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    “我国城市地下空间开发利用的需求与挑战”主题专辑
    特约主编致读者
    特约主编致读者(附:龚剑明“城市地下空间的开发利用”项目由来)
    彭建兵,朱合华,李晓昭
    2019, 26(3): 0-0. 
    摘要 ( 161 )   PDF(759KB) ( 252 )  
            地下空间泛指地表面以下的空间,它是地表土地资源向地下的延伸,是国家的战略资源,具体包括:以空间为载体的地下空间工程;以资源为载体的地下水、岩土体等;以能源为载体的地下矿产、地热能等;以生态系统为载体的地下再生系统;其他可供人类开发利用的地表以下的物质和空间。从城市建设的角度定义,地下空间多指以空间为载体的地下空间工程,即传统意义上的狭义地下空间。
    随着城市的发展演变,地下空间在不同时期发挥不同的作用和功能,以适应城市和人对地下空间的需求变化。基于国内外城市地下空间的调研,通过功能、形态和效益等方面的分析,可将城市地下空间的发展历程划分为三个阶段,即地下空间1.0阶段、地下空间2.0阶段、地下空间3.0阶段。
            在1.0阶段,地下空间建设是以市政功能需求为导向,以市政管线和单体式独立地下空间为主,解决城市快速发展引起的基础设施服务能力不足的问题。在形态布局上,主要依附于城市道路和建(构)筑物,不同空间之间缺乏连通性,呈点式的平面分布,且以浅层地下空间为主。1.0阶段的地下空间又称之为“功能地下空间”。
            在2.0阶段,地下空间以地下交通建设为主体,并带动沿线城市地下空间的综合发展,出现了地下综合体、地下城、地下市政和完善的基础防灾设施。在形态布局上,形成了以地铁为骨架,以地下车站、地下综合体、地下枢纽为节点,以地下街等为延伸的网络化布局。竖向开发深度延伸至20~30 m左右,形成了典型的地下交通层空间。在该阶段,地下空间基本实现了有序化开发利用,并优化了城市结构。2.0阶段的地下空间又称之为“交通地下空间”。
            在3.0阶段,地下空间以优化地表环境质量为主体,将不适宜的城市功能地下化,并实现单点空间的集约化、规模化利用。在形态布局上,打破了传统平面布局、竖向布局隔离的模式,向立体化、一体化发展,形成了地下空间的立体网络布局。在该阶段,地下空间的开发利用突出了提供城市韧性、改善城市宜居度的目标。3.0阶段的地下空间又称之为“环境地下空间”。
            城市地下空间的建设阶段与城市的GDP成正相关关系。我国城市分布和发展的极度不平衡,造成大部分县级城市的地下空间开发利用尚处于地下空间1.0阶段,部分中等和大城市迈入了地下空间2.0建设阶段,少部分大城市、特大城市正在进行或逐步迈入地下空间3.0的建设阶段。新时期,人们对城市功能、生态化和宜居度的要求越来越高,加之信息化技术、人工智能、新型智能材料等的快速发展,地下空间发展可能出现新的特征、新的趋势和新的形态。
            充分考虑人类对城市空间的需求,紧密贴合科技的最新突破进展,并考虑城市发展和演变的规律,可以初步判定新时期的城市地下空间开发利用会出现以下趋势:地下空间由单一空间属性向空间、能源、资源和生态“四位一体”的属性转变,其开发利用也从较单一的地下工程建设变为多种属性综合考虑的开发利用,如地下空间、地下空间余热、地热能和间歇性能源储存为一体的地下空间体系;地下空间开发利用逐渐向生态化发展,由过去的“能用”转变为“好用”;地下空间建设将愈加考虑人类生理、心理层面的影响,向人文化转变,形成“以人为本”的开发原则;地下空间向深度信息化、数字化和智慧化发展;地下空间与地上空间的分割日益淡化,城市空间向立体网络化发展。
            基于以上城市地下空间的发展趋势,并充分结合21世纪信息化革命的浪潮,可以归纳总结出城市地下空间下一发展阶段(即城市地下空间4.0)的内涵和要求。城市地下空间4.0是以立体化综合利用、人与自然和谐发展为目标的智慧型地下空间,其内涵包括智能、韧性和绿色三个方面,其中智能是手段,韧性和绿色是目标。“智能”首先是指采用智能规划和智能建造提升地下空间立体化综合开发利用的能力,其次是指采用数字信息技术和人工智能技术提升地下空间的智能运行维护能力;“韧性”是指灾害发生时地下空间具备抵御吸收、响应适应和快速恢复的能力;“绿色”是指通过地下空间开发利用实现工程建设与生态环境的和谐、经济效益和环境效益的和谐、行业发展与社会人文的和谐。4.0阶段的地下空间又称之为“智慧地下空间”。
            为进一步界定城市地下空间4.0,可以采用三级指标对其内涵进行剖析。其中,一级指标为智能、韧性和绿色。每个一级指标又包括三个二级指标。其中,智能包括智能规划、智能建造和智能运行;韧性包括抵御吸收、响应适应和快速恢复;绿色包括工程技术、经济管理和社会人文。每个二级指标又可分为多个三级指标,比如:智能规划包括形态、功能和布局,模拟和推演;智能建造包括智能设计、智能施工;智能运行包括感知技术、泛在物联、建模认知、服务决策、集成融合等。
            20世纪60年代,我国城市地下空间的开发利用以人防工程建设开启了序幕。80年代后期,市场经济促使地下空间向平战结合的方向发展。进入21世纪,我国工业化、城镇化快速发展,城市地下空间开发利用的数量和质量都得到了快速提升。“十二五”时期,我国城市地下空间年均增速达到20%以上,约60%的现状地下空间为“十二五”时期建设完成。新时期,随着“深地”战略的实施和美好城市的建设,城市地下空间势必会快迈入4.0阶段。
            然而,对比发达国家的城市地下空间开发建设,我国在城市地下空间开发利用方面还存在一些问题和不足:在管理方面,缺少管理依据,缺失综合管理机构,管理机制和管理制度仍不健全,亟须建立我国特色的地下空间管理体系;在技术方面,复杂地质、敏感环境下的扰动施工控制技术仍需进一步提高,缺少新型的装备和技术,深层地下空间的开发利用尚处于起步阶段,亟须建立基于开发与保护的全深度、全资源开发利用体系;在运维方面,缺少地下基础设施维护与更新的成套技术体系,缺乏对运维信息的管理和应用,灾害下的地下空间逃生救援体制不完善,亟须建立数字化、智慧化的安全运维体系;在人才方面,尚未建立完善的地下空间学科体系,缺乏跨学科、复合型人才,亟须建立健全的地下空间人才培育体系。
            为了更好地促使我国城市地下空间的健康可持续发展,必须认清上述的问题和不足,充分理解地下空间4.0的内涵,并判识亟须解决的重大科学与技术问题,以制定相应对策,逐一攻克解决。经过调研、分析和推测,笔者认为新时期我国城市地下空间开发利用需要重点攻关以下内容:基于国土、规划、社科多学科的地下空间全要素、全资源规划及管理;考虑多尺度、多场、多因素的地下空间全灾害、全深度分析及设计;体现人文的地下空间与信息化融合理论及全寿命、全区域智慧运维。
            “合理开发利用城市地下空间,是优化城市空间结构和管理格局,缓解城市土地资源紧张的必要措施,对于推动城市由外延扩张式向内涵提升式转变,改善城市环境,建设宜居城市,提高城市综合承载能力具有重要意义”。新时期,随着人们对美好生活的追求,地下空间建设将从狭义地下工程拓展为空间、能源、资源和生态“四位一体”的工程,逐渐进入4.0阶段,成为建设“山水城市”、生态文明城市的必经之路。
             本专辑是中国科学院“城市地下空间的开发利用”咨询评议项目核心成果的集合,共收录17篇文章,涉及我国地下空间开发现状、问题与对策以及专题研究三个方面。本专辑的出版旨在促进城市地下空间的健康、生态、合理开发利用,进而促成新时期我国城市地下空间发展的解决方案。专辑的出版有赖于王成善院士、周成虎院士的大力支持和《地学前缘》编辑部工作人员的辛勤付出,在此表示衷心的谢意。
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    地下空间开发现状及挑战
    论新时代我国城市地下空间高质量开发和可持续利用
    王成善,周成虎,彭建兵,樊杰,朱合华,李晓昭,程光华,戴春森,徐能雄
    2019, 26(3): 1-8. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2018.9.2

