添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料压缩和渗透特性的影响

土-膨润土系竖向隔离墙广泛应用于工业污染场地和地下水修复工程。通过坍落度和一维压缩固结试验研究添加沸石对黏性土-膨润土竖向隔离墙材料的工作性,以及压缩和渗透特性。黏性土选用高岭土,沸石-高岭土-膨润土试样中沸石掺量为2%～40%。试验结果与以往沸石-砂-膨润土竖向隔离墙材料以及击实沸石-膨润土混合土研究结果进行对比,明确沸石掺量和粒径对压缩和渗透特性的作用规律。试验结果显示,满足隔离墙材料施工要求的含水率范围随沸石掺量增加而增大,并处于液限的0.96～1.18倍。添加细颗粒沸石对试样的压缩指数和渗透系数影响较小,渗透系数小于10-9 m/s。相反,添加粗颗粒沸石将导致微孔隙尺寸增大,并形成水能够通过的沸石网架结构,将显著增大渗透系数。试样渗透系数能够通过考虑孔隙比和液限的经验公式进行良好的预测。     

海泡石改性土-膨润土泥浆阻截墙阻截地下水重金属阳离子污染

为探究海泡石的添加对土-膨润土泥浆阻截墙材料的施工和易性、渗透性,以及对地下水重金属阳离子污染阻截性的影响,采用天然海泡石对土-膨润土泥浆阻截墙改性,并以铅污染为代表,进行了坍落度实验、渗透实验和吸附实验。结果表明：添加海泡石不会对土-膨润土-海泡石阻截材料施工和易性造成太大影响,海泡石掺量从0增加至30%,满足目标坍落度要求的含水率仅增加1%;在实验掺量范围内海泡石对泥浆阻截材料渗透性能的影响较小,材料渗透系数均小于10^-7 cm/s,能够满足工程要求;材料对Pb²⁺的吸附是以化学吸附为主的吸附过程,海泡石掺量分别为0、5%、10%和20%时,泥浆阻截材料对Pb²⁺的吸附量依次为89.73、112.52、140.85、183.40 mg/g,温度降低,阻截材料吸附量也随之减少。在铅污染液的作用下,土-膨润土-海泡石阻截材料渗透系数逐渐上升,海泡石的存在能够延缓Pb²⁺对该阻截材料的侵蚀;渗出液pH和Pb²⁺质量浓度变化表明,在实验时间内阻截材料仍然起着阻截作用。     

巴颜喀拉中部三叠纪花岗岩类的岩石成因及其地质意义

巴颜喀拉-松潘甘孜造山带三叠纪花岗岩是研究青藏高原中部古特提斯造山作用过程与地壳生长演化机制的重要探针。本次研究对巴颜喀拉中部的花岗质岩体进行了详细的岩石学、锆石U-Pb年代学和全岩地球化学研究,探讨其岩石成因和动力学背景。锆石U-Pb年代学研究表明,本次研究的花岗质岩体形成于209～217 Ma,是晚三叠世岩浆活动的产物。岩石地球化学分析揭示,岩体由高Sr/Y值和低Sr/Y值花岗岩类组成。其中,高Sr/Y值岩体具有中等K₂O(2.13%～3.75%)、较高的Sr(373×10^–6～521×10^–6)含量和Sr/Y值(47.5～69.4),较低的Yb(0.42×10^–6～0.62×10^–6)、Y(6.79×10^–6～7.99×10^–6)、Cr(5.86×10^–6～13.0×10^–6)和Ni(1.91×10^–6～6.63×10^–6)含量, La/Yb...     

