青藏公路沿线冻土的地温特征及退化方式

青藏高原多年冻土(以下简称冻土)具有地域分布广、厚度薄及稳定性差等特征. 过去几十年的气候变暖背景下, 冻土广泛退化, 地温升高, 夏季最大融化深度加深, 冬季冻结深度减小. 冻土已经产生下引式、上引式和侧引式退化. 冻土层厚度减薄, 或者在某些地区彻底消失. 冻土退化模式研究在冻土学、寒区工程和寒区环境管理方面具有重要意义. 由南至北穿越560 km冻土区的青藏公路沿线(简称青藏线)冻土在青藏高原腹地具有很好的代表性. 在水平方向上, 冻土退化在多年冻土下界附近的零星冻土分布区、融区边缘和岛状冻土区表现得更为明显. 当最大季节融化深度超过最大季节冻结深度时, 冻土开始下引式退化; 通常形成融化夹层, 造成多年冻土和季节冻结层不衔接. 当多年冻土层中地温梯度减小到小于下伏或周边融土层时, 则产生上引式或侧引式退化. 下引式退化进程可分为4个阶段: (1) 初始退化阶段, (2) 加速退化阶段, (3) 融化夹层阶段, (4) 最终多年冻土彻底融化为季节冻土阶段. 当多年冻土中地温梯度降至下伏融土层地温梯度以下时, 则产生上引式退化. 3种类型冻土温度曲线(稳定型、退化型和相变过渡型)展现了这些退化模式. 虽然存在不同地段和类型的地温特征, 三种退化模式的各种组合最终将使多年冻土消融, 转变成季节冻土. 过去25年来, 青藏线冻土年平均下引式退化速率变化在6~25 cm, 年平均上引式退化速率在12~30 cm, 零星多年冻土区年平均侧引式退化速率为62~94 cm. 这些观测结果超过所报道的过去20年来阿拉斯加亚北极不连续冻土区4 cm的年平均退化速率, 蒙古国不连续冻土区的4~7 cm的年平均退化速率, 以及雅库悌共和国亚北极和阿拉斯加北极稳定性冻土区退化速率.     

青藏高原冻土带天然气水合物的形成条件与分布预测

冻土带是天然气水合物发育的两个重要地质环境之一.青藏高原平均海拔在4000m以上,多年冻土面积约1.4×106km2.本文根据青藏高原冻土层厚度和地温梯度特征,运用天然气水合物的热力学稳定域预测方法,确定中低纬度高海拔区冻土带天然气水合物的产出特征.青藏高原多年冻土带热成因天然气水合物形成的热力学相平衡反映,水合物顶界埋深约27~560m,底界埋深约77~2070m.初步计算表明,青藏高原冻土带水合物天然气资源约1.2×1011~2.4×1014m3.在冻土层越厚、冻土层及冻土层之下沉积层的地温梯度越小的地区,最有利于天然气水合物的发育.气温的季节性变化对天然气水合物影响不大.在全球气温快速上升的背景下,青藏高原天然气水合物将处于失稳状态,天然气水合物顶界下降、底界上升,与冻土带的退化相似,分布区逐渐缩小,最终将完全消失.     

气候持续变暖条件下青藏高原多年冻土变化趋势数值模拟

应用数值方法模拟了气候持续以0.04℃/a速度变暖条件下,我国青藏高原多年冻土热状况可能发生的变化趋势,计算结果表明,在计算所假设条件下,当初始地面年平均温度为0.0,-0.5,-1.5,-2.5,-3.5和-4.5℃时,14m深度上的年平均地温分别为-0.11,-0.59,-1.52,-2.45,-3.21和-4.32℃,多年冻土厚度为16.8,29.0,54.1,79.7,112.1和131.0m时,经50a的环境持续升温后,14m深度上的年平均地温分别升高为0.0,0.0,-0.36,-1.23,-2.16和-3.07℃;初始年平均地面温度高于-1.112的多年冻土由衔接型变为不衔接型,低于-1.1℃时,多年冻土上限分别由初始的1.8,1.6,1.4,和1.2m增大为2.2,2.0,1.8,1.6m,且多年冻土厚度不发生大的变化。所以,如果未来气侯以文中的速度或低于该速度变暖,50a内我国青藏高原多年冻土分布将不会发生大的明显变化。     

华北东部中生代热体制转换及其构造意义

华北东部新生代沉积中心区受新生代快速沉积的影响, 前新生代地层于现今处于最高古地温, 前期的古地温信息已不复存在, 但新生代沉积厚度较小的相对隆起区或古-中生代残留盆地中, 前第三纪不同构造层内的镜质体反射率(R_o)古温标数据所记录中生代古地温信息未被晚期热事件所叠加覆盖, 从而使得前新生代的古地温信息得以保存. 根据华北东部盆地古、中生代构造层中镜质体反射率恢复的古地温梯度和古热流结果表明: 华北东部中生代中晚期(J₃-K₁)相对于中生代早期和现今具较高的古地温梯度(40~55℃/km)和古地表热流(>80 mW/m²). 中生代中晚期较高的古热流意味着该时期的“热”岩石圈厚度只有50~55 km, 较中生代早期“热”岩石圈厚度(135~148 km)显著减薄. 华北东部中生代中期地表热流变更发生在~110 Ma, 它所对应的深部构造-热过程应发生在中侏罗世(~160 Ma).     

