非平衡2:1型层硅酸盐体系的自组织结晶机理

从非平衡态热力学角度探讨了２：１型规则间层矿物的结晶机理．通过分析相 关晶层组合的结构化学组成归纳出６种非平衡的化学体系，讨论了这些体系在界面区 中可能发生的化学反应，并以绿泥间蒙石和累托石为例建立了各自体系的化学反应系 （化学模型），模拟求得相应的振荡解．结果表明，相关体系之间在原始化学组成上的差 异固然会影响各自反应物、中间物、生成物和化学反应过程，却不能改变溶体中成网阳 离子、大小变网阳离子在结晶过程中的结晶行为．因此，反映它们一般结晶规律的反应 动力学模型是相同的．在相关控制参数的支配下，这些体系会结晶产生自组织有序结 构的纳米晶畴．     

在超声作用下水-大理岩系统的化学异常行为

实验证实,在超声作用下,水-大理岩系统有明显的化学异常行为:组成大理岩的有关矿物快速分解,水变为碱性,同时出现 H2发射;在岩石显微镜鉴定和水、岩化学分析的基础上,对上述化学反应做了机理分析和讨论.      

华南前寒武系基底变质杂岩高温高压下的波速特征及地壳结构

目前,华南地区通过数条地学大断面在内的地球物理探测工作,已经获得了大量深部地壳结构的信息,然而对其基底岩石的物理性质研究程度还不够.为此,我们选择华南地区扬子克拉通和华夏陆块具代表性的不同深度地壳岩石,对其进行高温高压弹性波速特征研究.结果表明两大构造单元基底的岩石波速差异较大,从而认为两者物质组成迥异,地壳结构完全不同.进而初步建立了扬子克拉通与华夏陆块各自的地壳结构模型,认为扬子克拉通具有多层结构的结晶基底,华夏陆块具三层结构但没有结晶基底,这一模型重新构建了华南的地壳结构,对华南深部地质研究和构造格局演化研究具有重要意义.     

EPR 9-10°N热液烟囱体的结构特征与生长历史

对Alvin深潜器采集的4个EPR9-10°N热液烟囱体样品进行了结构和矿物地球化学研究,建立了不同烟囱体的形成环境和生长历史. EPR9-10°N热液烟囱体在形态、结构和组成上的差异, 反映了不同的两类热液沉积环境: 类型Ⅰ烟囱体形成于高温、较强酸性、强还原性热液集中流环境, 类型Ⅱ烟囱体则形成于相对低温、较弱酸性、富锌的还原性热液环境. 类型Ⅰ烟囱体的生长始于硬石膏的形成, 在此基础上, Cu-Fe-Zn硫化物在烟囱内各方向上的交代和沉淀过程决定了类型Ⅰ烟囱体的最终结构. 早期、中期、晚期硫化物形成阶段的建立恢复了类型Ⅰ烟囱体形成过程中温度变化和化学反应变化的历史. 与类型Ⅰ烟囱体不同, 类型Ⅱ烟囱体早期黄铁矿淬火结晶和闪锌矿结晶为烟囱体的生长提供了基础.     

高分异花岗岩的识别与研究

作为大陆地壳的重要组成部分,花岗岩一直是地质学中经久不衰的研究课题.从小型岩枝、岩脉,到大型岩基,花岗岩在不同尺度上表现出结构、构造、矿物组成及化学成分的不均一性.对导致花岗岩成分变异的原因,目前学术界则存在不同的认识.争论的焦点在于,花岗岩浆是否能够发生有效的结晶分异作用,以及如果有的话,将发生何种类型的结晶分异作用.本文通过资料的归纳与整理认为,尽管花岗岩浆由于较高的SiO_2含量导致其较高的粘度,但花岗岩浆的结晶分异作用既有野外宏观地质资料证据,也有微观尺度矿物组成及其成分变化的证据,更有大量地球化学资料的支持.这些资料显示,单纯的重力分异并不是花岗岩浆结晶分离作用的主导机制.相反,流动导致的分异可能是花岗岩浆成分变异最主要的原因.根据结晶分异程度,花岗岩可划分为低分异花岗岩、高分异花岗岩以及与之伴生的堆晶花岗岩,它们都将是未来花岗岩岩石学研究的前沿.在大型岩浆房中,高分异花岗岩的出现主要与它的高温及富挥发分相关;而沿伸展构造的侵位也是花岗岩浆能够发生强结晶分异作用的重要控制因素.在高度结晶分异作用情形下,花岗岩浆较长的结晶时间使其极易受到围岩同化混染的影响.因而,花岗岩在很多情况下并不能反映源区的特征及岩浆形成的物理化学条件.从目前的研究来看,高分异花岗岩有可能是大陆地壳成分成熟度的重要标志,且与W、Sn、Nb、Ta、Li、Be、Rb、Cs和REE等稀有金属成矿作用关系密切.     

