地质学研究篇1
摘要:
冰芯是全球气候变化研究的重要对象，通过物理和化学手段可提取其中的古气候信息。作为物理分析技术之一，冰芯导电测量技术可分为eCm和Dep2类，已运用到多个冰芯项目中。其主要反映了冰芯电学性质受温度、压力、杂质等因素影响而产生的变化，而导致这些变化的原因可从宏观和微观方面进行解释和探究。冰芯导电测量获得的结果可应用于定年、火山事件、积累率、生物质燃烧、离子浓度恢复等多领域研究，对帮助系统认识第四纪晚更新世以来的南极气候演变过程具有重要意义。通过详细总结极地冰芯导电性质及测量技术的主要研究成果，探讨了该技术在中国Domea深冰芯项目中的应用前景。
关键词:
冰芯;导电测量技术;eCm;Dep;古气候
1引言
冰芯是一种良好的古气候记录保存载体，具有保真性强、信息量大、时间跨度大、分辨率高等特点，并对揭示由于地球轨道变化引起的冰期—间冰期循环具有独特优势［1］。冰芯中记录的信息通常利用物理和化学分析方式进行提取。其中，冰的导电测量技术是重要的物理分析手段之一，具有快速、简便、可保持冰芯原始特征等特点。通过导电测量得到的连续信号不仅有助于后续的化学分析，并且可以反映相应地区的一些古环境事件和环境变迁情况，具有十分广泛的应用前景。冰芯导电测量技术按采用电源差异可分为直流导电测量和交流导电测量2种形式，分别对应2种具体测量方法:eCm。eCm是将通有高压直流电的电极在剖开的整洁冰面上连续划刻，记录下电流随固体冰中H+浓度改变的一种测量方式［2］。它是在实验室研究冰中掺杂HF，nH3，HCl等几种物质对冰导电能力影响的基础上［3～5］，于1980年由Hammer［6］率先在GiSp冰芯钻探项目中提出并得到使用，目的是根据测量电流值加以校准得到的模型，大致计算出各层位H+的含量。Dep则是基于通有低压高频交流电的电极测量固体冰阻抗(电容、电导)的一种测量方式，由moore等［7］于1987年在GRip项目中首次提出。目前，eCm和Dep技术单一使用到冰芯测量环节中互有优劣。前者设备简单，便于现场快速操作，然而只能反映冰中H+的变化情况，并在一定程度上对冰芯有所破坏;后者设备相对复杂、不确定性大且分辨率低，但无需直接接触冰芯就可得到测量结果，而且对冰芯破坏程度小，能够反映冰中较多种类化学杂质的含量及影响。鉴于两者可以互相弥补对方不足，为更好地达到定年和火山事件分析等研究目标，故在多数深冰芯钻探项目中作为初步环节被共同使用。现今，冰冻圈对全球和区域气候系统的反馈作用正受到国际科学界的广泛关注［8］。作为其主体，南北极的开发和研究则更具有科学意义，多个极地钻探计划被提出和实施［9，10］。而冰芯导电测量技术将为科学分析冰芯提供有力的支持，有必要对其进行深入研究和设备研发。本文将从该技术的主要方法和进展、影响电学信号的因素、古气候学应用等多方面总结和探讨过去两极冰芯导电性质和测量方面的一些研究成果，以期为未来研究提供方向和思路。
2技术进展及设备
2．1eCmeCm设备通常包括以下几个主体部分:导轨、电极、编码器、电脑。导轨起支撑和固定作用，防止冰芯在过程中滑移，长度略大于单支冰芯。电极是供电与冰芯直接接触部件，通常手动操控。电极尾端有信号线与电脑相连，刻划时电流的变化可通过其传输到电脑软件上得到连续曲线。编码器的主要作用是记录电极在剖开冰芯平面上所处的相对位置，便于测量冰芯的提取深度与电信号对应(图1)。虽然eCm测量设备在各国已有深冰芯钻探项目中大体一致，但根据使用需求设备参数略有不同。eCm在20世纪80年代诞生后，经过多年的改进和发展，又陆续衍生出2种比较成熟的新型eCm技术。其中，Sugiyama等［23］于1995年首次在DomeF深冰芯钻探中提出aC-eCm法，原理是利用aC(交流)损失角与高频电导线性之间的相关关系反映冰芯导电性质的变化。该方法虽然提高了测量结果的空间分辨率和重复性，并给出冰在高频下的微观性质信息，但由于很难消除表面电导效应，没有好的校正标准，故难以广泛应用［24］。另一种是进入21世纪后使用更为频繁的多道eCm法，其主要是通过多个电极以增加宽度构建出电导二维图像［25］。这些方法的出现改进和弥补了原有eCm技术的一些不足，为获取和解读冰芯的电学测量数据提供了更广阔的角度。
2．2DepDep的设备构成和测试方法与eCm相比则略有不同。在使用Dep测量时，一般将完整冰芯放置在一对弯曲的阳极氧化铝电极上，角度为100°～140°，底部与高压端相连，连续且与冰芯长度一致。顶部按测量分辨率放置小型电极，测量时测量段通有低压，其他铝制保护电极接地保证电流单向传导(图2)。Dep通常采用的电压为1V，频率最高可达1mHz，通常测量1m长的冰芯一般需要30min，结果用电导率表示［27］。这一技术的出现补足了eCm存在的缺陷，并一同应用于各项深冰芯钻探中(表2)。除基本的Dep技术外，为弥补Dep测量分辨率的不足，又进一步衍生出2种新型Dep技术。第一种是由moore［28］在1993年提出的高分辨率Dep技术，采用缩小冰芯上方的Lo电极来提高Dep图像的分辨率(5～6mm)，取得良好效果的同时，节省了大量的测试时间。另一种是eCm混合技术，主要借鉴eCm的优点，利用电极在冰表面划刻进行测量以提高分辨率［23，29］。经过多年发展，Dep技术同eCm技术一样逐渐得到完善，也提供了更加精确的电学测量数据帮助解读冰芯信息。
3冰芯电学性质及宏观影响因素
虽然冰芯导电测量已经成为在冰芯分析中不可或缺的关键环节，但若想清晰解读在冰芯中的古气候与环境变化信息并选择合适的条件测量，首先需要了解和掌握冰芯在不同条件下导电时的性质变化和宏观影响因素。目前，通常把纯冰在－15℃，0．1mpa，密度为917kg/m3、无特殊组构和杂质条件下的电导率和电导常数作为标准值(表3)，与不同条件下的电学信号响应比对［31］。影响冰芯电学性质变化的因素可分成2类:内部化学杂质因素和与之相对的非化学因素。
3．1非化学因素
3．1．1冰芯物理条件冰芯物理条件是指冰芯本身的物理性质，包括温度、压力、密度、冰晶体性质等因素，它们会对冰的电学性质产生不同程度的影响。其中，温度是改变体积电导率和电容能力的重要因素之一［32］。根据阿伦尼乌斯定律，温度、活化能与体积电导率的倒数呈指数关系，且温度还直接影响活化能的高低［33，34］。在实际eCm测量结果中，具体表现为随温度降低电流会明显下降，但整体变化趋势不发生改变［35］(图3)。鉴于温度的变化特点，在实际操作时，通常选择在－14～－15℃进行冰芯导电测量(表1)。一方面该温度可以有效反映冰的固有导电特性，另一方面温度较高会产生表面电导，影响测量结果［28］，而温度较低则会对实验室制冷条件提出较高要求，给实验人员的操作也增加了一定困难。在自然条件下，冰层所受压力会因上覆冰层的增厚而逐渐增加。这种压力变化可影响冰的凝固点，而凝固点又控制着直流和交流电导的变化［25］。并且，对冰i形态的研究也指出，随压力增长，冰的直流电导是快速增长的［36］。因此，尽管无法量化压力对电导率的影响，但是可以确定压力是控制冰芯电导变化的因素之一。此外，压力的变化还可间接引起冰密度的改变，虽然在冰芯中变化范围不大(840～920g/cm3)，但研究表明密度是影响上部粒雪介电常数改变的首要因素，并可能主要是通过控制冰晶体内部硫酸电导系数的变化来实现的［37］。利用冰芯中介电常数的改变，通常可以明确区分出粒雪向冰转变的层位［38］。影响电学性质的冰晶体性质包含多个方面，在这里主要对2个方面进行讨论:晶体粒径和晶体形状。前者尽管曾被指出是控制冰中电导率的主要因素［39］，但在DomeC冰芯的研究中，末次间冰期冰芯段的电学响应却没有随着晶粒尺寸增加而有明显改变，因而尚无法定论晶体粒径对电导率的影响［40］。后者是计算电导率经验公式中的影响参数之一，但其值改变范围十分有限(0，1/3，2/3)［25］。所以，就冰晶体性质而言，其对冰芯电学性质的影响并不显著。
3．1．2测量设备参数因素根据使用技术和冰芯理化性质的不同，测量时采用的设备参数常常会发生改变，包括施加的电压(eCm)、频率(Dep)以及与冰面直接接触的电极(eCm)等。其中，在eCm中，电压的增长可造成响应电流呈非线性增加，原因可能是当电极碰触冰芯时，产生的热效应导致在冰表面形成水薄膜，进而增强了冰芯的导电能力［31］。与温度的影响类似，这种非线性的电流变化并不能改变总体变化趋势，只能造成信号量级的增加。电极与冰芯的接触面积(电极形状)和间距也会引起eCm电流值的改变，间距变小和接触面积的下降均可导致电流下降［6］。另外，频率的变化主要影响Dep中介电常数的变化，变化规律是在低频时较高，在达到弛豫频率时较低，而在到达1GHz后趋于稳定［41］。
3．1．3操作因素冰芯在进行测量前要经过提取、运输、保存、处理等各种环节，均需要操作人员的参与和介入，难以避免一些因素作用于冰芯而对导电性质产生影响。首先，冰芯的储存时间和环境会造成老化效应的显现。因为在实验室测量前多数冰芯需要在冷藏库内保存一定时间，所以，经过保存的冰芯便会受到保存环境中空气不同成分的影响。根据改变冰芯周围环境的测量结果，氨气的影响十分明显，而氦气则基本无影响。由于氨气可导致eCm中H+浓度的下降，故实验室分析冰芯在eCm中常表现出比未经保存直接测量冰芯的电流值低［42］。其次，冰芯质量的优劣直接影响着导电测量结果。冰芯质量描述主要包括是否有断层，受污染程度的高低，剖开平面的整洁程度等多个方面，而这些方面可能造成信号缺失和偏差。所以，在测量导电信号前确认其质量是十分必要的。最后，由于多数eCm设备采用手动操作方式，不同操作人员使用不同的设备对同一段冰芯测量很有可能出现不同结果，一些细节的差异就会造成测量值的波动，从而影响结果的解读。
3．2化学物质对冰芯电学性质的影响南北两极冰盖中存在的自然冰无一例外是通过大气降雪(水)和后续的降温转化过程而形成的。因而，不同于纯冰，它携带有大量来自于大陆、海洋、甚至是地球内部(如火山喷发)的化学杂质和气体。对于冰的电学性质而言，化学物质种类和浓度的变化(纬度、区域、季节、气候引起)可造成电学信号的波动，反之，利用电学信号的变化又可以推导出化学物质的浓度高低以及造成该变化的古环境事件［43～53］。在冰芯中，通常包含4种主要的化学物质，即酸、铵根、海盐离子和大陆源离子。鉴于这些物质对eCm和Dep结果的影响存在差异，需要分别对它们进行详细讨论。
