Estimation of the 3D correlation structure of an alluvial aquifer from surface-based multi-frequency ground-penetrating radar reflection data     

Zhiwei Xu  James Irving  Kyle Lindsay  John Bradford  Peimin Zhu  Klaus Holliger 《Geophysical Prospecting》2020,68(2):678-689

Knowledge about the stochastic nature of heterogeneity in subsurface hydraulic properties is critical for aquifer characterization and the corresponding prediction of groundwater flow and contaminant transport. Whereas the vertical correlation structure of the heterogeneity is often well constrained by borehole information, the lateral correlation structure is generally unknown because the spacing between boreholes is too large to allow for its meaningful inference. There is, however, evidence to suggest that information on the lateral correlation structure may be extracted from the correlation statistics of the subsurface reflectivity structure imaged by surface-based ground-penetrating radar measurements. To date, case studies involving this approach have been limited to 2D profiles acquired at a single antenna centre frequency in areas with limited complementary information. As a result, the practical reliability of this methodology has been difficult to assess. Here, we extend previous work to 3D and consider reflection ground-penetrating radar data acquired using two antenna centre frequencies at the extensively explored and well-constrained Boise Hydrogeophysical Research Site. We find that the results obtained using the two ground-penetrating radar frequencies are consistent with each other, as well as with information from a number of other studies at the Boise Hydrogeophysical Research Site. In addition, contrary to previous 2D work, our results indicate that the surface-based reflection ground-penetrating radar data are not only sensitive to the aspect ratio of the underlying heterogeneity, but also, albeit to a lesser extent, to the so-called Hurst number, which is a key parameter characterizing the local variability of the fine-scale structure.  相似文献   

生物土壤结皮对风沙土和黄绵土膨胀特性的影响     

王国鹏  肖波  李胜龙  姚小萌  孙福海 《中国沙漠》2020,40(1):97-104

作为重要的土壤物理性质，膨胀性在影响土壤导水性、持水性、抗蚀性以及土壤结构的形成和发育等方面发挥着重要作用。为了探讨生物土壤结皮（BSCs）土壤的膨胀特性及其主要影响因素，针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤，利用膨胀仪测定并比较了有、无藓结皮及其在不同因素（初始含水量、干湿循环、冻融循环、温度）下膨胀率的差异，分析了BSCs对土壤膨胀性的影响及其与环境因素和BSCs性质的关系。结果显示：风沙土上藓结皮的膨胀率为1.93%，较无结皮增加了8.65倍；而黄绵土上藓结皮的膨胀率为2.05%，与无结皮相比降低了76.68%。藓结皮的生物量和厚度与其膨胀率在风沙土上均呈线性正相关关系（P < 0.05），在黄绵土上分别呈二次函数（P=0.02）和线性正相关关系（P=0.02）。初始含水量同时影响了土壤最大膨胀率和稳定膨胀时间，影响程度风沙土远大于黄绵土（包括藓结皮和无结皮）；干湿循环次数对无结皮土壤膨胀率的影响程度大于藓结皮土壤，其中风沙土和黄绵土上无结皮的膨胀率分别是50.00%~620.00%和-2.28%~10.81%，而两种土壤上藓结皮的膨胀率分别是-5.70%~10.88%和-10.24%~-21.46%；冻融循环下4种土壤的膨胀率均有不同程度的降低，降幅为0~18.54%。黄绵土无结皮的膨胀率受温度影响程度较大，50℃下黄绵土无结皮的膨胀率分别是25℃和35℃下的1.17倍和1.21倍。BSCs显著地改变了风沙土和黄绵土表层的膨胀性，其影响的程度和方向取决于土壤类型。同时，BSCs的膨胀性受含水量、温度、干湿以及冻融循环等关键因素影响。  相似文献   

