水文地质工程地质

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2023 年 3 期目录

2023, 50(3): 1-2.

摘要(169) HTML(146) PDF (334KB)(32)

摘要:

2023, 50(3): 1-11. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211048

摘要(6449) HTML(143) PDF (10098KB)(77)

摘要:
致密砂岩气是重要的非常规天然气资源，致密砂岩储层的矿物组成特征与孔隙微观结构不仅会影响致密储层中天然气的赋存状态，同时也对水力压裂改造效果具有重要影响。然而，有关致密砂岩矿物成分及其微观赋存形态对气井水力压裂潜在影响的研究尚不充分，针对这一问题，文章以鄂尔多斯盆地苏里格地区主开采层——二叠系下石盒子组盒8_下段致密砂岩为研究对象，钻取5口气井岩心样品，利用XRF、XRD、铸体薄片、SEM及EDS能谱等技术系统分析了该段致密砂岩矿物组成、微观形貌、孔隙分布等储层特征。基于分析结果，探讨了上述储层特征因素对水力压裂的潜在影响。研究发现，苏里格地区盒8_下段致密砂岩主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，密度介于2.44～2.56 g/cm³之间，孔隙度为7.7%～12.6%，渗透率为0.16～1.42 mD，属于典型的低渗透气藏。矿物成分主要为石英和黏土矿物，而长石矿物和碳酸盐矿物含量极低。其中黏土矿物含量占比为16.5%～47.4%，以高岭石、伊利石和绿泥石为主。高岭石在该区致密砂岩中广泛发育，呈书页状和蠕虫状填充于粒间孔隙及粒表，形成大量高岭石晶间孔。此外，致密砂岩中粒间孔隙、粒内溶孔、粒间裂隙及粒内缝均有发育，为致密砂岩气的赋存提供了良好的储集空间。矿物分析以及压裂液致密砂岩水岩实验结果显示黏土矿物稳定性对于苏里格地区致密砂岩气水力压裂效果至关重要，尤其是易分散运移的高岭石和伊利石矿物。水力压裂前需要对储层矿物成分及地层水成分展开详细研究，选择合适的黏土稳定剂优化水力压裂。

黄土塬区包气带水分运移特征研究

吴玮江, 宋丙辉, 刘迪, 安亚鹏

2023, 50(3): 12-22. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208008

摘要(3284) HTML(198) PDF (8412KB)(62)

摘要:
在我国西北黄土高原的黄土塬、黄土台塬区赋存有较丰富的黄土潜水，大气降水垂直入渗是其主要补给来源，但对水分赋存和运移的空间通道认识尚有不足。文章基于董志塬、渭北黄土台塬的地貌、地层结构等水文地质条件、地下水利用动态和相关试验资料，结合黄土扫描电镜图像处理与统计分析，对黄土塬区黄土潜水和包气带水分运移的孔隙特征、过程进行了探讨并分带。研究认为孔隙是黄土地下水的主要赋存、运移的空间通道，其最小渗透等效孔径约为12 μm。由孔隙发育的马兰黄土构成的黄土包气带垂向结构组合有利于大气降水的入渗，包气带孔隙中的水分运移非常微弱缓慢，但较为连续均匀。黄土包气带可划分为气候影响带、储存调节带、缓慢运移带和毛细接收带4个带，除上部气候影响带外，其余三带处于基本稳定的水分运移动平衡状态。研究成果可为全面系统地认识黄土塬区包气带水分运移特征提供参考和借鉴。

保定平原区地下水水位变幅带自由孔隙率空间变异研究

徐步云, 杨会峰, 白华, 宋博, 孟瑞芳

2023, 50(3): 23-33. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208004

摘要(2162) HTML(401) PDF (6520KB)(90)