    摘要 ( 468 )   PDF(1385KB) ( 530 )  
    开发利用城市地下空间,开辟城镇化发展新资源,是解决城市病、改善城市生态环境、优化城市空间结构、提高城市韧性的重要途径。本文深入分析了新时代中国城市地下空间开发利用的现状,认为存在冒进式开发与总体供给不足、碎片化利用与协同规划缺位、被动式应对与科技支撑薄弱、无序化管理与法律法规匮乏等若干紧迫问题,明确了“立法为本、规划引领、调查先行、管理智能、科研支撑”的开发利用原则,提出了全面开展城市地下空间调查评价、尽快建立地下空间协同规划体系、加速构建地下空间智慧管理体系、超前布局地下空间科技发展战略、尽早健全城市地下空间法律法规等五个方面的具体对策建议,充分利用中国体制上的优势,集成国际城市地下空间开发利用先进的理念和技术,从而推动我国新时代城市地下空间产业快速发展、科技水平不断提高和地下空间体系日趋完善,在全球树立城市地下空间资源可持续开发利用的典范。
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    中国城市地下空间地质结构分类与地质调查方法
    彭建兵,黄伟亮,王飞永,刘阳
    2019, 26(3): 9-21. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.34

    摘要 ( 607 )   PDF(6510KB) ( 462 )  
    城市地下空间开发和利用是顺应城市发展规律的合理抉择,也是我国近年来城市建设的热点区域。中国幅员辽阔,各类城市分布在不同的地貌区域内,具有不同地质背景和地质结构条件,在进行大规模城市地下空间开发和利用之前,要根据不同的地质地貌条件对各类城市地下空间结构进行初步分类,建立我国城市地下空间工程地质结构的分类体系,用于指导未来我国各类城市地下空间开发利用的工程实践。在考虑到不同城市所处地貌位置、区域构造特征、岩石圈深部结构特点、现今地震活动情况、地下岩土体结构、地下水埋深等多种参数,对未来中国可能进行大规模地下空间开发和利用的49座城市进行了分类。将地貌位置作为一级划分单元,对处在同一地貌部位各类城市所处大地构造环境、壳幔特征、基底结构、表层断层活动性以及潜在震级大小进行区分;同时对表层岩土体类型和岩土体立体结构进行分类。城市地下空间分类是基于对地下空间的精细化探测。本文还总结了现今对地下地质结构的调查方法,包括地面调查、钻探、地球物理勘探和建模方面的新技术和新方法,但对于在复杂地质环境下及深层地下空间开发中结构系统的全要素精细探测仍需要发展新的方法和理论,对不同类型城市地质结构模型的构建理论和描述方法也有待突破,城市地下空间地质结构分类体系和分类方法仍需进一步完善。
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    简析我国城市地下空间开发利用的问题与挑战
    朱合华,丁文其,乔亚飞,王昕,韩传峰,张冬梅,李晓军
    2019, 26(3): 22-31. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.4.19

    摘要 ( 586 )   PDF(2507KB) ( 385 )  
    虽然中国城市地下空间的建设规模和速度已经位居世界首位,但中国城市地下空间的开发利用仍存在着一系列亟须解决的问题和挑战。文章通过调研不同城市的地下空间开发利用现状并借鉴其他国家的经验,从管理、技术、运维和人才4个层次解析了中国城市地下空间开发利用所面临的问题和挑战。具体地说,在管理方面,缺少管理依据,缺失综合管理机构,管理机制和管理制度仍不健全,亟须建立中国特色的地下空间管理体系;在技术方面,复杂地质、复杂环境下的扰动施工控制技术仍需进一步提高,缺少新型的装备和技术,深层地下空间的开发利用尚处于起步阶段,亟须建立基于开发与保护的全深度、全资源开发利用技术体系;在运维方面,缺少地下基础设施维护与更新的成套技术体系,缺乏对运维信息的管理和应用,灾害下的地下空间逃生救援体制不完善,亟须建立数字化、智慧化的安全运维体系;在人才方面,尚未建立完善的地下空间学科体系,缺乏跨学科、复合型人才,亟须建立健全的地下空间人才培育体系。
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    城市地下空间开发的战略需求
    李晓昭,王睿,顾倩,周丹坤,辛韫潇
    2019, 26(3): 32-38. 
    DOI: 10.13745/j.esf.2019.03.004

    摘要 ( 314 )   PDF(1717KB) ( 329 )  
    开发利用城市地下空间资源是城市可持续发展的必然选择,也是我国城市发展进入新时代的重要标志。本文从我国城镇化发展态势及面临的问题出发,剖析我国地下空间的战略需求及其驱动因素。同时进一步从不同发展阶段城市人均地下空间需求的角度出发,通过层次分析法确定影响地下空间开发需求的因子,并通过对未来我国城市对地下空间的需求等级划分以及不同等级城市人口容量的研究,推算不同等级城市的人口总量和人均需求量,并对我国中远期城市地下空间需求进行了预测分析。
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    国内城市地下空间开发利用现状与发展趋势
    程光华,王睿,赵牧华,苏晶文,杨洋,张晓波
    2019, 26(3): 39-47. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.4.20

    摘要 ( 1915 )   PDF(1452KB) ( 681 )  
    我国城镇化水平不断提高的过程中,各类“城市病”是多数城市必须面对的难题,城市地下空间的开发利用成为各个城市解决这一问题的有效途径。在这样的背景下,我国城市地下空间开发利用从21世纪起进入快速发展阶段,十几年来地下空间利用增长迅猛,成就斐然。文章总结了当前我国城市地下空间各功能开发现状,并分等级叙述了我国几类城市地下空间开发利用现状。最后文章提出我国城市地下空间开发利用的趋势是向地质调查先行,网络化与分层化规划,协同化利用,内部环境生态化和人性化,管理数字化和智能化方向发展;不同城市将根据其社会经济需求和地质环境特点差异化重点开发,科学利用城市地下空间资源,发挥其社会、经济效益,让城市更美好。
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    国际城市地下空间开发利用现状、趋势与启示
    张彬,徐能雄,戴春森
    2019, 26(3): 48-56. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.20

    摘要 ( 404 )   PDF(3820KB) ( 395 )  
    城市地下空间开发是缓解“城市病”、实现城市可持续发展的重要举措。欧美等发达国家和地区已经积累了丰富的城市地下空间开发的经验和教训。通过调研国际上一些主要城市的地下空间开发利用状况,剖析了当前国际城市地下空间开发的现状、问题及发展趋势,以指导我国城市地下空间开发。目前,国际城市地下空间开发形成了以缓解城市交通拥堵、扩大城市生存空间、建立集约型城市、构建舒适宜居城市环境为导向的开发模式,并以建设绿色、智慧的立体化城市为未来的发展趋势。我国应在充分吸收和学习国际上城市地下空间开发的经验和教训基础上,结合自身城市特点,高质量开发城市地下空间。
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    地下空间开发中问题与对策
    我国城市地下空间规划现状、问题与对策
    彭芳乐,乔永康,程光华,朱合华
    2019, 26(3): 57-68. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.23

