Coupling numerical simulation with remotely sensed information for the study of frozen soil dynamics     

HuiRan Gao  WanChang Zhang 《寒旱区科学》2020,12(6):404-417

The acquisition of spatial-temporal information of frozen soil is fundamental for the study of frozen soil dynamics and its feedback to climate change in cold regions. With advancement of remote sensing and better understanding of frozen soil dynamics, discrimination of freeze and thaw status of surface soil based on passive microwave remote sensing and numerical simulation of frozen soil processes under water and heat transfer principles provides valuable means for regional and global frozen soil dynamic monitoring and systematic spatial-temporal responses to global change. However, as an important data source of frozen soil processes, remotely sensed information has not yet been fully utilized in the numerical simulation of frozen soil processes. Although great progress has been made in remote sensing and frozen soil physics, yet few frozen soil research has been done on the application of remotely sensed information in association with the numerical model for frozen soil process studies. In the present study, a distributed numerical model for frozen soil dynamic studies based on coupled water-heat transferring theory in association with remotely sensed frozen soil datasets was developed. In order to reduce the uncertainty of the simulation, the remotely sensed frozen soil information was used to monitor and modify relevant parameters in the process of model simulation. The remotely sensed information and numerically simulated spatial-temporal frozen soil processes were validated by in-situ field observations in cold regions near the town of Naqu on the East-Central Tibetan Plateau. The results suggest that the overall accuracy of the algorithm for discriminating freeze and thaw status of surface soil based on passive microwave remote sensing was more than 95%. These results provided an accurate initial freeze and thaw status of surface soil for coupling and calibrating the numerical model of this study. The numerically simulated frozen soil processes demonstrated good performance of the distributed numerical model based on the coupled water-heat transferring theory. The relatively larger uncertainties of the numerical model were found in alternating periods between freezing and thawing of surface soil. The average accuracy increased by about 5% after integrating remotely sensed information on the surface soil. The simulation accuracy was significantly improved, especially in transition periods between freezing and thawing of the surface soil.  相似文献   

内蒙古狼山地区早二叠世花岗闪长岩的年代学、地球化学特征及其构造背景     

田健  滕学建  刘洋  滕飞  郭硕  何鹏  王文龙 《中国地质》2020,47(3):767-781

内蒙古狼山山脉西侧分布有大面积的晚古生代岩浆岩,其时代集中在早石炭世—晚二叠世,不同时代岩浆岩岩石组合对于认识狼山地区晚古生代构造背景具有重要的意义。文章通过岩石学、岩相学、地球化学及Hf同位素等方法,对狼山地区查干乃呼都格一带花岗闪长岩体进行了研究。该岩体岩性为花岗闪长岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄显示,其206Pb/238U加权平均年龄为(299±1)～(293±2) Ma。岩石暗色矿物为角闪石及黑云母,富含闪长质包体,P_2O_5含量与SiO_2含量之间显示良好的负相关性,富钠(Na_2O含量为3.45%～4.96%),高钠钾比值(Na_2O/K_2O比值为1.33～2.52),岩石地球化学特征显示花岗岩成因类型为Ⅰ型花岗岩。岩石具有负的ε_(Hf)(t)值(-6.3～-2.0)及T_(DM2)为1437～1704 Ma(平均值为1606 Ma),显示了古—中元古代古老地壳熔融的特点,ε_(Hf)(t)-t及角闪石成因图解显示源区有幔源岩浆参与。花岗岩富集大离子亲石元素Rb、K、Pb,不同程度的亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti,轻稀土富集,重稀土亏损,弱的负Eu异常,显示了岩浆弧的地球化学特征。结合晚石炭世—早二叠世狼山地区侵入岩岩石组合为闪长岩+石英闪长岩+花岗闪长岩(英云闪长岩),早—中二叠世大石寨组火山岩岩石组合为玄武岩+玄武安山岩+安山岩+英安岩,总体反映了陆缘弧的岩石组合;狼山地区早二叠世处于大陆边缘弧的构造背景,与华北地块北缘中东部可以对比。  相似文献   

