地学前缘

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“国土空间生态修复”主题专辑目次

2021, 28(4): 0-0.

摘要 ( 193 )

PDF(323KB) ( 192 )

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特约主编致读者

白中科

2021, 28(4): 0-0.

摘要 ( 118 )

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特邀主编致读者
白中科

国土空间生态修复是实现美丽中国、“关系中华民族永续发展的根本大计”。本专缉是39家高等院校、科研院所、79名师生近年来研究的24篇最新成果。研究区域覆盖了青藏高原、黄土高原、内蒙古草原、长江流域、黑河流域（黄河上游）、华北平原等；研究尺度涵盖了区域尺度（流域尺度）、大中地貌尺度（景观尺度）和场地尺度。
理论方法研究论文8篇。梳理了国土空间生态修复脉络，阐明了生态修复研究方法论，辨析了生态修复若干“伪生态”和“假技术”，指出了生态修复发展战略框架、重大科学问题和研究热点。分析了我国实施的25个山水林田湖草生态保护修复工程试点存在对生态系统内在机理和规律认识不足、过度依赖工程措施、配套管理政策措施不健全等问题。对备受国际社会广泛认可与关注的基于自然的解决方案（NbS）和典型案例进行了梳理，提出了完善我国山水林田湖草生态保护修复工程建议。以我国农牧交错区——内蒙古科尔沁沙地为例，根据大陆性半干旱气候特征、坨甸相间地貌分异和沙性土壤雨水渗漏迅速的特性，提出了基于遥感数据的一体化土地调查、评价与利用布局方法和最小地形干扰、雨养农业的土地整治工程模式。针对广泛分布并长期存在水土流失的基本国情，提出了将水资源保护、水环境整治、面源污染防治、农村污水及垃圾处理、村容村貌人居环境整治等融为一体的系统修复思想。总结了欧盟农业景观生物多样性保护的经验和方法，提出了生态空间“生态修复和管护生态补偿民生改善”、农业空间“生态基础设施生态系统服务提升绿色发展”、城乡生活空间“多功能景观绿色宜居空间营造”、国土全域“生物多样性保护网络”策略。以“生命共同体理论”“三生协调理论”“适宜性管理”等为指导，将江西省国土空间生态修复划为5大生态修复区，以及24个亚区、70个修复小区。基于文献检索和荟萃分析，系统梳理了青藏高原植被与环境因子相互关系，发现对土壤理化性质产生的不利影响，由高覆盖度向中覆盖度转变强于由中覆盖度向低覆盖度转变的重要结论。
矿区生态修复研究论文9篇。遥感监测查明了全国在建生产矿山、废弃矿山损毁土地面积、恢复治理面积，服务于“源头严控、过程严管、后果严惩”全链条管理的全国矿山遥感监测技术体系基本形成。借鉴IUCN（世界自然保护联盟）发布的《矿山生物多样性管理系列指南》，提出了大宝山矿生物多样性管理的保护修复框架和技术方案。以内蒙古自治区乌海市为研究区，得出了将工矿用地占比控制在5%以内可达到控制总体景观生态风险的重要结论；采用流动监测法等，发现粗颗粒粉尘主要来源工矿用地而细颗粒粉尘主要来源城镇。基于长时间序列遥感数据，发现宁东矿区采矿活动对周围植被生长扰动效应敏感范围可达7~8 km。以长江经济带新桥硫铁矿山集中分布群为研究区，通过构建的20个评价指标综合评判了矿山地质环境。以西北荒漠区7座典型露天煤矿为研究对象，得出以工程措施为主的砾幕层重构是控制风蚀的有效措施。以平朔矿区为例，采用固定监测样地方法，验证了人工支持引导生态系统自然修复效果；构建了适用于黄土高原矿区土地复垦美学视觉评价体系。
水生态、草地生态、污染土壤生态修复研究论文7篇。对长江下游重要的铜铁资源基地——铜陵矿区46个河段水质进行了检测评价，发现主要污染源为矿山酸性废水。研究发现黑河中游盆地地下水主要来源于祁连山区大气降水补给且干流区地下水氘氧同位素比丰乐河流域更为富集；在丰乐河流域排泄区发现了非现代气候条件下形成的古水。采集柴达木盆地大柴旦地区28个代表性水样,运用反向水文地球化学模拟等方法,发现地下水水化学特征主要受水岩作用和蒸发结晶作用控制。通过对138组石家庄地区浅层地下水水样分析,确定了地下水中铁锰空间分布特征及影响因素。以内蒙古草原露天煤矿为例，得到了利用光学和雷达遥感融合可有效提高复垦植被生物量估算精度的重要结论。以青海三江源称多县为例，运用基于数据挖掘的提升度算法确定了高寒草地退化驱动因素。以雄安新区西南部表层土壤和大宗农作物小麦、玉米为研究对象, 分析评价了As、Ni、Cu、Cr、Pb、Hg、Cd、Zn 等8种重金属元素污染特征和生态风险。
国土空间生态修复极具挑战，值得献身。新时期，希望得到国内外更多专家学者的专注和参与。
值此《国土空间生态修复》专辑付梓之际，谨向各位作者和评审专家为本专辑做出的贡献，以及《地学前缘》编辑部的精心把关表示衷心感谢！

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国土空间生态修复若干重大问题研究

白中科

2021, 28(4): 1-13.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.6.20

摘要 ( 655 )

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PDF(3552KB) ( 536 )

国土空间生态保护与修复是实现美丽中国、关系中华民族永续发展的根本大计。本文采用文献资料综合分析法、系统回顾法、实证分析法、类比分析法、趋势外推法、政策环评等相结合的方法开展了一系列工作:从国家方略、顶层设计两个方面,梳理了国土空间生态保护与修复的脉络;从国土空间生态修复规划、技术路经与方法、野外台站和科研样地等角度,阐明了国土空间生态保护与修复研究的方法论;举例辨析了国土空间生态保护与修复的若干“伪生态”和“假技术问题”;指出了国土空间生态保护与修复发展的战略方针、战略目标、战略方向、战略原则、战略重点、战略对策;从生态保护与修复的重大科学问题和热点、语境分析、分区分类、差异化、生态补偿机制等5个方面,提出了助推中国国土空间生态保护与修复需要的科技支撑;讨论了“两屏三带”、科学推进生态修复,以及管理逻辑与技术逻辑融合问题。研究结果为破解国土空间“整体保护、系统修复与综合治理”过程中生态要素的综合性与管理事权的部门化、生态空间的连续性与区域的政区化、生态工程的长期性与行政管理的届次化三大矛盾,提供了科学依据。

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山水林田湖草生态保护修复技术框架研究

周妍, 陈妍, 应凌霄, 杨崇曜

2021, 28(4): 14-24.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.23

摘要 ( 680 )

HTML ( 22 )

PDF(2388KB) ( 519 )

面对当前严峻的资源环境与生态压力,习近平总书记提出了山水林田湖草生命共同体的理念,截至2019年底全国共开展了25个山水林田湖草生态保护修复工程试点。虽然已有工作取得了一定成效,但也存在保护修复目标不明确、整体性与系统性不足、人工干预的工程措施过度、缺乏动态监测评价、难以实现人与自然和谐共生等诸多问题。鉴此,本研究在梳理景观生态学、恢复生态学相关理论,基于自然的解决方案、适应性管理、社会-经济-自然复合生态系统以及生态系统服务等相关理念的基础上,构建了包含有区域(省)、景观、生态系统以及子项目4个层次的山水林田湖草生态保护修复技术框架,并提出了项目实施全程监测管理的技术要求,以期为推进山水林田湖草生命共同体的整体保护、系统修复、综合治理提供理论与技术支撑。