3．2．1酸已有研究指出，酸电离产生的H+是控制eCm和Dep响应的主导因素，特别是强酸(盐酸、硝酸、硫酸)的作用［31，44］。不同种类强酸的电学响应各自不同，其中，硝酸和盐酸在背景值中(有季节性循环)贡献最大，而颗粒边界的主体酸———硫酸(主要产生于火山喷发)则是异常高峰值的来源，少部分峰值也来源于盐酸［45］。
3．2．2铵根铵根是冰芯中主要的化学杂质之一，其大部分来源于生物质燃烧过程，小部分则可能来自本地生物残体的降解［48］。当来自这些源区的铵根出现浓度峰值时，eCm和Dep测量结果会产生截然相反的响应，即eCm信号急速衰减和Dep信号同步出现峰值。前者是由于呈碱性的铵根与酸发生中和作用造成了H+的浓度下降而使得电流值降低［46］，后者则通过对富含铵根流动水的冰的研究发现，可能是由于铵根与氯离子的联合作用造成导电响应上升［49］。此外，在对处于冷期的冰芯测量时，其电导率的变化趋势与铵根浓度变化趋势相似，亦证实了铵根对Dep信号的正效应。
3．2．3海盐离子海洋的水汽蒸发是南极大陆沉降的主要来源之一，因而，雪冰中常含有海水水汽带来的大量钠、镁、钾、钙等阳离子和以氯离子为主的阴离子。由于这些离子在电学响应中的区别不明显，特别是eCm对其响应微弱或基本无响应，可统称为海盐离子。不过，靠近海岸的Filchner-Ronne冰架获取的冰芯中含有高浓度的氯离子，使用eCm检测却得到电学信号，这种现象的原因可能要归咎于海盐离子浓度超出一定界限，自由盐水使得电流能够传导［50，51］。而在Dep中，氯离子是控制电导值的3个主要化学物质之一，可导致电导值出现峰值并多出现在秋冬季。
3．2．4大陆尘埃和离子除以上3种化学物质以外，冰芯中一些通过风力和降水进入到冰中并沉积下来的，源于大陆的尘埃也能引起导电结果的改变。这些尘埃主要以固体微粒形式存在，并由矿物离子组成，多为呈碱性的Ca2+，随着其浓度升高通常会导致eCm中响应电流的降低。经过Legrand等［52］对VoStoK站附近多根冰芯的研究表明，这种降低可能是由于与Ca2+和相关的不溶性铝酸盐在高酸度情况下发生反应的负作用。然而，在Dep中，测量获得的趋势则与eCm截然相反，研究表明，Ca2+在浓度低于10μmol/L时表现出随含量增加间接导致交流电导率轻微上升［53］。
4微观传导机制
相比从宏观的角度解读冰芯导电测量信号的变化，电学传导机制的研究将从理论和微观角度更好地帮助理解不同因素对电导影响的原因。目前，Jaccard晶内离子缺陷理论和晶间水脉理论是描述冰导电性质变化的2种主要理论［54］。普遍认为，低频高浓度情况下，酸的导电作用机制倾向于晶间水脉理论，而低浓度和高频情况则更适用于晶体缺陷理论(除3．2．3中案例)［33，34］。
4．1Jaccard晶内缺陷理论该理论由Jaccard等［55］率先提出，主要认为固体冰电导的产生是由于化学离子造成的冰晶格内缺陷。形成的缺陷有2种，分别是离子缺陷和L－或D－缺陷。在冰芯中，前者通常是在直流情况下(eCm)由H+产生，后者主要是在高频情况下(Dep)由酸或盐形成［55，56］。一些事实可以用该理论进行解释:掺杂冰导电研究实验结果与DFt模型一致，暗示了在温度系统恒定的掺杂冰中缺陷的活跃程度似乎受到L－缺陷的自由迁移控制［57］;而对酸在冰中电导的作用研究也发现，尽管大部分直流被晶体边界阻碍，通过多晶导电的极地冰可以用Jaccard理论中单晶体介电质子缺陷来解释，并且使用阿尔奇定律(archie’sLaw)模拟得到的结果也不支持晶间水脉理论导致明显低频电导的假说［58］。
4．2晶间水脉理论由于晶内缺陷理论无法很好地解释直流电导的量级和温度依赖性，也无法解释酸的低电导与硫酸有关等问题，wolff等［25］经过进一步研究提出晶间水脉理论。该理论主要认为在冰晶粒结合区存在着孔隙，而一些离子(主要是酸)存在于该区域(颗粒边缘)的液态水中，电导便沿着这些离子形成的网络移动，即构成酸性晶间水脉。虽然用电子扫描显微镜观察冰晶得到的直接事实支持该理论(图4)，但无法排除酸在晶格中仍存在晶内电导的可能性［59］。而且，还有一些难以用该理论进行解释的现象存在，例如，50%融化的冰芯和100%融化的冰芯pH值十分接近，冰芯深处超大单晶体冰的直流电导结果(eCm)与普通冰芯无异等［60］。
5冰芯导电测量结果的应用
5．1火山事件及定年火山喷发会释放出大量的尘埃和气体进入大气层，而气体中的So2可经过长时间运输以及大气化学反应沉降形成酸性层［61］，H+浓度急剧增高会造成eCm和Dep信号中存在明显的峰值。经过信号比对和杂音排除，可将部分eCm和Dep的异常峰值标记为火山事件［62］。Liu等［63］曾针对Vostok站BH8冰芯分析判定出一个4700年前的火山事件;parrenin等［64］则经由DomeC和Vostok站多根冰芯电学信号比较，得出从现在到14．5万年前时间段内的111个火山事件。此外，冰芯导电测量结果不仅可以给一些尚未记录的古火山事件提供依据，还可以通过将信号异常高值作为年代标志层并根据存在的高低起伏周期变化进行定年［65］。冰芯详细的年际划分可为后续计算积累率和离子浓度分析奠定基础，并建立起连续的古气候记录。
5．2积累率物质平衡观测是两极研究的一个重要课题，现今人们可以利用标杆、卫星等手段进行观测。不过，若想了解过去无人类记录时期的物质积累情况，以上这些方法就难以实现，而此时就可以利用Dep来近似恢复古代积累率的变化。具体方法是先通过由Loogenya［66］提出，Glen等［67］改进的修正混合模型计算出密度，后结合连续Dep记录得到对应时期积累率。应用此方法，Karlf等［68］针对1997—1998年在毛德皇后地采集的一根120m冰芯进行积累率恢复，得出小冰期时期积累率下降8%的结论。oerter等［69，70］对来自相同地点采集的多根浅冰芯进行积累率恢复，认为19世纪的积累率低于20世纪，经过验证后得出，从Dep得到年积累率与氚同位素推导出的结果是基本一致的。而Hofstede等［71］对6支不同地区冰芯的研究提出20世纪初期的积累率增长最快，西南极的时空变化相较东南极更为显著，积累率虽有波动但无明显特征的结论。除Lmm模型外，在此基础上，wilhelms［72］又进一步发展提出DeComp模型，将Dep得到的电导率转换得到的密度精确度由10%提高到1%，进而获得了更加准确的古积累率变化值。
5．3生物质燃烧生物质燃烧事件在工业革命前主要是指森林火灾或农业清除过程，其反映了生物圈的变化情况［73］。在燃烧过程中，大量产生铵根、Ca2+和黑炭，其中，铵根浓度的上升最为明显。如前所述，铵根可借由中和反应造成eCm信号的减弱，所以，可通过eCm信号的异常减弱判断是否有生物质燃烧事件发生。Chylek等［74］测定来自GiSp2冰芯3组样品中的黑炭浓度，发现氨浓度峰和eCm谷有很好的对应，可以确认这一时间段的大范围森林着火事件。taylor等［75］同样使用GiSp2冰芯的eCm信号得到了一个6000年长度的生物质燃烧记录，并认为铵根可能来源于加拿大东部。
5．4离子浓度恢复利用电流强度或电导数值并根据经验公式(公式(1)和(2))可大致恢复出总酸离子和中性盐离子浓度。尽管目前已有离子色谱等手段进行冰芯离子浓度分析，但是电学方法不仅可在钻进现场快速估算，而且能够帮助验证化学分析的准确性［76］。eCm结果可用于预测H+浓度［77］，而Dep则可在eCm的基础上预测中性盐离子浓度。通过moore等［78］对Dollmen冰芯的研究结果来看，虽然H+浓度在冰芯较浅深度部分预测不够理想，但大体上符合情况较好，而盐的预测则由于酸的影响在低浓度时预测效果不佳。在得到离子浓度的基础上，可知每段冰中占主导位置的是何种化学物质，进而区分出冰期和间冰期的大致范围。判断标准是:酸在全新世暖期和大间冰期占主导，碱性铵根主要控制冷期，如YD(YoungerDryas)等，而氯离子是在小间冰期和小冰期中为主导［79］。
6结语和展望
回顾过去30多年极地冰芯导电测量技术的发展和应用，尽管在多方面已经取得了长足的进步并获得了丰富的成果，但现阶段的测量工作仍存在许多不足之处，值得进一步提高和完善。首先，无论是eCm还是Dep技术仍存在较多因素干扰所得结果，尽管结合应用时可以排除部分影响，但使用仍缺乏准确性和有效性，特别是在定年使用上。其次，一些控制冰芯宏观导电性质因素的关键问题尚未得到有效解答，如多种因素的联合作用效应、每种因素的影响程度等。第三，冰芯中的电学传导机制相对而言比较复杂，现有理论无法清晰解释所有相关现象，迫切需要产生新的理论体系来改变这一情况。第四，包括前处理设备在内，冰芯导电测量设备仍需在多方面进行改进。基于以上不足，我们可对未来冰芯导电测量技术的相关研究工作提出更多展望:测量设备是提高数据可靠性的关键，通过增加自动化控制和改变电极设计可消除手动操作带来的误差，提高数据分辨率;宏观因素的分析还需要进一步与数学模型结合，并适当在实验室进行模拟实验，以准确量化多种因素的单独和联合影响，便于在后续分析中剔除这些因素带来的噪音;电学传导机制的研究则应该着眼于增进对冰晶体内部结构的认知，引进其他学科的研究方法，来找寻新的发现和突破;而在古环境和古气候学应用方面，可结合其他方法加以印证和对比以排除噪音信号，比如在火山事件识别方面，采用分析冰芯中非海相硫酸盐离子浓度的方法来互相鉴别以提高准确率。同时，加强除噪过程中数学方法的使用和改进也可部分修正eCm和Dep信号的偏差。
地质学研究篇2
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地质学研究篇3
关键词：悬索桥隧道式锚碇施工图设计阶段岩体工程地质力学研究建议
1前言
坝陵河大桥离拟建贵州省镇宁至胜境关高速公路起点约21km，地处黔中山原地带。高速公路在关岭县东北跨越坝陵河峡谷，峡谷两岸地势陡峭，地形变化急剧，高差起伏大，河谷深切达400～600m。桥址区属构造剥蚀、溶蚀中低山河谷地貌。岩石建造类型以碳酸盐岩与陆源碎屑岩互层，以碳酸盐岩构成峡谷谷坡，以碎屑岩互层构成谷底及缓坡为基本特征。坝陵河流向与区域地质构造线方向(nw)基本一致。河谷西岸地形较陡，地形坡度40～70°，近河谷一带为陡崖。桥位区西岸（关岭岸）锚碇地段处于斜坡中部，出露的岩层有三叠系中统竹杆坡组第一段（t2z1）中厚层状泥晶灰岩和杨柳井组（t2y）中厚层状白云岩[1,2]。弱风化岩体直接出露于地表，微新岩体埋深30～50m。
