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。     

中地壳温度压力条件下的水-岩作用化学动力学实验

为模拟中地壳条件下水.岩相互作用,本文作者重点做了大于300℃,在水的近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应的化学动力学实验。矿物(钠长石(Ab)、透辉石(Di)、阳起石(Act))的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300至400℃范围内,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。多金属氧化物硅酸盐与水反应时的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样。硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如,硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃、22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。我们还完成了玄武岩与水在25℃～400℃条件下的反应动力学实验。实验发现,硅的最大释放反应速率也多是在300℃。中地壳的流体处于由亚临界态进入超临界流体的演化过程,这时流体的性质会有剧烈变化。这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落。流体性质的突变和水岩相互作用涨落会导致中地壳岩层的许多性质变化,硅酸盐矿物格架的解体,岩石被淋失,岩层的崩塌。     

长江中下游典型火山盆地的水岩相互作用和金属矿床蚀变分带

长江中下游火山岩盆地中金属矿床和蚀变分带的的地球化学研究表明,它们具有内带深色蚀变带和外带浅色蚀变带,形成于600℃到100℃范围。两类蚀变带分界温度大致是300℃。大金属矿床蚀变分带剖面显示出热液系统存在有明显的温度梯度。通过与背景岩石(玄武岩石)对比研究表明,自下而上的不同蚀变岩石中主要元素含量显著变化,交代作用中的代出和代入元素在空间上是演化的。25~400℃和23MPa下矿物(钠长石、阳起石、透辉石、钙铁辉石)-H2O、岩石(玄武岩)-H2O反应的化学动力学实验表明,金属元素释放速率是温度的函数。在恒压升温过程中,从20℃到400℃,硅酸盐矿物、玄武岩中Si溶解速率不断上升;在300~350℃时,Si、Al溶解速率到最大数值。随后,温度再上升导致溶解速率下降。在300℃时,大部分矿物中Ca、Mg、Fe、Na溶解速率较高,溶液里的Ca/Si、Mg/Si、Fe/Si、Na/Si等都高于矿物中对应元素的计量比。矿物反应后的表面存在富集硅的淋失层,或有富硅铝矿物(粘土矿物)出现。在300℃时,Si溶解快于其他金属元素,溶液中金属元素与硅摩尔浓度比(Ca/Si、Mg/Si、Fe/Si、Na/Si)等都低于矿物中的计量比。矿物反应后的表面缺少硅的淋失层,或者有贫硅矿物和铁氧化物出现。作者还进行23~35MPa、20~550℃玄武岩与水反应实验。上述高温高压下矿物在水溶液中的溶解反应动力学实验和流体-玄武岩相互作用实验,对于理解金属矿床及蚀变分带形成机制提供新的依据。     

类白云石结构矿物的低温合成及其意义

<正>白云石(Ca Mg(CO3)2,dolomite)的低温形成毫无疑问的是矿物学上最有趣和最长久的难题之一。作为一种常见的碳酸盐矿物,白云石在地质历史时期大量发育,而在现代海洋沉积环境中很少出现,并且在实验室模拟海水条件下也几乎无法低温合成。事实上,"低温白云石问题"可能涉及一系列基本物理化学问题。如:白云石是否可以从溶液中直接沉淀和结晶,亦即无定形前驱体或者其他结晶前驱体是否必须存在。如果存在必要的前驱体,那么这些前驱体通过怎样的反应路径形成有序白云石;白云石是否仅在某些     

中低温水热过程中碳酸盐矿物与水界面研究

矿物-流体界面和矿物表面研究涉及很多金属矿石的形成、资源利用和环境生态问题.因为,有用的微量元素或重金属元素会吸附在反应后的矿物表面.一种金属沉淀在另一种矿物表面,与表面性质和结构有关.碳酸盐矿物方解石、白云石、菱锰矿是中低温热液成矿作用的主要脉石矿物,也是重要的沉积变质矿物.在热泉沉积物里也常常见到菱锰矿.菱锰矿在大洋深处也可形成沉积物,有时与锰氧化物共沉积.     

中地壳的地球化学动力学和矿石成因

笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。     

未熟烃源岩中矿物低温催化脂肪酸脱羧生烃动力学模拟实验研究

在150～160 ℃和未熟烃源岩矿物的催化下,使十八烷酸脱羧生烃,用测定反应放出的CO2量随时间的变化关系直接研究了我国7个油田未熟烃源岩对脂肪酸催化脱羧生烃的动力学.由所得到的动力学参数与未熟烃源岩中碳酸盐含量的关联中发现,在低温、常压、无水条件下或低温、高压、碱性盐水条件下未熟烃源岩对脂肪酸催化脱羧生烃的动力学参数与其碳酸盐的含量有关,一般碳酸盐含量高反应速率常数大,而反应活化能低.     

