介绍一种用于地热资源评价的方法——质能平衡法

正 现在世界上有许多热储模型,但大多很复杂,又不太适用,而质能平衡模型较简单、适用。 用质能平衡法可以估算原始热储量,并预测未来的产量。因为这个方法是基于已有的实际开采量、水压下     

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。     

干旱半干旱区土壤含水量反演与验证

基于MODIS遥感影像和表观热惯量法,以新疆为研究区,建立了适用于干旱半干旱区1 m土体的土壤含水量反演模型。模型根据高表观热惯量,高土壤含水量,低表观热惯量,低土壤含水量这一理论,通过日地表温差和宽波段反照率确定土壤含水量的时空变化。假设通过1 m土体的土壤水通量正比于上下底层土壤含水量的差值,利用水平衡方程建立土壤表面和底层土壤含水量关系方程,并利用中国土壤类型特点确定优化模型。通过验证结果表明,壤土和壤质粘土这两类土壤含水量接近真实值,砂土在区域验证中,模拟与实测差值为2.16%,整个模型模拟精度较好,能够准确地从时空上反演干旱半干旱地区1 m土体的土壤水分情况。     

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。     

谈谈环境水文地球化学中的几个问题

环境水文地球化学是研究人的水文地球化学活动。因人的活动对地下水化学成分形成作用的影响和地下水的变质作用的评价,主要是对水文地球化学环境变化的评价。热力学平衡模型的应用是有条件的,它适用于水交替较迟缓的、地球化学环境较均匀的地区。谨慎地应用局部平衡假设,可使热力学平衡模型的运用扩大。污染质在地下水中的迁移模型,应是渗透水动力学模型与地球化学模型有机结合的。这种结合在数学上是有困难的,文中介绍了两个解决上述困难的例子,目的在于抛砖引玉。希望在我国出现更多更好的与水文地球化学结合的水质迁移模型。     

激光喇曼光谱碳质地温计及其地质应用

用激光喇曼光谱显微探针研究了沉积变质岩中有机碳质物的热蚀变特征,通过解谱、多元回归数据分析及氧同位素温度数据的校正,建立了一种喇曼光谱碳质地温计。该温度计的适用条件为:温度范围为200-450℃之间,有机碳质物的反射率为2.0%至15.0%(R°),也就是说对于自浅变质岩相到角闪岩相的各种沉积变质岩中,该地温计均可获得满意的结果。在澳大利亚 South Marulan 热接触变质作用地区和维多利亚 Bendigo 金矿化地区的实测结果表明,应用新的地质温度计能有效地测试出这些地区的热变质作用特征和金矿化作用的古地温的异常变化。     

考虑降雨作用的多年冻土区不同地表土质活动层水热过程差异分析

为明确气候湿化背景下多年冻土活动层对降雨的水热响应机制,探讨了考虑降雨作用的不同土质地表能水平衡差异和活动层水热过程。基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,定量分析了高原真实野外降雨条件下3种典型地表土质(砂土、亚砂土、粉质黏土)地表水分和能量平衡差异、活动层内部水分与能量输运分量变化过程和耦合机制。结果表明:随着土壤粒径增大,地表净辐射增大、蒸发潜热增大、感热通量减少、土壤热通量减小,不同土质地表蒸发潜热和地表感热通量差异最为显著,地表能量平衡差异在暖季较大、冷季较小;土壤粒径越大,水势梯度液态水和温度梯度水汽迁移越显著,但温度梯度水汽通量减小、水势梯度液态水通量增大;随着土壤粒径增大,土壤浅表层水分减少,25～75 cm水分略有增加;随着土壤粒径增大,土壤导热系数、降雨入渗对流传热和地表蒸发量增大、热传导通量减小,土体温度梯度降低,相同深度处土壤温度更高,活动层厚度增大,不利于多年冻土稳定。研究成果可为湿化背景下多年冻土的稳定性预测和保护提供参考。     

