HCO_3·SO_4-Ca·Na型,碳酸盐岩岩溶水和碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶水水化学类型主要为HCO_3-Ca和HCO_3-Ca·Mg型,而受采煤废水影响,地表水由HCO_3-Ca型过渡为HCO_3·SO_4-Ca和HCO_3·SO_4-Ca·Na型。碳酸盐岩风化是研究区Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-离子的主要来源;SO_4~(2-)离子则主要源于煤系地层黄铁矿的氧化和碳酸盐岩地层中石膏的溶解;硅酸盐风化是Na~+的主要来源,岩盐的溶解和阳离子交换作用也对Na~+有部分贡献。因子分析进一步表明,H_2CO_3和H_2SO_4参与的碳酸盐岩风化、农业活动、硅酸盐风化和阳离子交换作用综合控制了研究区水化学特征。矿业活动不仅改变了天然水体的水化学组分,还不同程度影响了流域内岩石的风化溶解过程。     

碳汇估算方法研究进展

从森林碳汇估算方法、林下-土壤碳汇估算方法、土壤碳汇估算方法、岩石-流域碳汇估算方法和海洋碳汇估算方法5个方面综述近年来国内外学者对于碳汇估算方法的研究现状.认为目前碳汇估算方法研究中还存在基础理论仍落后于实践、碳汇估算结果存在较大的差异、碳汇模型不够精确、基础数据的采集工作欠缺和岩石圈碳汇研究有待深入等不足,建议从建...     

我国热带亚热带部分长石风化产物研究

综合应用Ｘ射线衍射、扫描电镜,透射电镜及偏光显微镜等技术,研究了我国热带、亚热带地区花岗岩和片麻醉岩风化壳中的长石风化现象。研究区内的长石风化形式主要为化学风化,所形成的几化产物有０．７ｍｍ埃洛石、高岭石、水云母类矿物、三水铝石、硅铝质凝胶等,其中以０．７ｍｍ埃洛石分布最为广泛,三水铝石仅见于个别地区。     

金刚石钻进能量与花岗岩地层风化程度的关系

基于钻进过程监测系统在充填土-风化花岗岩地层中对液压旋转钻进的监测数据,对金刚石钻进系统的能量进行了分析.结果表明,钻进系统的能量分布与在普通风化花岗岩地层中的结果一致,黏滞能、动能以及钻进总能量与岩石的风化程度呈负相关,轴力功与岩石的风化程度呈正相关,说明金刚石钻进能量与岩石风化程度具有很好的响应关系.动能、轴力功及黏滞能受钻进方式影响,用于地层识别将受严格的可比条件限制.金刚石钻进比功随岩石风化程度的增强而减少,在不同风化程度的岩层中具有很好的分区性.而且,在充填土及全风化、强风化花岗岩地层中,金刚石旋转钻进比功值明显低于冲击凿碎比功,在微风化的坚硬岩中,旋转钻进比功则明显高于冲击凿碎比功.     

赣南花岗岩风化带岩土体强度特征及边坡破坏模式分析

为研究赣南地区花岗岩风化带岩土体强度特性及边坡破坏模式,采用室内岩矿鉴定、X粉晶衍射试验和电镜扫描等方法对原岩和全风化花岗岩进行矿物成分和微观结构分析,同时通过全风化花岗岩三轴固结不排水剪切试验,中风化花岗岩单轴和三轴试验对风化带岩土体的强度特征和破坏模式进行了研究。结果表明:随着围压增大,全风化花岗岩应力-应变关系发生了转型,破坏模式为先鼓胀再剪切破坏;中风化花岗岩在单轴压缩条件下经历了四个破坏阶段,三轴试验得到岩块的抗剪强度参数,经虎克布朗准则反演得到了岩体的强度参数。结合野外特征,赣南花岗岩风化带岩土体边坡失稳破坏模式主要有5种,其中坡面冲刷破坏占比较大。     

北山中部地区闪长岩-花岗岩类成因及构造背景

北山中部地区中酸性侵入岩以海西中晚期为主，加里东晚期次之。岩石类型有辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩、斜长花岗岩和花岗岩类。岩浆活动分为3个旋回6期，其中海西中期第2，3期和海西晚期岩浆活动员为强烈。研究区岩体多呈岩株、岩枝和岩基产出，围岩普遍发育混合岩化和同化混染，岩石具花岗结构，块状-(巨)斑状构造。岩石化学成分为钙碱性系列，闪长岩分异程度低，斜长花岗岩和花岗闪长岩分异程度中等，花岗岩类相对较高。加里东晚期和海西晚期花岗岩类属S(海西)型花岗岩类，海西中期闪长岩、花岗闪长岩和斜长花岗岩类则属I型(科迪勒拉)，闪长岩属交代(花岗岩化)成因，花岗闪长岩-花岗岩类属岩浆成因。加里东晚期花岗岩是中-晚志留世北山地区哈萨克斯坦板块向南俯冲使上地壳局部熔融的结果；海西中期闪长岩是混合岩化(花岗岩化)的产物；花岗闪长岩和斜长花岗岩是裂谷扩张阶段上地慢部分熔融的结果；而海西晚期花岗岩是裂谷萎缩和闭合阶段地壳局部熔融的结果。     

