自然资源是人类生产、生活的物质基础,合理开发利用和保护自然资源是人类长久以来的任务。自然资源的不合理开发利用会导致生态环境的恶化,阻碍经济的发展。本文在梳理全国自然资源系统观测研究体系构建对自然资源系统研究和自然资源统一管理重要意义的基础上,详细分析业界对自然资源系统与生态系统的观测研究关系、调查监测与观测研究关系、体系构建野外观测站选址、运行机制等高度关注问题;总结了观测体系构建框架体系和试点观测研究成果,最后就体系构建面临挑战提出建议,以期为全国自然资源观测研究体系构建提供启发与思考。
通过研究贵州省桐梓县耕地表层土壤养分元素有效性及其影响因素,为耕地资源规划、发展现代农业提供科学依据。根据桐梓县耕地质量地球化学调查评价所获得的表层土壤有效态样品,对其养分元素(指标)测试分析,探讨耕地表层土壤养分元素及其有效态的含量、分布特征、等级状况及影响因素。结果表明,研究区耕地表层土壤养分元素全量整体较丰富,硼、钼、锌全量以丰富等级为主,分别占总样本数56.34%、65.49%、77.96%;氮全量以较丰富为主,占比41.16%;而磷全量以较缺乏为主,占比32.23%。有效量整体较缺乏,速效磷、有效钼以缺乏为主,分别占比46.05%、30.14%;有效硼、速效钾以较缺乏为主,占比分别为64.66%、50.94%;而有效锌较丰富,占比50.83%。研究区耕地表层土壤养分元素全量是其有效量的主控因素,养分元素有效性受表生地球化学及土壤理化性质的影响;不同的地质单元、土壤类型、土地利用类型中土壤养分元素有效性差异性显著;增加阳离子交换量可以促进土壤养分元素有效量的转化,提高土壤中有机质含量能增加养分元素有效性。
火山地貌及其成因研究对深入揭示火山形成与行星表面形态演化具有重要意义。本文基于黑龙江五大连池火山区的遥感影像和数字高程模型(DEM)数据,对火山群形貌进行综合解译和地貌分形分析,从系统科学角度讨论形成本区火山地貌系统的复杂成因机制。研究结果表明:(1)火山锥和熔岩地貌构成了区内低起伏频率的地表形态,断裂带上复合型火山锥的分布数量影响该方向上的地形复杂度。(2)火山群地貌分形具有多度域分形结构且分形维数较小(D≈2),推测是受到大面积熔岩地貌和低矮火山锥影响造成的。沿断裂构造方向的地形剖面分形维数显示,五大连池地区三组断裂方向的地貌各向异性较小(D值为1.142~1.275,Dmax与Dmin仅相差0.133),NE方向的分形维数较大(DNE为1.223~1.275),是影响火山群地貌形成的主要断裂方向。(3)火山群地貌特征受到内外营力协同控制,深浅两套断裂构造和岩浆系统是影响现阶段火山区形貌的主要因素。外营力在中微观尺度随机粗化作用正在加强,但在宏观尺度上尚未占协同对抗上风,区域形态还未发生改变。遥感波谱特性与地貌形态分析对火山地貌研究是有效的,地貌分形分析可以量化不同尺度下的地貌形态特征,这为火山区地貌及其成因机制研究提供了新的思路和方法。
土地利用类型变化是区域碳储量变化的主要影响因素,对整个陆地生态系统有着重要的影响。以黄河中段伊洛河流域为例,基于生态系统服务功能与权衡交易综合评价模型(InVEST)碳储量模块评估了1990—2020年碳储量时空分异特征及影响因素,利用耦合PLUS模型预测了2025—2050年土地利用类型及碳储量时空分异特征,使用地理探测器探索区域碳储量驱动力因素。结果表明:(1)伊洛河流域土地利用类型转移为耕地和草地转出,林地、水体和建设用地转入。区域碳储量在1990—2020年间增长1.0×107 t,东部碳储量持续减少,中西部碳储量持续增加。(2)2025—2050年区域整体固碳能力下降。相对于历史时期,东部固碳能力仍旧持续下降,中西部固碳能力由持续上升变总体上升,生态修复情景最有利于区域固碳,耕地保护情景最不利于区域固碳。(3)使用地理探测器可以得出,单因子分析NDVI(归一化植被指数)的q值(解释力)为0.561,解释力最强,交互分析中DEM(数字高程模型)与NDVI交互q值为0.592,两个因子交互解释力最强。建议经济较好、地形平坦的IV12-1区域经济和农业发展应注重自然保护,生态较好、海拔较高的VI22-1和VI22-3区域施行生态修复政策。
为探讨岷江上游干旱河谷区地质建造对土壤性质的控制以及对植被分布的制约,支撑生态保护修复分区治理工作,本文以岷江上游干旱河谷区下段为研究区,采用地质建造调查、元素分析测试和遥感解译方法,结合土地利用数据,从地质建造类型、土壤特征、土地利用和植被覆盖度方面分析地质建造单元对土壤和植被的影响。结果表明:第四纪松散堆积建造区土壤层厚、养分丰富,由于人类活动改造作用较强,区内植物种类以经济作物为主;三叠纪复理石建造区土壤层较厚,养分丰富,基岩构造裂隙较发育,富水性较好,适宜灌木和少量乔木生长,该区植被覆盖度高;泥盆纪泥页岩-碳酸盐岩建造土壤层较厚、土壤钙等养分含量高,分布大量喜钙侧柏;志留纪泥砂质-碳酸盐建造区区发育非贯穿性裂隙,受构造作用影响浅表层的岩石风化破碎程度高,水土极易流失,以低矮灌木和草地为主;元古宙中酸性岩浆岩建造区土壤层薄,裂隙发育,土壤中磷等养分含量较高,土壤层含水率最低,以灌丛植物生长为主;中元古代火山岩-熔岩建造区发育闭合状裂隙,含水性差,仅适合灌草丛生长,植被覆盖度偏低。