摘要:
科学确定地下水水位变幅带的地学参数是水资源评价与管理中的重要环节。保定平原近40年来强烈开采地下水，水位持续下降形成规模巨大的厚包气带层，南水北调工程通水后，随着河湖生态补水与地下水压采工作的推进，保定平原局部地区地下水水位止跌回升。回补水量与水位变化的定量关系成为超采治理的一个重要科学问题，但水位回升条件下的计算中仍用表示释水过程的给水度参数将造成结果偏差，因此表述水位恢复过程的自由孔隙率参数研究是解决这一问题的重点所在。文章基于保定平原区67个工程地质钻孔采样数据，确定水位变幅带的综合自由孔隙率，通过趋势分析和结果交叉验证方法遴选半变异函数模型，结合普通克里金插值方法对未知点进行无偏最优估计。结果显示：（1）保定平原区水位变幅带综合自由孔隙率的最优半变异函数模型为一阶趋势效应指数模型。数据具有强空间自相关性，主要受变幅带空间位置、地层类型等结构性因素影响。（2）综合自由孔隙率分布表现为西南、西北为高值区，极值可达0.25，数值向中部及东部逐步降低，最小降至0.02。（3）与惯用给水度值进行对比，自由孔隙率值在南北部地区整体升高约0.03，约为惯用给水度的1.2倍。在中部地区降低了约0.06，变为惯用给水度值的一半左右。研究成果对南水北调受水区生态补水与水资源调控具有重要研究价值和借鉴意义。

石川河富平地下水库渗透系数空间变异性研究

王继玲, 周维博, 孙梨梨, 王奕勐

2023, 50(3): 34-43. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206021

摘要(306) HTML(409) PDF (3695KB)(127)

摘要:
渗透系数的空间变异性研究是进行地下水库人工回灌的基础。为研究石川河富平地下水库渗透系数的空间变化规律，引入Box-Cox变换及Johnson变换对库区65组野外双环渗水试验及勘探孔数据进行预处理，并以变异函数为工具，运用传统统计学和地统计学方法分析渗透系数的空间变异性。结果表明：库区等效渗透系数变化范围为0.02~6.44 m/d，既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间相关程度中等，最优拟合模型为高斯模型。基于最优模型，渗透系数插值结果整体上呈现西北方向较大、东南方向较小的特点，在梅家坪镇及南社乡附近最大，范围为2.84~6.44 m/d，空间变异尺度小；在觅子乡、庄里镇附近变化明显，空间变异尺度大；在东上官乡南部最小，均小于0.2 m/d，变异尺度小。空间变异受地形、地貌、地层岩性、水文气象条件、试验点及勘探点分布、人类活动等因素的综合影响。回灌位置应选择在梅家坪镇等渗透系数大，空间变异尺度小及受人为扰动影响小的地段。研究结果可为地下水库建设提供理论参考。

层状非均质性影响下河流对地下水的补给过程研究

吴佩鹏, 束龙仓, 李福林, 陈华伟

2023, 50(3): 44-53. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208065

摘要(3559) HTML(176) PDF (5829KB)(49)

摘要:
河流对地下水的补给过程研究是科学认识水循环规律及地下水资源可持续管理的基础。河床沉积层与其下伏潜水含水层岩性差异是河流下伏含水层的主要结构特征，也是控制河流对地下水补给过程的主要因素。为揭示含水介质分层结构特征影响下河流对地下水的补给过程，基于黄河干流河南段野外试验结果，建立了地表水地下水相互作用概念模型，并以地下水流路径为对象，精细刻画了地表水地下水的相互作用过程。结果表明：（1）河流对地下水的补给量主要受河床沉积层渗透性影响，河床沉积层厚度变化对河流向地下水的补给量影响不大。即：河床低渗透性沉积物的存在是河流向地下水补给量降低的主要原因，当河床沉积层与其下伏含水层厚度比（H_S/H）由0增大为0.125时，河流向地下水补给量的减小幅度达72%。（2）与均质条件相比，河床沉积层渗透性及其厚度变化均明显改变了河水向地下水补给的水流路径及径流时间。随着河床沉积物与下伏含水层渗透系数比K_U/K_L的增大，河水向地下水补给的水流路径穿透深度增大，径流时间延长。（3）河流对地下水的补给量及地下水径流时间对低渗透性河床沉积层渗透系数的敏感性随渗透系数的减小而增大，同时，地下水径流时间对低渗透性河床沉积层的厚度变化较为敏感，且随着厚度的增大，敏感性增强。研究成果可为地下水资源管理及可持续开发提供参考依据。