坝陵河悬索桥主跨1068m，桥面总宽度24.5m，东岸锚碇采用重力式锚，西岸锚碇采用隧道式锚。西岸隧道式锚碇在技术设计中全长74.7m，最大埋深78m，主要由散索鞍支墩、锚室（34.7m）和锚塞体（40m）三部分组成，两锚体相距18～6.36m。锚塞体和锚室为一倾斜、变截面结构，上缘为圆形，下缘为矩形，纵向呈楔形棱台，矩形截面尺寸为10m×5.8m～21m×14.5m。西岸每根主缆缆力（p）约为270mn，水平夹角约26°。锚体中设预应力锚固系统，主缆索股通过索股锚固连接器与锚体中的预应力锚固系统连接。
悬索桥锚碇在承受来自主缆的竖向反力的同时，主要还承受主缆的水平拉力，是悬索桥的关键承载结构之一，其总体稳定性和受力状态直接影响到大桥的安全和长期使用的可靠性。坝陵河悬索桥是镇宁－胜境关高速公路的重要节点，针对该大桥施工图设计阶段，本文提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的工程地质力学研究建议。鉴于锚碇型式受到地形、地质条件的限制，国内外采用隧道式锚碇的大跨悬索桥为数较少[3－7]，见诸文献报道的更少，本研究建议有不适当之处，请专家批评指正。
2岩体工程地质力学研究建议
2.1锚碇围岩工程地质条件研究
西岸隧道式锚碇坐落于边坡浅表弱风化～微新岩体中，弱风化～微新岩体的工程地质条件关系到锚碇隧洞的成洞条件及锚碇体系在主缆拉力荷载作用下的整体稳定状态。
边坡浅表部中存在卸荷岩体。岩体卸荷带是伴随河谷下切过程或边坡开挖过程中，由于应力释放，岩体向临空面方向发生卸荷回弹变形，能量的释放导致斜坡浅表一定范围岩体内应力的调整，浅表部位应力降低，而坡体更深部位产生更大程度的应力集中。由于表部应力降低导致岩体回弹膨胀、结构松弛，破坏岩体的完整性，并在集中应力和残余应力作用下产生卸荷裂隙。岩体应力的降低最直观的表现是导致岩体松弛和原有的裂隙发生各种变化，形成新环境下的裂隙网络。这些裂隙一部分是迁就原有构造裂隙引张扩大经改造形成[8]，有一些是微裂隙扩展后的显式裂隙，也有在新的应力环境和外动力环境下形成的裂隙。在岩体卸荷、应力降低的过程中，随着新的裂隙系统的形成，也为外动力或风化营力提供了通道，加速岩体的风化和应力的进一步降低。风化岩体裂隙的增多，是岩体卸荷和风化共同造就的。
西岸锚碇边坡岩体在浅部节理裂隙发育，岩体透水性较好，渗透系数高；随着深度的增加，透水性逐渐减弱。深部的岩溶发育情况有待研究。
据初步设计阶段工程勘察资料，西岸锚碇边坡出露的灰岩和白云岩的产状为：倾向50～80°，倾角48～87°。主要发育三组优势节理：①155°∠57°；②220°∠34°；③333°∠46°。在岩层层面、不利结构面组合切割和深部岩溶发育情况下，在主缆巨大拉力下，不能够排除存在深部拉裂滑移面威胁西岸锚碇边坡整体稳定性的可能性。
锚碇围岩工程地质条件研究内容包括：
（1）研究从边坡表部至深部岩体中裂隙的分布密度及张开度变化，揭示岩体的卸荷程度，为锚碇施工期和运行期边坡岩体质量评价以及岩体质量变化趋势提供可靠基础资料；
（2）在岩层层面和不利结构面组合切割下，由于锚碇工程荷载，研究岩体中形成的潜在不稳定块体的安全度以及西岸锚碇边坡的整体稳定性；
（3）采用地球物理勘探方法，研究边坡深部溶蚀裂隙与溶蚀洞穴的分布规律及其发育特征。
2.2锚碇围岩工程力学特性研究
主悬索的巨大拉力通过索股、锚杆传人隧道中填充的（预应力）混凝土，再通过（锚塞体）混凝土与隧道岩体的摩阻力和粘结力传递给周围的岩体。隧道式锚碇在巨大主缆拉力荷载作用下，不仅要维持自身的抗拔稳定，同时还要将自身承受的主缆拉力传递到锚碇围岩中，以充分利用围岩的承载能力，使锚碇和围岩共同作用形成一个整体的承载体系。
锚碇围岩工程力学特性研究包括三个方面：
（1）锚塞体与岩体之间的抗剪摩擦力学性能[9，10]和粘结特性试验研究；
（2）锚碇下部及两锚体之间的岩体处于复杂的拉剪应力状态，研究锚碇围岩在拉剪应力下的变形及强度特性，尤其是弱风化～微新围岩在拉剪复杂应力下的变形、强度及疲劳试验研究，模拟其破坏现象和破坏过程，从而掌握其破坏机制；
（3）岩体在中度～轻度工程爆破开挖扰动下的力学性能研究。
锚碇围岩工程力学试验目的是确定锚碇边坡岩体力学参数建议值，供设计和三维数值仿真采用。建议在设计锚碇区域附近开挖一试验斜硐，采取岩样，并在硐壁打适量钻孔，进行室内岩石力学试验和原位岩石力学性质及配套的各项试验研究工作。主要包括室内岩石力学三轴剪切试验、节理（裂隙）测量、岩体变形特性（静载）试验、岩体抗剪（抗剪断）试验、岩体抗拉试验、混凝土与基岩胶结面抗剪和摩擦等试验和硐室声波普测、硐室地球物理勘探、含水量测试、钻孔声波测试、钻孔压水试验等试验研究工作。锚碇系统的摩阻力由基岩与锚碇系统接触面的正应力与摩擦系数来决定，摩擦系数一般由相似原理进行模型试验或现场测试得到。硐室地球物理勘探是查明锚碇围岩（主要是锚碇下部及两锚体之间的岩体）中的岩溶发育情况。
试验资料的整理应通过对现场和室内大量试验数据的综合分析，结合现行有关行业规范（规程）和工程经验的类比，提出西岸隧道式锚碇边坡区域岩体力学参数建议值，供设计采用。
2.3锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究
坝陵河悬索桥西岸锚碇围岩为弱风化～微新的灰岩和白云岩，属于易溶蚀化岩体。锚碇边坡地段地下水主要为（节理）裂隙水、岩溶裂隙水和岩溶孔（洞）穴水。西岸隧道式锚碇锚体混凝土浇筑后，在边坡岩体中形成不透水体（阻渗体），从而改变锚碇边坡的地下水渗流场。可以预见，地下水将从锚塞体混凝土边缘绕渗，因此锚塞体与围岩的交界部位岩体更易遭到溶蚀，削弱锚塞体混凝土与围岩之间的摩阻力和粘结力。锚碇围岩渗透特性的研究应着重锚塞体与围岩的交界部位岩体的渗透性能与抵抗溶蚀的能力的试验研究。
为防治锚塞体与围岩交界部位岩体的溶蚀危害采取的工程措施，主要是加强锚碇边坡坡面的排水工程。
2.4锚碇及其围岩相互作用三维数值模拟研究
由于悬索桥安全是依靠锚碇固定桥的体系，锚碇发生移动将严重影响桥梁体系，甚至导致桥体破坏，因此研究西岸隧道式锚碇的锚块及其围岩在主动拉力作用下的稳定性、瞬时变位与长期变位是相当重要的。应建立真实反映隧道式锚碇锚体和围岩二者相互作用、考虑施工过程非线性、地质结构面影响等的三维数值仿真模型，对锚碇稳定性及变位进行预测[11]。
2.5锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验
根据西岸隧道式锚碇为倾斜、变截面的工程特点，需研究锚碇隧道的钻爆开挖以及支护的施工技术[12－14]。在隧道式锚碇施工过程中，自始至终都要注意严格控制围岩的完整性，尽量避免对围岩产生过大的扰动。为保证主缆等硐内钢结构的使用寿命，锚碇的防水按GB50108－2001二级标准进行控制，要求较高。施工开挖后应对围岩中的塑性变形带进行挤密压浆处理，以使锚塞体混凝土与围岩紧密结合。
2.6锚碇锚固系统试验
试验目的是验证用于坝陵河大桥锚碇锚固系统的各产品力学性能是否满足设计要求。试验内容包括锚拉杆组件静载试验、疲劳试验及锚具组装件静载试验和疲劳试验[15]等。
2.7大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究
坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体混凝土浇筑量约2×12143.322m3。锚碇结构混凝土浇筑量大，强度高，对施工工艺及养护维修提出了更高的要求；而大体积混凝土浇注施工由于受多种因素影响，若措施不当，很容易出现裂缝，影响到锚塞体混凝土的整体性强度以及钢筋的耐久性和实用性。西岸隧道式锚碇锚塞体大体积混凝土浇筑防裂技术从混凝土原材料选取和配合比的选择、降低原材料温度和控制混凝土拌和物温度、合理选择浇筑工艺和保证整体质量、有效控制混凝土内外温差到对混凝土温度进行监控及时掌握混凝土温度变化动态等一系列技术措施[16－22]，都可借鉴汕头海湾悬索桥、宜昌长江公路大桥和重庆鹅公岩大桥的做法。
地质学研究篇4
关键词：高职院校；地质专业；实践模式；优化措施
中图分类号：G71文献识别码：a文章编号：1001-828X（2017）009-0-01
一、高职院校地质专业教学实践模式改革的价值
高职院校地质专业是研究科学的教学模型，具有跨度大以及内容复杂的特征，具有较强的实践性，因此，在课程设置过程中，教学实践模型的处理和优化是改革整体课程的重要措施。教师利用野外地质教学，提高学生的地调能力，学生则能在实践中更好地分析和应用相关理论。一般而言，高职院校大一要进行测量学实习、大二进行综合地质填图实习，而到了大三要进行生产实践相结合的毕业生产实习，正是基于不同专业学习系统的差别，能形成地质实践教学的综合性模式，提高学生感知地质现象的能力，保证学生能利用更加科学合理化的学习机制提高学习效果[1]。
二、高职院校地质专业教学实践模式优化措施
（一）优化教学内容
实践课程讲解和教学目标的建立过程中，野外实习指导书是野外实习的专门教材，学生要在教师的指导下建立健全更加系统化的教学模型，利用课堂教学巩固教学内容，培养学生观察能力和分析能力，借助不同形式的现场教学有效提高学生的学习技能，从而建构更加有效的教学框架和教学体系。在实习开始后，教师要引导学生建立更加动态的学习模式，注意点、线、面的教学机制和流程，从学生的实际情况和学习要求出发，确保学生在课程中能感受到学习乐趣，教学内容合理性的同时，建构更加系统化的重点模型，确保循序渐进的教学效果符合实际教学要求，采用现场教学的教学模型升级基本技能[2]。另外，在实际讲解过程中，要积极提高管理效果，确保管理模型的有效性，建构系统处理机制，顺利提高学生的综合素质。在实际教学机制建立过程中，结合实际教学环境，确保教学流程和教学稳定性得以有效升级，保证将教学进程符合实际标准，为相关教学内容的升级奠定坚实基础，实现教学效果的最优化[3]。比如，在实习教学内容中要对野外踏勘、野外实测地层剖面以及野外地质填图等进行细化分析，教师要将阶段性实习报告和学生的实际学习情况结合在一起，从而保证学生的学习效果符合预期，真正落实教学目标，也能有效引导学生掌握区域地质填图的工作程序和工作方法。
除此之外，在学习模型建立后，教师要利用总结性教学机制和教学内容引导学生进一步和掌握地质规范的相关要求，确保学生能在提高整体表达能力的基础上，顺利完成实习资料，从而高效地完成野外实习项目。教师的教学目标中，要引导学生独立完成地质报告，才能从根本上保证教学效果符合实际教学需求。而教师要对学生得到地质总结报告进行集中批改，并且给予学生有效的教学指导和教学评价，指出学生的实际问题，有效地引导学生树立教学目标，清晰的了解教学重点以及教学难点。
