五大连池老黑山熔岩溢出过程和传输系统

五大连池老黑山火山曾在公元1720-1721年喷发,熔岩出露面积60.2km^(2)。老黑山具有我国境内最新喷溢的熔岩流区,使其成为研究单成因火山熔岩表壳类型、熔岩传输系统和熔岩流灾害的理想对象。老黑山火山喷发兼具爆炸性与溢流性,以溢流性为主。本文使用0.05~0.92m/pix无人机航拍数据和12.5m/pix卫星数据,在实地验证的基础上,制作了11000比例尺熔岩流分布过程图。我们将老黑山的6个熔岩流区界定为相应熔岩溢出口的产物,并区分出每个熔岩流区内部的亚区和岩流组。本文归纳出不同尺度熔岩流边界界定的2个标准:(1)熔岩流区的边界界定,需要以大尺度的地形凹陷和沟谷为线索,以熔岩趾分布和压盖关系辅助确定;(2)熔岩流区内部岩流组的界定,更多地依赖于熔岩表壳相组合分析,并辅以地形特征确定。通过对岩流表壳相的分析,本文总结出老黑山熔岩流主要由渣状岩流传输模式主导,同时具有结壳岩流传输和膨胀传输类型。根据老黑山不同岩流的分布和传输特征,我们提出了使用逐层、逐组估算岩流体积的方法。老黑山火山爆炸性碎屑物体积为70×10^(6)m^( 3),爆炸性喷发指数VEI=1~2;熔岩流体积为290×10^(6)m^( 3),溢流式喷发的等级(magnitude)为4.9。根据与Puu Oo 1983-84岩流特征进行对比,推测老黑山喷发烈度为弱-中等(intensity=4~8)。

月球熔岩管探测与开发方案设计

在总结前期探测成果和前人研究的基础上,结合对地球熔岩管洞穴的实地考察,深入分析月球熔岩管洞穴的探测开发价值与挑战。结合月球遥感探测数据,针对不同洞口构造的熔岩管,以中丰富海及静海两个典型熔岩管洞穴为案例,构建了由月面平台、探测器及自主机器人等组成的联合探测方案。围绕未来建设月球熔岩管洞穴基地的目标,深入分析熔岩管洞穴开发建设需求与挑战,进一步提出了熔岩管洞穴内部场坪建设、通信能源部署以及居住设施建造方案。

基于轻量型移动测量系统的地外熔岩管3D探测与地表验证

熔岩管广泛存在于地球及地外天体,可为人类未来登陆地外天体提供天然庇护,地外熔岩管探测具有重要意义。然而,熔岩管探测存在许多挑战,已有的地球熔岩管探测方案设备不便携、自动化程度和工作效率低,难以用于地外熔岩管探测。针对上述问题,提出一种基于轻量型移动测量系统的熔岩管3D探测方法,利用穿戴式设备实现高效精细的地图构建和三维形态表达,并通过地球熔岩管探测进行验证。首先利用激光扫描高效获取熔岩管内点云,并基于迭代卡尔曼滤波算法生成熔岩管3D点云实时地图。然后结合地面滤波、管道壁提取、法向量估计等点云智能处理方法,实现熔岩管的三维智能化重建,并作形态学分析。选取海南省海口市的仙人洞及七十二洞作为地外熔岩管的模拟场景进行实验,结果表明,所提方法实现了熔岩管3D实时自主测图,生成的点云地图及3D模型相比于已有研究结果更精准、地貌形态细节信息更多,可更好地满足熔岩管的形态分析需求,有望为地外熔岩管探测提供基础。

一种月球熔岩管钻进的超声波钻探器

提出一种采用多点驱动旋转的螺旋槽圆锥复合型变幅杆结构,并研制了适用于熔岩管内壁钻进的高性能超声波钻探器;为预测超声波钻探器响应特性,利用等效阻抗网络模型对超声波钻探器进行了建模与分析。通过低重力多角度模拟钻进试验与数据分析,验证了该钻探器在熔岩管复杂地况应用中的可能性。结果表明,钻杆直径为3 mm、钻压力为10 N时,钻进速度随开孔角度的增加而增加,垂直钻进时钻探器最大空载回转速度为506 rad/min,钻进速度为6.4 mm/min,钻进时回转转速为259 rad/min。

