磁铁矿热电效应:地震地电异常的新模式

采用BHTE-06新型热电测量仪,选择地壳内广泛分布的磁铁矿进行热电性测量,结果表明:磁铁矿的热电导型均为N型,其热电系数σ(单位温差下热电势增量)近似恒值,为-0.05mV/℃,标准偏差1.15,这说明磁铁矿为电子型半导体并具有稳定的热电转换效能。通过不同成因磁铁矿对比测量,以及固定和不固定结晶学方向的对比测量还可知,磁铁矿的热电性不受其成因和结晶学方向的制约,说明磁铁矿聚集体能够将热电效应叠加放大。因此认为,地壳中的磁铁矿聚集体可能是地震过程中将热能转换为电能的热-电转换器,热电效应可能是导致地震地电场异常的原因之一,即地震地电异常存在热电机制。依据测试所得的热电系数σ值,按照热电和地电基本理论进行的电场模拟计算表明:由磁铁矿热电效应引起的热电场强度能够达到-n×10-6V/m～-n×10-4V/m,该电场强度足以引起地表电场的显著异常,因而是地震地电异常的重要模式之一。     

含磁铁矿岩石热电实验研究及其地震地质意义

孕震、发震过程中往往存在地电异常现象,但其异常机理尚未得到统一认识。目前大多数地震科学工作者主要持有两种观点,即"压电效应模式"和"扩容-膨胀模式(即D-D模式)",但这两种观点都存在一定局限性。基于前人关于各类成因天然磁铁矿热电效应的研究,从宏观角度对含有磁铁矿的岩石进行了热电效应实验研究。实验选择含磁铁矿黑云母石英片岩(磁铁矿体积含量为10%～12%)作试件,样品大小为80mm×80mm×12mm长方体。实验过程中将样品置于莫来石高温绝热砖砌筑的单向加热炉之上,样品上方约10cm处设置铝板作感应电荷载体,以高精度万用表记录热电势差。单向炉加热制度约为40℃/分钟。实验结果表明:单向加热条件下,含磁铁矿黑云母石英片岩能够产生显著热电势。其中,室温至500℃加热条件下,去除各种环境噪声后在温度降方向距样品约10cm～11.5cm空间内能够产生约0～25mV的电势降。这一结果暗示,孕震、发震过程中产生的地热异常则可能激发地壳内含有磁铁矿的岩石产生热电效应,从而导致背景地电场产生异常现象。     

天然硫化物矿物对地球深部热能的热电转化效应研究

金属硫化物半导体矿物在地壳中分布广泛,其中一些禁带宽度较窄的硫化物矿物,如黄铁矿、黄铜矿和斑铜矿等,在地热梯度下产生的天然热电势可将地球内部热能转化为电能。本文选取黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、斑铜矿以及斑铜矿-赤铁矿-辉铜矿集合体等天然硫化物矿物样品,研究了其热电特性。研究结果表明,300～700K下,除磁黄铁矿具有低塞贝克系数和超高电导率而表现出金属导体的电输运行为外,黄铁矿和黄铜矿为n型半导体,斑铜矿和斑铜矿-赤铁矿-辉铜矿集合体为p型半导体,具有150～500μV/K的显著塞贝克系数和5～95 S/cm的电导率,说明样品在地热梯度下具有产生显著热电效应的能力。根据激光闪射法测得的热扩散率以及样品的理论比热、密度计算热导率,斑铜矿及硫化物矿物集合体样品表现出小于1 W/(m·K)的低热导率,说明样品在局部热源影响下可形成较大温差。根据热电基本理论和地热梯度构建天然热电效应模型,对硫化物半导体矿物集合体产生的天然热电势、额外地表电流密度及热电转换效率进行了模拟计算得出经验公式,发现硫化物半导体矿物在300～650 K条件下能产生100 m V左右的天然热电势,产生的最大热电转化率可达4‰,且可以通过偶极电流源模型计算矿物体产生的额外地表电流密度。研究认为硫化物半导体矿物可能作为天然热电转换介质深刻影响地球内部能量的转化与传递过程。     

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。     

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.     