（二）优化产学研模式
要想进一步提升高职院校地质专业实践教学模式的升级效果，就要积极落实更加有价值的产学研教学模式，提高其实效性价值，保证教学效果和教学流程的完整性和有效性。教师要积极落实更加有效的人才培养方案，针对课程和教学进度进行整合，契合企业的管理要求。教师要对课程体系及课程内容进行有效地改革，顺应学生的实际需求，在充分分析学情基础上，保证学习效果和学习实效性。另外，教师要结合学生的学习情况，优化学生的学习效果，确保学生的生产实习时间与生产单位的生产周期相一致，从而真正发挥产学研教学模式的优势[4]。
（三）优化教学全过程
在教学全过程建立过程中，教师要结合实际教学内容，提高学生的综合素质，强化实践教学的规划性，全面统筹教学流程和教学效率，确保应用型人才培养的目标得以有效优化，也为学生综合素质升级奠定坚实基础。教师要结合实际，针对性地修订人才培养方案，将市场需求作为专业人才课程体系建设的重要依据。只有提高教学全过程的完整性和实效性，才能提高教学效果，保证学生的内化能力得以全面优化，从而进一步满足高职院校地质专业的相关教学需求，为社会输送更多专业型人才[5]。
三、结语
总而言之，在高职院校地质专业教学中教学实践模式的优化升级具有重要的意义，学生和教师要针对其给予高度重视，结合产学研教学模式，保证教学规划以及教学效果的全面升级，并且为人才发展全面进步奠定坚实基础。高职院校在课程资源开发和利用方面，要保证教学效果和教学实践性的同步，从而顺应教育改革的相关要求，培养更多高标准高素质的专业型人才。
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地质学研究篇5
关键词:锆石;年代学;地球化学特征;地质应用
随着能够显示矿物内部复杂化学分区的成像技术和高分辨率的微区原位测试技术的发展和广泛应用,研究颗粒锆石等副矿物微区的化学成分、年龄、同位素组成及其地质应用等已成为国际地质学界研究的热点[1]。锆石u2pb法是目前应用最广泛的同位素地质年代学方法,锆石的化学成分、hf和o同位素组成广泛应用于岩石成因、壳幔相互作用、区域地壳演化的研究等,对地球上古老锆石的化学成分和同位素的研究是追朔地球早期历史的有效工具。笔者着重综述锆石的化学成分、同位素组成特征及其在地质学中的应用。
1 微区原位测试技术
锆石等副矿物在地质学中的广泛应用与近年来原位分析测试技术的快速发展密不可分。论文目前已广泛应用的微区原位测试技术主要有离子探针、激光探针和电子探针等。
1.1离子探针
离子探针(sensitivehighresolutionionmicro-probe,简称shrimp)可用于矿物稀土元素、同位素的微区原位测试。在目前所有的微区原位测试技术中,shrimp的灵敏度、空间分辨率最高(对u、th含量较高的锆石测年,束斑直径可达到8μm),且对样品破坏小(束斑直径10～50μm,剥蚀深度<5μm)[2-3],是最先进、精确度最高的微区原位测年方法。其不足之处是仪器成本高,测试费用昂贵,测试时间较长(每测点约需20min)。
2000年,camecananosims50二次离子质谱开始用于对颗粒大小为1～2μm的副矿物进行u-th-pb年代学研究。毕业论文nanosims对粒度极细小的副矿物进行定年要以降低精度为代价,且用于u-th-pb定年还没有进行试验,还未完全估算出其准确度和分析精度,有可能在西澳大利亚大学获得初步的成功[2,4]。
1.2激光探针
激光剥蚀微探针2感应耦合等离子体质谱仪(la-serablationmicro2probe2inductivelycoupledplas-mamassspectrometry,简称lam2icpms),即激光探针技术可实现对固体样品微区点常量元素、微量元素和同位素成分的原位测定[5]。近年研制成功的多接收等离子质谱(mc-icpms)可同时测定同位素比值,该仪器现今已经成为hf同位素测定的常规仪器[6]。近年来激光探针技术在原位测定含u和含th副矿物的u-pb、pb-pb年龄或th-pb年龄方面进展极快,在一定的条件下可获得与shrimp技术相媲美的准确度和精确度,且经济、快速(每个测点费时<4min,可以直接在电子探针片内进行分析[5,7-8]);但与shrimp相比,激光探针要求样品数量较大,对样品破坏大(分析束斑大小一般为30～60μm,剥蚀深度为10～20μm),其空间分辨率和分析精度一般低于sims、shrimp[1,9210]。
1.3电子探针、质子探针、x射线荧光探针
电子探针(electronprobex-raymicroanalysis,简称epma)、质子探针(protoninducedx-rayemissionmicro-probe,简称pixe)和x射线荧光探针(x-rayfluorescenceprobe,简称xrf)均属微区化学测年技术。其优点是可以直接在岩石探针片上进行测定,不破坏样品,保留了岩石的原始结构,样品制备方便,便于实现原地原位分析,与同位素定年相比,价格低廉,分析快速;其缺点是不能估计平行的u-pb衰变体系的谐和性[1,11],且由于化学定年不需进行普通铅的校正,容易导致过高估计年轻独居石、锆石等矿物的年龄[12]。
电子探针测定锆石的th-u-全pb化学等时线年龄方法(chemicalth2u2totalpbisochronmeth-od,简称chime)的优点是空间分辨率高达1～5μm,可进行年龄填图[5,8],可进行锆石和独居石、磷钇矿、斜锆石等富u或富th副矿物年龄的测定[11,13215];缺点是因对pb的检出限较低而导致测年精度偏低,不能用于年龄小于100ma的独居石等矿物的定年。
质子探针是继电子探针之后发展起来的、一种新的微束分析技术,能有效地进行微区微量元素、痕量元素的分析,近年来用于测定独居石的u-th-pb年龄,其分析原理与电子探针相似。对epma无能为力的、小于100ma的独居石年龄的测定,pixe具有明显的优势[5,8]。
此外,近年逐步改进的x射线荧光探针在测定年轻独居石年龄方面具有较大的优势。在分析束斑为40～60μm、使用单频x射线的条件下,pb的检出限可达10×10-6,对于年龄为数十百万年甚至是15ma的年轻独居石,可获得与icp-ms同位素定年相近的结果,xrf化学定年的精度和分辨率大大高于empa,但在相同空间分辨率的情况下,xrf化学年龄与同位素年龄测定的比较有待进一步研究。其另一优势是仪器成本较低,装置简单,易于组建和操作。但由于xrf的空间分辨率较低,因此不适于分析内部具有不均一年龄分区的、粒度小的独居石[12,16]。
尽管微区原位测试技术给出了重要的、空间上可分辨的年龄信息,但在精确度、准确度方面仍无法与传统的同位素稀释热电质谱技术(id-tims)相比。硕士论文在副矿物不存在继承性(如对幔源岩石、陨石等中的锆石进行定年)的情况下,id-tims仍得到广泛使用。
2 锆石u-th-pb同位素年代学
2.1锆石u-th-pb同位素体系特征及定年进展
由于锆石具有物理、化学性质稳定,普通铅含量低,富含u、th[w(u)、w(th)可高达1%以上],离子扩散速率很低[17],封闭温度高等特点,因此锆石已成为u-pb法定年的最理想对象[1]。
虽然锆石通常能较好地保持同位素体系的封闭,但在某些变质作用或无明显地质作用过程中亦可能丢失放射性成因铅,使得其t(206pb/238u)和t(207pb/235u)两组年龄不一致。造成锆石中铅丢失的一个最主要原因是锆石的蜕晶化作用;此外,部分重结晶作用也是导致锆石年龄不一致的又一原因[18-19]。
锆石内部经常出现复杂的分区,每一区域可能都记录了锆石所经历的结晶、变质、热液蚀变等复杂的历史过程[20-21]。因此,在微区分析前,详细研究锆石的形貌和内部结构对解释锆石的u2pb年龄、微区化学成分和同位素组成的成因至关重要。只有对同一样品直接进行结构和年龄的同步研究,才能得到有地质意义的年龄。利用hf酸蚀刻图像、阴极发光图像(cathodoluminescence,简称cl)和背散射电子图像(back2scatteredelectronimage,简称bse)技术可观察锆石内部复杂的结构[20]。
近年来,锆石年代学研究实现了对同一锆石颗粒内部不同成因的锆石域进行微区原位年龄分析,提供了矿物内部不同区域的形成时间,使人们能够获得一致的、清楚的、容易解释的地质年龄,目前已经能够对那些记录在锆石内部的岩浆结晶作用、变质作用、热液交代和退变质作用等多期地质事件进行年龄测定,从而建立起地质过程的精细年龄框架。
例如,变质岩中锆石的结构通常非常复杂,对具有复杂结构锆石的定年可以得到锆石不同结构区域的多组年龄,这些年龄可能分别对应于锆石寄主岩石的原岩时代、变质事件时间(一期或多期)及源区残留锆石的年龄等。对这些样品中锆石的多组年龄如何进行合理的地质解释,是目前锆石u-pb年代学研究的重点和难点[21],而明确不同成因域的锆石与特定p-t条件下生长的、不同世代矿物组合的产状关系是合理解释的关键。吴元保等[21]的研究表明,锆石的显微结构、微量元素特征和矿物包裹体成分等可以对锆石的形成环境进行限定,从而为锆石u-pb年龄的合理解释提供有效的制约。目前对变质岩中锆石、独居石等矿物定年的主要方法是先从岩石中分选出测年用的单矿物,然后用环氧树脂固定并抛光制成靶,再进行微形貌观察和年龄的原位测定。但这样往往破坏了待测矿物与特定地质事件的原始结构关系。为此,陈能松等[8]提出了原地原位测年的工作思路,即利用各种微区原位测试技术直接测定岩石薄片中与特定温压条件下生长的不同世代矿物组合、产状关系明确的锆石和独居石等富u-th-pb的副矿物在不同成因域的年龄,从而将精确的年龄结果与特定的变质事件或变质反应联系起来。
2.2锆石微区定年的示踪作用
火成岩中耐熔的继承锆石可以保持u-pb同位素体系和稀土元素(ree)的封闭,从而包含了关于深部地壳和花岗岩源区的重要信息[22-23],可用于花岗岩物源和基底组成的示踪。职称论文笔者在研究江西九岭花岗岩中的锆石时,发现部分锆石边部发育典型的岩浆成因的环带,其中心具有熔融残余核(图1)。shrimp分析表明,这2部分的年龄组成有明显的差别,环带部分的年龄约为830ma,而核部的年龄集中在1400～1900ma,核部年龄可能代表花岗岩源岩的锆石组成年龄。