非等温分布条件下三层复合衬垫中有机污染物一维瞬态运移规律研究

针对非等温分布条件下由土工膜(geomembrane,简称GMB)+土工复合膨润土衬垫(geosynthetic clay liner,简称GCL)+压实黏土衬垫(compacted clay liner,简称CCL)组成的3层复合衬垫中有机污染物一维瞬态运移问题,考虑了对流、扩散、机械弥散、吸附、降解和热扩散等因素,建立了相应的数学模型。该模型可考虑扩散系数和渗透系数等参数随温度变化。利用有限差分法,获得了该模型的数值解。通过将所建模型计算结果分别与试验结果、已有解析模型计算结果和COMSOL软件计算结果进行对比,验证了所建模型的正确性。基于所定义的击穿时间t_b,以甲苯作为代表性有机污染物分析和讨论了不同因素对运移行为的影响。结果表明：(1)非等温分布条件会使渗透系数、扩散系数和线性吸附系数等参数发生变化,其中渗透系数和扩散系数的变化会加快运移过程,尤其是扩散系数,而线性吸附系数的变化会减慢运移速率;(2)复合衬垫上部和底部温度差ΔT的增大会使击穿时间t_b减小,底部运移通量J_b增大;当ΔT为0、10、20、30、40 ...     

颗粒膨胀对膨润土复合衬垫防渗性能的影响及介观机制分析

膨润土复合衬垫(geosynthetic clay liners,GCL)的防渗性能与膨润土颗粒水化后的多孔介质特性密切相关。通过建立去离子水环境下颗粒尺度GCL渗流的COMSOL数值计算模型,量化研究了颗粒膨胀对GCL有效孔隙率、迂曲度以及渗透系数的影响。研究结果表明,介观尺度膨润土颗粒的膨胀是影响GCL整体有效孔隙率、迂曲度及最终渗透系数的关键因素。膨润土颗粒膨胀会明显影响流径数量及流径通道宽度。当GCL的渗透系数接近10^-11 m/s量级时,存在一条明显的主流径,初始孔隙率从0.5上升至0.6时,颗粒膨胀后的有效孔隙率从0.07上升至0.11,最小流径通道的宽度约为0.001 mm,大约为水分子的2 500倍。随着膨润土颗粒的膨胀,GCL内主流径迂曲度逐渐增加。当初始细颗粒直径为0.1 mm,初始孔隙率从0.5增加至0.6时,GCL内主流径迂曲度在1.2～1.4之间,但所有初始孔隙率下的主流径迂曲度变化范围在0.07左右。同时,渗透系数接近10^-11 m/s量级时,膨润土颗粒膨胀对GCL渗透系数的影响非常显著,当孔隙膨胀率大于0.96后...     

无机盐溶液作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料化学相容性试验研究

土-膨润土竖向隔离屏障广泛应用于城市工业污染场地。化学溶液作用下屏障材料的化学相容性,即渗透系数及其变化程度,是评价防污性能的关键因素。通过柔性壁渗透试验研究重金属铅-锌复合、六价铬作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数的变化规律。由于无机盐溶液中铅、锌、钙对膨润土双电层的压缩,铅-锌复合、钙溶液作用下屏障材料试样渗透系数随金属浓度升高而增大。铅-锌复合作用下,金属浓度增至500mmol/L时试样渗透系数增幅达11倍,且无法满足防渗要求。相反,由于铬以阴离子络合形式存在,其对试样渗透系数影响相对小;与未污染状态测定结果相比,渗透系数增幅≤2倍。在膨润土孔隙比基础上,考虑无机盐溶液对膨润土膨胀特性的影响,建立无机盐溶液作用前后砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数统一预测方法。     

活性炭改性土-膨润土泥浆墙阻隔苯酚污染地下水

为了增加土-膨润土泥浆墙回填材料对污染物的阻滞性能,本文采用活性炭对其进行改性。通过坍落度和土柱实验研究了添加活性炭对土-膨润土泥浆墙施工和易性、渗透性和兼容性能的影响,明确了活性炭添加量对泥浆墙渗透性和兼容性的作用规律。实验结果显示,满足泥浆墙墙体材料施工和易性要求的含水率范围随着活性炭质量分数增加而增大。活性炭质量分数为2%～10%的改性土-膨润土泥浆墙墙体材料渗透系数均小于1.0×10^-7cm/s,满足垂直阻隔墙渗透系数要求。当活性炭质量分数≤2%时,活性炭的添加对墙体材料与苯酚溶液的兼容性能没有影响;随着活性炭质量分数的增大,苯酚对其不利影响加剧。当活性炭质量分数增大至10%时,活性炭改性土-膨润土泥浆墙不适用于苯酚污染地下环境。     