基于InVEST模型的张承地区水源涵养功能时空变化特征

马靖宣, 金晓媚, 张绪财, 殷秀兰, 金爱芳

2023, 50(3): 54-64. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208084

摘要(3961) HTML(211) PDF (6065KB)(55)

摘要:
水源涵养作为重要的生态系统服务功能之一，对张家口和承德地区的生态系统及用水安全有着重要的意义。为了改进以往研究中对地形及土壤渗透性等考虑不足、对数据空间异质性分析不充分等问题，文章基于生态系统服务和权衡的综合评估模型（integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs，InVEST），使用多种高精度的遥感、再分析数据等产品，对2001—2020年张承地区的水源涵养功能进行定量化评价及驱动因素分析。研究发现，2001—2020年张承地区水源涵养功能空间分布上呈现坝下高坝上低的特点，各年水源涵养功能的空间分布存在差异性的同时也具有一定的相似性。时间变化上，20年间水源涵养深度以−0.08 mm/a的平均速率呈下降波动趋势。结合Sen+Mann-Kendall分析发现区内水源涵养功能变化趋势以“基本不变”、“轻微增长”、“轻微降低”三者为主，总占比近98%。区内降水量对水源涵养功能具有很强的显著正相关关系，气温对水源涵养功能在部分地区具有显著负相关关系，植被与水源涵养功能的关系相对复杂。张承地区2020年林地的水源涵养功能最强，水源涵养深度达28.64 mm，总量而言，草地水源涵养功能的贡献最大，水源涵养量达1.12×10⁹ m³。20年间变化中，耕地水源涵养量的降低最为明显，变化速率达−6.49×10⁶ m³/a。上述结果说明张承地区20年间水源涵养功能的时空特征主要受到降水量与植被型土地利用的控制。研究为张承地区生态建设及水资源管理提供重要的决策依据。

矿井涌水量预测及其对沙漠植被的影响

刘谋, 王俊杰, 吴广涛, 周杰, 罗奇斌, 康卫东

2023, 50(3): 65-75. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104015

摘要(2671) HTML(199) PDF (5732KB)(35)

摘要:
矿井涌水对井下安全生产存在潜在威胁，同时可能引发因矿区地下水位下降造成的地表植被难以逆转的演替退化。针对涌水量数值模型构建时边界条件概化不准确和水文地质参数选用不可靠等关键问题，以准确预测矿井涌水量保障煤层安全开采为目标，并为研究区沙漠植被的保护提供理论和数据支撑，选择以天然边界作为研究区周界，在充分收集与分析钻探、物探、抽水试验、地下水长观和矿井采空区范围及其涌水量等资料的基础上反复修正模型，构建了较为逼真的地下水三维非稳定流数值模型。此外依据矿井采空区拓展进程及其涌水量和地下水监测数据等进行模型模拟识别，论证了该模型的合理性和可靠性。利用所建立的数值模型预测了煤层开采条件下的矿井涌水量和潜水位降深场，进而基于潜水位埋深与沙漠植被关系分析了潜水位下降对沙漠植被的影响。结果表明：根据矿区先期煤层开采预测矿井涌水量为 3.08×10⁴ m³/d，引起矿区内潜水位下降2.08～2.35 m，将导致矿区内代表性植被沙柳和小叶杨的长势变差、甚至部分枯萎，呈现由中生植被类型向旱生植被方向的演替趋势。研究结果为研究区提供了较准确的涌水量预测值，可以为制定科学有效的矿区沙漠植被保护措施以及为类似地下水流数值模型的构建提供可靠的思路。

越顶破坏模式下沉埋桩受荷段及沉埋段推力算法

闫玉平

2023, 50(3): 76-84. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211007

摘要(3348) HTML(203) PDF (4032KB)(56)