青藏高原热融湖塘的水热过程及其对下伏多年冻土的热影响

以青藏高原查拉坪地区一处热融湖塘(40 m×50 m,最大深度为1 m)为研究对象,由实测数据对比分析了热融湖塘与天然地表相同深度的温度变化特征.结果表明:与天然地表相比,热融湖塘融化时间长,冻结时间短,且存在接近4℃的水温变化;受太阳辐射及热对流的影响,垂向水温梯度仅在水表从4℃降温及冻结阶段较大,其余时段接近0;湖底年均温度比相同深度的天然地表高约6.4℃,湖底下部存在约14 m深随时间发展的融区,土体吸热增大,放热减小;热融湖塘2.5~3.0 m土体的年内热交换为19592.0 k J/m2,约是天然地表的230倍,其中吸热量及放热量分别为后者的1.4倍及8.7%.湖塘下部的融化夹层是深层冻土的主要热源,湖塘对下部土体放热的抑制作用是湖塘对土体产生热影响的主要原因.     

中国西部及邻区岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用瑞利波群速度频散资料和层析成像方法,研究了中国西部及邻近区域(20°N—55°N,65°E—110°E)的岩石圈S波速度结构.结果表明这一地区存在三个以低速地壳/上地幔为特征的构造活动区域:西蒙古高原—贝加尔地区,青藏高原,印支地区.西蒙古高原岩石圈厚度约为80 km,上地幔低速层向下延伸至300 km深度,说明存在源自地幔深部的热流活动.缅甸弧后的上地幔低速层下至200 km深度,显然与印度板块向东俯冲引起俯冲板片上方的热/化学活动有关.青藏高原地壳厚达70 km,边缘地区厚度也在50 km以上并且具有很大的水平变化梯度,与高原平顶陡边的地形特征一致.中下地壳的平均S波速度明显低于正常大陆地壳,在中地壳20~40 km深度范围广泛存在速度逆转的低速层,这一低速层的展布范围与高原的范围相符.这些特征说明青藏高原中下地壳的变形是在印度板块的北向挤压下发生塑性增厚和侧向流动.地幔的速度结构呈现与地壳显著不同的特点.在高原主体和川滇西部地区上地幔顶部存在较大范围的低速,低速区范围随深度迅速减小;100 km以下滇西低速消失,150 km以下基本完全消失.青藏高原上地幔速度结构沿东西方向表现出显著的分段变化.在大约84°E以西的喀喇昆仑—帕米尔—兴都库什地区,印度板块的北向和亚洲板块的南向俯冲造成上地幔显著高速;84°E—94°E之间上地幔顶部速度较低,在大约150~220 km深度范围存在高速板片,有可能是俯冲的印度岩石圈,其前缘到达昆仑—巴颜喀拉之下;在喜马拉雅东构造结以北区域,存在显著的上地幔高速区,可能阻碍上地幔物质的东向运动.川滇西部岩石圈底界深度与扬子克拉通相似,约为180 km,但上地幔顶部速度较低.这些现象表明青藏高原岩石圈地幔的变形/运动方式可能与地壳有本质的区别.     

古、中生代之交生物大灭绝与泛大陆聚合

二叠纪末至三叠纪最初期,全球发生显生宙最大的生物灭绝事件．近95％的种、82％的属、一半以上的科灭绝或消失,这是地史上唯一的一次macro或major（巨大的或主要的）大灭绝．这次事件不仅导致大规模生物灭绝,而且破坏了存在2亿年之久的海洋生态系结构,促使其由古生代型生态系结构转变为中生代型生态系结构,同时造成了陆地上出现煤缺失,海洋中出现礁缺失和硅缺失．古、中生代之交的危机是一个圈层耦合的长过程,二叠系．三叠系界线事件序列说明急剧恶化的全球变化和生物灭绝密切相关,且具两幕式特征．多圈层耦合的剧烈全球变化是泛大陆聚合的地球表层效应,包括：泛大陆聚合→高山深盆,风系和洋流的变化;深盆→二叠系．三叠系界线处出现显生宙最大的海退及浅海消失,其后继以迅速海侵;泛大陆→洋中脊减少及隔热垫效应→大陆火山作用发育;峨眉山玄武岩及西伯利亚暗色岩两阶段火山作用（259—251Ma）→温度升高和生物灭绝;大陆干旱化及纬度风系取代季风气候→植被消亡;风化加强及甲烷释放→δ^13C负偏;地幔柱→地壳上拱→海水进退;伊拉瓦拉磁性反转可能与PTB灭绝有关等．大火成岩省源于地幔柱,泛大陆形成源于地幔对流,冷地壳消减、拆沉、积聚于核幔交界“D”层,将因热补偿而启动地幔柱,并引起外核热对流的变动,后者又引起地磁极反转．这些核幔变动造成泛大陆聚合和两个大火成岩省先后在二叠纪形成,是导致古、中生代之交生物大灭绝的地内原因．