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基于NbS的山水林田湖草生态保护修复实践探索

杨崇曜, 周妍, 陈妍, 王立威

2021, 28(4): 25-34.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.3

摘要 ( 825 )

HTML ( 27 )

PDF(1583KB) ( 352 )

为应对我国生态领域的诸多问题,探索山水林田湖草一体化保护和修复路径,2016—2018年我国实施了25个山水林田湖草生态保护修复工程试点。工程实施对维护国家生态安全起到了积极作用,但仍然存在对生态系统内在机理和规律认识不足、过度依赖工程措施、配套管理政策措施不健全等突出问题。近年来,基于自然的解决方案(Nature-based Solutions, NbS)受到国际社会的广泛认可与关注。本文对NbS的定义、核心理念与准则、实施方法和典型案例进行了梳理,并从NbS的视角对我国山水林田湖草生态保护修复工程在时空尺度、目标设置、技术措施、实施管理制度机制等方面存在的问题进行了剖析。最后,提出吸收借鉴NbS理念与方法以完善我国山水林田湖草生态保护修复工程的建议,包括跨尺度开展设计、建立多元化目标、构建科学的工程技术模式与标准,以及完善多方参与、跨区域合作、可持续资金保障、适应性管理等制度机制。

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基于地学规律的科尔沁沙地土地整治与生态修复规划方法

张凤荣, 周建, 徐艳, 陈竞元

2021, 28(4): 35-41.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.12

摘要 ( 343 )

HTML ( 8 )

PDF(2384KB) ( 167 )

内蒙古科尔沁沙地历史上曾是科尔沁大草原,现在是农牧交错区,该区的土地利用关系到生态安全、国家粮食安全和农民生计。该区域“坨甸相间”地貌特点造成不同地形部位土壤含水量存在差异,降水量年际变化大。通过卫星影像数据解译出土地利用/覆被类型图与土壤图进行叠加,获得了显性沙地和隐性沙地数量与分布信息。首先保留耕地以外的其他地类,再利用卫星影像数据反映不同降水年型耕地的归一化植被指数(NDVI),将偏欠水年NDVI低于平均值的耕地退耕还草,消除这些耕地的冬春沙化风险,以进行土地利用布局调整。这种直接利用遥感数据获取土地利用/覆被类型和耕地的NDVI进行土地利用空间布局调整的方法,十分简单实用。本文还根据地貌和沙地降水入渗快的特点,提出了与高标准农田建设模式不同但与区域地理环境相吻合的农田整治模式,即利用自然沙丘作为区域风沙防护工程,土地开发不做大平整,不修建灌溉系统,发展雨养农业。以上根据区域地理环境条件进行土地利用布局和确定农田开发建设模式,可将农业生产与荒漠化防治和谐结合在一起,实现土地可持续利用。

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山水林田湖草系统治理之水土保持要义

姜德文

2021, 28(4): 42-47.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.4

摘要 ( 469 )

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PDF(1442KB) ( 252 )

山水林田湖草是一个生命共同体,山水林田湖草的系统治理观是水土流失治理与生态修复的重要指导思想。水土流失的发生、发展和变化是一个复杂的系统,有其自身规律,水土保持是一门多学科交叉学科,有其科学性与不可替代性,防治水土流失应坚持系统思维,整体施策,系统和综合是水土保持学科建立和事业发展的生命力所在。水土流失在中国广泛分布并长期存在,而且治理程度及年治理进度较低,极不适应生态文明时代人民对美好生活的需求。要充分发挥大自然的自我修复能力,辅助于重点治理,以小促大,大面积、快速恢复植被,降低水土流失强度。将水资源保护、水环境整治、面源污染防治、农村污水及垃圾处理、村容村貌人居环境整治等融为一体,以系统治理观大力推进生态清洁小流域建设。采取系统、全面的措施,重视山地经果林开发土地的水土流失治理与生态保护。对工业化、城镇化、农业现代化过程中的人为扰动破坏区,全过程、全方位落实水土保持措施,促进经济社会的高质量发展。

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国土整治生态修复中的农业景观生物多样性保护策略

刘云慧, 宇振荣, 罗明

2021, 28(4): 48-54.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.6

摘要 ( 221 )

HTML ( 10 )

PDF(2648KB) ( 254 )

随着生态文明建设成为国家发展战略,国土整治修复需要更多生态科学和技术的支撑。农业景观生物多样性是重要的自然资源,为人类可持续发展提供了重要的生态系统服务,并提供了应对气候变化等风险的途径。本文分析了我国农业景观生物多样性保护及其对国土整治生态修复的重要性,国土整治生态修复中农业景观生物多样性保护面临的挑战,并总结了欧盟在农业景观生物多样性保护方面的经验和方法。最后,文章提出了将农业景观生物多样性保护整合到国土整治生态修复的四项策略,包括生态空间的“生态修复和管护-生态补偿-民生改善”策略、农业空间的“生态基础设施-生态系统服务提升-绿色发展”策略、城乡生活空间的“多功能景观-绿色宜居空间营造”策略、国土全域“生物多样性保护网络”策略,为生态文明背景下的国土整治生态修复提供参考。

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基于主导生态功能的江西省国土空间生态修复分区研究

蔡海生, 查东平, 张学玲, 陈艺, 曾珩, 邵晖, 洪土林

2021, 28(4): 55-69.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.7

摘要 ( 180 )

HTML ( 12 )

PDF(4883KB) ( 318 )

以地域分异特征、主导生态功能、典型生态问题为基础依据,探讨江西省国土空间生态修复分区,为江西省编制和实施生态修复规划、实现国土空间管控提供科技支撑。在研究方法上,以“生命共同体理论”“三生协调理论”“适宜性管理”等理论为指导,基于主体功能区划和生态功能区划,综合“三生”空间实际生态问题及综合整治需求,采用多因素综合空间分析法,“自上而下”和“自下而上”相结合,实现国土空间生态修复三级分区。研究结果表明,可将江西省国土空间生态修复区域划为赣北平原湖泊生态修复区、赣中丘陵盆地生态修复区、赣西山地丘陵生态修复区、赣南山地丘陵生态修复区、赣东丘陵山地生态修复区5个大区及24个亚区和42个修复小区。通过江西省国土空间生态修复三级分区,摸清国土空间地域特征,明确生态主导功能,确定生态修复重点区域,承上启下,为实施生态修复工程和国土空间管治提供决策依据,为实现国土空间整体保护、系统修复、综合治理提供科技途径。

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青藏高原植被动态与环境因子相互关系的研究现状与展望

王军, 张骁, 高岩

2021, 28(4): 70-82.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.20

摘要 ( 250 )

HTML ( 12 )