为深入理解人工补给湖泊地表水与地下水之间的转化关系,针对宁夏平原人工补给的鸣翠湖建立湖岸带监测剖面,分析水位动态、水化学、稳定同位素,探讨湖岸带地下水补给来源。结果表明,地下水动态显示鸣翠湖属于典型的饱和流-补给型湖泊,高水头是驱动湖水向近岸区浅层地下水转化的直接动力因素。受区域水动力的影响,湖水与西岸地下水的动态响应密切,与东岸地下水动态响应较弱。水化学结果显示湖西岸浅层地下水化学组分含量存在丰水期和枯水期差异,而湖东岸较稳定,距离湖泊较远的ML05表现出与其它孔组不同的离子浓度特征。Piper图表明在丰水期地表水大量补给地下水,样点分布聚集,浅层地下水与地表水化学类型一致;枯水期随着地表水补水量的下降,地下水样点分布离散,尤其30 m深度地下水与地表水化学组分相差更大。 δD 和δ18O分析结果表明,地表水对近岸区埋深小于10 m的地下水的补给作用明显,30 m深度以下地下水受侧向径流补给作用增强。鸣翠湖岸带10 m以上浅层地下水受湖水和灌溉水的补给比例超过80%。通过对比宁夏平原南部、中部和北部不同湖岸带局部流场和不同深度(5 m、10 m、30 m)地下水的稳定同位素特征,得出人工补给湖泊湖岸带地表水与地下水的交换深度在10 m以上,在人工补给条件下地下水与地表水的补排关系是单向固定的。
探析碳储量的时空格局演化规律,对新安江流域生态环境保护、土地利用方式优化具有积极反馈作用。基于2000—2020年土地利用数据,采用InVEST模型对2000—2020年新安江流域土地利用变化及碳储量变化情况进行分析,同时运用PLUS模型预测不同发展情景下2040年新安江流域碳储量分布。结果显示:(1)土地利用变化直接影响研究区的碳储量。2000—2020年,新安江流域建设用地扩张602.707 km2,林地、耕地、草地和灌木分别减少615.225 km2、42.640 km2、3.021 km2和0.296 km2,碳储量减少4.937×106 t;碳储量与土地利用空间分布一致,碳储量较高区域的建设用地少、生态用地集聚连片且分布较多。(2)2040年多情景模拟显示,整体土地利用格局一致,局部变化明显。城镇发展、自然发展和耕地保护情景碳储量分别下降7.540×106 t、7.544×106 t和11.302×106 t,其中在生态保护情景下,碳储量下降最少(7.130×106 t)。(3)碳储量空间分异受地形、生态和人为因素影响。地理探测器表明,NDVI(0.561)和NPP(0.398)的解释力显著高于其他因子,是新安江流域碳储量空间分异的主要驱动因子。不同影响因子间的交互作用强于单一因子,其中NDVI与坡度的协同影响类型最强(0.652)。研究结果表明,采取城镇发展和生态保护政策可控制碳储量减少,在未来规划中,应保护生态用地,控制建设用地扩张,以提高碳储量水平。
石海是发育于基岩斜坡带较为特殊的地貌类型之一,因形成动力多样和过程复杂,前人对其成因的争论由来已久。河北省承德县北大山发育壮观的石海,是该森林公园的主要景观和旅游资源,为石海成因的研究提供了得天独厚的条件。利用野外地质调查、砾石统计和无人机航拍建模等技术方法和手段,对北大山森林公园石海地貌开展了系统的调查。研究结果表明,石海的物源来自沟头被断裂和节理破碎的花岗岩崩塌体;组成石海的巨大砾石具有重力崩塌和短距离流水搬运的特征,与冰川或泥石流搬运的特征并不符合;冻融分选作用是导致巨大石块集中出露地表,进而形成石海的主要动力。本文首次提出承德北大山石海地貌的冻融分选成因的新认识,不仅对石海成因的理论研究具有一定的促进作用,而且对其它区域石海地貌的成因研究也具有重要的参考价值。
塔里木盆地中部阿满过渡带内的富满地区走滑断裂带发育,并对奥陶系碳酸盐岩具有明显的控储控藏作用,但该地区的走滑断裂仍然存在难以识别的问题。为了精细刻画富满地区的走滑断裂,本次研究基于该地区最新三维地震资料,通过多重滤波、相干分析、信号分解等方法技术对主干和次级走滑断裂带进行精细识别,并建立走滑断裂带分级量化标准,同时利用“三定”法评价油气资源量,落实走滑断裂的勘探潜力。在塔北隆起和中央隆起区共识别出70条规模较大的主干走滑断裂带,根据断裂带延伸长度、活动期次及其强度等特征,划分出25条Ⅰ级和45条Ⅱ级控储控藏的走滑断裂带,其中富满地区发育主干走滑断裂34条。结合走滑断裂刻画及钻探情况,提出“定断裂带体系”“定缝洞体边界”“定油气藏单元”的奥陶系碳酸盐岩油气藏“三定”资源量评价方法,并初步确定70条走滑断裂带的石油资源量约为20×108 t、天然气约为1×1012 m3,富满地区石油资源量约11×108 t。在走滑断裂带精细刻画基础上新落实三条油气富集带,并得到钻探证实,表明富满地区不同级别的走滑断裂带均具备增储上产的巨大潜力。本研究不仅有利于推动塔里木盆地台盆区走滑断裂带研究以及碳酸盐岩断控-缝洞型油气藏勘探开发,对其他克拉通盆地内走滑断裂体系研究也具有重要借鉴意义。
