核磁共振测深方法在多年冻土区找水中的应用

通过核磁共振测深(MRS)方法在多年冻土区找水实例的分析、解释,并结合钻孔资料的综合研究,对在多年冻土区利用MRS方法探测地下含水层埋深、厚度及地下水涌水量的计算进行了详细的解析,并取得了良好的应用效果。阐明了该方法在多年冻土区找水具有含水信号反映明显、信噪比高和具唯一性解析结果等的独特技术优势,也指出了该方法在判断含水层岩性、涌水量计算等方面存在的不足,揭示了MRS方法在多年冻土区寻找地下水的良好应用前景,为在多年冻土区寻找地下水提供了一定的借鉴经验。     

青藏高原多年冻土概论

本文较系统地阐述了青藏高原多年冻土的地带性规律、冻土构造以及融区的类型和分布特征,详细论述了不同作用下形成的冻土(冰缘)地貌,并对青藏高原的冰缘期进行了初步划分与对比。     

采控天然冷量过程中青藏铁路路基温度场演变特性研究

针对青藏铁路工程所穿越的高温、富冰多年冻土路基稳定问题, 提出了采控天然冷量, 即在冬季采集并存储地气温差所造成的冷量, 夏季释放, 维护路基稳定的方法. 对典型工程条件下采控天然冷量后路基温度场随时间和空间上的演变规律进行了研究比较, 结果表明: 在不采用附加措施情况下, 直到道路施工完成后的第16年路基内温度场才逐渐进入负温, 因此必须对路基温度场采用人为干预措施. 结果显示, 采控天然冷量方法可以保持青藏铁路路基的稳定.     

浅基岩埋深条件下多年冻土的瞬变电磁法探测研究

瞬变电磁法（TEM）在青藏高原、东北等地区的多年冻土调查中取得了较好的应用效果,但局限于松散沉积层较厚情形,在基岩埋深较浅条件下探测多年冻土基本处于空白。兰州马衔山多年冻土具有分布范围小、温度高、基岩埋深浅的特点,是应用TEM探测浅基岩埋藏条件下多年冻土分布的理想地区。以马衔山多年冻土为主要研究对象,以季节冻土为对照研究了瞬变电磁响应特征,结合区域构造特征、地层露头、钻孔岩心、地温监测数据等信息,论证并探讨了TEM应用于浅基岩埋深时对多年冻土的探测效果。结果表明：马衔山多年冻土分布受构造断裂形成的低阻带控制,下部为负温岩层,实际分布面积为0.11 km²;TEM应用于浅基岩埋深的多年冻土勘探时更多的对地下岩层做出响应,可结合地质、地貌、水文、植被等信息,利用多年冻土的特点和电阻率的变化情况来判断多年冻土的分布范围;当基岩埋深特别浅时可以与探地雷达、钻孔等其他手段联合反演,从而准确地识别多年冻土与下伏基岩。     

多年冻土地基正温输气管道地温场实测及分析

我国有多条油气管道位于多年冻土地区,工程问题层出不穷。因输送介质处于正温状态,其所释放热量对管道周围冻土冻融过程有极大影响。为阐明正温管道对多年冻土温度场及冻融特征的影响,基于西部某多年冻土区正温输气管道现场实验,对管道地基温度场进行了为期1年的现场实测。数据分析表明,多年冻土天然上限为1.5~2.0 m;土体融化期及冻结期分别为6-10月、11-次年5月;监测段多年冻土热量收支基本平衡,属于不稳定冻土,在外界热扰动下极易退化;正温输气管道的存在引起了多年冻土的退化且对其温度场有很大影响,水平方向影响范围约1.5 m,管下最大融深可达7.0 m。同时指出了针对处于临界状态的多年冻土,在基于对其全面、深入了解的基础上,越早考虑相关工程建设带来的热扰动对多年冻土的不利影响,则处置难度越低且损失越小。     

冻融作用对兴安型多年冻土区森林腐殖层土壤温室气体通量的影响

多年冻土区森林土壤是重要碳库，对于全球CO₂、N₂O和CH₄平衡具有重要意义，冻融循环是多年冻土区的重要特征，但冻融作用对不同林型腐殖土有机质分解和温室气体排放的影响需进一步研究。本研究对兴安落叶松林(针叶林)、白桦林(阔叶林)、兴安落叶松和白桦混交林(针阔混交林)三种林型的腐殖层土壤进行了42天的短期室内培养实验，探索冻融作用对土壤理化性质和温室气体排放的影响。结果表明，冻融导致森林腐殖层土壤溶解性有机碳(DOC)增加，针叶林、阔叶林和针阔混交林分别增加了314.8%、91.4%和43.2%，但冻融后短期内土壤有机碳分解的温度敏感性(Q₁₀)均明显下降，CO₂排放量在25℃时分别下降24.7%、36.4%和29.5%。同时冻融作用也降低了森林土壤吸收CH₄的能力，但没有发现对土壤N₂O排放产生明显影响。冻融作用短期内降低了森林土壤温室气体全球增温潜势(GWP)，其中对CO₂的抑制作用最为明显，阔叶林腐殖层土壤受...     