角闪石成分对东天山铜镍矿床岩浆过程的指示意义     

方林茹  唐冬梅  秦克章  牛艳杰  毛亚晶  康珍 《岩石学报》2019,35(7):2061-2085

图拉尔根、香山和天宇、白石泉岩浆铜镍硫化物矿床分别位于新疆东天山的觉罗塔格构造带和中天山地块,角闪石在这些矿床中均以贯通矿物产出。本研究通过这些矿床角闪石的主量和微量元素含量,讨论两个构造单元成矿岩浆的性质和演化过程。四个矿床的角闪石种属主要为韭闪石、镁绿钙闪石、浅闪石、钛闪石、钙镁闪石和镁闪石,结晶温度区间为940～1080℃,压力区间为250～450MPa,相当于11～15km的深度。图拉尔根和香山矿床的角闪石结晶温度和压力均相对较低(平均分别为1027℃、318MPa和1013℃、313MPa),可能与其所处的觉罗塔格构造带断裂发育,成矿母岩浆易于侵位到较浅处结晶有关。四个矿床角闪石结晶时岩浆的含水量均较高(4%左右),可能是俯冲交代作用导致的地幔源区本身水含量较高以及角闪石结晶较晚共同作用的结果。相较于觉罗塔格构造带的图拉尔根和香山矿床(0 ΔNNO 1. 7),角闪石氧逸度计指示中天山地块天宇和白石泉矿床的氧逸度变化范围大且偏低(分别是-0. 6 ΔNNO 1. 7和-0. 4 ΔNNO 1. 8)。中天山铜镍矿床的氧逸度特征及相对觉罗塔格构造带较低的微量元素Ce/Pb比值指示其岩浆侵位过程中受到的古老地块的混染作用较强。以上研究表明角闪石虽是玄武质岩浆中较晚结晶的矿物,但能为示踪铜镍矿床岩浆演化提供重要线索。  相似文献   

南海北部陆坡西部海域“海马”冷泉甲烷渗漏及其海底表征     

赵静  梁前勇  尉建功  陶军  杨胜雄  梁金强  陆敬安  王建军  方允鑫  龚跃华  何雪宝 《地球化学》2020,(1):108-118

2015年3月"海马"号遥控无人潜水器(ROV)在南海北部陆坡西部海域首次发现活动冷泉,并命名为"海马"冷泉,此后中国地质调查局广州海洋地质调查局先后组织了3个航次,对"海马"冷泉开展进一步勘查和研究。本次研究在综合分析4个航次调查数据的基础上,初步阐述"海马"冷泉的分布范围、地形地貌、生物群落、自生碳酸盐岩和流体活动等特征。总体而言,"海马"冷泉区地势平缓,气体渗漏现象非常发育,是以CH4为主要气体渗漏形成的活动冷泉区,且气体渗漏活动具有时空迁移性。气体碳同位素组成表明,海马冷泉区的CH4为混合成因气,且以微生物成因为主;"海马"冷泉区发育有多种类型的化能自养冷泉生物群落,冷泉区种类丰富,目前已报道了多个冷泉生物新种。这些发现为研究南海北部陆坡西部海域天然气水合物分解及其环境效应、冷泉生物生命起源与演化和南海与印度洋及太平洋物种迁移贯通等科学问题提供重要依据。  相似文献   

