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    2022年  47卷  第3期

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    2022, 47(3).
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    2022, 47(3).
    摘要:
    特邀主编 徐锡伟 任俊杰 许冲
    巴颜喀拉块体内部五道梁-长沙贡玛断裂中段全新世活动及最新古地震证据
    梁明剑, 黄飞鹏, 孙凯, 张会平, 吴微微, 张佳伟, 杜方, 周文英
    2022, 47(3): 766-778. doi: 10.3799/dqkx.2022.044
    摘要:

    为揭示巴颜喀拉块体内部构造变形特征,基于地震地质调查和新年代学方法研究了五道梁-长沙贡玛中段的最新活动性.地质地貌和探槽揭露的证据显示,五道梁-长沙贡玛断裂中段为全新世活动的左旋走滑断裂,也表明其作为巴颜喀拉块体内部的主干断裂之一,具有孕育和发生强震的构造条件.该断裂中段的最晚一次古地震事件发生在(4 409~4 225)a BP之后,距今可能超过千年;而且近两年来断裂中东段小震活动频繁,2020年4月1日发生了5.6级中强地震,其未来的地震危险性需引起关注.

    泸定韧性剪切带泸定段及其工程效应
    王运生, 苏毅, 冯卓, 吴德超, 王道永
    2022, 47(3): 794-802. doi: 10.3799/dqkx.2022.043
    摘要:

    泸定韧性剪切带为南北向大渡河断裂中段,为川滇“Y”字构造重要组成部分.川藏铁路泸定特大桥在泸定县白日坝附近横跨泸定韧性剪切带,且左岸隧洞穿越⑤号糜棱岩带,该韧性剪切带组成及活动性直接影响重大基础工程建设.基于平硐、公路开挖剖面精细编录,配合薄片鉴定,对泸定韧性剪切带展布特征、组成特征及断裂活动性进行了研究,主要结论如下:(1)泸定韧性剪切带从西向东可区分为5个带,其中①、③、⑤为长英质糜棱岩带,②、④为糜棱岩化斜长角闪岩带,泸定韧性剪切带泸定段展布于桥位区河谷底部及左岸,总宽约1 000 m.①、③带由南向北横穿桥位区,产状N15°~20°E/NW∠55°~65°,带宽500 m,以灰色长英质糜棱岩、千糜棱岩为主,⑤带沿太阳沟-五里沟向东延伸,横穿左岸隧道,产状N43°E/NW∠54°,带宽500 m,糜棱岩为长英质糜棱岩、带状-小眼球状糜棱岩;(2)受断层带切割影响,河段构造节理密度大、组数多、期次多,岩体破碎、完整性较差;(3)泸定韧性剪切带晋宁期受韧性剪切变形影响,中生代以来受脆性破裂改造,但未形成大规模脆性破裂带,对泸定特大桥影响总体较小,工程效应主要表现为大渡河两岸隧洞进出口边坡稳定性较差及左岸洞内围岩完整性差.

    新生逆冲断裂地表垂直位错分布与断层活动性关系: 以河西走廊临泽断裂为例
    李占飞, 徐锡伟, 任俊杰, 李康, 康文君
    2022, 47(3): 831-843. doi: 10.3799/dqkx.2021.238
    摘要:

    活动断裂地表位错定量研究对理解断裂活动习性和构建多周期地震复发模型有重要意义. 前人基于高精度地形数据对断裂地表位错分布开展了大量定量研究,但是关于累积位错变形沿新生逆冲断层的走向分布特征依然不清楚. 本文选择河西走廊内部新生临泽逆冲断裂(< 20 ka)为例,利用UAV(unmanned aerial vehicle)航测方法采集了断裂沿线约8 km长、2.5 km宽的高精度(0.5 m)地形数据,开展了精细地貌填图(1∶500)、断层垂直位错测量(73个)、断层活动定量参数分析以及野外地质调查等工作. 研究揭示,新生临泽逆冲断裂主要由2条左阶展布分支逆冲断层组成(L1和L2),阶区宽度约260 m. 位错测量揭示,断层最大和最小累积位错分别为4.5 m和0.2 m,累积垂直位错呈明显不对称三角形分布,断层上位移亏损点与断层几何形态变化区域明显对应. 断裂位错定量参数分析显示,临泽断裂结构不成熟,两个分支断裂后期会在破裂长度和位错增加下逐渐贯通. 因此,可能需要注意后期强震活动造成新生逆冲断层向盆地内部拓展,及其对邻近城镇带来的直接和衍生灾害效应.

