北极冰下自主/遥控水下机器人导航与轨迹跟踪研究

将水下机器人用于极地科考，可以通过其携带的多种传感器和设备进行大范围、长时间的冰下观测作业，并取得重要的极地科考资料，如冰下水纹，海冰厚度等。而这些观测数据必须与准确的浮冰位置信息相结合才有实用价值，但北极高纬度特性和长期覆盖的大范围海冰使得一些传统水下机器人导航技术难以有效实施，所以需要研究一种能在北极冰下具有良好性能和高可靠性的导航系统。同时，对北极海冰进行的一系列科学考察，需要载体能够沿着浮冰上预定轨迹航行，但由于海流等外界影响的存在，浮冰处于实时运动中，所以要顺利完成科考任务，必须有相应的轨迹跟踪算法作为支撑。 本文正是针对以上这两点需求，在充分考虑环境特殊性的情况下，研究了水下机器人在北极冰下的导航与轨迹跟踪问题，提出了基于GPS测向仪冰面修正的水下机器人自主导航技术和基于制导控制器的浮冰轨迹跟踪方法，并进行了仿真和实物测试，试验结果表明本文所研究的导航设计方案和浮冰轨迹跟踪方法合理，可以达到北极冰下科考的定位精度和作业要求。 主要工作包括：（1）ARV导航系统设计。详细研究了各导航传感器的输出信息；坐标系定义、坐标变换、相对于浮冰的航位推算以及绝对坐标的求解；最后详细研究了整个冰下导航系统。（2）ARV导航系统误差分析。首先对各传感器的误差进行了详细分析；接着通过分析整个导航算法，建立了浮冰坐标系下ARV位置误差传递方程；最后通过引入具体传感器的参数指标，数值计算了整个导航系统的精度。（3）浮冰轨迹跟踪系统设计。首先对水下机器人在冰下的航迹进行了描述；接着分析了两种冰下制导控制器，视线法制导和横向轨迹误差法制导；最后详细研究了整个ARV航迹控制系统。（4）浮冰轨迹跟踪算法仿真。详细讨论了北极“ARV”的水平面动力学模型。并结合模型对浮冰轨迹跟踪算法进行了Matlab和视景仿真，验证了算法的合理性。（5）湖试和海试结果分析。通过对ARV棋盘山湖试和北极冰下海试数据分析，定量说明了导航误差和轨迹跟踪性能。

空中目标的识别方法

本文的工作是为实时电视跟踪系统探讨一种以飞机为主的空中目标的识别方法。本文的全部工作主要分以下几个方面：1．特征抽取与特征选择：本文采用飞机轮廓线的Fourier描述子的归一化幅值序列为其特征，同时引入其它几个特征，并利用有限K－L变换作特征选择。2．两类目标的识别：因为飞机在不同视角下的图象差别较大，本文利用跟踪系统能够得到的关于飞机的位置与运动信息，求得飞机的视角，而在不同的视角范围内解决其分类问题。本文利用使损失函数最小化的方法求得两类间的决策超平面。3．多类目标的识别：本文提出一种只通过解决两类文题而求得多类目标的线性判决函数的新方法。本文的大部结论已在具有图象显示设备的PDP－11/23计算机上用FANTRAN－77语言得以实现。本文的后部将给出一些图表以示分类器训练结果。

三相机立体视觉

作为计算机视觉当前研究的一个热点，作为被动式测距法的一个典型，三相机立体视差法不仅有着广阔的应用前景，而且在揭示人类视觉机理方面有着很大的理论研究价值，但因其匹配速度慢而一直没有得到广泛的应用。本文对该方法作了全面深入的研究。旨在寻求一种快速有效的匹配方法。事实上，在该方法的实施过程中，真正费时的不在匹配本身，而在预处理。故在工作中对边缘抽取及拟合花费了很大的精力。并在以下三方面有自已的独到之处：（1）基于边缘的峰值特性，提出了一种简单的快速细化方法；（2）在Hough变换边缘检测中，将边缘的梯度方向信息结合进去，使变换速度得到惊人的提高（20～30倍）；（3）在最小二乘方误差拟合边缘检测中，为提高边缘跟踪速度，提出一种固定增量搜索法。另外，在匹配过程中，基于图象结构的相似性提出一种结构模板匹配法，用经进一步提高匹配的可靠性。总之，本文在提高速度方面作了很大的努力，并尽可能提高处理效果，快速有效是本文的宗旨。

面向CIMS的专用仿真语言SIMAN－C的图形输入与动画输出

本题目的主要研究内容是在微机图形工作站上实现CIMS专用仿真语言SIMAN_C 的交互图形输入和动画输出，为此作者进行了大量的软件开发工作，全部软件用C语言和汇编语言写成。具体分成以下几个部分：1). 分析、掌握了 AGC高级图形控制板的功能，并对具图形功能进行了大量的二次开发。2). 完成了基于双屏幕工作的，在大屏幕上实现以键盘控制为主的二维图形屏幕编辑系统，完成了专用的图形库及管理系统。 3). 完成了 CIMS 布向的大屏幕编辑系统，并将完成的系统布向建入数据库中。4). 完成 CIMS 仿真结果在大屏幕上的动画输出，同时也提供仿真结果的数值输出。本文的研究较好地解决了纯数字仿真的单调性和枯噪性，为 CIMS 仿真的地一步研究打下了良好的基础。

