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Cryogenic structure (patterns made by ice inclusions) in seasonally frozen and permafrost-af-fected soils result from ice formation during freezing. Analysis of cryogenic structures in soils is essential to our understanding of the cryogenic processes in soils and to formulating land use management interpretations. When soils freeze, the freezing front moves downward and attracts water moving upward resulting in mainly horizontal lenticular ice formation. Platy and lenticular soil structures form between ice lenses in upper active layer. The reticular soil structure usually forms above the permafrost table caused by freeze-back of the permafrost. The upward freeze-back resulted in platy soil structure and the volume changes following the annual freeze-thaw cycle resulted in vertical cracks. The combined result is an ice-net formation with mineral soils embedded in the ice net. The upper permafrost layer that used to be a part of the active layer has an ice content exceeding 50% due to repeated freeze-thaw cycles over time. The mineral soils appear in blocks embedded in an ice matrix. The permafrost layer that never experienced the freeze-thaw cycle often consists of alternate layers of thin ice lens and frozen soils with extreme hard consistence and has relatively lower ice content than the ice-rich layer of the upper permafrost. Ice contents and thaw settling potentials associated with each cryogenic structure should be considered in engineering and land use interpretations. 相似文献
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Cryostratigraphy of late Pleistocene syngenetic permafrost (yedoma) in northern Alaska, Itkillik River exposure 总被引：2，自引：0，他引：2
Extremely ice-rich syngenetic permafrost, or yedoma, developed extensively under the cold climate of the Pleistocene in unglaciated regions of Eurasia and North America. In Alaska, yedoma occurs in the Arctic Foothills, the northern part of the Seward Peninsula, and in interior Alaska. A remarkable 33-m-high exposure along the lower Itkillik River in northern Alaska opened an opportunity to study the unmodified yedoma, including stratigraphy, particle-size distribution, soil carbon contents, morphology and quantity of segregated, wedge, and thermokarst-cave ice. The exposed permafrost sequence comprised seven cryostratigraphic units, which formed over a period from > 48,000 to 5,000 14C yr BP, including: 1) active layer; 2) intermediate layer of the upper permafrost; 3–4) two yedoma silt units with different thicknesses of syngenetic ice wedges; 5) buried peat layer; 6) buried intermediate layer beneath the peat; and 7) silt layer with short ice wedges. This exposure is comparable to the well known Mus-Khaya and Duvanny Yar yedoma exposures in Russia. Based on our field observations, literature sources, and interpretation of satellite images and aerial photography, we have developed a preliminary map of yedoma distribution in Alaska. 相似文献