泛北极地区多年冻土活动层厚度演变

深入理解泛北极地区多年冻土活动层厚度的演变, 对于全球碳通量模拟、气候变化预测及泛北极地区冻融风险评估具有重要意义。目前开展的泛北极地区多年冻土活动层厚度模拟与分析, 大多无法全覆盖或空间分辨率过低(25 km或是更大), 在景观尺度(公里级)上的多年冻土活动层厚度变化特征仍有待解析, 尤其是关键基础设施区的活动层厚度变化仍不清楚。本研究基于站点监测数据、MOD11B3地表温度数据、MCD12C1土地覆盖数据, 采用Stefan模型, 在公里级空间分辨率上模拟泛北极地区2001年—2017年多年冻土活动层厚度, 并解析泛北极地区及主要油气区多年冻土活动层厚度时空变化格局及主要原因。研究发现: 2001年—2017年泛北极地区约有78.4%的冻土区域多年冻土活动层厚度呈现增长趋势, 尽管全区多年平均的增长速率为0.22 cm/a (p<0.05), 但具有较强的时空差异性。显著增长区主要集中在加拿大西北部的落基山脉及劳伦琴高原一带以及俄罗斯中西伯利亚高原中部地区, 增加速率主要在0.5—1 cm/a；而减少区主要分布在加拿大的哈得孙湾沿岸平原、拉布拉多高原一带, 俄罗斯的东西伯利亚山地北部、中西伯利亚高原的北部、贝加尔湖以东区域和泰拉尔半岛一带。泛北极地区主要油气区多年冻土活动层厚度也以增加为主, 80%以上的油气区呈现增加趋势, 增长速率在0.1—0.7 cm/a。泛北极地区多年冻土活动层厚度变化与气温变化在空间上具有较好的一致性；积雪厚度与活动层厚度关系复杂；不同植被类型的多年冻土活动层厚度有所差异(林地>草地>稀树草原>灌丛), 且多年冻土活动层厚度变化与植被转化方向一致。该成果将有助于深入理解北半球高纬度多年冻土区冻融格局, 尤其可为冻土区的油气设施冻融风险识别与防控提供参考。     

祁连山疏勒河源区冻土退化对土壤微生物生物量碳氮的影响

对青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源区多年冻土区0~50 cm土壤微生物生物量碳氮分布特征及其影响因素进行分析。结果表明:稳定型和极不稳定型多年冻土区0~50 cm土壤中微生物量碳含量范围分别为0.015~0.620 g/kg和0.019~0.411 g/kg,微生物量氮含量范围分别为0.644~12.770 mg/kg和0.207~3.725 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出稳定型显著高于极不稳定型多年冻土,表明多年冻土退化（多年冻土由稳定型退化为极不稳定型）对土壤微生物量积累有明显抑制作用。土壤微生物生物量碳占有机碳、微生物生物量氮占全氮的比值在稳定型多年冻土中显著高于极不稳定型,表明多年冻土退化对土壤微生物的矿化能力有明显抑制作用。土壤微生物量及其与土壤养分的比值有显著的剖面变化特征,随土壤深度增加而减小。土壤微生物量碳氮均与土壤温度显著负相关,与地下生物量显著正相关。稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与碳氮比正相关、与氧化还原电位负相关;不稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与pH正相关。土壤微生物量碳氮与土壤温度和pH在剖面变化上显著相关。逐步回归分析表明驱动微生物生物量碳氮在不同多年冻土类型和土层之间变化的因子是不同的。     

青藏铁路建设环境的"三大难题"

青藏铁路是世界上第一条跨越高原多年冻土区的铁路,工程建设环境面临多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱的“三大难题”,比国内外其他多年冻土工程建设更艰巨和困难。由于青藏铁路建设环境的特殊性与复杂性,设计和建设中采取了多种保护冻土的有效措施、高原劳动卫生和劳动保护措施及生态环境保护措施及污染防治措施,各项措施在青藏铁路的建设和运营中显示出了良好的效果。     

青藏高原多年冻土区地温监测结果分析

Ground temperatures monitored at four observation sites in permafrost regions on the Tibetan Plateau was analyzed. It was found that the ground temperature at the depth of 12～20 m increased 0.2～0.4 K and the permafrost thickness decreased 4～5 m from the base in Xidatan Site from 1975 to 1989; and the ground temperature at the depth of 6～15 m increased 0.2～0.4 K in Kunlun Pass Site from 1982 to 1997. Contrast observations show that a sand cover, 15～20 cm in depth, can result in a ground temperature decrease of 0.1～ 0.2 K in MS66 Site; and a removal of vegetation can result in a ground temperature decrease of some 0.2 K in Hoh Xil Site. The monitor demonstrates that many factors that control permafrost developing have duality, e.g., sand and vegetation are able to increase or decrease the ground temperature. These factors, in conjunction with permafrost behaviour, play different roles under different conditions. Therefore, it is necessary to study, understand and evaluate permafrost and its engineering geological properties taking the viewpoint of dynamic variation.