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青藏高原是中国乃至全球对气候变化最敏感的地区之一,是全球平均海拔最高的地理单元,对周边地区起到重要的生态安全屏障作用。近年来,当地植被受到气候变化和人类活动的双重压力。本文基于文献检索分析青藏高原的植被生理、生态特征对气候变化和人为干扰的响应,并利用荟萃分析定量综述植被覆盖度变化对土壤理化性质的影响。在此基础上分析青藏高原植被与环境因子相互关系的研究尺度与方法。结果表明:(1)气温、降水、辐射等自然因素和放牧、农耕、筑路等人为活动均对青藏高原植被的碳交换、水分利用效率、元素含量与分布格局、物候、多样性等指标产生显著影响,植被的变化也同时影响着土壤的水热交换、水文过程和理化性质等;(2)在植被退化过程中,由高覆盖度向中覆盖度转变时对土壤理化性质产生的不利影响强于由中覆盖度转为低覆盖度时,高覆盖度地区的植被保护需要引起更多关注;(3)现有研究更多关注单一要素、单一尺度,未来应关注多要素间的相互耦合,通过合作与共享获取数据,开展多尺度对比和尺度效应研究,系统梳理和分析植被与环境因子的相互关系可为制定科学合理的生态修复策略提供科学依据。

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全国采矿损毁土地分布与治理状况及存在问题

杨金中, 许文佳, 姚维岭, 孙娅琴

2021, 28(4): 83-89.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.8

摘要 ( 670 )

HTML ( 13 )

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服务“源头严控、过程严管、后果严惩”全链条管理的全国矿山遥感监测技术体系已经形成。2019年遥感监测查明:全国采矿损毁土地361.05万hm²,约占全国陆域面积的0.37%;其中,挖损土地145.93万hm²,压占土地130.67万hm²,塌陷土地84.45万hm²;在建生产矿山采矿损毁土地134.04万hm²,废弃矿山采矿损毁土地227.01万hm²。全国累计矿山环境恢复治理土地93.08万hm²。2018年度,全国新增的采矿损毁土地4.81万hm²,新增的矿山环境恢复治理土地6.52万hm²。初步分析了全国采矿损毁土地、矿山环境恢复治理土地等遥感工作现状及存在问题,提出对策建议。

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基于IUCN《矿山生物多样性管理系列指南》的大宝山矿生态修复实践研究

罗明, 张世文, 魏洪斌, 周鹏飞, 周妍, 陈妍, 李灼超, 张金桃

2021, 28(4): 90-99.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.9

摘要 ( 257 )

HTML ( 10 )

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为研究矿山开采及修复过程中如何开展生物多样性管理,本文借鉴IUCN(世界自然保护联盟)发布的《矿山生物多样性管理系列指南》成果,将相关理论和方法应用到广东大宝山矿生态修复实践中。文章在介绍IUCN的“综合生物多样性管理体系”方法主要内容的基础上,将其作为大宝山矿实施生态修复依据,阐述了该管理体系在矿山生态修复工程中的应用,并结合广东大宝山矿的实际情况,提出了大宝山矿生物多样性管理的保护与修复框架,包括全周期的生物多样性管理手段,重点阐述大宝山矿生物多样性调查与监测、评价、保护与受损控制及恢复的技术方案,最后分析了对中国矿山生物多样性保护和修复的启示,IUCN矿山生物多样性管理系列指南对于指导我国矿山生态修复具有重要作用。

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资源型城市景观生态风险的时空分异:以乌海市为例

李少玲, 谢苗苗, 李汉廷, 王回茴, 许萌, 周伟

2021, 28(4): 100-109.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.24

摘要 ( 141 )

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为探究大型露天煤矿开采对西北干旱荒漠区景观生态风险的影响,以及资源型城市转型背景下的时空动态,以资源衰退型的内蒙古自治区乌海市及周边县域为研究区,结合现有景观生态风险评价中的干扰度、脆弱度指标,增加受威胁指数来综合构建资源型城市景观生态风险评价框架。基于乌海市2005—2015年景观类型数据,从时间和空间上分析景观生态风险及其动态。结果显示:(1)2010—2015年景观类型之间转移相较于2005—2010年更剧烈,年变化强度分别为7.43%和3.44%,工矿用地与城市建设用地最活跃,但年增加强度减小。(2)林地、水域和湿地损失度先略增加后大幅度减小,其他土地和草地损失度呈增加趋势,工矿用地先减小后略增加;城市建设用地和工矿用地受威胁指数最大,其余类型的景观受威胁指数均有上升趋势,但其他土地、水域和湿地增加趋势逐渐减慢。(3)2005—2015年景观生态风险指数升高,空间分布总体呈西、中部高而南北低的格局,而不同等级风险区表现为低风险区由边缘向中心转移,而高风险区依托原有高风险区扩展。研究期风险区变化显著的是西部沙地高风险区,矿区东部其他土地因周围分布灌丛和草地,风险始终低于西部其他土地。根据不同风险等级中工矿用地的面积占比情况,将工矿用地占比控制在5%以内可达到控制总体景观生态风险的目的。研究为资源型城市通过合理的景观配置进行生态风险管控提供了依据。

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煤炭开发区植被扰动时空效应及影响范围界定:以宁东矿区为例

袁涛, 倪璇, 周伟

2021, 28(4): 110-117.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.11

摘要 ( 356 )

HTML ( 17 )

PDF(3946KB) ( 369 )

煤炭开采是一种具有大规模高强度性质的生态扰动行为,会产生区域地表压占与损毁、植被破坏等生态扰动和环境污染问题。西北干旱荒漠区气候干旱,植被稀疏,生态环境本身极其脆弱,宁东矿区是典型的干旱荒漠煤炭开发区,有重要的研究价值。本文选择宁东矿区以及与矿区自然条件相近的自然植被参照区作为研究对象,收集2008—2019年共276期MODIS归一化植被指数(normalized vegetation index,NDVI)长时间序列遥感数据,通过STL时间序列分解、函数主成分分析(function principal component analysis,FPCA)、像元二分模型植被覆盖度计算等方法,从时间维度上分析了矿区周边区域和参照区NDVI均值在研究期内的总体变化趋势,发现随着开采过程的持续,相比自然参照区植被而言,矿区周边植被生长受到了明显胁迫;从空间维度上分析了不同距离缓冲区NDVI数据的相关性特征,在此基础上通过函数主成分分析得到第一主成分函数,确定矿区生态影响范围边界在7 km左右;本研究还在像元尺度分析了植被覆盖度的变化情况,按照变化的程度进行了分级统计分析,发现矿区周边区域虽然NDVI均值总体长期趋势相对稳定,但植被中度和重度退化区域面积明显增加。

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内蒙古乌海粉尘浓度时空分布及影响因素探析

张明浩, 赵廷宁, 肖辉杰

2021, 28(4): 118-130.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.5

摘要 ( 139 )

HTML ( 8 )

PDF(4119KB) ( 106 )

于2018年1月与7月采用流动监测法,对内蒙古乌海粉尘颗粒物进行采集,结合监测站数据,研究乌海不同粒径粉尘浓度时空分布规律及影响因素。结果表明:乌海市冬春季粉尘污染远远高于夏秋季,春季污染最严重,夏季污染相对较轻。PM_2.5污染最严重月份为3月,PM₁₀污染最严重月份为4月。一天中粉尘浓度峰值出现在10:00—12:00,谷值出现在16:00—18:00。空间上东部粉尘浓度高值区以条带状分布,中南部和西部以点源放射状向周围扩散。不同土地利用类型内部粉尘浓度特征均不同。工矿用地和城镇内部浓度高于有林地和未利用地,耕地和水体内部浓度最低;工矿用地是乌海市粗颗粒粉尘的主要来源,城镇是乌海夏季细颗粒粉尘的主要来源,水体、耕地和有林地可明显降低空气中颗粒物浓度。总悬浮颗粒物(total suspended particulate,TSP)和不同粒径颗粒物(particulate matter,PM),包括PM₁₀、PM_2.5、PM₁等粉尘浓度与风速、湿度呈正相关,与温度、海拔呈负相关,其中气压是影响TSP浓度的最主要因素,湿度是影响PM_1-10的最主要因素。不同粒径粉尘浓度受到归一化指数、气象、地形等多因素综合制约,单一条件对大气粉尘影响有限。

