中国盐湖资源与环境地理信息系统设计与实现

科学数据不仅是科研活动的产出物,更是开展科研创新的必备基础。针对以往中国盐湖科学数据分散、多元异构、数据共享性差,不利于引导重大科学产出的问题,中科院青海盐湖研究所历时5年,设计并构建了中国盐湖资源与环境地理信息系统数据平台,旨在通过盐湖资源环境领域科学数据资源的聚集、挖掘和融合,用数据和信息的杠杆作用引导盐湖科学研究向符合信息时代特征的方向发展。本文从分析盐湖科学研究的数据特点、数据现状和数据用户需求入手,对在该系统建设过程中涉及到的多源数据整合、数据质量控制、软件协同、各主题数据库结构和逻辑关系、数据挖掘等关键性问题进行了分析,提出了解决思路,并对科学数据中心的可持续发展机制进行了思考。

柴达木盆地昆特依盐湖杂卤石研究进展

杂卤石是一种重要的含钾矿物,杂卤石矿是我国钾盐工业发展的重要接替钾资源。柴达木盆地西北部昆特依盐湖中赋存大量杂卤石矿,但较低的研究水平已经制约了对该矿物的进一步利用。课题组依托青海省科学技术厅及国家自然科学基金项目,对该盐湖杂卤石开展了较为系统的研究。研究表明,不同赋存形式下杂卤石的形成环境和成因机制存在明显的差异性;水文地球化学模拟分析则揭示了原生沉积杂卤石应该是深层富Ca油田水与盆内浓缩卤水经过掺杂作用而形成的。综合分析还揭示了该地区杂卤石的形成及富集成矿是脉冲式构造活动—气候变化耦合作用的结果。

青海省木里江仓煤矿区高寒湿地腐殖质层的形成过程

[目的]对青海省木里江仓煤矿区高寒湿地腐殖质层形成过程进行分析,为当地矿区与渣山的植被恢复提供科学依据。[方法]应用沉积学、光释光(OSL)年代学以及土壤营养学对江仓和木里地区高寒湿地表层土壤剖面进行了较为全面的研究。[结果]①江仓剖面由冲积扇砾石层、黄土层、泥炭层和腐殖质层组成,腐殖质层形成年代为1.7±0.1 ka,木里高寒湿地剖面由基岩风化层和腐殖质层组成,腐殖质层形成年代为2.0±0.2 ka。②江仓和木里两剖面的腐殖质层中有机碳、全氮、碱解氮、全磷等含量较高。[结论]该地区高寒湿地腐殖质层的形成时间至少是2 000 a,形成过程十分缓慢,草原植被生长依赖于含量较高的土壤有机质。后续的渣山植被恢复工作需要因地制宜,通过提高土壤厚度、肥力等方法来缩短土壤形成的时间。

怀—涿地区深部孕震环境研究与涿鹿地震发震机制的讨论

怀—涿地区是我国首都圈重要地震活动区之一,为探析北京地区深部孕震环境及发震机制,布设并完成了NWW向横跨怀—涿盆地的大地电磁测深数据采集、处理与反演工作,并对已有的区域重磁数据进行了三维聚焦反演.基于以上二维电性结构剖面和重磁三维结构,结合区域地质、地震探测和水化学资料,取得以下认识:(1)怀—涿盆地中下地壳存在低密度、低磁性和高导性的同源物质异常体,该异常平面上呈NEE向椭圆形分布,在温泉屯一带埋藏最浅,约12 km.而盆地边缘岩体地球物理特征表现为高密度、中高磁性和高电阻率.震中多发生在盆岭交汇处,而震源位置则处在物性结构梯度带上,表明中下地壳不同物质的电性、密度、磁性及温度的差异是怀一涿地区深部重要的孕震环境.(2)怀—涿地区中下地壳高导异常体可能为上涌的地幔物质与沿断裂带进入地壳内部的地表水共同的反映.(3)在怀—涿盆地西北缘和东南缘形成的两大震区与盆地内部高温流体的运移有着密切关系,即两大震区为同一高温流体在中下地壳与围岩相互作用的结果.(4)本次涿鹿地震发生可能的机制为:在NEE向构造应力作用下,地下高温流体向NNW方向缓慢迁移,当遇到大海陀岩体阻挡后,转而从岩石结构稳定性较差的老君山亚口向东部延—矾盆地迁移,在高温流体迁移的过程中促使杏园村—万窑村一带的老君山体发生高倾角右旋走滑型断裂.

