元·汾渭裂谷文章多——漫步地震五千年(12)

元朝的山西洪洞于1303年发生8级地震,揭示了汾渭裂谷系在构造和运动上的一系列特殊性。该区地震活动具有准周期性、南移北跳和强震复发的特点。分析了汾渭裂谷的形成、雁行断裂构造、构造应力场和深部高温体的环境背景。为深入认识地球动力学过程,需要扩展眼光,介绍了对地壳块体旋转问题的研究,涉及到鄂尔多斯块体旋转、亚洲中部大区域的地块旋转、汾渭裂谷和贝加尔裂谷的对比、地幔密度分布、喜马拉雅构造结和全球非对称等基本问题。

汾渭地堑中、深层地热资源富集背景与形成机制

汾渭地堑中、深层地热资源较富集,但其成因机制不明。为了更有效地勘探开发这些资源,首先必须弄清楚其形成的地质背景和热聚敛成因。在前人研究成果的基础上,综合分析了汾渭地堑构造演化与动力学背景,深部热构造特征,源、通、储、盖条件,并探讨了其热聚敛机制。印度-欧亚板块碰撞的远程效应形成了汾渭地堑新生代伸展拉张作用;软流圈底辟上涌,上地幔热隆起,莫霍面和居里面抬升,中、浅层低速高导体形成,地壳拉张减薄,固态剪切脆-韧性变形是中、深层地热资源形成的基础。新生代强烈的伸展拉张和特殊的构造格局是有利的控热构造,地幔传导热是目标热储最根本的动态热源,埋藏较浅的上地幔内和壳内的低速高导层是良好的导热体和热能汇集中心,是中、深层热储的直接热源和震源层,切割较深并在新生代具有强烈活动的边山断裂和控盆断裂具有良好的导热功能,是良好的导热构造和释热构造;夹有孔隙极为发育的火山岩的厚层状新生代松散沉积物,具有良好的阻热保温效果,是优质的热盖层。发育韧性剪切变形的变质基底不仅是干热岩型地热资源(固热能)的目标层,也是浅层水热型地热资源良好的热源层。源、通、储、盖四位一体的高效热聚敛地热系统促进了优质中、深层地热资源的形成和富集。

汾渭平原历史城址分布规律及自然适宜性关系研究

中国本土城市规划以构建人与自然和谐秩序为第一要义.深度剖析历史城市选址的自然适宜性特征与规律,探索其背后的科学机理,具有高度的学术价值.以历史时期城市营建与自然环境关系较为密切的汾渭平原为研究区域,选取该区域7个典型历史时期的428个城市样本,运用地理探测器与自然适宜性模糊综合评价等方法,分析并论证了自然环境因子对历史城市选址的影响关系,构建了区域历史城市自然适宜性评价指标体系,揭示了区域历史城市时空分布规律及其自然环境适宜特征.结果表明:(1)自然环境对于汾渭平原地区历史城址空间分布具有重要影响,且多因子交互下存在明显增强特征,其中高程、地表起伏度、土壤类型以及距离水系的垂直距离为影响城市选址的主导因子,地势平坦高爽、邻水、土壤熟化度高、覆盖层厚的自然特征为其重要前提;(2)历史时期自然环境适宜程度与城址空间分布具有一定的规律特征,区域整体自然适宜性以渭河、汾河、涑水河为轴向两侧递减,历史时期内城市分布基本集中于适宜区域与较适宜区域,且伴随演进城市选址的范围逐渐扩大,表明区域城市选址对于自然环境的适应力与改造力逐渐提升.

