试论天然半导体矿物的热电特性及其在地震预测中应用的可能性

本文基于半导体矿物热电特性的基本理论,通过大量科学研究成果之间客观联系的分析,论证了天然半导体矿物热电特性与地震预测的关系.结果表明,地壳内广泛存在天然半导体矿物,且绝大多数天然半导体矿物具有热电特性.孕震过程产生梯度热场时,会激发周围热电介质产生热电势,热电势的积累对孕震区电场具有一定的干扰效应,这种干扰效应可作为地震预测的信息源之一.另外,从成矿带和地震带之间的空间关系分析,可以认为天然半导体矿物的集中分布与地震活动带相一致.上述结论对深刻理解地震地电异常机理有重要的意义.     

几种天然半导体矿物热电特性对地震电场变化的 启示意义

采用BHTE 06型热电测量仪,选择磁铁矿、毒砂、黄铁矿、黄铜矿4种代表性天然半导体矿物进行了不同活化温度下热电势的测量。测试结果显示:几种矿物均有“热电势绝对值随活化温度增加而增加”的规律。根据半导体矿物热电特性的基本理论和天然矿物形成条件的分析,笔者认为:地壳内广泛存在天然半导体矿物,绝大多数半导体矿物具有热电特性。由于“孕震发震过程中存在同源电磁场和热场相互作用”,所以伴随孕震发震过程的热场变化可能激发半导体矿物产生热电效应,进而产生新的附加热电势场。这种附加热电势场可能是映震前兆信息源。这说明,广泛存在的天然半导体矿物极有可能是孕震发震过程大地电场异常变化的重要影响因素之一。因此,深入探讨天然半导体矿物的热电效应,对全面理解震前电场前兆异常变化的机理具有启示意义。     

矿物热电效应与火山地震之热电异常

地壳物质组成的不均一性及矿物形成物理化学条件的复杂性决定了地壳内广泛存在半导体矿物。半导体矿物的主要特征之一是晶格内存在一定量由成分(本征元素或杂质元素)异化或结构缺陷形成的潜在载流子。当遇有温差热激发条件时,梯度温度场会驱动矿物晶体内的潜在载流子定向移动,进而产生温差热电势,这种现象称作热电效应。一般来说,火山地震孕育和发生过程中其震源处常常存在由扰动热流而产生的不均匀热场,该热场的梯度效应(温差效应)能够触发半导体矿物产生热电效应,并将热能转化成电能。因此推测,作为火山地震的重要前兆之一,地电异常的出现很可能存在热电效应的贡献,即火山地震地电异常存在热电效应机制。这一认识对于深刻理解火山地震孕育过程中的地电异常具有启示意义。     

一些硫化物矿物的晶体形貌学研究

论述了辰砂、雄黄、雌黄、辉锑矿、辉铋矿、毒砂、车轮矿、钽锰矿８种矿物的晶体形貌。文中所提供的全部形态测量结果是按Ｖ．Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ方法严格测量的新资料。     

矿物热电性标型及其在大洋地质找矿中的应用

依据矿物热电性与地质找矿的关系和原理,通过对矿物热电效应机理及影响热电性因素的讨论与分析,结合大洋矿物热电性标型的初步研究,发现金属或半导体矿物处在温差条件下可产生热电效应,热电性标型可指示矿物形成的环境及物理化学条件,为地质与找矿提供指示信息以实现其应用。根据矿物热电性标型可判断古地温和成矿温度、预测隐伏矿体、研究成矿分带性、评价矿床剥蚀水平等,可望在大洋地质与找矿领域发挥重要的作用。     

硫化物矿物标准物质的研制

研制的黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿４个标准物质是国内首次成功研制的硫化物矿物成分分析标准物质,样品采用重选,磁选和电磁选等选矿技术提纯矿物,获得纯度大于９５％的单矿物样品。黄铁矿和闪锌矿用棒磨机少量多级粉碎至０．１４７ＭＭ,方铅矿和黄铜矿用于小型玛瑙球磨机粉碎至０．０９７ＭＭ。经单因素方差分析检验,均匀性符合要求,采用小包装在干燥,充氩气气氛中保存样品,使样品稳定性有足够保证。连续４年定期监测了     