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安徽铜陵硫铁矿集中开采区矿山地质环境评价研究

贾晗, 刘军省, 殷显阳, 王春光, 耿浩, 迟昊轩, 唐世杰

2021, 28(4): 131-141.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.16

摘要 ( 239 )

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PDF(7089KB) ( 406 )

安徽铜陵地区是我国典型的硫铁矿集中开采区。研究区内新桥硫铁矿等数座硫铁矿山的长期开采造成了生态环境的破坏,对铜陵地区硫铁矿集中开采区矿山进行地质环境评价可为矿山生态恢复提供依据。本文在资料分析和实际调查的基础上,选取了地质环境背景、矿业开发、矿山地质环境问题和地质灾害4种要素下20种评价指标,采用层次分析(analytic hierarchy process,AHP)法确定了各要素和指标的权重值。在此基础上运用模糊数学综合评判对研究区进行矿山地质环境评价,并采用ArcGIS的网格化插值评价法对比验证。结果表明:地质环境背景、矿业开发、矿山地质环境问题和地质灾害对矿山地质环境影响的权重值分别为0.10、0.14、0.37、0.39。模糊综合评价二级初判结果为:矿山地质环境问题对研究区矿山地质环境总体上影响较大,其中水土污染问题最为突出;一级初判结果为研究区内矿山地质环境总体较好。网格化插值评价将研究区矿山地质环境划分为严重区、较严重区和轻微区,面积占比分别为4.62%、32.04%、63.34%。模糊数学综合评价与网格化插值评价结果基本一致,AHP与模糊数学综合评判法对硫铁矿集中开采区的地质环境评价适用性较好。评价结果可为当地开展矿山地质环境保护和治理工作提供依据。

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新疆荒漠露天矿区生态受损及砾幕层重构方法研究

张俊杰, 白中科, 杨博宇

2021, 28(4): 142-152.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.15

摘要 ( 548 )

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露天矿开采过程中的岩土剥离、土地压占导致大面积的地表、植被及地下水系被破坏和景观格局的改变,带来一系列生态环境问题。西北荒漠矿区作为我国未来煤炭资源战略的重要接替区,若无针对性的生态修复对策,将会严重威胁到我国国土生态安全。选取西北荒漠区7座典型露天煤矿,采用实地调研与实证研究法、遥感影像法、比较研究法等,从地貌重塑、砾幕层重构、荒漠植被重建3方面进行研究。结果如下:(1)新疆7座露天煤矿均有不同程度的土地扰动情况,白石湖矿区土地压占情况最严重,达到1 190.3 hm²;五彩湾矿区土地占用面积最大,为2 251.0 hm²;将军戈壁土地挖损面积最严重,达到1 007.3 hm²;大南湖矿区裸地面积最多,达到20 164.2 hm²;伊犁露天煤矿周边植被较多,达到343.3 hm²;西黑山矿区周边交通用地最多,达到194.3 hm²。(2)选择最具有代表性的五彩湾露天矿区进行砾幕层研究,其砾幕层面积比例由2000年的60.12%下降到2010年的31.28%,再上升至2017年的42.75%。(3)五彩湾矿区生物量为12.53 g/(m²·a),景观多样性指数为0.219 3,景观优势度为1.780 7,景观均匀度为0.109 7,其生态承载能力较弱,生态体系阻抗干扰能力较差,且区域的生态完整性较低。(4)五彩湾矿区植被覆盖率在2000年至2005年呈现上升趋势,2005年达7.72%,2005年至2015年呈现下降趋势,2015年降至3.89%。总的来说,西北荒漠露天矿区生态受损程度较为严重,应以砾幕层重构为主,采取人工支持引导的方式,提高自然生态修复的速率与效果,使受损生境通过自身主动反馈,走向自发恢复的良性循环。

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黄土区露天煤矿排土场人工林下植被发育动态

赵冰清, 白中科, 郭东罡, 曹银贵

2021, 28(4): 153-164.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.18

摘要 ( 679 )

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基于安太堡露天煤矿南排土场1 hm²“刺槐(Robinia pseudoacacia)+榆树(Ulmus pumila)+臭椿(Ailanthus altissima)”配置模式动态监测样地复垦17年和22年的调查数据,采用多项指标对人工林下草本层植物物种多样性进行测度,同时利用方差比率法(VR )、χ²检验和Spearman秩相关系数检验对群落草本层物种总体关联性和主要物种的种间联结性进行了分析。结果表明:(1)复垦17年后,人工林下草本层共调查到20科46属62种植物,以菊科植物优势地位明显;复垦22年后,共记录到 18科39属53种草本层植物,禾本科植物的重要值逐渐增加。5年间,优势成分由大籽蒿(Artemisia sieversiana)变为鹅观草(Roegneria kamoji)。与原地貌自然植被相似,人工林下多年生和中生植物在两次调查中均占优势。随着复垦年限的增加,人工林下1年生、1-2年生及中生植物重要值下降,多年生和旱生、中旱生、旱中生植物的重要值有所增加。(2)复垦17年后,人工林下草本层植物物种丰富度已超过原地貌自然植被。随着演替的进展,Patrick丰富度指数有所降低,Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均呈现增加趋势。复垦22年后,人工林下草本层植物物种多样性已修复至原地貌自然植被的94.12%。(3)人工林下草本层植物总体关联性由显著负关联变为不显著负关联。主要物种正负关联比由0.30上升至0.79,但均小于1,并且呈极显著和显著关联的种对数较少,说明人工林下草本层植物群落种间联结较为松散,各物种间的关系以竞争为主。主要种针茅(Stipa capillata)与榆树(U.pumila)幼苗呈显著正相关,它们均为地带性物种,生态适应性强,可用于该矿区植被恢复的优选物种进行混合种植。该研究可为矿区植被重组和生物多样性保护提供理论依据。

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土地复垦美学视觉评价:以黄土高原矿区为例

程纪元, 白中科, 杨博宇, 张嘉楠

2021, 28(4): 165-174.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.14

摘要 ( 180 )

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PDF(1760KB) ( 131 )

目前国内外很少有从美学角度进行土地复垦的研究,土地复垦美学概念暂未提出,土地复垦美学视觉评价体系还未成熟。为深入研究土地复垦美学概念内涵,讨论土地复垦美学表现形式,本文参考平朔矿区土地复垦与生态修复的经验,采用文献归纳法和移植研究法,以“山水林田湖草生命共同体理念”为依托,构建了由要素评价和系统评价组成的嵌套式评价体系。通过解构美国林务局视觉管理系统(visual management system,VMS)评价、美国土地管理局视觉资源管理系统(visual resource management,VRM)、联邦公路局视觉影响评估系统(visual impact assessment,VIA)、复田景观评价、园林景观美学评价等成熟的视觉评价体系,结合矿区生态系统修复“五元共轭”理论,构建了一套适用于黄土高原矿区的土地复垦美学视觉评价体系,所有指标共计21项,即地貌重塑与土壤重构相关指标8项、植被重建与生物多样性相关指标7项、景观重现相关指标6项。各项指标完成了定性、半定量化释义,修正了“岩貌、地形地貌、湖泊、毗邻景观”4项指标的评价标准。土地复垦美学评价不可忽略主观因素影响,应注重景观美学表现形式的多样性与差异性,使土地复垦美学视觉表现得更具选择性。