汾渭平原PM_(2.5)和O_(3)污染导致的健康效应及情景预测

细颗粒物(PM_(2.5))和臭氧(O_(3))已成为主要大气污染物,对人体健康危害较大.本文选取大气污染防控重点区域汾渭平原作为研究区,分析2014-2021年PM_(2.5)和O_(3)浓度变化特征及其健康效应,并估算2030年实现不同减排标准的潜在健康效益.结果表明:①2014-2021年汾渭平原PM_(2.5)年均浓度呈下降趋势,而O_(3)年均浓度却呈波动上升趋势,PM_(2.5)和O_(3)复合污染天数下降趋势显著.②归因于PM_(2.5)污染的早逝人数和经济损失均呈下降趋势;而归因于O_(3)污染的早逝人数及经济损失均呈上升趋势,2021年归因于O_(3)污染的全因、呼吸系统疾病和心血管疾病早逝人数较2014分别增加了60.36%、11.94%和74.32%,经济损失增加了136.60%、65.18%和157.20%,其中西安市和洛阳市健康风险与经济损失问题相对突出.③若2030年PM_(2.5)和O_(3)年均浓度均达《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)二级标准限值,汾渭平原归因于PM_(2.5)和O_(3)的早逝人数较2021年将分别下降15.99%和2.71%,而随着人均可支配收入的逐年增加,健康经济损失将分别增加6.39×10^(8)元(95%CI:5.20×10^(8)~7.56×10^(8)元)和30.05×10^(8)元(95%CI:16.17×10^(8)~43.26×10^(8)元);若进一步将PM_(2.5)和O_(3)浓度降至更低,可进一步避免早逝人数的增加,且带来显著的经济效益.研究显示,汾渭平原PM_(2.5)治理有所成效,但是O_(3)污染问题凸显,其导致的健康死亡人数及经济损失均呈上升趋势,应保证达到现有标准的基础上制定更高目标标准,才能有效改善居民健康状况,并带来显著的经济效益.

汾渭平原中长期PM_(2.5)冬季目标约束下的控制情景优化分析

为研究汾渭平原在中长期PM_(2.5)冬季浓度目标约束条件下的最优控制策略及成本效益,本研究基于2015-2022年PM_(2.5)浓度监测数据,结合国内外PM_(2.5)实际改善历程,利用自下而上的计算方法,提出汾渭平原“十四五”“十五五”PM_(2.5)年均浓度目标;针对冬季污染突出的问题,建立季节贡献率方法,设计差异化的PM_(2.5)冬季浓度目标;并在此基础上结合ABaCAS-OE模型,以冬季PM_(2.5)浓度目标为第一约束条件进行最优控制情景的模拟与费效分析.结果表明:①情景3(基于2019年汾渭平原PM_(2.5)年均浓度超标比例的分类情景,该情景中PM_(2.5)年均浓度下降比例以3年为周期计算得到)对PM_(2.5)浓度改善幅度最大,在此情景下,2030年汾渭平原区域PM_(2.5)年均浓度为35μg/m^(3),较2019年下降35.2%,2032年实现所有城市达标的目标;冬季情景3(基于情景3,利用季节贡献率方法计算的汾渭平原冬季PM_(2.5)浓度目标情景)对冬季PM_(2.5)浓度改善幅度最大,2030年区域冬季PM_(2.5)浓度为58μg/m^(3),较2019年下降40.8%.②ABaCAS-OE模型模拟的最优控制情景表明,2030年冬季汾渭平原区域内NO_(x)、SO_(2)、PM_(2.5)、NH3和VOCs较2019年冬季分别减排47.0%、43.0%、34.8%、19.0%和45.0%.③最优控制情景的总减排成本为92.9×10^(8)元,改善冬季PM_(2.5)浓度将增加21.6%的避免早逝人数,并取得约553.0×10^(8)元的健康效益,效益与成本比值约6.0,说明在该区域进行冬季PM_(2.5)污染控制与达标工作可以取得的健康效益是减排成本的600%,在健康效益方面为正向收益.研究显示,汾渭平原各城市应采取分类差异化的冬季PM_(2.5)控制目标并加大减排量,且减排能取得的健康效益大于减排成本.

