Geochemical Reaction Modeling

Mathematical Geosciences -     

A New Geochemical Reaction Model for Groundwater Systems

Through a survey of the literature on geology, hydrogeology and hydrogeochemistry, this paper presents a hydrogeochemical model for the groundwater system in a dross-dumping area of the Shandong Aluminium Plant. It is considered that the groundwater-bearing medium is a mineral aggregate and that the interactions between groundwater and the groundwater-bearing medium can be described as a series of geochemical reactions. On that basis, the principle of minimum energy and the equations of mass balance, electron balance and electric neutrality are applied to construct a linear programming mathematical model for the calculation of mass transfer between water and rock with the simplex method.     

结构方程模型在地球化学数据分析中的应用

为了实现通过确定地球化学组合元素来反映成矿异常, 本文在主成分分析模型的基础上, 引入了新的结构方程模型(SEM).与主成分所不同的是, 结构模型综合了经典统计方法中的因子分析和路径分析方法, 以与研究对象具有较好的拟合度为标准来确定最优解, 并通过模型最优解来确定新的成分组合, 因此结构模型所确定的成分变量不一定是具有最大变化性, 而是与研究对象最接近的因子变量, 该因子能够更好地反映研究对象.介绍了结构方程模型方法的原理, 并利用加拿大Nova Scotia省西南部湖泊沉积物地球化学数据建立了与热液型金矿有关的地球化学元素结构方程模型, 研究了结构方程模型所给出的组合变量空间分布规律以及与金矿床的关系.与主成分分析方法所给出的计算结果进行对比发现, 结构模型所计算的与金矿相关的组合变量与矿床的空间相关性较高, 并且对金矿床(矿点)也具有较好的预测性.      

太原市深层孔隙水的水化学分带性及其地球化学模拟

太原市深层孔隙水具有明显的水化学分带性,具体表现为由山前到盆地依次分布硫酸一重碳酸型水、重碳酸一硫酸型水、重碳酸型水,且各类地下水均大体在南北向上呈条带状展布,这与补给水的水化学状况密切相关．利用地球化学模拟软件PHREEQC建立一系列地下水混合模型对深层孔隙水的水化学形成过程进行模拟,结果显示：盆地北部的深层孔隙水受到北部边山岩溶水、盆地北部浅层孔隙水、汾河水的补给,其中北部边山岩溶水是最主要的补给源;盆地西部的深层孔隙水由西部边山岩溶水与盆地西部浅层孔隙水混合而成;盆地南部的深层孔隙水则由盆地北部与西部的深层水混合而成．混合作用是控制区域水化学状况的最重要的因素．     

地球化学填图与地球化学勘查

在中国与西方国家，地球化学填图的目的与做法并不相同，西方的地球化学填图是由研究机构开展的，使用等离子焰光量计、X射线荧光光谱仪等大型仪器进行多元素分析，目的是取得多种元素在地球表层分布的基础性资料。地球化学勘查则由矿业公司主要分析少量成矿元素，目的是为了找矿。而中国的地球化学填图计划却做出了巨大努力，使地球化学填图取得的资料既有学术价值又对矿产勘查具有重大的实用意义。本文详细讨论了西方国家与中国地球化学填图与地球化学勘查的思路、方法与技术的演变，并瞻望了地球化学填图在21世纪的巨大发展前景。     

吉林西部砷中毒区高砷地下水反向地球化学模拟

为了解吉林西部砷中毒区高砷地下水水-岩作用过程及砷的迁移转化规律,通过野外调查、样品采集和数据测试,利用地下水化学测试数据,分析了该区地下水化学特征以及高砷地下水的水平和垂向分布规律.在地下水流场及水化学特征分析的基础上,应用PHREEQC软件进行了地下水砷的反向地球化学模拟,计算了沿同一水流路径下含砷、铁、锰等矿物的溶解或析出量.模拟结果表明:沿地下水流方向,含砷元素的矿物臭葱石在路径1和路径2上不同水样点间溶解进入地下水的量分别为2.44×10-6、8.03×10-7、7.98×10-6和4.14×10-7 mmol/L,含铁、锰元素的矿物针铁矿、赤铁矿、软锰矿和方铁锰矿的质量交换结果均为正值;表明沿模拟路径这几种矿物发生溶解进入地下水,而硫酸根离子和CO2的交换量为负值,从地下水中析出.以上研究证实了地下水中砷与铁、锰元素具有良好的相关性,且高砷水在碱性的还原环境富集.     

