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编译 | 李言
Science , 12 NOV 2021, VOL 374, ISSUE 6569
《科学》 2021年11月12日，第374卷，6569期
地球科学 Geoscience
Discovery of davemaoite, CaSiO3-perovskite, as a mineral from the lower mantle
下地幔中发现CaSiO3-钙钛矿
作者：OLIVER TSCHAUNER, SHICHUN HUANG, SHUYING YANG, MUNIR HUMAYUN et al.
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摘要
下地幔中的硅酸盐钙钛矿CaSiO3具有重要的地球化学意义，因为它富集了上地幔中不相容的元素，包括产生热量的钍和铀，它们的半衰期比地球的地质 历史 还要长。
我们报告的CaSiO3-钙钛矿是一种已验证认可的矿物（IMA2020-012a），名称为毛钙硅石（davemaoite）。毛钙硅石天然标本证实了下地幔内部存在成分不均一性。
我们的观察表明，毛钙硅石在其结构中除了含有铀和钍外，还含有钾。因此，区域和全球毛钙硅石的丰度影响深部地幔的热收支，该矿物是热力学稳定的。
Abstract
Calcium silicate perovskite, CaSiO3, is arguably the most geochemically important phase in the lower mantle, because it concentrates elements that are incompatible in the upper mantle, including the heat-generating elements thorium and uranium, which have half-lives longer than the geologic history of Earth. We report CaSiO3-perovskite as an approved mineral (IMA2020-012a) with the name davemaoite. The natural specimen of davemaoite proves the existence of compositional heterogeneity within the lower mantle. Our observations indicate that davemaoite also hosts potassium in addition to uranium and thorium in its structure. Hence, the regional and global abundances of davemaoite influence the heat budget of the deep mantle, where the mineral is thermodynamically stable.
Age and composition of young basalts on the Moon, measured from samples returned by Chang’e-5
由嫦娥五号返回的样品测量月球上玄武岩的年龄和组成
作者：XIAOCHAO CHE, ALEXANDER NEMCHIN, DUNYI LIU, TAO LONGCHEN WANG et al.
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摘要
轨道数据显示，月球上最年轻的火山是位于大洋州普罗塞拉姆的玄武岩熔岩，该地区具有高水平的产热元素钾、钍和铀。嫦娥五号任务收集了这些月球玄武岩样本，并将它们带回地球进行实验室分析。
我们认为这些熔岩的年龄为1963 5700万年，并确定了它们的化学和矿物组成。这个时间范围限制了太阳系内部的月球撞击年代学和月球的热演化。没有证据表明，在月球的地幔深处有高浓度的产热元素产生了这些熔岩，因此，对于月球岩浆活动的持久，还需要其他的解释。
Abstract
Orbital data indicate that the youngest volcanic units on the Moon are basalt lavas in Oceanus Procellarum, a region with high levels of the heat-producing elements potassium, thorium, and uranium. The Chang’e-5 mission collected samples of these young lunar basalts and returned them to Earth for laboratory analysis. We measure an age of 1963 57 million years for these lavas and determine their chemical and mineralogical compositions. This age constrains the lunar impact chronology of the inner Solar System and the thermal evolution of the Moon. There is no evidence for high concentrations of heat-producing elements in the deep mantle of the Moon that generated these lavas, so alternate explanations are required for the longevity of lunar magmatism.
化学 Chemistry
Methoxyl stable isotopic constraints on the origins and limits of coal-bed methane
甲氧基稳定同位素对煤层气成因和限制的制约
作者：M. K. LLOYD, E. TREMBATH-REICHERT, K. S. DAWSON, S. J. FEAKINS et al.
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摘要
微生物煤层气是一种重要的经济资源，也是一种强效温室气体的来源，但人们对其形成的控制机制知之甚少。为了测试煤的微生物降解性是否限制微生物甲烷的生成，我们监测了从木材到烟煤成熟度范围内的全球样品组中的甲氧基去甲基反应——一种促进甲烷生成的反应。
残留甲氧基的碳同位素组成与热反应不一致。这表明，在地质时间尺度上，深层生物圈群落参与了植物到煤的转化，甲氧基丰度影响煤层气产量。微生物甲基化导致的碳同位素富集也解释了来自煤和常规烃矿床的微生物甲烷中碳-13含量的神秘抵消。
Abstract
Microbial coal-bed methane is an important economic resource and source of a potent greenhouse gas, but controls on its formation are poorly understood. To test whether the microbial degradability of coal limits microbial methane, we monitored methoxyl group demethylation—a reaction that feeds methanogenesis—in a global sample suite ranging in maturity from wood to bituminous coal. Carbon isotopic compositions of residual methoxyl groups were inconsistent with a thermal reaction, instead implying a substrate-limited biologic process. This suggests that deep biosphere communities participated in transforming plant matter to coal on geologic time scales and that methoxyl abundance influences coal-bed methane yield. Carbon isotopic enrichments resulting from microbial methylotrophy also explain an enigmatic offset in the carbon-13 content of microbial methane from coals and conventional hydrocarbon deposits.
Real-space imaging of anisotropic charge of σ-hole by means of Kelvin probe force microscopy
利用开尔文显微镜对σ-空穴各向异性电荷进行实空间成像
作者：B. MALLADA, A. GALLARDO, M. LAMANEC, B. DE LA TORRE, V. ŠPIRKO et al.
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摘要
各向异性电荷在单个原子上的分布，如σ-空穴，可能会强烈地影响系统的材料和结构特性。然而，原子上这种各向异性电荷分布的空间分辨率是一个长期存在的实验挑战。特别是卤素原子上σ-空穴的存在，只能通过含卤素有机分子的晶体结构测定或理论计算间接证明，因而需要直接的实验可视化。
我们证明了开尔文显微镜与适当的功能化探针可以成像的各向异性电荷的σ-空穴和一氧化碳分子的四极电荷。这为表征各向异性原子电荷起决定性作用的生物和化学系统提供了一种新的方法。
Abstract
An anisotropic charge distribution on inpidual atoms, such as σ-holes, may strongly affect the material and structural properties of systems. However, the spatial resolution of such anisotropic charge distributions on an atom represents a long-standing experimental challenge. In particular, the existence of the σ-hole on halogen atoms has been demonstrated only indirectly through the determination of the crystal structures of organic molecules containing halogens or with theoretical calculations, consequently calling for its direct experimental visualization. We show that Kelvin probe force microscopy with a properly functionalized probe can image the anisotropic charge of the σ-hole and the quadrupolar charge of a carbon monoxide molecule. This opens a new way to characterize biological and chemical systems in which anisotropic atomic charges play a decisive role.
动物学 Zoology
Origins and evolution of extreme life span in Pacific Ocean rockfishes
太平洋岩鱼长寿的起源和进化
作者：SREE ROHIT RAJ KOLORA, XGREGORY L. OWENS, JUAN MANUEL VAZQUEZ , ALEXANDER STUBBS et al.
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摘要
太平洋岩鱼（石鲈属）在寿命上表现出极大的差异，其中一些种类是现存最长寿的脊椎动物。我们重组了88种岩鱼的基因组，并从这些已确认的长寿类群DNA修复通路和137个长寿相关基因中收集了这些基因。
这些基因通过胰岛素信号直接影响寿命，并通过体型和环境适应产生多效效应。对结构变异的全基因组筛选揭示了长寿物种免疫调节butyrophilin基因家族的拷贝数明显增加。
不同岩鱼生活史的进化与遗传多样性耦合，并重塑突变谱，在长寿物种中分离CpG TpG变异。这些分析强调了生命 历史 特征适应的基础上的遗传创新，以及它们如何塑造基因组多样性。
Abstract
Pacific Ocean rockfishes (genus Sebastes ) exhibit extreme variation in life span, with some species being among the most long-lived extant vertebrates. We de novo assembled the genomes of 88 rockfish species and from these identified repeated signatures of positive selection in DNA repair pathways in long-lived taxa and 137 longevity-associated genes with direct effects on life span through insulin signaling and with pleiotropic effects through size and environmental adaptations. A genome-wide screen of structural variation reveals copy number expansions in the immune modulatory butyrophilin gene family in long-lived species. The evolution of different rockfish life histories is coupled to genetic persity and reshapes the mutational spectrum driving segregating CpG TpG variants in long-lived species. These analyses highlight the genetic innovations that underlie life history trait adaptations and, in turn, how they shape genomic persity.
公共卫生 Public Health
Monetary incentives increase COVID-19 vaccinations
货币激励增加了COVID-19疫苗接种率
作者：POL CAMPOS-MERCADE, ARMANDO N. MEIER, FLORIAN H. SCHNEIDER , STEPHAN MEIER et al.
