地幔矿物与水流体之间元素分配系数的研究及意义

流体是地球内部物质和能量迁移最为活跃的介质，它在造成地幔化学的富集和亏损，产生具有不同地球化学特征的幔源岩浆岩石，以及促进壳幔物质的再循环过程等诸多方面都起了重大作用，高温高压下实验模拟流体与地幔岩石和矿物之间痕量元素分配作用是揭示地幔流体的组成与性质，地幔中不同元素类型之间或内部的分异作用，地幔交代介质的类型与特征，岛孤玄武岩高场强元素亏损原因的一个重要的手段，并对近年来有关高温高压下流体与地幔矿物之间痕量元素分配作用的实验模拟研究进行了评述，分析了制约流体与地幔矿物之间痕量元素分配系数的因素，总结了这些研究的应用。     

实验矿物物理的发展现状与趋势:1.相变和状态方程、电导率、热导率

实验矿物物理是高温高压实验地球科学的重要分支学科之一,它主要是通过高温高压实验模拟地球内部的物理化学环境,并原位测定地球深部物质（矿物、岩石和熔/流体等）的相变和状态方程、电导率、热导率等物理参数,探讨地球内部的圈层结构、物质组成、地球动力学过程等地球物理性质相关的一系列重要科学问题. 综述了实验矿物物理的发展历史、近二十年的研究现状与趋势,并展望了该学科未来发展的方向、关键科学问题与面临的主要挑战.      

矿物溶解分子机理的量子化学计算研究

百分之八十以上的地表被硅酸盐矿物所覆盖,这些矿物同水、有机物的反应和作用,是整个低温矿物学和地球化学研究的核心,因为它决定了矿物风化与次生矿物沉积、土壤的形成和营养、有害元素迁移、CO2沉降等重要的研究方面.     

拉曼光谱在矿物溶解实验中的应用——以方解石为例

地球内部地壳乃至上地幔中,流体在地质作用的发生、发展的整个过程中起着非常重要的作用。例如,地球内部不同深度发生着矿物和岩石熔融、溶解作用等,以及在金属成矿过程中元素的活化、迁移和沉淀作用。因此,矿物在溶液中的溶解与沉淀对于成矿作用具有重要的意义。其中高温高压下矿物在水中或者其它自然界常见溶液中的溶解性质则是研究成岩成矿作用最     

实验岩石学发展现状与趋势

实验岩石学通过高温高压实验来模拟地球内部状态,正演研究矿物、岩石及其组分的物理化学行为,与天然矿物和岩石样品反演研究相互补充. 从20世纪初美国卡内基研究所建立地球物理实验室算起,实验岩石学已经历了100多年的发展,在认识地球内部状态和过程以及矿物和岩石成因方面发挥了重要作用. 我国实验岩石学研究开展约50年,进入21世纪以来在实验平台和创新性研究成果方面取得了显著进步. 在学科发展趋势方面,实验岩石学表现出以下6方面的特点:（1）新的高温高压实验技术不断涌现;（2）实验与分析测试技术高度融合;（3）实验模拟与计算模拟相结合;（4）从热力学平衡扩展到动力学研究;（5）从干体系扩展到对挥发分和流体的深入研究;（6）应用场景从固体地球扩展到类地行星. 通过进一步开发或改进高温高压实验技术,加强与分析测试技术以及计算技术的结合,实验岩石学有望在破解地球内部流体的性质和作用、地幔演化和岩浆分异、变质反应速率和机制、类地行星形成与演化等重要科学问题方面作出关键贡献.      

地球深部流体与油气生成及运移浅析

近年来的研究工作表明,流体不仅存在于地球表层及上地壳,而且也大量存在于地球深部(下地壳及地幔),其成分以H2O和CO2为主。由于特定的温度和压力条件,流体均呈超临界状态存在,它们是能量与物质的运移载体。由于其独特的性质,因而它们不仅参与了深部油气的无机生成,而且也对油气的富集及向上运移成藏起了重要作用。     

地球深部流体与油气生成及运移浅析

近年来的研究工作表明,流体不仅存在于地球表层及上地壳,而且也大量存在于地球深部(下地壳及地幔),其成分以H2O和CO2为主.由于特定的温度和压力条件,流体均呈超临界状态存在,它们是能量与物质的运移载体.由于其独特的性质,因而它们不仅参与了深部油气的无机生成,而且也对油气的富集及向上运移成藏起了重要作用.     