激光金属沉积成形过程热行为的研究

激光金属直接快速成形技术是在80年代末期出现的快速原型技术（Rapid Phototyping, RP）基础上结合同步同轴送料激光熔敷（On-axis Laser Cladding）技术发展起来的一项先进制造技术。它涉及机械、激光、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数字控制（CNC）、材料科学等领域的关键技术。它突破了传统快速成形工艺方法和成形材料的局限，是目前快速成形诸多方法中研究最多、最有发展前途的新型制造技术。它基于材料累加思想，能够在无需任何刀具和模具的情况下由CAD模型直接驱动沉积成形金属零件，从而大大缩短了新产品的研发周期并节省了大量的资源。中国科学院沈阳自动化研究所开展了该技术的研究，并研制开发了激光金属沉积成形系统（Laser Metal Deposition Shaping, LMDS）。本文介绍了金属零件激光直接快速成形技术的原理和特点，分析了当前金属零件激光快速成形过程数值模拟研究的热点和发展趋势。结合激光金属沉积成形系统的研究需要和遇到的实际问题，阐述了激光、金属粉末和基板三者之间的相互作用，利用有限元的方法数值模拟了各种影响成形精度和效率的因素对激光金属沉积成形系统过程热行为的影响，包括不同扫描方式、不同基板预热温度等，并利用激光金属沉积成形系统系统进行了验证。具体的研究内容如下： 1. 阐述了激光与金属粉末之间的相互作用。激光快速成形过程中，高功率激光束与基板金属交互作用产生熔池，同步送入的金属粉末在熔池内被迅速熔化然后迅速凝固。熔池内的冶金动力学过程包括传热、传质、对流及气-液界面冶金反应和固-液界面扩散等与工艺质量的好坏密切相关，直接影响成形零件内气体和夹渣物的吸收、聚集和逸出，进而影响成形零件的微观组织、成分变化及其它物理冶金性能。基于熔池内传质、传热及流动对成形层的组织和性能的决定性作用，建立了激光金属沉积成形过程的数学模型和有限元模型。 2. 利用有限元分析中的“单元生死”技术，通过APDL语言编程建立了激光金属沉积成形系统过程三维多道多层的数值模拟模型，得到了激光金属沉积成形系统过程中试样和基板内的温度、温度梯度以及热应力分布规律。 3. 研究了沿长边平行往复扫描、沿短边平行往复扫描以及层间正交变向平行往复扫描等不同扫描方式对激光金属沉积成形系统过程热行为的影响，得到了不同扫描方式下试样和基板的温度、温度梯度和热应力变化规律，并结合快速凝固理论对这一过程中出现的现象进行解释。 4. 为了实现基板的预热，根据热传导理论自主设计开发了用于激光金属沉积成形系统过程的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能PID控制器以及计算机串口温度检测和反馈控制等部分组成，具有结构简单、功能完善、可靠性高等特点。它既可以通过智能PID控制器实现对基板预热温度的控制，也可以通过计算机串口实现对基板预热温度的实时检测、记录以及反馈控制，从而使基板预热温度在室温～600℃之间连续调节。此外，它的计算机串口温度检测模块还可以用来实现对激光金属沉积成形系统成形过程基板温度的实时监测，为数值计算提供较为准确的边界条件以及用来检验和校正数值模型的正确性与可靠性。 5. 利用数值模拟的方法研究了基板预热温度分别在室温、200℃、300℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃时对激光金属沉积成形系统过程温度、温度梯度以及热应力的影响。在相同的条件下，利用激光金属沉积成形系统系统和基板预热系统进行了实际成形实验。对成形实验得到的试样进行了深入的研究，包括：成形试样的成形高度和表面质量与基板预热温度的关系；成形试样的利用扫描电镜分析成形试件沉积层的显微组织特征；利用能谱仪分析沉积层合金元素的化学成分偏析情况。 6. 建立了集数值模拟和成形加工于一体的软件平台。它既可以实现简单零件变模型尺寸、变热物性参数和变工艺参数的数值模拟，也可以直接驱动激光金属沉积成形系统完成简单零件的快速成形。这为研究各工艺参数如激光功率、扫描速度、送粉速率、光斑尺寸以及基板预热温度等对激光金属沉积成形系统过程的影响提供了一个平台。

激光再制造关键技术及其工艺试验研究

激光再制造技术是在20世纪80年代末期出现的激光熔覆技术基础上结合再制造技术所发展起来的一项先进制造技术，它利用高能激光束局部熔化零件表面形成熔池，同时将金属合金粉末同步送入熔池而形成与基体金属冶金结合的熔覆层，赋予零部件耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳等性能。该技术融合了激光技术、材料科学、数控加工、CAD/CAM技术、光电检测技术、机构设计技术、优化设计和系统仿真等相关领域的关键技术，是一门全新的光、机、电、计算机、自动化、材料综合交叉的制造技术。它的出现给机电设备的再制造带来了全新的理念，解决了很多传统再制造技术无法解决的难题，极大的带动和促进了再制造产业的发展，具有广阔的应用前景，产生了巨大的经济、社会和环境效益。 目前，国内外激光再制造技术的研究尚处于萌芽阶段，研究还没有形成系统化，仍然有很多关键技术需要进行深入细致的研究。本文在国家863计划、中科院知识创新基金和地方科技攻关等项目的支持下，系统地研究了激光再制造的关键技术，在建立各项关键技术知识点分析和理论研究的基础上，给出了关键技术的实施路线和解决方案，为激光再制造技术的工艺试验和工业化应用提供了理论依据和技术支持。具体的研究内容如下： （1） 进行了激光再制造系统本体研究，在系统地研究了各功能模块的基础上，提出了各功能模块选择的原则，有效的避免了搭建再制造系统时各功能模块任意选择的误区。针对国产激光器不稳定和使用寿命短等缺点，借鉴固态激光器的结构原理，设计开发了新一代模块化CO2激光器；针对国产送粉系统不稳定、送粉不均匀等缺点，设计开发了一种新型内外双水冷的同轴送粉喷嘴，经过试验测试，此喷嘴可长时间连续稳定运行，满足工业化生产的需要。基于模糊数学理论的优化设计方法，自主开发了一套三维多功能激光再制造系统，该系统结构完整、功能完善、性能可靠，可以对大型设备零部件进行激光修复和激光淬火。 （2） 进行了激光再制造熔池温度场检测系统的研究，建立了一套在线、小视场、大量程、高精度红外测温系统；通过红外滤光片的选择和设计，有效解决了传统3CCD相机比色测量的准确度差和精度低的问题；提出了一种红外热像系统位置标定的方法，为其它领域红外系统的摄像机标定提供了研究基础；进行了各加工工艺参数对熔池温度场稳定性影响的研究，从而更加了解了激光熔覆凝固成型的原理。同时，进行了熔覆层厚度检测系统的研究，建立了一套单CCD应用线结构光测量熔覆层厚度的系统，并对系统的构成、系统的标定和测量原理进行了分析和研究，从而实现了熔覆层厚度由定性测量向定量测量的跨越。 （3） 进行了工业生产中常见装备及其零部件的失效分析研究，提出了一套按照增加熔覆层性能的失效原因分类原则；进行了激光熔覆粉末种类及其特点的研究，提出了一套激光熔覆粉末的选择原则，给出了各类熔覆层应该采用的熔覆粉末的具体配比方案，从而为激光再制造技术的工业应用奠定了基础。 （4） 进行了激光再制造工艺设计研究，详细分解了激光熔覆过程中涉及到的各工艺步骤，如光束选择、送粉方式、不同基材的熔覆工艺、预处理工艺、预热处理、加工路径规划和后处理等，结合大量的工艺试验，提出了各工艺的选择原则；提出了激光比能量、送粉速度、搭接率、预热温度、预置粉末厚度和保护气流量是影响激光再制造熔覆层质量的最重要工艺参数，并结合工艺实验验证了这些工艺参数对熔覆层质量的实际影响；进行了熔覆层质量的宏观判据和微观判据研究，给出了宏观判据现象产生的原因和微观判据测量的方法，从而为激光再制造技术的工业应用铺平了道路。 （5） 在解决了上述激光再制造关键技术的基础上，进行了板坯结晶器激光再制造工艺试验研究，分析了板坯结晶器的失效原因，并根据失效分析设计和选择熔覆粉末，然后对每种熔覆粉末进行了熔覆工艺设计，采用正交试验法获得了各加工工艺的最佳工艺参数，并制备了相应的样件；然后对样件熔覆层的各种宏观现象和微观性能测试的进行了分析，包括孔隙率、浸润性、微观形貌、显微硬度、成分偏析、金相研究、抗腐蚀性和抗热疲劳性能等，从而得出了大面积板坯结晶器激光熔覆的最佳熔覆粉末、最佳工艺和工艺参数等，并进行了窄板结晶器的激光再制造。