寒旱环境盐生植物根-土复合体抗剪强度影响因素试验研究

为探讨寒旱环境盐生植物根系对增强土体抗剪强度的贡献,本项研究以柴达木盆地尕斯库勒盐湖区及其周边地区作为试验区,选取区内海韭菜(Triglochin maritimum Linn.)、芦苇(Phragmites australis Trin.)、无脉苔草(Carex enervis C.A.Mey.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、洽草(Koeleria cristata(L.)Pers.)5种优势盐生草本植物作为供试种,通过野外采集根-土复合体原状和不含根系的素土试样,且由表层向下层分层制取直剪原状试样方法,分别进行复合体和素土试样的室内直剪试验,分析不同取样位置深度处的含水量、垂直压力、根系分布形态、含根量以及根面积比5种因素对根-土复合体抗剪强度的影响。试验结果表明:随着取样深度位置处土体含水量增加,复合体黏聚力c值呈逐渐降低变化规律;5种植物根-土复合体和素土试样垂直压力和抗剪强度之间符合莫尔-库仑准则,5种植物根系起到浅层加筋作用且抗剪强度增幅为3.26%~57.18%。随着海韭菜和芦苇根-土复合体试样的根面积比(RAR)及无脉苔草、赖草和洽草根-土复合体试样含根量的减小,复合体试样黏聚力c值呈降低趋势;根面积比对海韭菜和芦苇根-土复合体黏聚力c值的影响程度,以及含根量对无脉苔草、赖草和洽草根-土复合体黏聚力c值的影响程度均相对大于含水量。5种植物根-土复合体在不同深度处黏聚力c值均显著高于素土黏聚力c值,其增强幅度为9.61%~182.56%,相比较而言,内摩擦角φ值变化相对较小。区内海韭菜根系对土体抗剪强度的增强作用相对较为显著,其次为芦苇、无脉苔草、赖草、洽草。该项研究结果对于进一步评价盐生植物根系增强土体强度作用,以及与试验区地质条件相类似的地区采用盐生植物有效防止水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有实际指导意义。

应用核磁共振技术分析干盐湖地区地下卤水空间分布特征--以昆特依干盐湖为例

昆特依干盐湖位于柴达木盆地西北部,为特大型综合盐类矿床.大盐滩是昆特依干盐湖内最大的盐滩,地下赋存有一定量的卤水矿床,但该矿床的水文地质条件差,主要卤水矿层含水性弱,开采难度大.核磁共振找水方法作为当今世界上唯一的直接找水地球物理新方法,具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解的唯一性等优点,本文运用该方法对昆特依干盐滩地区地下卤水空间分布特征进行研究,通过对核磁共振数据进行处理与反演,结合已有的地质与钻井资料,对测点进行综合地质-地球物理解释,获得以下认识:1)大盐滩0~130 m深度范围内,共存在3个卤水含水层,主要呈扁平状或漏斗状、近似层状展布,W1为晶间潜卤水层,渗透系数较大,颗粒较粗,单位体积含水量为0.4%~2.7%,W2和W3为晶间承压卤水层,渗透系数较小,颗粒较粗,单位体积含水量分别为0.2%~1.1%和0.1%~0.8%;2)大盐滩地区存在两个卤水富集区,分别为研究区西南部沉积盆地中心的Ⅰ号富卤区和盆地东北部的Ⅱ号富卤区;3)根据区域内卤水富集分布以及构造情况,划定大盐滩向斜沉积中心、大盐滩北侧F1~F8及遥F6断裂发育区和冷湖构造带为区域内主要的找矿找水远景区;4)GMR核磁共振系统在干盐滩地区理论探测深度为130 m,该系统不仅可以有效地探测自由水,而且可以依据束缚水的分布解译地下各类含水盐类矿物和含水黏土矿物的存在与分布.

