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中国科学（地球科学）
中国科学（地球科学）

孙枢

月刊

1674-7240

geo@scichina.org

010-64015883

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（地球科学）/Journal Scientia Sinica（Terrae）CSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。
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    致密砂岩油运聚动力学机制及含油饱和度预测的数值模拟

    曹高辉林缅张立宽姬莉莉...
    186-202页
    查看更多>>摘要：定量刻画致密砂岩油运聚是油气勘探领域的研究前沿.本文设计了包含多种基本地质要素的概念模型,构建了致密砂岩油运聚的非线性渗流数值模型.研究了滑移效应、超压驱动力、浮力、毛管力对致密油运聚的影响规律,模拟结果表明:(1)致密储层和常规储层的石油运聚差异体现在饱和度的增长方式、油水分布特征、地层倾角影响等方面;(2)平均孔喉半径小于150nm时滑移效应影响较大,超压驱动力和毛管力是控制致密砂岩油运聚的主要力学机制,浮力、毛管力和超压驱动力耦合作用控制致密砂岩含油饱和度上限和下限.最终,本文形成了快速预测致密砂岩含油饱和度的有量纲和无量纲图版,并通过实测数据进行了检验.研究结果为分析致密砂岩油运聚机理提供了基础,并且为其含油饱和度预测提供了一种新的途径.此外,本文还发展了运聚结果的数字化和可视化分析方法,充实了油气成藏动力学的表达方式.

    致密砂岩油气运聚动力学含油饱和度数值模拟

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    秭归盆地下侏罗统火山碎屑沉积物源分析及其对东秦岭造山带晚三叠世地壳增厚的启示

    柴嵘杨江海杜远生王成善...
    203-215页
    查看更多>>摘要：秦岭造山带在晚三叠世经历了强烈的碰撞造山作用,伴随岩浆底侵和构造变形,造山带可能发生了显著的地壳增厚和隆升,但对缺少同时期岩浆岩记录的造山带东段,其造山过程的地壳厚度变化还未有明确约束.在东秦岭造山带的南麓发育一系列的早中生代前陆盆地,保存有大量源自造山带隆升剥蚀的碎屑沉积记录,是重建造山带演化的重要信息载体.为进一步厘定秦岭造山带的碰撞造山过程,本文对秭归盆地下侏罗统桐竹园组的砂岩开展了火山岩岩屑地球化学、碎屑锆石U-Pb年代学和微量元素组成分析.结果显示,含有大量火山岩岩屑的砂岩具有250～200Ma的特征性碎屑锆石年龄组成,指示了其主要物源为三叠纪的火山岩.下侏罗统碎屑锆石U-Pb年龄谱的区域对比和古水流分析表明,该火山岩物源区应位于盆地北部的秦岭造山带,可与造山带西部出露的三叠纪花岗质岩体进行对比,同属于秦岭三叠纪碰撞造山的岩浆作用.依据花岗质岩和锆石化学组成与地壳厚度的相关关系,桐竹园组的火山岩岩屑La/Yb比值和三叠纪年龄碎屑锆石Eu/Eu*比值指示,秦岭造山带在晚三叠世发生了显著的地壳增厚,最大厚度可达60～70km,与秦岭造山带三叠纪花岗质岩石记录的地壳厚度变化一致,可能与碰撞造山过程中的大规模地壳缩短和岩浆作用有关.

    秦岭造山带秭归盆地晚三叠世碎屑锆石地壳增厚

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    微生物异化还原水铁矿介导的Ca-Fe碳酸盐矿物形成:对铁白云石成因的启示