富台潜山裂缝油藏定量表征的预测

"富台潜山裂缝油藏定量表征和预测"是中石化集团总公司"十五"科技攻关课题，也是国际攻关学科前沿难题，工作量大，有重要理论意义和实用价值。综合应用石油构造地质学、岩石力学、储层地质学、石油地质学、地震地层学，测井地质学、数学地质和油藏工程等多学科理论为指导，将地质、地震、测井、试油试采和油藏工程等信息相结合、露头区和覆盖区相结合、油区、油田和油藏地质模型相结合，最大限度应用计算机手段，研究、描述和表征目的层油藏内幕构造，储层几何形态、空间形成机制分布和非均质性，实现露头规模、岩心规模、微观规模裂缝网络定量表征，揭示岩溶作用类型形成机制和分布规律，开展潜山裂缝三重孔隙结构测井储层评价，揭示流体性质和分布规律，建立潜山油藏露头规范、岩心数模静态地质模型，潜山油藏三重孔隙结构地质模型和潜山油藏预测地质模型，指导油田开发，降低开发成本，大幅度提高开发效益。取得的主要成果创新是：1．建立了研究区下古生界地层格架，揭示了下古生界储层几何形态、空间分布和形成机制。2．首次提出富台潜山是中生代逆冲挤压、走滑和新生代伸展、走滑两个构造系统叠加复合的产物，是逆冲断层控制的断展背斜。储集空间主要是断展背斜上经风化、溶蚀改造近SN、EW走向的纵、横张裂隙，其次是被改造的两组平面X剪裂缝。3．建立了富台潜山裂缝油藏燕山期、喜山期四维应力场模型，预测了研究区张破裂和剪破裂带分布规律。4．论述了研究区岩溶作用模型，揭示了岩溶作用与成藏的关系。5.建立了研究区露头规模、岩心规模、微观规模、测井裂缝和有效裂缝网络预测模型，预测了裂缝发育分布规律。6．建立了三重孔隙结构测井储层预测模型。生产检验符合率为80％。7．建立了富台潜山油藏静态、动态和预测模型，预测了裂缝带的分布。8.开发了一套潜山油藏研究、描述、表征和预测的理论、方法和技术，发展了陆相断陷湖盆的理论、方法和技术，有极大的推广价值。

基于MRF模型的油气储层属性随机建模方法研究

Stochastic reservoir modeling is a technique used in reservoir describing. Through this technique, multiple data sources with different scales can be integrated into the reservoir model and its uncertainty can be conveyed to researchers and supervisors. Stochastic reservoir modeling, for its digital models, its changeable scales, its honoring known information and data and its conveying uncertainty in models, provides a mathematical framework or platform for researchers to integrate multiple data sources and information with different scales into their prediction models. As a fresher method, stochastic reservoir modeling is on the upswing. Based on related works, this paper, starting with Markov property in reservoir, illustrates how to constitute spatial models for catalogued variables and continuum variables by use of Markov random fields. In order to explore reservoir properties, researchers should study the properties of rocks embedded in reservoirs. Apart from methods used in laboratories, geophysical means and subsequent interpretations may be the main sources for information and data used in petroleum exploration and exploitation. How to build a model for flow simulations based on incomplete information is to predict the spatial distributions of different reservoir variables. Considering data source, digital extent and methods, reservoir modeling can be catalogued into four sorts: reservoir sedimentology based method, reservoir seismic prediction, kriging and stochastic reservoir modeling. The application of Markov chain models in the analogue of sedimentary strata is introduced in the third of the paper. The concept of Markov chain model, N-step transition probability matrix, stationary distribution, the estimation of transition probability matrix, the testing of Markov property, 2 means for organizing sections-method based on equal intervals and based on rock facies, embedded Markov matrix, semi-Markov chain model, hidden Markov chain model, etc, are presented in this part. Based on 1-D Markov chain model, conditional 1-D Markov chain model is discussed in the fourth part. By extending 1-D Markov chain model to 2-D, 3-D situations, conditional 2-D, 3-D Markov chain models are presented. This part also discusses the estimation of vertical transition probability, lateral transition probability and the initialization of the top boundary. Corresponding digital models are used to specify, or testify related discussions. The fifth part, based on the fourth part and the application of MRF in image analysis, discusses MRF based method to simulate the spatial distribution of catalogued reservoir variables. In the part, the probability of a special catalogued variable mass, the definition of energy function for catalogued variable mass as a Markov random field, Strauss model, estimation of components in energy function are presented. Corresponding digital models are used to specify, or testify, related discussions. As for the simulation of the spatial distribution of continuum reservoir variables, the sixth part mainly explores 2 methods. The first is pure GMRF based method. Related contents include GMRF model and its neighborhood, parameters estimation, and MCMC iteration method. A digital example illustrates the corresponding method. The second is two-stage models method. Based on the results of catalogued variables distribution simulation, this method, taking GMRF as the prior distribution for continuum variables, taking the relationship between catalogued variables such as rock facies, continuum variables such as porosity, permeability, fluid saturation, can bring a series of stochastic images for the spatial distribution of continuum variables. Integrating multiple data sources into the reservoir model is one of the merits of stochastic reservoir modeling. After discussing how to model spatial distributions of catalogued reservoir variables, continuum reservoir variables, the paper explores how to combine conceptual depositional models, well logs, cores, seismic attributes production history.

