基于TOUGHREACT的成矿过程化学反应数值模拟——以虎头崖铅锌多金属矿床为例

虎头崖铅锌多金属矿床是青海省祁漫塔格成矿带中典型的矽卡岩型矿床。本文基于前人对该矿区地质特征、矿物学和地球化学特征等方面的研究成果，利用TOUGHREACT数值模拟软件，针对石英-晚期硫化物成矿阶段进行成矿过程化学反应数值模拟研究。通过建立地质概念模型和网格化物化参数的设置，在设置的时间步长内对多相流体流动和热对流传导、溶质运移以及地球化学反应过程进行模拟计算，研究了矿区内不同温压条件下成矿元素化学平衡浓度变化的总体趋势以及对方铅矿和闪锌矿矿物溶解沉淀情况的影响。结果表明：当温度从250℃降至155℃时，Pb²⁺的化学平衡浓度出现骤减；当温度从300℃降至100℃时，Zn²⁺的化学平衡浓度出现骤减；由于矿物的沉淀需要消耗大量相关的成矿元素，方铅矿和闪锌矿最佳成矿温度范围分别为155℃~250℃和100℃~300℃；不同温度和压力对成矿元素化学平衡浓度影响不同，温度是控制方铅矿和闪锌矿沉淀化学反应的核心因素，压力的影响较小。模拟结果与传统地质解译结果相对符合，证明了模拟的有效性。     

地下多组分反应溶质运移数值模拟:地质资源和环境研究的新方法

地下多组分反应溶质运移数值模拟(RTM)是解释地球系统中的耦合过程和不同时空尺度对其影响的重要工具。RTM是研究地球科学基础理论、地质资源和环境等复杂地球化学过程的一个新方法,可用于如废物处置安全性评估、地下水污染研究、二氧化碳地质储存、金属矿床的地浸开采等的研究中。笔者首先回顾了反应溶质溶质运移模拟的发展历史,然后总结了反应溶质运移模拟的发展现状,再从耦合过程、空间尺度、裂隙和非均质介质处理角度说明了反应溶质运移模拟所面临的挑战。结合地下水质的演化、生物降解、CO2地质储存等具体实例讨论了反应溶质运移模拟的广泛应用前景,探讨了反应溶质运移模拟的未来发展方向。     

人工回灌条件下多组分溶质的反应迁移模拟

人工回灌技术在我国水资源管理中占据重要地位,但是其实施对地下水环境质量也造成了较大的影响。如何保障人工回灌条件下地下水环境质量的安全稳定性,已成为人工回灌技术发展的瓶颈。以上海市某人工回灌试验场为例,结合试验场的地质、水文地质勘探结果,以TOUGHREACT为数值模拟平台,模拟预测人工回灌条件下地下水中多组分溶质的迁移转化过程。模拟结果表明：地下水化学成分主要受混合作用、阳离子交换吸附作用及含水层矿物相溶解-沉淀作用等影响;含水介质中石英、白云石、钾长石、钠长石及蒙脱石发生溶解,方解石发生沉淀,伊利石与高岭石则先溶解后沉淀,但各矿物相反应量极其微弱;按不同压力方案回灌,水位恢复速率随压力增大而加快,但地下水中化学成分变化趋势几乎不受压力影响。     

Numerical simulation of response of groundwater flow system in inland basin to density changes

The developmental characteristics of groundwater flow system are not only controlled by formation lithology and groundwater recharge conditions, but also influenced by the physical properties of fluids. Numerical simulation is an effective way to study groundwater flow system. In this paper, the ideal model is generalized according to the fundamental characteristics of groundwater system in inland basins of Western China. The simulation method of variable density flow on the development of groundwater system in inland basins is established by using EOS9 module in TOUGHREACT numerical simulation software. In accordance with the groundwater streamline, the groundwater flow system is divided into three levels, which are regional groundwater flow system, intermediate groundwater flow system and local groundwater flow system. Based on the calculation of the renewal rate of groundwater, the analysis shows that the increase of fluid density in the central part of the basin will restrain the development of regional groundwater flow system, resulting in a decrease of the circulation rate from 32.28% to 17.62% and a certain enhancement to the local groundwater flow system, which increased from 37.29% to 51.94%.     

渗透回流模式白云石化作用对碳酸盐岩储层的影响

白云石化作用对含油气的碳酸盐岩储层有明显的改造作用,而前人的研究大部分是针对白云石的成因模式,未对其形成过程给出具体描述,更未对白云石化作用对储层的改造程度做出定量分析。针对白云石化中的“渗透回流模式”,建立了白云石化作用的一维模型,利用多组分、多相流溶质运移模拟软件TOUGHREACT,研究渗透回流模式对储层物性影响的深度范围。结果表明,当高Mg/Ca比的浓缩海水进入含水层后,导致方解石溶解,白云石沉淀,储层孔隙度与渗透率均比初始值大,模拟5万年时,依靠重力作用,渗透回流白云石化作用能够影响到50 m深的储层范围,产生一定规模的白云岩储层。