近十年中国同位素效应理论和计算研究进展

近十年来,国内稳定同位素地球化学的理论解释已普遍达到了量子化学水平.基于精密的量子化学从头或第一性原理,研究者们开始了平衡和动力学分馏系数的计算.在同位素的分析测试、野外观察、理论和计算四个方向上,国内在理论和计算方向的发展可能还算最好的,整体处于国际第一方阵的地位.国内学者率先发展了超冷体系同位素分馏、含压力效应的同位素分馏、同位素的浓度效应、团簇同位素、微小同位素异常、热梯度下同位素扩散效应、高温重复过程等方向的同位素理论和计算方法,也发展了针对固-液两相同位素分馏的可变体积的分子簇(VVCM)计算新方法、针对重金属同位素固相体系的含核体积效应处理的方法,以及针对熔体中同位素扩散的动力学分馏的理论和计算方法.同时,还为大量不同的非传统(金属)同位素体系,提供了大量的平衡分馏系数,为这些同位素体系的日后深入应用奠定了较好的基础.但是,在这些成果中,真正由我国学者首先提出的原始概念、模型、体系和方法还很少,绝大多数都是对前人(主要是国外同行)提出的理论体系和新兴发展方向的修改和补充.未来我国同位素理论和计算领域应率先使用包含量子场论在内的新一代理论工具,在同位素效应的新方向、新概念的提出和新理论的建立方面,做出更多的贡献.     

鄂尔多斯盆地中部奥陶系马五盐下沉积环境与海平面变化*

鄂尔多斯盆地中部奥陶系马家沟组赋存有丰富的天然气资源,前人研究多集中于顶部与风化壳相关的储集层。文中基于岩心、薄片及阴极发光分析,将鄂尔多斯盆地中部奥陶系马五盐下碳酸盐岩-蒸发岩划分为10种岩石类型。根据各岩类的宏观、微观特征以及它们在纵横向上的组合与分布特点,利用岩石类型组合的方法,将研究区划分为局限-蒸发潟湖、台内滩、滩间海、微生物丘和台坪5种沉积环境。根据各亚段岩石类型发育的差异性及统计结果发现,研究区马五盐下具有蒸发岩与碳酸盐岩间互的旋回性沉积演化与海平面升降特征,每个亚段都代表一次海侵或海退的旋回沉积。其中,马五6、马五8和马五10亚段为海退期沉积,以纹层状云质膏岩、泥晶云岩构成的局限-蒸发潟湖沉积为主,蒸发岩矿物含量高,反映沉积环境相对闭塞、能量较低且盐度较高;马五7和马五9亚段为海进期沉积,以相对高能的台内滩或微生物丘沉积为主,并与相邻的局限-蒸发潟湖和台坪沉积构成较完整的向上变浅米级沉积旋回,表明该阶段水体循环相对更好,整体沉积环境开阔且能量较高。     

湖平面升降对混积咸化湖盆碳酸盐岩储集层的控制:以柴达木盆地英西地区古近系下干柴沟组上段为例*

以柴达木盆地英西地区古近系下干柴沟组上段(E_2-3xg²)为例,基于岩心、薄片、扫描电镜、测录井、X衍射及物性分析,探讨湖平面升降对混积型碳酸盐储集层形成及其分布的控制。英西地区E_2-3xg²整体为咸化背景下的湖相混合沉积,内部由多种结构类型的湖平面升降沉积旋回在纵向叠置而成,并伴随岩石结构产状及矿物组分的周期性变化。区内储集层类型多样,以混积型碳酸盐岩为主,各类储集层的纵向演化及物性分布与单个湖平面升降旋回具有良好的耦合关系,自下而上构成原生晶间微孔-溶扩晶间微孔-充填残余溶孔的孔隙组合,储集层物性具有向上变好的趋势。各类储集层的形成机理与空间分布受湖平面升降旋回控制,白云石晶间微孔型储集层形成于湖退早-中期,与准同生白云石化作用相关,物性一般,分布广泛;溶扩晶间微孔型和溶孔型储集层形成于湖退晚期,与地貌高部位的短暂暴露溶蚀相关,储渗性能优异,局部发育。     

石英溶解机理的研究进展

鉴于石英溶解对全球变化和环境影响的重要性,其机理的研究成为近来地学领域比较活跃的课题.许多学者从物理、化学,甚至生物学的角度研究了石英溶解的机理.本文从pH值、温度、离子强度和表面形态四个方面综述石英溶解机理的研究进展.前人的研究成功地解释了石英-水在不同条件下的溶解机理,成功地解决了溶解动力学相应的单个参数问题.但是,石英溶解的条件非常复杂,往往是多个因素共同作用的结果,因此只研究单个参数的影响无法真正了解矿物溶解的动力学机理.石英溶解机理需要探索实验和理论方面更深层次的问题.     