摘要:
滑坡推力的确定对于抗滑桩设计极其重要，沉埋桩作为对传统抗滑桩的优化，其受荷段推力的研究目前主要借助于模型试验和数值模拟，缺乏深入的理论分析。为了建立沉埋桩后侧受荷段及桩顶沉埋段滑坡推力计算方法，针对沉埋桩加固的基岩-覆盖层式滑坡，基于潜在越顶破坏模式，由桩顶位置将越顶滑面分为顶部、底部两段，其中，顶部滑面上水平方向合力即为沉埋段推力，可由积分求得，底部滑面上各个方向的力求解方法与此类似；在此基础上，利用刚体极限平衡理论对底部滑面与桩受荷段所围滑体进行受力分析，进而可得受荷段推力计算公式。实例分析表明：理论算法所得沉埋段与受荷段推力值与FLAC3D结果非常接近，其中，受荷段推力、沉埋段推力、设桩位置处总推力随沉埋比的增大而分别非线性减小、增大、减小；沉埋比位于0~0.67范围内时，沉埋段与受荷段推力之比由0缓慢增大到0.30~0.50，随着沉埋比增大到0.8，该比值急剧增大到1.47~2.12；一般沉埋深度下，沉埋段推力小于受荷段推力。沉埋桩推力的理论研究对于桩体内力优化、沉埋深度确定具有重要的现实意义，将有助于该桩型的进一步推广应用。

考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤模型

刘红岩, 张光雄, 邹宗山, 和铁柱

2023, 50(3): 85-92. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208017

摘要(2705) HTML(136) PDF (3385KB)(58)

摘要:
为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性（如强度和刚度）的影响，需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此，基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为，采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析，并对其进行了3方面的改进，即：不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子（K_I）、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的K_I，由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证，发现与现有模型相比，该模型明显提高了岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度，尤其是当裂隙倾角为0°时，该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa，与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此，该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为，这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。

Cu²⁺对重塑黄土饱和渗透系数的影响研究

贾洋, 崔素丽

2023, 50(3): 93-103. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201042

摘要(161) HTML(150) PDF (4449KB)(43)

摘要:
渗透系数是评价重金属污染液在重塑黄土中迁移扩散作用的一个重要指标。已有研究表明污染液的pH值、可溶性盐浓度、离子含量和饱和渗透系数的变化存在一定的相关关系，但未明晰渗透过程中的地球化学反应机制。基于此，采集了西安白鹿原地区的更新统（Qp）黄土，选取Cu²⁺溶液作为渗透溶液，开展了重塑黄土的饱和渗透试验，建立了基于Netpath软件的地球化学反演模型。结果表明：试验过程中饱和渗透系数从第1天开始显著降低，且与去离子试验组相比降低幅度较大，极差为5.57×10⁻⁵ cm/s；离子来源分析证明了地球化学反应的发生，存在着矿物的溶解、沉淀以及阳离子交换作用；地球化学反演模拟结果显示由于Cu²⁺的存在，加剧了矿物溶解产生大量的Ca²⁺，促进碳酸盐矿物溶解平衡左移，从第1天开始方解石和白云石持续形成沉淀，沉淀量分别为1.912，0.958 mmol，从而堵塞渗流孔隙，降低土体的渗透系数。研究结果有助于了解重金属离子侵入过程中重塑黄土饱和渗透系数的变化，同时对于进一步明晰影响渗透系数变化的地球化学机制具有重要的理论意义。

基于Fredlund & Xing模型的渗流分析在川东红层梯田滑坡中的应用

廖勇, 乐建, 胡力, 顾伟伟, 徐今星

2023, 50(3): 104-114. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202049

摘要(4634) HTML(158) PDF (8396KB)(53)