    摘要 ( 1437 )   PDF(3128KB) ( 443 )  
    地下空间规划是城市地下空间开发利用有序开展的重要保障。随着我国轨道交通建设的全面展开以及相关政策的陆续出台,我国城市地下空间开发利用必将迎来更大的发展。城市地下空间规划也在近年越来越得到重视。从目前各城市的地下空间规划实践来看,我国城市地下空间规划的技术体系已基本成型,但其中仍然存在着各种各样的问题。在摸清我国城市地下空间规划编制现状和实施效果的基础上,掌握我国城市地下空间规划所面临的问题,并结合未来地下空间发展趋势提出我国城市地下空间规划解决问题的对策,有助于城市地下空间规划理论和方法进一步完善,更好地保障我国城市地下空间事业的可持续发展。
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    基于国内典型城市对比的地下空间开发利用现状及问题分析
    杨晓刚,王睿,黄伟亮
    2019, 26(3): 69-75. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.21

    摘要 ( 484 )   PDF(1247KB) ( 384 )  
    根据对北京、上海、南京、成都、青岛、武汉、郑州、惠州8个国内典型城市地下空间开发利用现状的调查与研究,认为我国城市地下空间开发利用的速度和规模发展迅速,成效显著,但不同类型城市地下空间开发利用程度还存在较大差异,城市地下空间存在冒进式开发与协调性不足等问题,地下空间开发深度不够、功能不全面、规划体系不完善和管理制度不健全等问题较为突出。结合国外发达国家与城市地下空间发展的方向和趋势,提出了我国城市地下空间发展应不断加强城市地质调查、完善地下空间规划体系、加强城市地下空间运营管理、健全城市地下空间信息共享平台和推动科学技术创新的意见与建议。
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    浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路
    胡志平,彭建兵,张飞,王瑞,陈南南
    2019, 26(3): 76-84. 
    DOI: 10.13745/j.esf.2019.03.009

    摘要 ( 315 )   PDF(2721KB) ( 312 )  
    城市地下空间开发是提高城市土地利用率,扩大城市容积率,增强城市综合承载能力,缓解交通拥堵,解决环境污染及洪涝灾害等“城市病”,促进城市可持续发展的重要途径。概述了目前我国城市地下空间开发中存在的问题及危害,分析了城市地下空间开发中涉及地下建筑结构与地质结构系统的关键科学问题:地质结构要素间的多场耦合作用机理不清;地质结构系统动态平衡的动力学机制不明;地质结构与地下建筑结构的互馈机理仍需深入探索;地下建筑结构的灾变机理及其演化的动力学机制不清;地下空间工程的灾害预测与动态调控机制有待深入研究。最后提出了相应的创新思路:研究施工扰动下地质结构的多场耦合作用机制与边际效应以及地质结构与地下建筑结构在多场耦合作用下的互馈机制和综合系统的动力学过程,概化其力学模型;厘清内外动力作用对地下建筑结构的边界效应及材料性能劣化机制,破解复杂地质结构环境下地下建筑结构灾变机理及演化过程,建立地下建筑结构与地质结构综合系统的灾变理论;建立城市地下空间工程灾害超前判识、预警预报与风险控制理论及安全防护理论体系,形成地下空间工程的防灾减灾机制。
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    特殊地质城市地下空间开发利用面临的问题与挑战
    黄强兵,彭建兵,王飞永,刘妮娜
    2019, 26(3): 85-94. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.35

    摘要 ( 471 )   PDF(4587KB) ( 355 )  
    我国地质环境十分复杂,地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象十分发育,是世界上地质灾害最为严重的国家之一,这给我国目前大规模城市地下空间开发利用尤其是城市轨道交通和地下综合管廊的建设带来了前所未有的地质挑战。文中论述了我国城市地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象的分布与发育状况及危害,明确指出了上述特殊地质环境下城市地下空间开发利用中面临的诸如监测缺乏系统性、缺少评价与安全利用理论方法和技术支撑、特殊地质与地下空间相互作用机制不明以及规划缺乏前瞻性等关键问题和挑战,建议尽快开展我国特殊地质城市地下空间开发利用的适宜性评价理论方法、规划设计理论、探测与监测技术方法以及城市地下空间资源评价、安全利用与防治关键技术等方面的研究,为我国地面沉降、地裂缝、活动断裂以及岩溶等特殊地质城市地下空间开发利用与安全运营提供重要科学依据与技术指导。
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    城市地下空间全寿命风险分析与防控体系构建
    翟越,宗燕燕,侯亚楠,刘艺,李宇白
    2019, 26(3): 95-103. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.36

    摘要 ( 325 )   PDF(3531KB) ( 286 )  
    城市地下空间开发利用过程中安全事故频发,危害极大,为了有效减少事故的发生并降低损失,对其全寿命周期中的规划选址、水文地质勘察、工程设计、建设施工、运营维护等各个重要环节进行主要风险因素辨识及相应事故分析,指出各因素之间存在的相互影响关系。建立了安全评价指标体系,提出多因素、多方法的综合风险评价方法,并通过具体实例进行可行性验证。在此基础上针对城市地下空间的开发利用,构建 “全周期、全体系、全系统”的风险防控技术和管理体系,为保障城市地下空间项目的顺利实施提供科学合理的思路和方法。
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    城市地下空间开发分层体系的研究
    辛韫潇,李晓昭,戴佳铃,王睿
    2019, 26(3): 104-112. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.17

    摘要 ( 471 )   PDF(1786KB) ( 269 )  
    为统一城市地下空间在规划开发过程中的分层标准,文中统计了国内外主要城市的地下分层情况和相关规范要求,并分别就自然因素和社会因素对城市地下分层的影响进行分析。其中自然影响因素主要有地形地貌和工程地质分布,该因素决定了地下空间开发的难度和成本;社会影响因素主要有城市规模、区位条件和地方政策法规,城市人口规模和经济水平决定了地下空间的需求量。结果表明,区域的开发需求量和开发难度决定了城市地下空间的开发规模,进而影响到地下空间的分层。多数城市常以15 m、30 m为界将地下空间划分为浅层、次浅层、深层;浅层地下空间受地形地貌影响较大,宜分区域进行分层,陡坡处宜沿着与地面垂直方向进行分层。在此基础上建立了一套地下分层评价指标体系,对后续的城市地下空间规划工作具有指导和借鉴意义。
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    地下空间开发专题研究
    机场飞行区地下穿越工程管理与建造要点
    乔亚飞,丁文其,逯兴邦,斯碧峰,柴震林,朱合华,龚琛杰,唐涛
    2019, 26(3): 113-121. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.4.23

    摘要 ( 259 )   PDF(2045KB) ( 167 )  
    中国民航业的快速发展致使许多机场出现了开发利用地下空间的需求,尤其是地下道路穿越既有飞行区的需求。因此,文章在调研分析了多个国内外机场飞行区地下穿越工程的基础上,从管理、规划和建造方面总结了机场飞行区地下穿越工程的建设要点。在管理方面,需要制定贯穿下穿越工程全过程的安全管理体系,并实施安全风险管理,严格执行不停航施工和禁区施工的规定。在规划方面,需要充分考虑机场功能区的空间组织和布局,采用近期与远期相结合、地上与地下相协调、开发与保护相统一的原则,实现机场飞行区不同功能区的有机、高效连接。在建造方面,需要以机场飞行区的运营要求为基础制定下穿越工程的变形控制标准,采用精细化设计、微扰动施工和高精度监测等控制技术,实施分区域、分阶段、分级的扰动控制,实现机场安全运营和经济的平衡。上述管理和建设要点可为其他飞行区的下穿越工程提供借鉴和参考。
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    隐伏活动正断层地区地下建筑的避让问题:以渭河断裂咸阳段为例
    王家琛,王友林,李晓昭,杜少少,周丹坤,辛韫潇,王睿
    2019, 26(3): 122-128. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.22