    刘邓曹锦鹏杨珊珊殷雅婷...
    216-230页
    查看更多>>摘要：白云石的成因机制至今仍是地球科学领域的一个谜题("白云石问题").铁白云石等碳酸盐矿物具有类白云石晶体结构,因此研究这些矿物的形成机制可为解答"白云石问题"提供新线索.本研究利用一株海洋异化铁还原菌(Shewanella piezotolerans WP3),在不同钙离子浓度(0～20mmol/L)条件下,通过氧化乳酸盐诱导水铁矿还原转化为次生碳酸盐矿物,以此评估微生物在铁白云石形成过程中的作用.实验结果表明,加入Ca2+可以增强S.piezo-tolerans WP3细胞与水铁矿颗粒之间的黏附作用,从而提高反应体系中Fe(Ⅲ)还原速率.在不同Ca2+浓度条件下,菌株WP3诱导生成的次生碳酸盐矿物类别有所差异:在0mmol/L Ca2+体系中生成菱铁矿,而含钙体系中则为Ca-Fe碳酸盐固溶体,且这些固溶体的钙离子含量与反应体系中初始的Ca2+浓度呈正相关关系.值得注意的是,在20mmol/L Ca2+体系中生成的Ca-Fe碳酸盐固溶体化学组成为Ca0.8Fe1.2(CO3)2,与铁白云石类似.此外,这些微生物成因的"类铁白云石"具有纳米晶粒的形态,晶体结构中钙和铁元素呈无序分布,并且发育较多晶体缺陷.进一步成岩模拟实验证明,"类铁白云石"可以在水热条件下转化为有序铁白云石.基于成分类比性和转化规律,微生物成因的"类铁白云石"可能是沉积物(岩)中铁白云石的重要前驱体,可以被定义为"原铁白云石".以上新发现对理解微生物在铁白云石乃至白云石形成中的贡献具有重要的启示意义.

    铁白云石原铁白云石微生物铁还原白云石问题矿物转化

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    二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应速率和氢气形成的影响

    黄瑞芳孙卫东丁兴赵予生...
    231-243页
    查看更多>>摘要：橄榄石热液蚀变影响地球动力学和俯冲带挥发分(如水和碳)的再循环.二氧化硅是地质流体的重要成分之一.已有实验研究主要采用H2O或者盐溶液作为初始物与橄榄石反应,而对二氧化硅对橄榄石热液蚀变反应和氢气形成的影响缺乏认识.本文在300～515℃和3.0kbar条件下开展水热实验(1bar=105Pa),考察均匀混合的橄榄石和二氧化硅粉末与盐溶液(0.5molL-1的NaCl)反应产物和过程.使用傅里叶红外光谱分析建立标准曲线,测定了实验产物中蛇纹石和滑石的比例.结果显示,二氧化硅可以显著影响橄榄石的热液蚀变反应路径、反应速率和氢气的形成.在300℃、SiO2含量为10wt％时,7天后橄榄石热液蚀变形成蛇纹石(占6.5％)和滑石(占12％).延长反应时间,蛇纹石和滑石并没有明显增加.形成蛇纹石的反应方程式为:4.5橄榄石+5.5SiO2+4H2O=蛇纹石.当初始物中SiO2增加至20wt％以上时,橄榄石热液蚀变形成滑石.当SiO2含量从20wt％增至40wt％时(反应时间均为14天),实验产物中的滑石含量从43％增加至77％,表明反应速率随着SiO2含量的增加而加快.形成滑石的反应方程式为:3橄榄石+5SiO2+2H2O=2滑石.其他温度下的实验得到类似的实验结果.在300℃,SiO2导致热液蚀变产生的氢气浓度降低了 1～2个数量级,对应的氧逸度(logfO2)为ΔFMQ-0.96～ΔFMQ-3.41(FMQ为铁橄榄石-磁铁矿-石英缓冲的氧逸度值).

    橄榄石热液蚀变二氧化硅蛇纹石化氢气蛇纹石

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    基于月球动力学演化的地质年代划分

    郭弟均刘建忠James W.HEAD张福勤...
    244-263页
    查看更多>>摘要：月球地质年代表将月球的地层按形成的时间顺序划分为不同的时代,能够清晰地表达月球的整体演化历史.在地基望远镜观测和阿波罗时代早期,由于当时所用数据的空间覆盖度和分辨率有限,所建立的月球地质年代划分存在部分缺陷.在阿波罗时代结束以来的几十年里,人类对月球进行了更广泛的研究,拓展了对全月地质演化的认识和理解.基于对月球动力学演化的综合性分析,本文对当前的月球地质年代表进行了更新,特别考虑了内动力地质作用和外动力地质作用在月球早期演化中所发挥的作用.首先,根据内动力和外动力在不同时期对月球改造的效应,提出了三阶段月球动力学演化模型,并建立了三个相应的"宙/宇"级别的年代及地层单元.其次,为了更清晰地反映月球的演化历史,以南极-艾肯(SPA)盆地的形成为界线将前酒海纪划分为了岩浆洋纪和艾肯纪,其中较年轻的艾肯纪是以SPA盆地的形成为起点.本文识别了 SPA盆地的溅射物地层,即达斯建造,其沉积在月球的原始月壳上,是岩浆洋结束后保存下来的最古老的外动力成因地层.更新的月球地质年代表系统综合了阿波罗时期以来月球探测和研究的成果,构建了一个描述月球演化历史的系统框架,能够更方便地开展月球地质研究,对其他类地行星的地质演化研究也具有重要的参考意义.