西准噶尔红山地区晚古生代赞岐岩锆石U Pb年代学、地球化学特征及其地质意义   总被引：1，自引：0，他引：1  

马飞宙  陈宣华  徐盛林  马芬  韩乐乐  丁伟翠  王叶 《地质学报》2020,94(5):1462-1481

中亚造山带西部西准噶尔地区红山花岗岩体内部发育多期似岩墙状安山质暗色条带,LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年和岩石化学与同位素分析表明,它们具有不同的形成年龄、相同的源区和相似的形成过程。其中,具有不规则状或环状形态的暗色条带,其锆石U-Pb年龄为319.1±2.9 Ma和313.3±2.4 Ma,远大于红山岩体花岗岩锆石结晶年龄(305～301Ma),可能是红山岩体侵位过程中所捕掳的围岩;具有线性展布特征的安山质暗色条带,其锆石U-Pb年龄为295±2Ma,形成于红山岩体侵位之后,构成伸展岩墙群。红山岩体中的安山质暗色条带和线状岩墙群具有相似的岩石化学组成,富SiO_2(56.48%～63.09%)、MgO(3.56%～6.31%),具有高的Mg#值(51.74～62.40)及Na_2O/K_2O值(1.34～3.43);球粒陨石标准化稀土元素(REE)配分模式呈明显的右倾型,富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE)Rb、K、Ba、U、Sr,亏损高场强元素(HFSE)Th、Nb、Ce、P和重稀土元素,具较弱的负铕异常;其同位素组成特征为(~(87 )Sr/~(86 )Sr)i=0.703295～0.703620,(~(143) Nd/~(144) Nd)i=0.512612～0.512618,εNd(t)=6.91～7.62,(~(206) Pb/~(204) Pb)t为17.6883～17.9876,(~(207) Pb/~(204) Pb)t为15.5313～15.5686,(~(208)Pb/~(204)Pb)t为37.4460～38.0581。它们具有与赞岐岩类似的地球化学特征,总体表现出与弧岩浆作用相关的地球化学特征,可能具有共同的物质来源,为准噶尔洋板片俯冲消减后同一地幔源区在不同阶段的产物。其中,形成于弧岩浆作用时期的赞岐岩(319～313 Ma),构成与岛弧花岗岩类伴生的环状似岩墙状安山质暗色条带;形成于后造山伸展岩浆作用晚期的赞岐岩(～295Ma),构成与达拉布特左行走滑作用相关的陆内伸展岩墙群。安山质暗色条带(岛弧火山作用)、红山岩体(后造山伸展)和线状岩墙群(陆内伸展)记录了西准噶尔红山地区洋陆转换的全过程。  相似文献   

川滇地块西部差异性旋转的构造意义:青藏高原东南缘白垩纪红层古地磁学新证据          下载免费PDF全文

王恒  杨振宇 《地球物理学报》2019,62(5):1789-1808

印度—欧亚板块碰撞以来青藏高原内部及其周缘地区经历了复杂的构造演化,复杂构造变形区的复合构造使得古地磁的数据解释究竟代表区域的构造旋转还是只能反映局部的构造变形一直是备受关注的问题.本文通过采集川滇地块西缘渔泡江断裂东侧三岔河地区白垩纪红层古地磁样品,揭示采样区差异性旋转并探讨川滇地块西部自中新世以来的构造演化规律.前人的地质调查表明川滇地块渔泡江断裂东侧上白垩统赵家店组地层发育倾伏褶皱.三岔河剖面以三岔河镇为界分为南北两段,三岔河南段剖面高温剩磁分量平均方向在倾斜校正后Ds=29.3°,Is=45.7°,ks=54.3,α95=6.6°,倾伏地层产状校正后Ds=30.6°,Is=46.6°,ks=69.3,α95=5.8°;而三岔河北侧剖面高温剩磁分量平均方向在倾斜校正后Ds=350.4°,Is=42.1°,ks=69.4,α95=9.2°,倾伏地层产状校正后Ds=347.4°,Is=41.9°,ks=96.6,α95=7.8°;两组高温剩磁分量均通过了褶皱检验,表明其获得于褶皱形成之前.相对于东亚稳定区80Ma古地磁极,三岔河南侧剖面发生了20.5°±4.8°的顺时针构造旋转量,与楚雄盆地核部之间不存在差异性旋转;但三岔河镇以北剖面却发生了22.7°±6.6°的逆时针旋转.综合分析川滇地块内部的古地磁数据表明自中新世以来川滇地块南部楚雄盆地经历了约20°的顺时针构造旋转,而三岔河镇北侧经历了约20°逆时针旋转.进一步分析表明三岔河北侧剖面相对于南侧剖面经历了约40°的逆时针旋转,可能由于研究区的滑脱构造导致岩石薄弱层拆离滑脱所引起.  相似文献   