参数化地震子波估计模型定阶方法研究综述

参数化模型地震子波提取中模型阶数的确定对子波提取的精度至关重要,笔者针对因果地震子波MA、ARMA模型,总结了目前比较成熟的四类定阶方法：相关分析法、信息量准则法、线性代数法及基于优化算法的模型定阶方法,分析比较发现这些算法都存在不同程度的缺陷,只能在各自的适用范围内得到较好的定阶结果,针对算法在子波建模应用中的不足提出了改进建议;同时分析比较了基于高阶累积量的非因果系统模型定阶的各种方法,并对非因果地震子波模型定阶进行了展望.     

地震预报和地震对策模型体系

设计了一种用于地震预报和地震对策的模型体系。本文简述了建立这一模型体系的必要性,给出了模型体系的设计思想,讨论了模型体系的結构、功能和组成以及建立模型体系的数学方法。     

地质流体状态方程

状态方程是描述物质压力、体积、温度和组成(PVTX)之间关系的数学函数.许多物理化学性质可以从状态方程中导出,如:相(不混溶性、溶解度、相平衡)、容(体积、密度、压缩性)、热(焓、热容)和化学性质(化学位、活度、逸度).地质流体主要是指自然界的溶液和气体.它们主要是由H2O,CO2,CH4,N2,H2S,H2,O2,Ar,HCl,C2H6,SO2,Cl2,Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Cl?,SO42?,HCO3?,F?和各种水化金属离子和它们的混合物组成.在各种地质活动中(如成矿元素的运移和沉淀、油气迁移和储藏、地热传送、岩浆活动、变质作用和环境污染物质的传播等),地质流体发挥着至关重要的作用.本文介绍了通过热力学、分子动力学、统计力学和量子力学的方法综合研究所建立的一系列天然流体状态方程,这些方程不仅重现了全世界上百个实验室里数以万计的实验数据,而且预测出了超出实验范围以外的流体性质并得到后来实验的检验,使大量原有实验数据的应用价值增加至少一倍.这些方程和模型被世界上30多个国家的研究人员广泛应用于地球化学研究相关的多个方面(如甲烷水合物研究、包裹体研究、岩石流体相互作用、油气和地热勘探与开发、地球大...     

胶东海阳所高压变质基性岩的岩石化学和地球化学

胶东海阳所一带有大量变质基性岩呈巨大的岩块或构造透镜体发育在高度变形的花岗质片麻岩中. 这些岩石主要是石榴辉石麻粒岩、榴辉岩化的麻粒岩以及角闪 岩, 原岩成分从橄榄拉斑玄武岩到石英拉斑玄武岩, 表现出由富Mg向富Fe方向演化的拉斑玄武岩趋势. Pearce元素比值斜率法证明, 这些基性岩是由同一岩浆系列, 经由斜长石、橄榄石和单斜辉石为主的分离结晶作用形成. 尽管大离子亲石元素受到变质作用的改变, 微量元素组成也显示了结晶分异作用特征, 如微量和稀土元素相互平行的配分型式、Ni和Ce的相关关系以及Sr的逐渐增强的亏损, Nd同位素资料与微量元素资料一致指示了亏损地幔的来源. 海阳所变质基性岩不是蛇绿岩的碎片, 其形成也与俯冲消减作用无关, 很可能是大陆环境的岩浆系列. Sm-Nd全岩等时线年龄2252±180 Ma大致指示了原岩的形成时代. 因此, 早在三叠纪晚期大别-苏鲁超高压碰撞造山带形成以前, 海阳所基性岩就已经作为扬子板块基底的一部分存在了大约2000 Ma.     