    月球地质年代表演化历史内动力作用外动力作用

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    冰室-(超)温室气候动荡期湖平面演化及天文轨道气候作用

    李猛李昕Stephen P.HESSELBO李明杰...
    264-280页
    查看更多>>摘要：湖平面变化是影响陆相湖盆沉积与资源赋存、陆地碳收支及环境生态演化的重要因子.湖平面波动受气候作用明显,早侏罗世处在冰室、(超)温室气候动荡期,发生了全球性大洋缺氧(托阿尔期,～183Ma)和气候变冷等极端气候事件(普林斯巴赫期,～185Ma).为研究气候动荡背景下湖平面演化及地球表层水循环和调控机制,选取柴达木盆地早侏罗世湖相连续沉积记录,采用岩石粉末色度(CIE b*)序列开展米兰科维奇旋回分析,建立了基于东特提斯陆相沉积记录的早侏罗世天文年代标尺(～174.2Ma至～190.9Ma),通过沉积噪声模型重建盆地相对湖平面变化曲线,发现5～10Myr尺度湖平面变化响应于长趋势气候演化及极端气候事件;1～2.5Myr尺度湖平面波动显著受控于天文轨道气候作用(～2.4Myr偏心率和～1.2Myr斜率周期).其中,普林斯巴赫期～1.2Myr湖平面周期波动与全球海平面呈"同相位"共变,～1.2Myr斜率周期通过控制极地地区存在的间歇性或永久性冰盖生长和消亡影响全球海平面及湖平面升降;托阿尔期～1.2Myr湖平面波动与全球海平面呈"反相位"关系,在(超)温室气候期极地地区不存在明显冰盖情况下,湖平面受控于～1.2Myr斜率周期控制下的陆地储水单元(湖泊和地下水)和全球海洋间的"起翘板"作用.～2.4Myr长偏心率周期主要通过控制小型冰盖的消长来调控湖(海)平面升降,主要体现在普林斯巴赫期.以上发现表明,气候动荡期地球表层水循环样式及气候调控出现了明显转换,为理解全球海平面变化机制(例如,Glacio-eustasy和Aquifer-eustasy)提供了新的视角和证据.

    米兰科维奇旋回轨道气候作用沉积噪声模型湖平面陆相盆地

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    气候变化对中亚五国粮食安全的影响

    苏芳刘钰陈律凡Rustam OROZBAEV...
    281-293页
    查看更多>>摘要：随着全球气候变暖趋势的逐渐加剧,气候变化对粮食安全造成的影响引发社会各界广泛关注.中亚国家深处亚洲内陆,生态环境脆弱,农业技术较低,面临着严峻的气候变化威胁.基于1990～2019年中亚五国的面板数据,构建了C-D-C模型,研究气候变化对该区粮食安全的影响,并预测未来发展趋势.研究发现,过去30年中亚五国粮食安全水平整体呈上升趋势,其中哈萨克斯坦粮食安全指数较高,而塔吉克斯坦粮食安全水平较低.年均温和年降水对五国的粮食安全影响存在倒U型关系,其中对哈萨克斯坦粮食安全的积极影响最大;极端高温和极端低温对中亚五国粮食安全具有显著的负向影响,其中对土库曼斯坦粮食安全的消极影响最大;霜冻日数对粮食安全的影响不显著.未来气候预测结果显示,2030～2090年中亚气温和降水量有继续升高趋势,整体将对五国粮食安全具有持续抑制作用.建议各国提高气候风险认识,加强气候科学研究,提前制定多方适应策略;同时,加强国际合作,有效减少温室气体排放,强化保障粮食安全的能力.