950℃、1.0～3.5GPa下斜长角闪岩脱水熔融——压力和时间对结构的影响

利用YJ-3000t和JL-3600t多顶砧压力机,以哀牢山造山带南部红河县大白能—乐育剖面上的天然块状斜长角闪岩为初始样品,在950℃、1.0～3.5GPa、恒温20～300h条件下进行了两个系列的斜长角闪岩块状样品脱水部分熔融实验:(1)保持温度T=950℃,加热时间t=100h不变,改变压力(1.0～3.5GPa)的实验;(2)保持温度T=950℃,压力p=3.0GPa不变,改变加热时间(20～300h)的实验。结果表明,1.0～3.5GPa、950℃、恒温100h的条件下,随压力升高,斜长角闪岩中依次生成了单斜辉石+石榴石+熔体的矿物组合(1.0～1.5GPa)和单斜辉石+石榴石+熔体+硬玉+SiO2矿物+蓝晶石(2.0～3.5GPa)的矿物组合。3.0GPa、950℃条件下,随加热时间增加,实验产物中依次生成了单斜辉石+石榴石+熔体+硬玉+SiO2矿物+蓝晶石的矿物组合(20～100h)和单斜辉石+石榴石+熔体的矿物组合(150～300h)。斜长角闪岩的原岩结构决定了实验产物中新生矿物和熔体的分布。依据实验产物的矿物组合和新生矿物的分布特征,讨论了950℃、1.0～3.5GPa、恒温(20～300h)条件下,斜长角闪岩部分熔融过程的结构变化、变质反应以及石榴石冠状体的成因。

地方性燃煤型砷中毒的生物化学研究

目的　研究燃煤型砷中毒疾病发生发展的生物化学机制和卟啉作为早期燃煤型砷暴露生物标志的可能性。 方法　主要进行两方面的研究，一是根据内蒙古前期研究中建立的方法，采用砷负荷评估方法－二巯基丁二酸(DMSA)试验，测定贵州燃煤型砷中毒区患者和对照体内砷负荷（形态和数量），通过病例对照研究，了解燃煤型砷中毒患者体内砷负荷的特点、砷代谢的机制，同时通过对比内蒙古饮水型砷中毒区的研究数据，了解二型砷中毒患者体内砷负荷的差别及成因。二是通过暴露对照、不同年龄和性别分层对比系统研究燃煤型砷暴露对卟啉排泄的影响。 结果 1. 在国内外首次建立了采用DMSA(二巯基丁二酸)试验评估砷中毒人群砷负荷的方法，并在燃煤型砷中毒区予以实施。 2. 利用DMSA能够络合移除体内的砷，特别是MMA，显示具有用于评估体内砷负荷和健康风险的潜在可能性； 3. 工作中发现一些砷中毒区病人在停用高砷煤很长时间后（>30y）体内砷负荷仍然很高； 4. 研究表明DMSA能够促进MMA3+排出，移除体内贮存的砷，从而降低砷对人体的远期致癌风险。 5. 首次在尿中检测出与DMSA结合的两种砷复合物，这一发现此前还未有过报道，该发现对进一步了解巯基类药物的排砷机制提供了重要信息，具有重要的意义； 6. 在砷暴露对卟啉影响研究方面，发现低龄组（<20y）尿卟啉Ⅲ和粪卟啉Ⅲ比对照显著增高，此外，砷暴露组尿液中砷与总粪卟啉和总卟啉呈正相关，这说明卟啉具有作为早期燃煤型砷暴露生物标志潜在价值。