机器学习在地震紧急预警系统震级预估中的应用

地震预警是地震减灾工作的重要途径,而震级预估是整个地震紧急预警系统中重要且较为困难的一个环节.目前,世界上多个国家和地区都已建立了各自的地震预警系统,并且形成了特征频率(τ_p和τ_c等)相关和特征振幅(Pd等)相关的两类震级紧急预警的方法,但各有局限性.本文在已有的方法和理论基础上,运用机器学习算法,将日本KIK和KNET台网从2015年至2017年所记录到的843条地震目录,55426条记录作为全数据集,设计、训练出一套用于常见震级范围的机器学习震级预估模型.与已有方法的预估结果相比,机器学习方法不仅使预估的整体误差和方差下降,同时多台联合评估单一地震事件的截面方差也更低.本研究的结果显示了机器学习算法在震级紧急预估问题上具有较广阔的应用前景,同时也为较为复杂的深度学习类算法框架下端到端模型提供了实践基础和研究可能.     

太行山北段中生代岩基的成因和意义:主要和微量元素地球化学证据

太行山北段中生代岩基主要由中酸性岩和淡色花岗岩组成, 还出露少量同深成的、来自富集地幔的基性岩. 中酸性岩具有高钾钙碱性、高La/Yb比值和高Sr(和Ba)、Eu异常不明显以及低Y等特点, 这些地球化学特点与来自富集地幔的基性岩的特点一致. 中酸性岩的形成可能与来自富集地幔部分熔融并经历充分演化的基性岩浆与壳源花岗质岩浆相互混合形成混浆、再经历一定程度的分离结晶作用的复杂过程有关. 淡色花岗岩富硅和钾而贫铁镁组分, 可能代表中酸性岩分离结晶晚期的残余岩浆. 因此, 太行山中生代岩基代表相当规模的年轻陆壳增生. 在上涌的软流圈物质的作用下, 富集的岩石圈地幔发生部分熔融并转化成规模巨大的中生代岩浆活动, 这可能是华北克拉通中生代以来岩石圈减薄的重要途径之一. 太行山(以及整个东部)花岗岩虽然在稀土特征方面具有与埃达克岩类似的一面, 但在其他方面仍有本质的不同, 不宜叫做埃达克质岩石.     

藏南羊卓雍错流域水化学主离子特征及其控制因素

水化学主离子特征是流域湖泊的一个重要特征,对气候以及河流所经地区的环境具有指示作用.本文对藏南羊卓雍错流域水化学主离子组成特征及其控制因素进行分析,结果显示流域内不同水体(湖水、河水、地下水)之间的主离子组成以及水化学类型差异显著.其中,羊卓雍错的水化学类型为SO24--HCO3--Mg2+-Na+,巴纠错为SO24--Mg2+-Na+,沉错为SO24--Na+-Mg2+-Ca2+,普莫雍错为HCO3--SO24--Mg2+-Ca2+,空姆错为HCO3--SO24--Ca2+;流域河水中主要阴离子为HCO3-和SO24-,Ca2+为绝对优势阳离子;流域地下水化学类型则为HCO3--Ca2+.究其原因,流域水体化学组成主要受岩石风化作用控制;除此,羊卓雍错、巴纠错和沉错水化学组成亦受自身蒸发-结晶作用的影响.就入湖河水而言,羊卓雍错入湖河水整体受碳酸盐岩石风化的影响较大,蒸发岩溶解的影响次之;沉错和空姆错入湖河流(卡鲁雄曲)的蒸发岩来源则略大于碳酸盐岩来源;而硅酸盐对流域内河水的水化学性质影响较小.与入湖河水相比,羊卓雍错和沉错湖水的Mg2+、Na+和SO24-含量较高,而Ca2+和HCO3-含量较低.这应该与湖水蒸发强烈使得湖水中Ca2+和HCO3-析出并沉积到湖底有关.而空姆错由于湖泊面积小、入湖河水流量大,致使其湖水与入湖河水的主离子组成差异不显著.     

