热质输运-反应体系的石英溶解与沉淀的模拟研究

介质中热质输运-反应体系对于热质成矿、污物迁移等十分重要。这里利用热质流体输运动力学模型与石英溶解与沉淀的化学动力学模型,以及多孔介质的本构关系,建立了一个热质输运、反应动力学藕合模型。并使用此模型研究了局部的温度变化和颗粒半径不均一分布对研究区域内温度场和浓度场的变化情况,其结论是它们之间的耦合可能打破系统的平衡,驱使系统长时间持续进行流体输运-反应动力学过程。     

应用热质输运-反应体系对银山隐伏岩体预测

利用热质流体输运动力学模型与石英溶解、沉淀的化学动力学模型,以及多孔介质的本构关系建立了一个组分浓度、热质输运、反应动力学耦合模型.针对银山多金属矿床成因有关成矿模型,假设银山多金属矿床形成除与浅部次火山岩岩枝的侵入有关外,在其底部可能还存在一个大的隐伏岩体,并模拟了成矿系统的温度场、孔隙流体组分(硅酸)浓度场、流场(流函数)和二氧化硅沉淀量.初步结论是:对于银山多金属矿床这样大型、特大型矿床,一种合理的情况是下部可能存在隐伏的大岩基,其所提供的巨大热能和矿质驱使整个热液成矿系统的长期活动,并使得大矿量聚集成为可能.     

构造-流体-成矿体系的反应-输运-力学耦合模型和动力学模拟

建立了一个综合的构造流体成矿体系的反应输运力学耦合动力学模型。利用有限元方法求解岩石变形、断裂作用和断裂网络统计动力学、流体流动、有机和无机地球化学反应及成岩成矿作用、压力溶液和其它压实力学、热迁移的方程组 ,可以对构造流体成矿体系的动力学演化过程进行 1～ 3维数值模拟。模拟的主要内容是在各种过程耦合作用下描述构造流体成矿体系的主要变量的时空演化 :( 1)与成矿流体的形成和性质有关的变量 ,如地层中矿物 (包括成矿物质 )的溶解速率、流体中各组分的浓度与饱和度、流体温度、压力、离子强度等 ;( 2 )与构造变形和流体运移有关的各变量 ,如应力与变形速率、岩石孔隙度、构造 (断裂 )渗透率等 ;( 3 )与沉淀成矿有关的变量 ,如矿物 (金属矿物和脉石矿物 )的成核速率、各矿物的沉淀量等 ;( 4 )上述各有关变量间的时空耦合关系 ,如断裂渗透率时空演化与流体流动、汇聚和成矿的耦合关系等。以湖南沃溪金锑钨矿床为例 ,应用该模型和方法对成矿动力学过程和动力学机制进行了初步的模拟与分析。     

求解热质输运-反应体系动力学模型的指数拟合有限体积法及模拟软件

热质输运-反应体系对于热液成矿、污染物迁移等均十分重要．该体系包括热质输运、流体渗流、地球化学平衡计算、多组分化学反应－输运过程耦会等动力学过程．介绍了求解热质输运－反应动力学方程的指数拟合有限体积方法,并编制了相应的计算机软件．     

求解热质输运—反应体系动力学模型的指数拟合有 …

热质输运－反应体系对于热液成矿,污染物迁移等均十分重要,该体系包括热质输运,流体渗流,地球化学平衡计算,多组分化学反应－输运过程耦合等动力学过程。介绍了求解热质输运－反应动力学是数拟合有限体积方法,并编制了相应的计算机软件。     

量热学和热动力学研究进展概况

对量热学的发展历史作了简要介绍,并就近年来利用量热法进行各种反应的热动力学研究的进展进行了概述。根据将微量热新技术引入到地质、地球化学领域研究矿物溶解的阶段性成果,展望了地球化学反应热动力学研究的广阔前景。     

