天然条件下的淋滤-浸泡-蒸发模拟实验

国内外很少有人进行风化淋滤模拟实验,即使有也是在实验室循环装置下进行,温度和压力均高于常温和常压,得出的结论往往与实际不符.我们的实验基本是在自然条件下进行的,淋滤用水是大气降水,温度和压力为常温和常压.实验的目的是观察硫化物矿石在自然条件下蒸发、淋滤和浸泡的变化,探讨矿山开采、选冶过程中对环境的影响.实验结果表明,淋滤作用对岩(矿)石影响不大,而蒸发作用对岩(矿)石有极大的破坏,用于蒸发实验的矿石不仅成分变化很大,其颜色、坚韧性和牢固性也都发生了明显的变化.浸泡主要使岩(矿)石的成分发生变化,浸泡液的阳离子浓度随浸泡时间的延长而增加.     

古玉器的化学风化机理初探之一——粉末态模拟实验

矿物的溶解和分解是矿物风化的重要过程,因此探明矿物的溶解和分解过程将有助于揭示其风化机理。古玉在长期的埋藏过程中,处于土壤及土壤水的溶解反应体系中。本文初步模拟古玉埋藏的酸、碱性土壤环境,通过对不同材质玉料的粉末形态在酸、碱缓冲溶液中的浸泡实验,初步探讨了不同材质玉料在酸、碱环境下的风化机理。     

蒸发蒸腾作用下非饱和土的吸力和变形影响因素分析

采用热湿耦合非等温流方程,结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件,考虑了水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为,从而建立了大气-非饱和土相互作用模型。采用该模型对控制非饱和土吸力和变形的大气蒸发和植物蒸腾等多参数进行了影响程度分析。结果表明,控制地面吸力和变形的主导因素是外部气象条件,尤其太阳净辐射量和风速,土体水力和热力特性参数影响程度有限;在植被覆盖条件下,吸力变化主要取决于植物叶面积指数LAI,而总腾发量的大小决定了地表变形量。     

硫化物风化产酸对流域岩石风化和碳循环的影响——以黄河支流三川河流域为例

硫化物风化产酸可加速岩溶作用但抑制大气二氧化碳参与流域碳循环,其复杂的地球化学机制和过程待阐明。本文以黄河二级支流三川河流域为例,通过采集20个三川河及其支流地表水点样和30个柳林泉地下水点样,经实验测试获得了流域比较系统的水化学资料和δ¹³C、δ³⁴ S数据,运用碳、硫同位素分析与水化学平衡计量方法,量化了流域硫化物风化产酸对岩石风化作用的贡献以及对碳循环的影响。计算结果表明：煤系地层硫化物和矿床硫化物的氧化及大气酸沉降所形成的硫酸明显促进了流域碳酸盐岩的溶蚀,对碳酸盐岩溶蚀的贡献约占64.59%;柳林泉水石膏溶解来源的SO₄^2-占69%,河水中石膏溶解来源的SO₄^2-占30%,但这些部分SO₄^2-没有参与溶蚀作用,应当扣除;三川河流域平均岩石风化速率为10.02 mm/ka,其中碳酸盐岩、硅酸盐岩的风化速率分别为9.14 mm/ka和0.88 mm/ka,低于国内外很多流域;由于硫酸抵消了碳酸盐岩石风化作用对大气二氧化碳的吸收,流域岩石风化消耗大气/土壤CO₂通量为116.58 mmol/（km² ·a）,不足珠江流域的1/5,且硅酸盐岩风化的贡献占63.3%。

     

蒸发条件下路基对气候变化的响应模型及影响因素分析

以受大气影响下的公路路基为研究对象,建立了蒸发条件下路基对气候变化的响应模型,该模型考虑了温度-水-应力的耦合作用,采用非饱和土实际蒸发量作为边界条件。采用该模型对大气蒸发条件下南宁某公路路基的蒸发过程进行了模拟分析,结果表明,用实际蒸发量作为边界条件的热-水-应力模型可以较好地模拟大气在蒸发条件下路基的响应过程。在蒸发过程中,水蒸气的扩散对路基的蒸发量和含水率的影响较大。通过用正弦波描述昼夜蒸发强度的变化,研究了天气的周期变化对蒸发过程的影响,可以看出,天气周期变化对表层影响很大,但影响的深度有限。天气周期变化影响下的表层含水率并不是单调减小,而是随着蒸发强度的变化有一个干湿过程。     