城市生活垃圾填埋场向大气释放汞的通量及形态研究——以贵阳市和武汉市为例

城市生活垃圾填埋场作为大多数国家生活垃圾的主要处理场所，也常常成为一些有毒有害元素的最终归宿地。很多含汞的废弃产品，如荧光灯管、电池、水银温度计、压力计、电开关、恒温器等，在缺乏分类回收的情况下，大多混入城市生活垃圾并最终进入垃圾填埋场。在填埋场这一特殊场合，汞可以通过物理途径、化学途径、生物途径或不同途径的结合而向大气释放，并且还可能在填埋场内形成毒性很高的甲基形态汞而释放到大气中。国外对垃圾的焚烧处理已经造成了严重的大气汞污染，但是目前对垃圾填埋场向大气释放汞的研究在国内外还不多见，我国几乎还是空白。作为城市生活垃圾的生产大国，我国每年的生活垃圾产量超过1.5亿吨，占世界的1/4以上，且近九成是以填埋法进行处理的，因此研究垃圾填埋场这一人为源向大气排放汞的通量和形态、排放汞的特点以及相关的影响因素，必将为认识该释放源对大气汞的贡献以及评估其对生态环境的影响程度提供重要的参考依据，并为制定控制垃圾填埋场汞污染的相关措施提供指导，本文在理论上和现实上都具有重要意义。 2003年10月份到2006年1月份，我们对贵阳市和武汉市的5座城市生活垃圾填埋场进行了野外实地研究。这几个填埋场包括贵阳市的高雁、大转弯、仙人脚，以及武汉市的金口和岱山垃圾填埋场，它们采用不同的垃圾填埋方式（卫生填埋和简易填埋）并处于不同的运行阶段（封闭的和运行中的）。本文从两个方面开展研究：（1）垃圾填埋场通过地表向大气释放汞的通量；（2）垃圾填埋场向大气释放汞的形态。前者利用低汞空白的石英玻璃动力学通量箱法，结合高时间分辨率的大气自动测汞仪（Tekran 2537A），现场对填埋场内不同特征的地表区域（绿化区、覆土地表、裸露生活垃圾、工作面等）进行了测定；后者利用不同的捕集材料（金管、稀HCl溶液和CarbotrapTM捕集管），对排气筒垃圾填埋气中的不同形态汞（气态总汞、单甲基汞和二甲基汞）进行预富集，并结合气相色谱、冷原子荧光等检测技术进行测定。根据同步测定的相关参数对垃圾填埋场向大气释放汞的过程和影响机制进行了探讨，对垃圾填埋场向大气的排汞量进行了估算。另外对垃圾填埋场周围环境介质中的汞分布特征进行了探讨。通过两年多的野外工作，得到以下主要结论： （1）垃圾填埋场地表与大气间的汞交换通量主要以向大气的释放为主，少数情况下（如降雨、大气汞浓度较高时）也会出现大气向地表的沉降。地表/大气间的汞交换过程具有明显的日变化特征，一般在白天中午前后达到最高，夜间降至最低，并维持在稳定的水平。汞交换过程主要与光照等气象因子有关，通量强度白天高于夜间、晴天高于阴雨天。另外，通量还与基质中的汞含量密切相关，汞含量越高，排放强度越大，生活垃圾的汞含量一般高于覆盖土壤，因而裸露的生活垃圾或工作面区域汞释放强度明显高于有土壤覆盖的区域。绿化措施（植草和种树）有效的降低了汞的释放。垃圾填埋场地表汞的释放强度暖季节高出冷季节数倍。地表/大气间的汞交换通量特征显示，垃圾填埋场向大气释放汞的主要来源为上层基质，而非填埋场内部，由于覆土隔离层的屏障作用使得填埋场内部的气态汞很难垂直向上迁移和释放。垃圾填埋场的汞释放强度与城市规模以及经济发展水平没有直接相关性。 （2）垃圾填埋场地表/大气间的汞交换通量强度由于以上因素的影响，在不同地表区域以及不同时段内都可能发生很大变化。封闭的垃圾填埋场地表/大气间的汞交换通量最高出现在汞污染的覆土区，其次为未污染的覆土区，最低为绿化区，三种区域平均的汞交换通量分别为112.8~559.1、50.7~53.6、19.7 ng Hg m-2 h-1。运行中的垃圾填埋场地表/大气间的汞交换通量最高为裸露垃圾区和工作面，最高达5609.6 ng Hg m-2 h-1，平均为57.5~664.6 ng Hg m-2 h-1；其次为老的覆土区，平均为19.6~192.5 ng Hg m-2 h-1；新盖覆土区最低，平均为-1.4~27.8 ng Hg m-2 h-1。垃圾填埋场的工作面具有最大的汞释放潜力，但是因大气汞浓度较高以及波动较大等原因，动力学通量箱法无法真实测定该区域的汞释放强度，运用美国环保局提供的面状复合工业污染源模型（ISCST3）对工作面的汞释放强度估算显示，不同天气状况下的平均释汞因子为0.93 mg Hg t-1垃圾。与全球以及区域背景土壤相比，垃圾填埋场向大气的单位面积释汞强度要高出数倍乃至数千倍。因而城市生活填埋场必将对大气汞环境，特别是局域大气汞环境造成一定影响。 （3）垃圾填埋场排气筒释放的垃圾填埋气中不同形态汞的浓度差别很大。高雁、金口和岱山垃圾填埋场排气筒的气态总汞浓度为2.0~1406.0 ng Hg m-3，3座填埋场平均分别为89.8、24.6和14.2 ng Hg m-3。气态总汞浓度主要与排气筒附近的垃圾汞含量有关，并表现出一定的日变化特征，晴天比较稳定，降雨过程中上升很快，降雨过后又恢复到降雨前的水平。这一有趣现象主要与降雨时雨水置换填埋场内的含汞气体、大气压下降、通过地表释放的通道受阻有关。高雁垃圾填埋场垃圾填埋气中的单甲基汞和二甲基汞平均浓度为1.93 ng Hg m-3和9.21 ng Hg m-3，分别占同期气态总汞的0.51％和1.79％。垃圾填埋气中的甲基形态汞浓度高出背景区域大气3个数量级以上，使得垃圾填埋场成为大气甲基汞已知不多的、重要的释放来源之一。 （4）结合垃圾填埋场不同特征地表的面积以及对应的汞交换通量强度、工作面的垃圾处理量以及汞的释放因子，估算本研究的5座垃圾填埋场每年通过地表向大气的释汞量为17~1111 g Hg yr-1，工作面贡献67％~91％，覆土区较少，绿化区最少。根据垃圾填埋气的产量以及其中不同形态汞的含量，估算高雁、金口和岱山垃圾填埋场每年通过排气筒向大气的排汞量在1~2 g Hg yr-1之间；高雁填埋场通过排气筒每年向大气释放的单甲基汞和二甲基汞为20和90 mg Hg yr-1。垃圾填埋场向大气释放汞的通道主要为地表，而排气筒的贡献仅为0.2％左右（地表＋排气筒）。对全国垃圾填埋场进行的初步估算显示，2004年我国这一人为源向大气的排汞量约为600 kg Hg yr-1，占我国大气人为汞释放源的1％以下。 （5）垃圾填埋场大气中的不同形态汞浓度明显高于全球背景值，但与区域大气相当或稍高一点，部分区域有轻微污染，总体而言属于“安全”浓度范围。城市生活垃圾中的汞含量分布极不均匀，浓度为0.170~46.222 mg kg-1，几何均值0.574 mg kg-1，个别异常偏高的样品可能是被含汞的废弃产品污染了，大部分垃圾汞含量低于0.5 mg kg-1。不同垃圾填埋场覆盖土壤的汞含量差异显著，反映了填埋场所在区域的土壤背景值以及垃圾填埋活动对覆盖土壤的污染程度，有时覆土的汞含量超过区域土壤背景值的2~23倍。填埋场生长的植物因生活习性的不同汞含量分布特征也不同。高雁垃圾填埋场产生的渗滤液汞含量较低，为79.4 ng l-1，主要因为垃圾汞含量低、渗滤液呈碱性、难溶硫化物的形成以及有机/无机物对汞的吸附等。以高雁垃圾填埋场为例进行的质量平衡计算显示，每年排向渗滤液和大气的汞分别占每年输入填埋场总量的0.004％和0.3％，其余超过99％的汞仍然保留在垃圾填埋场的固体废物中，这一特点使得垃圾填埋场向大气的排汞量远低于垃圾焚烧法，后者由于高温作用使得垃圾中的汞几乎全部挥发进入大气。 （6）减少垃圾填埋场汞污染的措施包括：从源头上杜绝含汞的进入，如减少含汞产品的生产和使用，对含汞废弃产品进行专门的收集和处理；垃圾填埋以后及时进行覆土和绿化，特别是在工作面，应争取做到每日覆土；垃圾填埋场产生的气体应收集和处理，将其进行焚烧（沼气发电）可以分解其中的甲基形态汞，降低其毒性。

