DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 5. 砂岩型矿石的粒度特征 粒度是沉积岩的主要特征之一，可作为其分类的定量指标，也可反映沉积作用的流体力学性质和判断水动力条件的依据[ 1 ] [ 24 ] [ 25 ] 。通过对金顶矿区砂岩型矿体样品粒度分析资料的图解及数值计算，得出C值、中值M、平均粒径M Z 、偏度SK 1 、峰度K G 和分选系数(S 0 )等粒度参数。部分样品粒度分析参数、粒度参数特征值见表1。 5.1. 粒度参数特征 平均粒径(M Z )：平均粒径表示粒度分布集中的趋势，同时也反映了介质能量的大小。平均粒径主要受源区物质的粒度分布和搬运介质的平均动能两个因素的影响。金顶砂岩型矿石样品的平均粒径在0.773~1.970Φ之间，平均为1.526Φ，属于细砂-粉砂砂岩。 偏度(SK 1 )：偏度表示粒度分布的不对称程度，通常正偏多出现于河流环境中。金顶砂岩型矿石样品的偏度整体范围0.25~0.58，平均0.35，属于正偏态或很正偏态，表明粒度主要分布在粗粒部分；而在粒度分布直方图上，多数样品具有双峰和一个较弱的细粒峰特征，可能为河砂[ 26 ] -[ 28 ] 。 峰度(KG)：峰度通常用来衡量粒度频率曲线的尖锐程度，即度量粒度分布的中部与两尾部的展形之比。金顶砂岩型矿石样品的峰度在1.030~1.563之间，平均1.216，峰态尖锐。结合粒度分布的双峰特征，表明沉积物具有两个或两个以上物质的混合作用，且粗组分居多。该混合作用可能与快速水流引起的底质的再悬浮有关，而不是源区沉积物的直接混合[ 27 ] [ 28 ] 。 Table 1 Grain-size statistical analysis parameters of sandstone type ores in Jinding Deposi 样品 编号 平均值 平均粒径 (M Z ) M值 (mm) C值 (mm) 偏度 (SK 1 ) 峰度 (K G ) 标准偏差(σ 1 ) 分选系数 (S 0 ) 萨胡判别函数 001 0.17 0.773 0.15 0.61 0.580 1.563 0.165 0.812 12.719 002 0.14 1.917 0.13 0.33 0.307 1.347 0.242 0.863 10.551 004 0.08 1.683 0.07 0.35 0.459 1.311 0.179 0.887 11.236 006 0.17 1.800 0.16 0.38 0.400 1.208 0.320 0.806 10.342 008 0.18 1.420 0.16 0.46 0.508 1.242 0.287 0.792 10.986 009 0.16 1.377 0.15 0.47 0.355 1.189 0.249 0.803 9.649 010 0.16 1.207 0.16 0.48 0.234 1.212 0.200 0.818 8.777 B-002 0.10 1.970 0.10 0.30 0.285 1.060 0.226 0.862 8.930 B-012 0.15 2.140 0.14 0.30 0.324 1.030 0.311 0.824 9.134 B-013 0.15 1.683 0.14 0.39 0.245 1.069 0.223 0.846 8.499 B-022-2 0.18 1.107 0.13 0.53 0.262 1.119 0.208 0.787 8.470 B-026 0.17 1.230 0.16 0.47 0.257 1.248 0.187 0.835 9.208 表1. 金顶矿区砂岩型矿石粒度分析参数 注：砂岩样品粒度数据采集均在东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室测试完成。 分选系数(S 0 )：分选系数表示砂岩颗粒的分选性，S 0 小表示分选性好。金顶砂岩型矿石样品的分选系数在0.787~0.887之间，分选程度较好。 标准偏差(σ 1 )：标准偏差是表示分选程度的参数。它表示颗粒大小的均匀程度，或者说是表现围绕集中趋势的离差。σ 1 在0~0.5间，表示分选性好；在0.5~1时，表示分选性中等；在1~2时，表示分选性差；当大于2时，表示分选性很差。研究区金顶砂岩型矿石样品的标准偏差(σ 1 )在0.165~0.320之间，平均值0.233，表明分选程度较好。 5.2. 萨胡环境判别函数 据萨胡环境判别函数Y = 0.7215M Z − 0.4030σ 1 2 + 6.7322SK 1 + 5.2927K G 计算的判别值，其中5个大于9.8433，7个小于9.8433。根据萨胡环境判别值，当Y < 9.8433时为浊流沉积；当Y > 9.8433时为河流(三角洲)沉积。由此可知，在金顶铅锌矿砂岩型矿石沉积时期，以浊流沉积环境发育为主，河流(三角洲)沉积环境也占有一定地位。 5.3. 概率累积曲线 不同沉积水动力作用下的沉积物具有不同的粒度概率累积曲线特征。即便是同一微相中，由于水动力条件不同，其特征也会存在差异，应用粒度概率累计曲线能准确的区分沉积环境及沉积水动力条件：沉积物的粒度成分按搬运方式不同可分为悬移、跳跃和推移3种细粗不同的组分。每一种组分的粒度分布特征都不相同，因此反映在概率累积曲线图上则是互不相同的3组线段。其中，粗粒段反映推移组分；中粒段反映跳跃组分；细粒段反映悬移组分。各个线段的斜率反映了相应组分的分选性，而且斜率愈大，分选性愈好。金顶矿区砂岩型矿石粒度分析结果表明，粒度概率累积曲线可分为3种典型形态：无滚动三段式、高悬浮三段式和两段式。 无滚动三段式：无滚动三段式(图5(a))，无滚动组分，跳跃组分斜率较高，分选较好，跳跃组分含量很高，70%~85%，悬浮组分斜率较低，反映出水流作用不强，并有一定的波浪改造作用的沉积环境。 高悬浮三段式：高悬浮三段式(图5(b))悬浮组分占大多数，斜率较低，跳跃组分含量较少，反映了能量较强的不稳定动荡水流环境。 两段式：两段式(图5(c))跳跃与悬浮两次总体组成的两段式，概率累计曲线斜率较大，粒度分布范围较狭窄。其中跳跃组分占65%~80%，悬浮组分占20%~35%，表明其具有牵引流特征。 图5. 金顶矿区砂岩型矿石概率累积曲线图解。(a) 无滚动三段式，(b) 高悬浮三段式，(c) 两段式 图6. 金顶矿区砂岩型矿石C-M图解 5.4. C-M图解 碎屑颗粒的粒度与分布受流水能量控制，与沉积物形成环境极为密切[ 24 ] -[ 33 ] 。通过对金顶矿区砂岩的粒度分析，揭示粒度分布规律及粒度参数特征，可为恢复古沉积环境提供佐证。 C-M图是应用每个样品的C值和M值绘成的图形，C值是累积曲线上颗粒含量1%处对应的粒径，M值是累积曲线上50%处对应的粒径。C值与样品中最粗颗粒的粒径相当，代表了水动力搅动开始搬运的最大能量；M值是中值，代表了水动力的平均能量。Passega将搬运沉积物的底流分为牵引流和浊流两种形式。牵引流是以滚动或悬浮两种方式搬运沉积物的，而浊流主要以悬浮方式搬运沉积物。 将砂岩样品的C值和M值投在C-M图解中，研究区砂岩基本上表现为一个平行于C=M基线的一个长条形区域(图6)，粒级范围集中在粉砂级至细砂，具有典型的重力流线性分布特点，反映金顶铅锌矿砂体主要以重力流沉积为主的特征。