鄂尔多斯地块西南部庆阳—鄂托克旗古隆起(简称庆—鄂古隆起),其地质特征及其形成演化过程对厘定华北板块西南缘动力学背景、古环境变迁及油气勘探等都有重要意义。基于地震、钻井、测井等资料分析,研究了古隆起形成时限、演化过程及其动力学背景。结果表明:上古生界与下伏地层、奥陶系与寒武系及寒武系与中新元古界之间存在3个不整合,寒武系和奥陶系发育同沉积正断层,且向古隆起方向地震相均表现为下部上超、顶部削截的特征;远离古隆起核心区域的中寒武统厚度变化不大,上寒武统和下奥陶统向古隆起方向减薄、缺失,且被中奥陶统穿时覆盖,上奥陶统发育局限;古隆起核心区域的中寒武统和中奥陶统缺失是剥蚀所致,且中寒武统连续沉积。据此认为庆—鄂古隆起主要形成于早古生代:早寒武世,南部初现古隆起雏形;中—晚寒武世,古隆起活动微弱;晚寒武世晚期至早奥陶世,古隆起隆升,未接收沉积;中奥陶世,古隆起隆升活动减弱;晚奥陶世到石炭纪沉积前,古隆起大幅度隆升并最终定型。古隆起形成的区域动力学环境与南邻秦岭洋、西邻古祁连—秦岭洋及贺兰裂陷槽的形成演化密切相关。本研究为华北板块西南缘早古生代构造背景确定及庆—鄂古隆起油气勘探提供了理论支撑与参考。
针对岷江上游干旱河谷区生态极其脆弱的特点,利用NDVI数据通过像元二分法反演了岷江上游干旱河谷区2000—2020年的植被覆盖度(FVC),运用线性趋势分析和F显著性检验法,定量分析了FVC的时空变化规律,结合地形数据剖析岷江上游干旱河谷区FVC趋势变化与海拔、坡度、坡向之间的关系。结果表明:(1)2000—2020年,研究区植被覆盖度呈波动增加趋势,年均FVC由2000年0.62增加至2020年的0.67。(2)在空间上,植被覆盖度由低海拔至高海拔呈现增高趋势,低等级和中低等级植被覆盖度主要分布在岷江干流及岷江支流杂谷脑河两岸,中等级和中高等级植被覆盖度集中分布在河谷两岸低中山和中山区,高等级植被覆盖度则主要分布在远离河谷的高中山和中高山区。(3)高等级植被覆盖面积随海拔增加呈先减小后增加的趋势,在1100~1400 m和3200~3500 m区域达到峰值;高等级植被覆盖度面积随坡度增加呈现先增加后减少的趋势,10°~20°和30°~40°是植被覆盖度高等级和中高-高等级的峰值区;总体上阳坡植被覆盖度高于阴坡。植被覆盖状况受海拔、坡度以及坡向影响较大,对岷江上游干旱河谷区生态保护应考虑地形影响,因地制宜采取措施。
黄河流域古河道的变迁对文化遗址形成的影响,是黄河文化研究的重要科学问题之一。内蒙古巴彦淖尔国家地质公园位于黄河中上游的河套盆地,公园内汉代临戎古城遗址的位置一直存在争论,确定黄河古河道与其相对位置关系是关键。通过对临戎古城遗址周边10 km范围进行网格化槽型钻取心,利用钻孔数据构建三维粒度属性模型与沉积结构模型,对隐伏的古河道位置进行了较为精准地确定;并通过钻孔岩心沉积相分析与年代学测试,对古河道的沉积结构与年代进行了验证。结果表明,临戎古城遗址西3 km处存在(2.39±0.24) ka~(1.36±0.05) Cal ka BP的黄河古河道,自南向北流经临戎城西。以此确定的黄河与朔方郡各属县治城的相对位置符合史料的记载。本研究从沉积学角度为巴彦淖尔国家地质公园临戎古城遗址位置的考证提供了地质科学依据。
实现经济发展与生态保护的共赢是一个世界性难题。随着经济社会的发展,人类活动强度对区域生境质量产生不同程度的影响,在欠发达地区这种影响往往是负面的,因此实现人口稠密的欠发达地区经济发展与生境保护相结合具有重要意义。以黄河流域(河南段)为例,基于InVEST模型生境质量模块与PLUS模型对该区域2000—2021年(历史时期)生境质量时空演变特征进行分析,并以5年为步长对2025年、2030年、2035年和2040年的生境质量进行模拟。研究结果表明:(1)历史时期研究区生境质量均值下降了0.05,呈下降趋势,生境质量高值区集中分布在研究区西南和西北部的山地,呈西高东低的分布格局。(2)历史时期研究区44.74%区域生境质量显著下降,下降区域分布在城乡建设和道路扩张用地区域,西部山区此趋势最为突出。33.81%区域生境质量显著上升,上升区域分布在东部耕地区域和西部林地。研究区生境破碎化趋势加强,海拔与植被等自然要素对区域生境质量水平影响显著,与生境质量水平正相关。(3)2025—2040年不同土地利用情景下的未来生境质量格局差异明显,生态保护情境下生境质量水平呈上升趋势,耕地保护情景下生境质量均值稳定中呈现小幅度提升,城市发展情景下生境质量均值呈现明显下降趋势,不同发展情景下人类活动对区域生境质量影响显著。本研究有助于进一步了解区域生境质量的发展趋势与对土地利用变化的响应。
岷江上游是长江上游生态安全的重要屏障,在“5·12”汶川地震发生后,地下岩体、地表基质和地上生态都受到了严重的破坏。为探索岷江上游流域地震前后生态地质环境安全状况,从“地质环境-生态环境”两个维度选取了16个评价指标,基于AHP-PCA熵组合权重法对岷江上游流域1995年、2001年、2009年和2020年生态地质环境安全进行评价并分析演化趋势。结果表明:岷江上游流域生态地质环境安全整体以较安全-安全为主。其中,生态地质环境较安全-安全主要分布在流域的中、东部地区,较不安全-不安全主要分布在西、北部高山区以及深切河谷区,整体呈现中东部高、西部和北部低的格局。1995—2020年岷江上游生态地质环境安全整体呈现先降低后逐步升高的趋势。其中,流域北部及深切河谷区生态地质环境安全变化波动大,且呈现升高-降低-升高的趋势,生态地质环境不稳定;西南部生态地质环境安全整体以降低为主,虽降低区域逐渐减少,但总体生态地质环境仍持续变差;流域中部生态地质环境安全整体以升高为主,且升高区域逐渐增加,生态地质环境持续向好。本次研究结果可为岷江上游生态保护修复提供基础支撑。