太行山南端浅层速度结构成像和隐伏断裂探测   总被引：1，自引：0，他引：1  

徐增波  刘保金  姬计法  鄷少英  袁洪克  谭雅丽  王宏伟 《大地测量与地球动力学》2019,39(1):88-92

利用太行山南端的深地震反射剖面数据，运用初至波层析成像方法反演得到该区域的浅层P波速度结构和基底面展布形态，发现剖面浅部的P波速度变化与沉积盖层厚度和断裂分布有着较好的对应关系。利用跨断裂完成的浅层地震反射剖面，对区域内2条第四纪隐伏活动断裂进行高分辨率成像。结果表明，汤西断裂为东倾的正断层，控制汤阴地堑的西边界，活动年代为中更新世；汤东断裂为西倾的正断层，是汤阴地堑的主控边界断裂，活动年代为晚更新世。  相似文献   

Subsurface flow measurements using passive flux meters in variably-saturated cold-regions landscapes     

Élise G. Devoie  Ryan F. Connon  James R. Craig  William L. Quinton 《水文研究》2020,34(23):4541-4546

To date, passive flux meters have predominantly been applied in temperate environments for tracking the movement of contaminants in groundwater. This study applies these instruments to reduce uncertainty in (typically instantaneous) flux measurements made in a low-gradient, wetland dominated, discontinuous permafrost environment. This method supports improved estimation of unsaturated and over-winter subsurface flows which are very difficult to quantify using hydraulic gradient-based approaches. Improved subsurface flow estimates can play a key role in understanding the water budget of this landscape.  相似文献   

青藏高原东南缘Moho面速度密度跃变研究   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

董蕾  沈旭章  钱银苹 《地球物理学报》2020,63(3):915-927

青藏高原东南缘地下深部结构的研究对了解青藏高原的变形机制和动力学过程具有重要意义.本文利用四川、云南固定台站记录到的远震波形资料,首先采用接收函数H-k叠加方法获得青藏高原东南缘台站下方的地壳厚度和波速比.进而利用接收函数一次转换波和多次波幅度信息确定了青藏高原东南缘Moho面上的S波速度和密度跃变.研究结果表明:研究区由南到北地壳厚度逐渐增加,从永德、沧源、孟连地区的33 km左右增至巴塘地区的69.7 km左右,厚度变化了近乎37 km.四川盆地和松潘甘孜块体南部的姑咱地区具有高泊松比、速度密度跃变较小特征,表明这两个地区含有较多铁镁物质.腾冲地区、龙门山西侧的汶川地区、四川盆地西南缘的沐川地区以及则木河断裂的石门坎至东川地区同属于高泊松比、速度密度跃变较大,显示这些地区壳内存在部分熔融.  相似文献   

中国深层地热能开采的地质条件评价     

庞忠和  罗霁  程远志  段忠丰  天娇  孔彦龙  李义曼  胡圣标  汪集旸 《地学前缘》2020,27(1):134-151

深层地热能是指深度大于3 000 m的地热能。我国深层地热能资源丰富,但是开采条件怎么样呢?本文基于地热地质学原理,结合岩石力学等相关学科的理论,提出一种对深层地热能开采条件进行评价的指标体系,对各单一指标采用专家打分的方法赋值,继而采用模糊数学定量计算和评估深层地热能资源开发的难易程度。该方法考虑了深层地热能开发利用中的增强地热系统(EGS)的环境安全问题,即传统的“刚性造储”可能带来的诱发地震等不利于地热能行业健康发展的因素,倡导“柔性造储”和广义EGS理念,强调储层属性和地物理场的整合,针对我国地热能分布与构造活动关系密切、地壳总体上活动性强、地应力高、地震频发等构造型地热特点,是对以往评价方法的补充和拓展。该方法充分利用了专家知识,发挥了模糊数学综合评估作用,给出的量化结果易于对比和使用,可以更好地支持决策。本文基于新的评估方法,利用现有的深部地热研究及勘探成果,评估了中国大陆地区九个区域深层地热能开发的难易程度,评价区包括西藏南北地堑系、云南西部火山型地热区、青海东部共和盆地以及东北、华北等。从本文的结果可以看出,我国深层地热能开采的地质条件复杂,开采难度较大。  相似文献   