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user: 6. 结论 1) 金顶矿区砂岩型矿石层理不发育，在空间展布上呈“蘑菇”状和“岩墙”状产出；矿体结构简单，矿化均匀；矿石主要呈块状，分选差，磨圆差，具有典型的充填交代结构，胶结物以碳酸盐为主，含量高达50%，基底式–接触式胶结；碎屑成分简单，以石英(和硅质岩屑)为主。 2) 将各种粒度参数进行综合分析表明，研究区砂岩颗粒较细，分选较好，具有典型的重力流线性分布特点；在沉积时期，以浊流沉积环境发育为主，河流(三角洲)沉积环境也占有一定地位；沉积物具有两个或两个以上以粗组分为主的物质的混合作用，且该混合作用可能与快速水流引起的底质的再悬浮有关，而不是源区沉积物的直接混合。
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user: 摘 要 2007年4月14日21~23时，四川省成都、眉山、绵阳、宜宾等10市27县区出现了风雹类的强对流天气。本文阐述了此次冰雹天气的实况过程，利用常规地面和高空观测等资料，分析了此次强对流天气，其中包括冰雹形成的大尺度环流背景，中尺度角度下的水汽、不稳定、抬升以及垂直风切变条件。最后对成都单站探空进行了分析，成都上空出现低层暖湿、中层干冷的不稳定层结条件，同时具备强的上升气流，以及适宜的0℃层、−20℃层高度和深厚的垂直风切变的条件时，会出现强冰雹天气。希望从此次个例分析中总结经验，为今后四川地区冰雹的预报作参考。 关键词 :冰雹，不稳定层结，上升运动，0℃层、−20℃层高度，垂直风切变
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user: 1. 引言 冰雹是一种直径一般为5~50毫米，偶尔会达100毫米以上的固态降水物。它产生于积雨云中，上升气流使云中的雹胚和过冷水滴数次碰并形成小冰雹。当云中上升气流强度强、水汽充沛时，冰雹的尺寸继续增大为大冰雹。最后冰雹会因为上升气流对其的承托力不够而降落到地面。 目前，国内外对冰雹预报的关注点略有不同。在美国，对于强冰雹的预报主要关注以下三个重要因子[ 1 ] ：1) −10℃到−30℃之间的CAPE值；2) 深层垂直风切变；3) 0℃层离地高度。在我国，由于对某些参数值的资料获取不便，因此在对冰雹的预报中更侧重于CAPE值大小、垂直风切变以及0℃层和−20℃高度这三个因子。 在四川，冰雹常出现在高原附近和盆地山区[ 2 ] 。本文利用常规地面观测和探空观测等资料，关注天气过程发生前的高空、地面天气形势[ 3 ] ，以及有利于冰雹类的强对流天气形成的中尺度天气系统[ 4 ] 和各种物理量场[ 5 ] ，结合中尺度对流天气预报规范[ 6 ] ，对2007年4月14日发生在四川盆地的一次冰雹天气的发生发展过程进行分析，从中总结有利于本地冰雹形成的机制，为今后的预报提供参考。
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user: 2. 天气实况 2007年4月14日21~23时，四川省成都、眉山、绵阳、宜宾等10市27县区出现了强风雹类的对流天气过程，大风一般达到4~6级，局地超过9~10级，冰雹最大达直径50毫米。此次强对流天气主要是伴随大风、冰雹的对流天气，降水量并不是特别多。14日14时在盆地附近出现的风速达到19 m/s的大风天气，23时~次日02时成都附近及盆地外侧多地出现强雷暴。
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user: 3. 环流形势 3.1. 高空环流形势 在4月14日08时500 hPa上(图1)位于欧亚中高伟的三槽分别是东亚长波大槽，中西伯利亚-贝加尔湖的大槽以及黑海、里海之间的长波槽，两脊区包括西西伯利亚–巴尔克什湖的高脊以及贝加尔湖弱脊。 图1. 2007年4月14日08时500 hPa高空图 其中位于巴湖的高脊不断向北发展加强，这是因为12日、13日此区温度槽脊落后于高度槽脊，并且位于中西伯利亚的低压稳定存在且不断南压加强，使得巴湖的高脊不断北伸，因此14日08时，我国西部除高原外绝大部分处在很强的西北气流控制中。在中低纬，13日20时位于达新疆与甘肃的交界处的短波槽，由于槽后西北气流的推动，14日08时移至甘肃中部。并且13日20时已经移过四处盆地的短波槽继续向东移动，于14日08时形成从陕西-湖北-贵州-云南的短波槽。因此在14日08时500 hPa亚洲中部形成明显的阶梯槽的形式。此外，青藏高原上有两个闭合的高压。 在500 hPa上，对于四川盆地而言，四川盆地处于高原弱脊的偏北气流控制，已经移过的华中短波槽不会对此地造成坏天气，但需要注意高原脊前偏北气流里出现的甘肃短波槽的下滑可能会对盆地带来恶劣天气。同时在700 hPa上，四川盆地等温线与等高线近乎垂直且盛行偏北风，变现为强的冷平流向盆地输送。而在850 hPa上，西南风携强的暖平流流入盆地。对于四川盆地，从低层流入的暖平流与中层流入的冷平流形成的温度层结不稳定加上高层下滑的短波槽，有利于盆地地区对流天气的出现。 3.2. 地面环流形势 图2是2007年4月14日08时的地面图，结合4月14日02时、05时地面图进行比较分析，结果发现：3个时次的地面图上，在青藏高原东北部一直有一个高压，而四川盆地处于低压控制中，地面的低值系统是形成对流天气的一个有利背景场条件，并且在08时的地面冷锋位于新疆塔里木盆地和河套地区，还未进入盆地地区，但是由于此时河套上空500 hPa的短波槽的下滑会继续向东南方移动，因此预计位于河套的地面冷锋可能会在夜间对盆地地区造成影响。同时结合成都(56187)、都江堰(56188)、雅安(56287)三站的地面观测资料，从12日02时开始到14日02时三站最高气温的变化表现为：成都由23℃上升到25℃，都江堰由21℃上升到24℃，雅安由24℃上升到27℃；而这三站连续三天08时的气压变化表现为：成都从1015 hPa下降到1010 hPa，都江堰从1014.5 hPa下降到1009.1 hPa，雅安1015.3 hPa下降到1009.9 hPa，这些表示低层在降压升温，给盆地带来不稳定能量的积聚，一旦地面出现抬升触发机制，盆地地区就会出现对流天气。 图2. 2007年4月14日08时地面分析图