碳酸盐岩礁滩储层的形成和发育规律——溶蚀模拟实验

通过选取不同结构组分的石灰岩样品开展大气水溶蚀模拟实验,结合地质背景认识,总结了碳酸盐岩礁滩储层的发育规律和控制因素。结果表明:(1)碳酸盐岩的岩石组构和孔隙发育状况对岩石溶蚀效率控制明显,颗粒灰岩的可溶性最好;(2)岩相是控制礁滩储层发育和分布的重要因素,礁滩储层选择颗粒岩相发育;(3)初始孔隙度是决定礁滩储层发育程度的关键,它控制了后期溶蚀改造的发生范围,初始孔隙度大小由同沉积期暴露和溶蚀时间两个因素决定。综合研究指出:塔里木盆地塔中地区良里塔格组台内区的勘探应重视后期叠加改造因素的分析,而台缘带开发过程中,应强化岩相、层序界面和同生断裂等因素造成的储层非均质性刻画。     

关于国际软弱岩石力学讨论会的内容简介——软岩、破裂岩和风化岩

一九八一年九月廿一日至廿四日将在日本东京举行国际软弱岩石力学讨论会. 该讨论会的目的是对世界上的软岩提高新的认识,并讨论工程师们对克服不利地质条件所作的努力在大坝、地下开挖、海底隧道、采矿、核电站、大型悬索桥和传输塔的基础、边坡开挖等方面经常迁到一些不利的地质条件.     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——空间分布的比较

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）,在一个水平衡和水稳定同位素平衡的框架下以及在相同的气象驱动下,模拟在不同的下垫面蒸发和不同的云中凝结分馏条件下降水中稳定同位素效应的空间分布特征,并通过与GNIP实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示云中的稳定同位素分馏和从下垫面蒸发的水汽同位素δ_e对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对全球水循环中稳定同位素效应的理解和认识。结果显示：iAWBM的4个模拟试验均很好地再现了全球降水中平均δ¹⁸O和平均δ¹⁸O季节差的空间分布特征;很好地模拟了降水同位素的温度效应、降水量效应的分布特点以及全球的大气水线MWL;比较而言,平衡分馏假设下模拟的全球降水中平均δ¹⁸O的空间分布与根据GNIP数据得到的实际空间分布以及模拟的全球MWL与实际MWL最接近,且模拟效果亦最好;动力分馏假设下模拟的降水中δ¹⁸O平均季节差的空间分布与根据GNIP数据得到的实际分布之间的相关程度较好,且拟合水平明显提高;在动力分馏和δ_e季节性的假设下,iAWBM再现全球δ¹⁸O-T和δ¹⁸O-P相关关系空间分布的能力较强。     

下垫面蒸发和云中凝结分馏对降水稳定同位素影响的数值试验——时间变化的比较(以长沙降水同位素为例)

利用稳定同位素大气水平衡模式（iAWBM）的模拟数据,分析了在不同的下垫面蒸发和不同的凝结分馏条件下降水中δ¹⁸O的时间变化、降水量效应、负温度效应和大气水线。并通过与长沙站5年实测数据的比较以及模拟试验结果之间的相互比较,揭示下垫面蒸发水汽中稳定同位素的季节性变化和云中稳定同位素分馏对降水中稳定同位素变化的可能影响,增进对季风区水稳定同位素效应的理解和认识。iAWBM给出的4个模拟试验均很好地再现了监测站降水中δ¹⁸O的时间变化,模拟出季风区降水中稳定同位素在暖半年被贫化、在冷半年被富集的基本特点。与平衡分馏相比,动力分馏下降水中稳定同位素被贫化的程度加强、季节差和离散程度减小;由下垫面蒸发水汽中稳定同位素δ_e季节性变化所引起的降水中稳定同位素的变化在不同季节完全相反：在长沙,暖半年降水中δ¹⁸O更低,冷半年降水中δ¹⁸O更高,使得降水中稳定同位素季节差和离散程度增大。4个模拟试验均很好地再现了季风区的降水量效应和负温度效应。与平衡分馏相比,动力分馏下模拟的降水量效应和负温度效应的斜率相对较小;δ_e季节性变化导致模拟的降水量效应和负温度效应的斜率增大。利用iAWBM,模拟出季风区湿热气候条件下的MWL。动力分馏以及δ_e季节变化均使模拟得到的MWL的斜率和截距减小。     

黑云母的密度和主要成分在风化过程中的变化——以山东半岛院格庄花岗岩体风化壳为例

黑云母是相对容易化学风化的常见矿物,可作为地表岩石风化程度的指示剂。为了研究黑云母在化学风化过程中的物理性质和化学成分的变化,本文对采自烟台院格庄花岗岩体风化壳中的黑云母进行了系统分析。样品经过分选、密度测量、化学测试和XRD衍射分析,结果表明,黑云母随着风化程度的增强,其颜色从黑色渐变为褐色乃至红褐色,硬度变小,挠性增强,密度由3.00 g/cm³以上逐步减小至2.45 g/cm³以下。矿物结构面网间距变大,结构和主要成分变化引发矿物相转变,矿物种类由黑云母→云母型混层矿物→水黑云母-蛭石混层矿物→蛭石;随着风化程度的增强,黑云母中SiO₂、Al₂O₃和Na₂O的含量逐渐增多富集,而TFeO、MgO、MnO、TiO₂、K₂O、CaO和P₂O₅含量减少流失,流失强度依次为K>P>Mn>Mg>Ti>Fe>Ca,K流失最大可达90%以上,...     