delerosa等[23]通过研究葡萄牙境内欧洲variscan造山带缝合线两侧的花岗闪长岩、星云岩中继承锆石的稀土元素和u2pb同位素特征,发现这2组锆石无论是在年龄谱上还是在ree组成上,均存在明显差异,说明它们来源不同,即这2个地区深部地壳的物质组成(基底)不同。
近年来,随着la-icp-ms技术的发展,沉积岩中碎屑锆石的年龄谱分析广泛应用于沉积岩源区物质成分组成和地壳演化的研究[24-27]。通过对比盆地沉积物中锆石的u-pb年龄谱和盆地毗邻山脉出露岩体的年龄,可以了解某一沉积时期沉积物源区的多样性及盆地不同时期物源性质的变化特征。该方法同时还可估算地层的最大沉积年龄。3 锆石化学成分特征及其在岩石成因中的应用
通常,在组成锆石的总氧化物中,w(zro2)占67.2%、w(sio2)占32.8%,w(hfo2)占0.5%～2.0%,p、th、u、y、ree常以微量组分的形式出现。由于y、th、u、nb、ta等离子半径大、价态高,留学生论文使得它们不能包含在许多硅酸盐造岩矿物中,趋向于在残余熔体中富集,而锆石的晶体结构可广泛容纳不同比例的稀土元素,因此锆石成为岩石中u、th、hf、ree的主要寄主矿物[1,28231]。稀土元素和一些微量元素是限定源岩性质和形成过程最重要的指示剂之一,锆石中的离子扩散慢,因此锆石中的稀土元素分析结果可为它们的形成过程提供重要的地球化学信息。
3.1锆石中的w(th)、w(u)及w(th)/w(u)比值
大量的研究[21,28]表明,不同成因的锆石有不同的w(th)、w(u)及w(th)/w(u)比值:岩浆锆石的w(th)、w(u)较高,w(th)/w(u)比值较大(一般大于014);变质锆石的w(th)、w(u)低,w(th)/w(u)比值小(一般小于011)。但也有例外情况,有些岩浆锆石就具有较低的w(th)/w(u)比值(可以小于0.1),部分碳酸岩样品中的岩浆锆石则具有异常高的w(th)/w(u)比值(可以高达10000)[21,28],所以,仅凭锆石的w(th)/w(u)比值有时并不能有效地鉴别岩浆锆石和变质锆石。
3.2锆石微量元素、稀土元素特征及其应用
锆石的稀土元素特征研究主要用于判断其寄主岩石的成因类型,但岩浆锆石的微量元素特征是否能判断寄主岩石的类型目前还存在较大的争议[21]。而一些变质岩(如麻粒岩)中的变质锆石可以具有较高的w(th)/w(u)比值[21]。
hoskin等[29-30]认为,虽然幔源岩石中的锆石与壳源岩石中的锆石在ree含量及稀土配分模式上具有明显差别,但并未发现不同成因的壳源岩石中锆石的ree特征存在系统差异,它们具有非常类似的ree含量和稀土配分模式,目前对壳源锆石ree组成如此相似的原因并不清楚。
belousova等[28,31]的研究结果表明,锆石中的稀土元素丰度对源岩的类型和结晶条件很敏感。从超基性岩基性岩花岗岩,锆石中的稀土元素丰度总体升高。锆石的w(ree)在金伯利岩中一般低于50×10-6,在碳酸盐岩和煌斑岩中可达600×10-6～700×10-6,在基性岩中可达2000×10-6,英语论文而在花岗质岩石和伟晶岩中可高达百分之几。这种趋势反映了岩浆的分异程度。
正长岩中锆石具有正ce异常、负eu异常和中等富集重稀土元素(hree);花岗质岩石中锆石明显负eu异常、无ce异常,无明显hree富集;碳酸岩中锆石无明显的ce、eu异常,轻、重稀土元素分异程度变化较大;镁铁质火山岩中锆石的轻、重稀土元素分异明显;金伯利岩中锆石无明显的eu、ce异常,轻、重稀土元素分异程度不明显[28,31](图2)。大部分地球岩石中锆石的hree比lree相对富集,显示明显的正ce异常、小的负eu异常;而陨石、月岩等地外岩石中锆石则具强的eu亏损、无ce异常[28]。belousova等[28]建立了通过锆石的微量元素对变化图解和微量元素的质量分数来判别不同类型的岩浆锆石的统计分析树形图解。
与岩浆锆石相比,变质锆石hree的富集程度相对lree的变化较大。岩浆锆石具有明显的负eu异常,形成于有熔体出现的变质锆石具有与岩浆锆石类似的特征:富u、y、hf、p,ree配分模式陡,正ce异常、负eu异常。但变质锆石的w(th)/w(u)比值低(<0.1),这是区别于岩浆锆石的惟一的化学特征。在变质过程中,锆石是否发生了重结晶以及结晶过程中是否有流体或熔体的参与,都会显著影响锆石稀土元素组分的变化[32]。
变质增生锆石的稀土元素特征除与各个稀土元素进入锆石晶格的能力大小有关外,还与锆石同时形成的矿物种类有关(如石榴石、长石、金红石等),这些矿物的存在与否对变质作用的条件(如榴辉岩相、麻粒岩相和角闪岩相等)有重要的指示意义,锆石的ree组成可反映锆石母岩的变化,至少在某些情况下反映了锆石与其他矿物如石榴石(稀土元素总量低、亏损hree)[32-35]或长石(负eu异常)[32,36-37]、金红石[34]的共生情况。
变质增生锆石的微量元素特征不仅受与锆石同时形成的矿物种类的影响,而且还与其形成时环境是否封闭有关。在“封闭”的榴辉岩相的体系中,ree的供应有限,由于石榴石是榴辉岩中富集hree的矿物,固相线下石榴石的形成会使熔体亏损hree;而在开放环境中,石榴石的形成并不能引起局部环境hree质量分数的改变,这种条件下与石榴石共生的锆石就不会出现hree的相对亏损。因此,hree的相对亏损与否并不能直接用来判别变质锆石是否与富集hree的石榴石同时形成[21]。
锆石微区的稀土元素分析与微区定年、锆石中的包裹体研究相结合能够较好地限定锆石的形成环境,可以将锆石的形成与变质条件联系起来,从而将变质过程中的p-t-t有效地联系在一起,在造山带研究中用于追溯超高压变质岩的形成过程[21,36-38]。4 锆石同位素的地质应用
4.1锆石的lu2hf同位素
lu与hf均为难熔的中等2强不相容性亲石元素,这与sm-nd体系类似,因此hf同位素示踪的基本原理与nd同位素相同。
hf与zr呈类质同象存在于锆石的矿物晶格中,相对其他矿物,锆石中w(hf)高[w(hfo2)≈1%],这为获取高精度的hf同位素比值数据提供了保障;同时其w(lu)/w(hf)值极低[w(176lu)/w(177hf)n0.01][39-40],由176lu衰变形成的176hf比例非常低,对锆石形成后的hf同位素组成的影响甚微,这样锆石的hf同位素组成基本上代表了锆石结晶时的初始hf同位素组成。加上锆石化学性质稳定,具有很高的hf同位素封闭温度,即使经历了麻粒岩相等高级变质作用也能很好地保留初始hf同位素组成,因此锆石中的hf非常适合于岩石成因的hf同位素研究[41-42]。lu-hf同位素体系本身所具有的高于sm-nd同位素体系的封闭温度及锆石特有的抗风化能力,使得锆石成为研究太古宙早期地壳的理想研究对象。
近年来,一些作者应用锆石的hf同位素原位测试成功地解决了太古宙早期是否存在超亏损地幔的问题。在太古宙的sm-nd同位素研究中,部分太古宙早期岩石(年龄约为3.8ga)具有较高的ε(nd)值[ε(nd)≈+4][43-44],似乎显示当时地球发生过极大规模的壳幔分异作用,并出现地幔的极度亏损。通过锆石lu2hf研究发现,高ε(nd)t值的样品并未显示高的ε(hf)t值,同一时期不同地质单元的太古宙岩石中的锆石具有十分相近的ε(hf)t值,这表明由nd同位素确定的极度亏损地幔,是由于sm-nd同位素体系开放造成的假象[45-48]。
沉积岩中碎屑锆石的ree特征及其原位的u-pb年龄、hf同位素组成测定已被作为研究沉积物母岩以及地壳演化的强有力工具[25,42,49]。
在岩石由多种组分构成、而其nd同位素数据只有一个的情况下,可以通过多组锆石的hf同位素来认识其演化过程。
锆石微区年龄、稀土元素的测定与hf同位素研究相结合,是示踪壳幔相互作用、研究区域大陆地壳增长的有力工具[50-51]。如郑建平等[51]对玄武岩中麻粒岩捕虏体的锆石进行了年龄、ree、hf同位素分析,探讨了早元古代华北克拉通的形成和壳幔相互作用。
由于性质不同的岩石的hf同位素组成可能存在一定的差别,物理条件或结晶途径也可能改变矿物的化学成分,但不会影响hf同位素组成。如果锆石在生长过程中不仅存在化学成分和晶体形貌上的变化,而且还伴随了hf同位素组成的变化,则说明有来源明显不同的岩浆发生了化学混合。这为研究岩浆作用过程中不同组分的混入提供了重要途径。工作总结对于一个由多种组分构成的岩石样品,岩浆岩中形态不同的锆石晶体及同一锆石内部不同环带均记录了不同组分的岩浆相互作用的过程,因此通过多组锆石和同一锆石颗粒内不同环带的hf同位素研究,可追踪岩体的结晶历史,获得岩浆演化的信息。
griffin等[52]通过对华南平潭和桐庐i型花岗岩体中锆石的hf同位素研究,发现不同生长阶段的锆石的hf同位素组成不同,且它们的微量元素组成也存在差异[53],揭示这2个i型花岗岩体在形成过程中有多于2种不同来源的岩浆发生了混染。虽然化学混合(mixing)使岩体中不同类型的岩石具有类似的sr、nd同位素组成,但锆石却像“录音机”一样记录了不同岩浆产生和相互作用的细节。
汪相等[54]利用锆石中的hf同位素探讨了幔源岩浆对过铝花岗岩成因的制约。华南过铝花岗岩在岩相学和岩石化学上充分显示了壳源的基本特征,且在这些花岗岩体中很少见到地幔岩浆侵入形成的淬冷包体或基性岩脉,故它们的成因无法与地幔活动联系起来。锆石颗粒内部的多阶段生长的环带,记录了岩浆形成和冷凝过程中的物理化学信息。因此对颗粒内部不同环带的同位素原位分析可以直接揭示中下地壳花岗质岩浆形成过程的复杂性和岩浆性质的演化,这些现象很难在野外观察到,通过全岩同位素分析也难以检测出来,而锆石中的hf同位素特征却可以有效地揭示幔源岩浆对花岗岩形成的贡献。
由于锆石中的hf很难与岩石外部的hf发生交换,因此,除hf同位素组成本身可以作为地球化学的示踪剂外,还可通过对锆石hf同位素的研究来解译导致锆石u2pb年龄不一致的原因。对于重结晶的锆石,如果体系在锆石结晶前后在成分上未发生明显变化,则其锆石的同位素组成符合单体系的线性演化规律;但如果有外来hf的加入,则会形成年轻的、hf同位素组成明显不同的增生锆石。基于同样的原因,锆石的hf同位素组成能够指示锆石的u-pb体系是否、何时发生了重置,因而在解释下地壳、地幔来源的高级变质岩的锆石年龄时帮助很大[55]。
4.2锆石的氧同位素