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user: 4. 中尺度天气分析 4.1. 天气图分析 4.1.1. 水汽条件 温度露点差用来表示空气中水汽的含量，温度露点差越小，则空气越湿；差值越大，则空气干。图3(a)表示2014年4月14日08时四川盆地上空850、700以及500 hPa的干湿分布，从图中分析看到850 hPa四川盆地及其东部大范围为显著湿区，500 hPa盆地上空为干区，由于700 hPa上盆地上空的露点差既没有达到显著湿区的标准也不满足分析干区的要求，因此对于盆地而言，其上空的湿层并不是很厚，但是上干下湿的垂直分布带来的位势不稳定仍然有利于对流天气的出现，且此次对流更多的考虑的以大风、冰雹为特点的干对流天气而不是大的降水。 4.1.2. 不稳定条件 图3(b)是14日08时四川盆地850、700以及500 hPa三层环境温度的分布状况，其中盆地低层暖脊明显，其的西北部500 hPa上有冷槽。同时，盆地低层的垂直温差都很大，在700 hPa上其值超过20℃，500 hPa盆地24小时降温为−1℃，因此从这些中尺度不稳定条件分析，四川盆地上空低层为暖平流，中层为较冷的平流，带来位势不稳定，因此对流天气容易出现。 4.1.3. 抬升条件 图3(c)时14日08时四川盆地上空中低层辐合抬升的情况，其中925 hPa四川盆地存在东西走向的气流汇合区，因此分析辐合线，而850、700以及500 hPa东南-西北向的短波槽以及移过四川盆地，位于贵州–云南地区。因此有利于盆地不稳定能量触发的条件主要是925 hPa上的辐合线带来的上升运动。 4.1.4. 垂直风切变 垂直风切变可以维持和增强对流风暴的因子，是分析强对流天气一个关键点。在中尺度强对流分析中，急流是很好的垂直风切变的指标。 图3. 2007年4月14日08时中尺度天气分析图。(a) 湿度场分析图，(b) 温度场分析图，(c) 中低层抬升条件分析图，(d) 垂直风切变分析图 从图3(d)中可以看出从低层到高层，大风速带集中位于四川地区南部呈东西走向，但在850 hPa上大风速带附近存在向四川盆地辐合的标识流线，但更高层没有，说明在低层存在向盆地输送的暖湿气流但强度不大，因此此次对流天气带来的降水量不会很多。同时850 hPa到500 hPa之间高度上的急流核位于四川盆地的南部，只有高空200 hPa的急流核范围很大，包括四川盆地，这表示此时盆地高层的高空急流很强，高空急流的抽气和通风作用带来的辐散作用很强，反而中低层辐散作用很弱，盆地容易出现强的上升气流。 图4是结合中尺度对流环境场中对此次冰雹天气形成的有利条件的综合分析。对于四川盆地地区而言，低层空气是暖而湿度，中层是干而较冷的平流，因此上下之间位势不稳定明显。加上低层辐合，高空的强辐散区带来的强而持续的上升运动，使能量得以释放，因此盆地出现冰雹天气。 图4. 2007年4月14日08时中尺度背景的综合分析 4.2. 诊断物理量场分析 4.2.1. 水汽条件相关 图5包括对850 hPa的比湿q、相对湿度rh、温度露点差t-td、假相当位温θse、水汽通量散度和700 hPa的水汽通量散度。对于四川盆地而言，比湿大于8 g/kg，相对湿度超过70%，温度露点差小于5℃并且假相当位温也超过预报规范中的320 K，所以，对于盆地而言此时大气低层中的湿度很大。再结合图5(e)、图5(f)，850 hpa的水汽散度零线正好过成都，水汽在成都以北辐合，以南辐散，700 hpa整个盆地有水汽辐散。因此结合这六张图分析，14日08时四川盆地低层水汽充足，低层水汽的辐合主要是在成都的东北部，而盆地地区的水汽是以辐散为主，因此此次天气过程不是以降水为主的对流天气。 4.2.2. 稳定度相关 结合图6中的K指数、SI指数以及LI指数分布，四川地区从西往东K值在增大，SI值在减小，而整个四川地区LI指数都是正值。同时，盆地地区的K指数大部分都超过30℃或接近30℃，盆地内的SI值都为负值，并且成都附近为低值中心(−2℃)。因此结合这三个物理量的分布分析，4月14日08时，四川盆地上空大气处于不稳定状态，有利于对流天气出现。
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user: 5. 探空分析 探空分析是使用探空观测资料在短期内判断中尺度天气发生可能性的过程，在分析中着重关注对流系统的局地垂直环境场[ 7 ] 。 5.1. 冰雹预报指数分析 对比图7(a)中两折线发现：在13日20时之前，K值在30℃附近，而SI值有正有负，指示无对流天气，在13日20时，K值达到38℃，SI值也由正值变成负值。在14日08时和20时，K值继续保持大值趋势，SI值继续下降，20时达到最低−3.8℃。因此结合这两种数值变化，从13日20时K值超过32℃，SI值小于0℃，开始关注对流发生的潜势，在14日20的值可以指示强对流天气[ 8 ] 。强对流发生后，由于不稳定能量的释放，在15日08时，K值急速下降为17℃，SI值也突增为11.56℃。 图5. 2007年4月14日08时水汽相关物理量场分布。(a) 850 hPa比湿场，(b) 850 hPa相对湿度场，(c) 850 hPa温度露点差场，(d) 850 hPa假相当位温场，(e) 850 hPa水汽通量散度场，(f) 700 hPa水汽通量散度场 图6. 2007年4月14日08时稳定度相关指数分布图。(a) K指数分布图，(b) SI指数分布图，(c) LI指数分布图 图7. 成都地区预报指数的时间变化图。(a) K指数&SI指数，(b) CAPE值&CIN值，(c) Wsr0-6 (d) ZH & −20H CAPE值可以用来指示气层不稳定能量的大小，CIN值相反。在图7(b)中，只有12日08时的CAPE值小于CIN值，其余时刻总是CAPE值大于CIN值，并且CAPE值一直处于上升的趋势，单从二者数值分布说明，在12日08时之前的大气处于稳定状态，在此之后中空气中总有不稳定的能量积累。在14日20时CAPE值高达1499.6 J/Kg，且CIN值低于200 J/Kg，对强对流天气的指示意义很大。 深厚的垂直风切变是冰雹产生的重要因子之一，常用Wsr0-6表示。在暖季，如果Wsr0-6 ≥ 15 m/s则属于中强度大小，如果Wsr0-6 ≥ 20 m/s则垂直风切变很强[ 1 ] 。由图7(c)分析：自12日08时开始，成都上空垂直风切变几乎线性增大，在14日08时风切变接近中等程度，当晚20时成都上空为强的垂直风切变。 有利于冰雹的生成和降落的关键性因子是0℃层高度(ZH)和−20℃层高度(−20H)。一般−20℃层离地面7.5 km (400 hPa)左右或以下，0℃层位于4 km(或600 hPa)附近，这样既保证云体发展，又有助于雹体生长且保证其下落时不会因过长时间的升温而消失。分析图7(d)，成都上空两个温度层的高度变化趋势不大，−20℃层高度总维持在6.5 km附近，0℃层的高度在这段时间内离地面都不高，有益于冰雹的形成与降落。 综合上述冰雹发生前的预报因子发现，对流不稳定的指数表现为：K指数达到38℃、SI指数低至−3.8℃、CAPE值超过1400 J/值，表明大气强的对流不稳定，导致大气中的热力浮力大，因此空气中就会出现强的上升气流。同时，两层高度适宜且风切变大，成都很有可能发生冰雹天气。 5.2. T-lnP曲线分析 图8(a)、图8(b)分别为2007年4月14日08时和20时的成都探空站T-LogP图，从以下几个角度分析：1) 从湿度分布角度看，08时的探空图中700 hPa以下成都上空露点、层结两曲线十分靠近，而两曲线的形状在700 hPa以上为喇叭状，表明中低层中水汽含量较大而上层很干[ 9 ] ；到了20时，850~700 hPa露点曲线与层结曲线几乎重合，700~500 hPa二者还是相差较大，这表明中低层的水汽更加充足，中层湿度仍然很小，因此上干下湿的不稳定状态得到加强；2) 从能量角度看，08时图中层结、状态曲线围成的正、负面积差不多，而20时图中正的面积远超过负的，表明对流不稳定能量增大。并且在08时，成都近地面以及700 hPa附近存在逆温层，它有利于不稳定能量的积聚然后在某个触发机制下造成强对流；3)从平流角度看，08时和20时从低层到高层风向变化由顺时针变为逆时针，这表明低层有暖平流，高层为冷平流，上冷下暖有利于对流不稳定。综上，14日08时到20时，成都上空大气越来越不稳定，强对流天气出现的可能性增大。