无机盐溶液作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料化学相容性试验研究

土-膨润土竖向隔离屏障广泛应用于城市工业污染场地。化学溶液作用下屏障材料的化学相容性,即渗透系数及其变化程度,是评价防污性能的关键因素。通过柔性壁渗透试验研究重金属铅-锌复合、六价铬作用下砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数的变化规律。由于无机盐溶液中铅、锌、钙对膨润土双电层的压缩,铅-锌复合、钙溶液作用下屏障材料试样渗透系数随金属浓度升高而增大。铅-锌复合作用下,金属浓度增至500 mmol/L时试样渗透系数增幅达11倍,且无法满足防渗要求。相反,由于铬以阴离子络合形式存在,其对试样渗透系数影响相对小;与未污染状态测定结果相比,渗透系数增幅≤2倍。在膨润土孔隙比基础上,考虑无机盐溶液对膨润土膨胀特性的影响,建立无机盐溶液作用前后砂-膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数统一预测方法。     

氯离子在黏土-膨润土屏障中迁移的离心试验研究

将对流-扩散试验装置置于土工离心机中,以50g离心加速度运行12 h,研究了黏土-膨润土混合土样中Cl-的迁移扩散,使用解析解对试验结果进行拟合确定相关参数,分析了试验的相似条件,使用商用软件对离心试验原型进行模拟,与试验结果进行比较,探讨了离心机用于溶质迁移分析的比尺效应,最后通过数值分析研究了试验的黏土-膨润土屏障用于老垃圾填埋场防渗帷幕补强的效果。结果表明,土工离心机试验中,按实际出流量计算的实际孔隙水流速小于临界流速,两试样中的佩克莱数（Pe数）小于临界Pe数,机械弥散的作用可以忽略,试验满足扩散的相似定律;离心机试验所模拟的2.5 m厚衬垫原型,在水头5 m和10 m作用下3.42 a后均未被击穿;常重力下试验土样的渗透系数为8.5×10-8 cm/s,有效扩散系数为7.82×10-7 cm2/s,对试验原型进行的数值模拟表明,n倍重力加速度下,土工离心机可以 尺寸的试样实现对原型的模拟,同时将对流和扩散作用下的溶质迁移时间缩短至原型的 ;试验的黏土-膨润土屏障用于老垃圾填埋场防渗补强,可显著减缓溶质迁移,防渗补强后可满足渗滤液迁移扩散的控制要求。     

江西相山铀矿田深部多金属矿化成矿流体来源:流体包裹体He-Ar同位素证据

江西相山铀矿田西部地区实施的铀矿科学深钻3号孔在深部–700 m发现大量铅锌银多金属矿化脉,垂向上呈"上铀下多金属"的分布特征。本文对深部多金属矿化主成矿阶段的黄铁矿、闪锌矿、方铅矿进行了流体包裹体He和Ar同位素组成测定,结果表明,相山深部多金属矿化主成矿阶段的黄铁矿、闪锌矿和方铅矿具有较一致的He、Ar同位素组成,矿物内流体包裹体的~3He含量范围为4.55×10^–14～1560×10^–14 cm^3·STP/g,~4He含量范围为1.05×10^–7～525×10^–7 cm^3·STP/g,~3 He/~4He为2.98×10^–7～4.96×10^–7,即0.21～0.35 Ra,介于地壳(0.01～0.05 Ra)和饱和大气水(1 Ra)之间,明显低于地幔的~3 He/~4He值(6～9 Ra),⁴⁰Ar浓度为0.969×10^–7～157×10^–7 cm^3·STP/g,⁴⁰Ar/³⁶Ar值为303.7～573.9,略高于饱和大气水的Ar同位素组成,结合矿石和蚀变岩石中Li元素富集特征,本文认为相山西部地区深部多金属成矿流体以地壳流体和大气降水为主,成矿流体富Li元素是He同位素明显高于地壳的原因,可能存在少量幔源流体的加入。另外,通过对比前人研究的该地区铀矿化矿石中黄铁矿He-Ar同位素组成,并结合前人对该地区幔源组分明显参与铀成矿的认识,本文认为多金属矿化和铀矿化成矿流体可能并非同一来源。     