未熟烃源岩中矿物低温催化脂肪酸脱羟生烃动力学模拟实验研究

在１５０～１６０℃和未熟烃源岩矿物的催化下,使十八烷酸脱羟生烃,用测定反应放出的ＣＯ２量随时间的变化关系直接研究了我国７个油田未熟烃源岩对脂肪酸催化脱羟生烃的动力学。由所得到的动力学参数与未熟烃源岩中碳酸盐含量的关联中发现,在低温、常压、无水条件下或低温、高压、碱性盐水条件下未熟烃源岩对脂肪酸催化脱羟生烃的动力学参数与其碳酸盐的含量有关,一般碳酸盐含量反应速率常数大,而反应活化能低。     

Mg/Ca比对微生物成因的碳酸盐矿物种类和形态的影响

研究Mg/Ca比对生物成因的碳酸盐矿物种类和形态的影响是研究各种含镁方解石形成机理的关键。本文在Mg/Ca摩尔比分别为1、2、4、6和8的条件下进行了为期55d的硫酸盐还原细菌诱导碳酸盐矿物形成的实验,利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了Mg/Ca比对碳酸盐矿物种类和形态的影响。实验结果表明:①Mg/Ca比与矿物的种类之间存在密切的关系。在Mg/Ca摩尔比较低(1和2)时仅形成高镁方解石,在Mg/Ca摩尔比为4时,形成的矿物组合为含镁方解石+高镁方解石,在Mg/Ca摩尔比为6和8时,矿物组合为高镁方解石+单水碳钙石+钙白云石;②Mg/Ca比影响矿物的生长速率。Mg/Ca比越高,晶体生长速率越快;③Mg/Ca比明显影响矿物的形态。随着Mg/Ca比的增大,矿物的形态有如下发展规律:哑铃形→花菜状→光球状→刺球状。这些研究结果将有助于探讨制约含镁碳酸盐矿物种类和形态的机制。     

庐枞火山岩盆地正长岩与水反应动力学实验研究

为了模拟庐枞火山盆地基底的水热反应和正长辉长岩-二长岩-正长岩与水相互作用,深入剖析深部流体携带金属来源的可能性,本文利用开放流动体系的叠层流动反应器实验研究25~435℃、23~35MPa条件下二长岩-正长岩与水相互作用的化学动力学过程。研究表明,造岩元素、成矿元素和痕迹元素,在低温至水临界态的升温过程中溶解产物在水中的浓度(或溶解速率)不断变化,它们的最大溶解速率出现在不同温度。主要元素Si、Al等最大溶解速率出现在300~400℃范围,即,在跨越水的临界温度时出现溶解速率的涨落。或者说,正长岩-H2O体系中元素的溶解速率主要是温度的函数,此外,压力也对大部分元素的溶解速率产生影响,但是,对于各元素溶解速率随温度而变化的基本规律影响不大。实验重要的发现:相当于中地壳的温度即300~400℃时反应很特殊。硅酸盐矿物的硅被强烈溶失和矿物岩石会垮塌。实验表明:相当于中地壳温度(300~400℃)发生的二长正长岩与水相互作用对庐枞火山盆地深部矿床形成产生重要影响。长期的含金属流体活动造成了金属矿石的形成。水/岩反应动力学过程的温度因素:不同金属元素的最容易溶解和沉淀温度的区别导致了金属-蚀变分带性。实验还揭示,纯水与二长正长岩的反应可以淋滤出大量有色金属元素,在溶液的浓度可以到几百×10~(-9),如Ni、Mn、Cu、Zn,它们从二长正长岩里被溶解释放速率也很高。以往,研究表明火山盆地铁矿的物质来源于围岩。这次实验研究显示:水与二长正长岩的反应同样影响着盆地金属矿的形成和盆地深部、上中地壳的流体性质。实验对于理解上中地壳发生的水岩相互作用也有普适性意义。     

红藻石和蓝藻石概念及分类归属的综述和修订

在分析和总结前人对红藻石和蓝藻石研究成果基础上,结合岩石薄片显微镜下观察实例,发现在以往碳酸盐岩颗粒分类中没有红藻石和蓝藻石的合适位置。鉴于红藻石重要的成因意义和造礁作用,有必要明确红藻石的概念和归属。珊瑚藻本身极易钙化,经生物矿化作用最终保存下来的珊瑚藻屑一直放在生物碎屑中,而红藻石是由非固着的珊瑚藻构成的钙质独立结核,因此也可以被划分到生物碎屑中。蓝藻石作为蓝细菌钙化作用的产物,同时鉴于蓝藻石的广泛存在,把钙化蓝细菌形成的核形石命名为蓝藻石,这一重要概念从提出到现在一直被使用。然而蓝绿藻概念已变更为蓝细菌,蓝藻石的形成与藻类无关,显然将其称作蓝菌石更加确切。因此,应将红藻石和蓝藻石分别归为生物碎屑和核形石当中,并用新的术语蓝菌石替代蓝藻石。其意义在于使红藻石和蓝藻石的概念及归属更为规范,并为碳酸盐岩颗粒的深入研究提供有益线索。     