面向未来月面科考的熔岩管实景三维建模技术研究

提出一种融合机载LiDAR,贴近摄影测量,以及GeoSLAM手持激光扫描仪点云数据来源的面向未来月面科考的熔岩管实景三维建模方法。首先进行实体划分,随后依据语义信息进行实体特征提取,并提出一种新的mesh模型构建方法,通过多层次模型构建方法以及骨架加细节建模方法来对熔岩管内表面的模型进行mesh模型构建,最后在模型内部不同层间分别构建实体,以模拟不同层的原始状态,并以此对层厚、剥落物体积两方面进行测量。通过对位于黑龙江省镜泊湖的熔岩管三维建模表明:基于多源数据融合的熔岩管实景三维建模方法具有高精度、高真实度等特点,为后续月球熔岩管天窗检测、地月模拟对比以及内部探测提供重要参考。

探地雷达对天体熔岩管探测技术类比研究

熔岩管是建立地外天体基地首选地之一。为验证探地雷达对地外天体熔岩管探测的可行性,使用400MHz探地雷达对海南海口石山火山群中的七十二洞和卧龙洞进行熔岩管探测技术类比研究。结果显示:管道上壁距离地面小于等于2m时,雷达可清晰显示上界面;当熔岩管上、下界面高度小于3m时,雷达图可观察到上、下分界面所在位置。使用遗传算法进行雷达数据反演,获得管壁介电常数,并与深度法和样品测量结果对比验证了该反演算法的可靠性。通过分析发现,样品孔隙度与介电常数存在关联性。探地雷达可有效测量地下熔岩管的内部空间信息,并用于未来月球基地建设的准备工作。

太阳系天体熔岩管探测研究现状

由火山熔岩流动和冷却过程形成的熔岩管已经在太阳系多个天体表面被发现,成为了认识类地行星火山活动和热历史的窗口。同时,由于熔岩管内部具有恒温和防辐射的特点,也是未来人类探测活动或地外生存的天然庇护所,因此具有极为重要的科学和工程应用价值。总结了熔岩管的形成机制、探测和识别方法,月球和火星等太阳系不同天体表面熔岩管的分布,探讨了熔岩管探测的科学意义和应用前景,提出地球熔岩管是开展行星熔岩管类比研究和探测的重要对象,并进而介绍了熔岩管类比研究的理论和方法,为未来地外熔岩管的探测提供理论依据和模拟实验支撑。

面向地外天体熔岩管的三维探测与形态研究

针对地外天体熔岩管探测,利用激光雷达技术对与月球、火星具有较高相似度的海口市石山火山群区域内的熔岩管进行了实地勘测,提出了基于网格划分的天窗检测方法以及利用基于数据增强与多尺度特征学习网络的裂缝检测方法,对熔岩管内部结构进行探测及形态研究;使用便携式手持激光扫描仪对管道内部进行全方位扫描获得高精度点云数据,在ContextCapture软件中完成三维建模,对管道内特殊的微型地貌天窗及其内壁裂隙进行了自动化的检测与提取。实验结果表明,利用激光扫描仪搭配点云处理软件及程序可以高效、直观且真实地还原熔岩管的形态结构,进行定量化分析,对管道内特殊的微型地貌可进行检测与提取。

水下就位熔岩流相结构模式和储层意义:以义县地区白垩系义县组为例

水下就位熔岩流是盆地充填的重要类型,但相结构模式、储层分布规律和潜力特征还不清晰。为了阐明这些关键要素,本研究选取义县地区出露的义县组水下就位熔岩流作为研究对象,利用地质调查、岩矿鉴定和图像分析等方法开展岩石类型、岩相和储层特征研究。结果表明:①水下就位熔岩流岩性主要由熔岩和玻质碎屑岩组成,为喷溢相水上喷发水下就位熔岩流亚相,具体包括复合熔岩流和原地碎屑堆积两种微相,微相叠置关系呈现以复合熔岩流微相为主体、以原地碎屑堆积微相为主体和两种微相比例相当三种;②垂向上相序有原地碎屑堆积微相--复合熔岩流微相和只有原地碎屑堆积微相两种,横向上相序为复合熔岩流微相--原地碎屑堆积微相;③在研究区共识别出4类8型孔隙,复合熔岩流微相储层以气孔和淬火缝为主,原地碎屑堆积微相储层以次生溶蚀孔为主,面孔率分析结果显示原地碎屑堆积微相的储层好于复合熔岩流微相的储层,推测水下熔岩流前缘部分可能好于其根部。