地球地质历史中非生物成因的自组织耗散结构(英文)

自从地球上有水出现,就持续存在水-岩体系的平衡-不平衡。这一体系内部是不协调的,这就决定了它在地质历史的长河中自发地连续发展的可能性,并导致完全新的矿物相和水的不同地球化学类型的生成。在地壳中这一体系持续在一个热力学分支的线性域中,远离平衡而发育。它积聚太阳能,形成非生物成因耗散结构。它在连续发育惯性中起特殊作用,然后发育为一种生命物质。前进自组织将向该体系倾斜的趋向,定义为无机物质发育的基础之一。还有其他的一组体系都从这个体系中继承了它大多数的性质。水-岩体系的演化导致了次生矿物相和水的地球化学新类型的形成。随着演化程度加深,体系在成分上、结构上逐渐变得复杂,形成新的地球化学介质,它们又反过来控制新矿物相的生成从而对自身的性质产生影响。这一过程在地质历史上是永恒的。这便是矿物界自组织的要点,即包括发生、生长及新结构形体的时-空弥散以及矿物、地球化学介质的形成,最后是新的有机物质和生命的起源。     

角闪石高温高压实验研究进展及其地球物理意义

高温高压实验作为地球科学研究的重要方向之一,通过模拟地球深部的温度和压力条件,了解地球深部物质的物理化学性质、地球内部结构和动力学演化。角闪石属于双链硅酸盐矿物,为地幔岩石圈的重要组成,广泛分布在海洋地壳、俯冲板块、变质岩和火成岩中。作为俯冲带的重要含水矿物,角闪石的广泛分布和高温高压下的脱水对于理解俯冲带水含量以及水迁移具有重要作用,同时在俯冲带的地震活动、高电导率异常、地震波速异常和岩浆活动中扮演重要角色。在过去的近百年时间里,国内外学者对角闪石高温高压物理化学性质进行了大量的研究。角闪石具有非常复杂的元素组成和结构特征,由此也导致了不同角闪石物理化学性质存在显著不同,包括脱水与脱羟基反应中元素迁移的差异、角闪石形成与分解过程中碱性元素(K+Na)和H2O含量对热稳定的影响、不同空间群结构下的高压结构相变、原位条件下不同结晶方向的电导率异常、不同结晶学优选方位(CPO)下的波速异常等。已有的研究对于角闪石的物理化学性质以及其在俯冲带中发挥的作用有了比较清楚的认识,但仍然有许多问题需要进一步研究,如角闪石的高压脱水动力学、热物性和变形机制等。     

临界区流体与矿物和岩石在地球内部极端条件下的反应

极端条件下水热化学反应是一个新的科学问题。借助于高温超高压原位直接测量方法、各种谱学方法和同步辐射光源技术研究地球内部流体物质相互作用,可以获得反应过程的产物的分子-原子尺度信息,这些信息可以提供认识极端条件下水和矿物(岩石)反应动力学的新实验途径。地球内部的流体性质随所处高温高压条件发生变化。水的密度、介电常数等物理参数随温度压力变化而改变,在临界态会出现突变。水的性质的剧变会影响水与岩石(矿物)相互作用。文中报道了在极端条件下(20～435℃和23～35MPa)实验测量矿物(钠长石、辉石、石英和阳起石等)和岩石(玄武岩、正长岩)在水溶液里的溶解反应速率的研究结果,发现矿物里各种不同类型金属离子与水反应的速率不同,随温度变化而改变。在升温过程中,进入临界态时,矿物(岩石)与水反应出现一次反应速率的涨落。在恒压升温过程中(临界压力,或略高于临界压力),硅酸盐矿物溶解速率会逐步升高,如硅近临界区(300℃)抵达最大值,然后随升温溶解反应速率减低。地球内部的流体由深处上升到浅处,会从超临界区域进入近临界的气与液的两相不混溶区域。含金属流体里的金属会在气相与液相分离时出现再分配。实验表明:金属Au、Cu、Sn、W、Zn会进入气相,气体可以迁移金属。事实说明:地球内部流体结构和性质从深到浅在不断变化,在跨越临界区时的水的性质异常变化会导致水与矿物(岩石)反应动力学涨落,并且促使金属在临界区出现沉淀和在气液相分离过程中进行再分配及迁移。     