    摘要 ( 260 )   PDF(1507KB) ( 270 )  
    活断层对城市建设的影响长期以来受到科研人员与城市建设者的重视。活断层避让距离的确定直接影响活动断裂地区建筑物的选址。伴随着中国地下空间开发进入快速发展阶段,活动断裂地区的地下建筑选址问题应运而生。以隐伏活动正断层为例,综合考虑地下建筑震害影响、隐伏活动正断层地区地质背景、断裂活动性以及发震破坏特征,对活断层地区地下建筑的避让问题开展研究。研究表明:地下建筑受活断层发震的影响比地面建筑小,但断裂发震的影响依然需要重视;隐伏正断层破坏范围受多方面的影响因素控制,地下建筑避让距离的划定需以断层变形带的边界为起点进行;结合渭河断裂咸阳段的地质背景与断裂活动特点,确定断层上、下盘的避让距离分别为30 m和15 m,得出渭河断裂咸阳段地下30 m以浅限建带的宽度为140 m。
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    利用背景噪声层析成像研究济南浅层横波速度结构
    梁锋,高磊,王志辉,李海龙,刘凯,王涛,李晓昭
    2019, 26(3): 129-139. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.18

    摘要 ( 266 )   PDF(5105KB) ( 257 )  
    城市地球物理探测面临众多人文挑战,像城市交通、密布电网、参差楼群等,对应用不同方法进行数据处理分析提出了技术挑战,需要用创新的方式和技术进行城市探测。为探索和发展适用于城市地下空间资源开发利用的地球物理探测新技术,中国地质科学院地球深部探测中心第一次启动了城市地下空间勘查评价试点工程,并选择济南市作为试点城市,试验短周期密集台阵噪声层析技术,并取得了较好成效。获得的主要认识如下:(1)在非弥散场或非均匀噪声场源的人文干扰较为严重的城市区域,通过长时间的噪声信号的采集,可获得高信噪比的面波信号,因此密集台阵噪声成像技术适应于城市地下空间的背景岩层结构探测工作。(2)本次研究提取出了周期范围为0.2~1.5 s的高信噪比面波信号,并取得与实际地质特征相一致的横波速度结构信息。(3)从横波速度结构特征来看,研究区300 m以浅,主要岩性为灰岩且主要分布于研究区西侧,而侵入岩体主要分布于东侧,中间存在一个明显的分界面,指示存在一个近南北向的隐伏断裂。随着深度的增加,大面积的侵入岩体展布于深层,灰岩只在北侧局部有显现。总体来说,本项研究证明了密集台阵噪声层析方法能够适用于人文干扰严重的城市地下空间背景岩层结构探测,这一成果对认识研究区地下结构、地震防灾、工程应用具有重要指导意义。
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    地下空间逾渗与裂缝属性的关系分析
    董少群,王涛,曾联波,刘凯,梁锋,尹启航,曹东升
    2019, 26(3): 140-146. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.4.22

    摘要 ( 242 )   PDF(3082KB) ( 254 )  
    裂缝连通性评价是地下空间研究的重要内容。逾渗分析是研究裂缝网络连通性的一种有效手段。裂缝网络逾渗临界值多使用裂缝间接表征参数(如分形维数)来确定,但存在裂缝网络连通性不同却有相同间接表征参数的情况,这降低了预测的可靠性。为避免此类问题并更加准确快速地表征裂缝网络的连通性,文章在构建逾渗临界值方程时,摒弃了间接参数简化的方式,使用裂缝直接表征参数(如裂缝数量、长度等)进行非线性拟合。通过二维数值模拟建立不同参数的离散裂缝网络模型,分析逾渗低、中、高概率临界条件与裂缝直接表征参数的关系,建立逾渗临界条件预测方程,并对方程在不同尺度研究区的应用进行了讨论和验证。结果表明:预测方程可有效地预测不同概率的逾渗临界值。同时文章在预测方程的基础上,建立了裂缝网络连通性评价标准,这对于裂缝发育地区的地下空间评价工作具有一定的指导和借鉴意义。
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    浅析城市地下空间室内环境特点及设计思路:以西安赛格国际购物中心为例
    罗婧,张炜,胡志平,崔雯雯,王吉豪
    2019, 26(3): 147-153. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.4.21

    摘要 ( 546 )   PDF(3801KB) ( 248 )  
    随着中国城镇化进程的迅猛发展,城市规模不断扩大,人口不断增长,城市交通拥堵、环境污染、土地资源日益紧缺等问题日益凸显。城市地下空间作为城市资源的重要组成部分,适当的城市地下化发展可以在一定程度上缓解这些问题。文章简要叙述了目前我国城市地下空间开发利用的现状及城市地下空间的应用类型,分析了地下空间的恒温性、隔热性、湿度较大、环境封闭空气流通性差、天然光线不足、缺乏自然景观、没有外部形态等内部环境特点。以西安赛格国际购物中心为例,从自然采光、人工照明、植物水体和界面设计的角度概述了地下综合体室内设计的核心理念和关键步骤。最后提出了如下关于城市地下商业空间室内设计的优化思路:(1)空间布局明确,符合人的空间认知习惯;(2)通过扩大建筑入口和先进的技术手段,引入天然光;(3)运用照明模拟自然光;(4)引入自然元素,使室内外环境自然过渡,增加地下空间的活力,改善封闭感,缓解人的心理和生理障碍;(5)地下空间的各类尺度应符合人体尺度,避免产生不适感;(6)注重行动不便的人群,设置人性化的无障碍设施;(7)设计充足的休憩场所;(8)注重设计本土化,展现地域文化特色。
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    非主题来稿选登
    全球洋中脊系统的构造特征及其运动学意义
    李江海,刘持恒,韩喜球
    2019, 26(3): 154-162. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.8

    摘要 ( 377 )   PDF(3511KB) ( 618 )  
    本文将全球洋中脊系统作为研究整体,根据洋中脊的全球分布、运动学特征及其初始形成时与泛大陆的构造几何关系,将全球现今的洋中脊系统划分为内、外支洋中脊。外支洋中脊为探索者洋中脊—太平洋洋隆—东南印度洋中脊—西北印度洋中脊,起源于泛大洋及冈瓦纳大陆内部;内支洋中脊为西南印度洋中脊—大西洋中脊—北冰洋加科尔洋中脊,起源于泛大陆内部。两者之间通过俯冲带、转换断层以及弥散性板块边界实现全球板块构造在运动上的平衡,并保持地球的球形几何形态恒定。外支洋中脊在全球板块构造上造成泛大洋缩减,并持续被太平洋取代,直接推动了环太平洋俯冲带的形成;内支洋中脊造成大西洋盆、印度洋盆中生代以来持续扩张。中生代以来,外支洋中脊和内支洋中脊共同作用引起非洲板块、印度澳大利亚板块向北运动,新特提斯洋盆关闭,形成特提斯(阿尔卑斯山—喀尔巴阡山—扎格罗斯山—喜马拉雅山)碰撞造山带,并通过洋中脊扩张平衡了相关的岩石圈缩短。
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    “软玉”一词由来、争议及去“软”建议
    施光海,张小冲,徐琳,李新岭
    2019, 26(3): 163-170. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.25