熔岩管探测的定位方法

针对月球熔岩管内定位,选取海南省海口石山火山熔洞作为模拟月球熔岩管实验区域,利用立体视觉、激光雷达和IMU传感器进行模拟月球熔岩管环境下的定位实验,应用立体视觉定位、激光扫描点云定位、视觉融合IMU定位、激光点云融合IMU以及视觉激光融合IMU定位等方法进行定位处理,对各类方法在不同光照与地形条件熔岩管环境下定位结果的平均误差与稳健性进行对比分析。实验结果表明,立体视觉在长距离行走模式下平均误差可达3.59%,但平均误差与稳健性受制于光照条件;激光雷达平均误差同视觉水平接近,局部区域平均误差为1.89%,但稳健性受数据采集率与视场角影响;立体视觉、激光雷达与IMU集成的定位在光照与地形起伏十分恶劣的熔岩管区域内取得了稳健定位结果,是进行长距离连续定位的优先选择。研究结论为后续月球熔岩探测定位传感器配置与定位方法研究提供了有益参考。

皖东玄武岩熔岩台地贫水区找水方向研究——以来安半塔林场找水打井为例

来安县半塔林场地处皖东玄武岩台地之上,属江淮分水岭东段地下水贫水区。通过专项地质调查、综合电法工作,发现了断层,结合区域构造变形特征、分布特点以及应力场变化特征等进行初步分析,确定了断层的力学特征和含(透)水性,并施工了SJ01、SJ02水源井验证;经SJ02抽水试验表明:该水源井日出水量可达400 t,水质良好;解决了半塔林场约750人的生活饮用水困难,取得了明显的经济效益和社会效益。

内蒙古锡林郭勒晚新生代熔岩台地^(40)Ar/^(39)Ar年代学研究

内蒙古锡林郭勒盟达里诺尔与阿巴嘎新生代大规模熔岩溢流火山作用形成数千平方千米的熔岩台地。本文利用^(40)Ar/^(39)Ar年代学测试技术以及ALOS-DEM数据研究熔岩台地时空分布规律。达里诺尔与阿巴嘎火山作用早期都有大规模熔岩溢流形成熔岩台地,晚期单成因火山作用形成零散分布的火山渣锥。贝力克牧场平顶山高低两级熔岩台地分别形成于~2.5Ma和~1.1Ma,阿巴嘎火山群熔岩台地形成于约6.2~7.5Ma。本文提出区域剥蚀模型解释在火山群边缘常见的多级熔岩台地的成因。火山作用与当地特殊气候引发的区域剥蚀共同作用造成多级熔岩台地地貌。

利用熔岩管道建设月球农场的初步构想

总结了月球熔岩管道的天然优势和地外农场的研究进展,概括了月球农场建立所涉及的原位资源利用关键技术,梳理了利用熔岩管道建设月球农场的基本思路,并提出了基于月球熔岩管道的月球农场布局规划,总结了月球农场建设所面临的科学难题,为利用熔岩管道建设月球农场的研究提供参考。