祁连阴凹槽地区塞浦路斯型铜矿床岩矿石物性特征及找矿意义

为确定塞浦路斯型富铜矿在祁连阴凹槽地区的地球物理特征,利用物探方法指导本区找矿。本研究通过在该地区开展激电中梯剖面测量、高精度磁法测量,采集岩石标本538块,并结合区内地质矿产特性以及岩石物理性质,确定了其视极化率异常、视电阻率异常和磁异常特征。结果表明:研究区内的岩(矿)石视极化率均较小,而视电阻率差异较大,将几种岩性的视电阻率由高到低区分为:灰岩、玄武岩、碧玉岩和石英岩(高阻),变化值为1 291.97~1 906.49Ω·m;辉长岩和变砂岩(中阻),变化值为744.41~760.87Ω·m;硅化大理岩、断层角砾岩及蚀变玄武岩(低阻),变化值为207.16~648.68Ω·m;黄铜矿矿石物性特征呈现为明显的低阻高极化,视电阻率最低为0.45Ω·m,视极化率最高可达到43.86%,具备采用激电测量寻找铜硫化物矿产的物性前提;磁化率方面,碧玉岩的磁化率最高,变化值为(30 045.08~5 438.65)×10~(-6)×4π·SI。因碧玉岩与矿体紧密相关,故寻找碧玉岩以达到间接找矿的目的是可行的。     

拉萨河流域中下游地区水化学及 地表水-地下水转化关系研究

为研究拉萨河流域中下游地区水化学及地表水地下水转化关系,利用水化学资料分析了不同水体水化学和稳定同位素特征,并探讨了地表水-地下水之间的转化关系。结果表明:拉萨河流域中下游地区不同水体中主要离子含量均较低,矿化度较低,呈弱碱性,水化学类型均以HCO_3·SO_4(SO_4·HCO_3)-Ca·Mg(Mg·Ca)型为主。不同水体的水化学组成主要受岩石风化作用控制,且以碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解风化为主。水化学及同位素分析表明:水样点可分为地表水、地下水以及混合区三个区域,说明研究区地表水和地下水水力联系密切,存在明显的转化关系;地表水、地下水、泉水的主要来源均为大气降水,不同水体均受到不同程度的蒸发作用影响;支流地表水主要受地下水补给,拉萨河中下游地表水和地下水存在地段性互补关系,拉萨河是区域地下水的主要排泄通道。     

海南省典型热带滨海砂地植被生态系统碳通量动态格局及成因初步分析

为了解热带滨海砂地生态系统碳通量特征及其成因,本研究以海南省文昌地区典型砂地植被为例,采用涡度相关技术进行长期的碳通量观测,同期开展了温度、降雨、辐射等气象因子监测.结果表明:1)典型热带滨海砂地植被碳汇/效益显著,2016年碳收支量为-400.959 g·m~(-2)·y~(-1);2)典型热带滨海砂地植被生态系统碳交换的季节变化明显,雨季(5~10月)碳通量变化差异较大,雨季前期(5~7月)净CO2交换(NEE,Net Ecosystem Exchange)占全年碳交换量的58%,而雨季后期(8~10月)受降雨等因素影响,NEE仅占全年碳交换量的10.7%;3)典型热带滨海砂地植被生态系统碳交换有明显的日变化格局,净生态系统碳交换最大值出现在正午12:00~2:00之间.日最大交换量出现在4月,最大值为-0.655 mg·m~(-2)·s~(-1);4)雨季生态系统碳交换量对于气象因子的响应显著于旱季,光合有效辐射是影响生态系统碳通量的主要影响因子,其雨季相关性R~2为0.70.     

信江流域地下水水化学特征及形成机制

地下水质量是鄱阳湖水生态环境重要组成部分,研究地下水的水化学特征、形成机制对流域水资源合理开发利用和生态文明建设具有重要意义。利用Gibbs图解法、相关性分析法以及主成分因子分析方法等分析了鄱阳湖信江流域地下水的水化学特征和形成机制。结果表明:大气降水是地下水的主要补给来源,Ca~(2+)、Na~+、HCO~-_3是地下水中优势离子,受水文地质情况及人类活动影响流域内水化学类型主要以Ca-HCO_3、Ca-HCO_3·SO_4为主。地下水中离子主要来源于岩石风化,Ca~(2+)、HCO~-_3、Mg~(2+)主要来自碳酸岩风化,Na~+、SO_4~(2-)主要来自蒸发岩的溶解,NO~-_3、Cl~-主要来自人类活动,K~+主要来源于硅酸岩风化输入,人类活动的影响主要为工矿活动;同时Ca~(2+)、Na~+还受到阳离子交替吸附作用影响,阳离子交替吸附作用参与了地下水水文地球化学过程。碳酸岩、蒸发岩、硅酸岩、人类活动、大气降水对地下水溶质贡献率分别为29.6%、19.9%、12.1%、19%、19.4%。     

峨眉山玄武岩结构面类型及成生规律

通过研究中国西南地区峨眉山玄武岩地区修建的部分水电站的基础地质资料,以及东岩区、中岩区和西岩区峨眉山玄武岩产出的区域地质背景、岩石学、岩相学和地球化学特征,划分出峨眉山玄武岩的结构面类型,分别是:由不同软弱夹层构成的喷发间断结构面、岩浆侵入使围岩发生蚀变而形成的侵入、蚀变结构面,以及地表岩体由于风化卸荷而形成的风化卸荷结构面。根据不同岩区玄武岩的地质地球化学特征和形成环境,探讨了这些结构面的成生规律和分布特点。东岩区玄武岩喷发旋回多,凝灰岩和沉积岩夹层多而厚,结构面以凝灰岩夹层形成的层间错动带、冷凝收缩形成的柱状节理、火山爆裂式喷发形成的集块岩、火山角砾岩夹层构成的结构面为主;中岩区在大地构造上处于攀西裂谷核心地带,岩浆活动频繁,构造运动和变质作用异常强烈,侵入、蚀变结构面和风化卸荷结构面大量出现;西岩区由于玄武岩喷发环境为海相,燕山晚期和喜马拉雅期构造活动强烈,以枕状构造结构面、蚀变结构面和构造结构面最为发育。