黄河流域汾渭谷地地下水超采综合治理思路研究

黄河流域水资源短缺,长期以来地下水不合理开发利用造成地下水超采形势严峻,引发了一系列生态和环境地质问题。黄河中游汾渭谷地社会经济需求强烈,地下水是区域水资源的重要组成部分,现状地下水开发利用程度较高。文章以汾渭谷地为研究对象,对地下水超采情况、地下水开发利用变化趋势、综合治理手段进行分析,从节水灌溉、水源置换、封填井和加强取用水管理等方面提出治理措施,对科学开展汾渭谷地地下水超采治理提供了参考,促进河湖生态复苏。

基于GIS的滩区型农村居民点格局演变——以黄河中游汾渭平原为例

以黄河中游汾渭平原地区农村居民点为例,利用单一动态度、景观指数、核密度分析、缓冲区分析等方法,研究近30年黄河中游汾渭平原地区农村居民点格局的演变。结果表明:近30年汾渭平原地区农村居民点用地规模逐渐扩大,经历了从多样化到单一化再到集聚多样化的发展过程,主要分布在西安、渭南、太原、运城和洛阳周边,成为人口和经济发展的核心地带;地理条件方面,农村居民点主要集中在海拔<800m、坡度<12°的平原和缓坡地区,沿道路和河流带状分布;农村居民点的演变受地理条件、政策和经济利益调控的影响,导致空间格局不断变化,自然地形、交通、经济水平和生态政策是主要影响因素。

汾渭盆地池南地区小麦微量元素地球化学特征

为探究汾渭盆地池南地区冬小麦籽粒微量元素地球化学特征,采集了池南地区14个地块的冬小麦样品,对每个样品的微量元素含量进行测试,并进行了系统分析。结果表明:相比长三角小麦,池南地区小麦中Cu、Fe、Pb、Hg、Cd含量较低,Mo、Se较高,Zn、B较为接近,依据食品安全国家标准,存在Zn、Cr污染;轻、重稀土之间分馏较轻稀土之间和重稀土之间分馏均大;Ce无明显异常,Eu基本表现为正异常。摄食足量的池南地区小麦可以满足人体对Cu、Zn、Fe、Mo的需求,同时不会摄入过量的Cu、Zn、Fe、Mo、B、Se、ΣRExOy及污染物Pb、Hg、Cd、As,但可能存在摄入过量Cr的风险。通过元素富集度分析,推测池南地区土壤硒含量与小麦籽粒中硒含量应该具备线性相关性,且该区小麦达到富硒水平,结合该区土壤Se含量认为池南地区具有发展富硒小麦的潜力。

汾渭平原四季气溶胶光学厚度分布特征及气象因素贡献分析

利用2005—2021年OMI传感器大气气溶胶光学厚度产品,分析了汾渭平原四季气溶胶光学厚度的时空分布特征、变化趋势特征及气象因素对气溶胶光学厚度变化趋势的贡献.结果表明:①研究期内汾渭平原的气溶胶光学厚度趋势变化整体以下降为主,四季变化特征存在空间差异;除秋季外,其他季节在2013年具有明显的趋势相位变化信号.②基于逐步回归方法分析发现,风速和降水是导致气溶胶光学厚度呈现长期变化趋势的主要原因,而温度和相对湿度的影响较小.③不同气象因素贡献在四个季节存在显著的空间差异.

汾渭典型城市空气质量特征及污染成因分析

通过搜集2019—2021年孝义市大气监测数据及2021年企业排放数据,利用对比分析及AERSCREEN进行污染贡献模拟,以评价汾渭典型城市空气质量特征及工业排放对污染影响程度。结果表明:(1)2019—2021年,孝义市SO_(2)、NO_(2)、PM_(10)污染突出,SO_(2)、PM_(10)、PM_(2.5)同比均明显下降,NO_(2)和O_(3)降幅偏低或不降反升。(2)2021年孝义市各指标与周边县(市、区)及全省数据均值对比明显偏高,本地污染排放强度大。同比2019年,2021年孝义市PM_(2.5)改善率达35.9%,SO_(2)、NO_(2)、CO改善效果明显低于周边及全省其他县(市、区)。(3)现代煤化工产业园对孝义市PM_(10)、PM_(2.5)、SO_(2)和NOx贡献分别达50.9%、82.6%、64.9%和64.4%。(4)汾渭平原城市以煤烟型污染为主,受复杂地形影响污染扩散不力,采暖期污染水平明显偏高,需从能源、产业、交通等问题根源上调整解决。

