西宁盆地黄土区草本植物边坡电阻率与土体物理力学性质关系研究

为研究高寒干旱-半干旱环境黄土区种植不同类型草本植物边坡土体电阻率与其物理力学性质之间的定量关系,探讨电阻率数值反映边坡土体物理力学性质及其变化特征,在西宁盆地长岭沟流域自建试验区选取未种植裸坡以及种植生长期为3年的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、老芒麦(Elymus sibiricus Linn.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)、高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)的边坡共5种类型边坡为研究对象。通过开展边坡土体密度、含水率、含根系与不含根系土体直剪试验,对比不同草本植物根系对边坡土体物理力学性质的影响。在此基础上,利用二维电阻率层析成像方法建立不同边坡土体物理力学性质指标与土体电阻率间的定量关系。结果表明:(1)与未种植裸坡相比较,种植老芒麦边坡上层(0~10 cm)土体含水率增幅最大为26.53%;种植高羊茅边坡上层(0~10 cm)土体平均密度降幅最大为18.30%;种植垂穂披碱草边坡上层(0~10cm)土体黏聚力附加值最大,且为未种植裸坡的2.75倍。(2)5种类型边坡的电阻率受根系分布和边坡位置因素的共同影响,电阻率随着深度增加逐渐降低。4种草本边坡坡面以下0~20cm处土体电阻率均较裸坡大,该深度为根系分布大致范围。(3)5种边坡土体物理力学性质与电阻率数据之间存在拟合方程式(相关系数R2为0.48~0.77),且通过Pearson相关性分析得到边坡土体黏聚力c与电阻率间的相关性相对最高,相关系数R2为0.765。上述研究结果反映出可通过电阻率层析成像技术反映边坡土体物理力学性质,以及边坡土体中植物根系分布特征,可为研究区及其周边地区采用植物有效防治水土流失、浅层滑坡等灾害提供理论依据和实际指导意义。

西宁盆地南部天然CO_(2)泄漏和浅部含水层响应

CO_(2)地质封存是重要的CO_(2)减排技术之一,其中泄漏风险评价是该技术实施的关键,而天然CO_(2)泄漏研究是获取泄漏评价关键信息的重要手段。通过野外调查,现场测量以及水样、气样和岩样的采集和测试,分析了西宁盆地南部CO_(2)的来源、泄漏特征和其泄漏到浅部含水层后相关的响应规律。结果显示西宁盆地南部发现了多处天然CO_(2)泄漏,包括高含CO_(2)的泉、废弃钻孔的间歇水气喷发和CO_(2)井喷等多种形式的泄漏显示,以及与之伴随的较大范围的钙华。气体中CO_(2)占绝对含量,CO_(2)碳同位素介于-2.5‰~-0.4‰,指示泄漏的CO_(2)来源于深部无机成因,并通过深部断层泄漏进入浅部承压含水层,与地下水一起径流、排泄或在浅部二次聚集。CO_(2)泄漏区域土壤^(222)Rn浓度异常(超过9000 Bq/m^(3)),这可作为识别隐伏泄漏通道的重要方法。地下水对CO_(2)的泄漏产生了明显的物理化学响应,包括现象独特的井筒间歇喷发(喷发200 s和停止130 s),地下水水化学特征的变化(比如pH值的降低(小于7),电导、HCO_(3-)、Ca^(2+)的升高和氧同位素的漂移),以及地表大面积特征明显(比如气泡构造)和成分以方解石为主的钙华。该场地天然CO_(2)泄漏特征与美国Utah场地具有很高的相似性。研究成果不仅能为CO_(2)地质封存的泄漏风险评价提供天然类比知识,而且还有助于了解地球深部地质活动。

西宁盆地咸水湖相沉积型富硒土壤的形成机理及意义

通过对西宁盆地土壤和岩石Se的调查分析发现,古近系西宁组和白垩系民和组岩石及发育的土壤中Se值最高,是西宁盆地土壤主要的富硒母质。进一步结合西宁盆地退缩过程中的古地理资料,西宁盆地由干旱炎热的咸水湖相到湿润冷凉的咸水—淡水湖相对应沉积了古近系西宁组和新近系贵德群,Se在咸水湖边界和干旱炎热的咸水湖相环境的共同作用下,并经地貌、水系等改造,形成了西宁盆地咸水湖相沉积型富硒土壤的现有格局。该类型富硒土壤有重金属低、Se含量适中、有效Se高等优势,具有较好的开发利用价值。