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铜陵矿区主要河流水质分析与污染评价

王春光, 刘军省, 耿浩, 贾晗, 殷显阳, 迟昊轩

2021, 28(4): 175-183.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.1

摘要 ( 196 )

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PDF(3215KB) ( 296 )

铜陵矿区是长江下游重要的铜铁资源基地,也是典型的含硫多金属矿区,矿山酸性废水是矿业开发活动不可避免的环境问题,对地表水体有很大影响。本文以铜陵矿区主要河流为研究对象,通过野外调查采样和室内测试分析,从常规理化性质、矿山酸性废水和重金属元素三方面分析了的水质现状,采用单因子指数和内梅罗水质指数法进行了污染评价。结果表明:(1)矿区河流污染成分以有机污染和矿山酸性废水污染为主,其次是重金属污染。(2)在检测的46个河段中, 按综合污染指数大小分级,共计有93.48%的河段受到不同程度的污染,其中,水质严重污染的河段占 4.35%,水质重污染的河段占13.04%,水质污染的河段占 65.22%,水质轻污染的河段占10.87%;共计有6.52%的河段水质较好,均为清洁状态。(3)3条河流按污染程度大小依次为新桥河>顺安河>红星河,除顺安河外,其他均受到了矿山酸性废水污染。今后应重点关注矿山酸性废水的污染机理与风险评估,加强矿区水环境保护与恢复治理工作。

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黑河流域中游盆地水文地球化学演化规律研究

王文祥, 李文鹏, 蔡月梅, 安永会, 邵新民, 吴玺, 尹德超

2021, 28(4): 184-193.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.5.28

摘要 ( 191 )

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PDF(3968KB) ( 186 )

黑河是我国第二大内流河,研究其水化学演化规律,对于区域水资源科学利用与管理、保障饮水安全和下游生态安全都具有重要作用。本文利用2014—2018年在黑河流域开展1∶50 000水文地质调查所获取的资料,研究了黑河干流和丰乐河两个典型剖面的水化学和同位素变化规律。结果表明,黑河中游盆地地下水主要来源于祁连山区大气降水补给,黑河干流区地下水氘氧同位素比丰乐河流域更为富集,反映了氘氧同位素的高程效应。在丰乐河流域排泄区发现了非现代气候条件下形成的古水,说明现在的盐湖盆地早期就是地下水滞留区。山前戈壁带含水层经长期淋滤作用,地下水溶解性总固体(total dissolved solids,TDS)较低,水化学类型以重碳酸型为主。溢出带以北下游地区TDS逐步增高,地下水类型以硫酸型、硫酸-氯型为主,具有两种地下水化学背景和演化模式:一种是石膏溶解-碳酸盐沉淀析出-氯化物溶解-缓慢的硅酸盐非完全溶解和阳离子交换反应模式;另一种在此基础上增加硫酸钠溶解演化模式。流域补给区和径流区地下水TDS升高的主要原因是溶滤作用。丰乐河排泄区地下水TDS升高的主要原因仍是溶滤作用,溶滤盐分的来源是表层的盐分,以石盐为主。黑河干流排泄区由于含水层较薄,水位埋深较浅,蒸发对地下水咸化的影响更大。

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柴达木盆地大柴旦地区地下水水化学特征及演化规律

张景涛, 史浙明, 王广才, 姜军, 杨炳超

2021, 28(4): 194-205.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.6.40

摘要 ( 580 )

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PDF(2891KB) ( 429 )

地下水在干旱/半干旱地区的生态环境保护中起着主导作用。柴达木盆地北缘的大柴旦湖地处西北干旱区,其生态环境较为脆弱,了解该地区的地下水水化学演化特征,对这一生态敏感地区的地下水可持续利用至关重要。本研究通过采集该地区28 个具有代表性的水样,运用数理统计、Piper图、Gibbs图、离子比值、饱和指数和反向水文地球化学模拟等方法,分析了研究区地下水水化学类型分布特征,探讨了地下水水化学演化过程中的水岩作用。结果表明:(1)由山前冲洪积扇到大柴旦湖,地下水水化学类型由HCO₃·Cl·SO₄-Na·Ca型向SO₄·Cl-Ca·Na、Cl-Na型演化转变,总溶解固体物含量由小于1 g/L增至380 g/L以上。(2)Gibbs图、主要离子比值分析及饱和指数表明,研究区地下水水化学特征主要受水岩作用和蒸发结晶作用控制,沿地下水流路径上,主要发生了岩盐、石膏的溶解,方解石的沉淀,白云石和长石的溶解或沉淀。氯碱指数、[(Na⁺+K⁺)-Cl^-]与[(Ca²⁺+Mg²⁺)-( $HCO 3 -$ + $SO 4 2 -$ )]关系表明,阳离子交换作用也影响着该地区地下水水化学组分的形成。(3)通过反向水文地球化学模拟,定量验证了地下水径流过程的主要水-岩作用。

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石家庄地区浅层地下水铁锰分布特征及影响因素分析

张小文, 何江涛, 黄冠星

2021, 28(4): 206-218.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.7.4

摘要 ( 394 )

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PDF(13293KB) ( 376 )

铁锰离子作为石家庄地区浅层超Ⅲ类地下水的主要贡献指标,严重威胁着当地供水水质安全及居民身体健康。本文在资料收集和水文地质调查的基础上,通过对138组地下水水样的采集和分析,研究了地下水中铁锰的空间分布特征,考虑水文地质条件差异和地下水开采、地表污染输入等人为因素,分析铁锰分布成因,并进行多元回归建立了影响因子和铁锰问题之间的数理关系,确定了区内铁锰分布的主控因素。结果表明:研究区Fe、Mn质量浓度平均值分别为0.2和0.04 mg/L,超Ⅲ类水样点分别占总水样点的15.2%、5.8%。其低值点主要分布在冲洪积扇顶部单元、地下水降落漏斗区域,主要受地下水开采影响,超采区易形成氧化环境使低价铁锰被氧化成高价难溶铁锰化合物,导致了铁锰浓度降低。铁锰中值点主要分布于冲洪积扇中部单元,中部单元岩性变细、水力梯度变小、易形成还原环境是导致铁锰集中在中部单元的天然优势。高值点呈点状或带状分布于石家庄市区北部、正定县、灵寿县南部等局部地区,主要由地表污染输入所贡献,污染物输入导致了氧化还原和酸碱环境的改变,促进了铁锰的还原溶解,造成铁锰浓度的升高。

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基于Worldview-3与Sentinel-1 SAR数据的草原矿区复垦植被生物量反演方法研究

刘艳慧, 杨晓宇, 包妮沙, 顾晓薇

2021, 28(4): 219-228.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.10

摘要 ( 184 )

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PDF(7882KB) ( 154 )