    摘要 ( 471 )   PDF(1491KB) ( 207 )  
    “软玉”这个术语近来饱受非议,非议不仅来自考古文博界,也来自宝玉石界。作为一个术语,“软玉”为何会受到如此广泛的非议呢?考古文博界的主体认识为:自古至清末文献中没有用过此术语,且该玉料质地并不软。事实上,以透闪石阳起石为主要组成的玉料硬度已经超过玻璃和铁器,实际佩戴无磨损痕迹。为何被称呼“软”玉?中国有爱玉、尚玉的传统,且玉文化是中国文化中的重要组成部分,理清这一术语的由来,意义重大。通过广泛收集全球相关文献开展分析与研究,发现“软玉”一词最早于1890年出现在日本的一本德语、英语和日语的矿物互译名的书册中。日本作者(Koto)用“軟玉”来翻译英文词“Nephrite”。“nephrite”这个英文单词在西方出现时间大致可以锁定在16世纪或者之后,并于1846年用来描述我国上古玉器的主要矿物组成,这距我国广泛用透闪石质玉的时间晚了好几千年。“软玉”术语经留日学者引入中国,之后经过矿物学相关图书传播,于1996年被收入《珠宝玉石·鉴定》国家标准中。通过对“软玉”术语命名溯源,不难发现中华玉文化的重要载体——玉,在我国饱受战乱、贫穷与落后时期,于1890年被使用同宗语系的日本学者强加了一个“軟(软)”字,之后这个“软”字便牢牢地附着。通过溯本求源,认为该术语的“软”字应该去除,这样既回避了“软玉”的最早命名可能存在的褒贬问题,也避免了一些顾名思义、不合实际的想当然的现象再度发生。今后关于透闪石质玉的术语称谓,我们推荐的术语为“玉”。这一称谓既尊重我国历史传统又兼顾现实;虽然我国用玉早期用玉种类不算单一,但到西周时期基本演变为单一的闪石质玉。最后提倡反思,我们文化自觉、自信、自爱、自珍的培养与建设是否依然任重道远?
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    龙泉关剪切带眼球状花岗质片麻岩锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素特征及其地质意义
    王盟,钱加慧,张进江,张波
    2019, 26(3): 171-182. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2018.12.12

    摘要 ( 171 )   PDF(2996KB) ( 226 )  
    恒山五台阜平地区地处华北克拉通中部造山带的中段,早前寒武纪地体出露较好,是解析华北克拉通早前寒武纪演化过程的最佳地段。龙泉关剪切带位于五台杂岩和阜平杂岩的交接部位,其主要岩石类型为眼球状花岗质片麻岩、变粒岩和斜长角闪岩。本文利用LA-ICP-MS方法对龙泉关剪切带中的眼球状花岗质片麻岩进行了锆石U-Pb年龄和Lu-Hf同位素的测试。结果显示,龙泉关眼球状花岗质片麻岩原岩结晶年龄为(2 547±7) Ma,其εHf(t)值介于+2.7~+9.2,表明其源区主要为相对年轻的地壳物质,与五台地区新太古代花岗岩非常相似。龙泉关花岗质眼球状片麻岩中锆石两阶段Hf模式年龄(TDM2)为2 477~2 872 Ma,具有2.58 Ga、2.71 Ga和2.81 Ga三个峰值,记录了华北克拉通新太古代初始地壳生长事件。
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    华北串岭沟组凝灰岩锆石SHRIMP年龄及其地层学意义
    刘典波,王小琳,张恒,石成龙
    2019, 26(3): 183-189. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2018.12.6

    摘要 ( 237 )   PDF(2500KB) ( 351 )  
    华北克拉通燕辽地区是中国中新元古代沉积地层的标准剖面区。蓟县群和青白口群已经取得了很多重要的高精度定年数据,但是长城群除了顶部大红峪组有了高精度定年以外,其他组还缺乏可靠的高精度定年数据。为了准确标定华北克拉通中元古界长城群串岭沟组的年龄,对采自河北宽城地区神仙岭剖面串岭沟组顶部火山岩凝灰岩锆石进行了SHRIMP U-Pb定年。结果表明所测锆石207Pb/206Pb表面年龄加权平均值为(1 634.8±6.9) Ma(95% 置信度,MSWD=1.2,n=23)。可见长城群串岭沟组顶部的准确年龄为(1 634.8±6.9) Ma,表明长城群串岭沟组到大红峪组整体上属于中元古代地层。
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    福建黄塘晚侏罗世长林组硅质岩地球化学特征及其沉积环境意义
    张金虎,金春爽,徐立明,王海荣,杨玉茹,邓克,高永进,吴兆剑
    2019, 26(3): 190-201. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2018.10.2

    摘要 ( 197 )   PDF(5832KB) ( 165 )  
    福建黄塘地区晚侏罗世长林组发育一套层状硅质岩,夹薄层凝灰岩,产硅质海绵骨针和硅质钙藻,其硅质岩沉积环境复杂,成因一直存在不同认识。本文通过野外地质调查和岩相学研究,以及主量元素、稀土元素和微量元素分析认为,该区硅质岩为非纯硅质岩,在FeMnAl三角图中样品位于生物成因区及附近,Mo和V含量富集、轻稀土富集、Eu弱负异常及U/Th值也都具有典型的生物成因特征,且微观特征显示其受到火山活动的影响。黄塘硅质岩在Fe2O3/TiO2Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)、TFe2O3/(100-SiO2)Al2O3/(100-SiO2)和(La/Ce)NAl2O3/(Al2O3+Fe2O3)图解中都投在了大陆边缘及附近。ΣREE值较高、Ceanom值、MnO/TiO2值及(La/Yb)N值等这些地球化学指标一致表明黄塘硅质岩处于受陆源物质影响的大陆边缘浅海沉积环境。在前人研究基础上,认为研究区在晚侏罗世早期开始发生海侵并伴有小规模的火山活动,整体为还原环境,局部可能水体较深,为进一步开展福建、浙江地区的石油地质评价工作提供了依据。
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    不同类型热液金矿床主成矿期黄铁矿成分标型特征
    李洪梁,李光明
    2019, 26(3): 202-210. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.3.5

    摘要 ( 240 )   PDF(1595KB) ( 413 )  
    黄铁矿作为成矿热液活动的产物,是热液金矿床中最为重要的载金矿物,其成分标型特征记录了大量矿床成因信息。在分类总结了各类型热液金矿床关键地质特征的基础上,采用比较矿床学的研究思路,较为系统地分析了不同类型热液金矿床中主成矿期或与金矿化同期的黄铁矿的主微量元素及组合特征、(Fe+S)As特征、δFeδS特征、AsCoNi特征以及热电性特征。结果表明,不同类型热液金矿床中的黄铁矿成分特征具有显著差异,彼此显示出特征性的成因标型特征,可作为判别热液金矿床成因的依据。结合各类热液金矿床形成的构造背景,提出热液金矿床是研究大陆动力学的理想对象。通过这些研究,初步建立了不同类型热液金矿床地质与黄铁矿成分标型特征之间的耦合关系,为今后热液金矿床成因的判别和黄铁矿标型特征的进一步研究提供一定的参考。
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    柴达木盆地西北古近系新近系异常高压形成机制分析
    刘成林,平英奇,郭泽清,田继先,洪唯宇,张蔚,霍俊洲
    2019, 26(3): 211-219. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2018.9.4