高温高压条件下铁岭灰岩晶包有机质的饱和烃演化特征

对铁岭灰岩抽提除去沥青“Ａ”后的残渣进行高温高压模拟实验,模拟实验研究表明,晶包有机质的释放与温度与温度和压力有关,高压有利于晶包有机质释放。晶包有机质和干酪根主要释放出低碳数烷烃,Ｐｒ／ｎＣ１７、Ｐｈ－ｎＣ１８在热演化过程中变化不大,Ｐｒ／Ｐｈ则波动较大。     

深埋隧道工程主要灾害地质问题分析

深埋隧道工程由于埋深大、洞程长、地质条件复杂,在修筑过程中,将会发生一系列特殊的灾害地质问题。如：高压涌水、高地应力及岩爆、高地温问题等。本文根据大量深埋隧道工程实例,分析服这些灾害地质问题发生条件和影响因素。     

塔里木盆地深层碳酸盐岩中不同赋存形式芳烃化合物组成

通过对塔参1井深层（＞5 700 m）碳酸盐岩游离有机质（氯仿沥青“A”）和包裹有机质（氯仿沥青“C”）中芳烃化合物组成和成熟度参数对比研究发现,芳烃化合物组成中菲和二苯并噻吩系列化合物较为丰富,菲和〖JX-*9〗〖XCQQ.TIF;%80%80〗〖JX*9〗等系列化合物丰度随埋深增加而增大,而二苯并噻吩、苯并萘并噻吩和芴等系列化合物丰度表现出相反的规律,这反映出不同芳烃系列化合物在高过成熟阶段热稳定性的差异。同一样品两种赋存形式芳烃化合物组成和成熟度参数明显不同,芳烃化合物成熟度参数和烷基化程度都反映出包裹有机质成熟度低于游离有机质,说明包裹有机质的热演化作用受到了抑制。在高过成熟阶段仍有部分芳烃参数仍可以用来表征深层有机质热演化程度,这些参数包括:菲系列烷基化指标（C1 P /C4 P、C1 P /C3 P、 C2 P /C4 P 、C2 P /C3 P）、以及二苯并噻吩系列化合物中MDR、C1/C3 DBT、2,4/1,4 DMDBT和4,6/1,4 DMDBT参数;虽然DBT/P比值被认为指示沉积环境的有效参数,但塔参1井深层样品研究表明,该参数与热演化程度关系密切,为高过成熟度阶段较好的成熟度参数。      

山东烟台大季家地区海水入侵界面划分的意义

在沿海地区划分海水入侵界线具有重大意义,在海水入侵范围内,地下水由于含盐量高,虽然工业生产、人畜生活不能利（饮）用,但深部海水可为海产品养殖业带来较高的利用价值。利用高密度电法和可控源音频大地电磁2种方法准确划分了浅、深部海水入侵界线,并根据电性特征分析探讨了海水入侵区域的由浅至深的侵入特点,推测了不同深度上岩石破碎及富水规律,为探讨沿海养殖业利用温度相对稳定或较高的深部入侵海水进行了积极、有益的探讨。     