龙岗火山区早更新世玄武质熔岩成因及其构造意义——来自Rb-Sr同位素定年、元素地球化学及Pb同位素证据

龙岗火山区位于吉林省东部辉南县与靖宇县境内,是我国东北部陆缘第四纪陆相火山岩区的重要组成部分。为了深入探讨研究区玄武质熔岩成因及其构造意义,在野外地质调查基础上,开展了岩体的Rb-Sr同位素测年、元素地球化学和全岩Pb同位素测定。结果表明:1)粗面玄武质熔岩中7件全岩、斜长石和角闪石Rb-Sr等时线年龄为(1.81±0.34)Ma(MSWD=0.17,n=7);2)粗面玄武质熔岩中w(Na_(2)O+K_(2)O)值范围为6.44%~6.65%,具有偏高的A/CNK(1.24~1.27)和Mg^(#)(39.09~39.81)值,与原始地幔相比,明显富集Li、Cs、Be、Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素(LILE),富集轻稀土元素(LREE),弱富集Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th等高场强元素(HFSE),亏损重稀土元素(HREE),具有弱的Eu异常(δEu=0.95~1.07)和弱Pb元素富集,与长白山玄武质岩石具有相似的元素地球化学特征;3)岩石中的(^(87)Sr/^(86)Sr)_(i)值为0.705 074~0.705 206,全岩中^(206)Pb/^(204)Pb、^(207)Pb/^(204)Pb和^(208)Pb/^(204)Pb值分别为17.984~18.329、15.490~15.523和38.315~38.400。新近研究成果及区域构造演化现有认识综合表明,该期次玄武质熔岩成岩石时代为早更新世卡拉布里亚阶(Calabrian)阶段,成岩岩浆主要由幔源岩浆作用形成,并有少量年轻大陆下地壳成分加入,显示出洋岛玄武岩(OIB)或板内交代玄武岩的属性特征。此外,火山区粗面玄武质熔岩的形成及其伴随的火山活动发生于约1.81 Ma的拉张性构造环境中,可能与太平洋板块俯冲欧亚东北部陆块之后的回撤有关。

未来月球熔岩管科研工作站能源供给的数值模拟

在月球熔岩管内建立科研工作站可以避免很多自然灾害,因此月球熔岩管长期被认为是人类探索月球建造科研基地的理想场所.Apollo 15和Apollo 17实测资料表明月表具有极低的导热系数,所以月球风化层的温度在深度超过50 cm的区域保持在较低的恒定值(~250 K).因此,在熔岩管内建立科研工作站需要考虑维持人类宜居温度的供热问题.在不考虑熔岩管轴向热量流失的情况下,本文建立了二维瞬态热传导的有限元数值模型,定量研究了位于赤道和极地地区的单位轴向长度(1 m)熔岩管加热到宜居温度的时间、维持在宜居温度所需要的供给功率以及利用太阳能给熔岩管供电等问题.结果表明,对于直径为20 m的单位长度的管洞,在Apollo测量点和极地地区分别采用6280 W及16328 W的加热功率一个月球日内就可以将其加热到宜居温度(~293.15 K).在维持宜居温度阶段,熔岩管壁热量在向四周传递的同时热流也在逐渐减小.结果也表明,为了节约能源,月球科学研究站应建在赤道地区平均温度较高、深度较深、直径较大的熔岩管处.而且如果在熔岩管壁处增加0.5 m厚度的风化层作为绝热层可以进一步减小加热功率和热量损失.因此,在加热阶段位于赤道地区直径为20 m且含绝热层的熔岩管在前三年需要20L~120L W(L(m)为实际熔岩管的轴向长度)的加热功率和0.06L~0.4L m^(2)的太阳能电池板.3年后,仅需15L W的功率和0.05L m^(2)的太阳能电池板即可满足室温需求.我们的研究将为今后在月球熔岩管内建立科学研究基地提供科学指导.

月球熔岩管探测中月表杂波识别方法仿真

月球上可能存在大量可用于抗辐射、躲避陨石撞击和月球表面极端温度变化的熔岩管。月球表面杂波识别以及与熔岩管目标回波的区分是月球熔岩管目标探测的重要问题。根据高频电磁波与低频电磁波在月壤中的路径衰减快慢不同,熔岩管道高低频功率比与月表杂波高低频功率比不同的特征,提出了一种利用高低频电磁波功率比进行月表杂波识别的方法。基于分辨率、回波功率、信杂比和信噪比对熔岩管探测雷达进行了参数优化设计,建立了仿真系统,利用伪谱时域方法对不同走向的月球熔岩管回波进行了仿真研究。仿真结果表明了利用回波的高低频功率比区分月表杂波和熔岩管回波的有效性,熔岩管道高低频回波和月表杂波高低频回波功率比与熔岩管埋深度呈正相关,与频率比呈正相关。