新疆萨尔托海高铝铬铁矿中异常矿物群的发现及意义

在萨尔托海高铝型铬铁矿中发现20余种矿物,包括金刚石、单质铬、自然铁和单质硅等自然元素类;碳化物碳硅石;铁镍、铁镍铬合金等金属合金;方铁矿、金红石、赤铁矿、磁铁矿、钛铁矿、石英和铬尖晶石等氧化物类;方铅矿、闪锌矿、针镍矿、赫硫镍矿和毒砂等硫化物类;镁橄榄石、顽火辉石、透辉石、蛇纹石、锆石和长石等硅酸岩类。这些超高压、强还原性和壳源矿物与俄罗斯极地乌拉尔以及西藏罗布莎铬铁矿可以对比,暗示萨尔托海高铝铬铁矿和高铬铬铁矿一样,可能存在深部地幔成矿阶段。深部地幔矿物以及浅部壳源矿物的发现,暗示萨尔托海铬铁矿的形成可能经历了深部地幔预富集和浅部再造富集成矿两个阶段。     

矿物与微生物协同作用

近十年来,在国家973项目和国家自然科学基金项目资助下,我们一直致力于无机界矿物及其与有机界生物交叉方向上的环境效应基础研究。尤其在矿物与微生物交互作用方式上,继微生物形成矿物作用、微生物分解矿物作用和微生物转     

青藏高原东北缘地区水氡异常特征与地震活动关系的探讨

将活动断裂与地震前兆现象相结合,运用地质力学观点,研究了青藏高原东北缘水氡前兆异常的区域特征,如异常本底、异常台项比,初步讨论了前兆异常分布偏离未来震中区的构造动力成因,提供了地震危险性估计、发震地点预报的定量分析指标,这些指标对该区域Ms ≥ 4.1级地震的预报具有一定的实用价值.     

关键带中天然半导体矿物光电子的产生与作用

在地球上最不均匀和最复杂的区域——关键带这一极为复杂的开放系统中,矿物与微生物无时无刻不在发生着人们尚未充分认识到的自然作用。文中总结了作者十余年来在矿物与微生物交互作用研究领域,侧重在半导体矿物与微生物协同作用研究方向上所取得的研究成果,重点简述了自然界中半导体矿物特征、半导体矿物光电子特性、矿物光电子促进生命起源与演化、微生物利用矿物光电子——光电能微生物的发现以及土壤矿物光电子与微生物协同固碳作用等研究工作。矿物与微生物之间电子转移和能量流动是关键带中最为重要的动力机制之一,探讨关键带中大量存在的天然半导体矿物如何转化太阳能为化学能或者生物质能的微观作用,可为揭示关键带中多个圈层之间交互作用如何影响地球物质演化、生物进化与环境演变的宏观过程提供理论依据,充满着科学发现与理论突破的机遇。     

火山与环境研究的进展

火山与环境的关系,是火山学研究的一个重要方面,近年来已引起人们的普遍重视。本评述了目前国阿外学对火山与环境关系研究的进展情况。     

Study on the Relationship between Large Volcanic Eruptions and Temperature Variation Based on Tree-Ring Data in the Eastern Tibetan Plateau during the Past Millennium