柴达木盆地红崖中国“火星村”选址区与火星的类比研究

柴达木盆地是我国境内首个火星类比区。其中,大柴旦红崖地区被选为中国“火星村”的建设地点。本研究从红崖地区的地质构造背景、气候环境、地形地貌、矿物岩石类型等方面开展了与火星的类比研究。研究表明,红崖地区位于柴达木盆地,其气候环境与干燥寒冷的现代火星类似。红崖核心区及周边具有多种类火星地貌,包括沙丘、河谷、树枝状结构、黑影区域、多边形结构和雅丹地貌等。红崖地区的岩石和土壤中存在多类火星矿物,包括石英、碳酸盐、石膏、石盐、斜长石、碱性长石和绿泥石等。红崖地区可为未来火星探测器和载荷的地面验证试验及相关的科普科教活动等提供天然实验场地。

老挝万象海夏峰钾盐矿床水不溶矿物及其对沉积环境的约束

【研究目的】老挝钾盐矿床是世界上重要的钾盐矿床之一,开展该矿床钾盐析出阶段沉积环境研究对于深入理解钾盐成矿作用具有重要意义。【研究方法】钾盐矿层中的水不溶矿物比可溶盐类矿物保存了更多的原始信息,是研究成矿卤水演化的重要载体。本文以老挝万象盆地海夏峰矿区ZK16钻孔为研究对象,利用镜下鉴定、XRD及SEM等方法对该钻孔钾盐矿层的水不溶矿物开展了系统研究。【研究结果】分析结果表明,水不溶物中的主要矿物为硬石膏、方硼石、水氯硼钙石、石英、白云石、菱镁矿、方解石、白云母等,其中以硬石膏、方硼石是主要的水不溶矿物。自生石英及碎屑白云母的存在及其分布特征指示了钾盐在沉积过程中不同程度地受到陆相水体的影响。【结论】综合研究揭示,研究区钾盐沉积可以分为波动沉积、浅水沉积、稳定沉积和改造作用等4个不同阶段。

鹿角珊瑚硼同位素组成与海水表面p H值的相关性研究

采用串联式水循环系统和插孔式新生长珊瑚培植方法,在保证珊瑚正常生长水化学条件基本一致的条件下,进行了不同海水p H值环境下的鹿角珊瑚养殖实验。采用热电离同位素质谱仪测定了珊瑚的硼同位素组成,以探讨珊瑚硼同位素组成与海水p H值的经验关系。珊瑚和海水B(OH)_3间的硼同位素分馏系数(_(carb-3)与养殖海水p H值的关系研究结果表明,(_(carb-3)不是常数,而是与p H值有关,表明B(OH)_3同时掺入进珊瑚生物碳酸盐。通过实验数据获得的δ^(11)B_(carb)-p H经验方程可用于海水p H值的计算与分析,从而可替代存在争议的采用理论公式由测定的珊瑚生物碳酸盐的δ^(11)B_(carb)值进行海水p H值计算的方法。另外,在珊瑚养殖过程中,高p H值养殖水箱中有Ca CO_3和Mg(OH)_2混合沉淀析出,其δ^(11)B值明显高于养殖海水,表明Mg(OH)_2的存在对硼同位素分馏有显著影响,这是否会对珊瑚的硼同位素组成产生影响值得关注。

三江源国家生态保护综合试验区生态补偿量化研究

生态系统是人类生存的依托条件,生态补偿量化是构建区域生态补偿机制的关键。本文以青海三江源国家生态保护综合试验区为研究对象,在"3S"技术的支持下,提出以社区为基本空间单位,以生态健康划分补偿等级,在生态系统服务功能价值和区域景观价值的基础上,构建适合三江源国家综合试验区实际状况的上下限动态补偿标准,将为青海三江源国家生态保护综合试验区生态文明建设和生态补偿的量化提供科学依据。

晚第四纪黄土古温度定量重建研究进展

中国黄土是古气候研究的重要陆相沉积载体。定量重建黄土记录的古温度变化信息对于理解气候变化的机制具有十分关键的作用。过去主要借助磁化率、植硅体、游离铁与全铁、甘油二烷基甘油四醚(GDGT)等代用指标对黄土高原地区黄土记录的古温度变化进行定量研究。在简述晚第四纪黄土古温度定量重建常用方法的基础上,对各种指标的局限性进行了分析。准确定量重建黄土记录的古温度序列需要开展多指标、多方法的交叉检验。