由于地壳物质与地幔物质的氧同位素组成存在差异,因此氧同位素可以很好地示踪壳幔的相互作用。此外,氧同位素是一种敏感的、示踪地壳中的流体和固体相互作用的、依赖于温度的示踪剂,岩浆岩的氧同位素比值对那些经历了低温水2岩反应的物质混染尤其敏感,这些物质可能曾经与大气水、沉积物及与那些曾经和大气水发生蚀变的岩石发生了相互作用,因此氧同位素是示踪岩浆来源的最有效的工具之一[56]。
高温下锆石和岩浆的同位素分馏很小,锆石的氧同位素组成基本上反映了锆石形成时岩浆的氧同位素特征[57]。研究表明锆石中的氧同位素扩散很慢,氧扩散的有效封闭温度≥700°c[58-59],其氧同位素组成不像其他矿物那样易受高温变质、热液蚀变的影响而发生变化[59-60],即使岩石经历了麻粒岩相的变质作用,岩浆锆石也能在干的岩石中保留岩浆氧同位素的初始比值[57]。
正常地幔的δ(18o)约为5‰,源于地幔的岩石表现出接近该值的、均一的氧同位素比值(该值被认为是正常地幔火成岩的比值)。在高温条件下锆石与正常地幔岩石达到平衡时的δ(18o)=5.3‰±0.3‰[61]。幔源岩浆分异出的火成岩结晶的锆石δ(18o)接近正常地幔的δ(18o)[61262]。研究表明,锆石的δ(18o)是岩浆物质来源的良好示踪剂。通过锆石氧同位素分析,可以判断结晶出锆石的岩浆是直接来自地幔还是来自经过地壳循环的物质[56,60-63]。
如果岩浆的氧同位素比值低于正常地幔值,通常认为岩浆的产生是与发生了热液蚀变的地壳岩石有关,这些岩石可能是洋壳岩石与高温海水或者陆壳岩石与大气降水发生了高温热液蚀变的结果[64-66]。但如果岩浆锆石的δ(18o)明显高于正常值,则说明岩浆来源于曾经历低温水2岩交换的岩石的部分熔融或岩浆在形成过程中有表壳物质的加入[56,67-68]。
锆石的氧同位素分析为研究花岗质岩石的成因和岩浆系统的演化提供了新的方法[60-61,69]。在岩浆演化过程中,如果体系是封闭的,且同位素分馏达到平衡(此假设在大多数情况下都成立),那么从基性-酸性的岩浆结晶的锆石的δ(18o)应该相同;但如果发生了同化混染,则锆石从内到外的生长区往往记录了岩浆成分的变化。分析各组锆石或同一锆石颗粒不同区域的氧同位素,可为岩浆的同化混染、不同来源的岩浆混合的定量化研究提供信息,也有助于深入认识岩浆的期次问题。
如能对锆石的u-pb年龄和氧同位素组成以及ree进行同步测定,就有可能把氧同位素组成特征与某阶段年龄相联系,对具有复杂地质历史的岩石的成因环境进行限定。将锆石的氧同位素与u-pb年龄(必要时进行ree分析)原位测定相结合是锆石的氧同位素研究的发展趋势。
近年来,一些学者对澳洲jackhills地区的古老碎屑锆石进行了微区离子探针u2pb年龄和氧同位素组成的研究,获得了目前已知的最古老的锆石单颗粒年龄(4.4ga),其δ(18o)为7.4‰～5.0‰,比地幔值高,暗示着岩浆混染和高δ(18o)物质的重熔,这些高δ(18o)的物质可能是沉积物或低温水2岩反应的热液蚀变岩石,表明有上地壳物质参与的岩浆过程最早可追溯到4.4ga前。这些锆石的氧同位素组成表明,地球在4.4ga前就可能存在水圈,地球的表面温度在地核和月球形成后不到100ma的时间里就已冷却到允许液体水存在的温度[56,67,69]。
陈道公等[65]、郑永飞等[66]分别对大别2苏鲁超高压变质岩中的锆石进行了u-pb和氧同位素微区原位分析,发现即使在榴辉岩相高级变质作用中,锆石仍基本保存了原岩中锆石的氧同位素特征,其中原岩年龄为0.7～0.8ga的变质岩中锆石的δ(18o)明显低于地幔平均值,表明其形成时岩浆源区明显有大气降水的加入,这可能与新元古代华南rodinia超大陆的裂解和全球的雪球事件有关。
5 结 语
锆石的结构和成分记录了岩石所经历的复杂地质过程。对内部结构复杂的锆石进行同位素和化学成分的微区原位分析,必须在对其内部结构进行详细研究的基础上进行。
由于幔源锆石和壳源岩浆锆石的化学组成存在较明显的区别,因而容易区分,但利用壳源岩浆锆石的微量元素、稀土元素特征识别其寄主岩石的类型还有待于成因明确的锆石微区原位测试数据的积累,因为目前用于建立“判别树”的数据比较有限,且有些数据的来源不太明确。此外,在原始成因产状不清楚的情况下(如碎屑锆石),变质锆石和岩浆锆石的区分除利用w(th)/w(u)比值外,能否通过其他的微量元素、稀土元素的比值或图解来有效区分,这方面的研究目前报道较少。
分别对锆石颗粒中的不同区域进行年代学、化学组成、hf或o同位素进行原位分析,可以提供有关岩石成因的丰富信息,而这些信息的提取依赖于分析仪器和分析技术的进步。虽然现在的测试技术已实现了矿物的微区原位测试,但分析仪器的空间分辨率不够高(目前锆石ree、o、hf同位素微区测定的束斑直径一般为20～40μm),且锆石颗粒一般较小,尤其是变质岩中变质增生或变质重结晶部分的锆石,或者是记录了几个期次岩浆活动的岩浆锆石,每一次地质作用形成的生长区域可能较小(<10μm),致使很多重要的信息无法提取。随着原位测试技术的进一步发展,对锆石内部不同结构域地球化学特征的研究将提供更多、更详细、有关岩石成因的重要信息。参考文献:
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地质学研究篇6
关键词：地质统计学微量元素化学分析应用研究
中图分类号：p628.2文献标识码：a文章编号：1672-3791（2013）07（c）-0098-01
微量元素地球化学是半个世纪以来迅速发展和广泛应用的地球化学分支。由于同位素稀释质谱法、中子活化分析、Berthelot-nernst分配定律等方法的成功应用，在多种地质过程中微量元素分配演化的定量模型得以实现，也使得微量元素化学分析被系统地应用于解决各类地质问题，成为指示岩石成因的典型标志。20世纪70年代以后，微量元素地球化学的讨论从定性认识上升成为定量分析，发展方向也变成微观、宏观同时发展，经常需要对地球化学中的主量元素、稀土配分、微量元素等进行定量化学研究和数据分析，此时，一些相关的地质统计方法就变得非常重要和实用。在微量元素化学分析中，地质统计学的各类统计方法作为对地质客观现象相关数据进行定量分析的重要工具，提供了诸多有效的数据分析途径。应用地质统计学对微量元素化学分析进行处理，能为研究工作取得客观成果提供科学的定量依据。
1地质统计学与微量元素化学分析相关理论知识简述
1.1地质统计学
地质统计学是20世纪60年代兴起的一门数学地质学科分支，它的出现始于解决矿产普查勘探、矿山开发设计以及矿山开采整个过程中各种储量计算和生产误差估计问题。后来，地质统计学逐渐在油气勘探开发、采矿、水文以及环境科学领域中得到广泛应用。近年来，地质统计学作为一门新兴的科学，在地质领域的发展非常迅速，其应用前景的广泛性和模型计算的实用性受到地质学家的高度重视。
1.2微量元素化学分析
微量元素化学分析是地球化学的分支学科，主要研究自然物质和自然体系中微量元素的分布规律、存在形式、活动特点、控制因素及其地球化学意义。一般意义上讲，微量元素是指除了o、Si、al、Fe、Ca、na、K、mg、ti这九种组成99%的地壳和地幔质量之外的80余种元素。当然，这里所指的微量元素是相对而言的，在一个体系中它可能是微量元素，但在另一个体系中却可能是常量元素。
1.3地质统计学在地球化学领域的应用现状
近几十年年来，地质统计学对地球化学的相关研究中起到了极大的辅助和推进作用。应用地质统计学相关统计方法能够将大规模原始地球化学数据群体中隐藏的重要信息提炼和挖掘出来，进行分类和解释，继而被广泛地应用在地质找矿、科学研究等各个领域。在地球化学中主量元素、微量元素、稀土配分化学分析等领域的研究中，丰富的地质统计学方法对圈定和评价地球化学异常、提取地球化学找矿信息常常起到决定性的作用。本文则主要研究地质统计学在微量元素化学分析中的应用研究。
2地质统计学在微量元素化学分析中的应用研究
2.1方法讨论
聚类分析是通过某种距离的测算将数据对象的集合分为类似的对象组所形成的若干个类，其中运用到了降维思想，在对样品和指标进行分类，采用物以类聚的原理进行的一种多元统计分析方法。在地质找矿领域，聚类分析是研究元素在成矿活动中地球化学行为相似程度的一种有效方法，一般从数字分类角度进行分析。对于这种方法的运用，我们可以借鉴现有的成果和理论进行分析和应用。R型聚类分析是聚类分析方法的一种，原理是以变量之间的相似程度为基础，将变量分成不同级别的类。R型聚类分析是研究成矿活动中地球化学微量元素行为相似度的一种有效方法。通过对某些矿石或岩样的微量元素数据进行R型聚类分析，可以得出元素组合特征并将其分类，对元素之间的亲疏关系进行判定，进一步为划分矿化阶段、成矿元素迁移和富集的判断以及矿床成因等问题的研究提供判断依据。
2.2案例研究
通过对高松山矿区内岩矿石样品的微量元素数据进行R型聚类分析后，可以得到图1中显示的分类的结果，即，在相似水平的相关系数等于15时，可以把微量元素分成7个类别，分别是：（1）w、Cu；（2）Sn；（3）au、ag、as、Sb、pb、mo；（4）Bi；（5）Hg；（6）Co、ni、mn；（7）Zn。这7个类别之间没有显著的相关性，说明矿床成矿具有多期次性和复杂性。从图中还可以看出，au不仅和ag有着强相关关系，而且还和as、Sb、pb相关。而au元素与ag之间有非常密切的关系，当γ=2.5时它们聚成了一类，相关性比较强，同时Sb、as、pb和它们之间都存在相关性，说明au、ag、as、Sb、pb、mo之间具有亲缘关系，预示着伴随着多金属硫化物的形成au成矿并且富集。因此，我们可以以Sb、pb、ag、as作为矿区找金的近程指示元素。
3结论
本文采用地质统计学中一类常用方法，R型聚类方法对高松山矿区的铜多金属矿进行了微量元素组合上的分析研究。统计分析结果使我们对高松山金矿床岩矿石微量元素的数据结构的特点有了清楚的认识。各元素组合具有叠加出现的特征，表明矿床成矿具有多期多阶段或成矿物质多来源的特征。分析结果表明au与ag、as、Sb、pb等中低温元素相关非常大，但是和w、Co、Sn、mn、ni、Zn等中高温元素之间的相关性较差。
地质统计学在地球化学其它领域，比如常量元素分析、稀土元素分析中也有广泛的应用，笔者认为，采用类似的统计方法对不同类数据的分析是进一步拓展地质统计学在地质科学中应用性的前进方向。
参考文献
[1]赵伦山，张本仁.地球化学[m].地质出版社，1988，6.