    基于蒙特卡洛模拟的概率断层位错危险性分析
    吴果, 冉洪流, 周庆
    2022, 47(3): 844-855. doi: 10.3799/dqkx.2022.037
    摘要:

    同震位错对川藏铁路等跨断层工程的安全造成严重威胁,合理评价活断层的位错参数具有重要的应用价值.由于传统的确定性评价方法存在无法区分工程场点的重要程度和其在断层上的相对位置等缺陷,越来越多的学者推荐采用概率断层位错危险性分析(PFDHA).然而基于经典的概率性方法开展PFDHA原理复杂且实现困难,不利于吸收断层地震活动性研究的最新成果,也有碍于PFDHA的普及和推广.相比经典的概率性方法,蒙特卡洛模拟具备逻辑清晰易懂、程序易于实现且兼容性和扩展性好的优点.本研究基于蒙特卡洛模拟实现了概率断层位错危险性分析的一般性算法,并将该方法应用于鲜水河断裂带的炉霍段.结果显示,PFDHA的结果随着超越概率水准或工程场点在断层上的相对位置的不同而显著变化.适当考虑最大同震位错和地表破裂长度的不确定性得到的位错参数更加合理.超越概率大于等于100年2%时,PFDHA的结果显著小于确定性方法的结果.然而随着断层活动性的提高,100年超越概率1%的结果可能会大于确定性方法的结果.按照不同类型工程的抗震设防水准选择相应的PFDHA评价结果,既有利于工程的安全,也有助于大多数工程节约成本.PFDHA相比确定性方法具备多种优势,有望为川藏铁路等重大工程的抗断参数评估提供技术支撑.

    色拉哈断裂及邻区音频大地电磁三维阵列探测
    张炯, 陈小斌, 尹小康, 赵思为, 叶涛, 徐正宣, 蔡军涛, 王培杰, 张赟昀, 刘钟尹
    2022, 47(3): 856-866. doi: 10.3799/dqkx.2022.060
    摘要:

    为了能在川藏铁路色拉哈段隧道选址过程中最大限度地规避地质灾害体,本文针对色拉哈断裂及邻区开展了音频大地电磁三维阵列探测研究,获得了研究区可靠的三维精细电性结构.结合地表活动断裂调查结果,对区内三维电性分布特征进行了综合解释.研究表明,色拉哈断裂及邻区地表至500 m,整体表现为高阻特征,局部受断裂控制的区域为低阻特征;500 m以下电阻率下降显著,推测是断裂带在500 m以下的深部构造富含水体所致;此外,位于色拉哈断裂北侧的木格措南阶区以及南侧的断裂交汇区东侧发育两处高导体C1和C2,推测为区内含水的构造软岩,在设计隧道路线的过程中,应尽量避让.

    复杂艰险构造区铁路桥梁系统地震响应分析Part Ⅰ: 断层效应影响
    陈令坤, 王璐, 翟晨程, 陈雯昕, 朱利明, 王尧周, 张清华, 张楠, 李乔
    2022, 47(3): 867-879. doi: 10.3799/dqkx.2022.019
    摘要:

    近断层地震对桥梁的影响日益引起关注.本研究提出了桥梁‒土‒桩基全局建模方法,强调了更详细的桥墩及土壤非线性的真正好处,它可以比一系列轴载更真实地描述物理现象.协同SHAKE91程序并利用p-y曲线、t-z曲线和q-z曲线建立土‒桩基非线性模型,采用双线性模型模拟桥墩及桩基础的滞回特性,建立不良地质发育区铁路桥梁‒土‒桩基多跨简支梁桥体系模型,计算其弹塑性地震响应,分析Ap/vp等对桥梁的弹塑性地震响应的影响.研究结果表明:桥梁横竖向响应受Ap/vp影响特点不同,相比墩底固结工况,考虑桩基后桥梁横向地震响应减小;对于竖向响应,在Ap/vp > 10时桥梁竖向地震响应降低,说明竖向地震在较高频率影响桥梁地震响应.