利用多源遥感数据定量反演矿区复垦植被生物量是高效、动态、大面积监测土地复垦和生态恢复效果的必要手段之一。本文以内蒙古草原露天煤矿为研究区,联合遥感光学与雷达数据各自的优势,探索基于Worldview-3(WV-3)与Sentinel-1 SAR数据的矿区复垦植被生物量反演方法,选择主成分-小波变换(W-PCA)算法对WV-3与Sentinel-1 SAR数据进行融合,揭示波段反射率、植被指数、后向散射系数及纹理特征等参数与生物量之间的相关关系,建立多变量的生物量反演模型,并分析不同生物量模型的空间不确定性。结果表明:(1)通过W-PCA算法得到融合后的图像,信息熵的提高反映了融合图像与光学WV-3图像相比具有更多的细节信息,平均梯度的提高反映了融合图像与Sentinel-1 SAR图像相比具有更高的清晰度和更丰富的纹理信息。融合后的第8波段相关系数最高、光谱扭曲度最低、光谱保真度最高。(2)通过相关性分析,发现增强型植被指数(EVI)、归一化植被指数(NDVI)、VH极化、VH均值纹理以及融合后第8波段与生物量显著正相关。WV-3的NDVI与Sentinel-1的VH_ME建模精度(R²=0.834 0,RMSE=16.464 6 g/m²,Ac=81.52%)最高,融合后的第8波段验证精度(R²=0.798 3,RMSE=22.828 3 g/m²,Ac=74.64%)最高。(3)基于不同模型的残差不确定性分析,Sentinel-1 SAR数据变量建立的模型估测结果更容易出现高估及饱和现象,两者联合变量建立的模型可实现优势互补,利用融合数据建立的模型明显改善生物量小于40 g/m²时的高估计现象以及生物量大于100 g/m²时的两者饱和现象,其不确定性降低2.42~9.68 g/m²。因此,利用光学和雷达遥感融合能够有效提高复垦植被生物量的估算精度,为草原矿区复垦植被精细监测提供有效的数据支持。

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数据挖掘算法在高寒草地退化驱动因素相关性分析中的应用

马蓉蓉, 杨国柱, 胡月明, 周伟

2021, 28(4): 229-237.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.10.19

摘要 ( 262 )

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PDF(4028KB) ( 151 )

高寒草地的退化受到众多自然、人为活动的影响,退化与驱动因素之间的耦合关系复杂。本文以青海省称多县为研究区,提取2005—2014年归一化植被指数(NDVI,normalized difference vegetation index)时间序列数据集,结合温度、降水、社会经济因素,运用基于数据挖掘的提升度算法进行相关性分析,研究影响高寒草地退化指标与表示高寒草地退化指标之间两者的关系。本文采用提升度算法针对3个等级的NDVI、可食量、植株高度与相应的温度、降水、鼠害和放牧强度之间的关系进行分析,能够更精确地分析各驱动因子在不同等级取值范围下对草地不同等级退化的贡献率,发现驱动因素与草地退化之间的影响关系并不是单向的,而是到达一定的程度时会出现逆向影响关系。本研究得到如下结论:(1)草地植被覆盖度低与气温和降水存在负相关;(2)草地可食量低与气温和人口存在负相关,与牲畜存在正相关;(3)地上植株高度低与牲畜呈现正相关。

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雄安新区西南部土壤重金属污染特征及生态风险评价

张素荣, 王昌宇, 刘继红, 邢怡, 刘庆学, 杨俊泉, 贺福清

2021, 28(4): 238-249.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.7.1

摘要 ( 260 )

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PDF(4819KB) ( 301 )

土壤重金属污染具有巨大的生态环境风险和危害。本文以雄安新区西南部(老河头镇、同口镇和芦庄乡)的表层土壤和大宗农作物小麦、玉米为研究对象,在对8种重金属As、Ni、Cu、Cr、Pb、Hg、Cd和Zn含量测试分析的基础上,开展了土壤重金属污染和生态风险评价。结果表明:研究区表层土壤局部存在重金属超标情况,重金属的污染程度依次为:Cd>As>Cu>Zn>Pb>Hg,Cr和Ni土壤环境清洁;研究区表层土壤重金属污染是人为源输入,老河头镇及周边大量有色金属冶炼活动是可能的主要污染源;8种重金属的潜在生态危害程度由强至弱依次为:Cd>Hg>As>Cu>Pb>Zn>Cr>Ni;多金属潜在生态风险指数RI的平均值为252,土壤整体的重金属潜在危害程度为中等风险,其中Cd对潜在生态风险指数RI的贡献最大,且Cd的活性最强,迁移能力强,易被植物吸收。研究成果可为雄安新区的土地利用规划提供重要依据。

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扬子西缘洋岛型与岛弧型火山岩岩石成因与构造意义:从板内裂谷到洋-陆俯冲

张继彪, 丁孝忠, 刘燕学

2021, 28(4): 250-266.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.12.4

摘要 ( 370 )

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PDF(8152KB) ( 254 )

扬子西缘晚中元古代—早新元古代岩浆岩对扬子陆块构造演化以及Rodinia超大陆的汇聚和裂解至关重要。本文获得扬子西缘会理群天宝山组玄武质凝灰岩和盐边群渔门组角闪安山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(1 035±15) Ma和(884±9) Ma。天宝山组玄武质凝灰岩属于碱性玄武岩系列,富集大离子亲石元素和高场强元素,具有正的ε_Nd(t)值(4.6),表现出与洋岛玄武岩相似的地球化学特征。天宝山组火山岩来自以石榴子石和尖晶石为稳定区的地幔橄榄岩1%~5%的部分熔融。渔门组角闪安山岩属于钙碱性岛弧玄武岩系列,以富集大离子亲石元素和轻稀土,亏损高场强元素为特征,具有明显的Nb、Ta、Ti负异常,ε_Nd(t)值为1.1~2.8。渔门组火山岩来自以石榴子石和尖晶石为稳定区的地幔橄榄岩5%~15%的部分熔融。构造背景判别图解指示天宝山组玄武质凝灰岩形成于被动大陆边缘板内裂谷盆地,而渔门组角闪安山岩形成于活动大陆边缘岛弧环境。根据本文获得的年代学及地球化学数据,笔者认为扬子西缘与大陆裂谷相关的天宝山组火山岩和与板块俯冲有关的渔门组火山岩,记录了新元古代早期构造动力学背景由板内裂谷转为洋-陆俯冲的变化。

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大兴安岭北段小柯勒河花岗斑岩地球化学、Hf同位素组成及锆石U-Pb定年

陈志刚, 李永胜, 于晓飞, 王颖, 甄世民, 公凡影

2021, 28(4): 267-282.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.12.6

摘要 ( 268 )