Volcanic eruptions can significantly cool the global troposphere on the time scales from several months up to a decade due to reflection of solar radiation by sulfate aerosols and feedback mechanisms in the climate system. The impact of volcanic eruptions on global climate are discussed in many studies. However, few studies have been done on the impact of volcanic eruption on climate change in China in the past millennium. The 1300-year and 600-year temperature series were reconstructed based on the six tree-ring temperature proxy data in northeastern and southeastern Tibetan Plateau, respectively. Three warm periods occurred in 670-920,1000-1310 and 1590-1930, and three cold periods happened at 920-1000,1310-1590 and 1930-2000 in the northeastern Tibetan Plateau. There were two obviously warm periods (1385-1450 and 1570-1820) and two cold periods (1450-1570 and 1820-2000) in southeastern Tibetan Plateau. Contrasting with volcanic eruption chronology, we analyzed the relationship between volcanic activity and temperature variation in the eastern Tibetan plateau during the past millennium using Superposed Epoch Analysis (SEA) method. The results indicated that the temperature decreased one year after large volcanic eruptions located beteen 10°S and 10°N in latitude in northeastern Tibetan Plateau and two years in southeastern Tibetan Plateau. The volcanic eruptions occurred at different latitudes have different impacts on the temperature variations, which may be caused by regional difference, the nature of the eruption, the magnitude of the resulting change in incoming solar radiation, prevailing background climate and internal variability, season, latitude, and other considerations.     

重力场解析梵净山岩浆岩构造及与矿产的关系

本文通过区域重力资料对贵州梵净山地区岩浆岩的深部构造进行研究,探索其深部构造特征,根据岩浆岩与高、中、低温元素富集成矿规律,探讨该地区成矿规律,为寻找隐伏矿产提供参考。     

矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中的作用

地球早期生命起源的第一步是合成简单的有机化合物,但合成有机物所需能量来源问题长期困扰着学术界。早期地球上丰富的硫化物半导体矿物可将太阳光子转化为光电子,提供持续的能量来源。也正是由于矿物光电子能量较高,在非生物途径合成小分子有机物方面具有优势。其中半导体矿物自然硫转化太阳能产生的光电子能量,是目前所发现的最高的矿物光电子能量,不仅能直接还原CO₂分子为甲酸物质,还可催化其他生命基础物质的合成。在全球陆地系统中暴露在阳光下的岩石/土壤表面普遍被一层铁锰氧化物“矿物膜”所覆盖,光照下含半导体矿物水钠锰矿的“矿物膜”产生原位、灵敏、长效的光电流,显示出优异的光电效应。生物光合作用中心Mn₄CaO₅在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的结构中间体,地球早期“矿物膜”中水钠锰矿可能促进了锰簇Mn₄CaO₅与生物光合作用的起源与进化。早期地球半导体矿物为生命起源基本物质的合成提供直接能量来源,矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中起到了重要作用。     

矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中的作用

地球早期生命起源的第一步是合成简单的有机化合物，但合成有机物所需能量来源问题长期困扰着学术界。早期地球上丰富的硫化物半导体矿物可将太阳光子转化为光电子，提供持续的能量来源。也正是由于矿物光电子能量较高，在非生物途径合成小分子有机物方面具有优势。其中半导体矿物自然硫转化太阳能产生的光电子能量，是目前所发现的最高的矿物光电子能量，不仅能直接还原CO2分子为甲酸物质，还可催化其他生命基础物质的合成。在全球陆地系统中暴露在阳光下的岩石/土壤表面普遍被一层铁锰氧化物“矿物膜”所覆盖，光照下含半导体矿物水钠锰矿的“矿物膜”产生原位、灵敏、长效的光电流，显示出优异的光电效应。生物光合作用中心Mn4CaO5在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的结构中间体，地球早期“矿物膜”中水钠锰矿可能促进了锰簇Mn4CaO5与生物光合作用的起源与进化。早期地球半导体矿物为生命起源基本物质的合成提供直接能量来源，矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中起到了重要作用。     

陆东凹陷九佛堂组火山碎屑岩地层对比与划分

针对陆东凹陷稳定标志层不发育、地层对比难度大的问题,在岩电特征分析的基础上,将火山作用与沉积作用相联系,确定火山喷发期次。应用井震联合层位标定技术,精细制作合成记录,建立地震标志层与井上典型岩电特征的关系,完成地层对比与划分,有效指导了储层预测和井位部署。     