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user: 6. 结论 本文利用2007年4月12日~15日常规观测资料、探空资料以及数值预报资料等，对此次冰雹形成的分析总结如下。 图8. 2007年4月14日成都的Tlop。(a) 08时，(b) 20时 1) 这次冰雹天气过程发生前期的高空大尺度环流背景属于阶梯槽型，在14日位于盆地上游的短波槽下滑以及地面盆地内部连续的升温降压带来的不稳定能量的积聚，最后盆地地区的上升运动对该地区之前积聚的不稳定能量的释放，是冰雹形成的大尺度背景； 2) 从天气过程前期的中尺度天气图分析，低层显著湿区、中层干区以及低层的温度脊、中层的温度槽和低层垂直温度差的分布，形成了盆地低层暖湿而中层干冷的温湿结构，为冰雹的形成贮备了必需的不稳定能。高、低空急流带来的强的风速垂直切变，有利于盆地积聚的不稳定度倾向增大。最后在高低辐合、辐散形成的上升气流作用下不稳定能释放，这是冰雹形成的中尺度背景； 3) 从天气过程前期的中尺度诊断物理量场分布分析，盆地低层水汽相关物理量的分布表明盆地地区水汽充沛但存在水汽向外辐散，并且K指数、SI指数、LI指数都表明大气中不稳定能量的存在，因此强对流天气应以冰雹为主而不是降水； 4) 成都站降雹前的探空分析过程：首先从探空图中低层暖湿平流、中层干冷平流的分布以及图中正能量的面积远大于负能量的面积可以看出成都上空不稳定能量很大。然后是成都单站K指数、SI指数、CAPE值都达到强对流标准，意味着空气中强上升气流的存在。同时，0℃层高度在4 km左右，−20℃层高度在7.5 km (400百帕)或以下，且0~6公里的垂直风切变超过强垂直风切变标准。因此不稳定能量大、强的上升气流、适宜的0℃和−20℃层高度以及深厚的垂直风切变都是成都产生冰雹的重要因素。
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user: 摘 要 矿渣微粉具有一定的水化活性，掺入水泥浆体后能够明显提高水泥抗化学侵蚀性能，抗干缩，抗碳化，抗冻性等耐久性能，提高幅度基本可以达到10%左右；利用SEM，TG-DTA，XRD，压汞孔分析等方法对水泥水化物进行分析，结果表明：矿渣微粉能够吸收水泥水化产物Ca(OH) 2 生成C-S-H凝胶，导致降低孔径，优化孔结构，从而提高水泥石的密实度，从而改善水泥的各项性能。 关键词 :矿渣微粉，水泥，耐久性，微观分析
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user: 1. 引言
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user: 海洋是我国今后可持续发展的重要空间和资源支撑，也是和平崛起的基本保障。我国在中、远海能够进行资源开发的重要前提就是在海洋恶劣环境下建设高耐久、高防护能力的工程；混凝土等建筑材料的高耐久性是核心的技术之一。矿渣微粉作为混凝土掺合料不仅可等量取代水泥，而且提高了混凝土的物理力学性能和耐久性能，并能为混凝土带来一些特殊的优良性能；如明显降低混凝土水化热，有利于防止大体积混凝土内部温升引起的裂缝；提高硬化混凝土抗硫酸盐性能，耐海水性能良好，抑制盐类渗透；抑制混凝土的碱集料反应等等[ 1 ] -[ 3 ] 。
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user: 2. 原材料和实验方法 2.1. 原材料 采用南京大连山水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥，水泥安定性合格；矿渣取自南京8424厂；原材料的化学成分见表1。为了进一步提高矿渣的化学活性，对矿渣进行粉磨，磨细后比表面积分别达到404 m 2 /Kg、640 m 2 /Kg。 2.2. 实验方法 (1) 化学侵蚀性能 本试验参照GB/T749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》进行。将按标准方式制成试件，先在标准条件下养护7天，然后取出分成四组，一组放入20℃水中，另外三组分别放入侵蚀液中，浸泡28天后，取出样品，测定它们的强度。三组侵蚀溶液分别为：3%Na 2 SO 4 溶液，3%MgSO 4 溶液，和模拟海水(2.7%NaCl + 0.32%MgCl 2 + 0.22% MgSO 4 + 1.3%K 2 SO 4 )。根据在侵蚀液与淡水中浸泡后的抗压强度可以计算出它们的抗蚀系数，抗蚀系数越大，抗化学侵蚀性能越好。 (2) 水泥净浆干缩试验 本试验参考JC/T 603-2004水泥胶砂干缩试验方法进行。净浆试样成型后，先经标准条件养护24 ± 2小时，脱模后再将放入20℃ ± 2℃的水中养护6天，用比长仪测定初始读数；然后将试件放入20℃ ± 2℃，相对湿度为60% ± 5%的干空气中养护至7天，14天， 2l 天，28天后，再测定长度。 (3) 水泥净浆抗碳化试验 本试验按照GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》进行。将水泥试样在标准养护室养护7天后，在60℃ ± 5℃烘箱中烘干24小时，冷却到室温，然后放在碳化器中碳化。碳化器中以饱和硝酸镁Mg(NO 3 ) 2 溶液(即溶液中有过量固体)作湿度稳定剂，使环境相对湿度保持在52%左右，CO 2 经过湿度控制器不断通入碳化器中，再经排气口排空。碳化28天后，取出测定抗压强度。 (4) 冻融循环 根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》中的快冻法进行冻融循环试验。试样拆模后立即置于20℃ ± 2℃，相对湿度大于90%的标准养护室内养护；7天后进行冻融试验。对比试样则应继续保留在标准养护室，直至冻融循环50次完成后，与冻融试样同时测定抗压强度。 2.3. 机理分析仪器 H-800型扫描电子显微镜，日本日立公司制造；12 KW、DMAX-RB型全自动X-射线衍射仪，日本理学公司制造；北京光学仪器厂制造的WCT-2型差热分析仪。并采用美国QUANTACHROME公司Poremaster GT-60压汞仪对硬化浆体进行孔的结构进行分析。