高雷诺数顶盖驱动方腔流实验

为得到高雷诺数(1×105~1×106)条件下顶盖驱动方腔水流流场和速度分布,设计了边长为0.2 m和0.5 m的立方腔,并利用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)对方腔流流场进行测量,分析方腔流流场特性和边壁对流场影响规律。结果表明:雷诺数达到5×105时方腔流中主涡旋发生变形,雷诺数从5×105增大到1×106过程中,中间的初级涡旋(Primary eddy,PE)继续变形,并分裂成两个涡旋;随着雷诺数的增大,顺流次级涡旋(Downstream Secondary Eddy Region,DSE)区域面积缩小,雷诺数为5×105时DSE区域可看到成型的涡旋,当雷诺数为1×106时,DSE区域继续缩小,在同样条件下看不到成型的涡旋;雷诺数增大的过程中各边壁的边界层变薄,边壁对方腔流流场特性影响明显。     

中国油页岩资源现状

2004～2006年我国首次开展了全国性油页岩资源评价工作。为了更好地揭示我国油页岩的分布规律及特征,按不同地区、不同层系、不同含油率、不同埋深和不同地理环境进行了归类汇总。评价结果表明,我国油页岩资源丰富,分布范围广,分布在20个省和自治区、47个盆地,共有80个含矿区。全国油页岩资源为7 199.37 亿t,页岩油资源为476.44 亿t,页岩油可回收资源为119.79 亿t。全国油页岩主要集中分布在东部区和中部区,东部区油页岩资源为3 442.48 亿t,中部区油页岩资源为1 609.64 亿t,青藏区油页岩资源为1 203.20 亿t,西部区油页岩资源为749.94 亿t,南方区油页岩资源为194.61 亿t,分别占全国油页岩资源的48％、22％、17％、10％和3％。全国油页岩主要集中分布在中、新生界,其中,中生界油页岩资源为5 597.92 亿t,新生界油页岩资源为1 052.31 亿t,分别占全国油页岩资源的77.76％和14.62％,油页岩形成时代从西北至东南方向逐渐变新。我国油页岩含油率中等偏好,其中含油率＞5％～10％的油页岩资源为2 664.35 亿t,含油率＞10％的油页岩资源为1 266.94 亿t,分别占全国油页岩资源的37％和18％。我国油页岩埋藏深度较浅,埋深在0～500 m之间的油页岩资源为4 663.51 亿t,埋深在500～1 000 m之间的油页岩资源为2 535.86 亿t,分别占全国油页岩资源的64.78％和35.22％。我国油页岩主要分布在平原和黄土塬地区,分布在平原地区的油页岩资源为3 256.53 亿t,分布于黄土塬地区的油页岩资源为1 562.86 亿t,分别占全国油页岩资源的45％和21％。油页岩资源巨大的盆地有:松辽盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地,占全国油页岩资源的76.79％。     

冀中坳陷束鹿凹陷地热系统成因模式

地热系统内部地质要素特征分析是建立其成因模式的基础,也是后期研究地热资源赋存特征和资源量评价的依据。结合前人研究成果和区内地热钻井资料,通过对冀中坳陷束鹿凹陷地热系统“源、储、通、盖”主要地质要素分析,建立了其概念模型,并开展了地热资源量评价。束鹿凹陷为一新生代发育在渤海湾盆地冀中坳陷内的典型的箕状凹陷,接受可能来自于其下深部地壳结构约20 km处低阻体的热源供给。新近系馆陶组砂岩热储和奥陶系碳酸盐岩热储分别构成了两套独立的地热系统。其中,馆陶组砂岩热储全区稳定分布,底板埋深介于1100~2000 m,储层厚度约为200~320 m,孔隙度约在15%~35%之间,渗透率最高可达1200 mD,热储底板温度在57~78℃;奥陶系碳酸盐岩热储受箕状凹陷边界断裂的控制呈单斜状倾伏,埋深1800~6000 m,储层厚度100~550 m,孔隙度2%~18%,渗透率0.5~50 mD,地热水井口温度在75~92℃。两套地热系统由西边太行山的大气降水沿着地层不整合面和断裂运移通道进行补给,通过深部热传导和局部热对流增温后,在储层中富集形成地热水。上覆松散的第四系沉积和明化镇组河流相碎屑岩沉积厚300~1400 m,热导率0.9~1.8 W/(m·K),构成了良好的区域盖层。束鹿凹陷地热资源量评价结果表明,馆陶组砂岩地热系统含244.430×10⁸ GJ,奥陶系岩溶地热系统 含203.752×10⁸ GJ,总量合计448.182×10⁸ GJ,折合标煤15.296×10⁸ t。年开采地热资源量满足的供暖面积可达1.106×10⁸ m2,开发潜力巨大。     