西宁盆地天然富硒作物的筛选与评价

为查明青藏高原西宁盆地天然富硒作物的种类和特征,全面揭示碱性富硒土壤的潜在生态价值,科学探寻天然富硒土地利用方向,通过西宁盆地696件土壤和作物的协同调查,分析Se及Cu、Zn、Cd、Pb等14项指标,利用土壤环境调查、指标富集系数评价和作物富硒率统计等方法,开展天然富硒作物筛选。结果表明,西宁盆地富硒土壤呈碱性,肥力良好,环境清洁。依据地方标准,初步判定调查的17种作物中小麦、油菜籽、苦苣菜、芹菜、西蓝花、大蒜、苜蓿等7种作物达到了富硒水平。根据Se富集系数划分了强(牧草粮油类)、中(豆类)、弱(蔬菜水果类)3级聚Se作物,苜蓿、小麦和油菜籽属强富Se型作物。以小麦为代表,根据富硒率与根系土的线性相关关系推断,天然富硒小麦的富硒率要达到70%推荐值需在Se含量大于等于0.47 mg/kg的土壤中培育;根据不同元素富集系数间的相关关系推断,作物在富Se的同时,还有富含或含Cu、Zn、Sr等有益元素的潜力。

青藏高原东北部西宁盆地中始新世-渐新世沉积物颜色与气候变化

始新世-渐新世是古近纪气候变化中最显著的时期．通过对西宁盆地42．5—26．0Ma沉积物颜色指标的详细分析，发现颜色参数L^＊，a^＊，b^＊曲线明显以32．8Ma为界分为上下两段．其中：L^＊值在下段（42．5-32．8Ma）波动剧烈并呈缓慢降低趋势，至32．8Ma左右大幅度降低，此后（32．8—26．0Ma）波动变小、稍有回升；a^＊，b^＊值则与L^＊值的变化趋势相反，在下段（42．5-32．8Ma）呈逐渐增大趋势，剧烈波动，在32．8Ma左右时突然大幅度升高，至上段波动变小．结合西宁盆地孢粉、有机质及CaCO3质量分数变化的特征分析，该区域在32．8Ma时可能发生大幅度的降温事件（对应于海洋记录所揭示的Oi-1事件），此事件之前气候干旱程度相对较弱、氧化作用逐渐增强、气候波动剧烈．在Oi-1事件之后大陆性干旱程度增强、氧化强烈、气候波动幅度较小．这是在该区高分辨率获得Oi-1事件前后气候变化的记录，它对始新世—渐新世全球气候变冷背景下陆地系统响应研究具有重要意义．

西宁盆地黄土区典型草本植物单根抗拉力学特性试验

为进一步探讨西宁盆地黄土区草本植物根系固土护坡力学效应,该项研究以种植于西宁盆地自建试验区生长期为150 d的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)及紫花苜蓿(Medicago sativa L.)3种草本植物作为试验供试种,通过单根拉伸试验对比分析了3种草本植物在不同根径级别条件下,单根抗拉力、单根抗拉强度以及单根极限延伸率的差异性及其与根径之间的关系,同时进一步分析了3种草本植物单根在拉伸过程中表现出的应力-应变特征。试验结果表明:3种草本植物根径在(0.10,0.20]、(0.20,0.30]、(0.30,0.40]、(0.40,0.50]及(0.50,0.60]mm 5个根径级别条件下,紫花苜蓿单根抗拉力和单根抗拉强度较垂穗披碱草平均高1.32倍、1.30倍,较细茎冰草平均高1.26倍、1.31倍;垂穗披碱草单根极限延伸率较细茎冰草和紫花苜蓿平均高1.13倍和2.16倍。进一步研究表明,在根径为0.10~0.60 mm条件下,3种草本植物单根抗拉力和单根抗拉强度随着根径的增加,分别呈幂函数增长和幂函数降低关系;3种草本植物单根极限延伸率随着根径的增加呈逐渐增大变化趋势。单根拉伸试验过程中,3种草本植物单根应力-应变关系曲线表现出弹性变形、弹塑性变形、应变硬化及断裂破坏4个阶段,其中垂穗披碱草和细茎冰草的应力-应变关系曲线具有双峰值现象。研究结果表明,紫花苜蓿根系增强边坡土体抗剪强度的作用相对较为显著,其次为细茎冰草和垂穗披碱草。该项研究成果对于科学有效防治研究区高寒干旱环境条件下,坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的发生,具有理论研究价值和实际指导意义。