珠一坳陷深层砂岩储层孔隙演化研究

过去珠一坳陷古近系砂岩储层因埋藏深,其储层物性受到质疑,国内外深部优质储层的不断发现大大拓宽了油气勘探的新领域。通过对砂岩储层的沉积环境、岩石成分、成岩作用、矿物转化等与孔隙特征的关系综合分析发现,胶结作用是导致深部储层物性变差的主要因素,粘土矿物、硅质和硬石膏胶结堵塞了孔隙;深部储层毗邻珠江口盆地最为重要的烃源岩,在中成岩A亚期,有机质处于高成熟阶段,有机质生烃以及粘土矿物在转化过程中所释放出的酸性水的溶解作用是产生大量次生孔隙的重要因素,深部异常超压是孔隙得以保存的条件,珠一坳陷作为油气勘探的新领域,次生孔隙的大量出现和超压对孔隙的保护揭示了其巨大的勘探潜力。     

原油水洗作用与高凝固点原油的成因探讨

高凝固点原油在油藏开采过程中是一个非常棘手的问题,研究高凝固点原油的成因,对于开采过程中降低高凝固点原油的工艺措施具有重大指导意义。对取自大港油田的高凝固点原油样品从轻烃、全烃、饱和烃色质、芳烃色是行测试分析,并结合实际地质情况综合判断,认为该区的高凝固点原油的成因与原油在运移过程中遭受的水洗作用有关,轻烃尤其是苯和甲苯等轻芳烃的散失是造成原油具有高凝固点的重要原因。还对水洗作用对一些常用的原油轻     

Experimental Study on Water‐rock Reactions with CO2 Fluid in a Deep Sandstone Formation under High Temperature and Pressure

Qiongdongnan Basin has a tectonic geological background of high temperature and high pressure in a deep reservoir setting,with mantle-derived CO2.A water-rock reaction device was used under high temperature and high pressure conditions,in conjunction with scanning electron microscope(SEM)observations,to carry out an experimental study of the diagenetic reaction between sandstone at depth and CO2-rich fluid,which is of great significance for revealing the dissolution of deep clastic rock reservoirs and the developmental mechanism of secondary pores,promoting deep oil and gas exploration.In this study,the experimental scheme of the water-rock reaction system was designed according to the parameters of the diagenetic background of the deep sandstone reservoir in the Qiongdongnan Basin.Three groups of single mineral samples were prepared in this experiment,including K-feldspar samples,albite samples and calcite samples.Using CO2 as a reaction solution,a series of diagenetic reaction simulation experiments were carried out in a semi-closed high temperature and high pressure simulation system.A field emission scanning electron microscope(SEM)was used to observe the microscopic appearance of the mineral samples after the water-rock reaction,the characteristics of dissolution under high temperature and high pressure,as well as the development of secondary pores.The experimental results showed that the CO2-rich fluid has an obvious dissolution effect on K-feldspar,albite and calcite under high temperature and high pressure.For the three minerals,the main temperature and pressure window for dissolution ranged from 150℃to 300℃and 45 MPa to 60 MPa.Scanning electron microscope observations revealed that the dissolution effect of K-feldspar is most obvious under conditions of 150℃and 45 MPa,in contrast to conditions of200℃and 50 MPa for albite and calcite.Through the comparative analysis of experimental conditions and procedures,a coupling effect occurred between the temperature and pressure change and the dissolution strength and calcite.Under high temperature and high pressure,pressure changed the solubility of CO2,furthermore,the dissolution effect and strength of the sandstone components were also affected.The experiment revealed that high temperature and high pressure conditions with CO2-rich fluid has a significant dissolution effect on aluminosilicate minerals and is conducive to the formation of secondary pores and effective reservoirs.Going forward with the above understanding has important implications for the promotion of deep oil and gas exploration.     