    复杂艰险构造区铁路桥梁系统地震响应分析Part Ⅱ:SSI(土‒结构相互作用)影响
    陈令坤, 翟晨程, 王璐, 陈雯昕, 朱利明, 王尧周, 张清华, 张楠, 李乔
    2022, 47(3): 880-892. doi: 10.3799/dqkx.2022.046
    摘要:

    目前国家正在复杂艰险构造区修建和规划新的铁路,地震等极限环境耦合作用对铁路交通的影响受到越来越多的关注.本文提出一种列车‒桥梁‒土耦合系统的数值模型,引入车辆简化模型、桥梁结构非线性有限元模型和层状土半解析模型,采用纯时域求解方法.利用p-y曲线、t-z曲线和q-z曲线建立土‒桩基非线性模型,采用双线性模型模拟桥墩及桩基础的滞回特性,计算不良地质体发育区铁路列车‒桥梁‒土耦合系统的弹塑性地震响应,分析SSI对桥梁弹塑性地震响应的影响.研究表明,列车‒桥梁‒土耦合系统的第一弯曲模态通常是临界模态,即梁的一个半波形状导致土桥系统固有频率降低.另外,对于横向地震响应来说,考虑SSI(土‒结构相互作用)后,影响地震响应的频率成分会发生变化,除了频率会变小之外,频段也会变宽.考虑SSI之前,影响频段是1.8~2.0 Hz,考虑SSI之后变为1.2~2.0 Hz之间.对于梁跨中竖向加速度,从考虑SSI之前的4.576 Hz到考虑SSI之后的14.215 Hz,建议考虑SSI进行设计时候应考虑竖向高阶振型影响.

    高速远程滑坡颗粒流研究进展
    李坤, 程谦恭, 林棋文, 王玉峰, 宋章
    2022, 47(3): 893-912. doi: 10.3799/dqkx.2021.169
    摘要:

    颗粒流是高速远程滑坡物质演化过程的一个重要阶段,也是从细观角度揭示其超常运动特性的重要手段.颗粒流所采用的主要研究方法以及取得的重要理论成果,可以为高速远程滑坡动力学机理的研究提供重要的技术手段和理论支持.本文聚焦颗粒流研究进展,从颗粒流基本概念、流态特征及流变本构模型、颗粒流粒径分选机制等方面进行了系统梳理;进而,从理论、实验及数值计算模型3个方面对高速远程滑坡研究中颗粒流理论及方法的应用进行了系统性述评;在此基础上,提出了从颗粒流角度研究高速远程滑坡动力学机理涉及的关键科学问题:高速远程滑坡高流动性的起源涉及哪些物理过程?如何量化和模拟其多分散性和破碎过程?如何量化描述颗粒尺寸分布的时空演变及其与流动的耦合?如何从其沉积特征中探究流动的传播机制?针对这些问题,从基于沉积学特征的颗粒流物理力学过程、考虑尺度效应的颗粒流动力学特性研究、基于颗粒流力学过程的滑坡运动机理及其本构模型、新技术新方法的应用4个方面提出下一步应重点开展的研究工作.

    高位高能岩崩研究现状与发展趋势
    罗刚, 程谦恭, 沈位刚, 凌斯祥, 张晓宇, 邹鹏, 赵永杰
    2022, 47(3): 913-934. doi: 10.3799/dqkx.2021.133
    摘要:

    高位岩崩作为高山峡谷区、海岸、交通廊道、露天矿山常见的地质灾害类型之一,具有泛生性、突发性、隐蔽性及致灾严重性等基本特性.近年来,伴随全球地震频发和气候急剧变化,高位高能岩崩事件显著增多,造成严重的生命财产损失.目前,高位高能岩崩识别和预警技术、失稳和运动机理、灾害链效应成为国际地球科学领域的研究热点之一.本文从岩崩早期识别、失稳和运动机理、综合防护技术措施等方面归纳总结了目前的主要研究成果,并提出了岩桥损伤识别方法、动态监测技术、稳定性动态评价方法、早期预警模型、运动机理和综合防控技术是亟待解决的科学问题和技术难题.这些问题的解决将有助于高位高能岩崩综合防治.