贵州遵义早寒武世黑色岩系地球化学研究

华南早寒武世黑色岩系赋存Ni-Mo-PGE、V-U、Se、磷块岩、重晶石（毒重石）、石煤等多种矿产，富含As、Se、Hg、Gd、Pb等多种对生态环境有害的元素，产出小壳、海绵骨针、大型双壳节肢动物等多种古生物化石，因而它在矿产勘查、环境保护、地史古生物等方面具有重要的研究意义。然而，目前这些方面的研究还处于积累阶段，许多科学问题还没有得到很好地解决，一方面是因为华南早寒武世地层划分不统一，缺乏精确的年代学数据；另一方面是因为沉积地球化学研究程度不高。为了深入认识早寒武世古海洋的环境特征和演化历史，促进统一的早寒武世地层的建立，本论文选择了扬子地台上的贵州遵义早寒武世中南村黑色岩系剖面为对象，进行了系统的沉积地质学和地球化学研究，取得了如下几个方面的重要认识： （1）中南村黑色岩系剖面从下到上由磷块岩层、富黄铁矿粘土岩层、“破碎层”、硅质(页)岩层、钒矿层、含粉砂黑色页岩层、镍钼矿层、含化石黑色页岩层、黑色页岩层和粉砂质页岩层10个岩层组成，具有两个明显的特征，一是沉积环境发生了变化，从剖面底部远岸的、砂质输入较少的远海环境逐渐过渡到剖面顶部近岸的、砂质输入较多的近海环境；二是剖面下部的地质活动相对较丰富，除了火山成因“破碎层”和热水成因硅质岩外，还含有三个重要的硫化物矿化层：富黄铁矿粘土岩层、钒矿层和镍钼矿层。 （2）磷块岩主要由碳氟磷灰石和自生石英组成，含少量自生重晶石和含钒伊利石；磷灰石具有“老磷块岩”型REE配分曲线：∑REE高，Ce明显负异常，MREE富集，HREE亏损；磷灰石的硫酸盐硫同位素较大，平均为38.1‰。由此可推测，磷块岩是在分层海洋的上升洋流区的氧含量最小带的沉积物-水界面上形成的，沉积、成岩过程中吸收了海水中的硫酸盐和REE；磷块岩中磷灰石所记录的早寒武世海水硫酸盐的硫同位素组成为36.6±1.6‰。 （3）黑色硅、泥质岩中，微量元素Ba、Ni、U、V和Mo含量总体上较高，元素/Sc值与有机碳/Sc值之间的相关性明显；有机碳同位素组成较低，为-34.3‰～-31.2‰，表明早寒武世海洋可能为具有分层结构、古生产力水平较高、静海缺氧环境等特点的古海洋。剖面上，元素/Sc值向上逐渐降低，13Corg向上变大，有机质中的REE组成向上变为海水型，表明从早期到晚期古生产力水平和缺氧程度在不断减弱。 （4）微量元素U/Sc值、Mo/Sc值，有机碳同位素组成，有机质中的REE特征等参数在硅质岩、“破碎层”、钒矿层、镍钼矿层中均显示明显的异常，暗示它们的形成与热水/热液活动有关。镍钼矿层处的地球化学异常与古海洋历史性调整有关，可作为“前三叶虫统”分阶的标志，其它层位的异常特征可以作为区域地层对比的标志。