钾稳定同位素研究综述     

王昆  李伟强  李石磊 《地学前缘》2020,27(3):104-122

钾稳定同位素是重要的非传统稳定同位素体系,也是近年来迅速发展的热门研究课题。对钾同位素研究历史和现状进行综述,具体包括以下内容:(1)总结了钾元素的地球化学和宇宙化学性质,包括钾在主要地质储库(地幔、地壳、海洋)中的丰度及其分配,钾在岩浆演化中的不相容大离子亲石性,常见含钾火成岩/沉积岩矿物以及钾在表生过程中的循环,也包括主要行星物质(球粒陨石、非球粒陨石、火星和灶神星陨石以及月球样品)中钾的含量、赋存状态、主要矿物,钾在太阳星云冷凝、行星积聚以及岩浆海过程中的中等挥发性质;(2)介绍了钾同位素的研究历史,从1922年Dempster利用最早的质谱仪测量钾同位素在自然界的丰度,到Taylor和Urey在1938发表的经典的钾同位素分馏实验,再到Humayun和Clayton在1995年发表的钾同位素领域的经典研究,最后到近几年的进展;(3)介绍了对钾的前处理(离子交换柱法)以及钾同位素的主要测量方法,包括早期热电离质谱仪法(TIMS),二次离子质谱仪法(SIMS)和近十几年以来高速发展的多接收电感耦合等离子体质谱仪法(MC-ICP-MS)及其不同的技术路线;(4)介绍了高精度钾同位素比值在低温地球化学和生物地球化学中的应用,包括钾同位素在地表的风化过程中、海水洋壳的反向风化作用中的分馏及其在示踪全球钾元素循环和洋壳俯冲等过程中的应用;(5)介绍了高精度钾同位素比值在高温地球化学中的应用,包括钾同位素在岩浆分异和矿物结晶过程中的分馏;(6)介绍了高精度钾同位素比值在宇宙化学中的应用,包括在太阳星云冷凝、行星凝聚、月球形成大碰撞、岩浆海、火山喷发去气过程中的分馏作用。  相似文献   

青藏高原东北缘重力场深部结构及其动力学特征          下载免费PDF全文

王鑫  姜文亮  张景发  王德华  田云峰  申文豪 《地球物理学报》2020,63(3):988-1001

本文采用欧拉反褶积、场源参数成像(SPI)、场源边界提取(SED)、莫霍面反演、地壳三维可视化等多源方法,对青藏高原东北缘地区的布格重力场进行反演与分析,深入研究该地区的深部结构与变形特征,探讨区域深部孕震环境及动力学机制.研究表明,青藏高原东北缘的布格重力场整体呈负异常值,具有明显的分区性,表现出鄂尔多斯盆地异常值相对偏高、阿拉善块体次之、青藏高原块体极低的特点,其中海源断裂系形成了一条宽缓的弧形重力梯度条带,梯度值达1.2 mGal·km^-1.欧拉结果显示,鄂尔多斯盆地相比于青藏高原块体而言,场源点具有较强的均一性,场源强度值高(密度值高)且深度稳定在25~32 km范围内,而高原块体的中下地壳尺度广泛分布着低密度异常体.SPI图可知,海源弧形断裂系位于“浅源异常”弧形区,反映其地壳较为活跃,易发生中强地震.SED图揭示青藏高原地壳向东北扩展,经过几大断裂系的调节后运动矢量向东或东南转化,SED与GPS、SKS运动特征大致相同,说明地表-地壳-地幔的运动特征有着较强的一致性.青藏高原东北缘地区壳幔变形是连贯的,加之莫霍面由北向南、由东向西是逐渐加深的,因此属于垂向连贯变形机制,不符合下地壳管道流动力学模式.区域形成了似三联点构造格局,其中海源弧形断裂系的深部地壳结构复杂,高低密度异常体复杂交汇,是青藏高原、阿拉善、鄂尔多斯三大块体相互作用的重要枢纽,其运动学特征总体为中段走滑尾端逆冲,而断裂系正处于大型的弧形莫霍面斜坡带之上,具备强震的深部孕震环境,因此大尺度的运动调节与深部孕震条件共同促使了该地区中强震的多发.  相似文献