随着城市化进程加快,城市生活垃圾的产量不断增加,许多城市形成了大量非正规垃圾填埋场,这类填埋场缺少防渗装置,产出的渗滤液对填埋场及其附近地下水、土壤等造成潜在污染风险。科学地评估此类垃圾填埋场的环境风险,对分类管理和治理垃圾填埋场以及科学地进行地下水污染防治具有重要意义。本文综合运用DRASTIC模型、层次分析法、聚类分析法等进行生态环境风险指标体系构建,以某地区14个垃圾填埋场为研究对象,评价其地下水生态环境风险。在评价过程中,主要考虑填埋场现状、填埋场的危险性、包气带的抗污能力、含水层脆弱性4个方面,依次对已选取的填埋场大小、实际填埋量、包气带黏性土层厚度等21个指标进行评价分级。结果显示,2号填埋场风险得分最低,为4.13分,5号填埋场风险得分最高,为7.95分,将填埋场评价得分进行分类后得到,3个垃圾填埋场风险指数为低风险,6个垃圾填埋场风险指数为中风险,5个垃圾填埋场风险指数为高风险。上述成果与前期专家打分评估的结果基本一致。本文提出的方法对于垃圾填埋场地下水污染风险具有参考意义,本研究成果对重点污染源风险的定量评价及科学管控也具有重要参考价值。
土壤-植物系统中Cr的生物地球化学行为以及高水平Cr对生态环境的影响一直备受关注。本文以湖南株洲作为研究区,采集了490件表层土壤样品、60套水稻籽实及根系土样品,对土壤与水稻籽实中Cr含量分布特征进行分析,对土壤Cr污染程度进行评价,探讨水稻籽实Cr生物富集系数(BCF)的影响因素,据此构建水稻籽实Cr的BCF预测模型,并对研究区水稻籽实Cr含量进行预测。研究区表层土壤Cr含量范围为48.50~240.60 mg/kg,中位值91.45 mg/kg。与全国和湖南省土壤背景值相比,研究区土壤Cr含量严重超标,主要受成土母质和人为活动影响。水稻籽实Cr含量范围为0.09~0.11 mg/kg,平均值0.10 mg/kg,均未超过限值。水稻籽实Cr生物富集系数主要与水稻根系土的Cu、TFe2O3、SiO2/Al2O3显著相关,受根系土风化程度、铁氧化物和元素间拮抗作用影响。采用多元线性回归分析建立了研究区水稻籽实Cr的BCF预测模型,预测结果可靠。水稻籽实Cr含量预测结果显示研究区水稻籽实Cr含量均低于我国的稻谷Cr含量限值。
金沙江干热河谷区土壤侵蚀的时空演变对于生态安全和下游水利水电的安全运行具有重要的意义。本文基于GIS技术和RUSLE模型分析区内云南省元谋县2015—2021年土壤侵蚀时空变化特征,利用地理探测器模型定量分析影响元谋县土壤侵蚀分布格局的主导因子。结果表明:(1)2015—2021年研究区年均土壤侵蚀模数与土壤侵蚀总量整体呈减小趋势,期间土壤侵蚀模数降幅为16.53%。(2)土壤侵蚀空间分异显著,基本特点为北高南低,集中分布在金沙江沿岸。从侵蚀强度看,微度和轻度侵蚀所占面积在95%以上,其它侵蚀面积较小。(3)2015—2021年,元谋县土壤侵蚀强度较高的区域有向微度侵蚀转化的趋势,表明近年来区域退耕还林还草、小流域水土流失治理等工程的实施一定程度上缓解了水土流失强度。(4)坡度为影响元谋县土壤侵蚀分布格局的主导因子,其解释力最强(25.66%)。金沙江沿岸、1200~1800 m高程带、>25°坡度带、30%~40%植被盖度带是土壤侵蚀的高风险区,可加强这些区域的生态恢复及水土保持措施建设。
地表基质调查是新时代自然资源调查监测与地质工作的新领域,分类是地表基质调查的前提。为尽快掌握全国或省级更大区域的地表基质空间格局,需借鉴相关学科概念、充分利用已有基础调查成果,探索分类方案。质地是地表基质内不同颗粒的组合状况,基于质地类型刻画地表基质类型,有助于明确其孕育林草生态要素的本底特征。新疆地域广阔、地貌复杂,地貌是该区自然资源与地表基质质地分类空间分异的主控因素。本研究利用数字高程模型、遥感影像、土地利用、土壤性质、植物特征等多源信息,确定新疆地貌三级区划方案,基于地貌区划提出地表基质质地的分类方案。将新疆按坡度、起伏度、高程和成因分为47种地貌类型,划分6个一级、27个二级和1056个三级地貌区。山地区的三级地貌区数量高于平原区,中海拔丘陵是分布最广泛的三级地貌类型,中起伏中山和中海拔风积地貌分别是山地和平原内面积最大的三级地貌类型。大部分地貌类型的植被根系深度平均值低于100 cm,0~200 cm的土壤信息足以描述新疆地表基质结构。不同三级地貌类型的0~200 cm内主要土壤质地类型的数量占比均值为70.9%,表明在新疆采用基于地貌的地表基质质地分类具有一定可靠性。粉壤质、砂质和砾质是新疆的主要地表基质质地,分别占全疆面积的49.6%、27.1%和10.3%。粉壤质是新疆森林、草原与耕地资源数量与质量最高的质地分类。基于地貌类型的地表基质质地分类方案兼顾了水热条件与地表物质组成,有助于评价不同类别自然资源的适宜性,可为新疆土地整治与生态修复提供重要参考。