摘要:
四川省巴中市通江县新场镇七家沟村二社水头上滑坡为川东典型红层梯田滑坡，区内类似斜坡覆盖范围广泛，但针对该地区此类滑坡的渗流分析研究较少。在对滑坡区进行大量野外调查、勘查、资料收集的基础上，综合运用卫星遥感、无人机航拍、机载LiDAR、室内试验等技术手段，基于Fredlund & Xing土水特征曲线数学模型，采用Geo-Studio中SEEP/W模块进行渗流分析，将不同时间阶段分析结果与SLOPE/W模块耦合，继而得到稳定系数与降雨、时间之间的动态变化关系，揭示了滑坡的变形过程和形成机理。研究显示：（1）连续降雨促使坡体地下水位升高，稳定性降低，最终导致水头上滑坡整体失稳破坏；（2）滑坡变形过程、地下水出露特征与Geo-Studio计算结果基本吻合，说明基于Fredlund & Xing数值模拟在类似地区能提供较为准确的模拟结果；（3）开垦梯田（水田）会降低坡体稳定性。研究结果可为四川山区类似滑坡灾害进行隐患排查和主动防范提供理论支撑，为防灾减灾提供参考依据。

植被增渗效应对花岗岩残积土浅层滑坡的影响机理研究

陈敬业, 王钧, 宫清华, 袁少雄, 许安泽, 罗依珍

2023, 50(3): 115-124. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205054

摘要(6817) HTML(389) PDF (5515KB)(62)

摘要:
华南地区台风暴雨诱发的滑坡往往呈浅层、流态化、群发性等特征，大量调查发现植被增渗效应对花岗岩残积土滑坡的形成具有显著影响，但目前研究大多探讨植被根系对土体渗透性的影响，未能揭示植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。基于此，以“2019.6.9”广东省龙川县群发性滑坡灾害为例，通过大量现场勘查，查明滑坡区域地质环境条件与植被发育情况，分析植被对浅层滑坡的增渗效应；采用“双环入渗法”测得不同植被样地的入渗速率，分析其下渗过程和渗透规律；选取典型滑坡剖面，建立地质模型，运用Geo-Studio软件对强降雨条件下浅层滑坡渗流规律和土体应力-应变特征进行模拟；最后结合模拟结果和现场调查情况，分析强降雨条件下植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。结果表明：植被能够有效地增强土壤渗透能力，渗透能力大小依次为针叶林地、灌木林地、裸土地；在植被增渗效应影响下，雨水入渗到根土复合层底部会发生滞水现象，浅层土体迅速趋于饱和，土体中孔隙水压力及渗流力瞬时剧增，土体饱水使得残积土发生软化，同时边坡自重增加，最终导致斜坡失稳。研究结果可为华南地区暴雨群发性滑坡的形成机理、预警预报等提供科学依据，具有重要的意义。

基于SOM-I-SVM耦合模型的滑坡易发性评价

贾雨霏, 魏文豪, 陈稳, 杨清卓, 盛逸凡, 徐光黎

2023, 50(3): 125-137. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206041

摘要(6460) HTML(1943) PDF (8077KB)(94)

摘要:
在使用机器学习模型对滑坡进行易发性评价时，通常会在滑坡影响范围之外随机选取非滑坡样本点，具有一定的误差。为了提高滑坡易发性评价的精度，将自组织映射（self-organizing map，SOM）神经网络、信息量模型（information，I）以及支持向量机模型（support vector machine，SVM）进行耦合，提出一种基于SOM-I-SVM模型的滑坡易发性评价方法，并将SOM神经网络与K均值聚类算法进行对比，验证模型的可靠性。以十堰市茅箭区为例，首先通过对环境因子的相关性及重要性分析，筛选出距水系距离、坡度、降雨量、距构造距离、相对高差、距道路距离、地层岩性等7个因子，建立滑坡易发性评价指标体系，在此基础上计算出各因子的分级信息量值，并作为模型的输入变量进行滑坡易发性评价。分别采用SOM神经网络和K均值聚类算法选取非滑坡样本，然后将样本数据集代入I-SVM模型预测滑坡易发性。将SVM、I-SVM、KMeans-I-SVM、SOM-I-SVM等4种模型预测精度进行对比，其ROC曲线下面积（AUC）分别为0.82，0.88，0.90，0.91，说明SOM-I-SVM模型能有效提高滑坡易发性预测准确率。

耦合型地裂缝活动特征与成因机制模拟研究—以北京宋庄地裂缝为例

孟振江, 彭建兵, 李超, 乔建伟, 王飞永, 康尘云, 赵俊彦, 张凡

2023, 50(3): 138-148. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202210038