考虑降雨作用的多年冻土区不同地表土质活动层水热过程差异分析

为明确气候湿化背景下多年冻土活动层对降雨的水热响应机制,探讨考虑降雨作用的不同土质地表能水平衡差异和活动层水热过程。基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,定量分析了高原真实野外降雨条件下3种典型地表土质（砂土、亚砂土、粉质黏土）地表水分和能量平衡差异、活动层内部水分与能量输运分量变化过程和耦合机制。结果表明：随着土壤粒径增大,地表净辐射增大、蒸发潜热增大、感热通量减少、土壤热通量减小,不同土质地表蒸发潜热和地表感热通量差异最为显著,地表能量平衡差异在暖季较大、冷季较小;土壤颗粒越大,水势梯度液态水和温度梯度水汽迁移越显著,但温度梯度水汽通量减小、水势梯度液态水通量增大;随着土壤粒径增大,土壤浅表层水分减少,25～75 cm水分略有增加;随着土壤粒径增大,土壤导热系数、降雨入渗对流传热和地表蒸发量增大、热传导通量减小,土体温度梯度降低,相同深度处土壤温度更高,活动层厚度增大,不利于多年冻土稳定。研究成果可为湿化背景下多年冻土的稳定性预测和保护提供参考。     

成矿多过程耦合模型数值模拟研究态势

成矿作用是构造变形-热量传递-流体流动-质量转移等四种性质完全不同过程的耦合.数值模拟是通过建立多过程耦合模型来刻画其物理和化学规律.由于这些耦合模型过于复杂而难以得到其解析解,因而数值模拟被用来讨论这些复杂动力学过程.针对成矿预测领域主要的耦合模型:形变-流动模型、形变-热-流动模型、热-流动-质模型、变形-热-流动-质模型,通过这些耦合模型应用实例分析得出,印证了高差和温度变化是流体对流、矿物沉淀发生的重要机制;详释了构造控制流体输运的方式及过程,高渗透率断裂是流体汇聚的有利场所,从而渗透率等控制成矿的关键参数成为成矿预测的主要指标.     

成矿多过程耦合模型数值模拟研究态势

成矿作用是构造变形-热量传递-流体流动-质量转移等四种性质完全不同过程的耦合。数值模拟是通过建立多过程耦合模型来刻画其物理和化学规律。由于这些耦合模型过于复杂而难以得到其解析解，因而数值模拟被用来讨论这些复杂动力学过程。针对成矿预测领域主要的耦合模型：形变-流动模型、形变-热-流动模型、热-流动，质模型、变形-热-流动-质模型，通过这些耦合模型应用实例分析得出，印证了高差和温度变化是流体对流、矿物沉淀发生的重要机制；详释了构造控制流体输运的方式及过程，高渗透率断裂是流体汇聚的有利场所，从而渗透率等控制成矿的关键参数成为成矿预测的主要指标。     

Boom黏土热-力耦合弹塑性损伤模型研究

黏土的热-力耦合本构模型研究在许多工程领域,尤其是核废料地下处置方面有着十分重要的工程意义。根据Boom黏土的在不同温度下的三轴与固结试验的结果,综合考虑了温度对黏土的强度与弹性模量的影响,在Drucker-Prager(简称D-P)帽盖模型的基础上,引入了硬化方程和热损伤、力学损伤的演化方程,建立了适用于黏土的热-力耦合弹塑性损伤本构模型。将模型在ABAQUS中进行了二次开发,根据试验结果反演得到了Boom黏土的模型参数。利用所建立的本构模型,对比利时HADES试验室中的ATLAS III现场试验进行了数值仿真,计算结果表明,模型的计算结果与现场实测的结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。     

云南腾冲热海热田的热储特性

云南腾冲县热海热田是我国西南的一个重要高温水热对流系统。本文根据热田地质、地表显示、热泉水化学和同位素组分等资料,推断热储岩体是块状花岗岩体;对比多种地球化学温标认定热储温度为230℃;推算了热储内部未发生沸腾前的热储流体化学和同位素组分;讨论了热水和冷水的混合与稀释状况;发现地下沸腾带接近地表,肯定热田为一高温热水系统,从而有可能估算热储内部的压力。最后,对水岩平衡作了推测。     

最大熵增地表蒸散模型:原理及应用综述

精确估算地表蒸散一直是地球系统科学中的难点问题。经典的蒸散模型大多建立在水汽输送及能量平衡约束等基础上,相关的基础理论研究进展缓慢。最大熵增地表蒸散(E-MEP)模型是在综合借鉴贝叶斯概率论、信息熵概念、非平衡态热力学理论和大气边界层湍流相似性理论的基础上,建立的全新地表蒸散理论框架,克服了经典模型的主要缺陷,包括:离散梯度模型不满足能量守恒条件,Penman模型针对饱和土壤,Penman-Monteith模型需要率定经验参数等。E-MEP模型具有3个显著特点:①同时给出地表(包括水面、雪面和冰面)蒸散量、感热通量和介质表面热通量,且在所有时间空间尺度上满足能量平衡方程;②模型公式中没有可调经验参数,不依赖于温度梯度和水汽梯度变量,不需要输入风速和表面粗糙度;③适用于任何土壤含水量和植被覆盖条件。由于E-MEP模型建立在坚实的数学物理基础上,并具有解析表达式,简单易用,其输入变量和模型参数少于传统蒸散模型使用。地表辐射、表面温度、表面比湿等模型输入变量易于实地观测获取,且可通过遥感反演获得。检验分析表明,E-MEP模型优于Penman和Penman-Monteith等传统蒸散模型。这一全新的地表蒸散模型已被用于大尺度地表水热的遥感反演和过程监测,并用于改进气候模式的参数化方案。     