Analysis of evaporation of high-salinity phreatic water at a burial depth of 0 m in an arid area

High-salinity phreatic water refers to which with total dissolved solids(TDS)30 g/L. Previous studies have shown that high salinity phreatic water evaporation is different at different depths. High salinity phreatic water evaporation under 0 m depth is the basis of the high salinity phreatic water evaporation studies. In this study, evaporation of high-salinity phreatic water at a burial depth of 0 m in arid area was investigated. New insights were gained on evaporation mechanisms via experiments conducted on high-salinity phreatic water with TDS of 100 g/L at 0 m at the study site at Changji Groundwater Balance Experiment Site, Xinjiang Uygur Autonomous Region in China, where the lithology of the vadose(unsaturated zone) was silty clay. Comparison was made on the data of high-salinity phreatic water evaporation, water surface evaporation(E_(Φ20)) and meteorological data obtained in two complete hydrological years from April 1, 2012 to March 31, 2014. The experiments demonstrated that when the lithology of the vadose zone is silty clay, the burial depth is 0 m and the TDS is 100 g/L, intra-annual variation of phreatic water evaporation is the opposite to the variation of atmospheric evaporation E_(Φ20) and air temperature. The salt crust formed by the evaporation of high-salinity phreatic water has a strong inhibitory effect on phreatic water evaporation. Large volumes of precipitation can reduce such an inhibitory effect. During freezing periods, surface snow cover can promote the evaporation of high-salinity phreatic water at 0 m; the thicker the snow cover, the more apparent this effect is.     

尾矿中硫化物风化氧化模拟实验研究

为防治矿山尾矿造成环境污染，对方铅矿，闪锌矿，磁黄铁矿、黄铜矿，黄铁矿进行了风化氧化实验研究，结果显示，硫化物的氧化速率顺序为：方铅矿＞闪锌矿＞磁黄铁矿＞黄铜矿＞黄铁矿，侵蚀液pH值越低，硫化物氧化速率越大，有机物存在对硫化物氧化起缓冲和抑制作用。     

Metallogenic mechanisms of super-large Cu and Au deposits in the Dexing region and simulating experiments

Based on the results of previous studies and under the direction of the theory of “ore deposit genesis”, the authors made use of high temperature and high pressure experimental facilities and conditions at the Tectono-geochemistry Research Room under the State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, and put the focus on the multi-source of tectonically controlling ore-forming materials, the characteristics of multi-stage and multi-episode hydrothermal activities and mineralization and the characteristics of multi-genesis and multi-ore deposition so as to shed light on the metallogenic mechanisms of super-large Cu and Au deposits. In addition simulating experiments were made on multi-stage and multi-episode tectonic activities and rock and ore deformation, multi-stage and multi-episode tectonic activities and mobilization and migration of ore-forming materials, and multi-stage and multi-episode tectonic activities and superimposition and enrichment of ore-forming materials. The experimental results showed that under the action of multi-stage and multi-episode tectonic stress the deformation and fragmentation of not only rocks and ores have been intensified, and but also the ore-forming materials originally disbursed in the rocks and ores have been mobilized and migrated and superimposed and enriched. The experimental results also provided the scientific experimental data and grounds for deep-going research on the rules of metallogenesis and geneses of super-large ore deposits in the Dexing region, Jiangxi Province.     