摘要(4114) HTML(190) PDF (8788KB)(60)

摘要:
以北京通州区宋庄地裂缝为原型，研究以断裂活动和抽水为主要诱因的耦合型地裂缝的发育活动特征和成因机制，揭示了不同位错量和水位下降量引发的地层位移场和应力场的变化特征。通过实地踏勘，阐明了地裂缝造成的地表平面及地层剖面的破坏现象；运用有限差分法模拟研究了断层错动和抽水2种工况下的模型地层的变化响应过程，最后讨论了该类型地裂缝与各诱因之间的关系。结果表明：（1）该类型地裂缝具有三维活动等特点，一般造成浅表地层及墙体的水平张开量为0.3～1.2 cm，深部地层的垂直位错量随埋深而逐渐增大；（2）断裂活动引起的应力变化在裂缝发育区集中，并造成上盘地层出现明显的竖向位移，裂缝区地层出现较大的剪切牵引变形，且其两侧的竖向位移差异量最大；断层位错量的增加造成隐伏裂缝向上逐渐延伸扩展，并在上盘浅表层引发次级裂缝，致使地裂缝整体呈具有一定宽度的带状展布；（3）地下水位下降对地裂缝的竖向延伸和水平扩张均有加剧作用，裂缝两侧地表产生持续的沉降响应，并导致沉降漏斗中心成为地裂缝集中发育区，且该处的模型地层沉降量也最大，为10.2 cm，上盘地层的沉降范围宽度约38 m，下盘约16 m；（4）该类型地裂缝受断裂控制明显，但现阶段活动加剧主要为超采地下水所致。研究将对深入理解地裂缝成因机理、建立地层响应和断裂位错与地下水变化的定量联系，以及防灾减灾具有重要理论意义和实际应用价值。

基于BP神经网络反演分析的隧道塌方机理研究

陈航, 张贝贝, 旷华江, 肖丽娜

2023, 50(3): 149-158. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208066

摘要(6697) HTML(498) PDF (4667KB)(184)

摘要:
岩溶区隧道在施工过程中易发生崩塌，针对力学方面的隧道塌方机理分析较多，而针对岩溶软弱破碎带等地层方面的隧道塌方机理研究分析较少。为保证隧道施工的安全性、经济性和可行性，掌握隧道施工中的塌方机理非常有必要。依托贵州某岩溶破碎地层隧道在开挖过程中发生的坍塌现象，结合隧道的监测数据，运用BP神经网络的构建原理，对隧道的地层参数进行反演。将反演土体力学参数输入到FLAC3D有限元软件构建的不同施工方法模型中，对典型断面的崩塌破坏机制和风险进行判断和分析。结果表明：施工方法对隧道开挖的稳定性影响较大，针对围岩等级为Ⅴ级的隧道，采用三台阶七步法和单侧壁导坑法施工较安全，隧道塌方与隧道双向同时开挖没有关系；反演所得的隧道拱顶位移预测值为2.3 cm，地表位移预测值为1.2 cm，与监测数据偏差13%左右，反演结果具有一定的可信度。研究结果对岩溶区软弱破碎地层断面隧道公路建设具有重要指导意义。

北运河流域（北京段）表层土壤多环芳烃空间分布特征及来源解析

黄丹, 黄勇, 安永龙, 冯辉, 孙朝, 李欢

2023, 50(3): 159-171. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112022

摘要(5140) HTML(190) PDF (6247KB)(62)