重金属污染制约着农产品安全问题,本文选择广西天峨县为研究切入点,以揭示农作物中重金属元素生态风险情况。系统采集60套水稻和玉米样品以及根系土壤样品,测试Cd、Cr、Hg、As和Pb等5种重金属元素含量,采用地累积指数、生物富集系数及相关性分析等方法进行数据处理。研究结果表明:除了Hg之外,其它重金属元素Cd、Cr、As和Pb含量均未超标,属于食品安全范围;其中Cr含量最高,平均值为0.094 mg/kg,而Cd含量变异系数极大,高达103%;水稻籽实中Cd、Hg和As等重金属含量普遍高于玉米籽实。根系土壤处于酸性环境,有机质养分较丰富,并存在中等程度Cd污染情况;重金属形态绝大多数为残渣态,其中Cd离子活性较高。农作物对Cd和Hg具有较强的富集能力,碎屑岩区土壤中重金属的生物富集系数高于碳酸盐岩区。经相关性分析表明,水稻中Hg含量与根系土壤中Cd含量呈极显著正相关关系,同时土壤酸碱度及有机质是影响农作物中重金属元素含量的重要因素。因此,适当调整土壤酸性程度、合理增施有机肥料,能够有效控制重金属污染风险,这对保障农产品安全具有基础性意义。
基于GIMMS NDVI3g和MODIS NDVI数据,利用一元线性回归模型,本文构建了1982—2020年黄河流域(河南段)GIMMS-MODIS NDVI数据集;在此基础上,结合Sen趋势、Mann-Kendall(M-K)及偏相关分析等方法探究了黄河流域(河南段)NDVI时空演变及其对气候因子的响应。结果表明:(1)重构的GIMMS MODIS NDVI和GIMMS NDVI拟合效果较好,其R2达到了0.8799(P<0.01),二者的月均值直方图差值在[-0.02,0.02]之间的占比高达81.47%;(2)1982—2020年黄河流域(河南段)年和春、夏、秋、冬四季NDVI值均呈现波动增加的趋势,其增加速率分别为0.0018 a-1(P<0.01)、0.0027 a-1(P<0.01)、0.0006 a-1(P<0.1)、0.0013 a-1(P<0.01)和0.0024 a-1(P<0.01);空间上,该流域年和春、夏、秋、冬四季NDVI显著增加的面积占比分别为76.62%、76.62%、33.64%、57.19%和77.16%,显著下降的区域主要位于流域中南部地区;(3)1982—2020年黄河流域(河南段)年均气温呈现显著增加的趋势(slope=0.0377 ℃·a-1,P<0.01)。从季节变化来看,春季和秋季的平均气温增加速率最快,降水的变化在年及其春、夏、秋、冬四季变化均不显著;(4)1982—2020年黄河流域(河南段)年、春季及其冬季NDVI变化主要受到气温控制,夏季NDVI变化主要受降水影响;从空间分布来看,年、春季和冬季NDVI与气温呈显著相关的站点比例分别为82.14%、50%和75%,春季、夏季和秋季NDVI与降水呈显著正相关的站点比例分别为3.57%、14.29%和3.57%,主要零星分布在流域的中部地区。
为提供栾川矿集区所在流域下游水源地陆浑水库Mo污染的源头控制依据,开展了6座钼矿尾矿库尾渣和土壤的野外调查及三道庄尾矿库尾渣和土壤的Mo赋存形态分析和降雨淋滤试验,以探讨Mo在钼矿尾渣与土壤中的迁移转化机理。结果显示,尾矿库尾渣Mo平均含量为238.24 mg/kg,浸出液Mo含量达0.26 mg/L;土壤Mo平均含量为125.88 mg/kg;尾渣残渣态Mo占比97.71%,土壤残渣态Mo占比63.66%,可交换态和碳酸盐结合态分别占比22.35%和11.80%。酸-偏碱性降雨淋滤后,尾渣中残渣态Mo占比不同程度减少,中-偏碱性降雨更利于尾渣残渣态Mo向碳酸盐结合态转化,使之由淋滤前的1.19%分别增加到18.85%和24.14%,提高了尾渣中Mo的迁移性。酸性降雨时土壤铁锰氧化态和有机态Mo占比大幅度升高,其他形态Mo占比均一定幅度降低;中性-偏碱性降雨时土壤残渣态和有机态Mo占比升高,碳酸盐结合态和铁锰氧化态大幅度降低,表示酸性降雨可促进土壤中形成铁锰等钼酸盐,而中-偏碱性降雨可能有利于土壤中形成铁锰等氢氧化物和碳酸盐,阻碍了铁锰等钼酸盐的产生,一定程度上提高了Mo的迁移性。因尾渣和土壤矿物组成和理化性质不同,降雨淋滤下Mo在两者中的迁移转化机理存在一定差异,但总体而言,酸-偏碱性降雨均可促进Mo的迁移转化,从而影响水土环境。