塔里木盆地深层、超深层白云岩优质储集层测井预测*

塔里木盆地寒武系白云岩是深层、超深层油气勘探的重要接替层系,但该套白云岩具有时代古老、埋藏深、成岩和构造演化复杂的特征,亟需在揭示储集层成因基础上建立不同成因白云岩储集层配套测井评价方法。由此通过岩心、薄片观察,结合常规和成像测井首先从储集层孔隙成因角度出发,识别出“岩溶改造型”和“沉积相控型”两大类白云岩。岩溶改造型白云岩储集层质量受岩溶相带控制,纵向可划分出表层岩溶带、垂直渗流带、水平潜流带和深部缓流带4个岩溶相带。沉积相控型白云岩储集层物性则受沉积相带控制,颗粒滩等高能沉积相决定了储集层质量。通过岩心刻度常规和成像测井分别建立岩溶相带以及沉积微相的测井识别模式与准则,实现了单井岩溶相带和沉积微相的测井识别与划分。最后在岩溶相带和沉积微相约束下实现单井白云岩储集层综合评价以及有利发育区带预测。岩溶改造型白云岩储集层,其垂直渗流带与水平潜流带分别以高角度裂缝和水平溶蚀孔洞为主要特征,可形成有利储集体发育的缝洞系统。沉积相控型白云岩,其中的颗粒滩和云坪高能相带原始孔隙发育,且也有利于进一步溶蚀,因此物性较好。研究成果可为深层、超深层白云岩有利储集层分布预测提供理论指导和技术支撑。     

高压下深海碳循环的过程及其对生命活动的影响

目前约25%化石燃料来源的CO₂被海洋吸收,缓解了人类活动对气候变化的影响。海洋通过多个概念的碳泵将大气中的CO₂输送到深海。深海高压和低温的特点有利于CO₂溶解,目前已经储存了相当于大气含量50倍的无机碳,另外,深海沉积物中还储存有大量甲烷水合物。认识深海中的碳循环过程,对于保护海洋固碳能力、开发固碳潜力有重要意义。总结了国内外在海洋碳库、碳输送研究方面的进展,重点讨论了深海C元素转化循环的过程以及高压对生命活动的影响。微生物驱动了深海碳循环,大部分浮游植物所包含的有机碳在沉降过程中被微生物矿化成CO₂以及转化为难降解的有机碳,使深海成为巨大的、长周转时间的有机碳库; 高压能提高古菌甲烷厌氧氧化的活性,提升屏蔽海底甲烷释放的能力,同时,高压下氧化甲烷的过程中不仅产生碳酸氢盐,还产生可支持异养生物的乙酸,因此,全球甲烷厌氧氧化的通量可能被低估; 高压下细胞代谢额外产生的氨,可作为氨氧化古菌固定无机碳的潜在能量来源。总之,研究现在以及未来的人类活动对深海碳循环过程的影响以及环境效应,评估应用深海作为地球工程技术平台封存CO₂的可能性,都迫切需要加深对碳循环在内的深海元素循环的认识。     

南堡凹陷潜山原油特征与成因探讨

南堡凹陷滩海区深部古生界已相继发现数口高产工业油气流井,其性质不同于上伏第三系原油。采用地质地球化学方法相结合途径,对油气特征与成因进行了剖析。已发现潜山原油主要为高蜡油、其次为凝析油。GC、GC/MS分析表明,潜山原油中链烷烃组分含量较高、甾萜类生标含量较低且异构化程度较高;富含重排甾烷、重排藿烷与18a（H）-新降藿烷（Ts）与C₂₉Ts;部分生标如升藿烷系列有明显热裂解现象,指示潜山原油较高的成熟度。油-油、油-岩对比表明,潜山原油与沙二+三段烃源岩有成因联系。供烃方式主要包含近距离-烃源岩直接披覆于潜山及源-储通过断层对接供烃、远距离-断层和风化壳运移输导两种。南堡凹陷潜山高蜡油的形成主要与烃源岩主要为Ⅱ₂-Ⅲ型有机质类型有利于提供蜡质烃以及深部奥陶系油气藏极可能遭受气洗有关。气洗迹象包括低分子量链烷烃被切割、萘系列相对丰度低于菲系列,出现“倒转”等反常现象。南堡凹陷潜山油气特征与成因研究有助于揭示该区深部油气藏的形成机制及开展深部油气资源评价。