计算机流体地球化学研究的进展

成矿作用的化学机理可以通过实验和计算机模拟进行研究,随着计算运算能力的不断增强,在地球化学中正在形成一门新兴学科－计算地球化学。其中热质输运模拟、化学质量迁移数值模拟和流体输运－化学反应耦合动力学研究取为著进展,建立在Ｄａｒｃｙ定律和守恒方程基础上的多孔介质热质输运模拟通过流函数图、等温线图及速率矢量图等,从古水文学和流体地球化不方面高度动态研究成矿作用,根据化学和热力学原理进行的化学质量迁移数值模拟则通过矿物和流体中化学物种的热力学数据,预测多组分体系中发生的流体－岩石相互作用,定量揭示经历了复杂化学反应进程的成矿作用的化学行为。将上述两方面结合的流体输运－化学反应耦合动力学,可以从时间和空间上模拟真实成矿流体系统复杂的动力学行为,是计算流体地球化学的发展方向。     

求解热质输运—反应体系动力学模型的指数拟合有 …

热质输运－反应体系对于热液成矿,污染物迁移等均十分重要,该体系包括热质输运,流体渗流,地球化学平衡计算,多组分化学反应－输运过程耦合等动力学过程。介绍了求解热质输运－反应动力学是数拟合有限体积方法,并编制了相应的计算机软件。     

求解热质输运-反应体系动力学模型的指数拟合有限体积法及模拟软件

热质输运-反应体系对于热液成矿、污染物迁移等均十分重要．该体系包括热质输运、流体渗流、地球化学平衡计算、多组分化学反应－输运过程耦会等动力学过程．介绍了求解热质输运－反应动力学方程的指数拟合有限体积方法,并编制了相应的计算机软件．     

成矿多过程耦合模型数值模拟研究态势

成矿作用是构造变形-热量传递-流体流动-质量转移等四种性质完全不同过程的耦合.数值模拟是通过建立多过程耦合模型来刻画其物理和化学规律.由于这些耦合模型过于复杂而难以得到其解析解,因而数值模拟被用来讨论这些复杂动力学过程.针对成矿预测领域主要的耦合模型:形变-流动模型、形变-热-流动模型、热-流动-质模型、变形-热-流动-质模型,通过这些耦合模型应用实例分析得出,印证了高差和温度变化是流体对流、矿物沉淀发生的重要机制;详释了构造控制流体输运的方式及过程,高渗透率断裂是流体汇聚的有利场所,从而渗透率等控制成矿的关键参数成为成矿预测的主要指标.     

成矿多过程耦合模型数值模拟研究态势

成矿作用是构造变形-热量传递-流体流动-质量转移等四种性质完全不同过程的耦合。数值模拟是通过建立多过程耦合模型来刻画其物理和化学规律。由于这些耦合模型过于复杂而难以得到其解析解，因而数值模拟被用来讨论这些复杂动力学过程。针对成矿预测领域主要的耦合模型：形变-流动模型、形变-热-流动模型、热-流动，质模型、变形-热-流动-质模型，通过这些耦合模型应用实例分析得出，印证了高差和温度变化是流体对流、矿物沉淀发生的重要机制；详释了构造控制流体输运的方式及过程，高渗透率断裂是流体汇聚的有利场所，从而渗透率等控制成矿的关键参数成为成矿预测的主要指标。     

地球化学动力学体系

本文以地球化学作用与其时-空结构的统一性为指导思想,将地质区域和各种地质体视为动力学体系,应用耗散结构理论,通过对云南个旧钖、多金属成矿区的研究,讨论地球化学动力学体系的建立。 作者应用马尔科夫过程理论揭示了沉积过程的地球化学旋回性,并用动力学体系分析阐明每一旋回的时间结构。花岗岩浆的分离结晶作用与对流驱动的热重力扩散作用相结合导致了岩体内痕量元素的化学分带。岩浆期后体系系由具有非线性动力学机制的复杂的反应-输运网络所构成,其拓朴结构使体系产生异常的动力学行为。通过各种物理化学参数的实验测定建立了成岩、成矿作用的动力学模型,并用计算机模拟了典型矿田内热液流体的流速场与温度场。 地球化学全过程的时间结构可以归结为热力学分枝的分支在时间上的展开或多阶耗散结构的阶梯。地球化学场的空间结构产生于耗散结构的局域化和化学波的成生与传播。成矿区域是囿于有界介质内的局域化耗散结构。不同反应前锋的差速前进从而产生不同物种的分异沉淀使成矿区域出现化学分带。成矿源区起因于某种化学反应核心或特殊的物理边界所产生的局域不均一性。 对地球化学动力学体系作进一步的研究可以揭示金属矿源学、历史地球化学与区域地球化学之间的内在联系。     

成矿作用动力学研究的新进展及发展趋势

成矿作用动力学是地球化学动力学的一个重要分支学科,近年给出了更完善的定义,初步建立了一套理论体系和研究方法。水岩相互作用及动力学模型、物质输运与化学反应、成矿元素的输运与沉淀、化学热力学与输运性质等方面的研究取得许多新的进展。最后指出了成矿作用动力学的某些发展趋势。     