试论汾渭“S”型旋转拉分构造体系及其影响

汾渭地堑系位于我国东部阴山与秦岭纬向带之间,自北向南,由集宁、怀来、大同、蔚县、忻州、太原、晋中、汾渭、天水、礼县、西和、成县等10余个NE向斜列的新生代断陷盆地组成,它们呈“S”形展布,反映华北地块在新生代时期发生了顺时针旋转,使古老地块发生裂解,可称之为“S”型旋转拉分构造体系。这个构造体系对中国东部构造格局和构造发展有广泛和深远的影响,强烈改造了秦岭—大别山纬向构造带和江南地块北缘的构造格局,使新华夏系形成分段特征,启动了华北地块伸展构造发展模式,影响所及直达琉球海沟。无独有偶,亚洲中部俄罗斯、蒙古境内有贝加尔地堑系,由反“S”形分布的新生代断陷盆地组成,它们也发育于古老结晶地块之中,可与之对比,是逆时针旋转的反“S”型旋转拉分构造体系。说明它们是同一类型的旋转构造型式,是古老地块裂解的一种方式。

汾渭平原二氧化硫柱浓度及影响因素分析

利用臭氧监测仪(Ozone monitoring instrument,OMI)遥感二氧化硫(SO_(2))数据产品,分析了2010—2020年山西省、陕西省、河南省等汾渭平原区对流层SO_(2)柱的时空分布特征及其密度影响因素。结果表明,该地区SO_(2)分布不均匀,主要集中在晋中、吕梁和临汾等城市,西部平原的宝鸡和西安等城市SO_(2)浓度较低。2011年SO_(2)柱浓度的平均值最高,为0.94 DU,2020年最低,为0.61 DU,SO_(2)排放总体呈下降趋势。SO_(2)在冬季达到峰值,秋季和春季呈下降趋势,夏季最低。SO_(2)的月变化呈U形,1月最高,7月最低。在浓度稳定性方面,汾渭平原8.1%的地区波动较大,主要集中在环境治理最为关键的洛阳东北部和晋中东部地区。

汾渭盆地地裂缝成因研究中的若干关键问题

汾渭盆地是我国地裂缝发育最强烈的地区,地裂缝类型多样,成因复杂。本文概述了汾渭盆地地裂缝的分布规律,分析了目前汾渭盆地地裂缝成因研究中存在的主要问题,重点围绕构造型地裂缝的成因问题,提出如下研究思路:通过多学科联合手段,重点研究汾渭盆地地裂缝灾害的分布规律及其与活动构造的分布关系与成生联系,建立构造地裂缝的地质结构模型;将现代物理数值模拟技术与高精度观测技术相结合,分析研究构造活动启动地裂缝灾害的力学机理以及构造作用与抽水作用耦合致裂机理;以GPS观测资料为约束,将汾渭盆地地裂缝的成生与青藏、华北大陆变形的动力学过程联系起来,研究该区地裂缝与现今中国大陆动力学的内在联系,揭示大陆驱动力产生地质灾害的动力学机制与模式。

汾渭盆地富氦天然气成因及成藏条件初探

20世纪70年代,前人在汾渭盆地进行石油勘探时,于新近—古近系钻遇氦、甲烷、氮等天然气,由于当时以新生界石油勘探为目的,所以未能开展进一步工作。20世纪90年代以来,汾渭盆地地热资源得到了充分的利用,在地热水开采中,发现普遍含天然气。笔者通过盆内对不同构造单元、不同层位的地热井采集的天然气样品进行组分及同位素分析,发现汾渭盆地天然气为国内外少有的以壳源氦为主,有少量幔源氦加入的富氦天然气,并具有较高含量的幔源甲烷。综合前人资料成果,对形成天然气藏的气源条件、储盖组合条件、圈闭条件及运移与保存条件进行了的初步分析,认为汾渭盆地具有形成富氦天然气的地质条件和良好的勘探前景。