柴达木盆地尕斯库勒盐湖区邻近水体对湖泊微生物群落的贡献

【目的】探究尕斯库勒盐湖生态系统中邻近水体对湖泊微生物的贡献。【方法】采集尕斯库勒盐湖区湖水、沉积物以及邻近的泉水、河水和盐田的水样,对其进行地球化学分析;通过16S rRNA基因的Illumina MiSeq高通量测序分析样品的微生物群落组成。【结果】尕斯库勒盐湖区水体和沉积物中的优势门是变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和广古菌门(Euryarchaeota)。盐度和pH是影响尕斯库勒盐湖区群落组成的最主要环境因素。邻近水体对湖泊水体和沉积物的贡献分别为12.94%和7.53%。【结论】邻近水体对尕斯库勒盐湖微生物群落的贡献有限。

青海湖岸带土壤与沉积物的地化特征与细菌群落对水位上升的响应

【目的】探究青海湖岸带土壤与沉积物的地化特征与细菌群落对水位扩张的响应。【方法】从岸上至岸下沿垂直青海湖岸带方向,采集距离湖面不同高度土壤(土壤:S1、S2)、岸边不同水深表层沉积物(过渡区:E0、E6、E17)及湖心表层沉积物(沉积物:D1、D2)样品,土壤与沉积物水深(土壤水深表示为负数)从小到大的变化表征岸边土壤被淹水转变为沉积物的过程。采用地球化学分析和16SrRNA基因高通量测序技术,探究岸带土壤与沉积物样品中的地化特征与微生物群落构成。【结果】青海湖水位上升导致的生境转变对岸带土壤与沉积物的理化性质、营养水平、有机碳类型等地化特征产生显著影响。具体表现为,随着水位升高,岸带土壤与沉积物的pH、矿物结合态有机碳含量显著升高,而碳氮比值、可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、颗粒态有机碳含量显著下降。随着水位上升,青海湖岸带被淹没土壤的细菌群落多样性下降,且群落结构发生明显变化。这种变化与环境因子变化密切相关,具体表现为,细菌群落物种丰富度指数和香农多样性指数随着水位上升呈下降趋势;活性金属结合态有机碳含量与细菌群落多样性的变化密切相关;理化性质(pH)、营养水平[总有机碳(total organic carbon, TOC)含量]、有机碳质量(碳氮比值及活跃碳库Ⅱ、矿物结合态有机碳含量)是影响细菌群落结构的重要环境因子,且理化性质、营养水平、有机碳质量三者对细菌群落结构差异的影响贡献相当。【结论】青海湖水位上升显著影响了岸带土壤与沉积物的理化性质、营养水平及有机碳质量等地化特征,并重塑了细菌群落结构。这意味着在青藏高原湖泊广泛扩张的背景下,青藏高原湖泊的区域碳循环稳态将随之发生改变。本研究对湖泊扩张过程中土壤与沉积物的微生物群落演变规律及生态系统碳稳定性评价提供了一定的数据基础和理论支撑。

寒旱环境黄土区灌木植物根系拉拔试验及其根系表面微观结构特征研究

为了系统性研究不同根系形态灌木植物根系的抗拉拔特性以及根–土界面微观结构特征对根–土界面摩擦强度的影响,本项试验选取种植于西宁盆地生长期为2 a的灌木植物柠条锦鸡儿、霸王进行室内根系拉拔试验;在此基础上通过扫描电镜方法进一步探讨根系表面微观结构特征及其对根–土界面摩擦强度的影响。试验结果表明:生长期为2 a的灌木柠条锦鸡儿、霸王的根系最大抗拔出力平均值分别为78.89?24.47,67.78?32.82 N,柠条锦鸡儿、霸王根系抗拔出力达到最大值时所对应的根系在土体中相对位移平均值分别为4.02?1.84,10.67?4.04 mm;柠条锦鸡儿根系在拉拔试验中表现出呈完整拔出型和断裂拔出型2种模式,霸王根系表现出断裂拔出型和周皮滑移型2种模式;2种灌木根系最大抗拔出力均随着根系总表面积、根系总体积、根系总长、根系总干质量、侧根数5个根系形态学指标的增加而增大,其中,根系总表面积是对根系抗拔出力影响相对较为显著的根系形态学指标;柠条锦鸡儿根系表面沿轴向方向发育相对密集的凹槽和凸脊,且其表面分布有网格结构,其根系表面微观结构复杂程度大于霸王,根–土界面间的摩擦强度相对强于霸王。柠条锦鸡儿根系相对霸王具有更强的固土护坡能力。该研究结果可为进一步探讨寒旱环境下灌木植物根系与土体相互作用力学机制以及为研究区固土护坡植物的筛选提供参考。