    摘要 ( 202 )   PDF(3043KB) ( 240 )  
    柴达木盆地西北(以下简称“柴西北区”)古近系—新近系异常超压普遍存在。对超压的空间分布特征和形成机制的研究是评价该地区油气成藏条件与资源潜力的关键。依据柴西北区钻井实测压力数据及基于等效深度法计算的地层压力结果,对研究区异常高压的平面和剖面分布特征进行分析。在此基础上,结合柴西北区典型钻井泥岩声波时差曲线特征、不同时期沉积速率、各地层岩性特征、有机质生烃潜力及柴西北地区遭受的构造挤压作用,对研究区超压的形成机制进行分析,并对各控制要素在超压形成过程中的贡献进行定量评价。研究结果表明:柴西北区地层超压起始深度位于大约1 500 m,主要发育在古始新统路乐河组—中新统上干柴沟组内,总体上异常高压随深度加深逐渐增大。研究区超压的形成是多种因素综合作用的结果,其中欠压实作用、有机质生烃和构造挤压作用是该区超压形成演化的重要原因。对控制超压形成的各要素定量评价结果显示:欠压实作用是柴西北区超压形成的最重要控制因素,其贡献率高达60%;构造挤压作用次之,其贡献率在20%~30%左右;有机质生烃演化作用对超压形成也有影响,但贡献率相对较小。此外对柴西北区咸湖环境下的盐度分布特征研究初步表明,地层孔隙流体盐度和咸水半咸水环境下沉积的含盐塑性地层对超压的形成和保存也有一定的影响。
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    渝东南—黔北地区牛蹄塘组页岩微纳米级孔隙发育特征及主控因素分析
    曾维特,丁文龙,张金川,李玉喜,王濡岳,久凯
    2019, 26(3): 220-235. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2018.10.1

    摘要 ( 175 )   PDF(9395KB) ( 170 )  
    以渝东南—黔北地区牛蹄塘组页岩岩心及野外新鲜露头样品为研究对象,运用低温液氮吸附实验和氩离子抛光扫描电镜观察,划分页岩微纳米级孔隙类型,并对其发育程度和形态结构进行定量表征,结合页岩样品地球化学测试数据,明确页岩微观孔隙发育主控因素,试图建立微纳米级孔隙发育程度与主控因素定性或半定量关系。结果表明:研究区牛蹄塘组页岩微纳米级孔隙分为有机孔、无机孔和微裂缝3大类,包括7个亚类。有机质粒内孔结构特征为球状、细瓶颈状和墨水瓶状,无机孔主要为串珠状、球状和楔状,微裂缝呈四方开口的平行板状、夹板状。有机质粒内孔、矿物粒间孔和微裂缝为主要孔隙类型,且具有较好连通性,可作为页岩气赋存空间和渗流通道。页岩孔隙以中孔为主,其次为宏孔,孔隙直径分布范围主要在1~50 nm。比表面积主要由孔径≤5 nm孔隙所提供,页岩孔隙孔径越小,对比表面积贡献越大,越有利于页岩气吸附聚集,随着孔隙体积的增加,比表面积不断增加。有机碳含量是控制页岩微纳米级孔隙发育和比表面积的最重要内因,特别体现在对微孔和中孔发育的控制上;黏土矿物含量增加能增强页岩吸附能力,但对孔隙体积和比表面积主控作用不明显;脆性矿物含量主要控制宏孔发育,对页岩吸附的贡献可以忽略;热演化程度过低或过高均不利于有机质孔隙的发育,微纳米孔隙体积随着成熟度增加呈现出先增后减的趋势,对于高过成熟页岩,不同干酪根类型的有机质孔隙发育程度和比表面积大小次序为Ⅰ型>Ⅱ型>Ⅲ型。
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    南海北部MD12-3432站深海氧同位素MIS6期到MIS5期陆源沉积物元素比值反映的古气候变化
    曲华祥,黄宝琦
    2019, 26(3): 236-242. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.4.18

    摘要 ( 363 )   PDF(3228KB) ( 209 )  
    海洋沉积物中的某些主微量元素与沉积物源区有着密切的联系,它们之间的比值变化受到源区化学风化强度的影响,因此这些元素的比值变化可以反映出海洋沉积物源区古气候的变化。本文研究了南海北部陆坡MD12-3432站位深海氧同位素6期和5期(MIS6/5) 沉积物的主微量元素,发现其表现出良好的气候控制变化特征,K/Ti、Mg/Ti、Al/Ti、Fe/Ti、Co/Ti、Zn/Ti和V/Ti等比值在MIS 5期时较高,而在MIS6期时较低。南海北部的碎屑物质主要来自中国华南地区,沉积物中元素比值的变化表明间冰期时(MIS5)华南地区陆壳化学风化增强,说明该时期华南陆地气候环境温暖湿润,这可能是间冰期时东亚夏季风加强的结果;而冰期时南海北部沉积物源区化学风化减弱,则与此时东亚冬季风较强,华南地区气候干燥寒冷相关。同时,与表层海水生产力相关的Ba/Ti比值在间冰期较高而冰期较低,反映出南海北部在间冰期时表层生产力较高而冰期时相对较低,这可能是由于东亚夏季风增强带来更多降雨,陆地化学风化作用加强,大量营养成分随河流进入南海,导致南海北部表层海水生产力增加。
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    贵德盆地三河流域高砷地下水中溶解性有机物三维荧光特性及其指示意义
    梁梦钰,郭华明,李晓萌,王振,修伟
    2019, 26(3): 243-254. 
    DOI: 10.13745/j.esf.2019.03.027

    摘要 ( 240 )   PDF(4831KB) ( 208 )  
    溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)可以通过多种方式控制含水层中砷的迁移转化。贵德盆地承压含水层地下水砷含量显著高于潜水含水层。为查明承压水中溶解性有机物对砷浓度的影响,对研究区地表水、潜水以及承压水进行吸光度和三维荧光光谱的分析,利用平行因子分析法确定了水样中有机物成分及荧光特征。结果表明,贵德盆地水体中DOM包含陆源类腐殖质(C1)、受人为影响的腐殖质(C2)、类醌化合物(C3)和微生物来源的腐殖质(C4)4种组分。陆源类腐殖质C1可在地下水中富集,占总有机质的40%~55%。相比于地下水,C2和C3则在地表水中占据较高的比例。高砷承压水中C2、C3所占比例高于低砷潜水。其中,C1可以通过络合作用促进溶解性砷浓度的提高,C3作为电子穿梭体可以促进含砷铁氧化物或氢氧化物的还原性溶解从而释放砷。微生物降解有机质生成的HCO-3可以与砷竞争吸附,促进砷的解吸附。此外,还原性溶解产生的Fe(II)与HCO-3形成FeCO3固定一部分的砷。该研究表明,地下水中的天然有机物通过络合作用和作为电子穿梭体促进铁氧化物还原导致地下水砷的富集,为分析黄河上游地区高砷地下水的成因提供理论依据。
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    La0.5 Sr0.5 Co0.8 Mn0.2 O3-δ 钙钛矿对过一硫酸盐降解水中四溴双酚A影响实验研究
    毛韦达,胡翔
    2019, 26(3): 255-262. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2019.5.30

    摘要 ( 166 )   PDF(5482KB) ( 105 )  
    研究了La0.5 Sr0.5 Co0.8 Mn0.2 O3-δ钙钛矿活化过氧单硫酸盐对四溴双酚A(TBBPA)的降解作用,重点探讨不同的煅烧温度制备镧锶钴锰钙钛矿(LSCM82)的催化性能对过一硫酸盐降解TBBPA的影响,以及溶液的不同初始pH条件对优选材料体系降解效率的影响。结果发现,变价离子的氧化还原对Co3+/Co2+和(Mn4++Mn3+)/Mn2+是催化剂活性的主要贡献者。煅烧温度为950 ℃且具有适量间隙氧及比表面积的LSCM82-950催化反应速率较高。在中性pH环境条件下应用LSCM82-950活化过一硫酸盐降解水中TBBPA污染物,既可以使催化剂钴浸出很少,又能达到最大程度的TBBPA降解效果。
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    石家庄市大气PM1、PM2.5 和PM10 中重金属元素分布特征及来源的对比研究
    闫丽娜,左昊,张聚全,李振宁,李胜荣
    2019, 26(3): 263-270. 
    DOI: 10.13745/j.esf.2019.03.029