稳定同位素分馏计算的一个普遍错误

Urey模型(或称Bigeleisen-Mayer公式)是稳定同位素分馏计算的理论基石,它需要使用不同同位素替代后的分子的振动频率来计算两个分子之间的同位素交换反应平衡常数.由于在Urey模型推导过程中使用了简谐振动和刚性转子近似,并利用了同样需要在简谐近似下才成立的Teller-Redlich乘积定则,导致当使用Urey模型时,应该只能使用简谐振动频率.但是,从应用Urey模型进行分馏大小计算的几十年以来,无论Urey或Bigeleisen本人,还是此后众多的研究者都忽略了这个要求.他们要么直接使用光谱数据(真实频率),也就是包含非谐(anharmonicity)贡献后的振动频率,要么使用量子化学方法计算出的简谐振动频率,用校正因子(scaling factor)向真实频率校正.这些做法,不仅不能提高Urey模型的计算精度,反而是造成误差的最主要的原因之一,这是一个历史性的错误.本文通过对Urey模型推导的某些关键步骤的解释,以及对比使用简谐振动频率和含非简谐校正频率的分馏计算结果之间的差别,说明了在Urey模型中必须使用简谐频率的重要性,尤其在量子化学计算已经广泛应用于同位素分馏计算的今天,纠正这种错误,会提高日益增多的这一类计算的精度.     

稳定同位素交换反应平衡常数与平衡分馏因子的关系——过量因子的实质及计算方法

理论计算稳定同位素平衡分馏因子(α),是以计算平衡常数K为桥梁,但是K与α之间并非简单的指数关系,二者之间还存在一个较为神秘的过量因子X(excess factor)。然而,几乎所有的理论计算工作都直接忽略了过量因子,并没有人详细研究过过量因子的实质及其可以被忽略的条件,因此,针对这个现状,本文从最基础的理论推导开始,精确推导了α和K之间的关系,并得到了过量因子的具体表达式,同时也给出了β因子(一种物质与其理想气态原子之间的平衡分馏因子)和同位素约化配分函数比(RPFR)之间的具体关系式。本文还以石膏与溶液中硫酸根之间的硫和氧同位素的分馏为实例,具体展示了过量因子产生的原因和计算方法,也提供了精确的石膏和硫酸根之间的硫和氧同位素的平衡分馏参数。     

稳定同位素蒸汽压效应的计算及地球化学应用

蒸汽压效应(VPIE-Vapor Pressure of Iso-tope Effects),是指不同的同位素化合物由于蒸汽压的不同而导致的分离作用,被用于研究液-气相、固-气相之间的同位素分馏。通常轻同位素分子比重同位素分子的饱和蒸气压大,有正同位素效应。也有一些轻同位素分子的饱和蒸气压反而较小,是负同位素效应。引起蒸气压同     

方解石晶体生长过程中钙同位素分馏

钙同位素分馏及微量元素(Sr、Mn、Mg等)分异可以作为重要的指标来研究大气圈和海洋的化学演化(Jacobson和Holmden,2008)。作为钙同位素的重要载体,方解石成为众多学者研究的焦点,包括生物成因方解石和无机方解石。在方解石的形成过程中,诸多因素例如温度、晶     

硅酸盐矿物的Mg同位素压力效应研究

压力效应对同位素分馏的影响比较小,在历史上一直被忽略。根据同位素分馏理论(Urey,1947;Bigeleisen&Mayer,1947),物质间同位素的分馏系数随着温度的升高而降低,在极高温度时,分馏系数接近于零。由于地球深部的高温条件,研究者们历来对高温高压下的同位素分馏不     

=含铵矿物的红外光谱分析法

人们已日渐确证自然界中普遍存在有含铵矿物。本文综合介绍了国外用红外光谱分析法分析鉴定含铵矿物的若干实例，为重视和对含铵矿物研究感兴趣的国内学者提供具参考价值的资料。