汾渭平原秋冬季PM_(2.5)化学组分特征及其来源

汾渭平原是我国空气污染最严重的区域之一,2018年被列为重点区域.本研究针对汾渭平原11城市开展PM_(2.5)化学组分连续观测,分析PM_(2.5)浓度和主要化学组分的时空分布规律,并利用PMF模型解析PM_(2.5)污染来源.结果表明:(1)2018—2019年秋冬季汾渭平原11城市ρ(PM_(2.5))平均值为(101.4±65.4)μg/m^(3),是京津冀及周边地区“2+26”城市的1.1倍.临汾市ρ(PM_(2.5))最高(216.8μg/m^(3)),是汾渭平原的2.1倍.(2)2018—2019年秋冬季汾渭平原PM_(2.5)的主要化学组分是有机物、硝酸根离子、地壳物质和硫酸根离子,其中地壳物质占比是京津冀及周边地区的1.6倍.(3)受污染物排放、气象条件以及地理位置的影响,汾渭平原PM_(2.5)中有机物、硝酸根离子、地壳物质、硫酸根离子、铵根离子和氯离子的空间分布具有明显的差异性.(4)随着污染的加重,硝酸根离子、硫酸根离子和氯离子在PM_(2.5)中的占比均逐渐增加,地壳物质、元素碳、微量元素等与一次排放相关的组分占比随污染加重逐渐减少,表明污染期间燃煤源管控仍需进一步加严,而对扬尘源和机动车等污染源的管控起到了良好的效果.(5)重污染过程期间,相对湿度增加、风速减小是影响PM_(2.5)浓度上升的客观因素,二次组分以及与燃煤源和生物质燃烧源有关的化学组分的增长是影响PM_(2.5)浓度上升的重要原因,二次源和燃烧源是PM_(2.5)的主要来源.研究显示,汾渭平原秋冬季PM_(2.5)污染较重,尤其需要关注燃烧源的管控.

2016—2019年汾渭平原城市空气质量状况分析

基于2016—2019年全国城市环境空气质量国控监测点位自动监测数据,分析了汾渭平原城市空气质量状况。结果表明:2019年,汾渭平原优良天数比例为61.7%,略高于"2+26"城市,明显低于全国及其他区域,空气污染较重。2016—2019年,汾渭平原超标天数中PM2.5、PM10、O3作为首要污染物的占比较高,PM2.5、PM10仍是影响汾渭平原空气质量的最主要污染物,O3和NO2的影响逐年升高。汾渭平原PM2.5浓度呈夏季低、秋冬季高的特点,2019年与2016—2018年PM2.5均值比较,1、2、4月分别偏高7.5%、36.7%、6.8%,其他月份均偏低,表明1、2、4月空气质量总体恶化,其他月份有所改善。汾渭平原O3浓度呈夏季高、秋冬季低的特点,O3浓度总体呈升高趋势,年平均升高10.3μg/m3,临汾市年平均升幅最显著(26.7μg/m3),不同百分位O3浓度均呈升高趋势,且高百分位浓度升幅明显高于低百分位浓度,年平均升幅最高出现在第90百分位浓度。2016—2019年,O3单项污染物超标导致优良天数比例损失分别为5.4个百分点、13.0个百分点、11.1个百分点和14.4个百分点,总体呈上升趋势,表明O3超标对空气质量影响越来越显著。煤炭消耗量、生铁产量、粗钢产量的大幅升高对空气质量有一定影响,建议加大对相关企业污染物的排放量检查,确保超低排放或采取可行的清洁能源替代。温度与O3浓度呈正相关,2017—2019年,温度大于25℃的天数中94.2%出现在6—8月,O3-8h超标天数占全部超标天数的81.4%,因此应加强温度较高月份的O3管控。