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user: 3. 耐久性能测试结果与分析 3.1. 抗硫酸盐性能 水泥中掺入矿渣微粉，除在掺量较少5%时对水泥抗Na 2 SO 4 溶液腐蚀能力提高不明显外，对水泥抗3%Na 2 SO 4 溶液，3%MgSO 4 溶液，和模拟海水腐蚀能力都有明显提高(见表2)。 以Na 2 SO 4 为例，其与水泥石组分氢氧化钙和水化铝酸钙发生如下反应： (1) (2) (3) (1)式中生成CaSO 4 ·2H 2 O迅速达到平衡且析晶，其体积比原先Ca(OH) 2 大1.24倍，能产生膨胀，称为石膏侵蚀。(2)、(3)两式为水化铝酸钙与(1)式生成的硫酸钙继续反应而生成钙矾石，称为硫铝酸盐侵蚀。由于这种新生成的钙矾石使固相体积增加，在水泥石内部孔隙不足时，便会产生强大的内膨胀应力，以致使混凝土受到腐蚀而破坏，表现为膨胀，开裂，剥落和解体。而在MgSO 4 溶液中不仅有 的侵蚀，还有Mg 2+ 的破坏作用，它可以使水化硅酸钙分解，从而破坏它的胶凝作用。它们之间的反应为： (4) (5) (4)式反应与(1)式相似可以引起膨胀，同时也能提供CaSO 4 ·2H 2 O与水化铝酸钙反应生成钙矾石，同样也可引起钙矾石膨胀(见(2)式)；反应(5)可使水化硅酸钙分解为石膏和硅胶，从而失去胶结性能。 粒化高炉矿渣的主要化学组成CaO，Al 2 O 3 ，MgO具有一定的活性。通常认为，粒径小于10 mm的矿渣颗粒参与28天前的混凝土强度，10~45 mm的参与后期强度，而大于45 mm的颗粒则很难水化[ 4 ] 。矿渣微粉在水泥矿物水化产物Ca(OH) 2 的作用下，玻璃体解离，生成水化硅酸盐，水化铝酸钙等，在硫酸盐激发剂如CaSO 4 ·2H 2 O、CaSO 4 ·0.5H 2 O和CaSO 4 作用下生成AFt相。这些水化产物不仅使水泥中游离Ca(OH) 2 相对减少，尺寸缩小，分散度提高，而且还大大增加C-S-H凝胶的数量，填充孔隙，改善孔 结构，从而有利于降低腐蚀，由于微粉能吸收水泥水化生成的Ca(OH) 2 ，减少了抗硫酸盐性能较差的水化产物，所以可以提高水泥的抗硫酸盐的侵蚀能力[ 5 ] 。 Table 1 Chemical composition of materials/ 材料 CaO MgO Fe 2 O 3 SiO 2 Al 2 O 3 Na 2 O+K 2 O 烧失量 f-CaO 水泥 65.58 1.43 4.71 21.30 4.96 0.40 2.48 矿渣 35.19 11.25 1.79 35.50 12.40 1.66 表1. 原材料化学组成/% 3.2. 水泥净浆干缩试验 从表3可见：在水泥中掺矿渣微粉后四个龄期的干缩率都比纯水泥净浆小；掺量增加或龄期增加，干缩率都逐渐减少，最大降低幅度都超过20%。 关于水泥干缩机理的原因可解释如下：通常水泥浆体在保持100%湿度时，尺寸是稳定的，但是当其暴露于相对湿度低于100%的周围环境时，硬化水泥浆体将开始失去水分而导致体积收缩。因此，硬化水泥浆体的收缩是与失水密切相关的。目前普遍认可的观点是：从小毛细孔中失水会产生的较大干缩；而大毛细孔中失水并不会引起大的收缩[ 6 ] -[ 8 ] 。掺入微粉时，火山灰效应生产凝胶不仅可以提高水泥石的弹性模量以及粘结强度，而且能够填充水泥石中的孔隙，优化孔结构，阻止毛细孔水分的过多蒸发，从而减小干缩。 3.3. 水泥净浆抗碳化试验 从表4可见：在水泥中掺矿渣微粉，能够明显提高抗碳化能力。随掺量和细度的增加，提高幅度从5%到8%。 碳化是由于CO 2 渗入到水泥石的开放孔中，破坏水泥水化产物Ca(OH) 2 而导致水泥性能的下降；Ca(OH) 2 被碳化成CaCO 3 ，轻度碳化时因CaCO 3 填充孔隙，提高了致密度和强度，过度碳化可使水化产物被破坏而导致凝胶性能下降，微结构破坏；但在水泥中掺有一定量的矿渣微粉，通过火山灰反应一方面可以减少可能被碳化的Ca(OH) 2 的量，而且水化产物能够阻塞孔隙，细化孔结构，提高水泥石的致密度和抗渗能力，从而提高抗碳化能力[ 9 ] -[ 11 ] 。 值得注意的是本试验是在强化条件下测定和比较各种水泥的抗碳化性能的，而实际条件下，由于空气中CO 2 浓度很低，所以各种水泥的碳化速度很慢，对水泥混凝土的影响也较小。 Table 2 Properties of resistance to chemical corrosion of hardened cement with ground sla 掺量/% 细度/m 2 /Kg 淡水/MPa 3%Na 2 SO 4 溶液 3%MgSO 4 溶液 模拟海水 强度/MPa 抗蚀系数 强度/MPa 抗蚀系数 强度/MPa 抗蚀系数 0 54.88 46.25 0.84 41.90 0.76 36.38 0.66 5 404 63.56 52.45 0.82 49.94 0.79 44.23 0.70 5 640 65.85 55.63 0.84 52.35 0.79 46.35 0.71 10 404 66.15 57.35 0.87 51.62 0.78 46.62 0.71 10 640 67.01 61.19 0.91 55.11 0.82 48.76 0.73 表2. 掺矿渣微粉的水泥净浆抗硫酸盐性能 Table 3 Dry shrinkage of hardened cement with ground slag/ 掺量/% 细度/m 2 /Kg 7天 14天 21天 28天 0 0 0.13 0.25 0.27 0.28 5 404 0.12 0.20 0.22 0.25 5 640 0.11 0.19 0.21 0.24 10 404 0.11 0.19 0.21 0.23 10 640 0.10 0.17 0.19 0.22 表3. 掺矿渣微粉水泥净浆干缩率试验结果/% 3.4. 冻融循环 从表5可见：在水泥中掺矿渣微粉，能够明显提高抗冻性能。随掺量和细度的增加，提高幅度从4%到10%。 冻融破坏是由于水泥石内部孔隙中的水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力，以及因冰水蒸汽推动未冻水向冻结区的迁移所造成的渗透压力，当这两种内应力超过水泥石的抗拉强度时便产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。静水压力的大小取决于孔的尺寸、相邻孔之间的距离及孔隙中水结冰的速度。由于掺入微粉不仅能够填充孔隙，而且二次水化产物C-S-H凝胶体能够降低孔隙率，细化孔结构，减小孔径或阻塞孔隙，减少水的进入；同时也就能够减少由于冰的膨胀对结构的损害[ 12 ] -[ 14 ] ，因此，磨细矿渣粉的掺入可改善混凝土的抗冻性。
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user: 4. 微观测试结果与分析 4.1. 扫描电镜(Scanning Electron Microscope， SEM) 水泥28天净浆一个，在无水酒精中终止水化后，取出经60℃ ± 2℃干燥5小时，然后通过SEM进行水化产物形貌观察和分析，结果见图1。 在水泥石扫描电镜照片图中，掺矿渣微粉试样结构明显均匀和致密，阻碍水化产物Ca(OH) 2 的晶体可以自由生长。 4.2. 压汞孔分析(Mercury Intrusion Porosimetry， MIP) 从图2可以看到大于50 nm的大孔数量迅速减少，1~5 nm的小孔数量也明显减少。矿渣微粉的微细 Table 4 Carbonation coefficient of hardened cement with ground slag/ 掺量/% 细度/m 2 /Kg 水中养护强度/MPa 碳化强度/MPa 抗压强度比/% 0 54.88 49.46 88.1 5 404 63.56 59.12 93.0 5 640 65.85 62.48 94.8 10 404 66.15 62.31 94.2 10 640 67.01 63.73 95.1 表4. 