矿物-水反应的地球化学动力学研究进展

回顾了地球化学动力学这门新兴学科的产生与发展，评述了国内外矿物-水反应的地球化学动力学研究的新进展，介绍了矿物-水反应的溶解动力学及地球化学动力学模拟的新成果及应用领域。低温条件下硅酸盐和碳酸盐矿物与水的反应得到高度重视。硅酸盐矿物的溶解速率与溶液的pH值、离子强度、温度及有机酸的含量等密切相关。碳酸盐类矿物的溶解速率主要取决于温度、GO2分压、酸碱度及相关离子的活度等因素。氧化物、硫化物、及氟化物等的溶解沉淀的动力学研究开始得到关注。矿物-水反应的地球化学动力学模拟已成为一个很有前景的方向。     

成矿流体的流动-反应-输运耦合与金属成矿

中国著名的铜官山、冬瓜山、新桥等铜、金和硫化物矿床均赋存于上泥盆统五通组砂岩、石英砂岩和中、上石炭统的黄龙组碳酸盐岩不整合面或假整合面邻近。研究表明两个地质事件引发该区形成成因相同或相似的金属矿床。该区具有特定的岩性和地层组合 ;岩浆侵入到该地层组合的同时带进成矿物质和热能 ,热能又驱动成矿流体在岩体周边循环流动。文中对流体从含黄铁矿砂岩流到不整合面时产生的流体流动矿物溶解物质输运沉淀堆积的成矿过程进行了研究和分析 ,提出了一套用于描述热液成矿流动扩散反应过程耦合的偏微分方程组 ,并对此类矿床的成矿过程进行计算机模拟和动力学分析     

地质流体热动力学研究现状与发展趋势

流体热动力学性质对理解各种作用过程中的地球化学行为是重要的。有关这方面的知识,通常是从实验资料获得。但实验工作毕竟是有限的,只能反映自然条件中很有限的范围。半经验的模式（如状态方程）或计算机模拟（如分子动力学和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟）提供了地质流体系统定量研究的主要方法。一个好的状态方程,可以根据实验数据内插或外延,能获得很多物理—化学信息。计算机模拟甚至可以在实验室不能达到的条件下产生“实验数据”,为未来地球化学研究提供了很大的潜在发展可能性。未来研究工作的重点应是：①为Ｈ２Ｏ－ＣａＣｌ２－ＮａＣｌ－ＣＯ２－ＣＨ４－Ｈ２Ｓ－Ｎ２体系提供预测容积、相平衡和焓的状态方程;②有效的计算机程序能够模拟自然界中含水溶液流体混合物的各种特性（包括热动力、结构、迁移性质）;③将这些模式和计算机模拟应用于各种地质系统的研究（如热水溶液矿床和流体—岩石交换反应等）中。     

岩石热物理性质的研究进展及发展趋势

岩石热物理性质的基础研究大致经历了4个阶段,已广泛应用于岩石圈热结构、沉积盆地热演化史、岩土工程、地热等领域,近年来在油气领域的科学问题上备受关注。在归纳总结岩石热物理性质当前研究进展的基础上,对未来的发展趋势进行了展望。热导率是表征岩石热物理性质最重要的参数,其获取方法以室内实验室测量为主,测量方法有稳态法和非稳态法两大类。此外还发展了一些基于圆柱形热源探管、圆盘形热源探管、球形热源探管的原位点测方法和基于数理统计的预测方法和模型。学者们通过大量实验探讨了岩石热导率参数与其他物理性质之间的内在关系,并以火山岩、碳酸盐岩、碎屑岩等常见岩石实验结果验证其存在的一般规律。研究表明岩石的热导率受多种因素影响,岩石学特征是其中最重要的因素,孔隙度、含流体性质、声学特性也与之密切相关,同时会受到温度、压力、各向异性的影响。纵观岩石热物理性质的研究现状,认为在油气领域有以下发展趋势:首先,页岩气作为目前油气勘探的热点,其形成机理和成藏过程受页岩热物理性质的控制,但页岩热导率与有机孔、有机碳含量、含气量、可压裂特征间的关系还未可知,因此探索含气页岩的热物理性质是一大研究方向。其次,大数据研究是大势所趋,尽管岩石热学参数的数据库在不断扩大,但要想得到准确的岩石原位热导率大数据库,在井中完成热导率原位连续测量则是最好的方法。因此发展基于岩石热物理性质的测井方法原理和仪器研究是另一大发展趋势。     