安徽月山矿田铜、金矿床氢氧同位素地球化学及成矿流体输运-化学反应成矿动力学

本文基于氢氧同位素的地球化学研究，论述了安徽月山矿田两类铜、金矿床成矿流体的来源、演化及成矿流体输运扣化学反应扣成矿作用动力学过程。结论认为。月山矿田金属矿床成矿流体为具复杂演化历史的岩浆水或多成因水的混合，主要成矿阶段成矿热液均以岩浆水占绝对优势，两类矿床是同源岩浆热液系统在不同的地质、地球化学环境下演化的产物，是成矿流体的等温输运反应及温度梯度输运反应等综合作用的结果。     

热质输运-反应体系的石英溶解与沉淀的模拟研究

介质中热质输运-反应体系对于热质成矿、污物迁移等十分重要。这里利用热质流体输运动力学模型与石英溶解与沉淀的化学动力学模型,以及多孔介质的本构关系,建立了一个热质输运、反应动力学藕合模型。并使用此模型研究了局部的温度变化和颗粒半径不均一分布对研究区域内温度场和浓度场的变化情况,其结论是它们之间的耦合可能打破系统的平衡,驱使系统长时间持续进行流体输运-反应动力学过程。     

成矿流体活动的地温信息及地球物理示踪

本文对流体活动与地温结构的相互作用关系－流体活动的热效应,地温异常导致的地球化学效应,流体活动－地热传输的耦合过程及其模拟进行了研究。初步建立了识别流体活动热效应的地球物理及地球化学标志,指出通过热史模拟,流体史模拟、热－质迁移模拟及地球物理等方法识别这些标志可以进行流体活动的示踪。     

铜陵地区硫化物矿床成矿过程的热传导和物质输运动力学

根据热传导和热致流体流动以及化学物质输运动力学原理，模拟和分析了铜陵地区铜金硫化物矿床成矿过程的温度场和流体动场。根据矿区温度空间分布模式和流体流线的展布模式，可以预测矿床的溶解地段和成矿物质的堆积场所。研究表明：（1）能量流和物质流是热液成矿的关键因素，而岩浆侵位带进的热是驱动流体流动的原动力；（2）侵入体的产状、不同化学性质围岩的空间分布的组合方式、围岩的孔隙度和渗透率差异等因素共同限定了成矿物质的沉淀堆积场所；（3）矿区中铁和硫主要来自五通组高孔隙度的含黄铁矿砂岩。在砂岩和灰岩之间的白云岩层强烈碎裂形成有利的成矿空间，白云岩与砂岩之间的化学位差是构成成矿化学反应发生的动力。     

剪切蚀变与物质迁移及金的富集——以胶东矿集区为例

运用定量计算和计算机模拟与传统地质学相结合的方法, 研究胶东矿集区中剪切构造变形和围岩蚀变与物质迁移及金矿富集的相互关系.结果表明, 在剪切-蚀变作用过程中, 各种物质组分发生了不同程度的迁移, 存在较大的流体/岩石比值, 体积应变为增加型.成矿作用发生的最主要原因是剪切挤压-拉张构造作用引起的成矿元素活化→运移→富集.成矿早期, 形成以包体金为主的贫矿石; 成矿晚期, 形成含裂隙金和多金属细脉的富矿石.      

应用热质输运-反应体系对银山隐伏岩体预测

利用热质流体输运动力学模型与石英溶解、沉淀的化学动力学模型,以及多孔介质的本构关系建立了一个组分浓度、热质输运、反应动力学耦合模型.针对银山多金属矿床成因有关成矿模型,假设银山多金属矿床形成除与浅部次火山岩岩枝的侵入有关外,在其底部可能还存在一个大的隐伏岩体,并模拟了成矿系统的温度场、孔隙流体组分(硅酸)浓度场、流场(流函数)和二氧化硅沉淀量.初步结论是:对于银山多金属矿床这样大型、特大型矿床,一种合理的情况是下部可能存在隐伏的大岩基,其所提供的巨大热能和矿质驱使整个热液成矿系统的长期活动,并使得大矿量聚集成为可能.     

FLUID DYNAMICS OF ORE DEPOSITS

矿床学中的流体力学是矿产资源地质领域的一个新方向，它研究成矿流体在具孔隙和破碎的地质媒体中运移的一般规律。这种流体运移以其积极参与构造形成和成矿物质迁移为特征。地壳表层（５～１０ｋｍ）是一个流体系统形成和活动的特殊带，因此可以称为流体圈或成矿圈。它具有不同均匀的结构，其９５％（体积）属挤压带，仅５％为张性带。岩石块体中的压实和挤压作用反映了其内的机构能量积累和转换过程，并作为独特的具有高地球化学活性和剧烈质量迁移的推动力。伸展和减压带通常是质量迁移的终点，矿床于岩石物理条件有利的媒体内富集。在流体的参与下，构造活动和成矿作用最为活跃。矿物质迁移和沉淀的决定因素是液压构造作用，这表现为合适的构造物理环境和水动力作用相结合，导致早期形成主要的水动力裂隙和流体房，晚期于流体房中发生多阶段矿化。这一过程在同沉积裂隙带、火山通道边缘、隆起的外围、背斜核部环境中最为发育。     