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小柯勒河钼铜矿床是近年来大兴安岭北段发现的斑岩型矿床,成矿与花岗闪长斑岩有关。本文研究的花岗斑岩脉侵位到花岗闪长斑岩中,围绕花岗斑岩叠加了新的蚀变和矿化。花岗斑岩内部和两侧发育有带状分布的钾化、硅化和绢英岩化蚀变,蚀变带内发育浸染状和细脉状黄铁矿、辉钼矿和黄铜矿,辉钼矿矿化尤为强烈,总体表现为中高温热液蚀变和矿化特征。本文通过LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩地球化学与Hf同位素研究,揭示了花岗斑岩岩石成因、岩浆源区和构造背景。获得岩石锆石U-Pb年龄为(131.42±0.39) Ma,为早白垩世。小柯勒河花岗斑岩的组成矿物主要为正长石、钠长石、微斜长石和石英,无碱性铁镁矿物及富铝矿物。岩石属于高钾钙碱性系列,具有高SiO₂(76.24%~77.55%)、富碱((K₂O+Na₂O)含量8.12%~8.44%)、贫MgO(0.09%~0.16%)、低CaO(0.30%~0.65%)的特点,A/CNK值为0.94~1.04,并富集Rb、Th、U,亏损Nb、P、Ti。岩石的(Zr+Nb+Ce+Y)含量和10000 Ga/Al比值均低于A型花岗岩的下限,综合矿物学及地球化学特征表明花岗斑岩属于高分异I型花岗岩。锆石的ε_Hf(t)的值为-0.2~+4.0,Hf同位素二阶段模式年龄T_DM2(Hf)=1 199~931 Ma,表明岩浆主要起源于亏损地幔的新增生地壳,形成过程可能有古老地壳物质的混染。结合区域构造演化资料及构造判别图,认为岩石形成于古太平洋板块俯冲弧后扩张和蒙古—鄂霍茨克造山后的伸展环境。晚侏罗世末期—早白垩世是大兴安岭中北段重要的钼(铜)矿化爆发期,这一时期侵位的浅成高钾钙碱性花岗质侵入体,是寻找斑岩型钼(铜)的重要目标地质体。

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甘肃金川早古生代正长花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年代学、岩石学、地球化学特征及其构造意义

张晓旭, 苏尚国, 刘美玉, 王为柱

2021, 28(4): 283-298.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.7.7

摘要 ( 256 )

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报道了甘肃金川正长花岗岩体的岩石学、锆石U-Pb年代学和全岩地球化学资料,以确定岩体的形成时代、岩石成因及其构造属性。正长花岗岩样品中岩浆锆石SHRIMP U-Pb加权平均年龄为(425.7±2.5) Ma(MSWD=1.07),属晚志留世,与金川地区出露的辉绿岩脉年龄相近。正长花岗岩低硅(SiO₂ 66.71%~70.05%),富碱(Na₂O+K₂O 10.00%~10.7%),K₂O/Na₂O比值为1.88~2.41,高全铁(FeO^T 1.79%~2.62%),低钛(TiO₂ 0.34%~0.52%),A/CNK=0.82~1.05。岩石学及化学成分显示其属于准铝质碱性系列A1型花岗岩,具有较高的锆石饱和温度(T_Zr=878~1 015 ℃);稀土元素含量高,ΣREE含量为374.4×10^-6~529.4×10^-6(平均428.7×10^-6),稀土元素配分曲线呈现轻稀土元素相对富集、重稀土相对亏损的右倾分布特征,(La/Yb)_N=28.07~41.28,具Eu负异常(δEu=0.53~0.66)。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示Nb、Ta、Ti和P的亏损。岩石具有较高的Rb/Sr值(介于0.81~1.27之间,平均值为1)和Rb/Nb值(介于4.72~9.75之间,平均值为7.15),显示壳源岩浆的成分特征。结合区域地质背景及构造判别认为,金川正长花岗岩形成于上地壳长英质物质在高温条件下的部分熔融,同时代出露的辉绿岩脉与其组成的双峰式侵入岩形成于伸展的板内裂谷环境,与约426 Ma阿拉善地块和祁连-柴达木地块导致的俯冲板片断裂、折返以及软流圈地幔的上涌有关,金川地区“I6隐伏矿体”形成以后所经历的构造活动及热液成矿作用的叠加可能与该双峰式岩浆活动有关。

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松辽盆地及周缘地区侏罗系/白垩系界线区域对比特征探讨

瞿雪姣, 高有峰, 林志成, 王璞珺, 吴康军

2021, 28(4): 299-315.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.7.3

摘要 ( 219 )

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松辽盆地及周缘地区是白垩纪时期全球最大的陆地出露区,是开展陆相J/K界线研究的理想地区。但是,受制于盆内埋深大、盆缘露头出露不佳等原因,松辽盆地及周缘地区J/K界线发育区域及层段仍然存在较大争议。同时,对于陆相J/K界线划分与对比这样的重大疑难问题,其研究很难一步到位。总结一套影响广泛、区域对比性强的J/K界线区域对比框架性特征,可以有效聚焦目标区域和层段,为进一步的精细研究明确方向。系统梳理松辽盆地及周缘典型地区J/K界线上下地层中记录的区域构造背景、岩浆事件和生物宏观演化阶段可发现:(1)松辽盆地以西和以南地区晚侏罗世为块体碰撞后陆壳加厚坍塌或拆沉的伸展环境,早白垩世为推覆陆壳加厚坍塌或拆沉的伸展环境;松辽盆地晚侏罗世为碰撞后持续造山环境,早白垩世为双侧活动陆缘影响下的区域性伸展-裂陷环境;松辽盆地以东地区晚侏罗世—早白垩世可能为走滑构造背景。(2)松辽盆地及周缘地区晚侏罗世—早白垩世生物演化阶段表现为晚侏罗世燕辽生物群的衰落和白垩纪热河生物群的兴起,其中晚侏罗世孢粉组合以裸子植物花粉占绝对优势、高Classopollis含量为特征,早白垩世则以松柏类两气囊花粉占绝对优势、低Classopollis含量为特征。(3)冀北—辽西地区的土城子组、黑龙江东部的东安镇组和东荣组应是J/K界线进一步工作的重点层段,大兴安岭地区的满克头鄂博组、松辽盆地常家围子断陷及其以西至大兴安岭局部地区可以尝试开展J/K界线研究工作。

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奥连特盆地斜坡带原油地化特征、充注模式及勘探实践

张志伟, 马中振, 周玉冰, 阳孝法, 王丹丹, 刘亚明, 赵永斌

2021, 28(4): 316-326.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.6.38

摘要 ( 224 )

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奥连特盆地斜坡带原油油品分布复杂,重质原油开发难度大、不经济,中轻质原油分布规律不清,严重制约斜坡带油气勘探。本文从原油地化分析入手,通过分析原油分布特征和地化特征,明确重油成因机理,建立原油充注模式,指出中轻质油有利发育区,以有效指导油气勘探。研究结果如下:(1)斜坡带原油正构烷烃具有前峰型碳分布形式,表明原油主要为海相母源;(2)原油具有“双低+双高”族组成,表明原油为烃源岩低熟-成熟阶段产物;(3)重油主要为生物降解成因,证据1为:饱和烃总离子流图发育UCM现象,证据2为:检测发现25-降藿烷标志性化合物;(4)地化分析表明同一样品中同时存在降解原油和未降解原油特征,表明原油为两期充注成因;(5)据此建立油气两期充注模式:早期常规原油充注,中期原油普遍遭受生物降解,原油变重,晚期常规原油充注与降解原油混合控制平面原油油品分布特征,并指出斜坡带砂岩尖灭条带下倾方向是常规油有利分布区,部署探井、评价井获得了成功。

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鄂尔多斯盆地膏质白云岩有利储层的成因及演化

何明倩, 黄文辉, 久博

2021, 28(4): 327-336.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.6

摘要 ( 470 )