江南造山带北缘双桥山枕状基性熔岩的成因及地质意义

为研究江南造山带北缘双桥山枕状基性熔岩的成因,用基性熔岩岩性特征、地球化学方法分析枕状基性熔岩的成因及地质意义。结果表明:双桥山地区位于江南造山带中段北缘出露为新元古代双桥山群,岩枕成群分布;基性熔岩贫碱、富钠,Na 2 O/K 2 O比值较高,稀土元素的含量中等,轻重稀土分馏程度较弱,具微弱负铕异常,高场强元素钕和钽相对于镧微弱亏损,且大部分样品出现一定程度的锶负异常,属典型的细碧岩,与典型的洋中脊玄武岩具有一定差异;岩浆来源于亏损地幔,受到地壳流体的交代,形成环境并非典型的大洋环境,而是陆壳基础上形成的弧后小洋盆。研究认为向东可与赣北德安彭山出露的蛇绿混杂岩带、庐山垅中地区的细碧角斑岩组合、赣北都昌县程浪蛇绿混杂岩带及皖南的歙县含蛇绿岩的新元古代洋壳对比,向西可与湘北益阳冷家溪群中的基性枕状熔岩相连,指示江南造山带具有多岛弧拼接、多缝合的特点。

火山熔岩洞区域内的高速公路路基填筑施工技术

为提高火山熔岩洞区域内高速公路路基结构的稳定性,避免工后出现地基不均匀沉降、坍塌等病害,对火山熔岩洞区域内某高速公路路基填筑施工技术的应用进行分析。研究结果表明,在火山熔岩洞区域的路基施工前应分析地质体危害,确定适合的地基处理技术,并将火山岩岩石作为路基填筑材料,规范进行填石路堤施工、塌陷区填筑、结合部位填筑施工以及路基防护施工,能够保证路基质量达到技术规范要求。

义县组主期中酸性岩墙与熔岩地球化学特征及其地质意义

对义县组主期中酸性岩墙与熔岩的地球化学、成因岩石学对比分析显示:中酸性岩墙Mg#平均36.68%,Na2O/K2O平均为1.07;微量元素标准化配分图表现出富集Rb、Ba、K大离子亲石元素,亏损Sr及高场强元素Nb、Ta、P、Ti;稀土元素标准化配分图上表现出负Eu异常,HREE强烈分异,Y/Yb平均10.10,(Ho/Yb)N平均1.13,LREE配分曲线与熔岩LREE配分曲线重合.中性、中基性熔岩Mg#平均大于55%,除无Sr负异常外,微量元素标准化配分图与岩墙相似;中性、中基性熔岩稀土元素标准化配分曲线相互平行,并且配分高低与SiO2含量呈反相关关系,说明二者是部分熔融的非同源岩浆发生混合作用的产物;中性、中基性熔岩Y/Yb分别平均为11.27、11.98;(Ho/Yb)N分别平均为1.25、1.32,Sr大于400×10-6,Sr/Y均大于40,显示出了典型埃达克岩地球化学特征.地球化学特征表明中酸性岩墙与火山熔岩来自不同源区,前者来源于斜长石稳定的加厚角闪石麻粒岩地壳部分熔融,而后者来源于受幔源岩浆底侵并且混染过的加厚石榴石麻粒岩相下地壳部分熔融,并且岩墙母岩浆、熔岩岩浆与幔源底侵岩浆在形成过程中可能发生过不同比例的混合作用.结合义县组最底部高Mg#幔源玄武质岩浆成因机制,主期中酸性岩墙与熔岩岩浆形成机制揭示了早白垩世期间华北板块壳-幔之间岩浆动力学过程.

白鹤滩峨眉山玄武岩系熔岩层界面的鉴别标志

拟建的白鹤滩水电站的坝基为峨眉山玄武岩。对中坝址出露地层进行分析,主要为峨眉山玄武岩系第三到第六岩性段,由火山熔岩类、火山碎屑熔岩类、火山碎屑岩类和沉积火山碎屑岩类所组成。根据野外考察每一次喷发所形成的顶面构造、岩性、岩相变化,以及进行岩石力学性质分析,岩石薄片分析研究等得出火山岩地区正确划分岩层的标志。顶界主要标志为多气孔带,且多为圆形气孔,两层熔岩之间出现火山碎屑岩的夹层,以及地貌特征等。熔岩层底界主要标志为拉长状气孔,管状、人字形气孔,或"绿底"的出现。