地质学研究篇7
关键词建筑色彩学感知主体色辅助色点缀色
中图分类号：tU984文献标识码：a
1校园建筑色彩设计
校园建筑色彩设计应抓住校园的主体色调，并通过辅助色与之搭配。教学楼、办公楼的色彩设计主要以宁静色调为主，以营造安静、和谐的色彩心理环境。图书馆作为高校校园的主要性建筑，其整体色彩应以鲜明大气为主，兼有娴静文雅的气质，体现出图书馆特有的地位及特征。宿舍是学生学习和生活的主要场所，而作为其主要居住者的学生而言，色彩对其建筑物的色彩的感受及各种心理、生理的影响起着决定性的因素，如采用一些浅绿、淡蓝、米黄等素雅而不失色彩的颜色，同时要与整个校园环境色彩相协调。
2以中国地质大学建筑现状色彩分析为例
中国地质大学色彩根据建筑使用性质及功能可分为教学科研楼建筑色彩、宿舍楼建筑色彩、服务用房（弘毅堂、食堂、浴室、体育馆、大学生活动中心）色彩。通过对中国地质大学建筑色彩调研数据的综合分析、整理归纳，依据以上类别重新进行统计分析，得出以下结果。
2.1教学科研楼建筑色彩分析
主体色：色相以冷灰色调为主，主要为浅灰色、奶白色、淡粉色；明度集中在中、高明度；彩度以低彩度为主。
辅助色：色相以暖色调为主，主要为米黄色、桔红色；明度集中在中、高明度；彩度以低彩度为主。
点缀色：色相以暖色调为主，主要为大红色；明度集中在中明度；彩度以高彩度为主。
建筑材质分析：教学科研楼建筑主体色与辅助色的材质进行分析，建筑主体色材质为涂料；部分教学楼采用贴面砖、玻璃幕墙，教学楼门头局部采用大理石贴面、金属板。
2.2宿舍楼建筑色彩分析
主体色：色相以暖色调为主，主要为米黄色；明度集中在中、高明度；彩度以低彩度为主。
辅助色：色相以暖色调为主，主要为豆沙色、奶白色，明度集中在中、高明度；彩度以低彩度为主。
点缀色：色相以暖色调为主，主要为墨绿色、中黄色；明度集中在中明度；彩度以高彩度为主。
建筑材质分析：宿舍楼建筑主体色与辅助色的材质进行分析，建筑主体色材质为涂料。
2.3服务用房建筑色彩分析
主体色：色相以暖色调为主，主要为米黄色、淡粉色、奶白色、浅灰色；明度集中在中、高明度；彩度以低彩度为主。
辅助色：色相以暖色调为主，主要为豆沙色；明度集中在中、高明度；彩度以低彩度为主。
点缀色：色相以暖色调为主，主要为天蓝色、蓝绿色、深红色；明度集中在中明度；彩度以高彩度为主。
建筑材质分析：服务用房建筑主体色与辅助色的材质进行分析，建筑主体色材质为贴面砖、涂料，金属板。
3中国地质大学建筑色彩规划存在的问题
3.1新旧建筑色彩不协调
新久建筑之间缺乏呼应，不够协调，每个建筑本身各自追求某种形式，表现某种个性，独善其身，使整个群体建筑色彩杂乱无章。
3.2颜色过多或配色不当
色彩明度过高，加上大部分建筑采用涂料的缘故，表面成褪色状；一些地方色彩选用不当，缺少内涵，甚至产生了色污染。
3.3区域划分不够明确
没有建立统一的校园色彩基调，可根据学校各部门的功能性质划分区域，制定各自的主色、辅色和点缀色系，形成点一线一面相结合的色彩管理控制体系。
3.4缺少历史的延续和文化的传承
由于盲目地跟从现代化，缺少了因社会和自然等条件形成本校独特的传统用色。一座有悠久历史的高校校园的色彩凝缩了学校的发展历程，反映了校园的文明特征和文化内涵。
4中国地质大学建筑色彩规划意向
4.1特征分析
4.1.1整体适应性特征
遵循高校校园景观及建筑色彩的整体适应性，西区新建操场采用高纯度、低明度的砖红色与草绿色相间的颜色，在视觉感知中被称为“前进色”，而操场作为西校区视觉的中心，周围建筑应与之形成呼应，在色彩上应趋向于明度较高、色彩纯度较低的“后退色”为主，这样可使空间感觉明快，减少封闭感和压抑感。
4.1.2文脉性特征
校园建筑色彩应浓缩学校的校园文化及发展历程，中国地质大学自搬迁到武汉起，建筑主要以简洁、大方、明快冷灰、暖灰颜色为主，从历史文脉这个主线考虑，在颜色的选择上也应遵循之前的特征，形成一种历史和文化的传承与延续。
4.1.3个性化特征
作为有地质学科特色的文化性教育场地，学校建筑除逸夫博物馆抽象表现了地质板块碰撞及地壳运动的动态，其它建筑过于呆板，缺少校园文化特色，从颜色及材质考虑，在遵循整体暖灰主色调的基础上，打配以冷灰色，以体现地质学特色。
4.2功能分区设计
（1）教学科研楼建筑选用色彩中、高明度，低纯度的暖灰色系（米黄色、浅褐色）陶瓷面砖为主；辅助色以奶白色面砖、咖色玻璃幕墙进行搭配。
（2）宿舍楼选用中、高明度，低纯度的暖灰色系（砖红色、奶白色）陶瓷面砖为主；辅助色以深咖色进行搭配。
（3）服务性用房选用中、高明度，低纯度的暖灰色（淡粉色、豆沙色）面砖为主；辅助色以奶白色面砖进行搭配。
地质学研究篇8
abstract：thepaperanalyzesthestatusquooflocaluniversitymasterthesis.Combinedwiththeactualsituationofcultivatingstudentsindomesticlocalcolleges，itputsforwardthecountermeasuresandsuggestionsofhowlocalcollegesanduniversitiestoimprovethequalityofthemaster'sdegreethesis，positiveideasforlocaluniversitiestoimprovethelevelofmaster'sdegreethesis.
关键词：地方高校；学位论文；硕士研究生
Keywords：localuniversities；masterdegreethesis；mastergraduatestudent
中图分类号：C533文献标识码：a文章编号：1006-4311（2013）28-0273-03
0引言
随着国内研究生招生规模的不断扩大，近年来研究生学位论文质量出现了一定程度下降倾向。研究生学位论文作为检验研究生理论基础、专业知识、科研能力、创新能力、学术水平的主要手段，不仅是研究生教育质量最直接、最综合的体现，也是衡量研究生学位授予质量水平高低的重要标志。如何保证和提高研究生培养质量，已成为现阶段我国研究生教育中亟待解决的问题。
1当前研究生学位论文质量存在的问题及成因
目前国内地方高校普遍存在研究生学位论文工作重形式轻内涵、重表面轻实质等问题，这使得研究生学位论文创新水平大打折扣，国内不少文献研究纷纷指出了当前研究生学位论文所存在的不足。如方仪、钱志中认为研究生学位论文存在选题陈旧、创新能力不够[1]。李安萍认为学位论文创新能力有待改进[2]。常宝英指出研究生学位论文理论深度不够、创新性不足[3]。赵宏伟指出研究生学位论文选题不新颖、内容没有创新，只是简单重复前人的研究，不能提出新观点、新方法，结论与科研成果不能突破前人。有些论文虽然提出了新的方法，但是缺乏与其他方法的全面比较，很难看出其创新的程度[4]。应建华指出：学位论文选题不当。有的选题视野不够开阔，不善于发现亟待研究的问题，大多选一些资料多、前人成果多的问题；有的选题过大，往往是雷声大雨点小，最后没有能力完成[5]。李占华等（2006）指出：部分论文选题较小，分析深度不足[6]。研究生学位论文质量之所以存在上述问题，原因主要是以下几个方面：
1.1研究生入学缺乏学术道德素质教育，不能树立正确的学术价值观新生入学教育是帮助研究生尽早明确学业目标，制订合理学术规划的重要时机。部分研究生对研究行为守则、学位申请的基本条件缺乏了解，类似于“学位论文不过关，能否拿到毕业证”这样的问题，甚至在高年级研究生中仍模糊不清。不少研究生抱有“临时抱佛脚”的急就思想，选题方向不明，未将学位论文作为贯穿整个研究生学习阶段的持续性工作。同时，高校也缺少以专题讲座、专家讲解会等方式，对学生学术道德素质的教育，这使研究生无法树立独立意识和创新意识，不能围绕学位论文的撰写认真进行文献查阅、数据收集、读书报告、问卷发放等相关工作。由于没有树立正确的学术价值观，研究生对学术研究工作拈轻怕重，不愿投入精力进行艰苦的学术研究，对学位论文的完成总想急于求成，一蹴而就。
1.2研究生教学课堂气氛不活跃，难以启发学生研究兴趣高校现阶段硕士的主要教学方式仍以课堂讲授为主，沿袭“教师讲，学生记”的模式。同时由于教师与教学资源条件所限，大班授课的情况占据多数。这种课堂讲授一对多的形式，对于激发学生参与课堂讨论的兴趣和热情，活跃课堂气氛形成了一定制约。研究生阶段，导师在专业基础课程教学中注重的不仅仅是知识的传授，更要有针对性地鼓励和激发受过系统大学教育却无学术研究经历的研究生的创造欲望，培养他们严谨治学的科学态度，接受严格的学术训练，开展力所能及的科研活动，在积累专业知识的同时，掌握开展科研创造活动的能力。
1.3学位论文开题管理较松散部分高校要求学术型研究生在入学后的第四学期内（全日制专业硕士在入学后的第二学期内）并于第四学期结束前召开研究生开题报告会。国内不少高校对研究生开题工作的时间进度掌握十分明确，但对选题、文献查阅、研究方法、研究价值等实质性内容的判定仍有待细化。部分学生开题报告撰写不够严谨，甚至直接沿用往届学生版本，导致出现题目与内容大相径庭的谬误；开题论证工作形式化严重，缺乏实质内涵。开题撰写、导师签字、开题论证等环节衔接松散，未能切实起到发现问题、及时纠偏的作用。
鉴于上述原因，研究生培养单位需进一步增强研究生培养质量意识，采取有效措施提高研究生学位论文水平。
地质学研究篇9
关键词：数学方法；矿产地质工作；应用
前言：矿产地质工作将定向和定量研究相结合，而数学方法是定量研究的有效途径，以地质学基本理论为基础，计算机技术为手段，数学方法为工具进行矿产地质工作对解决地质相关问题具有重要的现实意义，所以全面掌握现阶段已经在矿产地质工作中应用的数学方法，并不断探索更广泛的有效结合，是推动矿产地质工作发展的有效途径。
一、一般数理统计分析方法的应用