桩-岩摩擦黏着特性的试验与分析

研究桩与岩石的侧摩阻力组成及影响因素,有助于准确地把握桩与岩石的侧摩阻力取值原则。在对桩与岩层的摩擦黏着机制分析的基础上,指出界面力与岩层抗剪力的区别,并提出岩层的极限侧摩阻力由界面强度及岩石强度两者较弱一方决定的观点。进行了中风化岩中4组混凝土短桩的抗压及抗拔极限摩阻力对比试验,获得了相应的极限侧摩阻力值以及抗拔与抗压极限侧摩阻力值的比值。抗拔时由于上部岩层对桩侧岩层的约束作用较弱,会使侧摩阻力相对抗压时有较大降低。通过有限元计算及其与试验值的比较分析,研究短桩与岩层的界面强度条件,发现岩层和混凝土灌注桩间的侧摩阻力中界面黏着力占很大比例。     

现代微区测试技术在确定宝玉石产地来源中的应用及其研究进展

宝玉石产地来源的研究是近几年地质学、宝石学和考古学界的热门话题之一。一方面,不同产地来源的宝玉石可能具有不同的品质特征及经济价值,其研究有助于珠宝首饰价值的判断,为各国海关执法提供技术支持;另一方面,古代宝玉石产地的确定对了解古代宝玉石的开采与古代科技的发展水平及不同区域的文化交流均具有重要意义。在总结前人研究成果的基础上,结合现代微区测试技术的最新研究成果,从微量元素、包裹体以及同位素分析等方面探讨总结了微区测试技术在确定宝玉石产地来源研究中的应用。当前的研究结果显示,不同的技术方法对确定宝玉石的产地来源均有一定的意义,但宝玉石产地来源的最终确定往往需要依赖更大范围和更深入地对宝石矿床的地球化学进行多技术手段的交叉分析。显然,确定各种不同类型宝玉石产地来源的标型特征及建立相关重要宝石产地的地球化学数据库,是最终解决宝玉石产地来源鉴定问题的关键。     

Progress and Prospect of Statistics and Assessment of Large-scale Natural Disaster Damage and Losses

In June 2014, the "Statistics System for the Damage and Loss of Large-scale Natural Disasters" (SSDLLND) was issued by the Ministry of Civil Affairs and the Office of National Disaster Reduction Committee, which marked that the statistics and assessment of China's catastrophic natural disaster damage and losses formally entered a new stage of institutionalization. On the basis of analyzing the five major international disaster damage and loss assessment systems, including HAZUS-MH, ECLAC, DaLA, EMA-DLA and PDNA, the differences between the “SSDLLND” of China and five major international systems were compared from the statistics and assessment contents and indicators. Combined with the statistics and assessment practices of China’s large-scale disaster damage and losses and the characteristics of international systems in recent years, the future development of the SSDLLND were proposed in three aspects: Enriching and improving the framework of damage and loss statistics content, stepwise improvement of disaster impact assessment methods (such as the ecological capital loss assessment, tourism industry loss assessment due to the disasters, etc.), and improving indicators and parameters of loss statistics. The study has an important practical significance for improving the statistics and assessment system of the damage and loss of major natural disasters and better serving the post-disaster recovery and reconstruction decision-making.     

Intersections of ellipsoids and planes of arbitrary orientation and position

This paper considers an ellipse, produced by the intersection of a triaxial ellipsoid and a plane (both arbitrarily oriented), and derives explicit expressions for its axis ratio and orientation. The relationship between central and noncentral sections, and the problem of intersection probability, are discussed. The resulting equations have obvious applications in structural geology and optical mineralogy, and in stereological modeling of grain-size and grain-shape distributions.     

RS和GIS技术集成及其应用

本文简要地介绍了ＲＳ（遥感图像处理系统）和ＧＩＳ（地理信息系统）技术及其集成的基本概念和方法。讨论了ＲＳ和ＧＩＳ技术及其集成的内在涵义、相互关系,认为ＲＳ是ＧＩＳ重要的外部信息源,是其数据更新的重要手段,尤其对于全球性的 地理动力学分析,更必须有ＲＳ所提供的覆盖全球的动态数据与ＧＩＳ的结合。反之,ＧＩＳ则可以提供ＲＳ所需要的一些辅助数据,以提高ＲＳ图像的信息量和分辨率,同时,ＧＩＳ可以将实地调查所     

贵州省地矿局钻探工程发展回顾与展望

贵州省地矿局建局63年以来,钻探工程作为地质找矿的重要技术手段,发展至今已形成门类齐全、设备精良、技术精湛的专业体系。本文在总述贵州省地矿局地质找矿辉煌成就的基础上,从小口径岩心钻探、大口径深井钻探、地下水机井钻探、浅层地温能钻探等几个重点方面详细回顾了钻探工程的发展历程,对未来发展趋势进行了展望,同时提出了相关的建议,以供今后的工作参考。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

地基-基础-上部结构共同作用三维数值模拟分析

地基、基础与上部结构共同作用近年来成为理论研究与工程实践的热点问题。根据三者之间的相互作用原理,将地基基础与上部结构作为一个整体进行研究,通过选用合适的三维空间计算模型,考虑了材料的非线性和边界条件的非线性,应用数值仿真系统ANSYS程序对所建模型进行模拟分析。对于软硬不同的地基模型,计算结果表明,不同硬度的地基会在上部结构及基础中产生应力重分布,同时还得出了地基土应力的空间分布规律,此结果具有一定的理论和应用意义。