地壳全元素探测——构建“化学地球”

地壳物质探测是地壳探测工程的重要组成部分。化学元素是地球物质组成的最基本单位,被称为地球的基因。矿产资源是由化学元素组成的,环境是受化学元素行为制约的,因此,对地壳中所有元素精确含量和分布的探测,对解决人类所面临的资源和环境问题具有重大意义。地壳全元素探测项目拟发展4种地球化学探测技术,包括地壳中所有天然元素的精确分析技术,中下地壳物质成分识别技术,穿透性地球化学探测技术,海量地球化学数据和图形显示技术。建立1个覆盖全国的地球化学基准网,系统采集代表性岩石样品10000件,疏松物样品6000件,按标准化的方法分析其主量元素和微量元素含量(包含78种元素),建立中国大陆地球化学基准值,为研究化学元素的分布、演化和成矿物质背景提供基准参考数据。进行总长度3300km的3条地球化学走廊带的实验与示范,采集各类代表性岩石样品5000件,进行元素和同位素测定,构建走廊带地壳地球化学模型、跨越不同大地构造单元的元素空间变化和大型矿集区成矿物质背景。为开展全国地壳探测工程奠定基础,并为最终建立化学地球进行技术准备和先导性实验。     

反向地球化学模拟技术在地下水14C年龄校正中应用的进展与思考

地下水¹⁴C年龄校正一直是地下水年代学研究中的一个热点问题,将反向地球化学路径模型与同位素质量传输模型耦合起来,在综合考虑不同碳源、不同水文地球化学反应对¹⁴C质量传输影响的基础上,提出了一种新的综合性的校正方法,从而使地下水¹⁴C定年技术得到了进一步发展。识别深层地下水演化过程中影响¹⁴C浓度变化的主要因素并定量确定其对地下水¹⁴C浓度的影响程度是地下水¹⁴C校正的精度和可信度的重要考虑因素;在应用水文地球化学路径模拟技术进行地下水¹⁴C年龄校正时,必须要充分考虑地下水补给环境特点以及反向地球化学模拟模型中的非可行解的排除。     

TTG岩系Nb-Ta-La分馏特征的地球化学模拟:对太古宙板块俯冲与大陆地壳生长机制的约束

TTG的Nb/Ta比值以及Nb、Ta相对于La(代表LILE)的亏损取决于部分熔融体系中金红石、角闪石作为残留相矿物存在与否.本研究采用金红石和低Mg#角闪石的微量元素分配系数模拟部分熔融过程中Nb-Ta-La的分馏.模拟结果表明:如果与TTG熔体平衡的残留相是不含金红石的石榴角闪岩,熔体Nb/Ta比值低于源岩但Ta含...     

基于反向地球化学模拟的地下水形成作用: 以安徽省泗县为例

在了解安徽省泗县水文地质条件基础上,分析了区域水文地球化学特征及类型,探讨了其空间分布特征。根据开采条件下的地下水动力场条件,选择了3条模拟路径,采用PHREEQC软件进行了水文地球化学模拟研究,定量分析了地下水的形成机理及演化。结果表明,路径Ⅰ发生了岩盐、石膏以及伊利石的溶解,高岭土、石英、白云石、萤石发生了沉淀;钙蒙脱石、方解石不参与反应,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅱ发生了岩盐、石膏、伊利石、石英等的溶解以及钙蒙脱石、方解石的沉淀,NaX解吸,CaX_2被吸附;路径Ⅲ发生的反应基本与路径Ⅰ相同,不同之处在该路径上的白云石发生了溶解,其原因可能是地下水在径流过程中溶解CO_2,使其继续溶解白云石以及受沉淀滞后的影响。研究结果表明地下水开采条件下,泗县地下水化学组分主要受到了岩盐和石膏等矿物的溶解作用、钙钠离子交换作用以及钙蒙脱石、方解石沉淀作用的控制。     

偏最小二乘降维法在粤西层控型铅锌矿床发育区水系沉积物地球化学测量数据分析中的应用

在当今信息时代,以地球科学数据为基础,数据挖掘技术及方法逐渐成为地球科学领域研究的重要方向。本文以粤西丰村–园垌层控型铅锌矿床发育区水系沉积物微量元素测量数据为研究对象,首先对原始数据进行清洗、变换和规约算法等数据处理,其次应用主成分分析法、聚类分析法及偏最小二乘降维(PLSR)算法挖掘地球化学元素组合异常信息。分析结果表明,基于等距对数比变换的PLSR建模,可以在不损失数据完整性的前提下,充分挖掘元素内部的相关性,并提取组合元素异常。PLSR法与主成分分析和聚类分析的结果对比分析显示,PLSR法提取出的元素组合与研究区铅锌矿床地球化学特征接近,可以充分挖掘地球化学数据的潜在信息,其分析结果与研究区地质条件耦合度高,可以为粤西地区层控型铅锌矿床下一步找矿提供可靠的数据支撑。