青藏高原唐古拉哈日钦冰芯表层和深层可培养细菌特征

对唐古拉哈日钦冰芯表层0.04~3.04 m及深层127.44~130.36 m中可培养细菌进行了对比研究。发现表层和深层可培养细菌数没有表现出显著差异性,表层冰芯中可培养细菌数为0~9.8×10³ CFU·mL^-1,略高于深层冰芯的0~8.4×10³ CFU·mL^-1。表层冰芯中微生物总数为10³~10⁶ cells·mL^-1,深层冰芯中微生物总数为10²~10³ cells·mL^-1。冰芯中可培养细菌属于Firmicutes（厚壁菌门）、Proteobacteria（变形菌门）、Actinobacteria（放线菌门）、Bacteroidetes（拟杆菌门）和Deinococcus-Thermus（异常球菌门） 5大类。但表层和深层可培养细菌属于不同的优势门,表层为Proteobacteria（38%）,深层为Firmicutes（42%）。表层和深层优势属均为Bacillus（芽孢杆菌属）,占比分别为18%和29%。已有研究表明哈日钦冰芯98.8 m达到了公元1000年的历史记录,因此对比千年尺度上可培养细菌数量及多样性的差异,能够为进一步发掘新基因,丰富微生物多样性,为了解可培养细菌的进化历史奠定基础。     

2010-2020年祁连山东段冷龙岭宁缠河1号冰川变化综合观测研究

冰川物质平衡研究对流域内水资源的分配和利用具有重要的指导意义。发源于祁连山的冰川融水是河西走廊和柴达木盆地重要的淡水来源。近年来,祁连山地区的冰川经历了不同程度的退缩,东段退缩尤其明显。基于祁连山东段冷龙岭地区宁缠河1号（NC01）冰川2010—2020年冰川物质平衡观测数据,结合Google Earth高分辨率历史影像、资源3号和哨兵2号卫星影像,以及气象数据,采用冰川学方法,分析了NC01冰川的面积、物质平衡及厚度变化等特征。结果表明：2008—2020年,NC01冰川末端位置持续后退,退缩速率为7.54 m·a^-1;2020年冰川面积为3.32×10⁵ m²,萎缩速率为0.075×10⁵ m²·a^-1。与此对应,2010—2020年冰川物质平衡持续为负,年均物质平衡为-0.98 m w.e.。由此推算,2020年冰川平均厚度减薄至17.52 m,冰量减少至6.83×10⁶ m³。进一步研究显示,自1972年以来,NC01冰川持续减薄,而2010—2020年物质亏损速率要高于1972—2010年,存在着较为明显的后期加速趋势,这与近年来气温的明显升高有关。     

现代暖期气候变暖对南海北部陆坡天然气水合物分解潜在影响

现代暖期(Current Warm Period,CWP,1850—至今)以来全球气温升高,南海北部陆坡底层海水温度升高、海平面上升影响海底天然气水合物稳定性。为探究现代暖期气候变暖对南海北部陆坡水合物分解影响,本文模拟计算了东沙海域、神狐海域、西沙海域、琼东南海域水合物赋存水深最浅处水合物的饱和度在1 000年内变化情况,评估了受现代暖期气候变暖影响水合物赋存水深范围,讨论了水合物分解量及其对环境影响。结果发现:(1)受现代暖期气候变暖影响,东沙海域、西沙海域、琼东南海域水合物分解,神狐海域水合物不分解;当东沙海域、西沙海域、琼东南海域水深分别超过665、770、725 m,水合物不分解;(2)现代暖期自始以来,南海北部陆坡水合物分解量为9.36×10⁷~3.83×10⁸ m³,产生的甲烷量为1.54×10¹⁰~6.28×10¹⁰ m³;(3)受现代暖期气候变暖影响,南海北部陆坡每年水合物分解量为5.5×10⁵~2.25×10⁶ m³,产生的甲烷量为9.02×10⁷~3.69×10⁸ m³,这些甲烷中3.61×10⁵~1.48×10⁶ m³能够进入大气,对温室效应贡献度为每年我国人类生活的0.01%~0.06%;与此同时,1.77×10⁷~7.23×10⁷ m³甲烷可能会在海水中被氧化形成弱酸,加重南海北部陆坡海水酸化。     