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摘要
低COVID-19疫苗接种率正在威胁公共卫生。为了提高疫苗接种率，世界各国政府都在考虑使用货币激励政策。在此，我们证实有保障的奖金对COVID-19疫苗接种的影响。我们在瑞典进行了一项大规模的预先注册随机对照试验（有8286名参与者），并将数据与全人群的行政接种记录联系起来。
我们发现，只需支付24美元（200瑞典克朗），疫苗接种率就从的基线接种率提高了个百分点（P = ）。相比之下，行为推动增加了接种疫苗的意愿，但对接种率的影响很小，在统计学上不显著。研究结果突出表明，适度的货币激励有可能提高疫苗接种率。
Abstract
The stalling of COVID-19 vaccination rates threatens public health. To increase vaccination rates, governments across the world are considering the use of monetary incentives. Here we present evidence about the effect of guaranteed payments on COVID-19 vaccination uptake. We ran a large preregistered randomized controlled trial (with 8286 participants) in Sweden and linked the data to population-wide administrative vaccination records. We found that modest monetary payments of 24 US dollars (200 Swedish kronor) increased vaccination rates by percentage points (P = ), from a baseline rate of . By contrast, behavioral nudges increased stated intentions to become vaccinated but had only small and not statistically significant impacts on vaccination rates. The results highlight the potential of modest monetary incentives to raise vaccination rates.
研究工作遵循的总的指导思想是以系统的、联系的和综合的观点把握研究工作重点，从点到面、再面到体并以循环的技术路线突出工作方向。注重文献的研究，继承前人成果，更重视通过文献对比发现问题提出新的观点，用野外实践证实或进一步修正认识。并保持宏观思维的扩张与测试野外数据的充分扣合。学术思想可概括为：
（1）将矿床纳入岩石，将含矿地质体纳入构造单元的演化，以系统的观点进行研究工作。研究思维上，具体从全球重要岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的地质分布入手，概括其成矿时空分布特征，对中国岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的类型和地质分布与全球对比，归纳中国两类重要矿床的成矿特点，在此基础上研究祁连山岩浆硫化物矿床和块状硫化物矿床的成矿特征，探索其成矿规律。
矿床作为一种具有重要使用价值的特殊岩石，它是地质作用过程中一定条件下形成的产物，一定地质构造单元在一定的构造活动过程中必然产生各种相互关联的分支作用，并在不同的地质部位形成与特定地质作用关系最为密切的矿床成矿组合。祁连山新元古代晚期—早古生代大陆裂解发生、洋盆出现、俯冲消减和构造汇聚的完整过程形成了不同的成矿响应，例如形成与大陆裂谷、岛弧裂谷和弧后扩张脊有关的块状硫化物矿床（分别以白银厂、浪里克和雪泉为代表的有色金属矿床）、与活动大陆边缘有关的矽卡岩型钨（铜、钼）矿床（以小柳沟为代表）和低温浅成热液贵金属矿床（以寒山为代表），以及与构造汇聚后前陆盆地有关的砂岩型铜矿床（以天鹿为代表），这是以一个构造演化为主线表现出来的成矿系统。按类似的完整成矿系统，在活动大陆边缘和成熟岛弧环境中，预测还应有形成斑岩型铜（钼）矿床的可能，但迄今未发现可能是无形成这种矿床的重要条件，也可能是勘查工作程度还不够而造成的，不论哪种情形成矿系统仅是一种系统观点的认识，由于不同地区和不同时代地质条件的差异，在成矿组合和成矿强度上是不同的。但从研究角度讲，可提供一种探索的思路。本书着重于特定矿床类型的研究，重点是同类矿床在不同微相中的可能成生形式的研究。
（2）将相邻构造单元的同类矿床纳入一个体系，以联系的观点进行研究工作。世界勘查成功的实例中，运用联系的观点进行成矿背景和成矿条件的研究，选取靶区找矿成功的例子是很多的，这是当今找矿勘查中运用较多的地质对比方法，是一种联系的成矿观点。例如西澳大利亚的Olympic Dam超大型铀铜矿床，就是通过与赞比亚超大型铜矿地质背景对比进行勘查成功的；还有美国地调局对美国东北部威斯康星州的苏必利湖1Ga的大陆裂谷玄武岩与俄罗斯Noril’sk和加拿大Voisey’s Bay大陆溢流玄武岩进行对比，认为同属超地幔柱作用大火成岩省的结果。龙首山地区的金川超镁铁岩可能与南祁连的拉脊山拉水峡全岩矿化的超镁铁岩属同一大规模岩浆作用认识，是本研究用联系的观点进行研究的实践。联系的观点还表现在矿床形成与基础地质研究成果的紧密结合上，运用地质历史上超大陆形成和裂解块体重塑的成果，可为开展区域找矿提供新的思路，同时矿床的发现又可作为大陆聚散的重要证据。
（3）将矿床研究与岩石学、构造地质学和地球化学等学科紧密结合，以综合的观点进行研究工作。对于与岩浆作用密切相关的金属硫化物矿床，对矿床形成的全面认识，单一的矿床学研究方法不可能取得深入的成果，这也是当代矿床学研究的发展趋势，充分汲取其他学科研究方法和成果认识，以矿床学研究为基础向综合学科方向发展。本书研究中强调对区域成矿作用的探索，特别重视综合火成岩成因岩石学、微量元素地球化学、同位素地质学和前寒武纪大陆重建、区域构造地质的最新认识成果应用，旨在试图对祁连山与岩浆作用有关的金属硫化物矿床提供一种新的研究框架，力图对前人的研究成果有所发展、补充和创新。
本书研究选取两种重要的金属矿床类型，以一个成矿带范围进行研究，主要锁定在两类矿床的区域成矿作用研究和区域找矿潜力分析上。具体采取的技术路线为：
（1）文献收集分析，提出研究重点。在前人工作的基础上，充分收集已有的文献和成果资料，在综合分析研究提出问题的基础上，进一步收集国内外最新有关文献，对比研读后选取研究的主要内容，并突出重点，作为主要研究内容。
（2）依托执行项目，针对性开展野外工作。以正在开展的项目工作为基础，精心设计野外调研内容，通过路线地质剖面、大比例尺构造-岩相填图和专门样品采集等工作方式收集野外资料，并对重要矿体的硐探和采场进行现场观察研究，进行资料综合，提出新的问题。
（3）修正认识，明晰研究思路。在野外资料综合成果与前人成果复查对比研究基础上，借鉴国内外新认识新发现，与国内外重要矿床和所在成矿区带进行对比研究，形成新的研究思路，并在进一步的野外工作中证实和完善。
（4）深化成果，完善论文研究提纲。对初步研究成果和新的认识成果撰写专门论文，以进一步深化认识，明晰总体论文框架，在修改专门论文的同时，逐步形成总体论文的目标和研究内容结构，完善论文提纲。
（5）突出重点，争取创新成果。科学研究的灵魂是创新，而创新的源泉是反复实践。在研究提纲明确后，针对研究存在的薄弱环节进一步收集资料和开展野外工作予以弥补，日臻完善研究成果。
在研究工作中特别思考了该两类大型、特大型矿床的找矿问题。进入21世纪以后，随着全球经济的快速发展，对大宗金属矿产资源的需求飞速发展，据国际铜业协会的统计，2000年全球铜消费量达到1520万吨，其中：中国达到250万吨，占到全球铜消费量的17%，目前中国已取代美国成为世界第一大铜消费国，中国铜需求年增长速度高达10%～15%，估计2004年中国铜市场可能将会出现约30万吨的供给缺口。可见中国铜矿找矿任务的艰巨。镍矿全球性价格回升，国际矿业市场镍价已达12250美元/t，镍已成为世界性的战略资源，全球寻找镍矿的热情大大高涨，目前中国大部分与镁铁-超镁铁岩有关的岩浆Cu-Ni-PGE矿床成矿带均已有外国勘探公司介入，也反映了世界矿业界对镍矿找矿的迫切需求。