内蒙古达里诺尔火山群火山地貌特征及火山岩岩石学特点

在内蒙古自治区锡林郭勒盟与赤峰交界处、达里湖的西北部有一群第四纪火山,数目达上百座,多数为中心式或裂隙-中心式喷发,形成相对高度在50~130m之间的火山锥,它们被称为"达里诺尔火山群",也是世界上海拔较高的火山群之一。因锥体形成后受风化、流水侵蚀等外力作用,多数火山锥已受剥蚀,但相对较新的火山还保留着完整的火山机构,包括火山渣锥、火山口、降落和溅落堆积物、塌陷坑、熔岩流、喷气锥等。达里诺尔火山锥体多由火山碎屑物组成,熔岩则流动迭加在早期形成的多级熔岩台地之上,分布总面积约3100km2,与其它火山岩共同组成了广阔的内蒙古高原。火山区整体呈四周低、中间阶梯状隆起的台地地形,按高程可分为四个阶梯,高度分别为1280m、1360m、1440m和1500m。熔岩台地的展布和火山锥的分布均呈东西走向的条带状,火山群的整体分布主要受东西向天山-阴山基底断裂和北东向大兴安岭-太行山断裂的双重影响,与大地构造关系密切。本群火山锥体虽然大小不一、形态各异,但按锥体形态可将火山锥分为截顶单锥形、复合型、盾形和残余型等四类,其剥蚀程度有明显差异,暗示了火山喷发活动时代的先后关系。锥形及复合型火山位于火山群中部,而盾形火山多沿台地边部分布,残余形火山则分布广泛,表明台地边部火山形成时间较早,晚期火山活动集中于台地中部,而更早期造台地的溢流式拉斑玄武岩喷发规模更大,形成本区基底。达里诺尔火山岩的岩性主要为碧玄岩和碱性玄武岩,少量为粗面玄武岩,虽然SiO_2变化范围较大,但全碱含量变化幅度相对较小,均属钾质系列的碱性火山岩范畴。火山岩斑晶数量少,在镜下为斑状结构,基质多为隐晶质,少量微晶质,明显不同于火山岩之下早期熔岩台地火山岩的基质显晶质结构。火山岩的微量元素呈LREE富集、HREE亏损的右倾型,显示了岩浆低度部分熔融的特征,并且本区与邻区火山岩可能有共同或相似的岩浆源。在岩性相近的基础上,结合火山锥体剥蚀和保留程度显示的火山活动相对时序,暗示本区岩浆成分从碱性玄武质和粗面玄武质逐渐演化为碧玄质,岩浆可能来自软流圈,且来源逐渐变深。     

主成盆期火山岩与油气成藏关系探讨

裂陷盆地的主成盆期是构造活动性最强、沉降幅度最大、烃源岩发育最好的时期,辽河坳陷的主成盆期是E2s4～E2s3时期。辽河坳陷新生代发生了多期火山活动,形成了多套、多类型的火山岩分布,火山活动总体上具有早强晚弱、平面上具有随沉降中心变迁而迁移的活动规律。辽河坳陷主成盆期火山岩经过构造裂缝作用及地层水溶蚀、溶解改造后,发育...     

松辽盆地火山岩相:相序、相模式与储层物性的定量关系

松辽盆地火山岩相序主要受岩性控制。酸性岩喷发旋回多以爆发相开始、侵出相结束;中基性岩多以喷溢相开始、火山沉积相结束;酸性岩夹中基性岩的相序复杂,常见喷溢相±爆发相→火山沉积相。风化壳层之上和沉积夹层之上的火山岩是新的喷发旋回的开始,而火山沉积相和侵出相的出现往往标志着一个火山喷发旋回的结束。相模式能够直观反映火山岩相和亚相之间的叠置关系,是地震-岩相解释和储层预测的地质基础。火山岩15亚相中能够成为Ⅰ类储层的通常仅4种:火山颈,热碎屑流,喷溢相上部和侵出相内带亚相。岩相研究使得勘探的目标集中为:火山岩气藏勘探→找有效储层→识别可以作为Ⅰ类储层的4种火山岩亚相发育带。