为了评估国道交通对两侧土壤的影响,查明其重金属污染特征和来源,选取107国道岳阳县段作为研究区域。在该区域两侧各1 km范围内采集了246个表层土壤样品,并测定了Pb、As、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Hg这8种重金属元素的含量。通过对比分析国道两侧土壤中重金属污染情况和元素含量差异,结合克里金空间插值法和PMF模型,进一步揭示这些重金属的潜在来源。结果表明:(1)107国道岳阳县段两侧土壤属强酸性土壤,重金属之间的差异反映了土地利用类型和人类活动对土壤重金属分布的显著影响。(2)单因子污染指数均值显示Cr、Ni、Zn、Cd无污染,Cu、As、Hg、Pb为轻度污染,内梅罗综合污染指数表明研究区土壤整体轻度污染。(3)空间插值分析显示,As、Cr、Cu、Ni在空间分布上高度重叠;Pb和Zn在空间上分布在农田耕地区域;Cd元素的空间分布异常区域主要为新开镇;Hg元素的空间分布特征显示林地为低值区域,说明了自然地质背景与土地利用类型对土壤重金属的复杂相互作用。(4)PMF源解析识别了4种污染源,分别为交通源、农业源、自然源、大气源,其中交通源和农业源合计占比80.3%,是影响107国道岳阳县段两侧土壤中重金属元素的主要因素,说明107国道两侧土壤受交通运输和人类活动影响较明显。综上所述,空间插值分析和PMF模型的结果相互之间验证效果较好,这一综合方法对重金属潜在来源的成分识别较为理想。
毛乌素沙地作为我国四大沙地之一,是沙漠化和防沙治沙研究的重点区域。遥感已成为地表时空分析的重要手段,但当前毛乌素沙地区域基于长时间序列、中高分辨率影像研究不足。利用Google Earth Engine云平台,结合Landsat-5 TM、Landsat-7 ETM+和Landsat-8 OLI长时序归一化植被指数,采用Sen+Mann-Kendall方法探究鄂尔多斯地区毛乌素沙地1987—2022年近35年植被覆盖时空演变,并结合气象数据进行驱动力分析。结果表明:(1)鄂尔多斯地区毛乌素沙地植被不断改善,植被覆盖整体呈增长趋势, NDVI变化量为+0.0028 a-1,NDVI增势呈先缓-后急-再缓的趋于平稳的阶段式变化特征;(2)植被改善的区域面积占比达98%以上,退化区域面积占比小于0.5%,空间上植被覆盖改善东部优于西部,南北部优于中部;(3)植被覆盖变化与自然水热变化无显著相关性。
对云贵高原产水量进行定量评估与研究,有利于探究该地区水资源的动态变化、维护该地区的生态安全以及构建该地区的生态平衡,对维持城市水源涵养具有重要的现实意义。本研究利用PLUS模型预测该地区2025与2030年土地利用类型,利用InVEST模型定量估算2000—2030年(以5年为一期)产水量,并对其进行时空分析;剖析了不同土地利用类型及不同坡度等级下的产水量变化情况;利用地理探测器对产水量进行驱动力分析。结果表明:(1)2000—2030年该地区产水总量呈现“下降-升高-下降-升高”的趋势,其产水总量分别是:7.818×107 m3、5.750×107 m3、4.700×107 m3、9.162×107 m3、7.498×107 m3、7.820×107 m3、8.999×107 m3;产水量空间分布呈现东南和北部高、中部低特征;(2)未利用地是该地区产水量最高的地类;(3)气象因子的变化是引起云贵高原年产水量变化的主要因素。地理探测器的分析表明降水量、蒸散发量对产水量的解释力较强,降水量和土地利用的交互作用对产水量变化的解释力最强。产水量集中在坡度为0°~5°的区域,占总产水量的43.80%。研究结果可为云贵高原水资源的动态评估、有效管理和可持续发展提供科学参考。
产水服务是重要的生态系统服务功能之一,评估产水服务空间分异特征、明确不同自然资源分区的关键驱动因子,是维系新疆生态安全和可持续发展的关键。本研究利用InVEST模型模拟新疆1990—2018年产水服务时空变化,选择气候、土壤、地形、土地利用等因子,采用地理探测器开展产水服务空间异质性归因分析。结果表明:(1)1990—2018年新疆产水总量变化为524.39×108~683.42×108 m3,高值区集中在阿尔泰山、准噶尔盆地西部山地及天山山地等地区。(2)研究区不同地类的产水能力不同,其中荒漠和林地的产水能力最高,草地和水体与湿地其次,耕地和建设用地产水能力最差。(3)在新疆全域,气候类因子的解释能力最强,尤其是年总降水量因子,解释能力达到0.9以上;不同自然资源分区,产水服务空间分异的主要驱动因子存在明显差异,但年总降水量因子仍为第一主导因子。(4)因子的交互作用对产水服务的空间分布解释能力大于单个因子的解释能力,气候因子与地形因子的交互作用解释能力最强,其次是气候因子与土地利用因子的交互。因此,新疆产水服务的维持与保护工作应充分考虑气候、地形、土地利用等因素,制定合理的水资源管理和保护措施。
新疆地域辽阔、自然环境复杂多样,综合评价各类环境要素对耕地适宜性的制约与对耕地适宜区分布的影响,是开展区域耕地资源保护与耕地后备资源开发的重要基础,对维护新疆粮食安全和实施土地整治具有重要意义。本研究基于新疆耕地分布数据,通过最大熵模型和空间统计分析,研究气候(气温、降水)、地形、水文、土壤和地质等5类35个环境要素对新疆山地区与平原区耕地(旱地和水田)适宜区分布的影响。主要取得如下认识:(1)在平原区,影响旱地适宜性的主要因素为土壤总氮、到水系距离和冬季降水,而影响水田适宜性的主要因素为到水系距离、土壤pH、土壤表层湿度和>10 ℃年积温;在山地区,>0 ℃年积温、冬季降水、坡度和到水系距离是影响旱地适宜性的主要因素。(2)旱地高适宜区总面积约为78221 km2,主要分布于新疆西北部的阿尔泰山,西天山和中天山的中低海拔区域(海拔<2000 m),以及塔里木盆地边缘的山麓平原;新疆水田高适宜区总面积约为2834 km2,面积相对旱地较少,主要零星分布在新疆的中天山和西天山等雨水充沛地区。本研究选用的35个环境变量是当前可获取到的最新数据,数据较为全面、系统和准确,能够综合评价气候、地形、水文、土壤和地质因素对新疆耕地(旱地和水田)分布的影响程度,筛选出对耕地适宜性影响最大的环境变量,最终获得新疆耕地适宜区的分布。研究结果可为新疆土地资源利用提供科学支撑,为新疆耕地的开发与利用提供参考与建议。