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羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。基于羌塘盆地天然气水合物钻探试验井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出了羌塘盆地3种主要的冻土结构类型,其中由冻融层、含冰沉积物冻土层、含冰基岩冻土层、非含冰基岩冻土层所组成的冻土结构最为常见。研究表明,冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏的非冻土层的孔隙流体压力与上部冻土层的微孔和微裂隙特征紧密相关,有利于浅层烃类气体的封存和水合物的成藏。含冰冻土层冰地球化学特征指示冻土层形成的过程是大气降雪融化成水后未经蒸发作用直接渗入地下,受气候变冷影响,地层由浅往深逐渐冻结形成。同时,矿化度和阴、阳离子浓度的高低在一定程度上反映了不同深度沉积物的物化性质。含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用的定量评价显示,随着含冰饱和度的增加,甲烷气体渗透率降低,当含冰饱和度达到80%时,冻土层能完全有效地限制甲烷气体运移。由于在气候变暖因素的驱动下,冻土层不仅能通过温压条件来控制天然气水合物矿藏存在的空间范围,而且还限制着来自部分水合物分解所产生的烃类气体向浅部运移。因而推测,在青藏高原冻土区可能存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。 相似文献
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受气温变化影响,浅层冻土滑坡失稳涉及水分的固液相态转换,是一个复杂的水热力耦合过程。为揭示气温变化对多年冻土斜坡稳定性的影响,基于冻土水热力耦合数值模型,模拟了2020—2024年青海省多年冻土区斜坡水热力演化过程。研究结果表明:水分迁移速率呈周期性变化,每年5—10月活动层融化程度高,总体积含水率变化趋势显著;夏季多年冻土上限以下的高含冰量土层融化产生厚度约15 cm的富水层,孔隙水压难以消散;4年间多年冻土上限下移10.4 cm,导致活动层和富水层的厚度增大,上覆融土下滑力增大、抗滑力减小,土体抗剪强度进一步下降;活动层土体每年产生数厘米冻胀融沉变形,抗剪强度不断劣化,坡脚处最容易形成薄弱带。 相似文献
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青藏高原多年冻土层中地下冰储量估算及评价 总被引：12，自引：7，他引：5
过去几十年来,沿青藏公路/铁路多年冻土区已经完成了数千个钻孔的钻探工作.经过仔细筛选,对其中的697个钻孔剖面的地下冰分布状况和其中9261个重量含水量的分布特征进行了分析.在水平方向上,依据地下冰的分布特征,把青藏公路/铁路沿线的多年冻土划分成少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层5个含冰量类别,并详细统计了各类冻土沿公路所占里程.在垂向上,将每个钻孔划分出3个深度段:即多年冻土上限以下1m范围内、上限下深1～10m段及上限下10m以下段,统计了各深度地下冰储量.青藏公路沿线多年冻土的平均厚度为38.79m,平均含水量为17.19%,据此初步估算出青藏高原多年冻土区地下冰的总储量为9528km3. 相似文献
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Pascal Bertran Marianne Font Arnaud Giret Kevin Manchuel Deborah Sicilia 《Sedimentology》2019,66(3):1102-1117
Identifying the driving mechanisms of soft‐sediment deformation in the geological record is the subject of debate. Thawing of ice‐rich clayey silt above permafrost was proved experimentally to be among the processes capable of triggering deformation. However, previous work has failed so far to reproduce similar structures in sand. This study investigates fluidization and intrusive ice formation from soil models in the laboratory. Experimental conditions reproduce the growth of ice‐cored mounds caused by pore water pressure increase during freeze‐back of sand in a permafrost context. Excess pore water pressure causes hydraulic fracturing and the development of water lenses beneath the freezing front. Later freezing of the water lenses generates intrusive ice. The main structures consist of sand dykes and sills formed when the increase in pore water pressure exceeds a critical threshold, and soft‐sediment deformations induced by subsidence during ice melt. The combination of processes has resulted in diapir‐like structures. The experimental structures are similar to those described in Pleistocene sites from France. These processes constitute a credible alternative to the seismic hypothesis evoked to explain soft‐sediment deformation structures in other European regions subjected to Pleistocene cold climates. 相似文献
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Regional modelling of permafrost thicknesses over the past 130 ka: implications for permafrost development in Great Britain 
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下载免费PDF全文 Jonathan P. Busby Jonathan R. Lee Sev Kender Paul Williamson Simon Norris 《Boreas: An International Journal of Quaternary Research》2016,45(1):46-60