掺矿渣微粉碳化试验结果/% Table 5 Test result of freezing and thawing cycles of hardened cement with ground sla 掺量/% 细度/m 2 /Kg 水中养护强度/MPa 抗冻性强度/MPa 抗压强度比/% 0 0 54.88 45.28 82.5 5 404 63.56 54.28 85.4 5 640 65.85 59.92 89.5 10 404 66.15 59.33 89.7 10 640 67.01 61.13 91.2 表5. 掺矿渣微粉水泥净浆抗冻性试验结果 颗粒均匀分布在水泥颗粒中，发生火山灰反应生成二次C-S-H凝胶，使硬化水泥浆体内性能不稳定的氢氧化钙转为结构上致密、性能上稳定的胶凝物质，使凝胶孔相对增多，新生凝胶填充了部分气孔和毛细孔，使总孔隙率降低，平均孔径减小，改善了孔结构，进一步细化，分布更合理，结构更加致密。 4.3. 差热分析(Differential Thermal Analysis， DTA) 在DTA曲线上：81℃~160℃为C-S-H凝胶和AFt脱水峰，457℃~464℃为Ca(OH) 2 分解吸热峰，695℃~718℃为少量碳化生成的碳酸钙CaCO 3 的热效应。 从图3(a)中，可以看出：对纯水泥净浆，随龄期增加，Ca(OH) 2 吸热谷C-S-H凝胶和AFt吸热谷两个吸热谷都逐渐变大。而掺矿渣微粉的水泥净浆如图3(b)，随龄期的增加，C-S-H凝胶和AFt吸热谷却逐渐变大，而Ca(OH) 2 吸热谷3天时明显小于28天的值，3个月时又变小。这主要是因为3天时矿渣微粉的活性还不明显，此时随水泥水化Ca(OH) 2 量逐渐增加，28天后矿渣微粉水化速度加快，吸收Ca(OH) 2 生成C-S-H凝胶和钙矾石能力增加。 4.4. X射线衍射(X-Ray Diffraction， XRD)分析 从图4可以看到：水泥中掺入矿渣微粉，水化产物主要为氢氧化钙Ca(OH) 2 ，少量单硫型水化硫铝酸钙AFm和钙矾石AFt，以及碳酸钙CaCO 3 。掺入矿渣微粉后，随时间的增加，Ca(OH) 2 衍射峰先增加， 图1. 掺矿渣微粉(640 m 2 /Kg)水泥净浆水化28天的SEM照片 图2. 掺入矿渣微粉(640 m 2 /Kg)水泥净浆孔分析 再降低；从图中也可看到，掺矿渣微粉，3天，28天和3个月龄期Ca(OH) 2 的衍射峰都远低于对比水泥硬化浆体，而且随龄期的增加峰值越小。这主要是因为3天时矿渣微粉的活性还不明显，此时随水泥水化Ca(OH) 2 量逐渐增加，28天后矿渣微粉水化速度加快，吸收Ca(OH) 2 生成C-S-H凝胶和钙矾石能力增加。 4.5. 热重分析(Thermogravimetric Analysis， TGA) 从上节DTA的曲线可知：C-S-H凝胶及钙矾石AFt相脱水的温度在93-156℃范围，Ca(OH) 2 脱水温度为459℃~464℃范围，水化浆体中碳化生成的碳酸钙在695℃~722℃处分解，故试验中选取100℃~400℃和40℃~500℃两个温度段的质量损失来分析水化产物的生成量。由于样品是在60℃ ± 2℃下烘干6小时，自由水和毛细孔水基本脱去，因此可以认为；在400以前的失重是由水化产物脱水所至。 从表6可见：对于水泥浆体，两个温度段的质量损失率都随龄期的增加而增加，这说明水化越完全。掺入矿渣微粉后，100℃~400℃时，三个龄期天的损失率都明显增加，说明C-S-H凝胶及钙矾石Aft的量一直增加。28天以后逐渐增加，在400℃~500℃时，3、28天都比对比净浆大，但3个月时不仅下降而且还比对比净浆小，这也说明了矿渣微粉水化后期能够吸收Ca(OH) 2 的能力。 图3. 掺矿渣微粉(640 m 2 /Kg)水泥净浆水化各龄期的DTA图 图4. 水泥净浆(c)及掺10%矿渣微粉(640 m 2 /Kg) (b)硬化浆体的XRD图 Table 6 Loss of mass of hardened cement with ground slag at 400˚C at different ages/ 物料 龄期 100℃~400℃ 400℃~500℃ 总损失率 3天 1.23 0.84 2.07 水泥 28天 1.52 0.89 2.41 90天 1.76 1.08 2.84 掺矿渣微粉640 m 2 /Kg 3天 1.44 0.98 2.42 28天 1.61 1.20 2.81 90天 2.08 1.04 3.12 表6. 掺入10%矿渣微粉水泥净浆在400℃前后各龄期质量损失率/%
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user: 5. 结论 (1) 掺入矿渣微粉，能够明显提高水泥抗化学侵蚀性能，抗干缩，抗碳化，抗冻性等耐久性能，提高幅度基本可以达到10%左右； (2) 从SEM、MIP、XRD、DTA、TGA等微观分析结果说明，矿渣微粉能够吸收水泥水化产物Ca(OH) 2 生成C-S-H凝胶，导致降低孔径，优化孔结构。
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user: 摘 要 在众多的地质灾害里，泥石流属于破坏力比较强的一种，它不仅对当地的地质环境造成永久性破坏，还严重影响到当地居民的生产和生活。因此，开展泥石流的相关研究非常必要。本文以文献计量学方法为基础，从泥石流灾害相关概念出发，评述了国内外泥石流研究的最新动态，并对今后该研究领域的重要发展方向进行了分析，以期为我国泥石流灾害的科学治理提供理论指导。 关键词 :泥石流，形成机制，模式特征，研究动态
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user: 1. 泥石流灾害相关概念 泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流[ 1 ] 。泥石流灾害在突发性地质灾害中以其成灾面积大、冲击破坏力强和灾害损失大而占有十分突出的位置。泥石流是山区一种非常独特的自然地质灾害现象，美国地质学家Bacwkilder在1928年最早提出泥石流这一现象[ 2 ] 。随后各国学者对泥石流的各个方面都进行了深入全面地研究。目前国内外专家学者都普遍认为，形成泥石流的过程必须具备三个最基本的条件依次是：有利的地形地貌、丰富的固体物质补给以及适当的降雨激发泥石流发生[ 3 ] 。我国专家学者把对泥石流源地的研究作为泥石流形成条件的重点研究方向。邓养鑫等[ 4 ] 对冰雪融水所激发的泥石流作了初步的分析研究；谭万沛等[ 5 ] 从山坡坡度、主沟长度、比降、流域面积等地形特征方面分析了泥石流的活动规律以及发育程度；吴积善等[ 6 ] 研究了不同类型的源地对泥石流形成的影响、同时分析了泥石流的物源补给方式；此外，陈景武等[ 7 ] 则从泥石流与降雨的关系出发，对降雨数据进行了分析，并提出了泥石流的预警预测。我国是山地大国，山地占国土面积的2/3，因此有泥石流发育的基础环境，系统研究泥石流形成的机制、模式、特征、影响因素等对我国泥石流地质灾害的防治具有重要的意义[ 8 ] [ 9 ] 。
