热液系统流体输运—化学反应耦合动力学综述

输运－反应模式通过边疆质量守恒议程进行描述，它表示为主要组分的Ｎ＋Ｍ个耦合的非线性偏微分方程。这些方程可能通过有限差分或有限元等数值方法进行求解。利用准静态近似法，涉及平流、分子扩散和水动力弥散作用的地球化学系统的演化在时间上通过一系列静止状态模拟出来。模拟实际地质系统的动力学实验对输运－反应耦合动力学的应用具有十分重要的影响。     

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。     

成矿流体输运物理机制研究的关键难题与方法体系

流体的物质来源，流体活化→迁移→聚集→沉淀过程的化学机理，流体输运与定位过程的物理机制，可视为构造-流体-成矿系统这一课题研究中的主要问题。相对于前两个基本方面的研究进展而言，流体的输运与定位过程的物理机制仍然是矿床学研究中一个重要难题。流体输运物理规律的研究方法主要包括定性分析、定量模拟和相似物理实验等。定性分析主要是对大量地质现象的高度概括和科学升华，分析结果表明成矿流体，尤其是多相热流体在给定三维动态形变场中的运移趋势及定位规律是成矿流体输运物理机制研究的关键问题；但由于逻辑推理和经验判断在定性研究中扮演了重要角色，定性研究的结果显得抽象和过于概略，不能详尽地阐明流体输运的物理过程。而定量模拟难以把握成矿期介质渗透率及成矿应力场的动态变化，使其与实际地质对象在物理性质上具有一定差距。物理实验虽能处理二维动态构造形变场中流体输运问题，但由于实验条件的限制，难以处理三维空间内流体运移问题。因而，上述 3种研究手段优势互补，它们的交错应用及结论间的相互对比与验证，将有望解决流体输运与定位过程物理机制研究中的重要问题。     

成岩流体－矿物反应的地球化学动力学数值模拟方法

本文引用ＬｉｃｈｔｎｅｒＰ．Ｃ．（１９８８，１９９２）的渗透－扩散－化学反应三者耦合的时空连续性方程和准稳态近似法，建立了成岩作用过程中流体—矿物反应的地球化学动力学数学模型，并设计了数值模拟的计算方法和编写了计算程序。     

计算流体地球化学研究的进展

成矿作用的化学机理可以通过实验和计算机模拟进行研究。随着计算机运算能力的不断增强 ,在地球化学中正在形成一门新兴学科———计算地球化学。其中热质输运模拟、化学质量迁移数值模拟和流体输运化学反应耦合动力学研究取得了显著进展。建立在Darcy定律和守恒方程基础上的多孔介质热质输运模拟通过流函数图、等温线图及速率矢量图等 ,从古水文学和流体地球化学方面高度动态研究成矿作用。根据化学和热力学原理进行的化学质量迁移数值模拟则通过矿物和流体中化学物种的热力学数据 ,预测多组分体系中发生的流体岩石相互作用 ,定量揭示经历了复杂化学反应进程的成矿作用的化学行为。将上述两方面结合的流体输运化学反应耦合动力学 ,可以从时间和空间上模拟真实成矿流体系统复杂的动力学行为 ,是计算流体地球化学的发展方向。     

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     

非岩浆后生热液矿床构造—流体耦合成矿作用研究现状综述

构造—流体耦合成矿作用是矿床学研究的核心问题之一。本文聚焦非岩浆后生热液矿床成矿系统的构造—流体耦合成矿作用研究成果,从构造对流体作用、流体对构造作用两个方面,总结了构造活动与流体作用同步进行且相互影响的机制。通过典型实例分析,认为构造—流体耦合成矿作用研究要从时间、空间、物质方面的耦合关系阐明构造与流体成矿作用过程及其“矿源—输运—聚集”过程,揭示构造活动与流体成矿作用机理。在此基础上,提出了构造—流体耦合成矿作用研究的主要方向及发展趋势。该研究对丰富热液矿床成因理论研究和成矿规律的认识具有重要意义。     

热液成矿分带的溶解－沉淀波结构

热液成矿分带是一种输运－反应问题。热液成矿分带基本属于渗滤交代分带性质，它是溶解－沉淀波在可渗透介质中形成和传播的结果。本文应用物理化学流体动力学中的渗滤与溶解－沉淀反应耦合过程理论研究溶解－沉淀波的结构特征，并进一步应用多组分耦合系统动力学中的用于原理揭示其形成的动力学机制，最后提出了一种热流成矿分带理论，对热液成矿分带问题的性质、热液成矿分带的本质和热液成矿分带的结构特征与形成机制提出了新认识。     

流体输运,化学反应与交代作用

在成矿及变质作用过程中， 体运移促使热量发生传输及周围岩石发生化学反应和交代作用。流体输过一化学反应耦合动力学方程能定量评价热液系统组分浓度、温度和流量函数的人演化，对于区域变质和交代韧性断裂带等变质系统，还可通过流体运称方向和时间积分流体能量来定量描述流体输运一化学反应耦合客观变持地体中水力破裂的形成与流体运移和失挥发分反应耦合过程有关。     

地壳中流体的大规模流动系统及其成矿意义

地壳中的水量相当于海洋体积的水量,已确定的水溶液活动深度可达２０ｋｍ,根据驱动力的不同,地壳中主要存在三大流动系统,即重力,浮力和应力驱动系统。本文评述了当前国际上有关大规模流体运移研究扩要进展和发展趋势,介绍了有关流动系统的模式和运动机制,并简要论述了其成矿意义。文章指出,目前区域古流体场地球化学背景问题已成为区域规律和热液成矿理论中一个不容回避的关键课题,地壳中大规模流动系统将成为今后地质流体研究的重要方向之一。     

化学动力学在地球化学中的某些应用

化学动力学在地球化学（特别是成矿作用地球化学）研究中有极其重要的作用,其主要应用包括七个方面。本文重点介绍了地球化学中化学动力学的实验研究方法以及碳酸盐、硅酸盐、氧化物和硫化物等矿物的反应动力学实验成果;介绍了Helgeson的质量迁移理论及其研究热液在围岩中的运移方面的应用,并在热力学性质和动力学行为两方面研究了围岩的离解作用、蚀变作用与矿化作用及其相互关系。     

盆地中地下水运动与油气藏勘探

介绍了３种地下水运动模型及相应的应用条件，并在吐 哈盆地进行了实际应用。把吐 哈盆地地下水活动划分为２个阶段，相应的油气有利聚集区分为４大类。认为在水动力条件活跃的地区，油气藏可能偏移构造高部位。另外还介绍了勘探此类油藏的ＵＶＺ法，以及在柳赞油田的应用实例，不仅预测了油藏的分布位置，还合理地解释了所谓“水洗层”现象     

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.     

地幔流体及其成矿作用

高灵敏度、高精密度、低检出限、多元素同时检测并可提供同位素组成比值信息的等离子体质谱与高空间分辨率的紫外激光采样技术结合 ,可定量地测定单个流体包裹体中常、微量元素含量 ,为成矿流体的研究提供了一个新的研究手段。文中简要地介绍了激光剥蚀电感耦合等离子体质谱 (LA ICP MS)分析仪器的发展 ,结合实验室的研究工作 ,就激光剥蚀池的设计、单个流体包裹体的剥蚀方法、元素的分馏效率、定量校正技术及其在成矿成因物理化学机制研究中的应用等进行评述 ,并阐述单个流体包裹体元素组成的LA ICP MS分析技术存在的局限和发展趋势。     

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．