细粒含量对冰碛土抗剪强度影响的实验研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

蒋德旺  崔鹏  王姣  李战鲁  殷延洲  雷鸣宇 《冰川冻土》2019,41(1):129-139

为研究细粒组颗粒在浸水/降雨条件下产生迁移对冰碛土抗剪强度的影响，从西藏林芝市帕隆藏布嘎隆寺沟流域内采取冰碛土样品，进行7种不同细粒（粒径小于2 mm）含量情况下的冰碛土比重和相对密度的测试，开展了不同围压下的大型饱和固结不排水三轴（CU）实验。结果表明：（1）细粒含量对干密度的影响较小，不同细粒含量的冰碛土孔隙比大致相同，细颗粒对孔隙具有改造作用，不同细粒含量会引起孔隙结构的差异，从而导致冰碛土的结构差异，最终导致抗剪强度的不同；（2）细颗粒迁移导致冰碛堤坡脚和内部一定深度细粒含量较高，达到一定的量值时，抗剪强度明显降低，冰碛堤容易发生剪切破坏；（3）细粒含量对抗剪强度参数的变化具有重要影响，从中还可以反映出冰碛土结构控制的变化：粗颗粒控制→粗细颗粒共同控制→细颗粒控制。研究结果对于评价冰碛堤的稳定性具有重要意义。  相似文献   

西昆仑玛尔坎苏石炭纪大型锰矿带构造背景与成矿条件     

张连昌  张帮禄  董志国  谢月桥  李文君  彭自栋  朱明田  王长乐 《吉林大学学报(地球科学版)》2020,50(5):1340-1357

西昆仑北段玛尔坎苏地区探明的大型碳酸锰成矿带，是我国近年最重要的找矿成果之一。该锰矿带构造上属北昆仑晚古生代弧后伸展盆地，其构造动力学背景为古特提斯洋向北俯冲于塔里木地块之下形成的弧盆体系。锰矿体主要发育于晚石炭世喀拉阿特河组含炭泥质灰岩夹薄层灰岩中。矿石中主要金属矿物为菱锰矿（75%~95%），次为软锰矿、硫锰矿及少量黄铁矿等。含锰岩系岩性和岩相学研究表明，玛尔坎苏锰矿带属典型的海相沉积锰矿床，其矿床成因可能与晚古生代半局限盆地沉积和海底热液活动有关。海底热液活动可能为成矿提供了丰富的物质来源。含锰岩系元素和同位素地球化学特征表明，玛尔坎苏锰矿沉淀时的水体环境为常氧条件，而矿层下盘（部分）岩系的岩性及地球化学特征反映其沉积时的水体环境为低氧—贫氧条件。玛尔坎苏锰矿带锰矿石具有负的δ¹³C值（-23.3‰~-10.0‰），推测有机质导致的还原作用是该锰矿由原生氧化锰在成岩期转化为菱锰矿和形成富锰矿的重要机制。  相似文献   

山东莱芜盆地碳酸盐岩热液溶蚀特征及水文地质意义   总被引：1，自引：0，他引：1  

刘元晴  周乐  李伟  王新峰  马雪梅  吕琳  邓启军  陈晨 《现代地质》2020,34(1):199-206

鲁中山区莱芜盆地在燕山期发生大规模岩浆侵入活动,岩浆岩体外围碳酸盐岩区分布有水源地、富水块段等岩溶发育富水区,且靠近岩体含水层多发生大理岩化。富含CO₂、H₂S等酸性成分的岩浆热液流体,能对碳酸盐岩产生明显的溶蚀作用。基于岩石样品化学组分分析、水文地质调查及数据统计分析、热液溶蚀地质点详细观测,构建热液溶蚀模式,对莱芜盆地及外围热液溶蚀特征及机理进行研究。结果表明:高温高压岩浆侵入使得接触带碳酸盐岩发生热液变质大理岩化;沿渗透性断裂、裂缝以及不整合面等运移的热液流体,对碳酸盐岩地层产生酸性热液溶蚀和混合溶蚀作用,形成不同规模溶蚀孔洞,构成地下水富集空间,为寻找城镇地下水后备水源地提供新方向。  相似文献   