    摘要 ( 199 )   PDF(1718KB) ( 178 )  
    为了解元素(尤其是重金属元素)在不同粒径大气颗粒物中的分布规律、污染特征及来源,于2016年在石家庄市采集PM1、PM2.5和PM10样品。利用等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Sb、Hg、Pb和Cd共13种元素的质量浓度,采用富集因子(EF)法分析各种元素在PM1、PM2.5和PM10中的分布特征,并通过主成分分析法讨论了这些元素的主要来源。富集因子分析显示出Al、Fe、Ti、Mn受人为因素影响较少(EF<10),其他元素则出现显著至极强的人为影响,尤其是Cd元素(EF>103),并发现颗粒物粒径较小时,富集因子较大,即人为因素影响更重。主成分分析表明:PM1中元素有工业冶炼及燃煤活动、机动车燃油排放、生活燃煤3个来源,PM2.5中元素有地壳源、电厂及居民生活燃煤、金属冶炼等工业活动、机动车尾气4个来源,PM10中元素有化石燃料燃烧和地壳源、与机动车相关的道路扬尘及工业尘、垃圾焚烧及机动车排放与磨损、燃煤活动4个来源。
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    月球南海地区玄武岩厚度估算
    姚美娟,陈建平,籍进柱
    2019, 26(3): 271-281. 
    DOI: 10.13745/j.esf.sf.2018.12.11