    全球变暖极端气候粮食安全未来预测中亚五国

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    季节补偿效应导致2015/2016厄尔尼诺期间北半球未发生明显的碳汇降低

    石芳忠吴秀臣李小雁Philippe CIAIS...
    294-308页
    查看更多>>摘要：厄尔尼诺事件通常在北半球导致广泛的植被生长下降和碳汇降低.然而,基于遥感观测、全球陆地生态系统模型模拟及大气CO2反演多套数据,本研究表明在2015/2016厄尔尼诺成熟阶段,北半球(主要为热带之外的区域)植被普遍持续增绿,陆地碳汇未见减弱.研究结果发现,春季植被生长增强对随后的夏季和秋季植被生长有明显的补偿效应,这种补偿效应维持了夏季植被增绿,并导致2015年春季、夏季及2016年春季陆地碳汇略有增加,特别是在生长季前期(前一年的11月至当年的3月)水分供应增加的北半球热带之外的区域.两套独立数据集结果表明,相对于厄尔尼诺事件发生前5年均值,2015年春季和夏季陆地碳汇分别平均增加23.34％和0.63％,2016年春季平均增加6.82％.同时,相较于1997/1998厄尔尼诺事件,更强的季节补偿效应有效地缓解了2015/2016年厄尔尼诺事件对植被生长的不利影响.本研究进一步明确,生长季前期的供水对后续植被生长的遗留效应能够持续约6个月.该研究结果凸显了季节补偿效应在应对偶发性极端厄尔尼诺事件时对植被生长和陆地碳汇的调节作用.

    厄尔尼诺季节补偿效应植被增绿陆地碳汇净生态系统交换遗产效应

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    中国花粉R值特征

    夏洁倪健
    309-322页
    查看更多>>摘要：建立现代孢粉-植被定量关系是第四纪孢粉学研究的热点和难点.R值计算简单、表征直接,是校正现代孢粉和植被非线性关系的一种传统指标.本文基于中国1987～2021年发表的花粉R值数据,经筛选、校正和标准化等处理,建立了中国花粉R值数据集,包含了898个现代花粉采样点和2115条花粉R值数据,涵盖了 152个花粉类群,分属于65科、113属.集成分析中国花粉R值特征,结果表明:(1)在宏观空间尺度上证实了基于样点尺度的传统认知,中国花粉R值整体变异性大,约2/3呈低代表性,如杉科(Taxodiaceae)、榛属(Corylus)、白刺属(Nitraria)、柽柳属(Tamarix)、莎草科(Cyperaceae)、禾本科(Poaceae)、豆科(Fabaceae),1/3呈超代表性,如松属(Pinus)、云杉属(Picea)、桦木属(Betula)、麻黄属(Ephedra)、藜科(Chenopodiaceae)、蒿属(Artemisia),且低代表性较强,超代表性较弱;而栗属(Castanea)、栎属(Quercus)、蓼科(Polygonaceae)、菊科(Asteraceae)花粉代表性因植被类型而异.(2)中国花粉R值具有一定的空间分布格局,在东部木本植被区域,由北向南,随气温升高和降水增加,R值逐渐减小;在北方和西部草本植被区域,由东到西、由东北到西南,随干旱加剧,R值也逐渐减小.但花粉R值因不同植物科属、植被类型和气候区域而异,同一植物类群在不同植被类型和气候区的花粉R值也有不同,反映出花粉R值的高变异性,及其指示花粉-植被关系的复杂性.(3)花粉R值与相对花粉产量RPP对植被代表性的规律相似,二者呈弱正相关,但孰优孰劣难以判别,均可用于指示孢粉对植被的代表性,也从不同侧面反映出其与现代植被关系的复杂性.研究进一步建议,以R值表征花粉代表性时,可使用其中位数或对数转换值对地层花粉含量进行加权处理,但仍需综合考虑空间尺度和植被类型间R值的异同,尤其是同一花粉类群在不同区域的差异.

    花粉R值现代花粉-植被关系区域格局变异性古植被重建

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    全球变暖加强了ENSO和亚洲-澳州夏季风之间的关联

    杨保贺敏慧
    323-326页
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