时域反射仪（TDR）测定土壤含水量标定曲线评价与方案推荐     

徐玲玲  高彩虹  王佳铭  金会军  吴青柏  DYCK Miles  何海龙 《冰川冻土》2020,42(1):265-275

时域反射仪（Time Domain Reflectometry）可用于室内和田间快速、 准确、 自动测定土壤含水量， 是目前应用最广泛的土壤含水量测定方法之一。适宜的土壤含水量标定曲线（即土壤表观介电常数和土壤含水量之间的关系）是TDR准确测定土壤含水量的关键。目前文献中存在大量的土壤含水量标定曲线， 但尚未有研究对这些标定曲线进行系统的验证和分析评价。因此， 它们的准确性和适用范围尚不明晰， 严重影响到与土壤含水量测定相关的研究。通过查阅大量国内外文献， 收集整理了一系列土壤含水量标定曲线的经验公式（19个）和半经验半物理模型（5个）， 并利用大量的文献实测数据对其进行综合评价。同时运用均方根差（RMSE）， 平均误差（AD）， 纳什效率系数（NSE）等三个指标对比分析和评价这些标定曲线的准确性和可靠性。研究结果表明： 经验公式中Topp、 Roth（1992）2、 Jacobosen、 Yoshikawa2、 Alharathi模型和半经验模型中Malicki1公式及其修订模型综合性能较好。研究成果可为利用TDR准确测定土壤含水量及土壤含水量标定曲线的选择提供参考和指导。  相似文献   

土石混合体分形几何特征与强度演化特征     

曾晋 《地质与勘探》2020,56(3):590-596

针对土石混合体的结构性特点,以含石量为20%、30%、40%、50%、60%的土石混合体为研究对象,基于多重分形原理研究多重分形特征,研究分形维数与强度之间的关系。研究表明,土石混合体具有双重分形特征,不同尺度条件下具有不同分形指标,包括块石粒度、土体粒度以及平均粒度等分形维数,与含石量相关。单轴压缩试验表明,抗压强度随含石量增加呈现先增大后减小的趋势,根据单维分形特征,确定最优含石量约为40%。建立了含石量、不同分形维数指标与抗压强度之间的关系,分析了双重因素综合影响下抗压强度的变化特征,确定了含石量与分形维数之间存在最优区域。  相似文献   

Are carbonate barrier islands mobile? Insights from a mid to late-Holocene system,Al Ruwais,northern Qatar     

John Rivers  Max Engel  Robert Dalrymple  Ruqaiya Yousif  Christian J. Strohmenger  Ismail Al-Shaikh 《Sedimentology》2020,67(1):534-558

Barrier islands are important landforms in many coastal systems around the globe. Studies of modern barrier island systems are mostly limited to those of siliciclastic realms, where the islands are recognized as mobile features that form on transgressive coastlines and migrate landward as sea-level rises. Barrier islands of the ‘Great Pearl Bank’ along the United Arab Emirates coast are the best-known carbonate examples. These Holocene islands, however, are interpreted to be anchored by older deposits and immobile. The mid-Holocene to late-Holocene depositional system at Al Ruwais, northern Qatar, provides an example of a mobile carbonate barrier island system, perhaps more similar to siliciclastic equivalents. Sedimentological and petrographic analyses, as well as ¹⁴C-dating of shells and biogenic remains from vibracored sediments and surface deposits, show that after 7000 years ago a barrier system with a narrow back-barrier lagoon formed along what is now an exposed coastal zone, while, contemporaneously, a laterally-extensive coral reef was forming immediately offshore. After 1400 years ago the barrier system was forced to step ca 3 km seaward in response to a sea-level fall of less than 2 m, where it re-established itself directly on the mid-Holocene reef. Since that time, the barrier has retreated landward as much as 1000 m to its current position, exposing previously-deposited back-barrier lagoonal sediment at the open-coast shoreline. In modern neritic warm-water carbonate settings mobile barrier island systems are rare. Their construction and migration may be inhibited by reef formation, early cementation, and the relative inefficiency of sourcing beach sediments from open carbonate shelves. Carbonate barrier island systems likely formed more commonly during geological periods when ramps and unrimmed shelves predominated and in calcite seas, when meteoric cementation was minimized as a result of initial calcitic allochem mineralogy. As with their siliciclastic analogues, however, recognition of the influence of these transient landforms in the rock record is challenging.  相似文献