多学科(GGE)研究地壳结构和震源区的方法探讨

就采用地球物理探测、地质岩石学分析和高温高压实验(GGE)综合研究区域地壳细结构和确定地震震源区的可能性和方法作了探讨,并以临汾地区为例,给出了实施过程中的一些具体考虑.这些考虑包括:通过地球物理探测建立地壳、上地幔的速度、电性、密度、磁性和热等结构,给出深部的温压分布等;通过地质调查、钻探和岩石学分析确定沉积层的性质与厚度、结晶基底的组成,推测深部物质的状态,选取典型样品等;在模拟深部温压条件下,通过对岩石波速、电性和密度等的测定和与地球物理结构模型、地质岩石学结构模型进行综合比较建立区域地壳三维结构,通过对岩石力学行为的实验测定与了解,选择发震判据,确定潜在震源区.     

微生物异化还原水铁矿介导的Ca-Fe碳酸盐矿物形成:对铁白云石成因的启示

白云石的成因机制至今仍是地球科学领域的一个谜题(“白云石问题”).铁白云石等碳酸盐矿物具有类白云石晶体结构,因此研究这些矿物的形成机制可为解答“白云石问题”提供新线索.本研究利用一株海洋异化铁还原菌(Shewanella piezotolerans WP3),在不同钙离子浓度(0～20mmol/L)条件下,通过氧化乳酸盐诱导水铁矿还原转化为次生碳酸盐矿物,以此评估微生物在铁白云石形成过程中的作用.实验结果表明,加入Ca²⁺可以增强S.piezotolerans WP3细胞与水铁矿颗粒之间的黏附作用,从而提高反应体系中Fe(Ⅲ)还原速率.在不同Ca²⁺浓度条件下,菌株WP3诱导生成的次生碳酸盐矿物类别有所差异:在0mmol/L Ca²⁺体系中生成菱铁矿,而含钙体系中则为Ca-Fe碳酸盐固溶体,且这些固溶体的钙离子含量与反应体系中初始的Ca²⁺浓度呈正相关关系.值得注意的是,在20mmol/L Ca²⁺体系中生成的Ca-Fe碳酸盐固溶体化学组成为Ca_0.8Fe...     

长江三峡黄陵背斜段地质时期结晶岩风化剥蚀速率研究

在长江三峡东段黄陵背斜核部结晶岩分布区, 选择6条有代表性的地质地形剖面, 恢复了古地形, 通过古今地形对比, 计算出不同地貌部位的剥蚀厚度. 又根据剥蚀沉积相关原理, 在黄陵背斜相邻沉积区——江汉平原的沉积地层中, 确定了黄陵背斜结晶岩初始剥蚀的层位和年代为56.5 Ma. 大面积的强烈剥蚀大约发生在2.4 Ma左右. 以地形极点、流域系统、地形层面及整体平均四种体系, 计算出了不同点、河流上中下游、各地形层面及整体平均剥蚀速率. 最大点剥蚀速率为49.56 mm/ka, 平均剥蚀速率为16.97 mm/ka.     

地球化学动力学方法及其在地下流体地震前兆机理研究中的意义

地球化学动力学是继地球化学热力学之后发展起来的一门新兴地球化学分支学科。地球化学动力学包括两个方面的研究内容:一是地球化学反应动力学,如化学反应速度、各种条件对化学反应速率的影响及其化学反应机制;二是物理方面的运动学,如流体动力学、扩散、弥散及热传导等。其中在地球化学反应动力学方面,主要是水—岩反应化学动力学和同位素交换动力学,即对各种物质转换过程的研究。在流体动力学方面,主要是多孔介质中流体的运移及断裂对流体运移的控制作用,即对物质与能量的运输过程及其影响条件的研究。但自然界地球化学作用是转变过程和运输过程的耦合,化学反应是最主要的转变过程,流体流动是最主要的运输过程,所以把各种转变过程和运输过程结合起来,建立相互间的耦合关系,并通过数值计算模拟地下流体的真实行为,这就是研究地下流体的流—固耦合理论。地球化学动力学方法在地震前兆成因机理解释研究方面具有重要的理论指导意义。     