贵州普克金矿区位于我国著名的滇―黔―桂“金三角”地区泥堡大型金矿西南方向的外围区域,与泥堡金矿处于相同的大地构造环境,地层特征、构造样式基本相同,成矿地质条件良好,对其开展成矿流体性质和物质来源研究,有助于理解普克矿区金的成矿作用,并为下一步找矿勘探提供新的参考。本文在对普克金矿区地表发育的(褐铁矿化)黄铁矿-方解石脉进行野外地质调查的基础上,开展矿物学、方解石稀土元素以及黄铁矿电子探针与微区原位LA-ICP-MS分析,结果显示普克金矿区内大部分方解石脉显示出与泥堡金矿床不含矿方解石脉相似的稀土元素配分特征,少数方解石样品显示出与黔西南卡林型金矿成矿期方解石稀土元素一样的中稀土元素富集和Eu正异常特征。该类方解石脉中的黄铁矿Au元素含量高出平均地壳丰度及沉积成因黄铁矿中Au的含量几个数量级,且Au在黄铁矿中以Au+离子形式存在,表明这些黄铁矿形成于金成矿期的热液环境。含金方解石出现中稀土元素富集模式和Eu正异常特征,表明金成矿流体系还原性质。由于地壳抬升剥蚀的影响,普克金矿区内中稀土元素富集、Eu正异常的方解石脉在地表的露头较少,也可能与普克金矿有利成矿地层层位(二叠系峨眉山玄武岩组)埋深较大、能运移到现今地表层位(三叠系永宁镇组)的成矿热液相对较少有关,指示深部有较好的金成矿潜力。
柴达木盆地石炭系主要分布于盆地东部地区,石炭系油气勘探已获重大发现,为柴达木盆地古生代油气勘探开启了新局面。柴达木盆地石炭系烃源岩在早二叠世进入生烃门限,以生油为主;古新世—上新世为石炭系主力生烃期,以产气为主。前人针对该盆地石炭系油气的赋存条件和成藏机理研究较少,为揭示柴达木盆地石炭系油气的有利成藏条件,本次选择柴达木盆地东部德令哈坳陷尕海南山地区开展石炭系油气成藏机理研究,在青德参1井中发现了石炭系克鲁克组和古近系上干柴沟组两套含油气层。依据区内构造要素统计分析、叠加构造填图、地震综合解释和油气成藏条件分析,揭示柴达木盆地东部尕海南山地区晚新生代发育早期北西—北西西向和晚期北北东—南南西向的叠加褶皱,北西—北西西向褶皱及断裂活动形成了石炭系晚期生烃的有利圈闭,北北东—南南西向构造挤压激活了先存的北西—北西西向断裂,并导致石炭系油气沿该断层向上运移至上干柴沟组形成次级含油气层,最终造就了尕海南山地区上下两套油气组合并存的特征。本研究对柴达木盆地石炭系油气勘探具有借鉴意义。
地块形态分为构造带和构造地块两个类别。地块内部的岩石变形强烈且具复杂地质作用的延伸带被称为构造带,往往显示为隆起造山带;而岩石变形微弱、以沉积作用为主且长-宽相近的区域称为构造地块,多数是拆离构造控制的凹陷盆地。构造体系中这种地块“隆起-拆离”构造特征具有普遍意义。本文揭示地块分布显示层次的特点,某个层次的构造地块,可能在更大范围或更高层次被视为构造带,而在更小范围和更低层次表现为低级别的构造带与构造地块组合。本文以大兴安岭造山带为实例,阐述多层次“隆起-拆离凹陷”的地块构造特征。第一层次的新华夏构造体系,是具有海洋板块和大陆板块之间反时钟方向压剪动力成生联系的东亚地区构造形迹组合;中国东部新华夏构造体系发育的,北北东方向的巨型隆起构造带和巨型拆离沉积盆地带属于第二层次;大兴安岭造山带属于第三层次,隆起构造带和沉降凹陷带相间分布;而大兴安岭南段,或者赤峰地区等的“岩浆核杂岩隆起-拆离盆地凹陷带”,属于新华夏构造体系的第四层次;第五层次,柴胡栏子金矿田的“中生代花岗杂岩核隆起带-火山岩凹陷带”,成为矿田找矿的关键。新华夏构造体系的地块多层次“构造隆起-拆离凹陷带”的特征,可以指导成矿区划单元的确定、成矿规律研究和找矿勘查工作,特别是构造体系五级构造——矿田的地块分布,对于找矿突破具有基础性和指导性的意义。
层状热储的微观特征及宏观展布研究是砂岩热储地热资源精细评价和规模开发的重要依据。关中盆地西安凹陷新近系自下而上发育高陵群、蓝田—灞河组、张家坡组三套砂岩孔隙型热储,本文利用凹陷内咸阳、西安、周至等地16口地热井的测录井及岩心测试资料,对西安凹陷内新近系砂岩热储特征进行系统论述,探讨储层特征对砂体产水能力的影响。结果表明:西安凹陷新近系地层整体为河流-三角洲-湖相砂泥岩互层沉积,具有下粗上细的正韵律特征。岩石类型以长石岩屑砂岩为主,储集空间以溶蚀孔隙和原生孔隙为主,整体物性较好,张家坡组热储平均孔隙度30.02%,平均渗透率451.82×10-3 μm2,属中高孔中高渗热储层;蓝田—灞河组热储平均孔隙度20.43%,平均渗透率140.7×10-3 μm2,属中高孔中低渗热储层;高陵群热储平均孔隙度17.28%,平均渗透率109.5×10-3 μm2,属中低孔中低渗热储层。