2018年阿拉斯加湾M_W7.9地震震源复杂性

2018年1月23日,在美国阿拉斯加湾海域发生了一次MW7.9地震.震源机制解表明这次地震以走滑为主,可能发生在近东西向或南北向的陡倾角断层上,早期余震并非线型展布.我们利用视震源时间函数分析确定了此次地震的总体破裂方向,并结合余震的空间展布特征构建了相互交叉的双断层模型,进而通过联合反演远场P波和SH波数据获得了此次地震的时空破裂过程.视震源时间函数分析表明总体破裂方向既非东西也非南北,而且反演结果表明,两个断层上都发生了错动,总体破裂时间～50s,释放标量地震矩～8.11×1020 Nm.震源时间函数表现出多事件特征,且两个断层破裂的时间过程也不相同.破裂首先在南北向断层的南端开始,很快触发了东西向断层,最后终止于南北向断层的北端.每个断层都具有相当的时空复杂性,位错分布很不均匀.东西向断层具有三个凹凸体,一个位于震源附近,其他两个位于断层两端.南北向断层有两个凹凸体,均位于断层北段,最大滑动量～5.0m就出现在这里.发生最大位错的南北向断层延伸至阿拉斯加海沟,增加了触发阿拉斯加海沟其他断层发生破裂的可能性.

齐家文化时期(4200～3600 cal. a BP)青藏高原高庙盆地植被重建及与现今对比

高庙盆地是青藏高原史前文化重要活动区域,也是青藏高原东北缘植被垂直地带性最为显著的地域,是揭示自然环境与人类活动相互作用的典型区域。对高庙盆地店子坪遗址剖面开展了年代学与孢粉研究,重建了齐家文化时期的区域植被状况。结果表明:孢粉组合以松属、云杉属、蒿属为主,并伴有少量桦属、鹅耳枥属、榆属、沙棘属、藜科、菊科;结合高庙盆地现今地貌与植被分布特征,推测齐家文化时期(4 200～3 600cal.a BP)盆地内植被类型为森林草原,低阶地以松林为主,并有少量的榆、鹅耳枥和桤木等温带落叶阔叶性树种,属于温性针阔混交林,高阶地及中山地为以蒿属为主的温性草原,沟谷阴坡则可能生长以松、云杉为主的针叶林;与现今植被相比,青藏高原东北缘河谷地带低阶地现今已无松林,全被杨树林等人工林替代,云杉、松分布区较齐家文化时期显著萎缩,仅在中—高山地带呈岛状不连续分布,推测历史时期人类活动可能是青藏高原东北缘河谷地带植被变化的重要驱动力。