西宁盆地北西缘地下热水分布特征

笔者重点对西宁盆地北西缘南门峡-台子地区地下热水的赋存条件、热储构造概念模型进行了讨论。基于实际资料,得出地处老爷山凸起与双树凹陷间斜坡带,具有“凹中凸”地质结构的南门峡-台子地热异常热储为新元古界克素尔组大理岩和白垩系民和组砂砾岩,地热地质条件好。提出了该区的热储概念模型是“层控热储-侧向径流补给-大地热流供热-深大断裂导热-低热导率岩层聚热”,且具一定的地热资源开发利用前景。

西宁盆地热储构造概念模型的建立

基于西宁盆地地热地质条件的研究,在Donaldson管状模型的基础上,提出的西宁盆地热储构造概念模型是大地热流为热源-低热导率岩层聚热-深循环逐渐加热受迫对流为机制-构造控水控热。进而揭示出,尽管西宁盆地地热异常分布范围较广,但也并非"遍地有热"。在生产实践中,关键是要较为准确地确定地热井的最佳构造部位和找到高渗透率的热储。

西宁盆地晚始新世石膏-红色泥岩旋回的古环境指示

始新世时期东亚环境在轨道时间尺度上变化特征的研究对于认识青藏高原规模较小、两极无冰盖、高大气CO_2浓度背景下天文因素对东亚环境演化的驱动有重要意义。文章通过对西宁盆地塔山剖面石膏-红色泥岩互层沉积的粒度、颜色和孢粉进行分析,初步探讨了晚始新世时期该区石膏-红色泥岩旋回的古环境指示意义及其与轨道变化的关系。结果表明:红色泥岩层粒度较粗,其中孢粉含量较少,以蒿粉和藜粉为主,指示草原或疏林草原景观;石膏层粒度较细,其中孢粉含量丰富,以栎属、楝属、麻黄属、松科植物为主,指示相对温暖湿润的灌丛-森林景观。西宁盆地规律的石膏-红色泥岩旋回具有广泛的空间可对比性,符合轨道尺度上的气候变化特征。晚始新世时期,西宁地区石膏-红色泥岩旋回体现了地球轨道对该区沉积环境和植被变迁的驱动。

沉积相变迁对内陆湖泊沉积易溶盐作为古环境指标的影响——以西宁盆地为例

获取合适的气候变化代用指标,检验其在更长时间尺度内应用的有效性对于利用我国西部内陆湖盆沉积反映新生代以来大陆气候变化具有重要意义。易溶盐含量作为一种反映环境变化的代用指标,在沉积相稳定的内陆湖泊沉积物研究中已获得广泛应用。对于存在沉积相变迁的古湖盆沉积物,其适用性需要进行考虑。本文对西宁盆地谢家剖面的一套年代为始新世到中新世的内陆湖相泥岩/石膏沉积进行研究发现,石膏层和泥岩层分别对应于Ca2+、SO2-4和Sr2+的高值和低值变化。石膏层广泛分布的剖面下部Ca2+、SO2-4和Sr2+含量较高,Na+和Cl-含量较低,而石膏层逐渐消失的剖面上部Ca2+、SO2-4和Sr2+整体含量降低,Na+和Cl-含量略有升高。沉积相分析表明红色泥岩层和石膏层分别对应于冲积扇远端和干盐湖化学沉积,剖面下部石膏层和红色泥岩层交替到上部以红色泥岩层为主的岩相变化反映了区域范围上的干旱化进程。谢家剖面易溶盐含量强烈受控于上述沉积相变迁所决定的岩性变化,并清晰揭示出发生在约33 Ma的巨大干旱化事件。因此对于存在沉积相变迁的古湖盆沉积物,易溶盐含量分析不但要考虑内陆湖泊浓缩演化过程中溶解度控制的碳酸盐—硫酸盐—卤化物相继发生的沉淀序列,还需考虑易溶盐在不同沉积相中的赋存迁移规律以及研究时段内的溶质补给类型是否存在差异。