世界最大的岩浆硫化镍矿床加拿大Sudbury镍矿深部找矿，Falconbridge公司从2001年起重新拟定了矿区的勘查战略，试图寻找埋深1500m左右，在矿区附近可以立即开采的新矿体。勘查中使用三维模式，利用过去井中电磁异常资料。重测了1996年施工的MAC-100号钻孔，使用UTEM Ⅳ井中EM系统。通过钻探验证在Sudbury火成杂岩体东沿的南侧，发现了新的Sudbury接触带矿化，即浸染状-稠密浸染状和块状磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿。下盘的矿化宽～20m。目前已控制推测资源量矿石460万吨，含镍、铜、金、铂、银。这是一个老矿区深部找矿的重要实例。研究区内金川矿床作为世界级的巨型岩浆硫化镍矿床同样存在进一步找矿问题，而且这一问题开始变得日益重要。按英国力拓矿业开发有限公司与甘肃省秦祁矿业公司近期签订的合作合同，双方将共同对甘肃龙首山铜镍矿进行风险勘探。英国力拓公司将运用高精度航空磁法测量，对甘肃龙首山大约2000km2的地区进行风险地质勘探，以寻找新的具有世界级别的铜、镍矿床。上述成功的勘查实例和勘查实际的需求，启发我们应积极对该地区找矿新区的开辟加大研究力度。
据报道中国铜城白银由于矿产资源枯竭，铜城风采已不再。当年折腰山、火焰山两个露天矿年出矿量达400万吨以上，可谓“日出斗金”，从1956年矿山开采到20世纪80年代中期相继闭坑，两采场共贡献铜金属量万吨，但目前白银公司累计亏损已达47亿元，资产负债率160%。寻找新的矿山，开辟新的矿区应是白银的出路之一，对北祁连山塞浦路斯型富铜矿床的研究勘查，极具理论价值和现实意义。
本书的研究工作是在以前工作的基础上，主要依托笔者参加国土资源大调查项目“中国超大型铜镍（铂族）岩浆硫化物矿床预测研究（编号200110200058）”（2001～2003）和主持国土资源部矿产资源补偿费项目“甘肃省肃南裕固族自治县雪泉铜矿普查（编号2002001）”（2002～2003）及中澳合作项目“中国青海东部拉脊山地区金川型Cu-Ni-PGE矿床找矿潜力评价研究”（2003～2004）等项目工作开展的。
“中国超大型铜镍（铂族）岩浆硫化物矿床预测研究（编号200110200058）”项目是汤中立院士集多年研究之大成，主持开展的一项全国性的铜镍矿床成矿规律及找矿预测项目，目标旨在对中国大陆背景、镁铁-超镁铁岩特征与世界上重要世界级铜镍岩浆硫化物矿床成矿环境和含矿岩石特征对比研究，预测中国形成超大型铜镍岩浆硫化物矿床的可能及其类型和地区。笔者有幸参加了这一项目。该项目研究重点是对中国大陆岩浆硫化物矿床成矿特征进行总结性研究，并重点对扬子古陆西缘峨眉玄武岩、华北古陆西南缘中小侵入体和塔里木古陆西南缘新发现镁铁-超镁铁岩侵入体的成矿潜力进行评估，同时对新疆北部准噶尔陆块（哈萨克斯坦古陆东缘）北缘（喀拉通克铜镍矿床为代表）、东南缘（黄山铜镍矿床为代表）、华北古陆东北缘（赤柏松、红旗岭等矿床）和扬子东南缘（宝坛科马提岩型岩浆镍硫化物矿床）大规模岩浆铜镍硫化物矿床的可能性进行探索。华北古陆西南缘的金川矿床是中国惟一的世界级超大型岩浆铜镍（含铂）硫化物矿床，也是世界上铜镍矿产勘查和研究者关注的地区，自该矿床发现以来基本未曾间断过地质工作，近年又有英国矿业公司在外围进行音频可控源大地电磁测深（CSAMT）探索深部隐伏侵入体，要使该矿床类型的找矿有进一步突破，首先需要认识上的进一步突破，本书就该问题进行了积极探索。扬子古陆西缘峨眉玄武岩是目前在中国境内惟一被学术界认可的由地幔柱作用形成的大火成岩省（Chung et al.，1995；Xu et al.，2001），它可为中国大火成岩省成岩浆铜镍硫化物矿床提供一个研究的场所，但目前在该地区尚未发现有大规模Cu-Ni成矿的表现。塔里木古陆西南缘新发现镁铁-超镁铁岩侵入体，在近年西昆仑矿产资源综合调查中发现了铜镍矿化的镁铁-超镁铁岩侵入体，它应是塔里木古陆边缘裂谷的产物。
“甘肃省肃南裕固族自治县雪泉铜矿普查”项目是导师夏林圻研究员指导下，笔者主持申请的勘查研究项目，旨在对该地区形成于洋壳环境的塞浦路斯型块状硫化物矿床的找矿潜力和前景做出评价，该项目本身目标的明确性，促使笔者深入对该类矿床的成矿环境、成因模式进行研究，并纳入区域地质背景中审核区域成矿强度和可能的保存方式。北祁连山块状硫化物矿床类型，勘查单位在实际工作中以往比较概略的划分为与长英质火山岩有关和与基性火山岩有关块状硫化物矿床两种类型，已有工业矿床的发现基本上都是与长英质火山岩有关的类型，例如白银厂、清水沟-白柳沟的尕大坂和郭米寺等矿床。与基性火山岩有关块状硫化物矿床，仅在东段发现有老虎山小型矿床，在西段有九个泉、错沟等小型矿床。夏林圻研究员在“八五”、“九五”连续十余年的北连山海相火山岩成因和相关矿产找矿潜力研究中，依据弧后扩张洋壳环境拉斑玄武岩残存的判别确认，预测指出与弧后扩张洋壳环境拉斑玄武岩系有关的块状硫化物矿床具有重要的找矿潜力（夏林圻等，1996）。甘肃肃南雪泉（石居里沟）铜矿的发现初步印证了这种认识，但找矿前景如何目前仍无法定论，勘查工作还在进行。深入对矿床成矿机制和最终保存样式的研究是重要的，已有的工作已展现出至少有两种成矿样式：一种是弧后扩张初期主要是中心式火山爆发-喷溢形成的火山碎屑岩和块状玄武岩中，环古火山口的原生环状和放射状裂隙交汇处形成成矿热液循环体系的喷口，形成的金属硫化物矿体延深大于延长呈板柱状，矿石矿物以黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿为主，少量闪锌矿，有时闪锌矿含量可高于黄铜矿，与成矿部位有关，以雪泉石居里沟Ⅵ号沟为代表，矿石矿物中见有斑铜矿，说明后期的进一步富集改造，因此Cu含量可达30%以上，为典型的富铜矿；另一种是弧后扩张成熟期裂隙式的火山喷溢作用形成典型的海底枕状玄武岩中，平行扩张脊或垂直扩张脊形成的裂隙构成热液循环体系的喷流系统，形成有一定延长的铜硫化物矿体呈不规则状。因此主要为弧后扩张初期和成熟期两种成矿样式。需指出的是当成矿液作用于火山岩凹地时可形成成层状矿体。
“中国青海东部拉脊山地区金川型铜-镍-铂族矿床找矿潜力评价研究”项目是西安地质矿产研究所与国际著名矿业公司西澳矿业公司（WMC）签订的一项旨在进行勘查评价可行性评估的科研工作项目，是笔者提出来的一种找矿设想，对金川铜镍矿床当时成矿条件的模拟和后期构造改造样式重塑。岩浆硫化物矿床的主要矿石类型有两类：一类是浸染状（disseminations）矿石，一般认为是就位岩浆房发生熔离形成的矿石，矿石金属含量较低，国外称为Ⅱ类矿石，不大可能形成大规模矿床；另一种是海绵陨铁状（net）矿石，是深部岩浆房或岩管（column）发生硫化物熔离（不混溶）在进入高位岩浆房位于底部成矿，国外称为Ⅰ类矿石，是大规模成矿的必要条件。金川矿床90%以上的矿石由Ⅰ类矿石组成，表明深部岩浆房有强烈熔离作用发生，并有岩浆不断补给。拉水峡矿床尽管矿体规模小，但也主要是Ⅰ类矿石，是深部岩浆房熔离作用形成的高硫化物液相贯入高位岩浆房（矿浆房）的结果，也应有大规模的岩浆作用发生才可以提供这种可能。这种大规模的岩浆作用推测与金川所指示的大规模岩浆作用可能是同一事件的表现。
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喀斯喀特弧第四纪火山活动地表和地下特征随时间的变化
限制地形和地壳结构的数据分辨率提高，为人们提供了新的定量方法，用以评估火山区省级规模的地表-地下连通性质。研究人员结合北美西部喀斯喀特弧（Cascades arc）的第四纪火山口填图数据、表面地形数据和各种地球物理数据集，探究了火山作用与下伏地壳结构之间的关系。结合火山口填图数据库，从该区的数字高程模型（DEM）中提取已知时代的火山机构，估算得出的体积可能占第四纪总喷发量的50％左右。火山机构体积和空间上火山口密度与指示上层地壳影响的各种地球物理数据联系密切。在整个岩浆弧的第四纪火山口下，地下结构变化与火山作用一致的现象很普遍，但与年轻火山口的联系更为强烈。在喀斯喀特山脉中部和南部，地球物理识别的岩浆特征增加，那里的火山喷发量最大，火山口间距很小。火山口和相关的地壳结构，以及空间上局部喷发相对于分散喷发的程度随时间变化，定义了整个弧段横向延伸约100 km的喷发中心，表明岩浆上升随时间变化而发生空间上的聚集。
原文链接：
Geology (2020) 48 (11): 1088–1093.