欧亚海盆大西洋水输运过程及热释放研究进展

温暖的大西洋水进入北冰洋后,通过热量释放影响海洋和大气环境。在欧亚海盆,大西洋水深度浅,其热量释放是海冰融化的重要热源,也是海冰减退和北极放大的关键因素。大西洋水输送的环流结构没有变化,而是通过流速的变化改变热量输送的效率。大西洋水在流动过程中通过湍流运动、冬季对流和双扩散三大物理机制向上释放热量而降温。近年来,大西洋水热量增加并将暖信号向北冰洋内部输送,进而影响下游加拿大海盆的海洋过程。增暖的热源来自弗拉姆海峡的异常暖事件,体现为北欧海挪威大西洋流水温长期变化因素与低频振荡因素的共同作用。     

土体冻结过程中的热质迁移研究进展

土体的冻胀，融沉问题归根结底是热质迁移问题，文章概述了近年来在国际上有关这方面研究的新成果，总体上讲，冻结缘的厚度，分凝冰形成温度以及冰透镜体形成条件等作为热质迁移试验研究的重点受到关注，质的迁移研究不仅仅限制在水分的迁移，而且对于矿物质，溶质，气体等的迁移以及对水分迁移的影响都有不同程度的研究，对于冻胀预报模型，已从经验型过渡到依据基本物理，力学，热动力学理论而建立的理论模型，今后的研究发展方向是加强室内参数测试水平以及对理论模型的普遍性验证。     

水热蚀变分带和矿物-水化的反应动力学过程

笔者重点介绍在22 MPa、在25～400℃范围的钠长石在水和KCI溶液里溶解反应动力学实验结果.并试图应用这一实验结果解释水热蚀变的形成机制。钠长石与水溶液反应动力学实验是在开放体系的流动反应器(叠层反应器)里进行的。钠长石在水中的溶解反应经常是不一致溶解作用,只在近水临界点(374℃)的300℃出现一致溶解过程。由25～300℃,钠长石溶解反应的不一致溶解表现为钠和铝     

花岗岩形成的热动力学过程数值模拟研究进展

形成过程的不可观察性是花岗岩成因长期争论的重要原因。数值模拟技术与超级计算机的结合,为花岗岩形成热动力学过程的数字重建提供了可能性。本文首先回顾了花岗岩形成过程数值模拟所需的物理化学参数的获取研究,其中一个重要进展是将上陆壳作为一个整体,重新厘定了岩石"平均强度"突降或流变学转换,即MCT、FMT、SLT对应的熔体比,为研究深熔岩浆的形成过程提供了重要的实验约束。在此基础上,介绍了基于岩浆侵入模型的物理和数值模拟研究进展。在岩浆侵入模型中,岩体与"源区"是分离的。各岩体与其相应"源区"之间地质条件的差别,使得现有的针对特定岩浆定位模式建立的数字模型,难以具有普适性。文章的最后部分展示了作者利用天河2号超级计算平台,在Chen and Grapes(2007)提出的"原地重熔"地质模型的基础上,对壳内大规模熔融和热对流的2-D数值模拟结果,初步重现了花岗岩和混合岩形成的热动力学过程。模拟结果揭示,热对流是壳内熔融能够形成大规模花岗岩浆的根本原因;岩浆"顶蚀"作用导致MI(SLT)界面向上移动和岩浆层增厚;壳内岩浆层发展的必要条件不是高的地壳温度,而是岩浆系统有持续的热供给,使系统能在较长时间内保持对流状态。     