剪切带构造-流体-成矿系统动力学模拟

剪切带构造成矿系统动力学模拟可以定量,并能展示成矿系统时空结构与发展,从而揭示其本质。可从质量平衡、输运反应耦合、转换界面成矿和动力分形弥散等四个方面对剪切带构造成矿系统动力学进行理论分析与数值模拟。质量平衡分析指出：（１）剪切蚀变作用过程中,各种物质组分发生了不同程度的迁移;（２）体积应变为增加型,金矿床定位于剪切带的扩容带中;（３）存在较大的流体与岩石比值,金矿体定位于流体流量最大部位。耦合成矿动力学模拟表明：（１）金属硫化物成矿作用发生于剪压构造变形岩相向剪张构造变形岩相转换的时空界面;（２）其决定因素是成矿元素的地球化学特性及成矿流体的特征和性状;（３）岩浆侵入后,形成以岩体为中心的温度梯度带,是热液成矿作用的主要动力之一;（４）成矿流体的流速可以促进混合热液的生长,剪切破碎带是强烈输运反应耦合成矿的有利场所。动力弥散作用过程理论分析与计算机模拟指出：（１）点源淀积弥散机制,Ｃ＝Ａρｖ２ｄｘｄｙｄｔｅ－ｋｒ／［２π（ｈ２－ｖ２ｔ）ｄｌ］;（２）分形弥散度,αｍ＝ｘｓ２Ｄ－１σ２（εｃ１－Ｄ）／２;（３）剪切带构造成矿系统是自相似的变形变质系统,在动力系统作用下,矿源系统与输运系统耦合,弥散作用发生;?     

岩溶区地下水数值模拟研究进展

岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。      

构造-流体-成矿体系的反应-输运-力学耦合模型和动力学模拟

建立了一个综合的构造流体成矿体系的反应输运力学耦合动力学模型。利用有限元方法求解岩石变形、断裂作用和断裂网络统计动力学、流体流动、有机和无机地球化学反应及成岩成矿作用、压力溶液和其它压实力学、热迁移的方程组 ,可以对构造流体成矿体系的动力学演化过程进行 1～ 3维数值模拟。模拟的主要内容是在各种过程耦合作用下描述构造流体成矿体系的主要变量的时空演化 :( 1)与成矿流体的形成和性质有关的变量 ,如地层中矿物 (包括成矿物质 )的溶解速率、流体中各组分的浓度与饱和度、流体温度、压力、离子强度等 ;( 2 )与构造变形和流体运移有关的各变量 ,如应力与变形速率、岩石孔隙度、构造 (断裂 )渗透率等 ;( 3 )与沉淀成矿有关的变量 ,如矿物 (金属矿物和脉石矿物 )的成核速率、各矿物的沉淀量等 ;( 4 )上述各有关变量间的时空耦合关系 ,如断裂渗透率时空演化与流体流动、汇聚和成矿的耦合关系等。以湖南沃溪金锑钨矿床为例 ,应用该模型和方法对成矿动力学过程和动力学机制进行了初步的模拟与分析。     

Shear Alteration, Mass Transfer and Gold Mineralization: An Example from Jiaodong Ore Deposit Concentrating Area, Shandong, China

Since Ramsay and Graham (1970 ) system atically deliv-ered study results of ductile shear zone,the study on shearzone has been put forward rapidly and has obtained greatachievements.After the“gold- bearing shear zone” type ofmetallogenic model proposed by Bonnemaison(1986 ) ,lots ofstudies showed that large gold- bearing shear zone system,which underwent multi- stage and multi- level tectonic- m inerl-ization evolution,is a complex deformational metam orphic ge-ological body with different d…     

Numerical Modelling of Dissolving and Driving Exploitation of Potash Salt in the Qarhan Piaya——A Coupled Model of Reactive Solute Transport and Chemical Equilibrium in a Multi-component Underground Brine System

Firstly,the macroscopic chemical equilibrium state of a series of chemical reactions between intercrystal brine and its media salt layer (salt deposit) in Qarhan Salt Lake was studied by using the Pitzer theory.The concept of macroscopic solubility product and its relation with accumulated ore dissolving ratio were presented,which are used in the numerical model of dissolving and driving exploitation of potassium salt in Qarhan Salt Lake.And secondly,with a model forming idea of transport model for reacting solutes in the multi-component fresh groundwater system in porous media being a reference,a two-dimensional transport model coupled with a series of chemical reactions in a multi-component brine porous system (salt deposits) was developed by using the Pitzer theory. Meanwhile,the model was applied to model potassium/magnesium transport in Qarban Salt Lake in order to study the transfer law of solid and liquid phases in the dissolving and driving process and to design the optimal injection/abstraction strategy for dissolving and capturing maximum Potassium/ Magnesium in the mining of salt deposits in Qarban Salt Lake.