DOI：
（译者：唐演@CUGB）
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波罗的大陆在苏格兰的遗迹：基底地体在格林威尔造山运动期间的迁移
苏格兰加里东群岛北高地地体（NHT）内的太古宙基底被认为与劳亚大陆的前陆的刘易斯片麻杂岩有关。新的锆石U-Pb年龄表明，NHT基底显示了2823-2687Ma和1772-1655Ma岩浆作用的证据。第一组年龄与前陆太古宙片麻岩的结晶年龄相近。然而，第二个组年龄以及覆盖基底上的岩石单元的形成时间都晚于前陆内发育新生岩浆作用和沉积作用的时间，为其最年轻的主阶段之后的100–250Ma。此外，在NHT基底内没有前陆内常见的古元古代镁铁质和长英质侵入体存在的迹象。因此研究者认为，NHT与劳亚大陆的前陆缺乏对比的可行性。由于存在1100-1000 Ma的东格雷尔榴辉岩，分离前陆和NHT基底的加里东莫因逆冲断层被认为是被改造了的格伦维尔期缝合线。根据新的同位素数据，研究者认为NHT基底是波罗的大陆的碎片，在格林威尔造山运动期间侵位到劳亚大陆，是环北大西洋造山带基底地体迁移的又一实例。
原文链接：
Geology (2020) 48(11): 1094–1098.
DOI：
（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）
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加蓬的古元古代Francevillian序列以及Lomagundi-Jatuli事件
加蓬古元古代Francevillian序列在全球早期氧化的概念，以及碳同位素值大幅度正向漂移（即Lomagundi-Jatuli事件，LJE）的成因中占据着重要地位。研究人员对一个长139米的Francevillian岩芯进行了详细的研究，岩芯的碳酸盐δ 13 C（δ 13 C carb ）值为5‰-9‰，向上减小趋近于0‰，这一趋势被很多其他研究人员认为是LJE及其结束的标志。然而，本次研究发现δ 13 C carb 值的变化与沉积相的变化相一致：浅海相以强正值为特征，而较深的水域（风暴浪基面之下）为0‰左右。对于δ 13 C carb 与沉积相的相关性，最可靠的解释是，浅海环境记录了局部物理和生物化学过程的同位素效应，驱动周围环境的溶解无机碳（DIC）达到较大值，而较深相中较小值（ 0‰）与开阔海洋的DIC相近，其中δ 13 C在很大程度上不受浅水环境中发生的分馏的影响。此外，海侵氧化还原作用为含锰矿物和化学营养微生物群落的形成创造了条件。其中还包括甲烷循环群落，其有机δ 13 C（δ 13 C org ）值为 47‰，Δδ carb-org 值高达46‰。因此，Francevillian碳同位素剖面反映了盆地的特定条件，并不是全球碳循环扰动或LJE结束的前兆。
加蓬Lastoursville次盆LST12岩芯Franceville层序的沉积模式。浅水碳酸盐岩（单元I-III）的特点是真光层生产力提高，促使环境中的溶解无机碳的 13 C富集并沉积碳酸盐。随后发生海侵（单元IV-VI），盆地加深，以同位素正常的海相碳酸盐沉淀为标志，同时在风暴波基面以下的氧化还原层发育锰富集。持续的海侵导致盆地最深处沉积了富含有机质的含甲烷生物群落的泥岩。
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Geology (2020) 48(11):1099–1104.
DOI：
（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）
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砂粒跃移作用对粉砂的产生的有效性测试—对黄土解释的启示
黄土形成所需要的粉砂生成可归因于冰川系统（冰川研磨）和砂质沙漠（跃移诱发破碎）的地质过程。然而跃移作用对大量粉砂的产生的有效性还存在争议。了解沙漠中粉砂产生的潜力对于确定黄土的古气候具有至关重要的意义。为了更好评估风成磨损对粉砂的产生的重要性，该研究在一个设计用于模拟砂粒在25m/s速度的暴风中跃移的装置中进行实验性磨损。该研究与之前的工作与众不同的地方在于（1）长时间保持较高速度的测量强度，（2）清除预先存在的粉砂并设置对照组，（3）根据缩放结果来评估黄土堆积的潜力。根据一定的地质比例缩放实验获得的粉砂产生速率显示，风成磨损产生的粉砂不足以形成具有地质意义上的黄土沉积物。
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Geology(2020) 48(11): 1105–1109.
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（译者：中国地质大学（北京）地球科学与资源学院岩石学矿物学与矿床学在读硕士生徐睿）
14 太古宙和古元古代变质火山岩变质脱水作用中的金迁移
太古宙和古元古代绿岩带中的火山岩十分丰富，被认为是造山型金矿的潜在矿源。然而，金在这些岩石变质过程中的经历却鲜为人知。该研究对加拿大太古宙拉格兰德亚区和芬兰古元古代中央拉普兰绿岩带的一套变质岩石进行了金的超低检出限分析。这两个地区都有丰富的金矿资源，具有发现新的造山型金矿的巨大潜力。这些带中的变质火山岩分为拉斑玄武岩和钙碱性岩浆岩系列，其中原岩中金的含量用绿片岩相样品的金的Zr/Y幂律回归计算。在拉斑玄武岩中，金是相容元素，并随分异作用而减少；而在钙碱性岩石中，金是不相容元素，并随分异作用而增加。质量变化计算表明，在拉格朗德和中央拉普兰进行递进变质作用至形成上部角闪岩相的条件（> 550 ）期间，初始金含量损失高达77%和59%。本研究强调：第一，变质火山岩在太古宙和古元古代绿岩带变质作用中析出金，是造山型金矿床的良好潜在源岩；第二，变质火山岩的含金性受地幔源区和岩浆演化的控制；第三，变质脱挥发分模式可应用于太古宙和古元古代造山型金矿床。
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Geology (2020) 48 (11): 1110–1114.
DOI：
（译者：王天奇，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）
15
钙质超微化石将北冰洋沉积物的年代追溯到50万年以前
北冰洋中部更新世沉积物年龄波动较大，给重建古海洋学增加了相当大的不确定性。这个问题的根源在于北极海洋沉积物中记录的令人费解的磁极模式，以及缺乏能够提供校准的生物地层层位或连续的氧同位素地层图的微体化石。研究人员记录了在北冰洋中部的一个海洋沉积岩芯中发现的两个关键的钙质超微化石物种，为50万年以前的沉积物提供了有力的，并且可全球校准的年代界限。起关键作用的物种是颗石藻（Pseudoemiliania lacunosa），它们在万年间灭绝，而赫氏圆石藻（Emiliania huxleyi）则在万年间进化。这是第一次在北冰洋中部的沉积物中发现Pseudoemiliania lacunosa的化石。通过岩石地层对比，可以在北冰洋内450多公里的范围内找到含有这些年龄物种的沉积层。它们首次为北极这个区域的更新世沉积物年代学提供了明确的支撑，也为开发和测试其他用于测定北极海洋沉积物年代的地质年代学工具奠定了基础。
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Geology (2020) 48 (11): 1115–1119.
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（译者：黄永慧-中国地质大学（北京））
16
加拿大北部科迪勒拉山脉Tintina断层对岩石圈地幔的克拉通凿移的地震证据
位于加拿大西北部的加拿大北部科迪勒拉山脉（NCC）被划分为几个平行向右滑动的走滑断层，在晚白垩世和始新世之间累积了数百公里的位移。这些断层的深度范围，尤其是Tintina断裂（TF）对NCC岩石圈地幔的地壳构造组合和演化具有重要的影响意义，但是地球物理模型和地球化学数据仍然没有定论。该研究利用最新的三维纵波地震速度模型，解决了位于TF表层轨迹之下的最高地幔深度的一系列锐化的（~10km）纵波速度对比度（~4%）突变。代表了上地幔组构的地震各项异常数据显示在TF附近各向异性的方向和幅度大小发生了相似的变化。这些数据表明TF是岩石圈尺度的剪切带且在沿着TF恢复了430公里处的右侧位移后，纵波的速度快速异常与北美克拉通边缘轮廓一致。该研究认为，目前位于阿拉斯加东部的快速构造异常是Mackenzie克拉通的一块轮廓清晰的碎片，其在晚白垩世至始新世期间被TF凿穿并向西北位移。目前位于NCC南部的第二个克拉通碎片，可能与上地幔深度的Cassiar岩层有关。这些观察首次证明，大型岩石圈尺度的剪切带穿过难熔地幔，并且在世界范围内的科迪勒拉山脉内产生克拉通地幔物质的主要侧向位移的证据。
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Geology (2020) 48 (11): 1120–1125.