统计是通过对主体研究对象的部分进行随机抽取，并针对抽取部分进行观察，获得部分所表达出的信息，再将所得数据在研究对象全体范围内进行推断，由此得到研究对象整体的特征，而矿物地质工作的研究对象呈现出明显的统计规律，例如其分布、产生条件等，但由于不同的地质事件和观测结果会受到观察条件的影响，而表现出不同的现象，所以其客观概率存在明显的差异，利用概率分析法可以对不同的地质事件发生的概率进行全面的预测，为矿产地质工作提供依据，例如在油气勘查过程中，可以利用贝叶斯公式（）等数学概率方法对勘查过程中的不确定因素和风险因素进行科学的评估，由此有效降低勘探过程中可能发生的风险，避免不必要的人员财产伤害，为油气勘查决策提供可靠的依据，使油气地质学和经济学两种研究对象和研究性质存在较大差异的学科相协调，使地质评价与经济分析相结合，并将获得的评价结果用具体的数学量值进行表达[1]。单变量统计分析和多元统计分析方法都是现阶段矿产地质工作中较为常见的数学方法，单变量统计分析法针对两个随机变量之间的关系进行表达，例如信息量计算、单因素方差分析等，而多元统计分析方法则针对多项随机变量之间的关系进行研究，更加注重从不同的角度表述变量之间的关系，例如方差分析、回归分析、对应分析等，但值得注意的是单变量统计分析方法并不是随时可以推广到多元分析，例如因子分析、各种分类分析等，现阶段矿产地质工作中应用统计学方法创新出克里金数学方法就是针对矿石品位、矿床储量及误差估算进行的变异函数统计方法，矿产地质工作中对沉积岩的分类、沉积环境辨别，构造地形的变化趋势、勘探井中油气水层的划分等工作都应用此数学方法。
二、特殊数理统计分析方法的应用
在实际矿产地质工作中经常遇到矿产分布与正态分布假设之间存在较大差异，地质化探数据离散性强的情况，以一般统计学正态分布及最小二乘法并不能够科学的反应勘探地质真实环境的情况，这种敏感的错误被称为稳健性，所以针对数据点群中心为基础，以数据点群的离散程度为自变量进行稳健性统计分析，其表述更能真实地反映出客观矿产地质环境，目前最大似然评估、有序统计量的线性组合等已经应用于矿产地质工作中，此种方法可以有效的控制实际情况与统计分析之间的偏离，避免因统计数据结果与矿产地质实际分部之间存在较大差异而致使勘察规划彻底失败等重大问题的出现。除此之外，由于矿产地质工作针对定性和定量两方面进行分析，所以数学方法中的定向数据统计具有实际意义，例如矿产地质工作中会针对古水流方向、斜层理生物化石等存在于平面或圆上的方向性数据进行研究，针对断层面及其构成元素对断层形成所受应力及机制等三维定向数据进行分析等，由此可以发现定型数据的统计分析并没有明确的数值做基础，其更加强调研究对象在性质上的差异，当将重心转移到具体数值时就产生了定量统计方法[2]。
三、数学模型的应用分析
确定型模型即在不存在随机成分的情况下研究因果关系的数学模型，例如在矿产地质工作中泥岩中孔隙率和深度之间的关系就可以利用确定性模型中的指数方程进行表述，，利用积分方程
表述矿产地质工作中研究泥岩孔隙率变化函数在恢复底层厚度中的数值变化，假如在矿产地质工作中已经通过对矿样检测得出其含有的三氧化二铬（铬绿）和密度最大的金属锇的数据，有了解铬与砷的含量之间存在必然的联系，那么就可以利用数学模型直接对他们之间的关系进行表达，或者在矿产地质工作中对勘查到的油气藏位置所含油气质量进行判断，就可以利用油藏含油饱和度与储层毛管压力、孔喉歪度、排驱压力等因素之间的关系进行数学模型表达，以此得出科学的论断，例如三肇和古龙凹陷勘探井19口，其中17口与预测结果完全相符，负荷率将近90%，由此可见此数学方法在矿产地质工作中应用效果明显[3]。
四、质过程的数学模拟
地质系统的形成要经过漫长的地质变化过程，所以通过数学模拟可以真实的反映并再现历史过程，为矿产地质工作提供科学的依据，其不仅缓解了人工实验对实验材料和技术的依赖，而且使演化过程更加真实，例如在高温、高压的地质环境中岩石所发生的性能形状变化，不同边界层之间能量、耦合和转换机制等都可以利用计算机数学模拟进行再现，这是传统物理实验所不可能完成的任务，目前将计算机技术、数学统计方法及数学模拟和地质学理论相结合的统计分析方法以达到30种以上，例如蒙特卡洛法、趋势分析法等统计预测方法；逻辑斯特模型、油藏规律分布法等外推预测法；油田模型法、沉积速度法等类比预测方法；埃德曼法、盆地动态模型等成因预测法；特尔菲法、模糊集合综合评价法等综合预测法等。并在数学计算的基础上利用计算机技术直接为矿产地质工作绘制地质、地貌、土壤分布图及具体的柱状对比图及石油综合录井柱状图等，更加具有科学性，而且可以真实的反应地质环境，为决策分析提供科学的依据。特别是质人工智能专家系统的应用更是明显推进矿产地质工作发展，其应用神经网络模型，利用遗传算法、小波分析及其变换法、模拟退火算法等对地质工作中的相关数据进行归纳分析，由此使工作人员更加全面的掌握矿产地质工作中存在的规律，并在此基础上指导实践，例如针对四川盆地某层天然气资源潜力进行预测的过程中利用数学模拟的方法判断出其开发潜力在15.2亿立方米至91.7亿立方米之间，为具体的勘探规划制定及勘探可行性判断提供了有效的依据[4]。
随着数学领域和计算机应用领域的逐渐深化和人们矿产地质工作经验的日渐丰富，数学方法在矿产地质工作中的应用将更加广泛有效，数学模型得到不断优化，针对矿床、地层、沉积等方面的表述将更加全面科学，智能化、人性化、机械化是数学方法应用的未来趋势，由此推动矿产地质工作发展。
结论：通过上述分析可以发现，计算机技术的发展有力地推动了数学方法与矿产地质工作相结合，并为两者结合提供了有效手段，所以随着未来计算机技术、数学研究方法和矿产地质勘探技术的深化，两者的结合将不断以新的形式呈现，由此推动相关领域的发展，所以数学方法在矿产地质工作中应用是矿产地质领域发展的必然选择。■
参考文献
[1]王志宏.模糊数学方法在矿产资源地质条件综合评价中的应用[J].中国煤炭经济学院学报，1995，03（01）：69-71.
地质学研究篇10
关键词 中学生 体质健康 对策
1． 研究对象与方法
1.1 研究对象: 中学生体质健康
1.2 研究方法
1.2.1文献资料法：通过清华知网、期刊网等途径查阅与本课题有关的文献资料,包括书籍、报刊、论文等,为本课题的研究提供政策、法规及理论依据。
1.2.2测量法：录入的各项数据指标,是各个学校依据由教育部、国家体育总局下发的《学生体质健康标准(试行方案)》中“测试方法”的要求测试而来。检测数据指标:本次体质健康数据包括视力、身高、体重、立定跳远、坐位体前屈、仰卧起坐、50m跑等直接数据。
1.2.3问卷调查法：编制的调查问卷经过信度和效度检验，向随机抽样的中学生发出问卷192份，回收190份，回收率98.96%。
1.2.4数理统计法：采用excel软件对原始体质健康数据进行统计与分析,得出相关的数据。
2． 研究结果与分析
2.1 中学生视力的调查与分析
据全国学生体质健康调研数据表明，我国中学生近视眼发病率为55.2%,新平县中学生不良近视率为27.45%，远远低于全国水平，中学生视力处于良好状况。通过对患近视的学生访谈分析，导致近视的主要原因：作业做的太晚，睡眠不足；过度地看电视、玩电脑；学生做眼保健操不认真，动作不规范；学生家长对孩子期望质过高，高中毕业都想升入好的大学；在家学习时间长活动时间少。调查发现中学生的近视率是随着学生年级的上升而逐渐在高，教师应该注意，在提高学生学习成绩的同时也要呵护学生的身体健康，提醒他们要保护好自己的眼睛，加强眼保健操的日常检查。
2.2 中学生肥胖和营养不良的调查与分析
据调查显示，全国中学生肥胖率为11.6%，新平县中学生肥胖率6.38%，低于全国平均水平。导致学生肥胖主要原因是平时饮食不规例、缺少体育锻炼。
但是营养不良的学生比例偏高，通过对这部分学生的调查访谈，得出导致部分学生营养不良主要原因是平时偏食、挑食、吃零食过多。另外，民族地区县乡学校所在地，经济发展相对滞后，生活靠种植业、打零工为主要经济来源，学生家庭生活条件较差，导致营养供给跟不上身体生长发育的需要，饮食上没得到足够的营养，就导致了体型偏瘦、身体发育不良的状况。
2.3 学生身体素质检测情况与分析
通过调查的数据统计来看，高一、高二年级组的120人在50米跑项目中良好以上仅69人，占总检测人数的57.5%，而且有6人不及格，占总检测人数的5%，这表明学生的短跑能力较差，这主要是学生的体育锻炼不足（包括时间和运动强度均不够），其中既有学校场地不足、时间安排以及体育活动内容安排上的问题，也有学生缺乏刻苦锻炼的意志问题。
在立定跳远项目，高一年级学生良好以上有59人，占总检测人数的49.12%，其中良好以上的比率女生高于男生；而高二、高三年级学生良好以上有111人，占总检测人数的86.72%，其中良好以上的比率则是男生比女生高。统计显示中学生立定跳远的成绩是上升趋势，这表明学生的腿部力量增加。
3． 结论与建议
3.1 结论
新平县中学生体质健康状况处于良好水平，其整体好于城市中学生。但是也存在一些一些问题：由于学生学业负担过重，社会和学校存在重智育、轻体育的倾向, 受片面追求升学率的影响,体育课课时得不到很好的保证,致使学生休息和锻炼的时间严重不足。学校体育场地设施不足，学生体育课和体育活动难以得到保证。
3.2 建议
3.2.1学校要严格按照国家对体育课时的规定,保证体育课课时。深化体育课程改革,提高教学质量,同时利用丰富的民族传统体育资源,编写出趣味性强、健身价值高的地方性教材。同时建立学校高素质体育师资队伍,并按规定配齐体育师资,重视对体育教师的培训和考核,提高师资素质水平和业务能力，保障体育教师的合法权益。
3.2.2 教师要以新课改下素质教育的思想为目标，强化责任意识，牢固树立“健康第一” 、“终身体育”的思想，充分发挥教师的主导作用，切实作好教育教学工作，使学生能够养成自觉锻炼的好习惯，同时要有意识地对学生进行吃苦耐劳、坚忍不拔品质的培养，为学生体质健康水平的提高多作贡献。
3.2.3 加大学校体育场地设施的投入，不断增加学校体育工作的投入，积极改善学校办学条件，为学校开展体育活动提供必要条件。教会学生正确锻炼的方法、养成自觉锻炼的习惯，让学生进行自己喜欢的体育活动，促进身体素质的提高。
参考文献
【1】体育总局.中共中央国务院关于加强青少年体育增强青少年体质的意见［j］.中国学校体育,2007，21（6）：4-6.