热储温度随深度增加一般呈线性升高,表现出传导型地热资源特征,典型地热井温度-深度曲线可分为直线式、折线式两类形态;部分位于渭河断裂带的地热井温度-深度曲线为“局部竖直式”,表现出传导-对流型地热资源特征。热储砂体在凹陷内广泛分布,整体厚度大、富水性好,单砂厚度一般小于5 m,蓝田—灞河组和高陵群砂体发育在垂向和平面上均优于张家坡组。热储特征影响地热井的产水能力,物性是砂体实际产水与否的最重要影响因素,单层砂体的产水能力主要受到物性和泥质含量的影响,泥质含量越低,渗透率越好,单层砂体产水量往往越高。综合砂体物性、厚度、温度等因素,蓝田—灞河组是最优的开发层段,其科学可持续开发是区域地热产业发展的重要保障。
长宁地区位于四川盆地南部,区内上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩品质较高,具有良好的生储盖条件。显生宙经历了多期伸展、挤压与走滑变形及强烈抬升剥蚀作用,致使页岩气保存条件十分复杂。本文从该区构造特征、构造演化出发,明确各项构造因素对页岩气保存条件的影响机制,并提出构造因素影响页岩气保存条件的综合定量评价方法,预测有利勘探区域。研究结果表明:长宁地区主要发育NE向和NW向两组构造,均为基底卷入断层上盘发育的相关褶皱,对应的主要形成期分别为燕山早期和燕山晚期,且部分NE向构造于喜山期受到走滑改造。构造改造时间、抬升剥蚀、地层倾角、多尺度断层-裂缝和现今地应力方向是影响长宁地区五峰组—龙马溪组页岩气保存条件的主要构造因素。基于各项构造要素对页岩气保存的影响,提出适用于长宁地区的页岩保存条件定量评价方法。评价结果显示,建武向斜页岩气保存条件最好,天宫堂背斜次之,双龙向斜与罗场向斜较差。
鄂西恩施地区中二叠统孤峰组发育了一套以盆地相为主的黑色岩系,是鄂西恩施地区页岩气勘探开发的新层系,但目前对该套黑色岩系的沉积古环境及有机质富集机制的认识尚且不足。本文以鄂西恩施地区两条孤峰组剖面(田凤坪和渔塘坝)为研究对象,开展了薄片鉴定、总有机碳(TOC)测定、全岩矿物组分分析、元素地球化学分析等测试,旨在对鄂西恩施地区孤峰组页岩沉积期古环境及有机质富集主控因素进行研究。结果表明:研究区孤峰组页岩主要为硅质页岩相,具有高TOC含量(5.79%~41.59%),矿物组成以石英(平均值为81.53%)和黏土矿物(平均值为12.63%)为主,还含有少量的长石、黄铁矿及碳酸盐矿物;化学蚀变指数(CIA)表明孤峰组页岩沉积期表现为炎热潮湿气候特征;V/(V+Ni)、U/Th等参数表明沉积期底层水体为缺氧-硫化环境;生物硅(Sibio)、Cu/Al及Ni/Al等指标揭示了沉积期具有较高的初级生产力水平;TOC与U/Th、Al、Ti/Al的弱相关性表明底水缺氧硫化环境和陆源碎屑对孤峰组黑色页岩有机质富集影响较小,而与Ni/Al的正相关性则表明初级生产力水平是影响孤峰组黑色页岩有机质富集的主要因素。孤峰组页岩沉积环境表现为深水缺氧、气候炎热潮湿、初级生产力水平较高,从而建立了一个受氧化还原条件、古生产力以及热湿型气候影响的深水台内盆地沉积环境模式。
断控型潜山是含油气潜山的主要类型,该类构造已从单一的风化壳式潜山研究发展为多层系潜山内幕研究,而作为潜山边界的控山断层是研究该类构造的突破口。为精细解剖潜山的控山断层,明确断控型潜山的形成和结构,本文以黄骅坳陷港西断层为例,在深入分析潜山控山断层几何学、运动学特征的基础上,结合港北潜山宏观样式、潜山内幕构造变形及演化过程,探讨控山断层对潜山发育的约束与结构的改造作用。结果表明,港西断层断面可分为平板式、犁式和坡坪式三种类型,构成了港北潜山边界断崖面的宏观面貌。断层在新近纪活动速率较低,小于20 m/Ma;古近纪渐新世活动速率平均100 m/Ma,始新世活动速率达到200 m/Ma以上,断层活动速率沿走向上为南弱、北强。港北潜山具有南高、北低的宏观构造特征,经历了潜山内幕原始地层发育阶段、断控潜山成山发育阶段和潜山构造定型埋藏阶段。控山断层控制潜山的成山过程,约束潜山的宏观形态,改造对潜山的内幕构造,进而控制潜山内幕的圈闭、油气运移和储层的储集性能。
开展重要地质遗迹空间格局及影响因素分析,对地质遗迹研究与地质旅游产业发展具有重要意义。以湖北省334个重要地质遗迹为研究对象,运用平均最近邻指数、核密度分析、不平衡指数、空间自相关和地理探测器等工具,深入探讨了湖北省重要地质遗迹的空间分布特征及其驱动因素。结果表明:湖北省重要地质遗迹整体呈显著的聚集型分布特征,空间分布极不均衡,主要集中分布于鄂西宜昌、恩施、神农架和十堰等地;在全局尺度上,重要地质遗迹呈显著的空间正相关特征,但在局部空间上不同类型地质遗迹的空间聚集模式差异显著;地理探测器结果显示,矿产资源、地形条件、地貌条件、地层岩性、地质构造、旅游资源、居民经济条件、旅游收入等单因子的解释力高于0.2,是影响重要地质遗迹空间分布的主要因素,气候条件与地质构造、居民经济条件与旅游资源在交互后解释力高于0.7,是影响重要地质遗迹空间分布的主要因子组合。