用GPS数据研究汾渭盆地构造应力场变化

利用2004—2007年观测的GPS数据,采用格林函数法对汾渭盆地地壳15 km深处的最大主应力和剪应力进行了计算。结果表明:1)汾渭盆地的应力场变化分布具有高度不均匀性,山区和盆地的应力场变化性质相反:山区应力场以增加为主,盆地应力场以减小为主;2)宝鸡至咸阳一带的剪应力变化与汤浴至蒲城一带的剪应力变化存在相反的性质。

空间大地测量GPS揭示的汾渭盆地及其邻域现今地壳应变场变化特征

利用汾渭盆地及其邻域2001—2007年与2009—2011年高精度GPS监测资料,基于区域构造特点,采用块体运动应变模型结合数理统计假设检验法,建立了区域合理的地壳运动应变模型,基于此定量研究了区域现今地壳应变场及其变化特征,特别是2008年汶川强震对汾渭盆地区域变形特征的作用影响,同时从盆地整体上分析了盆地内多发的地裂缝灾害与区域整体构造变形特征之间的内在关系.研究结果表明:经统计检验判断,选择合理的区域地壳运动应变模型,对获取真实反映区域实际构造变形特性的应变参数具有重要的作用;2008年汶川强震对青藏东边缘地块及渭河盆地西侧局部地区应变场造成一定的影响,但是震后上述区域并没有出现显著的应变积累而是呈现出应变量值较震前减小的特征,分析其原因可能是因为此区域并不是强震造成的库仑应力显著增加区,在震后2009—2011年时间段内处于构造应力场的松弛调整期;汶川强震没有显著改变研究域现今整体的构造变形背景特征,区域地壳构造活动特征仍具有较好的继承性;基于研究域构造块体具有各向同性连续弹性变形的前提,初步推断整个汾渭盆地内多发的地裂缝灾害可能是区域NW—SE向拉张应力场作用下的地表破裂响应.

汾渭平原采暖期与非采暖期大气环境质量时空变化特征研究

采暖期重污染天气频发,成为大气环境质量改善的难点。汾渭平原刚被划为中国环境治理的重点区域,大气污染形势十分严峻。基于2014-2018年PM2.5、SO2、NO2、O3和CO等污染物监测数据及空气质量指数,分析了汾渭平原采暖期和非采暖期大气环境质量的时空变化特征。结果表明:(1)采暖期PM2.5、SO2、NO2和CO浓度均高于非采暖期,非采暖期PM2.5相比采暖期低42%~54%,采暖期SO2、NO2和CO的平均浓度分别是非采暖期的2.7、1.5、1.6倍,而非采暖期O3平均浓度是采暖期的2.2倍;(2)PM2.5和SO2为采暖期首要污染物,O3为非采暖期首要污染物;(3)采暖期和非采暖期三省交界处和临汾的PM2.5浓度均较高,采暖期气态污染物的空间分布与非采暖期基本相似,其中SO2浓度的空间分布为山西境内>河南境内>陕西境内;(4)采暖期PM2.5与SO2、NO2、CO浓度均呈正相关,与O3呈负相关,非采暖期SO2、NO2和CO随PM2.5浓度呈一致变化趋势,均先上升后下降,与采暖期的变化趋势并不相同;(5)采暖对PM2.5和SO2的年平均贡献率分别为34.9%和42.1%。

汾渭断裂带近10年GPS观测获得的剖面变形与应变积累分析

利用1999～2009年汾渭断裂带GPS速度场观测资料,研究了跨断裂剖面变形动态演化特性、应变积累的分段差异性以及汶川大地震等的可能影响。结果表明:近10年来山西断陷带南段、渭河盆地中东部应变积累相对较快,山西断陷带北端的蔚广盆地南缘断裂、渭河断裂西段也存在一定程度应变积累。汶川大地震影响相对明显,2007～2009年应变积累明显增强的有渭河断裂西段、山西断陷带南段和蔚广盆地南缘断裂。