青藏高原湖泊沉积物中有机碳组分构成及其对微生物群落结构的影响

【目的】探究湖泊沉积物中有机碳组分构成及其对湖泊微生物群落结构的影响。【方法】本研究采集了青藏高原29个湖泊共81个沉积物样品,通过硫酸水解法分析样品中易降解和难降解有机碳含量及其与环境变量之间的相关性;同时使用高通量测序技术分析样品中原核微生物和真菌群落的多样性和组成及其与易降解和难降解有机碳含量的相关关系。【结果】本研究的青藏高原湖泊沉积物中易降解有机碳Ⅰ(labile organic carbon Ⅰ, LOCⅠ)、易降解有机碳Ⅱ(labile organic carbon Ⅱ, LOCⅡ)和难降解有机碳(recalcitrant organic carbon, ROC)的含量分别为0.03–29.62 mg/g、0.02–23.38 mg/g和0.64–75.72 mg/g,ROC是沉积物有机碳的主要组分(占比为54.97%±19.50%)。LOCⅠ含量与海拔、总氮、总磷、钙离子、活性钙和活性铁含量显著相关(P<0.05);LOCⅡ含量与总氮、钙离子和活性钙含量显著相关;而ROC含量与海拔、总氮、总磷、钙离子和活性钙含量显著相关。其中,钙离子和活性钙的浓度与3种有机碳组分的含量均存在显著正相关,暗示有机质与钙结合的方式可能是青藏高原湖泊沉积物有机碳保存的重要机制。LOCⅠ、LOCⅡ和ROC含量与沉积物中原核微生物群落α多样性均呈显著正相关;ROC含量与真菌群落α多样性呈显著正相关。LOCⅠ含量与α变形杆菌(Alphaproteobacteria)、放线菌(Actinobacteria)、厌氧绳菌(Anaerolineae)、海藻球形菌(Phycisphaerae)和红嗜热菌(Rhodothermia)的相对丰度显著相关;LOCⅡ含量与Anaerolineae、γ变形菌(Gammaproteobacteria)和Phycisphaerae相对丰度显著相关;ROC含量与Actinobacteria和Anaerolineae的相对丰度显著相关。LOCⅠ含量是影响原核微生物和真菌群落组成的显著环境因子,其解释量分别为1.1%和0.3%。环境因素解释了样品间原核微生物群落7.2%和真菌群落3.9%的变化,而空间因子解释了原核微生物群落14.6%和真菌群落6.4%的变化。随机过程对原核微生物和真菌群落组成的贡献分别为50%和47%。【结论】本研究暗示湖泊沉积物有机碳的保存受到铁、钙元素化学保护机制的影响;有机碳组分含量显著影响原核微生物和真菌群落多样性和组成,但其贡献值较低;环境理化参数、空间因子和生态随机过程对湖泊沉积物原核微生物和真菌群落组成具有重要影响。本研究加深了我们对湖泊沉积物有机碳组分构成及其影响微生物群落组成的认识。

西宁地区新近纪风尘堆积的元素组成特征及物源指示意义

西宁地区的新近纪风尘堆积是研究青藏高原东北部古环境变化和地貌演化的良好对象。本文基于X射线荧光（XRF）光谱分析方法，对西宁地区的新近纪风尘堆积、第四纪黄土、河流沉积、湖泊沉积代表性样品中小于75μm组分的元素含量进行了对比研究。结果显示：1）在常量元素平均含量上，西宁地区的新近纪风尘堆积与第四纪黄土大体相似，与西宁地区的河流、湖泊沉积也大体相似。与上地壳（UCC）平均成分相比，各类沉积物样品的CaO、MgO、MnO、Zr、Nb含量较高，Na2O、K2O含量较低。2）与西宁第四纪黄土、河流沉积和湖泊沉积物相比，西宁新近纪风尘堆积具有较高的Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2、Rb、Nb和较低的CaO、Sr、Zr。3）西宁地区的新近纪风尘堆积和第四纪黄土的Rb-Sr含量散点图可以拟合成一条直线，指示二者的母岩在物质成分方面可能具有相同的特征。然而河流、湖泊沉积的Rb-Sr含量散点图特别分散。西宁新近纪风尘堆积的Rb/Sr比值高于第四纪黄土的Rb/Sr比值，指示新近纪风尘堆积为较强风化成壤作用下的产物，支持以往新近纪风尘堆积在沉积前后经历了较强化学风化作用的研究结论。4） K2O/Al2O3（分子比）-TiO2/Al2O3（分子比）、K2O/Al2O3（分子比）-Zr/Nb图解显示西宁地区的新近纪风尘堆积与第四纪黄土一致，但是它们与西宁地区的河流、湖泊沉积显著不同。上述特征表明西宁地区的新近纪风尘堆积和第四纪黄土可能具有相似的源区。在西风环流盛行时，位于上风向地带的柴达木盆地可能是西宁地区风尘堆积的主要源区。