The greatest thicknesses of permafrost in Great Britain most likely occurred during the last glacial–interglacial cycle, as this is when some of the coldest conditions occurred during the last 1 000 000 years. The regional development of permafrost across Great Britain during the last glacial–interglacial cycle was modelled from a ground surface temperature history based on mean annual temperatures and the presence of glacier ice. To quantify the growth and decay of permafrost, modelling was undertaken at six locations across Great Britain that represent upland glaciated, lowland glaciated, upland unglaciated and lowland unglaciated conditions. Maximum predicted permafrost depths derived in this academic study range between several tens of metres to over 100 m depending upon various factors including elevation, glacier ice cover, geothermal heat flux and air temperature. In general, the greatest maximum permafrost thicknesses occur at upland glaciated locations, with minimum thickness at lowland sites. Current direct geological evidence for permafrost is from surface or shallow processes, mainly associated with the active layer. Further research is recommended to identify the imprint of freeze/thaw conditions in permanently frozen porous rocks from beneath the active layer. 相似文献
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多年冻土区输电线路塔基基础附近活动层厚度和地下冰变化与基础稳定性密切相关,塔基施工的热扰动和混凝土基础的热效应使得基础周围冻土易发生退化,不利于基础的稳定。高密度电法是冻土工程环境研究中常用的地球物理方法,其探测结果的可靠性和分辨能力受数据采集方式、目标体地电结构影响。为减小对输电线路塔基附近冻土特征识别的不确定性,通过建立基础周围多年冻土地电模型的正反演模拟,发现活动层处于融化状态时各种装置方式数据采集均能较好地反映活动层厚度的起伏,但由于冻融锋面附近显著的电阻率差异,难以识别多年冻土层内的地下冰空间分布特征。而活动层处于冻结状态时进行探测能显著提高对多年冻土层内的地下冰空间分布特征识别精度,其中偶极-偶极装置可较好地识别高、低含冰量区域的发育位置和形态特征。在青藏直流输电线路塔基基础附近冻土探测中证实了方法的有效性,探测结果揭示了施工过程和基础热效应导致的塔基基础附近的地下冰退化。以上研究表明,通过正反演模拟,根据具体探测目标选择合适的探测时机和数据采集方式,能显著提高高密度电法探测结果的有效性和精度。 相似文献
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兰州马衔山多年冻土活动层厚度估算及影响因素分析 总被引：2，自引：2，他引：0
马衔山残存的多年冻土被誉为黄土高原地区多年冻土的"活化石". 自1986年发现多年冻土存在至今, 多年冻土发生了严重的退化, 活动层厚度增大, 面积由原来的0.16 km2减少到现在的 0.134 km2. 本文基于马衔山多年冻土区的实际监测资料分析了气温、地表温度和N系数随时间变化特征以及活动层温度、土壤含水量的时空特征. 根据2010-2013年马衔山多年冻土区的日平均地表温度和土壤参数实测及实验室分析资料, 利用X-G算法模拟了马衔山多年冻土的冻融过程, 并模拟得到4年的活动层厚度均比实测值小, 这可能与活动层底部较高的未冻水含量有关. 然后进一步探讨了泥炭层和含水量对活动层厚度的影响, 泥炭层越厚, 其隔热作用越强, 活动层厚度越小; 反之, 活动层厚度越大; 含水量越高, 土壤的容积热容量越大, 活动层厚度越小; 反之, 活动层厚度越大. 相似文献
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青藏高原多年冻土区是世界上中低纬度多年冻土面积最大的区域,气候变化引起青藏高原多年冻土区年平均地温上升、地下冰融化、多年冻土退化等问题。借助ARCGIS技术手段,通过地下冰计算模型和Stefan公式计算研究区不同气候变化情景模式下的地下冰体积含冰量和活动层厚度变化。结果表明:在未来几十年内多年冻土的分布范围将不会发生显著变化,多年冻土的主要退化形式为地下冰的消融、低温冻土向高温冻土转化;但本世纪末多年冻土将发生大范围的退化。这一过程将引起热融滑塌、热融沉陷等冻土热融灾害。将Nelson热融灾害风险性评价模式进行修正,对研究区灾害风险性进行评估区划。最大的危险区主要分布在西昆仑山南麓、青南山原中部、冈底斯山和念青唐古拉山南麓、喜马拉雅山南麓部分区域,在未来几十年内有加剧的趋势。 相似文献
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中国天山西部那拉提山地区多年冻土分布特征 总被引：1，自引：1，他引：0
那拉提山位于中国天山西部, 其冻土变化过程对区域自然环境变化、 工程活动产生重要互馈作用. 结合即将修建的新疆伊(宁)-库(车)输电线路前期的冻土勘察结果, 对那拉提山地区冻土分布特性、 主要影响因素等进行了探讨. 结果表明: 那拉提山地区冻土分布属于典型的山地多年冻土, 冻土发育区域、 冻土类型和地下冰空间发育特征及冻土温度状况等主要受到海拔、 地形地貌、 地表水分条件等因素的影响和控制. 同时, 该地区大量发育有泥流阶地、 泥流舌、 热融滑塌、 石环、 石河等冰缘现象. 受坡向、 植被、 水分等因素影响, 区域内冻土活动层厚度为0.7~4.5 m, 随着海拔增加, 冻土厚度由阳坡连续多年冻土下界(海拔3 000 m)附近的约20~22 m增加到海拔3 300 m附近的约70~100 m. 自1985年以来, 区域年平均气温上升(约0.088℃·a-1), 该区域内的冻土退化趋势明显. 相似文献