铜陵地区硫化物矿床成矿过程的热传导和物质输运动力学

根据热传导和热致流体流动以及化学物质输运动力学原理，模拟和分析了铜陵地区铜金硫化物矿床成矿过程的温度场和流体动场。根据矿区温度空间分布模式和流体流线的展布模式，可以预测矿床的溶解地段和成矿物质的堆积场所。研究表明：（1）能量流和物质流是热液成矿的关键因素，而岩浆侵位带进的热是驱动流体流动的原动力；（2）侵入体的产状、不同化学性质围岩的空间分布的组合方式、围岩的孔隙度和渗透率差异等因素共同限定了成矿物质的沉淀堆积场所；（3）矿区中铁和硫主要来自五通组高孔隙度的含黄铁矿砂岩。在砂岩和灰岩之间的白云岩层强烈碎裂形成有利的成矿空间，白云岩与砂岩之间的化学位差是构成成矿化学反应发生的动力。     

热质输运对在庞西垌—金坑断裂带寻找蚀变岩型矿床的启示

外围找矿、深部找矿及隐伏矿床预测是当今地质勘探工作的重点之一。构造蚀变岩型矿床,本质上属于热液矿床。地质特征表现为发育明显的蚀变分带,其主矿带严格受区域性断裂带构造控制,矿化体多呈破碎蚀变带形式出现。此类型矿床成矿潜力大,复杂种类多。许多大型多金属、贵金属矿床皆为此类型。对构造蚀变岩型矿床外围、深部以及控矿断裂的成矿潜力预测和评     

南沙海槽岩石圈热-流变结构与动力学演化分析

南沙海槽前陆盆地是我国南海南缘陆架区重要的含油气盆地,海槽之下陆壳减薄的原因、前陆区逆冲推覆构造的变形机制是南海地球动力学研究的重要科学问题。利用地震、重磁、地热观测资料,依据地震沉积地层分析、重磁反演分析、地幔流应力场分析、热-流变学分析方法,文中计算了南沙海区地壳结构特征、南沙海槽逆冲推覆热-流变学结构。结果表明:南沙海区Moho面深度在18~26km,其中海槽区Moho面最浅,由海槽中心向东南至陆坡,Moho面由20km快速下降到26km深度,说明南沙海区陆壳结构曾发生过强烈的构造变动。南沙海区地壳累积流变强度FC与岩石圈累积流变强度FL之比小于80%,显示为一个整体陆壳地块,岛礁区大部分地段地壳热流QC与海底热流Q0之比大于60%,为"热壳冷幔"型热结构,而海槽区情况正相反,QC/Q0小于40%,为"冷壳热幔"型热结构。南沙海槽Moho面温度在300~700℃,地壳整体温度较低,地温梯度在垂向上高、低相间成层分布,地壳浅层地温梯度在15~30℃/km,深层地温梯度大于45℃/km。南沙海槽南北两侧应力分布特征不同,北侧挤压,南侧伸展。北侧挤压区,地层挤压收缩量由深向浅减小,南侧伸展区,地层伸展量由深向浅增大,类似手风琴风箱结构。北侧黏滞系数高、流变强度大,南侧黏滞系数低、流变强度小。南侧的黏滞系数、流变强度大约比北侧低2~3个数量级,因此南沙海槽南侧比北侧更容易发生构造变形。由计算结果推测,南沙Moho面起伏或陆壳减薄与"地壳重力均衡作用"和"地幔热隆升作用"有关,海槽东南缘逆冲推覆体构造变形机制主要是"地壳缩短"作用,其次是"重力滑脱"作用。文中没有涉及南沙陆块不同地质时期Moho面、"地壳均衡"、"地幔热隆升"之间的演化关系,也没有涉及南沙海槽基底变形中"弹性挠曲"和"逆冲推覆"之间的关系。