    高速远程冰-岩碎屑流研究进展
    杨情情, 郑欣玉, 苏志满, 程谦恭, 任雨豪, 侯本勇
    2022, 47(3): 935-949. doi: 10.3799/dqkx.2021.158
    摘要:

    冰-岩碎屑流是高寒山区陡峭山体斜坡区冰崩、岩崩或滑坡解体后形成的冰屑、岩块和土颗粒混合体高速流动现象.由于裹挟了冰屑,冰-岩碎屑流具有超强的运动性,屡屡引发震惊世人的灾难性事件,是全球气候变暖大背景下地质灾害研究的热点与前沿问题.通过对近40余年来的研究进展进行梳理和评述,指出了冰-岩碎屑流的概念由来和主流定义方法,阐述了其成因机制的气候敏感性,结合典型实例论述了区域发育特征,重点分析了运动特征、减阻机理和冰屑影响机制.冰-岩碎屑流的超强运动性被认为与低摩擦冰减阻机理、摩擦热融减阻机理、侧限约束减阻机理密切相关.冰屑作为材料组分和融水来源,能够降低界面摩擦、改变冰-水-岩相互作用,进而形成复杂的热-水-力耦合作用.今后应加强研究冰-岩碎屑流事件的成因机制和时空分布规律、运动特性和冰屑影响机制、过程演化观测与预警评估技术,以期揭示冰-岩碎屑流运动机理,为冰-岩碎屑流及链生灾害的科学减灾提供有力支撑.

    全球古-中生代之交牙形石研究进展
    吴奎, 童金南, 李红军, 田力, 邹亚锐, 梁蕾, 赵璧
    2022, 47(3): 1012-1037. doi: 10.3799/dqkx.2021.196
    摘要:

    古-中生代之交发生了许多重要的地质事件,包括“Pangea”大陆的解体、大火成岩省的喷发、晚古生代大冰期的消逝、极端高温事件、两次生物大灭绝以及迟缓的生物复苏等.牙形石作为该时期主要的标准化石,是进行地层对比以及生物与环境协同演化研究的重要依据.近些年,此阶段的牙形石相关研究取得了许多重要的进展,这些新的材料和技术手段上的突破,为人们进行高精度的地层对比、定量重建该时期地球的生物及环境演变起到了关键作用.本文系统地对该时期全球牙形石的研究,包括牙形石的生物学、地层学以及地球化学研究等进行了总结,也提出了部分亟待解决的问题.未来,随着更多技术手段的开发以及更多基础材料的发现,将加强研究人员对该时期牙形石演化的理解,必然也会在研究这段地质历史转折与突变期的古海洋、古环境、古生物过程中发挥更大的作用.

    西天山巴仑台地区晚石炭世岩浆岩的岩石成因及其构造背景
    张喜, 王信水, 江拓, 高俊
    2022, 47(3): 1038-1058. doi: 10.3799/dqkx.2021.187
    摘要:

    位于中亚造山带西段和塔里木克拉通之间的天山造山带的古生代构造演化历史目前还存在很大争议,其广泛发育的古生代岩浆岩则是揭示俯冲增生过程和构造体制转换的重要岩石探针.本文对我国西天山巴仑台地区的7个古生代岩浆岩进行了系统的年代学和地球化学研究.LA-ICP-MS锆石U-Pb定年限定它们的结晶年龄在319~307 Ma之间,均形成于晚石炭世.地球化学特征显示晚石炭世的镁铁质岩浆岩主要起源于软流圈地幔或者受俯冲交代富集的岩石圈地幔;而同期花岗质岩石总体上均属于准铝质‒弱过铝质的中钾钙碱性和高钾钙碱性I型花岗岩,主要起源于下地壳基性岩的部分熔融.根据西天山地区古生代岩浆岩的时空分布规律及变质岩、蛇绿岩和沉积岩的研究成果,本文提出320~310 Ma的岩浆岩形成于板片断离的构造背景,标志着由大陆碰撞向后碰撞的构造体制转换;而310~307 Ma的岩浆岩形成于后碰撞伸展的构造背景.