Studying the migration behaviour of selenate in Boom Clay by electromigration

For the disposal of high-level waste (HLW) in a deep geological formation as Boom Clay, safety assessment studies have shown that long lived ⁷⁹Se is one of the more critical fission products. Therefore, the knowledge of its migration properties (diffusion, retention) through the geological barrier (Boom Clay) is of paramount importance. The migration behaviour of selenium strongly depends on its speciation. Under reducing conditions, selenide would be the dominant species and selenium migration would mainly be controlled by the low solubility of Se(−II)-bearing minerals. However Se species are often found in redox disequilibrium and more oxidized species might also coexist. Therefore, the study of selenate migration requires attention, as it might be the most mobile selenium species in the host rock. Electromigration experiments performed with a ⁷⁵Se-labeled selenate in Boom Clay indicate a high mobility for this species. The apparent diffusion coefficient (D_app) of selenate in Boom Clay is estimated from electromigration experiments performed under different electric fields. Using two independent approaches, the value of D_app for selenate is shown to fall in the range from 1.7×10⁻¹¹ to 6.2×10⁻¹¹ m² s⁻¹. Moreover, no reduction of selenate in Boom Clay was observed.     

用镭-226示踪胶州湾的海底地下水排泄

海底地下水排泄（SGD）是全球水循环的一个组成部分,其输送的溶解物质不仅参与海洋的生物地球化学循环,而且影响近岸海域的生态环境。为了评估胶州湾海底地下水排泄状况,通过建立胶州湾内海水中²²⁶Ra的质量平衡模型来计算海底地下水排泄通量。胶州湾海水中²²⁶Ra的源主要有河流的输入、沉积物扩散输入和地下水的输入,海水系统在稳定状态下,这几种源应该与湾内海水和湾外海水的混合损失达到平衡。除了将地下水输入作为未知项外,对其他源和汇逐个进行量化,计算得知：2011年9-10月胶州湾的海底地下水排泄通量为7.85×10⁶ m³·d^-1;2012年4-5月胶州湾的海底地下水排泄通量为4.72×10⁶ m³·d^-1。在此基础上,对地下水输入胶州湾的营养盐进行了评价。     

Permeability distribution in the Quaternary of the Upper Rhine glacio-fluvial aquifer

An extraordinarily large and geographically extensive 3D dataset has allowed us to relate permeability to detailed geological features. Permeability data derived from several thousand pumptests in Quaternary sediments (thickness < 120 m) of the Upper Rhine valley vary from K = 4.5 × 10⁻⁷ m s⁻¹ to K = 2.7 × 10⁻¹ m s⁻¹. The geometric mean of the data is K = 2.25 × 10⁻³ m s⁻¹. The permeability distribution maps for four different stratigraphic levels show that the highest values are found in sections beneath recent and historic fluvial systems. Fossil fans of small rivers from the Black Forest can be identified in the Rhine valley on the basis of the permeability pattern. The average hydraulic conductivity decreases S–N along the flow direction which corresponds to a decrease in grain-size of the fluvial sediments.     

Application of in situ-produced cosmogenic Be and Al to the study of lateritic soil development in tropical forest: theory and examples from Cameroon and Gabon

Depth profiles of in situ-produced cosmogenic nuclides, including ¹⁰Be (T_1/2=1.5×10⁶ years) and ²⁶Al (T_1/20.73×10⁶ years), in the upper few meters of the Earth's crust may be used to study surficial processes, quantifying denudation and burial rates and elucidating mechanisms involved in landform evolution and soil formations. In this paper, we discuss the fundamentals of the method and apply it to two lateritic sequences located in African tropical forests.