DOI：
（译者：袁梦）
17
金红石中纳米级微量元素团块的地球化学和地质年代学意义
金红石中的微量元素地球化学分析（例如：铅Pb，铀U，锆Zr）通常被用来获取地质事件的性质和时间。但是微量元素的迁移会影响温度和时间的厘定，且其迁移性的主控因素仍存在争论。鉴于此，研究人员使用电感耦合等离子体质谱法和原子探针层析成像表征了西澳大利亚Capricorn造山带中金红石的微米至纳米级微量元素分布。在大于20微米的尺度下，单个矿物颗粒中没有明显的微量元素分异，而且锆石谐和年龄1872 6 Ma（2σ）也没有同位素扰动的迹象。在纳米级尺度下，可以观察到20纳米的富微量元素（铝Al，铬Cr，铅Pb，钒V）团块。团块的 207 Pb/ 206 Pb比值为 （2σ），说明他们形成于结晶前，可能是区域变质作用的产物。作者认为这些团块是由于上部角闪岩相变质过程中瞬时形成的放射性破坏点捕获流体活动性元素形成的。这种捕获会影响团块中元素体扩散的活化能。团块较低的数量及密度指示了其形成时间，说明变质作用峰值温度持续时间较短，为小于10 百万年的事件。研究结果说明运用微量元素手段判断金红石中的体扩散将比假定其为均一介质时更为复杂。
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Geology (2020) 48 (11): 1126–1130.
DOI：
（译者：韩舒筠@CUGB/MQ）
18
次年稳定同位素记录揭示的南极洲西摩岛与白垩纪-古近纪界线附近两个灭绝期有关的气候变暖和季节性缺氧
碳酸盐双壳贝类高分辨率稳定同位素（δ 18 O和δ 13 C）增生的贝壳年轮年代学可以提供对了解灭绝期有用的次年环境记录，这种灭绝期通常是快速变化和不稳定的时期。该研究展示了在南极洲西摩岛白垩纪-古近纪界线（KPB）对Lahillia larseni双壳贝类的高分辨率连续采样结果。这些数据突出了δ 18 O和δ 13 C值不规则的两个灭绝期与形成化石的最后时期一致：一个是在KPB，另一个是在明显灭绝事件的15万年之前。由于表现为较低的δ 18 O值，该研究将这两个时期都解释为气候变暖的时期，并且有季节性缺氧，表现为低异常（ ‰至 ‰VPDB）的δ 13 C值和高的（2‰至19‰）的季节变化。低氧条件可能是较早灭绝事件的一种引发机制，并可能延长了KPB灭绝后的恢复时间。
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Geology (2020) 48(11):1131–1136.
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（译者：掉帧青年萧暮春@YU）
美编&校对：覃华清
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摘 要：
为了研究水岩作用对岩体劣化的影响，针对在pH值较低的溶液中试样浸泡效果不明显、浸泡时间长，且长时间浸泡对结果影响较大等问题，以三峡库区库岸边坡砂岩为研究对象，基于不同pH值的化学溶液对岩石的侵蚀作用，对岩石浸泡时间尺度问题及浸泡损伤后的强度模型展开研究。以H+物质的量为指标，运用高浓度的硫酸溶液在较短时间内对低浓度的反应速度和低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果做出模拟。同时，分析了浸泡时间周期对砂岩试样的影响，得到了砂岩腐蚀浸入深度与浸泡时间的关系。结果表明：当拟合次数达到4阶时，拟合曲线已基本和数据点重合，说明采用高浓度硫酸溶液的反应来模拟低浓度酸溶液与岩体的反应是可行的；对于较低的pH值，按小时统计的H+物质的量的变化量的变化显得缺乏规律；随着浸泡时间的增加，H+反应面由表及里逐渐深入，浸入路径也不断拉长，导致腐蚀浸入速率也逐渐放缓。砂岩的强度参数对岩石劣化损伤模型的准确性验证分析表明，预测模型能较好地反应岩体劣化后强度的变化趋势。
关键词：
劣化作用;化学溶液;浸泡;时间尺度;损伤模型;
作者简介：
周济芳(1980—),男，高级工程师，博士，主要从事水利水电和岩土工程研究。E-mail:;
基金：
国家自然科学基金资助项目(U1765206);
引用：
周济芳． 酸性溶液作用下岩石浸泡时间尺度及劣化预测模型研究［J］. 水利水电技术( 中英文) ，2021，52( 8) : 162-171.
ZHOU Jifang． Study on prediction model for rock immersion time scale and deterioration under effect of acidic solution［J］. Water Resources and Hydropower Engineering，2021，52( 8) : 162-171.
地表或地下水及其他化学溶液在运移过程中与其周围的岩体不断发生物理力学及化学作用，削弱了围岩体矿物颗粒间的黏结能力，改变了物质组成及孔隙结构，在这种长时间的水岩作用下岩体内部缺陷进一步扩大，导致岩石的物理力学性质逐渐劣化，给围岩、边坡的长期稳定性带来巨大的隐患。
近年来，国内外许多学者从化学机理上对环境对岩石浸泡损伤展开了一系列研究。KUVA等采用化学溶液对岩石进行不同时间浸泡，并结合X射线层析成像和SEM电镜扫描找出了岩石微小孔隙结构，为进一步分析岩石细微观浸泡损伤提供基础；TIWARI等利用不同溶液的流体渗透土体，得出了劣化后的土体抗剪残余强度与化学成分、塑性变形之间的关系，研究方法可为岩石试样的浸泡损伤提供参考。许多学者对岩石浸泡后的物理力学性质及响应机制也进行了大量的浸泡损伤研究,诸多成果为岩石力学的发展提供重要的研究基础。其中：傅晏、刘新荣等采用单轴、三轴压缩及电镜扫描等技术手段对酸性干湿循环的砂岩进行分析，得出酸性干湿循环作用对黏聚力c的劣化影响要大于对内摩擦角ϕ的劣化影响，此结果为边坡治理提供了理论依据；王鲁男、俞缙等通过对不同化学溶液浸泡和冻融循环处理后的粉砂岩进行物理性质与细观结构测试，得出了化学腐蚀与冻胀荷载耦合作用下粉砂岩强度的长期衰减规律，并建立了能反映出粉砂岩强度的非线性衰减特征的预测模型；王思敬等采用水-岩反应的大模式与小模式理论，解释了自然界中岩体的剧烈变形及破坏往往发生在暴雨或人类工程活动时的原因。前人通过电镜扫描和力学等方法研究了浸泡后的岩石在微观和宏观上的变化，其结果具有重要的研究价值，为岩石浸泡损伤研究提供有效手段。
在化学损伤模型研究方面，李宁等采用不同pH值溶液对钙质胶结长石砂岩进行了浸泡损伤，研究了含钙质胶结物的砂岩在酸性环境下力学性质的弱化问题，并从化学动力学的角度建立了砂岩损伤模型。霍润科等通过室内长期加速腐蚀，研究受酸腐蚀砂岩的物理化学性质，建立了酸岩反应动力学模型，为酸性环境下的工程耐久性评价提供参考。王伟等通过对损伤后的红砂岩进行三轴蠕变，基于Kelvin模型提出了考虑水化学作用的砂岩流变损伤本构模型，利用该模型很好地解释了岩石流变过程中的线性及非线性特性。邓华锋[21]根据水岩作用过程中砂岩三轴压缩应力-应变曲线的特点，分段建立了砂岩损伤本构模型，描述了不同阶段的砂岩力学性质，研究成果对库岸边坡长期变形稳定分析提供了参考。目前，尽管关于化学溶液浸泡对岩石力学特性的影响以及相关研究已有不少的成果，但大部分主要集中在化学溶液浸泡损伤对岩石力学特性影响，以及损伤本构模型的研究。而浸泡损伤的时间效应对过程与结果的干扰问题研究较少，不能全面地反映不同浓度的化学溶液浸泡的时间尺度对岩石劣化的影响，尤其是浸泡时间的长短对数据准确性的影响。
为解决pH值较低的溶液中试样浸泡效果不明显、长时间浸泡中对结果影响较大等问题，本文通过对砂岩在不同pH值的硫酸溶液浸泡下，研究较短时间内对低浓度硫酸溶液的反应速度(用H+物质的量的变化量表征)以及低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果，并验证了该方法的可行性，总结酸性溶液作用下岩石浸泡时间尺度效应，建立砂岩腐蚀浸入深度与浸泡时间的函数关系，以及砂岩浸泡损伤后一时间段内弹性模量与浸泡时间的相互关系模型，并通过砂岩的强度参数对该模型的准确性进行验证分析。
仪器
以中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RMT-150C岩石力学系统为主要平台(见 图1 ),该设备可进行单轴压缩、三轴压缩、直接剪切和间接拉伸(巴西法),过程控制均采用伺服控制，本文主要利用该平台进行单轴压缩。采用LC-pHB-1M数显pH计(如 图2 )对岩石浸泡前后的4种酸性溶液pH值进行测量，是一台由单片机控制的具有温度及pH双显示pH计，适用于工矿、研究院所的化验室取样测定水溶液的酸度(pH)值和测量电极电位(mV)值。