    西藏安多纳茸矿区石英闪长玢岩成因及地质意义
    刘海永, 唐菊兴, 王雨, 曾庆高, 赵洪飞, 央宗, 华康, 张鹏
    2022, 47(3): 1059-1077. doi: 10.3799/dqkx.2022.040
    摘要:

    纳茸矿区位于南羌塘南缘东段,是认识班公湖‒怒江成矿带构造‒岩浆‒成矿作用的理想窗口.以纳茸矿区内出露的石英闪长玢岩为研究对象,对其进行了系统的锆石U-Pb定年、全岩地球化学、锆石原位Hf同位素及全岩Sr-Nd同位素研究.结果显示纳茸矿区石英闪长玢岩形成于晚侏罗世(158~155 Ma),属于钙碱性系列,具有高Sr(178×10-6~1 086×10-6)含量以及高Sr/Y(15~82)和(La/Yb)N(17~34)比值,亏损重稀土元素(如Yb=1.05×10-6~1.45×10-6,Y=10.50×10-6~14.78×10-6),整体呈现出与埃达克质岩石相似的地球化学特征.石英闪长玢岩样品低MgO、Cr、Ni,高Th和Th/U,锆石εHft)值在-1.7~4.3之间,(87Sr/86Sr)i比值为0.705 93~0.706 81,εNdt)值在-2.67~-0.49之间.结合区域地质资料,指示其是俯冲背景下加厚下地壳部分熔融的产物.将本文研究结果与南羌塘中西段的同期岩浆作用相结合,表明班公湖‒怒江洋向北俯冲至羌塘地体之下,在晚侏罗世形成了超过1 200 km的近东西向岩浆弧.纳茸矿区与多龙矿集区内成矿岩体具有相似的锆石Hf同位素组成,锆石微量元素具有高Ce/Ce*、Eu/Eu*比值,全岩微量元素具有较高的Sr/Y、V/Sc比值,显示纳茸矿区具有较好的成矿潜力.

    武功山杂岩高滩组沉积时代与物源特征:来自含榴云母石英片岩锆石U-Pb年龄与稀土元素组成的新证据
    王义龙, 周万蓬, 刘平华, 田忠华, 张宇佳
    2022, 47(3): 1078-1093. doi: 10.3799/dqkx.2022.005
    摘要:

    武功山地区高滩组是华南板块分布较为广泛的早古生代地层之一,经历了绿片岩相‒角闪岩相变质,其沉积时代限定与物源性质确定对客观重建华南板块早古生代地壳演化过程具有重要的意义.本文利用LA-ICP-MS对高滩组中的含榴云母石英片岩进行了碎屑锆石U-Pb测年与稀土元素分析,获得含榴云母石英片岩最年轻一组碎屑锆石年龄为524±12 Ma,结合区域上高滩组被早古生代约462 Ma花岗岩侵入的地质关系,初步限定武功山地区高滩组的沉积时代为524~462 Ma.高滩组含榴云母石英片岩碎屑锆石U-Pb年龄变化于3 622~497 Ma之间,最主要的年龄峰值为956 Ma,4个次要的年龄峰值分别为2 456 Ma、1 644 Ma、850 Ma与524 Ma.对比扬子、华夏陆块早古生代沉积岩系的碎屑锆石年龄图谱,发现高滩组与华夏陆块早古生代地层具有相似的物源特征,指示早古生代期间武功山地区属于华夏陆块的组成部分.

    中沙海槽盆地构造与沉积作用及其对远端裂陷盆地演化的启示
    汪斯毓, 王仕胜, 刘艳锐, 吴时国
    2022, 47(3): 1094-1106. doi: 10.3799/dqkx.2021.067
    摘要:

    深水远端裂陷盆地演化是大陆边缘构造研究的热点.中沙海槽盆地位于西北次海盆和西南次海盆之间,是一个临近洋盆的裂陷盆地.根据最新的地球物理资料,揭示了该盆地的沉积层序和构造演化.中沙海槽盆地裂开后期地层厚度约为200~1 500 m,可划分为6个地震层序.古近系分布局限,仅限于中沙海槽盆地和中沙南盆地的深凹部位;新近系一般厚为200~1 100 m;第四系厚度薄且变化小.中沙海槽盆地主要特征如下:(1)岩浆活动强烈,岩体数量较多,遍布整个盆地,地震剖面上的反射特征表明有侵入型和喷出型两类岩石.重磁异常综合解释表明火成岩成分为中‒酸性和中‒基性两类;(2)裂陷盆地位于拆离的磁性基底隆起之上,磁性基底北深南浅,埋深在6.0~10.4 km之间;(3)莫霍面埋深在15~24 km之间,地壳由陆向海逐渐减薄、由盆地到岛礁逐渐变厚.中沙海槽盆地通常以犁式正断层为边界断层,其构造变形以伸展构造为主,断层走向主要有NE-SW向和NW-SE向,其中NE-SW向控制了新生代沉积坳陷的发育.