基于正交设计的河谷地应力场数值模拟方法及应用

探讨了有关河谷岩体地应力的一些认识及地应力场模拟的方法,提出应力场的模拟需要考虑区域地应力条件及河谷发育过程两个因素的作用,及采用正交回归设计和三维有限元相结合的数值模拟方法的可行性,并将其应用于某电站地下厂房岩体三维地应力场的计算和评价。     

龙门石窟碳酸盐岩体文物风化作用模拟试验研究

为了研究凝结水对龙门石窟碳酸盐岩表面的风化作用机理,在现场进行凝结水观测、CO2浓度监测的基础上,利用自行研制、能模拟现场温湿度环境、能提供CO2外部来源,并能对反应过程进行监控的室内模拟试验装置系统对石窟碳酸盐岩风化作用进行模拟实验。实验结果表明,凝结水会造成碳酸盐岩表面的溶解,在CO2加入的条件下风化效果加剧,岩石的质量损失和孔隙率同时增大。经过78次的模拟试验后,灰岩岩样质量损失率为0.077%~0.088%,孔隙率由实验前的0.39%~0.40%增长到0.71%~0.74%;白云岩岩样的质量损失率为0.032%~0.038%,孔隙率由实验前的0.61%~0.68%增长为0.77%~0.85%;灰岩和白云岩的平均溶蚀深度分别为89.475μm和36.865μm,溶蚀速度分别为0.0956μm/h和0.0575μm/h,风化溶蚀作用对龙门石窟文物的影响破坏较大。      

黄土醋酸淋溶实验及其碳酸盐组分的地球化学特征

选择性的化学淋溶实验 ,广泛用于沉积物的地球化学研究中。通过对比 1mol/L的盐酸和醋酸两种溶剂对黄土和古土壤的淋溶效果 ,发现 1mol/L的醋酸能选择性淋溶黄土和古土壤中碳酸盐组分 ,对硅酸盐、铁的氧化物等影响很小。在确定溶剂后 ,以 1mol/L醋酸溶液选择性淋溶了洛川剖面 4 3个黄土和古土壤样品 ,通过分析淋溶液的组成 ,得出黄土和古土壤中碳酸盐组分的平均成分 (wB)为 :MgO 1.71% ,MnO 670× 10 - 6 ,Sr 4 90× 10 - 6 。淋溶结果较好地反映了黄土-古土壤剖面的风化成壤程度 ,其中醋酸淋溶液中MnO含量能更好地反映当时的古气候信息。     

天然磁铁矿化学改性及其在水体除砷中的应用

铁氧化物及其复合氧化物(如菱铁矿、水铁矿)的表面电荷高、比表面积大,在特定条件下对亚砷酸盐和砷酸盐有较强的结合能力和亲和性,以铁氧化物作为吸附剂处理高砷水已经成为研究热点之一。天然磁铁矿的主要成分为Fe_3O_4,但其本身活性较弱,直接应用于处理高砷水的除砷率低。本文对天然磁铁矿采取酸化、碱化、不同温度灼烧、不同灼烧时间等简易的方法进行改性,达到有效去除水中砷的目的。实验结果表明:经0.5 mol/L盐酸浸泡、150℃灼烧10 min的改性磁铁矿分别处理As(Ⅲ)溶液和As(Ⅴ)溶液时,As(Ⅴ)去除率达98%,吸附能力显著增强,达到预期目标;溶液中As(Ⅲ)浓度从1000μg/L下降到250μg/L,去除率达75%,即As吸附能力明显优于未改性的天然磁铁矿,与其他改性铁矿除砷能力相近,而改性方法更加简便、易行。本文研究的改性天然磁铁矿吸附剂为控制高砷水的砷含量提供了一种切实可用的吸附材料。     

岩溶区地表水与地下水资源及环境统一评价的流域边界划分研究

岩溶地区地表水流域与地下水流域边界的分异形式有三类,即：地表分水岭与地下水流域边界在平面分布上基本一致;地表分水岭超出了地下水流域边界;地下水流域边界超出了地表分水岭。岩溶区地表水与地下水耦合流域的顶界为地表水流域的水面及下垫面,底界为浅循环潜水含水层或潜水—承压含水层下伏的隔水层顶面,在大厚度岩溶含水层分布区,可以弱岩溶发育带的顶面作为底界。其中地表水与地下水两个子系统间的次级边界,为地表水流域的下垫面。结合专门调查（勘查）评价和区域调查评价的特性,提出评价单元划分的原则及方法。这有助于在新一轮自然资源调查评价中,以流域为单元系统地开展水资源及环境调查评价,实行地表水和地下水资源及环境的统一管理。     

MT3D-通用的三维地下水污染物运移数值模型

定量研究污染物在地下水中的运移过程通常采用数值模拟方法。MT3D是一套基于有限差分方法的污染物运移模拟软件，近年来在国外水文地质和水环境模拟等领域的研究中已经得到较为广泛的认可。MT3D比较全面地考虑了污染物在地下水中的对流、弥散和化学反应等过程，可以灵活处理各种复杂的源汇项和边界条件，能够准确模拟承压、无压和越流含水层中的污染物运移过程。MT3D具有模块化的程序结构、灵活的求解方法以及全面的模拟功能，非常适合实际问题的研究，值得在国内推广使用。