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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

黔西南烂泥沟金矿黄铁矿热电性研究及其找矿意义

根据金属或半导体矿物在温差条件下产生的热电效应原理，系统研究了烂泥沟卡林型金矿床黄铁矿热电性及其与微量元素的关系，认为矿物热电性对卡林型金矿深部找矿方向和远景评价具有重要的指导意义，并提出了矿物热电性的找矿标志。     

隐伏金矿地电化学异常形成机制及异常形态特征

隐伏金矿地电化学异常的形成主要是由于在多金属硫化物矿床内部不同矿物组成的微观原电池作用，矿体产生电化学溶解，导致矿体周围形成金的离子晕；这些金离子晕在地电场，浓差扩散，地下水循环等因素的作用下，向地表迁移形成了地电化学金异常。     

湖南大根垄钨多金属矿地电提取法机理

笔者以湖南大根垄钨多金属矿为试验研究区,以20 m点距在已知矿体上方取土壤样,并按照24 h提取时间、1 000 mL HNO₃提取液、50 cm电极间距等工作条件进行了地电提取试验。结果表明,地电提取前后土壤中的元素含量变化不大,被提取到的金属元素应属土壤金属总量的一部分。次生晕与地电提取的异常形态对比发现:Co、Ni较清晰,W次之,Cr无异常;元素的异常特征主要取决于土壤中该元素的活性形式所占比例。综合分析认为地电提取异常与矿体的相对位置有关:矿体的下坡位置以及控矿断裂附近容易形成异常,距离原生矿体太近则会对异常有明显干扰。在本矿区,矿体风化程度越高对Co、Ni的地电提取异常越有利;其异常宽度一般比次生晕窄。     

新郑矿区地温异常成因探讨

新郑矿区地温场具有高热流,高地温梯度的特点。其地温异常与深部地壳活动无关,是本区特殊的地质构造所导致局部聚热与水文地质条件所控制的相对高温热水向上运移两种作用叠另的结果。     

Thermoelectric characteristics of semiconductor minerals in earth’s deep crust and their seismogenic significance

Geo-electric anomalies are generated during the process of stress accumulation and release associated with earthquakes. However, the mechanism of these anomalies remains equivocal. Based on the analysis of thermoelectric characteristics of semiconductor minerals of the earth’s deep crust such as graphite, ferrosilicon alloy, magnetite etc., we perform finite element analysis to evaluate the principles governing the thermoelectric power generated by minerals and rocks. The results show that graphite, ferrosilicon alloy and magnetite all exhibit Seebeck effect and can be superimposed. And the thermo-electric field can be enhanced with the activation temperature increases, the content of thermoelectric minerals increases, the size of aggregates increases, and the spacing of thermoelectric minerals grains decreases. Seismogenic processes would generate a similar thermal gradient. The natural semiconductor minerals in this thermal field show a thermoelectric effect, forming a thermoelectric field that interferes with the background electric field. This study indicates that thermoelectric effect may have an important influence on the formation of geoelectric field.     

岩浆补给作用对硅质火山岩浆系统演化的制约

硅质火山喷发作为大陆地壳岩浆活动的重要表现，在研究大陆地壳形成与演化、探讨岩浆过程与动力学机制等方面具有重要的价值，其通常所表现的强烈爆炸式喷发，甚至可以导致全球性的环境和气候变迁。硅质岩浆系统在开放体系中不同来源岩浆的贡献和相互作用是目前研究的热点问题。持续的岩浆补给可以延长岩浆存储的时间，促进岩浆房的对流、岩浆的分异演化以及晶体 熔体的分离和晶粥的再活化，同时也是触发火山喷发的重要机制之一。此外，岩浆补给以及硅质岩浆的晶体 熔体演化过程也是火山喷发产物多样性的原因，导致同一火山在其活动过程中喷发产物规律性的变化，如富晶体火山岩、贫晶体火山岩、火山岩成分分层、以及复活岩穹和中央侵入体等。因此，岩浆补给作用是制约硅质火山岩浆系统演化和火山岩成分多样性的重要因素，也是活动火山监测和灾害评估的重要依据。岩石学、岩石地球化学、矿物(长石、石英、石榴子石、锆石等)同位素及成分变化，以及模拟实验、地震层析成像等研究为揭示硅质岩浆系统中的岩浆补给作用和复杂岩浆过程提供了多种视角。     

地震台站地电场异常特性: 以中国航空工业总公司625研究所为例

通过分析中国航空工业总公司625研究所地电场监测站30多年监测的原始资料, 提取了其中8组数据, 包括4组地电场中的长期异常信号和4组对应震级M_s6.0以上的地震震前短临异常信号.发现这些异常信号有以下特征: 地电场中的长期监测图中包括了许多不同大小、距离远近地震的孕震信息, 其中近区大震会主控一条或多条曲线的走势, 远大、近小的地震会造成曲线时上时下的振荡; 从4组地电场短临信号监测图中发现震前地电场异常总体表现为下降(上升)—折返—回跳—发震的模式, 说明地电场异常变化形态具有相似性和重复性, 证明地电场观测确实能监测到震前异常.发现适合该监测站预测发震时间的新方法: 根据折返天数与回跳天数大致相等, 即回跳日期加上折返天数为发震日期, 证明地电场短临预测方法具有一定的实用性.      

