贵州碳酸盐岩风化壳形成地球化学过程、对比及年代学研究Geochemical Processes, Comparison and Dating for the Weathering Crusts in Karst Regions of Guizhou Province

由于缺乏相应的沉积地层，贵州新生代地质、环境演化恢复一直是学术界的难点问题。夷平面研究的兴起，为陆地地壳抬升、地貌演变等反演提供了理论基础，而风化壳正是夷平面研究的重要替代对象，尤其是对各类沉积地层不发育的地区。因而，贵州高原各级台地上发育有较为广泛的红色风化壳自然地、就成了主要研究载体。然而一与其它岩类不同，碳酸盐岩风化成土作用过程研究并没有得到同等重视，其研究范围和程度均很不充分。显然，要想利用碳酸盐岩风化壳进行夷平面等地质、地貌意义研究，就必需详细了解贵州或中国南方碳酸盐岩风化成土的基本过程。也只有如此，才能明确各种对比指标的使用条件和范围，才能明确各种测年结果的具体意义，才能真正地通过贵州碳酸盐岩风化壳获取全省地质、环境演化信息。本论文通过对贵州省岩溶台地碳酸盐岩石灰土、红色风化壳剖面形成地球化学过程的剖析，开展石灰土与红色风化壳之间的关联和差异性综合对比、红色风化壳之间发育程度的比较，以及风化壳剖面尝试性的侧年等方面研究，取得了以下儿点认识：1、石灰土形成地球化学过程及对比通过矿物组成、粒度分布特征、地球化学方法判别，确定了本文所选石灰土剖面物质来源于下伏碳酸盐岩中的酸不溶物，是碳酸盐岩风化后酸不溶物原地残余堆积的结果。石灰土形成的地球化学过程都遵循碳酸盐岩风化成土之两阶段模式：母岩－酸不溶物，大量可溶性物质Ca、Mg、Mn、P、Na淋失，而Si、K·Fe、Al、Ti则相对富集。该过程的矿物组成变化表现为，伴随碳酸盐矿物（方解石、白云石等）的溶解、迁移，硅酸盐相矿物（长石、2:1型粘土矿物等）残余、累积。酸不溶物，土层或土层的演化，K、Si（长石、伊利石）不断淋失，而Al（伊利石、高岭石、三水铝石）、Fe（针铁矿、赤铁矿等）逐渐富集，体现出脱硅、富铝（铁）过程。我们强调碳酸盐岩风化成土分为两个阶段，但也认识到风化作用是综合的、复杂的：在碳酸盐矿物大量淋失过程中，同时也进行着酸不溶物的风化。石灰土分为原生和次生两种成因类型。原生石灰土的风化程度总体较低，剖面中还残留一定量的CaCO3，剖面从下到上矿物组成、地球化学各种指标具有逐渐演化的过渡特征。原生石灰上土层演化过程显示出正风化序列，从下到上风化程度逐渐增大、可溶性物质逐渐减少、稳定和相对稳定组分（Al、Fe．、REE）含量不断增大。另外，主量元素的质量迁移系数在剖面中的变化与风化程度呈明显的相关性。而次生石灰土不但具有很高的风化程度，而且剖面无过渡特征，显示可能是由遭受强烈风化作用的物质直接转变形成的。剖面中也含有一定量后期加入的碳酸盐，但与高CIA值特征不相匹配；SiO2、Al2O3、Fe2O3组分具有不同的变化特征，与）成化程度无明显关联；REE在剖面岩一上界面出现富集层。2、碳酸盐岩红色风化壳形成地球化学过程及其与石灰土的对比红色风化壳形成的地球化学过程也遵循碳酸盐岩风化成土之两阶段模式：母岩一酸不溶物，大量可溶性物质Ca、Mg、Mn、P、Na淋失，而Si、K、Fe、Al、Ti则相对富集。