岩样性质和溶液制备
以三峡库区巴东部分库岸边坡采集的砂岩为研究对象，岩石试样沿同一个方向加工成54 mm 100 mm的圆柱体，岩样直径误差 mm, 端面不平整度误差 mm, 岩石较为致密，接触式胶结(颗粒含量较高，胶结物含量较低)。岩石中碎屑物主要为石英、白云石、长石、岩屑和黑云母。粒度在 mm之间，砂粒以 mm为主，属于中-细粒砂岩，其单偏光和正交偏光如 图3 所示。
为缩短时间和排除其他因素的干扰，采用pH值较低硫酸溶液进行岩石浸泡，初始溶液酸碱度分别取pH=1、2、3、4,浸泡期以1 h和12 h为周期进行测量，测量值包括溶液即时pH值和试样直径。浸泡期间以12 h为周期的主要原因为：(1)测量周期较小时，测数据相差不明显，难以对比分析出有效数据；(2)以12 h为周期的数据密度已足以反应H+物质的量随时间的变化规律。
三峡库区水岩化学作用主要是以化学溶蚀改变边坡岩石表面特征，所采用的浸泡溶液是以pH值较低的硫酸溶液，通过以消耗的H+物质的量作为换算标准，建立两者之间的对应关系，就可以利用时间尺度进行两者之间的转化，即，在消耗同样的H+物质的量的条件下，各自所需的时间。同时，浸泡可有效地缩短所需的时间，在短时间内得到覆盖pH=0 7的曲线，通过短时模拟长时，在节省时间的同时，还可有效地减少过程中的温度变化、震动扰动等外界因素对试验结果的影响，使结果更准确可靠。
量测思路
(1)列出一个相对的时间比尺。在pH=1的溶液中一天消耗氢离子物质的量为 γPH=1,在pH=4的溶液中一天消耗氢离子物质的量为 γPH=4。两者的时间比尺λ= γPH=1/ γPH=4,即岩样在pH=1的溶液中浸泡一天的反应效果，等同于岩样在pH=4的溶液中浸泡λ天的反应效果。
(2)在同一反应曲线中对比不同pH值处在不同H+物质的量的改变量，不同H+物质的量的改变量的比值即为其时间尺度比。测量时段的选择和测点数目的确定是关键。
测量时段的选择和测点数目的确定
以1 h为测量周期
如 图4 所示，每两个数据点之间的量测间隔为1 h, 采用多项式拟合。从图4可见：(1)当拟合次数达到4阶时，拟合曲线已基本和数据点重合，拟合的决定系数R2达到,该拟合可靠性很高，说明采用高浓度的酸溶液的反应来模拟低浓度酸溶液与岩体的反应是可行的；(2)对于较低的pH值，按小时统计的H+物质的量的变化量的变化显得缺乏规律，当反应物质由表及里逐渐深入，浓度较高的硫酸溶液与砂岩试样中的白云石、方解石等物质发生反应生成水，浓度较高的硫酸溶液电离后，与水形成稳定的水合H+,在短时间内导致较低pH值的H+物质的量的变化量缺乏规律。
因此，须根据实际条件来选取测量的时间段和测量周期，下面将考虑增长测量的时间段，使其他因素引起的扰动不至于掩盖在不同pH值下H+物质的量随时间的变化量的演变规律。
以12 h为测量周期
在拟合的过程中，首先去除大于0的值，根据对拟合曲线的观察，为了满足客观规律：随着pH值的升高，即在溶液中H+浓度降低的同时，H+物质的量的改变量会随之降低。
多项式拟合—数值太大，拟合时舍入误差太大，所以下面采用多项式拟合和先取对数再线性拟合(见 图5 和 图6 ),对比两者的分析效果。
由图5和图6中可知：(1)若以小时作测量周期，宜采用pH=4或pH值更高的溶液，pH= 3时的拟合曲线在对pH>5的溶液进行预测时，得到的H+物质的量的变化量与实际(已定性的规律)相反，当pH更低时，难以通过拟合来获取一条与已定性的规律相符的曲线。(2)用较高的浓度可以在较短时间内对低浓度的反应速度(用H+物质的量的变化量表征)和低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果做出模拟。浓度越接近的两种溶液模拟的效果越好，浓度相差越大的模拟时会带来一定的误差，这与反应中的其余因素扰动和这种模拟的前提假设有关。
不同pH值计算预测综合对比分析
根据上述时间尺度方法，对4种不同pH值的实测值分别求取对应pH预测值，并进行综合对比分析(见 图7 )。由图7可知：该预测方法在一定条件下是可靠合理的，pH为2、3、4时预测值和实测值吻合得较好，其中pH=4的实测值与pH=3对应的预测值两者差值仅为,即较低浓度下该方法预测的准确性很高；但pH=1时的预测值与实测值偏离较大，最大相差为,说明高浓度酸溶液下该方法预测的准确性降低。这也印证了浓度相差越大，预测偏差越大的结论。
假设在反应中产生的次生矿物黏粒不会对已有的贯通孔洞进行堵塞，从而降低反应的速度。实际反应中，这种堵塞造成的反应面减小量dS相对于较大的试件表面积S而言很小，即
所以该假定成立。通过上述内容的分析，可得出：在所取的时间段内反应速度消耗H+物质的量与时间成正比，即
式中，t表示时间；C为常数。
上述时间尺度的关系不仅能在酸溶液中应用，在做一些近似处理后，还可运用于碱溶液或其余化学试剂对岩体的浸泡中。对酸溶液而言，该方法适用于岩体在化学溶液浸泡过程中岩质劣化的主要因素是该岩体的矿物与溶液中氢离子发生反应的情况。
浸泡现象分析
试验中所采用的砂岩属于中-细粒砂岩，浸泡过程中与硫酸溶液发生反应的物质主要为方解石和白云石，反应式如下
砂岩与硫酸溶液反应后，其生成物附着在表面起到了减缓反应速度的作用，由于其反应生成物多为“孔状”和“层片状”(见 图8 和 图9 ),使得溶液仍能与内部岩体发生进一步的反应，随着反应的进行，溶液的pH值也逐渐降低，说明该反应是由表及里逐渐进行，而且反应速度是逐渐衰减的。
酸性浸泡的过程中，通常通过潜蚀作用来改变矿物颗粒之间的连接状态。某些矿物颗粒尤其是胶结物若是碳酸盐为主要成分的话，上述胶结类型将出现由填充胶结式向接触胶结式的变化或出现胶结物劣化或消失现象。若岩体矿物成分以碳酸盐为主或极易溶于水(如钙质砂岩),浸泡侵蚀之后会出现试件的整体崩塌和颗粒化，实现由岩向土的快速转化。
砂岩腐蚀浸入深度计算
试验过程中定期用游标卡尺对浸泡试样直径D进行测量，每次测量时选取3 4个测点进行量测，然后求取平均值： D为4次测量的直径和， D/4即为4次测量时段对应的腐蚀浸入深度，通过对数据的拟合分析可以发现，腐蚀浸入深度随时间的变化符合以下公式
式中，a、b为系数，是由岩石性质、温度等因素共同决定的参数，本试样取a = 、b=。
图10 为腐蚀浸入深度随时间的变化曲线，可以看出：在浸泡的初期腐蚀深度增长较快，随浸泡时间的延长，腐蚀浸入深度增长逐渐变缓。这是由于：(1)随着浸泡时间的增加溶液中H+物质的量逐渐减少，溶液pH值则逐渐增大，导致腐蚀浸入速率也逐渐放缓；(2)在化学反应结束之前，反应面由表及里逐渐深入，H+浸入路径也不断拉长，使得腐蚀浸入深度逐渐变缓。
化学损伤模型的分区
根据现象的分析，将岩体分为三个区域(见 图11 )。
脱落区
脱落区为试件表面层，侵蚀后与试件脱离(自动脱离或受轻微外力后剥离),不再充当承力骨架。假设该区域中可与氢离子反应的物质均已发生反应。
脱落的岩样体积的测定：对应单位时间的pH值测试，用游标卡尺对试件直径进行测量，测得试件直径改变量 ϕ随时间的变化规律，换算后即得到岩样脱落体积随时间的变化规律。
渐进损伤区
渐进损伤区和脱落区相邻，但其胶结物只是发生部分溶解。该区可以作为承力骨架的一部分。若试件较小，孔洞较多，与表面连通的损伤率较大，认为该试件的渐进损伤区域贯穿试件核心，试件只由脱落区和渐进损伤区两部分组成。该区域的化学损伤是渐变的，越远离反应面，损伤越小。该区域的氢离子消耗量为
式中，H0+为试件浸泡反应前用pH计测量并计算得到的溶液所含氢离子数目；Ht+为试件浸泡时间为t时，用pH计测量并计算得到的溶液所含氢离子数目。
该区域溶解的胶结物体积为
无损区
无损区域没有产生任何的化学损伤，是承力骨架的组成部分之一。若试件足够大或试件表面生成物结构致密(如灰岩试件),可阻止氢离子与内部岩体发生进一步的反应，那试件内部就可能存在一个不受酸溶液侵蚀的区域，称为无损区。
浸泡后模型弹性模量预测
岩体弹性模量与岩体组分、内部结构及所处应力状态密切相关。假设：岩石试样被视为两相物质，由岩石基质和孔隙组成；试样的弹性模量与基质承载面积成正相关性；化学腐蚀结果导致基质承载面积的减小和试样孔隙率的增加，因此试样的弹性模量会随着孔隙率的增大而变小。
定义剩余损伤模量百分比为岩石浸泡损伤前后的弹性模量相对值，即
式中，Et为砂岩损伤后的弹模；E0为砂岩未损伤的弹模。
赵阳将岩石等效为具有不同性质部分的组合体，经过理论推导，得出弹模相对值与孔隙率的关系为