腾冲火山区壳内岩浆囊现今温度:来自温泉逸出气体 CO2、CH4间碳同位素分馏的估计

温度是岩浆囊的重要物理参数,获取温度参数并监测其变化对更好地理解岩浆囊的物理化学性质和行为、评价火山的活动性和喷发危险性具有重要的理论和现实意义.本文通过对温泉逸出气体CO2和CH4碳同位素样品的采集、分析测试,利用Horita通过实验矫正的Richet的平衡分馏系数的理论计算数据,通过拟合得到的CO2-CH4碳同位素平衡分馏方程T(K)=3880.3(10001nα(CO2-CH4))-0.5984,计算了腾冲火山区现存3个岩浆囊的温度.结果表明:在整个腾冲火山区,由CO2和CH4的碳同位素分馏值计算的气体源区平衡温度最低397℃,最高1163℃,平均615℃.腾冲火山区的3个岩浆囊中,南部五合-龙江-浦川岩浆囊的现今温度在464～1163℃,平均773℃,温度最高;中部腾冲-和顺-热海岩浆囊的现今温度在438 ～773℃间,平均达566℃,温度次之;北部马站-曲石-永安岩浆囊的现今温度在397～651℃间,平均达524℃,温度最低.我们认为,腾冲火山区地下岩浆囊顶部气体富集区目前的温度变化范围为400～ 1200℃,岩浆囊的实际温度应高于平均值615℃.3个岩浆囊的边缘温度可能在400 ～600℃间,中心温度可能在700～1200℃间.3个岩浆囊中心的现今温度已达到流纹岩浆(600～900℃)、安山岩(800 ～ 1100℃)和玄武岩浆(1000～1250℃)的形成温度,进一步说明腾冲火山区目前3个岩浆囊是客观存在的.另外,我们发现在用δ-△图解法判断CO2-CH4间碳同位素分馏平衡的过程中,在保持2条拟合直线的斜率符号相反的条件下,无论如何剔除数据点,都不能使δ13CCO2-ΔCO2-CH4拟合直线的截距bCO2和δ13 CCH4-ΔCO2-CH14拟合直线的截距bCH4之差bΔ小于0.1245,说明2条拟合直线的交点不能落于δ轴上,而这一数值与Horita方程的常数项接近,这说明CO2-CH4间碳同位素分馏方程中确实存在常数项,CO2和CH4间在再高的温度下都存在碳同位素的分馏.δ-△图解法判断CO2-CH4间碳同位素分馏平衡准则应修正为:在保持2条拟合直线的斜率符号相反的条件下,δ13 CCO2-ΔCO2-CH4拟合直线和δ13CCH4-ΔCO2-CH4拟合直线应相交于δ轴附近截距差0.1245处.     

长英质富晶体火山岩成因——岩浆补给与晶粥再活化

火山是人类窥探深部岩浆系统的窗口。从全球范围来看,贫晶体富熔体的火山岩(尤其是玄武岩和流纹岩)大面积出露,而富晶体的长英质火山岩仅出露于破火山周围。长英质富晶体火山岩主要可分为两类：一类是成分和晶体含量均一的火山岩;另一类是成分和斑晶含量分带的火山岩。富晶体火山岩是冷储存晶粥接受岩浆反复补给后重熔、再活化,重新具备流动能力而喷发形成的,储库中先存物质的成分决定了再活化形成的富晶体火山岩的类型。富晶体火山岩的存在能够很好地解释岩浆储库具有较长的寿命而岩浆汇聚结晶的过程却是迅速的这种看似矛盾的现象。虽然近年来长英质富晶体火山岩的研究已经取得了明显的进展,但仍有许多问题亟待解决,如碎斑熔岩的成因,如何判别晶粥活化,晶粥再活化与火山喷发的关系,岩浆补给和晶粥活化的时间尺度等。对富晶体火山岩的进一步研究将有助于深入揭示熔体演化、运移、在浅部的聚集和喷发的机制,并可为建立更完善的长英质岩浆演化模型提供更多信息。     

山西早二叠世微古植物群基本特征

山西早二叠世德古植物－孢子花粉非常丰富，共发现６０余属１５０余种。根据孢子花粉在地质演化和分布规律，自下而上可划分三个孢子带，（１）Ｓｉｎｕｔａｔｉｓｐｏｒｉｔｏｅｓ ｓｉｎｅｎｓｉｓ－Ｇｕｌｉｓｐｏｒｉｔｅｓｃｏｃｈｌｅａｒｉｓ（ＳＣ）；（２）Ｒａｄｉｔｚｏｎａｔｅｓ ｓｏｌａｒｉｓ－Ｐｏｔｏｎｉｅｉｓｐｏｒｉｔｅｓ ｂｈａｒａｄｗａｊｉｉ（ＳＢ）；（３）Ｐａｔｅｌｌｉｓｐｏｒｉｔｅｓ ｍｅｉｓ     

Application of hot spring gases to the study of active volcanoes in the Changbaishan Mountain region,Northeast China

The authors reviewed the history of geochemistry involved in active volcano monitoring and analyzed the relationship between variations in volcanic gas composition observed at the Changbaishan Volcano Observatory and volcanic activities. It is concluded that both geochemical method and routine gas analysis can provide the information about volcanic activity and earthquake activity, and both of them can play an important role in predicting volcano eruption.     

火山喷发及其环境效应

火山活动是地球内能和热量释放的一种形式,火山喷发对人类生存环境的影响包括两个方面,即：灾害效应和资源效应。一方面,火山喷发是一种自然灾害,它不仅对人类产生直接危害,而且还会诱发次生灾害或对人类的生存环境造成长期的危害。其中对人类生命财产构成严重威胁的火山灾害有熔岩流、火山碎屑流、火山泥流和火山海啸。另一方面,火山活动为人类提供了丰富的矿产资源、地热资源和旅游资源。