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The molar ratios of atmospheric gases change during dissolution in water due to differences in their relative solubilities. We exploited this characteristic to develop a tool to clarify the origin of ice formations in permafrost regions. Extracted from ice, molar gas ratios can distinguish buried glacier ice from intrasedimental ground ice formed by freezing groundwaters. An extraction line was built to isolate gases from ice by melting and trapping with liquid He, followed by analysis of N2, O2,, Ar, 18OO2 and 15NN2, by continuous flow mass spectrometry. The method was tested using glacier ice, aufeis ice (river icing) and intrasedimental ground ice from sites in the Canadian Arctic. O2/Ar and N2/Ar ratios clearly distinguish between atmospheric gas in glacial ice and gases from intrasedimental ground ice, which are exsolved from freezing water. δ15NN2 and δ18OO2 in glacier ice, aufeis ice and intrasedimental ground ice do not show clear distinguishing trends as they are affected by various physical processes during formation such as gravitational settling, excess air addition, mixing with snow pack, and respiration. 相似文献
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多年冻土与大气间的相互作用主要是通过活动层中的水热动态变化过程而实现。气候变化背景下的多年冻土活动层冻融过程模拟、多年冻土厚度制图和变化预测是研究冻土区生态环境、水文、工程以及碳循环的基础。根据国内外研究进展,总结了不同修正形式的Stefan方程在多年冻土活动层冻融过程和活动层厚度模拟中的应用进展,对将Stefan方程应用到分层堆积土壤中的不同算法进行了简要介绍,并指出了其在应用过程中存在的问题。Stefan方程首次将地表（或者大气）温度的变化与冰层（或者土层）的冻结融化过程以简单公式的形式联系起来,极大地简化了土壤冻结融化过程的分析计算。由于其输入参数少、形式简单、模拟效果可靠,成为常用模拟土壤冻融过程的方法之一,将其耦合到气候模型、陆面模型和水文模型中的研究也越来越多。Stefan方程最初在研究北极地区湖冰形成过程时提出,在应用到冻土学中后,不同学者在考虑土壤含水量、不同下垫面地气温差、地形和降水等因素后对方程进行了改进,并有多种算法试图将这一方程应用到非均质土壤中,取得了较好的模拟效果。但是,Stefan方程在国内的应用更多地用于简单模拟均质土壤多年冻土活动层厚度的空间分布状况,其应用到非均质土壤中的研究却较少。因此,未来需更深入研究Stefan方程模拟分层土壤的冻融过程,为准确掌握多年冻土对气候变化的响应研究提供最基本的方法。 相似文献
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多年冻土区斜坡稳定性研究综述 总被引：1，自引：0，他引：1
全球变暖、极端天气频发,引发的地质灾害对自然生态环境和人类生产生活造成了很大的影响。尤其对气候变化较为敏感的高温（年平均地温>-1 °C）和高含冰量多年冻土区,气候变暖以及人类活动导致的冻融地质灾害日益频繁。冻土退化条件下,土体结构和物理力学性质发生改变,黏聚力和抗剪强度降低,造成多年冻土区斜坡发生滑坡、崩塌、泥流等灾害。斜坡失稳加剧了多年冻土区脆弱生态环境的恶化,同时对建（构）筑物安全运营产生威胁。与非冻土区相比,多年冻土区斜坡稳定性研究主要针对高含冰量斜坡段,斜坡失稳模式主要以热融滑塌和活动层滑脱为主。热融滑塌由斜坡段地下冰暴露融化引起,而活动层滑脱产生的原因是冻土融化导致土体孔隙水压力过大,形成的超孔隙水压力降低了土体强度,造成斜坡失稳。此外,多年冻土区斜坡失稳模式还包括融冻泥流、崩塌以及蠕变滑坡等。通过综述近期多年冻土区斜坡稳定性研究进展,概括了多年冻土区斜坡失稳的模式、特征、影响因素、失稳机理、分析方法及防治措施等,并对未来多年冻土区斜坡失稳的研究重点提出建议。 相似文献
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气候变暖背景下青藏高原多年冻土层中地下冰作为水"源"的可能性探讨 总被引：6，自引：4，他引：2
多年冻土中含有大量地下冰,全球气候变暖势必导致多年冻土退化,地下冰融化,部分水分被释放并参与到区域水循环之中,改变了区域水文状况.冻土退化-释水的过程在监测上面临较大困难,无法提供直接让据,但其长期累计的效果在宏观水文过程中表现显著.为此,利用近年来青藏高原部分湖泊水位变化监测以及地区水文情势变化研究成果,探讨了在气候变暖背景下,多年冻土层中的地下侣冰作为一种潜在水"源"的可能性.结果表明:多年冻土退化较强烈地区,补给源头在多年冻土区的封闭湖泊水位上涨、地下水位上升,排除其它补给量增加的可能性后,多年冻土地下冰很可能是补给水量增加的原因之一. 相似文献
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气候变化条件下青藏铁路沿线多年冻土概率预报(Ⅱ):活动层厚度与沉降变形 总被引：2，自引：2，他引：0
利用土壤表层温度计算Stefan公式中融化指数,并结合铁路沿线地下冰和土体干密度分布特征,由Stefan公式集合预报未来100 a逐年最大季节融化深度;利用铁路沿线地下冰和干密度分布特征计算冻土融化时最大沉降量空间分布,与Stefan公式计算得到的活动层厚度变化数据叠加分析,得到未来100 a逐年的沉降量空间分布及其置... 相似文献