    湄公河三角洲第四系沉积物地球化学特征及其地质意义
    杨允柳, 何云龙, 解习农, 裴健翔, HoangDinh Tuan, 张道军
    2022, 47(3): 1107-1121. doi: 10.3799/dqkx.2021.110
    摘要:

    湄公河三角洲是由发源于青藏高原的世界第7长河——湄公河于南海西南部入海口处沉积而成.由于缺少可靠的地球化学资料和系统研究,湄公河三角洲地区第四系沉积物源性质尚不明确,制约了对湄公河三角洲源汇系统的进一步认识.本文对湄公河三角洲第四系沉积物进行了重矿物、主量元素和微量元素的地球化学特征分析,结果表明:所有样品稀土元素球粒陨石标准化分布均表现为负Eu异常,为典型的陆源沉积.全新统样品ZTR指数为2~13,更新统样品ZTR指数为21~69;相关图解表明全新统样品主要受分选影响,更新统样品主要受旋回影响.更新统样品最远物源可能为青藏高原东部,经过多次沉积旋回,由古湄公河搬运并再次沉积于湄公河三角洲,而全新统样品成分成熟度较低,为近源沉积,可能为大叻区基岩产物.湄公河三角洲不同时期沉积物源区变化,可能与湄公河和湄公河三角洲在第四系的沉积过程和演化有关.

    东寨港红树林沉积物中微生物群落结构特征及其对环境的响应
    张攀, 谢先军, 黎清华, 甘致远, 胡甜, 杨渐, 邓娅敏, 甘义群, 张彦鹏
    2022, 47(3): 1122-1135. doi: 10.3799/dqkx.2022.025
    摘要:

    在红树林覆盖区域和光滩沉积物中存在着丰富的微生物群落,这些微生物在驱动红树林湿地的生物地球化学过程中起着至关重要的作用.深入了解东寨港红树林湿地沉积物中微生物的多样性分布特征,对探究东寨港红树林湿地中的生物地球化学过程和湿地的生态保护具有重要意义.本研究采用Illumina Miseq高通量测序技术,在东寨港的演丰西河和三江河采集108个沉积物样品,分析其地球化学和微生物群落特征,探讨不同环境因子对两岸红树林覆盖区域和光滩微生物群落的影响.结果显示:Proteobacteria是东寨港红树林沉积物中的优势种群,沉积物中微生物丰度和多样性随深度整体上呈减小趋势;演丰西河和三江河沉积物中微生物群落结构存在显著差异;pH是控制光滩区域沉积物中微生物群落结构的主要环境因子,而盐度是控制红树林表层沉积物中微生物群落结构的环境因子.上述研究结果表明:东寨港红树林沉积物中微生物分布特征和群落结构受到了人类活动的影响,微生物丰度和多样性随深度整体呈减小的变化趋势,不同采样区域沉积物中微生物群落结构存在明显差异,该差异是自然因素(盐度和pH)和人为因素(水产养殖)双重作用的结果.

    利用樟树叶片氮含量和同位素组成初探武汉市大气氮沉降和氮源
    朱园园, 孙庭玉, 邢腾, 杜勇, 邱海鸥, 宋虎跃
    2022, 47(3): 1136-1142. doi: 10.3799/dqkx.2021.220
    摘要:

    为了解武汉市不同城市功能区大气氮沉降的具体特征,对城市交通区、工业区、文教区和市郊交通区、文教区5个功能区的樟树叶片及根际土壤的氮含量和氮同位素组成进行测定,发现城市公路、工厂附近和大学校园的樟树叶片的氮含量明显高于市郊大学校园和公路.城市公路、工厂附近的樟树叶片的氮同位素分别受控于汽车尾气排放的氮氧化物(NOx)、工厂排放的氨氮化合物(NHy)的δ15N值.市郊大学校园的樟树叶片δ15N值与土壤较为一致,市区大学校园的δ15N值明显偏负,可能受到附近城中村农业氨排放的影响.樟树叶片的氮含量和同位素组成是揭示武汉市大气氮沉降特征的有效途径之一.