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user: 2. 国内外泥石流研究现状 泥石流的发生不像崩塌和滑坡为固体物质在重力下发生的破坏，其破坏是在暴雨作用下形成的，既具有土体性质，又具有流体性质是其典型的特征。以往对泥石流的研究主要集中在其形成条件和过程。而分析的重点为泥石流形成的三个必备的条件，即大量的松散堆积的物源条件、有利于运动和停淤的陡峻的地形及突发性的水源(即暴雨)，但不同的研究者对其内容、范围及其深度的研究有所不同[ 10 ] -[ 14 ] 。1980年Mountst Helens地区发生的火山泥石流灾害，引起美国政界和公众的极大关注，美国地质调查局派出一大批工程技术人员投入到该火山泥石流研究，最有影响力的学者有Richard M. Iverson和Kevin M. Scott。Richard M. Iverson [ 15 ] [ 16 ] 利用USGS的百米水槽试验对大型崩滑型泥石流模型试验进行模拟，得出泥石流形成过程中的孔隙水压力升高会导致土体强度降低，从而引发泥石流的发生，并对泥石流发生过程以及泥石流发生机理进行了深入的研究和探讨。前苏联是泥石流灾害最严重的国家之一，第二次世界大战暴发以后，随着苏联经济的恢复和发展，政府对泥石流灾害越来越的重视，1947年成立了前苏联科学院“泥石流研究委员会”，随即相继出版了包含多学科的综合性系统研究专著和论文集，内容包括对泥石流的物理性质以及运动特征等分别做了系统的论述[ 17 ] 。亚洲国家对泥石流的研究起步于20世纪中叶，其中日本对泥石流的研究进展最快，日本对泥石流的研究始于20世纪60年代，起步虽晚，但取得的成果非常显著。日本国土可居住的面积有限，受火山、地震影响都比较大，在遭受暴雨时在火山地区以及地震带常伴随有泥石流灾害的发生，因此日本设置了专门对泥石流灾害的研究与防治机构，其中最具代表性的有Sassa、高桥堡等学者。Sassa [ 18 ] -[ 20 ] 曾根据区域性泥石流的特征，采用碎屑流来描述火山灰形成泥石流的过程，分析探索了泥石流灾害的形成过程与启动机理。高桥堡[ 21 ] 对沟床堆积物在水动力作用下启动形成泥石流的物理力学机理进行了探索，提出了泥石流发生的临界判别式，他编著的《泥石流》一书系统的论述了泥石流的基本特征、发生发展、运动机理和堆积过程。 我国对泥石流的研究起步比较晚，建国初期几乎没有任何机构对泥石流进行研究[ 22 ] 。直到修建川藏公路、宝天铁路、东川铁路支线等工程时，技术人员才对沿线的泥石流灾害进行了勘察研究。在20世纪60、70年代我国对泥石流的研究得到了飞快的发展，中科院首先开辟了对泥石流研究的研究领域，设置了中科院——水利部成都山地灾害与环境研究所，该研究所以研究泥石流为主要方向，形成了中科院泥石流研究中心，至今已有40多年的研究工作经验[ 23 ] 。针对早期云南小江流域、成昆铁路、四川攀西、川藏铁路地区的泥石流灾害，通过多年对泥石流灾害的野外调查、观测和防治工程的进行，取得了泥石流灾害区域成灾特征、预测预报、发育规律、综合防灾减灾和运动力学等多方面的研究成果，将我国对泥石流灾害的研究提升到了国际前沿水平[ 24 ] [ 25 ] 。其中在泥石流灾害的启动机理方面，崔鹏等[ 26 ] [ 27 ] 通过对水槽试验的研究提出了准泥石流体的概念，将摩尔——库仑理论用于泥石流的启动研究。此外，我国也很重视泥石流监测方面的研究，监测内容主要涉及泥石流固体物质来源(物源)监测、气象水文条件(水源)监测、泥石流运动特征及流体特征监测[ 28 ] 。 对泥石流的研究所涉及到的另一重要方面是对泥石流的危险度评价。唐邦兴教授认为[ 29 ] ，泥石流危险度一词最早在我国正式使用是出现在1988年的研究文献中，早期的单沟泥石流危险度评价一共选取了8个因子，后期唐川、朱静、朱平一等学者对单沟泥石流的评价模型进行了研究应用[ 30 ] -[ 34 ] 。最早的单沟泥石流危险性评价一词出现在1996年《国际防灾大会论文集》上，受到了德国学者Becht和Rieger博士的关注[ 35 ] 。新的单沟泥石流评价体系主要突出了泥石流规模M和发生频率F两个因子对泥石流灾害影响的重要性。对此，国内外众多学者开始了对泥石流规模与发生频率之间关系的深入研究，通过对美国加州沙斯塔山山脉、阿尔卑斯山脉等山地近百年来暴发的泥石流所收集到的数据进行了分析，取得了很大的研究成果，但还是无法用一个确定的关系式来描述两者间的联系，仍然有待研究[ 36 ] -[ 39 ] 。 综上分析，我国20世纪80年代以前，对于泥石流的研究主要致力于对灾害点的野外调查、灾害的发育程度及其进一步的发展趋势上，在工程中的各个领域中得到了较好的发展，且与水文及工程地质勘查和调查工作相结合，但仍局限于对灾害点的定性描述阶段，此时对泥石流的研究还不全面。自80年代起，随着各国对泥石流危险性的大力发展，不断的创新，一些新的研究方法应用其中，使其突破了传统的研究模式，研究内容也趋于丰富、全面。发展到了90年代至今，随着计算机的迅猛发展，使泥石流的研究趋于数字化，发展也越来越成熟，方法得到了日益的创新，致使泥石流研究由传统的定性描述逐渐发展为半定量及定量的方向发展，各种数学、统计方法应用其中，致使研究的结果更加科学合理。
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user: 3. 泥石流形成模式研究现状 根据马东涛等[ 40 ] 研究成果，世界上所有的滑坡、泥石流、崩塌等一系列山区地质灾害几乎都主要分布在地壳板块边缘上升山脉形成的地质构造和地震活跃地带上，尤其是在阿尔卑斯——喜马拉雅山系和环太平洋山系这两大地震带上。地震对泥石流灾害的影响一般包括以下三点：首先是破坏山体边坡的稳定性，为泥石流提供松散的固体物源；其次是地震的活动使沟谷的侵蚀作用加强，有利于泥石流沟的启动和形成；最后地震为泥石流灾害的发生提供动力条件。如果在高山冰川区，地震还能为泥石流提供充足的水源条件。 全世界各个国家对震区泥石流灾害的研究都很重视。我国台湾地区在1996年9月21日集集地震发生后，成立了集集地震专题研究小组。林庆伟等[ 41 ] 对集集地震发生前和发生后的遥感图像进行了对比，然后分析了地震对降雨诱发滑坡的影响，以及通过对泥石流的野外调查发现，地震后泥石流的发生频率以及泥石流沟沟域面积等特征与震前都有很大的变化，诱发泥石流启动的临界雨量明显降低。我国2008年5月12日汶川地震发生后，在雨季期间，震区各地相继暴发了多条泥石流沟，并且泥石流的发生是区域性的。唐川等[ 42 ] [ 43 ] 对2008年5∙12汶川震区暴发的9.24暴雨泥石流的特征进行了研究，指出了震区泥石流的启动有两种模式：第一种模式是由于暴雨所导致的斜坡地表径流使悬挂于斜坡上的滑坡体表面和滑坡体前缘固体松散物质向下移动，进入沟道后直接转为泥石流的启动过程；第二种模式是“消防水管效应”，即沟道内水流快速集中，并强烈冲刷沟床内的固体松散物质，导致沟床内固体松散物质启动并形成泥石流的过程。游勇等[ 44 ] 对地震灾区北川苏保河流域泥石流进行了分析；许强等[ 45 ] 对2010年8月13日的绵远河流域特大型泥石流灾害进行了分析，发现地震前和地震后、地震区和非地震区的泥石流在启动条件、发育分布规律、活动形式、暴发规模及其危害性和成灾方式等方面都具有非常显著的差别。 