从西宁盆地新生代变形探讨青藏高原东北缘的变形特征

位于青藏高原东北缘的西宁盆地在新生代期间的变形具有明显的阶段性,新生代早期该盆地顺时针的转动在西宁盆地中的基底中产生或复活了一些北北西向的左行走滑断裂。晚期(中新世以来),由于盆地边缘断裂持续强烈活动并伴随着一定的顺时针旋转,在盆地中形成一系列切割盆地基底的北北东向和北东向次级断裂,盆地中不同方向次级断裂不同时间的发育与边界左行斜向剪切造成的变形类似。同时盆地中薄皮与厚皮构造共同发育为特征,不仅盆地盖层发生了一定程度的褶皱变形,而且沿着切割盆地内部的断裂,往往基底被抬升至地表,形成比较明显的基底卷入型褶皱。西宁盆地因此被分割,形成了一系列更小的次级盆地。而青藏高原东北部新生代变形同样具有以上特征,斜向挤压是该地区变形的重要方式,正是由于长期的斜向挤压,造成了盆地内部与边界之间的应变分配,盆地内部基底隆起,并逐渐分割原先的大盆地。而热水—日月山断裂以及温泉断裂发育在海原断裂与昆仑山断裂之间的阶区,它们的活动和发育与边缘大型走滑断裂有重要的联系,同时也是压剪作用的重要特征之一。

西宁盆地储水构造及其地下淡水赋存规律研究

本文以近年来在西宁盆地人畜饮用供水地下水勘查示范工程取得的最新资料为基础,通过对区内碎屑岩类储水构造模式的研究,分析研究区内干旱缺水村镇地下淡水赋存规律与形成机理,以期为类似地区居民基本生活饮用水的解决提供依据。

西宁盆地谢家剖面车头沟组底部木化石的发现及其意义

首次在西宁盆地谢家剖面车头沟组底部发现原始埋藏的钙质木化石,不仅填补了植物大化石缺失的历史,同时对研究青藏高原东北部的植物生态环境演化和构造运动具有重要意义。通过对木化石埋藏特征、层位地层岩性和沉积环境的综合分析,认为其为近水河岸生长的成年乔木化石,株距3～8m不等,形成具有一定空间结构的植物群落,后期由于附近山地的隆起和该区气候向干旱化发展,植物遭受掩埋后经过石膏的交代作用进而形成硫酸钙质化石,说明该地区气候从中新世早中期开始恶化加剧。

西宁盆地浅层滑脱面与地震关系探讨

滑脱面空间特征的研究可以反映次级浅断裂与区域深断裂之间的构造关系，在西宁盆地中，第三纪地层在NNE向区域挤压应力作用下，沿近NW向发生弯曲褶皱变形。利用平衡剖面方法，通过对垂直构造走向的一条剖面进行反演，得到西宁盆地的滑脱面深度在4～5km，并向南倾，与物探资料得到的盆地沉积盖层的底界位置和形态基本相同。因此得出盆地沉积盖层的变形方式以柔皱褶曲为主，并沿沉积盖层底界进行滑脱。同时根据区域地震背景分析，认为在西宁盆地浅滑脱的结构面不具备强震的发震条件。

青海西宁盆地三趾马、副板齿犀化石的发现及意义

首次在青海西宁盆地新近纪河湖相沉积地层中发现了三趾马、副板齿犀牙齿化石,对化石的基本特征和埋藏情况进行了描述,三趾马化石经鉴定为东乡三趾马。结合区域和前人资料认为,本次发现化石的岩石地层应该属于咸水河组或以上层位,时代为晚中新世早期。分析前人孢粉资料认为化石形成时的古植被为森林-草原,古气候环境为亚热带干旱气候环境。这一发现为西宁盆地晚新生代河湖相地层格架的建立,提供了古生物学依据,对西宁盆地中新世地层确立起到时序标尺的作用。为青藏高原东北缘盆地的环境演化、地层划分、时代厘定提供了新的资料,对深入研究青藏高原隆升环境效具有重要意义。同时,也为青藏高原东北缘、华北地区、青藏高原三趾马动物群进行对比研究,提供了基础材料。