红枫湖有机氯污染物的生物地球化学

本研究以红枫湖为主要研究对象，对环境各介质中PCBs和OCPs进行了研究，讨论了理化因素TOC、粒度、SPM、微生物等对于PCBs和OCPs的影响，对各介质中PCBs和OCPs的组成进行了分析，讨论了红枫湖地区PCBs和OCPs的来源，并对其污染水平进行了评价，得到以下几点认识： 1、对红枫湖水体和沉积物的理化性质进行了分析，和洱海进行了对比。湖泊沉积物有机质含量和C/N比值表明红枫湖沉积物有机质主要来源于河流输入和湖泊内部，洱海主要以湖泊内源为主，与后面PCBs和OCPs分析结果相符。湖泊沉积物有机质及DNA呈现同一规律，表层是有机质和DNA的含量较高的区域，表层至底层整体呈逐渐降低的趋势，表明表层是微生物量和活性最高的层段，有机质的降解主要发生在此区域。湖泊沉积物粒度与有机质和DNA变化趋势一致，暗示了有机质的降解过程主要发生在表层，SRI和SRB的分析表明微生物在有机质降解过程中起着至关重要的作用。 2、红枫湖沉积物中7种PCBs的含量范围在3.2～31.6ng/g之间，主要以PCB28和PCB52为主。其中PCB28的含量范围在0.5～4.6ng/g，平均为1.8ng/g， PCB52含量在0.4～28.1ng/g。PCB28和PCB52低氯取代的PCBs占PCBs总量的60%以上。各点沉积物中PCBs的组成基本一致，其含量的变化主要与其输入来源和环境条件相关。沉积物中PCBs随深度整体呈现降低的趋势，但表层含量比次表层低，表明近年PCBs的输入降低。PCBs与TOC和粒径呈现较显著的正相关关系，与其自身的理化性质相关，PCBs具有较高的憎水性，倾向于在颗粒态中分布，也暗示了其来源。 3、红枫湖沉积物中13种OCPs的组成主要以HCHs和DDTs为主。其中HCHs的含量范围1.6～8.9ng/g，平均值为3.2ng/g，沉积物柱均值表现为HW>DB>HE>JJD；DDTs的含量范围在0.9～25.7ng/g，平均值为7.8ng/g，沉积物柱均值表现为HW>HE>DB>JJD。HCHs按其组成来看，以β-HCH和γ-HCH为主，DDTs以p,p’-DDE和p,p’-DDT为主。α-HCH/γ-HCH的比值在范围在0.1~3.0之间，表明HCH在环境中发生了改变，而且林丹的用量高于混合HCHs。DDT/DDE+DDD的比值基本都小于1，暗示DDTs在环境中发生了较长期的变化，β-HCH和p,p’-DDE的高含量也暗示了大气来源可能也是红枫湖地区OCPs的主要来源之一。 4、红枫湖湖水、汇入汇出河流及其周边土壤中PCBs和OCPs的分析，显示PCBs和OCPS在过滤后水中含量较低，主要分配在悬浮颗粒物中，悬浮颗粒物中的PCBs和OCPs组成与周边土壤中的组成基本一致。HCHs和DDTs的组成和α-HCH/γ-HCH、DDT/DDE+DDD的比值暗示水中悬浮颗粒物及其PCBs和OCPs主要来源于周边土壤和大气沉降。 5、 红枫湖后五鱼体内PCBs主要以4～6氯取代的PCBs的同系物为主，OCPs以HCHs和DDTs为主。鱼体内PCBs和OCPs对于水体的富集系数达到102～105。PCBs富集系数随氯取代数目的增加而增加，表明其生物有效性随氯取代数目的增加而增加，高氯取代的PCBs更容易通过食物链在高营养级生物体内富集，对人体造成危害。 6、 大气总悬浮颗粒物TSP中及背景区土壤中PCBs和OCPs的分析，与其它环境介质中结果基本一致。红枫湖地区大气、水、沉积物、生物和土壤各环境介质中PCBs和OCPs的组成基本一致，表明其来源具有一致性。α-HCH/γ-HCH和 DDT/DDE+DDD的值，及β-HCH、p,p’-DDE的高的比例，暗示红枫湖地区OCPs在环境中经历了较长时间的变化，而且大气长距离传输对于该区OCPs和PCBs的来源具有一定的贡献。从各因子的分析可以得出，红枫湖为该地区PCBs和OCPs的汇。 7、我国PCBs和DDTs、HCHs的含量除了典型区外，在国内外都处于较低和中等污染水平，红枫湖地区整体处于较低污染水平。根据Long和Chapman等对沉积物中POPs的评价方法，红枫湖沉积物中PCBs只有一个样品处于ERL和ERM之间，其它都低于ERL值，表明PCBs对生物造成不利影响的可能性较低；DDTs的值大部分处于ERL和ERM值之间，对生物造成不利影响的可能性较大；γ-HCH的值都低于TEC值，对生物的潜在影响较小。