该过程的矿物组成变化表现为，伴随碳酸盐矿物（方解石、白云石等）的溶解、迁移，硅酸盆相矿物（长石、2:1型粘土矿物等）残余、累积。酸不济物一土层或上层的演化，K、Si（长石、伊利石）不断淋失，而Al（伊利石、高岭石、三水铝石）、Fe（针铁矿、赤铁矿等）逐渐富集，体现出脱硅、富铝（铁）过程。石灰土与红色风化壳之间既存在共性，又有一定的差异性。红色风化壳与原生石灰土一样都具有过渡特征，但后者仅在剖面下部出现一定的过渡层位；原生石灰士的城化程度远低于红色风化壳，仅与后者底部土层相当；原生石灰土不具有红色风化壳之岩-土REE（超常）富集层。总体上，原生石灰土可以作为红色风化壳的前身。次生石灰土与红色风化壳在矿物组成、风化程度等各种地球化学指标等都十分接近（略低），显示与红色风化壳之间存在某种关联：由红色风化壳物质直接转变，或由酸不溶物已强烈风化的（白云岩）岩粉、碎裂岩风化形成。3、碳酸盐岩风化成土母岩差异性碳酸盐岩风化成土存在母岩差异性，石灰土母岩差异性较为明显，而红色风化壳的母岩差异性较弱，体现出红色风化壳的均一化特征。石灰土母岩差异性体现为：母岩为灰岩的石灰土剖面主量元素含量变化特征较为一致，而白云岩则具有不同的变化；灰岩石灰土Fe3＋、Al具有不同的富集、亏损特征，且具有富集层的补偿亏损层，而白云岩石灰上两组分都呈现无补偿层位的相同富集态势；灰岩石灰土剖面出现负Eu异常和具以Gd为中心的倒“V”型MREE稀土富集特征（母岩标准化），而白云岩石灰土无明显Eu异常和具L既E或HREE稀士．富集特征；灰岩和白云岩石灰土的微量元素富集、亏损特征也有所不同，前者从上到下逐渐富集，而后者无明显变化趋势。红色风化壳形成的基本过程、主量元素地球化学行为无明显的母岩相关性，没有如石灰土剖面灰岩和白云岩之间存在的差异性，显示出红土化作用的均一化过程；微量元素中受重矿物影响的元素与母岩类型有一定的关联，但大多数元素的亏损、富集等与具体剖面的微环境关系密切。4、碳酸盐岩红色风化壳发育程度的对比及意义多利指标对比显示所选红色风化壳的风化程度有一定的强弱差别：平坝剖面＞湖潮剖面＞天龙剖面、大兴剖面＞花溪剖面、新蒲剖面，但这种差异性不足以否定各剖面隶属于贵州山盆期广泛夷平面的基本推测。各剖面之间的微弱差异是红色风化壳形成时纬度分带和垂向分带的体现。低纬度的平坝、湖潮、天龙剖面经历的风化作用强于高纬度的新蒲、大兴剖面；高海拔的新蒲剖面风化程度低于海拔低的大兴剖面。5、红色风化壳次生石英裂变径迹测年红色风化壳次生石英裂变径迹方法测年尝试，得到一定的结果和认识：晶形相对较好的石英，是次生的，与母岩中碎屑及成岩阶段没有关联；各剖面上部与中、下部次生石英的诱发裂变径迹的密度有着明显的区别，可能暗示它们的形成环境不同；名一剖面石英的形成或退火年龄分布较为分散，1.2-25.2Ma，同一剖面的石英年龄也不均一，变化较大；从下到上，年龄值呈现出逐渐减小的规律性，与风化作用的正常序列相反。如果能确切其成因，次生石英裂变径迹年代学研究将是确定风化壳形成时代及揭示主要风化作用信，却钩有利武器。