摘要:
土壤中的多环芳烃（PAHs）会威胁人类健康和生态环境安全。为掌握北运河流域（北京段）土壤中PAHs的分布特征及其形成机制，采用克里格插值、主成分分析-多元线性回归等多元统计方法，结合同分异构体比值法对该区域表层土壤中16种优控PAHs的质量分数、分布趋势、空间分布特征及其污染来源进行了研究。结果表明：（1）研究区216件土壤样品中16种PAHs均被检出，且主要为高环PAHs（4~6环），总PAHs的质量分数范围在10.5~19466.5 μg/kg，受污染土壤样品占29.63% ；（2）表层土壤中的PAHs在东西及南北方向上均呈现出中部高、两端低的趋势，在空间分布上总体表现为北部区域及中部城区含量较高、其他地区相对较低的特征，且由于人为活动影响导致个别点位PAHs富集，存在点源污染或局部污染；（3）PAHs同分异构体比值法及主成分分析法研究表明，研究区内PAHs的来源为以煤/生物质燃烧及交通燃烧为主、石油泄漏等石油化工源为辅的混合源，多元线性回归方法分析后得到 2 者的贡献率分别为89%和11%。研究结果可为研究区的污染防控、土地质量评价和国土空间规划等工作提供有力支撑。

黄河流域植被时空变化及其与土壤湿度的相关性分析

高萌萌, 李小磊, 杨楠, 王轶, 刘琼, 赵子鑫

2023, 50(3): 172-181. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202108051

摘要(1773) HTML(189) PDF (6090KB)(40)

摘要:
黄河流域连接了青藏高原、黄土高原、内蒙古高原、华北平原，是我国重要的生态屏障。开展黄河流域植被时空变化及其与土壤湿度相关性分析，定量揭示土壤湿度对植被生长的影响，有利于干旱监测及生态环境保护。利用MOD13Q1 NDVI产品和全球陆面数据同化系统（global land data assimilation system，GLDAS）土壤湿度数据，采用Sen+Mann-Kendall趋势检验法和相关性分析法，分析了2000—2020年黄河流域植被时空变化特征及土地利用变化对植被生长的影响，并在流域尺度探索了生长季植被归一化植被指数（NDVI）与不同深度土壤湿度的相关性。结果表明：（1）研究区植被NDVI在空间上呈现“南高北低”的特征，沿黄河径流方向，上游右岸区域植被生长状况明显好于左岸，中下游两岸区域植被生长状况无明显差异。2000—2020年NDVI整体呈增加趋势，从2000年的0.356增加到2020年的0.435。（2）不同用地类型的NDVI由大到小依次为：林地>耕地>草地>未利用地，不同季节NDVI由大到小依次为：夏季>秋季>春季>冬季。（3）研究区大部分区域植被生长状况处于改善和稳定的状态，小部分区域处于退化状态，退化区域的主要原因是草地退化、城市扩张导致耕地退化及耕地转为建设用地。（4）NDVI与不同深度的土壤湿度（0~10 cm、10~40 cm、40~100 cm、100~200 cm）整体呈正相关趋势，相关系数分别为0.535，0.647，0.681，0.619；不同土地利用类型的NDVI与不同深度土壤湿度的相关性有差异，耕地、草地和未利用地NDVI与10~40 cm处的土壤湿度正相关面积最大，而林地NDVI与40~100 cm处的土壤湿度正相关面积最大。相关研究成果可为黄河流域高质量发展提供科学依据。

汶川震区植被恢复与同震滑坡活动性动态演化分析

李明威, 熊江, 陈明, 唐川

2023, 50(3): 182-192. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209049

摘要(183) HTML(169) PDF (12217KB)(26)

摘要:
强烈的山区地震往往会引发大量同震滑坡，对当地植被覆盖和生长造成直接破坏。作为表现滑坡活动强度的重要指标，同震滑坡体表面的植被恢复情况对评估震后地质灾害的活动情况具有重要意义。然而，受观测资料所限，当前对于震区植被恢复进程的研究多为小尺度范围，而对大区域内植被演化机制以及植被与地质灾害活动性的关系认识不足。因此，采用多时相、长时序（2000—2020年）的高精度遥感影像对汶川地震强震区大范围内的植被恢复过程进行研究，计算得到不同时期植被恢复率，以此探究大范围内植被恢复的普适性规律，同时分析植被恢复与滑坡活动强度变化的关系。研究发现：截至2020年，71.34%区域的同震滑坡表面植被已处于恢复程度较好阶段；高活动强度、中活动强度、低活动强度和基本稳定的滑坡面积比分别为17.6%、12.4%、17.7%和52.3%。同震滑坡地表恢复趋势表明，汶川震区植被预计在震后约17 a恢复至震前平均水平。然而，植被恢复过程和滑坡活动性的变化往往受多种因素的综合影响。虽然滑坡地表植被恢复在一定程度上反映了地震后滑坡活动性的下降，但地震对滑坡活动性的影响将比地表植被恢复到震前水平所持续的时间更长。参考前人研究成果，本研究认为震后滑坡活动将持续25 a或更长时间。研究成果可为汶川震区震后地质灾害评估、防治工作提供参考。