庞家河,左家庄金矿床载金矿物黄铁矿热电性的研究

庞家河、左家庄金矿床载金矿物黄铁矿的热电性测量结果表明，两矿床主成矿期黄铁矿热电系数均为正值，属空穴型（Ｐ型）导电。由热电系数计算得到的热电性系数值显示，两矿床剥蚀程度都不大，庞家河金矿床为中上部出露，在庄金矿床上部出露，并定量计算得出庞家河、左家庄金矿床的剥蚀百分比为３０％－３５％、１３％－２７％，庞家河金矿在现工程３勘探揭露露地段仍可继续向下延深１０００多米。     

硫化物矿物氧化反应动力学实验研究

硫化物矿床和含硫化物矿床（如中高硫煤）在开发过程中由于氧化作用向环境释放大量的酸、硫酸盐、重金属及其它有害物质,造成一定范围内的次生地球化学异常和环境污染;而中国大陆硫化物的排放量2010年将达到39．1×10 6 t。因此,人们对硫化物矿物在表生环境下的氧化行为日益重视。硫化物矿物的氧化速率受矿物本身物理化学特性（组成、结构、表面性质）和介质条件（溶解氧DO、Fe 3＋浓度、pH、Eh、温度及微生物）等多种因素的控制。在全面分析近年来国内外文献的基础上,系统介绍了硫化物矿物氧化动力学实验研究方法、实验参数的选择、反应机理、反应产物及反应速率等的研究现状。指出今后应加强对初始阶段的氧化反应速率、反应中间产物、多因素的综合作用、分子水平上的反应机理解释等方面的研究。     

地球系统中生物成因硫化物矿物:类型、形成机制及其与生命起源的关系

作为生物矿物一种十分重要的类型,生物成因硫化物矿物形成于多种海水和淡水环境中.它们是自然界硫和金属元素循环中的关键一环,并有可能在地球早期生命起源中扮演了重要的角色.现代环境中形成的生物成因硫化物矿物与多种生命过程有着十分密切的联系,微生物和大型生物均可直接或间接地影响生物成因硫化物矿物的形成.重点从生物成因硫化物矿物类型、参与生物矿化的有机体、生物成因硫化物矿物形成机制以及硫化物矿物与生命起源的关系等几个方面综述了生物成因硫化物矿物研究的最新进展.     

硫化物矿物的表面反应及其在矿山环境研究中的应用

硫化物矿物的表面反应机理决定了以硫化物矿物为主的尾矿的重金属释放、吸附、解吸机制，其反应动力学与矿山环境污染程度存在内在联系。本文系统介绍了硫化物矿物的表面反应研究现状，包括反应机理、表面结构、表面位、反应产物、反应速率等，并指出了有待进一步研究的几个问题。     

吉林省红旗岭铜镍硫化物矿床矿石学特征

吉林省红旗岭地区目前正在开采的铜镍硫化物矿床共有5个,均属岩浆熔离型矿床.矿石矿物磁黄铁矿显微镜下可识别出3个同质多象变体:陨硫铁(tr)、六方磁黄铁矿(hpo)和单斜磁黄铁矿(pm).其基本结构主要为NiAs型,具有较高的Ni Cu Co含量,与相应的地幔包体成分相近.镍黄铁矿也有高温结晶型、低温出溶型和低温结晶型3种类型.电子探针微区成分分析显示了同种矿物的不同变种在成分上具有继承与关联性.在该矿床首次发现的辉砷镍矿的存在和黄铁矿的标形特征说明含S-As流体的交代作用在成岩后期普遍存在,为分析红旗岭铜镍硫化物矿床的成矿机制研究提供了矿物学信息.     