蛇绿岩铬铁矿成矿新模型:流体不混溶作用

尽管富水流体参与蛇绿岩豆荚状铬铁矿形成过程已被广泛提及,但流体的作用和机制仍缺乏天然样品的证据证实.文章对保存完好的土耳其K?z?lda?蛇绿岩和研究程度较高的西藏罗布莎蛇绿岩的铬铁矿床进行了岩石学、矿物学和地球化学的系统总结,展示了流体活动的证据,探讨了铬铁矿结晶与岩浆演化过程中流体不混溶的关系,进而建立了铬铁矿成矿的新模型.在该模型中,侵入大洋岩石圈地幔的岩浆通过岩浆通道相连接进而形成一系列的小岩浆房,铬铁矿微晶吸附岩浆中的流体形成含铬铁矿的不混溶液滴,这种不混溶铬铁矿液滴由于密度较小在岩浆房中悬浮并随岩浆向上运移.在岩浆混合、对流及运移过程中,分散的含铬铁矿的液滴不断聚合形成更大的富铬铁矿不混溶液滴.大的不混溶液滴从边部向核部逐渐结晶铬铁矿,捕获或圈闭的熔/流体发生结晶作用形成各种各样的矿物包裹体.不混溶的含铬铁矿的液滴在岩浆房中大量聚集则形成“不混溶液滴池”,此时大量铬铁矿原地结晶形成豆荚状铬铁矿,同时释放吸附的流体导致岩浆房中流体的富集.释放的流体由内向外逐渐渗滤到围岩纯橄岩和方辉橄榄岩中,造成矿体与围岩中矿物内部和矿物间的元素变化和同位素分馏.因此,玄武质岩浆上涌过程中流体不混溶作用对铬铁矿的成矿作用至关重要.     

附合重力网的严密平差

本文首先证明了传统的强制符合条件平差法已不适用于现代高精度附合重力网平差,而应根据相关分组平差原理将控制网起始数据作为具有先验精度的虚拟观测值与附合网观测值一起进行平差,其结果与对控制网和附合网实行不等精度一并平差等价.按长段差法组成相对观测方程能获得较高的重力值和仪器格值线性项求定精度.本文推导了有关数学模型,并通过算例对这种平差方法的结果和精度进行分析讨论.      

变质玄武岩部分熔体微量元素特征及埃达克熔体产生条件

通过1.0~2.5 GPa, 900~1100℃和5%H₂O条件下含水玄武岩结晶实验获得角闪岩或榴辉岩矿物组合+部分熔体实验产物, 电子探针分析表明这些淬火熔体的主要元素组成具有埃达克岩的组成特点, LAM-ICP-MS微量元素分析表明, 仅仅当结晶组合中同时含金红石和石榴子石(即结晶残留体为含金红石的榴辉岩和角闪榴辉岩)时, 熔体相才具有相似于埃达克岩的高Sr/Y、低HREE和负Nb-Ta异常等特征. 石榴子石使部分熔体产生显著的HREE亏损, 而金红石控制部分熔融过程中Nb和Ta的分配行为, 只有金红石才能导致共存熔体产生负Nb-Ta异常, 证明除了石榴子石外, 金红石也是埃达克质熔体形成时一个必要的残留相. 基于玄武岩部分熔融过程中金红石1.5 GPa稳定压力下限, 确定埃达克熔体产生在大约50 km以上.     

华北地区上部地壳结构的三维有限差分层析成像

采用正方形网格对华北地区速度模型进行参数化、网格维数为649×90×16,网格间距为1km. 通过对华北地区30条深地震测深剖面的Pg波三维有限差分速度层析成像反演,获得了该地区上部地壳的三维速度结构. 反演结果显示,低速的"棱形"华北盆地被高速的隆起所包围;而华北盆地又由两个大的断陷带中间夹一个隆起所组成.两个大的断陷带又被分割为多个小的断陷盆地.研究区内的断层多为铲式正断层,结晶基底深度变化较大. 所有这些表明华北地区具有复杂的地质构造和发生强震的深部背景.