古高程计：氢氧同位素的新应用

定量恢复高大地形的古高程是地质学家一直以来追求的目标，将自生矿物中氢氧同位素用作古高程计的历史不长，这种方法还有很大的应用潜力，可用到比新生代更古老的时期。根据与气团上升和水汽凝结的热动力学性质相关的瑞利平衡分馏原理，建立了这种古高程计的热动力模型，这个模型应用简便，适用于纬度小于35°的地区。区域性经验关系的方法误差较小，但也有计算繁琐、适用区域有限的不足。以上两种方法的计算精度均有待于提高。研究中使用方解石作为样品最普遍，在方解石、高岭石、蒙脱石和针铁石等矿物中,究竟使用哪种推算古高程产生的误差更小，还需进一步研究。     

准噶尔盆地热历史

准噶尔盆地从石炭一二叠纪的“热盆”（古地温梯度0．05-0．07℃／m）演变成新生代典型的“冷盆”（地温梯度0.02－0.023℃／m），使盆地两套主要烃源岩：二叠系和侏罗系烃源岩热演化程度（成熟度）具有明显的差异。二叠系径源岩成熟度普遍很高，大部分达到过成熟阶段；而侏罗系烃源岩成熟度则很低，即使埋深超过5000m，实测镜质组反射率R°％仅为0．5－0．6，相当于生油初期（低成熟）阶段。通过应用Waples模型和Sweeney－Burnham模型两种方法对盆地13口深井进行古地温梯度拟合计算表明：对于热演化过程主要发生在白垩纪之前，高地温梯度背景下的8口深井，烃源岩热演化受压力的影响小，成熟度相对较高；而对于热演化过程主要发生在白垩纪之后、低地温梯度背景下的5口井，烃源岩热演化受压力的影响较大，成熟度异常偏低，实测镜质组反射率低于用Waples模型和Sweeney－Burnham模型计算的镜质组反射率。     

季节冻土区融雪冻土水热耦合模型研究

为描述季节性冻土地区的积融雪及冻土水热过程,采用能量平衡及水量平衡法建立融雪模型,采用有限体积法离散热传导方程和非饱和土壤水运动方程,并对其交界面处进行耦合处理,从而建立季节冻土区融雪冻土耦合数学模型。结合2005年曲玛莱实测站点的观测资料,从不同角度描述积雪变化,冻土活动层内土壤水热特征,检验模型方法的有效性,为揭示该地区的水文运动规律提供有力的支持。     

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.     

基于美国国家地热数据的地热温度计案例分析与方法适宜性评价

热储温度评价是地热系统研究的关键内容.文章选取建设比较成熟的美国国家地热数据系统(National Geothermal Data System,NGDS),分别利用地球化学地热温度计、多矿物平衡法、冷热水混合模型及气体地热温度计对不同地热田的热储温度进行评价,确定不同热储温度评价方法的适用性和局限性,以期为热储温度评...     

HED族陨石中辉石颗粒的Ca-Mg-Fe元素迁移规律及其指示意义

Howardites-Eucrite-Diogenite(HED)族陨石普遍被认为来自于灶神星,辉石颗粒中出溶片晶的形成是母体经历热变质事件的直接产物,因此出溶辉石的元素迁移规律可以反映灶神星经历的热变质条件。本文采用扫描电镜、激光拉曼光谱仪和电子探针对不同类型HED族陨石样品进行了分析。结果表明,HED族陨石中非平衡型辉石颗粒的Ca-Mg-Fe元素不均一,各样品中平衡型辉石颗粒的Ca-Mg-Fe元素平均扩散速率比值约为νCa∶νMg∶νFe=5∶1∶4,根据二辉石温度计得出母体热变质温度范围为700～1000℃,且玄武质Eucrite平衡辉石指示的温度普遍低于Howardites指示的温度,反映可能存在垂向压力差异性。这些特征都说明灶神星热变质期间的热源主要来源于演化早期玄武岩浆的快速喷发掩埋。