到目前为止，有许多专家学者分别运用各种方法对汶川震区泥石流灾害特征及其形成模式进行了研究，其代表性研究如下：黄河清等[ 46 ] 通过现场调查分析认为，文家沟滑坡高启动速度是由于长持时的强烈地震动作用所导致的结果，与山体的猛烈碰撞是导致滑体解体并转化为碎屑流的原因。王涛等[ 47 ] 认为文家沟滑坡滑体上部的干碎屑流在两处路径转折处迅速压缩沟谷内的圈闭气体， 形成非常明显的“气垫效应”，滑体下部的泥石流底层液化以及颗粒的有效动摩擦系数随着剪切速度的增大而减小的效应都是导致碎屑流体高速远程滑移的关键因素；同时，碎屑物流通过程中还伴有明显的翻越效应、树木摧削、以及岸坡铲刮效应。5∙12汶川地震后到目前为止， 滑坡碎屑堆积物在降雨的诱发作用下多次形成泥石流，这明显反映了地震后地震地质灾害的链生性以及长期性。余斌等[ 48 ] 通过对汶川地震后文家沟发生的多次泥石流灾害进行了现场调查，并分析了文家沟泥石流的成灾原因、特征、泥石流的各重要参数以及泥石流成灾过程等，同时也探讨了今后文家沟泥石流的发展趋势，并提出了针对文家沟泥石流灾害的防治建议和措施，为今后泥石流的防灾减灾提供了理论依据。杨成林等[ 49 ] 以汶川地震灾区典型的代表性泥石流灾害作为案例为基础，分析了汶川地震次生泥石流灾害的形成降水、地形地貌以及土体物源条件特征，概括分析了汶川地震次生泥石流灾害形成的5种模式，即1) 沟床启动型；2) 坡面崩滑转化型；3) 震裂表土侵蚀启动型；4) 滑坡表面土体液化型和5) 松散坡积物冲切沟启动型。文联勇等[ 50 ] 以文家沟特大型泥石流灾害为例，在现场详细调查、统计、试验等过程获得丰富资料的基础上，对文家沟泥石流的成因和典型特征进行了分析研究，根据调查和分析结果，最后提出了工程治理方案的意见和建议。倪化勇[ 51 ] 等对文家沟泥石流灾害跟踪调查的基础上，探讨了泥石流的成灾机理和成灾特征。研究表明：1) 文家沟泥石流是强降雨和地震共同作用下的结果，其成因可归纳为物源与震因以及水源与雨因这两个方面，在文家沟泥石流整个形成和发生的过程中，呈现出洪流–侵蚀下切–崩滑–席卷–进一步侵蚀下切–进一步崩滑–增大泥石流规模的“滚雪球式”循环模式；2) 诱发泥石流发生所需的水动力条件、雨强条件以及雨量条件都非常显著的降低，泥石流规模的大小和雨量的多少之间呈现出非常明显的幂函数关系；3) 泥石流灾害发生过程呈现出运动距离远、持续时间长的特征；4) 成灾过程呈现出明显的链式效应，危害形式多样化；5) 泥石流暴发频率呈现出高发性，规模呈现出放大性。游勇等[ 52 ] 在野外现场调查的基础上，分析了文家沟泥石流灾害的典型特征，并从泥石流形成条件入手，探讨了文家沟泥石流灾害的成因和未来的发展趋势。唐川等[ 53 ] 在野外调查的基础上，从气象特征等方面分析泥石流的启动机制，并对比其他地区发生泥石流的降雨强度和持续时间的临界值之间的关系，重点强调气象临界值对泥石流启动的影响。
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user: 4. 泥石流研究展望 目前，人类还无法从根本上解决泥石流的发生，只能通过筑坝、植树固坡等措施来减少损失。在具备泥石流发生的地质和地形相同条件时，降雨的特征是决定因素，人为活动往往为泥石流的形成起了扩大和加快的作用，有时也会成为主导作用。因此，今后应该从以下方面加大泥石流灾害的防治、监测与治理研究。 4.1. 区域性防治与环境评价研究 泥石流防治已从单纯的工程防治发展为泥石流流域的综合治理，现已逐步发展为以一个泥石流发育区或一个县的综合治理，需要采用更综合性的形式，考虑泥石流体中泥沙搬运对环境的影响，因此需要更高层次的防治理念和对环境影响的研究。泥石流防治工程不仅要防治灾害，而且要达到改善环境的目的。 4.2. 防治工程合理结构研究 现有的泥石流防治工程的结构都由各防治设计单位自行设计，研究重点是工程构筑物的受力情况，因此对合理的结合形式和合理尺寸仍缺少研究，也没有标准图集作指导和参考。这是防治工程设计不够成熟的一个表现，因此优化现有防治工程结构，制订一些标准化的结构图纸方面需要加强研究。 4.3. 预警预报系统的研究 从20世纪80年代后期我国已开始研究泥石流的预警预报，并建立起一些泥石流预警站，规模较大的如长江上游滑坡、泥石流预警预报站网。中央电视台也已在气象节目中进行大区域的宏观预测预报，可以说已取得了很大成绩。但目前预测预报的技术还不完善，设备有待改进，公用性还不强，对不同层次的预报技术需要进一步加强研究。 4.4. 基础信息库的建立及交换研究 多年的研究中各单位积累了大量的基础数据，也各自做了很多的数据库，但其文件的基础软件各不相同，交换与查询很困难，因而使用量不大。很有必要建立行业性的规定，基本统一数据库的模式，建立情报交流制度。同时，要加强大数据、云计算平台的建设，实现泥石流数据库与其他环境资源数据的高效集成。
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user: 摘 要 地球化学异常的提取是建立在合理的确定地球化学异常下限的基础上的。地球化学异常下限的确定是勘查地球化学矿产勘查和预测的一项基本任务，对于圈定有利成矿带，指导找矿非常关键。文章以相山地区及外围1:20万土壤地球化学数据中的U、Mo、V元素为例，利用SPSS软件，通过Q-Q概率图检验元素含量的分布型式，发现研究区元素剔除极值后，元素近似服从对数正态分布。分别运用传统方法、探索性数据分析(EDA技术)、含量-面积(C-A)分形方法提取元素地球化学异常，并进行对比研究。研究结果表明：基于分形的含量-面积方法，比较客观地反映了研究区的地球化学异常信息，是研究区提取地球化学异常比较合理有效的方法。 关键词 :相山地区，地球化学异常提取，EDA技术，C-A模型
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user: 1. 引言 近年来，随着地质勘查程度的提高，单纯地依赖野外露头等地质标志直接找矿的难度越来越大。地质找矿工作面临着“难发现、难识别、难利用”的严峻形势。而地球化学方法利用“显微标志”进行矿产勘查，极大的提高了找矿的效率，特别是寻找盲矿和隐伏矿。地球化学异常下限的确定是勘查地球化学的一个基本问题，也是勘查地球化学应用于矿产勘查时决定成败的一个关键性环节[ 1 ] 。如何合理有效的提取地球化学异常信息，成为影响勘查地球化学在矿产勘查中效果的主要因素。周蒂[ 2 ] 认为较合理的异常圈定方法应该是：根据研究区的地质、地球化学及景观资料逐点估计地球化学背景值，再从观测数据中减去背景值及随机误差而圈定异常。由于复杂的地质背景和成矿模式的多样性，目前还没有一种可以通用的异常下限计算方法，每种方法都有各自的优势和局限性。 在详实的地质工作基础上，土壤地球化学测量手段具有找矿成本低、见效快、效果好等众多优点，因此一直以来都被人们广泛应用[ 3 ] 。本文利用相山地区及外围1:20万土壤地球化学勘查数据以及区内地质矿产资料，进行地球化学异常信息的提取。由于研究区分布有我国最大的火山岩性相山铀矿田和金溪熊家山钼矿床，因此选取成矿元素U、Mo元素为主要研究对象，V元素作为辅助元素。分别运用传统方法、探索性数据分析(EDA技术)、含量–面积法(C-A)分别确定地球化学异常下限，做出地球化学异常图，比较地球化学异常信息特征，探讨各方法的合理性与局限性，找出合适研究区的有效方法。