西宁盆地地下热水的TDS分布特征及富集机理

西宁盆地大部分地下热水中TDS含量较高,极大限制了地热水的可利用性,研究盆地地下水TDS的成因机理,可为后期指导地热资源开发利用提供参考价值。通过对西宁盆地药水滩至盆地中心沿线地下水的常、微量组分的分析,探讨了区内TDS的分布特征及富集机理。结果表明:从盆地边缘到盆地中心,地下水由HCO_(3)-Ca·Mg型淡水逐渐向SO_(4)·Cl-Na、SO_(4)-Na型盐、卤水变化,地下水具有陆相沉积水特征,且变质程度逐渐增强;盆地内不同区域TDS的富集机理也有显著差异,盆地边缘以降水入渗、溶解混合作用为主,湟水中心区域以蒸发浓缩作用和混合、水-岩相互作用为主,而盆地中心区域则以深部沉积物质随热液上涌的混合作用和封闭环境下的水-岩相互作用为主。

1.2Ma B.P.以来西宁盆地沙漠化问题初探

西宁盆地大墩岭黄土剖面Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１５中存在３层古风成砂。沉积年代及各种环境记录的分析表明，这３层古风成砂分别代表了１．２ＭａＢ．Ｐ．以来西宁盆地在中更新世初、中更新世末和晚更新世晚期发生的３次较大规模的流沙活动。进一步分析得出西宁盆地的沙漠化正逆过程受制于第四纪全球气候波动变化以及青藏高原隆升的影响。第四纪青藏高原冰川的冰缘作用为其边缘的沙漠、黄土沉积提供了丰富的物质来源。

西宁盆地坡缕石黏土对铅离子吸附性能的研究

以西宁盆地坡缕石黏土为吸附剂,研究了其对铅离子吸附性能的影响。考察了黏土的改性方法、搅拌时间、黏土投加量、吸附温度、溶液初始铅离子质量浓度等因素对吸附效果的影响。结果表明:西宁盆地坡缕石黏土对铅离子具有良好的吸附性能。适宜的吸附条件:采用硫酸为改性剂,硫酸用量为10 g黏土加入0.049 g硫酸;搅拌时间为50 min,黏土投加量为100 mL铅液加入0.10~0.15 g黏土,吸附温度为室温。在此条件下,当溶液中铅离子初始质量浓度为107.65 mg/L时,黏土对铅离子的吸附容量达到107 mg/g以上,铅离子去除率接近100%。在实验质量浓度范围内,铅离子在黏土上的吸附符合Langmuir等温线。

西宁盆地科学钻探中黄土地层段泥浆体系的初步研究与应用

中国黄土经过半个多世纪的研究虽取得了举世瞩目的成就，但因黄土地层多孔性、湿陷性与透水性等特性致使以往众多黄土研究仅局限于天然剖面；近年来，随着国民经济的发展、综合国力的增强，能提供高精度、高分辨率信息的科学钻探已受到众多地质学家深入研究黄土的青睐．目前黄土的科学钻探工艺一般分为干钻以及泥浆钻两种，然而没有任何润滑效果的干钻将会出现卡钻、消耗岩芯或钻速变慢至不进尺等现象，不仅限制了黄土岩芯的正常获取。

西宁盆地黄土区草本植物群根效应及其护坡贡献

通过对种植在30°和45°边坡条件下、生长期为1年的垂穗披碱草和芨芨草进行的野外原位动态拉拔试验,分析了试验区所种植的2种草本植物在不同坡度条件下株高、地径、须根数、根长、分蘖数等生长量指标与其抗拔力之间的关系。试验结果表明:植物株高对其抗拔力影响相对较为明显,即当株高达到一定高度时,植物的护坡效果得以较好地发挥出来;两种坡度条件下植物生长量指标存在一定差异,产生该差异的主要原因是不同边坡土体中水分含量不同。植物根系抗拔力与作用时间之间的动态变化过程可划分为初始、中间和最终3个阶段,不同坡度条件下同种草本的抗拔力存在差异,相同坡度条件下不同草本的抗拔力亦存在一定差异。