Impacts of Choerospondias axillaris growth on acidity of Udic Ferrosols in subtropical China

Changes in acidity of Udic Ferrosols, caused by growth of Choerospondias axillaris (Roxb.) Burtt et Hill, in comparison to wild grass, were investigated for pH distribution in the soil profile, exchangeable acidity, and cation status in the soil leachate of a simulated leaching experiment. Soils were sampled in profiles at 5 cm intervals to a depth of 100 cm. In the 1.5-60 cm layer the soils with 10-year old C. axillaris had significantly lower pH (P < 0.05), with the largest difference being 0.41: and in the 25-75 cm soil depths, especially in the 30-55 cm layer, the soils had a significantly higher exchangeable acidity, ranging 1.93 to 3.02 cmol(c) kg(-1). There was also higher aluminum, potassium, and sodium contents in the soil leachate under C. axillaris than with wild grasses. This suggested that the growth of C. axillaris accelerated acidification of Udic Ferrosols and promoted soil clay mineral weathering.

基于物理的植物叶子形态变化过程仿真造型

文中提供了一种对植物叶子造型的新方法,可以非常真实地展现叶子在干枯、老化过程中几何形态的变化.基于植物学和物理原理,文中引入了双层结构模型表达叶子的力学结构,很好地模拟了不同种类植物叶子形状的多样性.文中首先分析了叶子形状变化的原因,即在叶子枯萎过程中,叶肉和叶脉由于各自不同的组织结构,导致了收缩比例不同,从而在物理模拟中,通过建立关于叶子基本结构的双层质点-弹簧模型,并对上下两层的不同参数的合理设置,很好地表现了叶肉和叶脉的不同力学特性.双层模型的相互作用,决定了叶子最终变形的方式和效果,由此可以得到非常接近真实树叶的各种叶子形态.

植物老化过程模拟研究

植物老化过程模拟包括物体表观采集技术是如今计算机图形学的热点研究内容，它在理论研究以及实际应用两方面都具有重要意义。本文对此领域中的问题进行了深入研究与探讨，取得了一定的研究成果。 植物的老化模拟和真实感绘制技术一直是图形学中一个富有挑战性的问题，它对于让计算机中真实表现自然物体和场景起着不可或缺的作用。随着研究与应用的深入，植物的真实感仿真程度越来越成为研究者关注的重点。人们力图从几何形状和表观纹理等多方面提高虚拟植物的真实感，以满足应用的要求。本文即针对植物老化过程的模拟方法进行了研究，提出了基于物理模拟的叶子构型，完全老化空间方法，以及合成叶子表观等方面的一系列解决方法。这些方法与技术为自然场景中植物的真实绘制创造了条件，具有很强的实用价值。本文在植物模拟方面的主要工作与贡献如下：  提出一种基于物理模拟的叶子动态构型方法。该方法采用质点弹簧模型来表示叶子的物理结构，本文基于植物学和物理原理，在这里引入了双层结构模型表达叶子的力学结构，很好地模拟了不同种类植物叶子形状的多样性。通过分析叶子形状变化的原因，即在叶子枯萎过程中，叶肉和叶脉由于各自不同的组织结构，导致了收缩比例不同。从而在物理模拟中，建立关于叶子基本结构的双层质点－弹簧模型，并对上下两层的不同参数的合理设置，很好地表现了叶肉和叶脉的不同力学特性。 双层模型的相互作用，决定了叶子的最终变形方式和效果，由此可以得到非常接近真实树叶的各种叶子形态。  提出“完全老化空间”和“老化度”的概念，用来模拟变化过程中的植物表观。该概念的可以非常真实地展现叶子秋季在干枯、老化过程中多种纹理、表观属性的变化。在生成叶子纹理的过程中，有别于以往基于单一材质样本的表观合成技术，本文采集了大量不同叶子样本表面的双向反射分布函数BRDF和双向透射分布函数BTDF，最终从这些数据中得到叶子衰老过程在老化空间中的表达式和完全分布图。结合植物学知识和所得到的老化空间中表达式和分布图，可以很好地指导合成各个季节中不同衰老程度叶子的表观纹理，并能外插合成采样范围之外的叶子纹理样式。本文在生成多种不同种类和衰老程度的植物叶子的过程中验证了这种方法的有效性，得到大量非常接近真实树叶的各种叶子表观和纹理.  提出一种基于随机过程的方法，对一类特征相似的叶子进行模拟，产生大量特征相似但细节不同的叶子模型。这种方法主要是通过基于特征值提取的数学方法来，随机地生成大量几何细节上不同，但主体特征相似的叶子。具体算法主要由二维流型上的拉普拉斯算子特征函数来完成。通过这种方法，可以快速生成几何细节上略有区别的同类叶子模型，大大提高了模型生成和构造的速度，从而使得本文可以生成大量不同的植物叶子。 表观采集技术是为了更加真实地对物体进行绘制而产生的技术。近年来，表观采集技术和表达方法逐渐的成为真实感绘制研究的主要问题，并获得了很大发展，它在高度真实感复杂场景绘制、虚拟现实、科学计算可视化等诸多领域都具有重要应用价值。本文针对基于BRDF和BTDF表达的表观和采样技术及其在实验应用设备进行了研究，主要贡献包括：  提出一种物体表面表观采集设备及其数据采集、处理方法。设备包括：光源移动平台、线性光源、均匀白色面光源、图像采集相机和控制/数据接收单元；通过采集的反射图像序列和透射图像，并对数据进行处理得到物体的双向反射分布函数BRDF数据和双向透射分布函数BTDF数据。本文的方法和设备成本低廉且精度高，而且能够同时采集物体表面的双向反射分布函数BRDF和双向透射分布函数BTDF，具有采集速度快、数据密度大等特点。