    摘要 ( 181 )   PDF(5563KB) ( 204 )  
    月海玄武岩是月幔部分熔融喷出月表而形成的,其厚度可以反映月海玄武岩源区的深度。研究月海玄武岩厚度,对进一步认识月球区域岩浆作用或火山作用的演化历史具有不可替代的作用,也能够为整个月球的热演化和岩浆演化提供基本的约束条件。同时,玄武岩厚度可以用以推测月球内部产生玄武岩岩浆的体积,对月球火山作用的岩浆喷发总量以及月球内部的热状态具有指示作用。本文基于多源遥感数据,综合利用撞击坑的形貌特征与月坑挖掘深度法对南海地区撞击坑内(crater)和撞击坑间(intercrater)两类玄武岩地层的厚度进行了估算,并对玄武岩的面积、体积、年龄及岩浆活动做了简单分析。研究结果表明:南海地区撞击坑内的玄武岩厚度变化范围为0.11~4.75 km,平均值约为1.32 km,玄武岩的出露面积和出露体积分别为57.06~10 791.66 km2和10.25~51 260.38 km3;撞击坑间的玄武岩厚度变化范围为0.01~2.18 km,平均值约为0.34 km,玄武岩的出露面积和出露体积分别为6 487.89~33 170.55 km2和2 711.97~11 609.69 km3。因此,南海地区玄武岩厚度的变化范围分布在0.01~4.75 km,平均厚度约为600 m,出露的玄武岩总面积约为2.12×105 km2,总体积约为2.71×105 km3。通过分析南海地区的玄武岩年龄及分布特征,发现南海地区内的岩浆喷发活动主要集中发生在雨海纪至爱拉托逊纪时期,且其局部区域存在多次岩浆喷发及充填过程,但由于晚期玄武岩岩浆的喷发总量不足以覆盖早期已形成的玄武岩,导致晚期玄武岩与早期玄武岩同时存在于同一个玄武岩单元内。南海地区独特的玄武岩分布特征也与地形有关。
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    《显生宙中国腕足动物属志》书评
    《显生宙中国腕足动物属志》书评
    费尔南多·阿尔瓦雷斯(Fernando ALVAREZ),约翰·泰兰特(John TALENT)
    2019, 26(3): 282-284. 
    摘要 ( 138 )   PDF(575KB) ( 160 )  
            由戎嘉余主编,金玉玕(已于2006年6月逝世)、沈树忠和詹仁斌任副主编的两卷本《显生宙中国腕足动物属志》已于2017年岁末出版。该志书由24位作者通力协作共同完成,其中有11位来自中国科学院南京地质古生物研究所(NIGPAS),另外13位来自11所海内外高等院校及研究机构。这些作者都有着长期的研究经历以及广博的知识储备,在长达16年严谨繁复的撰写和编改后,最终完成本书。该志书共包含了11个章节以及2目索引,其中索引部分按照字母顺序列出了书中涉及的腕足动物属名以及岩石地层单位。书中引证的参考文献用小号字体列出,总共多达76页。在每个章节之后,这些参考文献条目从3页(“代前言”章节)到14页(“二叠纪腕足动物属级分类”章节)不一而足,并为今后的相关研究提供了翔实准确的资料来源。
            该志书包含上下两卷,共1 096页。书籍装帧精美,图文并茂,附有446张高质量插图(其中11张彩色插图)以及125张图版(其中7张配有彩色照片)。图表内容丰富,包括壳体形貌和纹饰的手绘素描、内部构造(如系统切片以及结构复原等),以及时代分布和地理分布等。图版制作考究,并在其对页附有详细的图版说明(包括图片的放大倍数),以方便读者阅读。全书各章节的写作风格与排版格式同条共贯,前后一致。
            志书的上下两卷分别配有目录。第一卷开篇是主编戎嘉余院士撰写的15页中文版“代前言”,其后为编辑们(以及乔丽博士和黄冰研究员)共同撰写的38页“序言”。其中“序言”部分介绍了这本著作在编纂过程中所历经的坎坷以及支持作者们最终完成此书的精神源泉。该志书严谨详实地整理并收录了分散在各类期刊、会议摘要、区域化石图册以及公开出版与内部交流的各类专著中有关中国腕足动物属级分类研究的成果,并补充了一些本书作者尚未发表的研究材料。
            20世纪70—80年代,中国各地区域古生物图册曾经大量出版,但因为多使用汉语书写,在国际交流时往往会造成一定的不便。经过翻译后,一些新建的属的重要鉴定特征往往表达模糊,而很多报道新材料的文章发表在非古生物学的专业期刊上(如石油勘探或者区域地质等方面的期刊)。这些文献往往由区域性的出版社出版,并且发行量有限,很少被国际上的大型图书馆收藏。这些“稀有出版物”甚至在中国几个较大的科研机构中也往往难得一见。此外,尽管不少区域古生物图册会附有简短的英文摘要,但有可能新属新种的实际情况与他们在书中的简述并不一致。还有一个问题是,当时很多身处基层工作单位的学者在定义新的属种时,没有遵循《国际动物命名法规》(The International Code of Zoological Nomenclature,ICZN,4th Edition)。而这两卷志书的问世,无疑都对这些问题进行了精细的考据和严谨的修订。
            在“序言”中,编辑们介绍了中国腕足动物的研究是如何从无到有,又怎样筚路蓝缕、砥砺前行。在中国历史上,腕足动物化石几百年前就作为中药材而被人们所熟知。最早的文献记载可以追溯到公元7世纪,一味被称作“石燕”的药材(“石燕”,性为石而形似燕,多为泥盆纪石燕类腕足动物化石)。但早期的医书并没有对这类生物的起源,以及研磨后产生药效的原因进行讨论。
            最早对中国腕足动物进行分类学研究的是比利时古生物学家康宁克(L.G. de KONINCK)。他于1846年描记了腕足动物两个新种Terebratula yunnanensis和Spirifer cheehiel。古生物学家凯瑟(E.KAYSER)最早于1883年依据中国的化石材料建立了腕足动物新属蕉叶贝属(Leptodus),并归至蕉叶贝科(Lyttonidae),同时将李希霍芬贝(L. richthofeni)定义为模式种(KAYSER, 1883)。自此,根据中国的模式标本先后共创建了757个新属,同时随着研究的深入,地层对比精度及腕足动物分类系统日益得到提高与完善。这些研究成果都为该志书的撰写提供了翔实的资料。
    费尔南多·阿尔瓦雷斯,约翰·泰兰特/ 地学前缘(Earth Science Frontiers)2019, 26 (3)费尔南多·阿尔瓦雷斯,约翰·泰兰特/ 地学前缘(Earth Science Frontiers)2019, 26 (3)
            该志书“序言”部分开篇是腕足动物“研究历史回顾”,将中国腕足动物化石的研究分为以下4个阶段。
            第一阶段(1846—1923年)。国外古生物学者如康宁克(LGde KONINCK)、戴维森(DAVIDSON)、凯瑟(KAYSER)、弗伦奇(FRECH)、洛奇(LOCZY)、车尔尼雪夫(TSCHERNYSCHEW)、丁纳尔(DIENER)、华考特(WALCOTT)、韦勒尔(WELLER)、葛梯(GIRTY)、满苏(MANSUY)、矢部长克(YABE)和早板一郎(HAYASAKA)等对中国寒武纪至古近纪的腕足动物进行研究,并发表了相关的研究文章及专著。
            第二阶段(1924—1950年)。腕足动物的研究开始吸引中国学者的关注。孙云铸首先报道了山东省寒武系中腕足动物化石,紧随其后的有赵亚曾、朱森、黄汲清、田奇瓗、张鸣韶、尹仲科等老一辈科学家。这一时期在北京大学执教的美籍科学家葛利普教授(A.W. GRABAU,1870—1946)对中国地质学与古生物学的发展做出了卓越贡献,他曾相继发表了数本有关中国腕足类、双壳类和腹足类化石的著作。同一时期还有其他多名国外学者对中国腕足动物的研究做出巨大贡献,如瑞德(COWPER-REED)、德提拉(de TERRA)、哥藤与梅拉尔(GORTANI与MELAR)、小林贞一(KOBAYASHI)、远藤隆次(ENDO)、矢部长克(YABE)、尾崎金右卫门(OZAKI)、湊正雄(MINATO)和早板一郎(HAYASAKA)等。
            第三阶段(1950—1991年)。这一时期随着区域地质调查以及地层与古生物研究工作的全面展开,很多新的腕足动物化石群得以发现。在20世纪60年代,两位杰出的中国科学家王钰院士(1907—1984)和杨遵仪院士(1908—2009)做出了卓越的贡献,并培养了一批该领域优秀的国内青年学者。后来他们中的一些人把毕生的精力都投入到了腕足动物研究中。在70年代后期至80年代,全国腕足动物学者已经超过50人。同时这一时期大量的新属新种被创建,并多在23个省及5个自治区的区域古生物图册上发表。该时期标志性的两大事件是1980年在浙江杭州和1985年在云南昆明召开的全国腕足动物会议。在1980年第一届会议上,来自全国各地的腕足动物工作者超过100人,并有两位外籍专家参会。其中一位是对中国腕足动物研究影响深远的美国布科教授(Arthur J.(‘Art’)BOUCOT),另一位是加拿大腕足动物学家、曾任国际沉积学会主席的琼斯教授(Brian JONES)。为了纪念布科教授的贡献,2004年9月30日还在南京地质古生物研究所举办了一次国际学术研讨会(见Palaeoworld,2006年5月第15卷,第2期)。
            第四阶段(1991年以来)。这一时期大量的年轻学者涌现,研究重心多集中在传统分类学、地层对比,以及新兴的古生态学和生物古地理学等方面。这一时期全国研究机构、生产单位和高校的科研经费大幅提高,极大地促进了包括腕足动物研究在内的基础科学的研究。在2015年5月,第7届国际腕足动物大会在南京召开,终于实现了几代中国腕足动物学者的夙愿。这次学术盛会共有53个口头报告(其中21个来自中国)、30幅展板报告(其中10幅来自中国),以及来自24个国家195位研究者的108篇会议论文摘要。会议最终取得了圆满的成功。
            在“研究历史回顾”后,紧接着介绍了中国古生代和中生代腕足动物属级分类单元的“总体面貌”。该部分内容总结精辟,图文并茂,集中展示了不同省份腕足动物新属的地理分布、每个地质历史时期腕足动物目级和属级分类单元的数量、各目下新属的数量、显生宙各阶中国腕足动物新属的数量,以及建立新属文献的数量统计(自1883至2015年,分别以5年和10年为单位)。这之后是“分类学归纳”,该部分采用国际上通行的腕足动物系统分类体系(Treatise on Invertebrate Paleontology,KAESLER, 1997—2006; SELDEN, 2007),统计出全书共有757个新属或亚属,其中61.6%为有效命名,17.2%为主观同义名(junior subjective synonym),2.6%为可能同义名(possible synonym),1.85%为异物同名(homonym),2.25%为客观同义名(objective synonym),10.6%为疑难名(nomina dubium),3.4%为裸记名(nomina nudum)。另外还有2.4%之前被认为是腕足动物的化石被排除出腕足动物门。此外,“序言”中还包括了腕足动物的时代延限、生物古地理分布(自寒武纪到白垩纪,按年代顺序共分列为9节)、中国腕足动物宏演化、早期类群的多样化、生物大辐射与大灭绝、区域性与全球性生物群(如叶月贝动物群)、生物地理分区的控制因素、重大环境变化与海平面升降、板块构造与地理隔离,以及沉积与环境背景等内容。编辑们在第1卷(39—557页)和第2卷(559—1096页)中,对中国腕足动物的系统古生物学描述做了大量工作,如对新属的命名人、命名地、模式标本及其保存地点等内容的考据。为了避免国外学者受汉语人名翻译的困扰,书中将1950年以前文献中的人名用韦氏音标(WEBSTER spellings)标注,1950年及以后文献中的人名用汉语拼音标注。此外,10篇附录还分别归纳了书中涉及的全部异物同名、同义名、裸记名及18个排除于腕足动物之外的属名,以及标本保存地点及其缩写。
            该志书第1卷的其他部分以及整个第2卷,分别按照地质年代顺序(从寒武纪到白垩纪)分章节叙述。每个章节依次有引言、分布范围、地层对比、动物群演替序列、生物古地理以及属级系统古生物等内容。书中的系统古生物学描述部分明晰了各个属的模式种、词源、鉴定特征、讨论、有效性、地层延限和地理分布。
    腕足动物门是地质历史上最为复杂、演化多样性最强的六个门之一。该志书通过对中国腕足动物材料的研究和归纳,致力于为该领域的每一位学者、专家和爱好者提供翔实可靠的参考资料。有着近200年研究历史的中国古生代和中生代腕足动物分类学文献浩如烟海。对于本书的作者来说,查阅、整理和归纳这些资料无疑是项浩大的工程。该志书的付梓无疑也是作者、编辑、绘图和出版工作者共同努力的成果。该志书考据细致,资料翔实,是中国古生代和中生代腕足动物属级分类的完整数据库,必然会在未来很长一段时间里成为化石爱好者和古生物学家的案前参考书。书中各分论部分也会在未来有关生物古地理学、生物地层学以及生物演化的研究领域中被广泛引用。而这本著作却鲜有错误出现。
            该志书的问世为中国和国外的学者提供了完整的中国腕足动物属级数据库。我们在此真诚地向对腕足动物的系统分类、生物地层和古地理分布等感兴趣的各位专家学者以及爱好者推荐这本巨制。
    该志书定价为225美元,尽管并非低价,但它值得每一位腕足动物学者和相关研究单位购买。预算不足的学者也可以建议其所在的研究机构图书馆采购。如果您是一位“中国粉”,即使不从事古生代或中生代的相关研究,也请不要错过这本由科学出版社(北京)出版的装帧精美的鸿篇巨著。
                                                                                                                                                                                                                                             (译者:张雨晨;校阅者:乔丽)
            (参考文献略)
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