深层含水层地下储热技术的发展现状与展望

深层含水层储热是一种利用深度>500 m的深层含水层作为储热介质的储热技术,储热对象通常为50~150 ℃的热水。它通过地下水井从深层含水层中抽取和灌入地下水,实现热能储存和回收。深层含水层储热技术是弥补能源供需时空分布的不平衡,综合利用多种可再生能源,实现节能减排的有效途径,是国内外研究的前沿和热点。文中首先阐述了深层含水层储热系统在世界范围内的历史发展,归纳储热系统的热工性能,在总结前人研究工作的基础上分析影响其热回收效率的关键参数,并对各个参数对热回收效率的敏感性做了综述。在此基础上,本文还讨论了限制深层含水层储热系统发展的技术瓶颈,并针对系统的经济效益和市场潜力做了预测和展望。     

深层地热能开发及其对地热水流场的影响

为了研究深层地热能开发对热储层流场造成的影响,选取兰考县深层地热能开发为研究对象,分析研究区新生代以来的地质结构和区域构造特征,调查地区地热开采情况及存在的问题。根据地热能类型分析了第四系Q、新近系明化镇组N₂、新近系馆陶组N₁等3个热储层特征,利用可控源音频大地电磁测深查明区内的断裂分布、热储层发育、隔水边界等条件,通过现场试验与测试手段查明不同部位热储层的参数指标,分区计算各层的地热资源量。根据开采方式、边界条件、水文地质参数建立数学模型,通过数值模拟预测出2023年Q热储层流场将恢复到原始流场模式,N₂热储层流场漏斗效应持续减弱,N₁热储层流场漏斗效应明显且分布不规则,为控制地热资源开发对环境造成的影响,提出封闭循环利用地热、同层加压回灌的开采方式及合理布局开采井、综合利用多层地热等措施,为本地及周边地区地热资源开发及环境保护提供参考。     

河南城市浅层地温能潜力及其环境经济效益分析

浅层地温能是一种新型能源,节能减排效果明显。基于河南省城市浅层地温能赋存条件,提出了浅层地温能潜力的评价方法,并结合河南省浅层地温能开发利用的情况,对河南18个省辖市和郑州航空港综合试验区进行了浅层地温能资源潜力评价,查明浅层地温能可开采资源量为1 587.54 PJ/a。在此基础上,进行了社会经济效益和环境效益分析,通过合理开发利用浅层地温能,每年可节约标煤量5 975.43 t,折算经济效益约为146.4万元,减少排放CO24 990.08 t、或SO2 35.55 t、或NxOy 12.55 t、或粉尘16.73 t,或灰渣836.55 t;减少环境治理费299.21万元和灰渣运输费33 461.7元。     

深部地热能开发保温管技术研究现状及发展趋势

地热能是一种清洁的可再生能源,用地热能替代高碳能源是减少碳排放的有效途径之一。井下保温管技术是影响地热能开采效率的关键技术之一。本文从保温管的结构、材料、保温材料及制作工艺方面介绍了井下保温管的发展研究现状,指出纳米保温材料与真空油管的融合将是未来的发展趋势,真空纳米保温管是用于深部地热能开采的首选,同时也指出了真空纳米保温管的基础结构因素对保温性能的影响机制是研究的重点,为优化保温管的制作工艺、降本增效提供参考。     

贵州主要城市浅层地热能利用潜力评价

作为清洁、新型、可再生的绿色能源,浅层地热能对缓解城市节能、减排等问题有很大的帮助。为评价贵州省贵阳市、遵义市、兴义市、铜仁市、六盘水市、凯里市、都匀市、毕节市、安顺市及贵安新区10个地级市和国家级经济开发区的浅层地热能利用潜力,文章根据浅层地热能赋存环境调查、现场热响应试验及岩土体热物性测试结果等综合分析,计算出贵州主要城市地表以下100 m深度内的浅层地热能总热容量为35.20×1013kJ·℃-1,夏季换热功率为520.2×104kW,冬季换热功率为342.3×104kW;并在此基础上,评价了贵州主要城市浅层地热能的资源潜力,夏季可制冷面积为7.43×108 m2,冬季可供暖面积为6.51×108m2。     