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膏质白云岩是鄂尔多斯盆地中东部下古生界马家沟组M5₁最有利储层,影响膏质白云岩储层性质的最大因素在于溶蚀作用。本文在已有的研究基础上,应用岩心资料及阴极发光、地球化学等方法,测定M5₁膏质白云岩及其特殊的示底构造的化学成分,并分析其成因模式。岩心、薄片以及物性资料显示:石膏溶蚀形成的大量膏模孔及伴生的次生孔是储层的主要储集空间,示底构造规模性出现于膏质云岩中。阴极发光、常微量元素分析结果显示:示底构造上部充填埋藏期方解石;下部充填碎屑白云石,与示底构造外围的准同生期泥-粉晶白云石具有相近的地球化学特征,与深部埋藏期形成的细-中晶白云石差异明显。示底构造的演化是膏质白云岩有利储层形成的重要依据,本文依据化学离子平衡原理,对不同成岩阶段发生的溶蚀作用、填充作用进行离子间相互置换的重演,分析得知不稳定的化学组成是石膏易被溶蚀的内在原因,石膏的规模性溶蚀是膏质云岩有利储层形成的关键。

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泥石流灾害的物源控制与高性能减灾

陈宁生, 田树峰, 张勇, 王政

2021, 28(4): 337-348.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.6.39

摘要 ( 244 )

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传统的观点认为山区泥石流灾害的形成主要取决于降水,其产汇流运动的过程是可采用水文过程模拟的物理过程。基于目前泥石流灾害集中分布于地震带和干旱河谷的现象以及现有的泥石流形成与防治研究基础,我们发现在人类居住与活动的山区,其坡度和降水极易满足泥石流灾害的形成条件,因此物源控制着泥石流灾害的孕育、形成和演化,主宰了灾害性泥石流的过程。物源的动态变化改变了泥石流发育的难易程度,主导了泥石流的规模和频率变化。泥石流物源在内外动力作用下经历松散化或密实化两个不同的演化过程,不同密度的土体通过剪缩或剪胀形成不同规模、频率与性质的泥石流。此外物源也控制了泥石流的规模放大过程。实践证明基于物源控制理论的区域预测、分级多指标预警和工程调控技术是科学有效的。因此,灾害性泥石流是一个地质作用主导的地质过程,该过程的特征描述需要更多地考虑基于地质环境条件的经验模型,且高效能的灾害预测预警与调控需要基于物源控制的机理和过程而进行。

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高速远程滑坡的地貌学与沉积学研究进展

陈剑, 陈瑞琛, 崔之久

2021, 28(4): 349-360.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.7.2

摘要 ( 231 )

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本文总结了当前有关高速远程滑坡远程机制的研究现状,探讨了滑坡地貌学和沉积学对于揭示高速远程滑坡运动学机理的重要意义。通过梳理前人关于高速远程滑坡堆积形态的分类,分析了高速远程滑坡主要的形态学特征、蕴含的运动学信息以及高速远程滑坡的脱落块体、丘体、脊结构、断层等的地貌结构特征,并进一步指出这些地貌结构的形成主要是滑坡体物质不均匀运动的结果,其受地形和内聚力的影响。高速远程滑坡的沉积学特征明显受到岩性、地形和基底等因素的影响,本文对高速远程滑坡的沉积相模式及其运动学意义进行了分析,并对地层不变性与反序结构两个重要堆积特征进行了讨论。最后,指出高速远程滑坡地貌学与沉积学研究当前主要存在的一些问题,建议将大型物理模拟与数值模拟方法相结合,加强对高速远程滑坡地貌微形态和堆积结构的形成机制研究。

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四川巴塘县茶洛地区温泉及间歇喷泉水化学特征和成因分析

曹入文, 周训, 陈柄桦, 李状

2021, 28(4): 361-372.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.6.35

摘要 ( 443 )

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温泉的水化学和成因研究对地热资源的开发利用有重要意义。四川巴塘县茶洛温泉的分布受茶洛—松多断层带的控制,沿北东—南西向的河流两岸出露,附近出露三叠系灰岩、砾岩和燕山期花岗岩。在温泉区出露有近20个泉眼,对其中10个泉眼进行采样测试。受出露点冷水混入的影响,东北部的两个泉眼温度为45~51 ℃,中西部地区的泉眼温度为77~89 ℃,部分为沸泉泉眼;各泉眼流量为0.01~1.8 L/s;pH值为6.1~8.1,矿化度为0.39~1.06 g/L,F^-含量为15~22 mg/L,偏硅酸含量为69~356 mg/L。泉水主要阳离子为Na⁺、K⁺和Ca²⁺,主要阴离子为 $CO 3 2 -$ 、 $HCO 3 -$ 、Cl^-和 $SO 4 2 -$ ,水化学类型为HCO₃-Na型。氢氧同位素数据表明,研究区地下热水来源于大气降水,补给高程约为4 400~4 800 m,补给区年均气温在-10 ℃左右。利用SiO₂温标估算茶洛温泉热储层温度约为150~200 ℃,热水循环深度约为2 810~3 480 m。茶洛温泉为大气降水入渗后在地下深循环过程中被大地热流加热,再沿断层带在河谷涌出地表而形成的温泉。在河流西北岸分布有灰岩,地下水溶蚀形成空洞,来自浅处的冷水和来自深部的热水在空洞中混合并被加热至沸点,导致热水间歇性上升喷出地面,形成间歇喷泉。

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城市地下空间资源评价三维建模方法研究与实践:以上海市为例

薛涛, 史玉金, 朱小弟, 王军, 刘婷

2021, 28(4): 373-382.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.11.1

摘要 ( 528 )

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城市地下空间开发利用是智慧城市发展的重要组成部分。构建城市地下空间三维地质模型和属性模型,能够立体直观地展示地下构筑物、河道、水系等,进一步与三维模型融合后,可以更好地展示地下空间资源质量。本文以上海市中心城区地下空间资源评价为示范,设计了三维地质结构和属性模型一体化建模方法,构建了上海市中心城区地下空间三维地质模型,实现了三维地质模型与地下构筑物模型的自动融合。最后根据上海市城市地下空间资源开发利用适宜性评价模型,实现了城市地下空间资源评价的三维建模。本文成果已经应用于上海市中心城区地下空间总体规划、局部规划以及工程建设项目中。

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编者按亮点论文《澄江动物群的核心价值:动物界成型和人类基础器官诞生》(舒德干、韩健文刊发于《地学前缘》2020 年 11 月第 6 期)

2021, 28(4): 383-383.

摘要 ( 180 )

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从本期起《地学前缘》将不定期地开设“亮点论文学术评论”栏目，以期提升优秀文章传播效果。这是《地学前缘》编辑部坚持追求卓越、践行近期三部委文件中倡导开展“学术评论”的重要实践。
《地学前缘》编辑部邀请著名学者对本刊的亮点论文开展学术评论。评论者会以足够的深度和高度评创新之源，论弘扬之本。读者可以从评论者的视角，从更高站位认识文章的学术价值及其对构筑中国力量、丰富世界知识宝库的贡献；读者还可以从评论者的视角，体会评论者摒弃唯指标化需求揭示出的科学家精神，从而树立对作者长线发展、艰苦攀登的敬仰之情。
我们期盼有更多的学者进入评论者的队伍，通过正确的学术评价导向，创造良好的学术氛围，优化学术生态，为扩大中国创新成果的传播、推动学术期刊的繁荣发展贡献力量。

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评论者 1 穆西南:破解科学难题的重大理论创新论文

2021, 28(4): 384-384.

摘要 ( 183 )

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评论者 2 周雁翎:中国科学研究呼唤更多的“理论创新”

2021, 28(4): 385-388.

摘要 ( 206 )

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