式中，nρ为砂岩孔隙率砂岩试样；χ为相对弹性模量。
浸泡在有一定浓度的硫酸溶液中，溶液中H+与试样中的胶结物发生反应，导致砂岩试样的孔隙率增大；同时，随着浸泡时间的增加，砂岩试样的浸入腐蚀过程由表及里逐渐加深(见 图12 ),则腐蚀区对应的承载截面积随时间变化关系如下
式中，R(0)为砂岩试样未损伤前半径；R(t)为砂岩试样腐蚀浸入深度。
因为浸泡后试样的孔隙体积与酸液的腐蚀脱落区体积hA(t)成正比，其中h为试样高度，则有
式中，γ为一比例常数与试件高度h的乘积，通过得到的数据，采用回归方程拟合求得。
将式(8)带入式(6),得
式(15)近似表达了在硫酸溶液作用下，试样弹性模量与时间关系。
算例：对于pH=2的硫酸溶液来说，砂岩试样高度h=100 mm, R(0)=27 mm, γ=10,初始弹模E0= GPa, 求得a1= 10-6、a2= 10-4、a3= 10-5、b1= 10-5、b2= 10-3、b3= 10-4,将以上系数和浸泡时间代入式(15)计算可得相应的劣化Et值，相应的计算预测成果与实测数据比较如 图13 所示。
由图13可知：计算值普遍高于实测值，实测最终值越低，高出比例越大，这主要是由于计算公式中没有考虑水对岩体的劣化作用。但变化趋势大致相同，说明该模型具有一定的合理性和适用性。在浸泡腐蚀初期，砂岩试样强度下降较快，随着浸泡时间的延长，砂岩强度逐渐保持稳定。
5 结 论
(1)提出利用H+物质的量的变化量表征岩体化学反应时间尺度的量测方法，并验证了用较高的浓度可以在较短时间内对低浓度的反应速度和低浓度溶液在较长时间内的化学侵蚀效果做出模拟的可行性。
(2)通过时间尺度λ= γPH=1/ γPH=4的方法，对不同浓度的溶液进行相互预测，对比分析预测值和实测值得出：浓度越接近的两种溶液模拟的效果越好，相差越大的模拟时会带来一定的误差，这与反应中的其余因素扰动和这种模拟的前提假设有关。
(3)对浸泡后砂岩表面的形态进行分析，指出砂岩与硫酸溶液的反应生成物多为“孔状”和“层片状”结构，其生成物附着在表面可起到了减缓反应速度的作用，为岩样化学损伤中反应分区和方程式的建立提供依据。
(4)对损伤后的岩样进行了分区—脱落区、渐进损伤区和无损区，建立了浸泡后弹性模量预测模型，通过预测模型计算分析得出：在浸泡腐蚀初期，砂岩试样强度下降较快，随着浸泡时间的延长，砂岩强度逐渐保持稳定。
水利水电技术（中英文）
水利部《水利水电技术（中英文）》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文核心期刊，面向国内外公开发行。本刊以介绍我国水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护，以及水利水电工程的勘测、设计、施工、运行管理和科学研究等方面的技术经验为主，同时也报道国外的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工建筑、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水环境与水生态、运行管理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利规划、防汛抗旱、建设管理、新能源、城市水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。
据2015年10月研究所官网显示，研究所设有2个二级学科博士、3个硕士研究生培养点，并设有1个博士后流动站。 二级学科博士点：岩土工程、工程力学二级学科硕士点：工程力学、防灾减灾工程及防护工程、建筑与土木工程与控制工程博士后流动站：土木工程学科方向：智能岩石力学、特殊土力学、计算岩石力学、施工过程力学、流变力学、土动力学、地质灾害与3S技术研究、环境地质与力学、地下工程、边坡工程、岩体工程动力响应、土体相互作用、路基工程、数字钻孔摄像技术、二氧化碳地中隔离、非连续介质力学与工程、环境土力学与工程、海洋工程地质 自1981年恢复招生以来，共招收研究生500余名，已毕业300余人（博士生近180人），在读研究生180名（博士生97人）。多年来，研究生的一次性就业率始终为100%（以上统计数据截止在2009年9月）。 研究所结合学科目标,推行研究助理（RA）和教学助理（TA）、管理助理（MA）制度。与此同时，研究加强与中国国内外著名大学和科研机构的交流与合作，面向海外及港澳台地区招生，推进多种方式的联合培养。研究所计划每年招收博士研究生27人，硕士研究生25人。 根据科发人教字[2004]313号文《关于公布首届中国科学院优秀博士学位论文评审结果的通知》，武汉岩土力学所盛谦的博士学位论文《深挖岩质边坡开挖扰动区与工程岩体力学性状研究》被评为中国科学院首届50篇优秀论文之一。 截至2009年7月，该所参加湖北省优秀硕士学位论文评选，已有5篇论文获奖。在2006年优秀硕士学位论文中，该所有2篇论文获奖，分别是：由杨春和研究员指导的2005届硕士毕业生殷黎明，论文题目是“深部岩体渗透张量计算分析及应力渗流耦合的试验研究”；任伟中副研究员指导的2005届硕士毕业生陈浩，论文题目是“双层反翘型滑坡变形破坏力学模型的建立”。
悬索桥具有重量轻、用料省等优点，其中地锚式悬索桥已成为世界桥梁行业发展趋势。中国科学院武汉岩土力学研究所科研工作者们通过研究成功揭示了隧道锚工作机理，为山区类似工程的设计提供支撑。
据介绍，地锚式悬索桥可以最大限度地发挥地基承载力，成本可控。地锚主要有岩锚、隧道锚和重力锚等3类形式，岩锚对地层要求最高，隧道锚次之，重力锚要求最低。相对于重力式，隧道锚能较好地利用锚址区的地质条件，具有环境扰动小、工程量少、投资低等特点，在保护自然环境和提高工程建设效率等方面具有明显优势。
当前，从世界范围看，地锚式悬索桥作为大跨度和超大跨度条件下的公路桥梁选型较为普遍。因此，开展隧道锚－围岩联合承载的力学特性及破坏机制研究，完善隧道锚相关设计理论，具有重大的战略意义、学术价值和工程应用价值。
这一研究将为山区类似工程的设计提供支撑，系列研究成果已在《岩土力学》等行业权威期刊上刊发。
连续调查与不连续调查的划分依据是（调查登记的时间是否连续）~~~所谓连续性调查是指，时间不间断性调查
属于媒介研究是传播媒介研究的发展历程。包括三个阶段。第一阶段开始于本世纪初，至30年代后期。在这一阶段，传播媒介被看作具有影响传播对象行为和信仰的巨大力量。法兰克福学派在这一阶段里做出了巨大贡献。这个学派主要由一群反对希特勒的德国知识分子组成，他们看到传播媒介对纳粹分子上台起了决定性的作用。他们被迫离开德国后，定居美国。其观点与“注射”模式相似。特别是，他们认为美国的大众传播媒介正在把个人变成“群众”，摧毁了文化。时间上是连续的，所以属于连续性调查。媒介研究通常被分为三个研究领域，这也是本书所用的分类模式:文本、机构和受众。全书系统地介绍了媒介研究领域的分类、主要概念、核心问题、研究切入点等，为初学者提供了进入这个学术领域并能够利用专业的概念和思路参与讨论的基础知识。
按调查登记的时间是否连续，统计调查可分为连续调查和不连续调查。举例：1、对2006年大学毕业生分配状况的调查2、按旬上报钢铁生产量。
连续调查与不连续调查的划分依据是（调查登记的时间是否连续）时间连续的调查就是连续调查例如公司按旬上报钢铁生产量就是连续调查
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1. 论题的背景及意义
例：...研究有利于全面...的特点，可以丰富现...的研究。
这一...研究可以弥补......研究的不足，深化与之密切相关......的研究......研究。
......角度进行研究，运用相关的......理论分析...问题，突破传统的......的角度去研......的模式，使......的研究能从一个新的角度获得解决方法。
2. 国内外研究现状
例：......在国际的研究现状；......国内的研究现状。
文献评述（把上面的国内外的研究现状总结一下即可）
3. 研究目标、研究内容和拟解决的问题
A研究目标与内容
例：
本文拟......分析......分析两部分。首先对......情况重新审视，深入分析......，然后与其相关的......进行异同比较，最后归纳......的类型，并得......启示。本文的研究重点是.....情况
B拟解决的问题
例：
根据对......的现有研究成果，在全面考察的......情况下，结合......综合考虑......因素，以确定......