河南熊耳山沙沟银铅锌矿床中硫化物和银矿物的矿物学特征及其意义

河南熊耳山沙沟矿床是新探明的一个大型银铅锌矿床。文章首次对其矿石矿物进行了系统的研究,通过对大量矿石光薄片观察、等离子质谱和电子探针分析,表明具有工业意义的硫化物主要有方铅矿、贫铁闪锌矿、黄铜矿,银矿物主要有自然银、深红银矿、辉银矿、硫锑铜银矿、含银黝铜矿,它们与硫化物共生,多沿方铅矿、贫铁闪锌矿等颗粒间或者裂隙产出。这些研究结果不仅有助于了解矿化作用过程,而且为矿床评价、组分综合利用和选冶提供重要依据。     

试论地球深部地热能传输机理

本文在对前人地热成因认识归纳检验的基础上,通过演绎推理的方法,从几条基本的物理定律和基本假设组成的第一性原理出发,推理“地球内部热能从深部向浅表传输”的动力学过程,探讨深层地热能热源机制。热源机制问题从物理学的角度看,本质上就是热能从地球内部向近地表传输的问题。可以根据第一性原理,通过演绎法推理其可能的传输过程。深层热能传输的第一性原理由“温度的定义、热胀冷缩原理、阿基米德原理、热力学第二定律以及辐射、传导和对流三种热量传输方式的效率对比”5条基本的概念和定理组成。结合地球已知的圈层结构,通过演绎推理可知,在固态内核偏移驱动下,液态外核开始流动,在局部聚集导致地幔中形成上升的地幔柱;地幔柱在另一个地球圈层界面发生顶托作用,使得界面上凸,并产生烘烤加热作用,被烘烤的上层物质流变性增强发生侧向流动,于是物质垂直运动转换为水平运动。水平流动的热物质聚集到一定程度又会上浮产生垂直运动。如此垂直运动和水平运动不断转换,最终将地球深部地核中的热能传输到了地壳浅层。地球深部热能向浅表传输的过程会导致海底增生扩张、板块运动、盆山耦合等,同时也形成不同级别的控热构造系统。地球尺度的控热构造系统为:地球内核为生热构造,液态外核为储热构造,各级地幔柱和流动的高温物质为导热构造,地表的火山、温泉、地震为释热构造子系统。大陆地壳准固态流变物质的侧向流动是干热岩形成的主控因子,对于干热岩地热能勘查具有重要意义。     

北祁连块状硫化物矿床中矿石和主要矿石矿物地球化学特征

对北祁连山白银矿田和郭密寺矿田中主要矿床的矿石和矿石矿物组分特征研究表明，由于各矿田的成矿条件和地球化学背景存在差异，造成不同矿床的矿石和矿石矿物元素组合各具特色。但作为同一类型矿床，它们之间又有很多共性，特别是同一矿田内各矿床的地球化学特征具有相似性和过渡性，反映了成矿条件变化的趋势。     

Discussion on establishing monitoring networks for temperature fields of shallow thermal energy in Shandong,China

In the recent decade, the construction projects related to shallow geothermal energy engineering have undergone rapid development in Shandong Province. The predominant type of these developments and applications was heat exchange through buried tubes and the main targets were residential and office buildings. However, an overwhelming majority of the completed geothermal heat pump projects lacked monitoring devices so that they were unable to comprehensively reflect the background values for the geothermal fields within the province and few researches were conducted on their influence on the geological environment. In this paper, locations for monitoring shallow geothermal energy and their validity of the monitoring point deployment were studied in view of the development and application status as well as geological background conditions of various projects located in multiple cities providing data support for analyzing the fluctuation trend and influence of large-scale shallow geothermal energy applications on the shallow geothermal and the feasibility and parameter designs of newly built systems in Shandong Province in the future.