四川盆地地热地质条件及勘探潜力评价

孙东, 李金玺, 曹楠, 李智武, 张志鹏, 谢小国, 袁梦雨, 蔡鸿燕

2023, 50(3): 193-206. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202110028

摘要(1313) HTML(2994) PDF (4995KB)(78)

摘要:
地处特提斯—喜马拉雅构造域与滨太平洋构造域交接转换部位的四川盆地，是造山带环绕的多旋回沉积盆地，地热资源禀赋较好，但地质构造复杂，不同构造带地热条件和成热模式差异较大，严重制约地热勘探开发与利用。在四川盆地已有地热勘探开发资料和油气勘探研究成果的基础上，系统总结了四川盆地的地热储层、地热流体、大地热流和地温梯度场的特征及分布规律，对比研究了四川盆地不同类型盆山结构区的地热储盖层组合和地热条件的异同性，指明了不同构造单元的勘探靶区。结果表明：（1）四川盆地及周缘的大地热流值为中低热流值，地温梯度在16~30 °C/km之间，地热源受活动断裂和基底构造控制明显，发育传导型水热系统，多属中低温（<90 °C）地热资源；（2）四川盆地的地热资源分布主要受盆地构造、地层分布和水文条件等控制；（3）海相层系至少存在4个岩溶型热储层，陆相地层局部偶夹1~2个砂砾岩型热储层，地下水多为SO₄—Ca型微咸水。研究建议以中~下三叠统和中二叠统岩溶型热储为重点层系，尤其在川东和和川西地区二者勘探潜力较大，其次优选其他海相层系岩溶型热储进行勘探，而陆相碎屑岩热储层盖层、地下水补给和热源等条件较差，勘探潜力一般，开发风险高且需谨慎。该研究可为四川盆地地热勘探开发利用提供理论依据。

西藏谢通门县卡嘎地热成因与资源潜力分析

邹俊, 武斌, 马昭雄, 陈宁, 谢伟, 邹华敏, 杨代彬

2023, 50(3): 207-216. doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208003

摘要(219) HTML(170) PDF (9867KB)(30)

摘要:
西藏谢通门县地处青藏高原高寒山区，分布有卡嘎温泉，开发地热能解决当地供暖之急，但地热成因及储量研究尚未开展。通过分析调查区的地质构造、地热活动规律，并在卡嘎温泉附近开展地质详细调查、音频大地电磁测深及土壤氡气测量等工作，综合运用地质、物探成果，对卡嘎温泉的成因及热储特征进行了探讨。研究结果表明：（1）音频大地电磁及土壤氡气测量成果清晰地揭示了区内NE向、NW向与SN向断层深部的延展情况与叠加关系，说明区内具备较好的导水通道和热储空间。（2）研究区热源以中浅部始~渐新世岩浆岩衰变放热及深部存在高温岩浆熔融热源向上传导；断裂破碎带既是深部热储，也是深部热水上涌的通道；第四系上部冲洪积等堆积层为地热水的良好盖层，而第四系下部松散沉积物及部分基岩风化壳构成区内浅部热储。这些说明本区地热应用潜力较大，但需要注意的是：依据音频大地电磁测深成果的三维展示，发现深部S1、S2两个异常区在浅部呈连通状态，地表温泉点正好位于其连通通道上方，故在附近钻探取水时需评估对此温泉点水量的影响。最后，结合本区地热水的地热特征及电性特征，构建了调查区“地球物理-地热地质”模型，可为西藏其他地区地热资源勘探开发提供借鉴和指导作用。

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