绘制相应的......模型后，通过实验结论证实其......的有效性和合理性。
4. 研究方法
例：
文献研究法：通过图书馆、互联网、电子资源数据库等途径查阅大量文献，理解......等相关知识，理清......的发展脉络及研究现状，槐早搏学习......有关理论，获取......等相关数据信息，为设计......提供思路和参照。
实验铅祥研究法：通过设计......选取......，进行数据分析，考察.......。
统计分析法：运用......数据分析软件，采用人工操作和计算机统计向结合的方法，进行定性与定量分析。经过人工和计算机校对筛选睁戚出所有合乎要求的信息，在定量研究的基础上进行定性分析。
5. 创新之处和预期成果
例：
通过与现......技术的结合，使用......软件设计模型，......运用到......方面提供新的视角。
6. 进度计划（根据自己院校修改相应时间即可）
例：
2020年10月中旬-2020年11月底确定论文选题，完成开题报告及答辩。
2020年12月初-2021年1月底撰写论文大纲完成论文前X章
2021年2月初-2021年2月底撰写论文后X章，完成初稿。
2021年3月初-20213月底交导师审批修改，完成二稿。
2021年4月初-2021年4月底进一步修改格式，完成三稿。
2021年5月初-2021年5月中旬查重定稿，装订成册及论文答辩准备。
7. 已取得的研究工作成绩
例：
已积累了一定的相关文献，初步研读了其中的大部分文献，并将其分类以方便日后查阅参考，基本完成了本研究的准备工作。
8. 已具备的研究条件、尚缺少的研究条件和拟解决的途径
已具备的研究条件
例：
已经查阅到相关的论文和著作，并且研读了其的大部分文献，理清了论文的基本思路。
尚缺少的研究条件
例：
由......的使用权限有限，使得搜集到......不多，关......的搜集比较困难。
对......的理论知识的掌握还不够，自己......理论素养还不够深厚。
拟解决的途径
例：
利用图书馆的文献传递功能，向其他高校图书馆求助，同时向老师和前辈寻求帮助
一、写开题报告之前的准备
1.明白开题报告的含义与作用：开题报告是在学位论文研究课题确定之后对课题进行的论证和设计，阐述这个课题有什么价值、应该怎样进行研究，提出研究方案，以保证整个研究工作有条不紊地进行。
2.开展充分的调查研究工作：开题报告不是凭空写出来的，动笔写之前要做到大量的工作，包括广泛地阅读文献。
3.认清开题活动的作用：开题活动是集思广益的学术交流，其作用是从同行那里获取更多有益的帮助。
二、开题报告的编写提纲
1.科学问题：开题报告总有一个准确、规范、简洁的题目。紧接着这个题目，就必须说明，本课题要做什么研究，即开题报告要开门见山地说明本研究的科学问题。
2.立题依据：包括学术上的理论依据和社会实践中的现实需求。就题目、科学问题涉及的相应方面，阐述、分析国内外的相关研究现状、取得的成就、存在的不足。
3.研究目标和目的意义：说清楚通过本课题研究，解决所提出的科学问题的全部，或者部分。要求简洁、明确。几句话就可以，避免啰嗦。
4.研究的内容：包括两个侧面。一是要写清楚开展哪几方面的研究，在每个方面下面还可以写出更细致的次一级内容;二是拟解决关键问题，关键问题是前述几个方面中的某个或者贯穿其中的什么，解决了关键问题，整个课题研究就迎刃而解。
三、编写开题报告
1.遵循既定的格式要求撰写。不再赘述。
2.使用规范的学术语言：尽量使用学术术语，行文逻辑要清晰，使用字体要统一。
3.使用必要的图、表：用图(照片)、表来直观、翔实地表达观点，图(照片)、表要有连续的编号。如果是引用他人的图(照片)、表，一定要在引用的地方标注来源。
4.提交两个文本：详细论述的打印(Word)文本和用于演讲的PPT文本。PPT文本是在打印文本基础上精简的，要求图多、字少，色彩鲜艳，布局朴实。
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按照自己内容的研究方向和进度写，具体如下：
20xx-3-01~20xx-3-19：确定论文方向，写出开题报告。
20xx-3-22~20xx-3-26：实习准备工作，搜集相关资料。
20xx-3-29~20xx-4-04：完成论文第一章。
20xx-4-05~20xx-4-18：完成论文第二章。
20xx-4-19~20xx-5-02：完成论文第三章。
20xx-5-02~20xx-5-09：完成论文第四、五章。
20xx-5-10~20xx-5-16：检查修改完成一次论文初稿。
20xx-5-17~20xx-5-29：根据指导老师的讲评及意见，修改并提交二次论文草稿。
20xx-5-30~20xx-5-31：讲评第二次论文草稿、集中解决有关论文漏洞问题并及时修改 20xx-6-01~20xx-6-11：基本完成论文大纲要求，论文成型，指导老师讲评修改并定稿 20xx-6-12~20xx-6-18：整理打印论文、装订论文。
20xx-6-19~20xx-6-30：准备参加答辩。
毕业论文开题报告内容：
一、制作开题报告封面。
每个学校提供的格式可能不一样，一般包括学校标记、论文题目、指导老师、学生姓名、学号、专业、学院、完成时间等信息。
二、介绍课程来源。
课题来源主要有导师提供，学生自选，科研项目等等。这个并不重要，实在不知道怎么写，可以写学校自主命题。
三、说明选题的背景及意义。
这其实是开题报告中最重要的部分，也是学生最应该花时间去思考的。这部分主要说明为什么要研究、研究它有什么价值。而写开题报告的目的，其实就是要请导师来评判自己这个选题有没有研究价值、是否适合研究。
四、说明文献综述。
有些学校要求写文献综述，有些学校只要求写国内外研究现状。其实就是说说别人已经做了什么，是对参考文献的高度概括和综合阐述。写作思路包括简要介绍自己的研究课题是关于什么问题的。
国内、国外的专家学者们已经就相关课题取了哪些成果、还存在哪些问题；自己的课题的必要性及价值，可以解决上述提到的问题。