贵阳市中心城区大气中不同形态汞的研究

汞，是一种人体非必需的有毒重金属元素，一种全球性污染物，其全球生物地球化学循环演化规律的研究是目前环境科学领域的热点问题。汞在大气中的行为对其全球生物地球化学循环起着极其重要的控制作用。因此，关于大气汞循环演化规律的研究已经成为目前汞全球生物地球化学研究的热点问题。大气中的汞主要分为三类，即气态单质汞（GEM）、活性气态汞（RGM）和颗粒态汞（TPM）。各种形态汞的物理化学性质不同，在大气中的行为存在显著的差异。研究大气中不同形态汞的分布特征，对于正确认识汞在大气中的循环演化规律意义重大。目前中国是全球人为活动向大气释汞最多的国家，而城市区域是人为活动的中心地带，城市大气汞污染形势严峻。因此，开展城市大气中不同形态汞的研究对于评价与预测城市环境汞污染特征以及正确认识大气汞的局地、区域、全球循环演化规律具有重要的理论与实际意义。 本论文选取贵州省省会贵阳市的中心城区作为研究区域。贵阳市（东经106º07´~107º17´，北纬26º11´~27º22´）位于中国西南地区正好处在环太平洋汞矿化带中，能源消耗以煤炭为主，大气环境污染属煤烟型污染，常年影响大气环境质量的主要污染物是二氧化硫和可吸入颗粒物。本论文的研究工作包括：⑴2004年4月～12月在中国科学院地球化学研究所建立与完善了大气中气态总汞（TGM）、GEM、RGM、TPM的采集与分析方法，并测定了大气和雨水中不同形态汞的含量，对大气汞的干、湿沉降通量进行了估算；⑵2005年4月～2006年1月在贵阳市中心城区的居民区、商业区、工业区、游览区4个功能区各设1个研究点，农村设1个对照点，按春、夏、冬3个季节研究了大气中GEM、RGM、TPM的分布特征，估算了贵阳市中心城区大气汞的干沉降通量，并利用高分辨透射电子显微镜（HR–TEM）分析技术对冬季各采样点TPM的来源作了定性识别；⑶测量了中心城区表层土壤和某些植物的总汞（THg）含量，探讨了大气汞对中心城区地表生态系统的污染效应。通过本论文的研究，得出以下主要结论： 1.在国内外研究基础上，建立了金捕汞管–冷原子荧光光谱法（CVAFS）测定大气中TGM的方法、微型捕集管–CVAFS测定大气中TPM的方法、镀KCl直形扩散管–金捕汞管串联采集RGM与GEM的方法。每种形态汞的测量技术水平都在pg•m-3量级。并在国内首次实现了对城市大气中GEM、RGM、TPM的同步测量。 2.2005 ~ 2006年间贵阳市中心城区大气中GEM、RGM、TPM的平均浓度分别是9.11 ng•m-3、132.4 pg•m-3、1.02 ng•m-3，均为对照点的1.5倍，都显著高于全球背景参考值1.5 ~ 2.0 ng·m-3、< 10 pg•m-3、1 ~ 86 pg•m-3。3种形态汞的季节、昼夜与空间分布特征如下：⑴GEM：①季节平均浓度表现为冬季＞夏季＞春季，居民采暖燃煤释放是造成冬季GEM浓度高的主要原因。②春、夏非采暖季受释放源及其排放方式、自身物理化学性质与气候条件等因素的影响一般是夜间高于白天；冬季则受居民白天采暖燃煤影响主要表现为白天高于夜间。③年平均浓度，工业区＞居民区＞商业区＞游览区＞对照点。⑵RGM：①季节平均浓度表现为春季＞夏季＞冬季，气候条件对RGM的影响较大。②受白天释放源、自身物理化学性质、大气氧化强度与气候条件等因素的影响，春、夏、冬3季一般都为白天高于夜间。③年平均浓度，商业区＞工业区、居民区＞游览区、对照点。⑶TPM：①季节平均浓度表现为冬季＞夏季＞春季，居民采暖燃煤释放是造成冬季TPM浓度高的主要原因。②受释放源及其排放方式、自身物理化学性质与气候条件等因素的影响，春、夏、冬3季一般都为夜间高于白天。③年平均浓度，工业区＞居民区＞商业区＞对照点＞游览区。④TPM受局地释放源的影响显著，而燃煤释放是其冬季的普遍来源。 3.2005 ~ 2006年间不同形态汞在贵阳市中心城区大气中的含量分布为GEM（89.8 %）> TPM（8.8 %）> RGM（1.5 %），其中（RGM + TPM）占大气总汞（TAM）的比例略高于对照点的10.0 %，但显著高于全球背景参考值1 ~ 5 %，说明贵阳市中心城区大气汞向地表生态系统的沉降通量相对背景区较大。因为尽管RGM、TPM在大气中的含量很低，但正是它们控制了大气汞向地表生态系统的沉降速率。 4.2005 ~ 2006年间贵阳市中心城区各功能区及对照点大气中不同形态汞日均浓度的相关关系大多数都表现为不显著，表明在贵阳市中心城区及对照点大气中不同形态汞的来源可能是多元化的。 5.2005 ~ 2006年间贵阳市中心城区大气中GEM、RGM、TPM的干沉降通量平均值分别为28.7 μg•m-2•yr-1、10.4 μg•m-2•yr-1、160.9 μg•m-2•yr-1，均为对照点的1.5倍，其中TPM控制了大气汞向地表生态系统的干沉降通量；TAM干沉降通量平均值为200.1 μg•m-2•yr-1，其时空差异表现为冬季＞春季＞夏季和工业区＞居民区＞商业区＞对照点＞游览区。 6.经估算，2005 ~ 2006年间在贵阳市中心城区面积范围内大气汞干、湿沉降总量为54.7 kg•yr-1，它仅占燃煤向大气排汞量（以2003年为例，贵阳市中心城区燃煤向大气排汞量为334 kg•yr-1）的16.4 %，说明贵阳市中心城区的大部分大气汞仍然停留在大气中，最终将经由大气进行长距离迁移，散布到更广的区域。 7.在中国科学院地球化学研究所，2000 ~ 2006年间的大气TGM污染程度呈逐年递增趋势；2004年大气汞的干沉降通量为16.5 ng•m-2•h-1，高于湿沉降通量12.2 ng•m-2•h-1。 8.贵阳市中心城区及对照点不同类型土壤THg含量的几何平均值分别是0.370和0.276 mg•kg -1，都高于贵阳市土壤汞背景值0.201 mg•kg -1。土壤释汞是贵阳市大气气态总汞的一个重要自然源，而土壤THg含量是土壤释汞的最主要影响因子。因此，为了提高城乡居民的生活环境质量，更为了保护城乡居民的健康，非常有必要采取防治措施来降低贵阳市中心城区及对照点的土壤汞污染。 9.贵阳市中心城区苔藓THg平均含量为0.258 mg•kg -1，为对照点的1.5倍；中心城区某些常见的木本植物叶片THg含量范围是 0.068 ~ 0.181 mg•kg -1，木本植物叶片吸收大气汞的能力表现为落叶植物＞常绿植物。苔藓、梧桐叶片中的THg含量与其生长时期的大气汞浓度密切相关，能够指示区域大气汞的污染现状与空间分布规律。

贵州典型陆地生态系统土壤中有机碳含量及碳同位素组成

选取贵州典型喀斯特地区，并以非喀斯特地区为对照，分析了不同土壤及植被类型下植物优势种、枯枝落叶、土壤剖面中整体土壤有机质及不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成，同时测定了土壤有机碳含量、pH值和土壤颗粒组成，目的是为了提高对该地区土壤有机质的来源、分解和转化过程及区域碳库特征的认识，对比喀斯特与非喀斯特生态系统中有机质的稳定碳同位素组成差异，为石漠化地区治理水土流失提供理论依据，同时为喀斯特生态系统土壤有机质的生物地球化学循环研究提供基础资料。通过对7个地区的研究认识到：1．紫色土的pH值及有机碳含量最低，黄壤次之，石灰土具有较高的pH值和有机碳含量，土壤类型是影响土壤pH值的主要因素，生物富钙作用是石灰土具有较高有机碳含量的主要原因。2．研究区土壤碳氮比值较低，土壤有机碳和有机氮含量具有明显的相关性。 3．石灰土的粘粒含量高于黄壤。土壤有机质的化学稳定性对有机碳在不同粒径组分中的分配及富集产生重要影响。4．植物优势种叶子的碳同位素组成，主要由光合作用途径控制，但环境因素仍然存在。黄壤与石灰土中有机质的δ13C值深度分布明显不同。土壤中矿物质土粒的含量是影响不同粒径组分中有机质δ13C值剖面分布的主要因素。