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．     

热质输运-反应体系的石英溶解与沉淀的模拟研究

介质中热质输运-反应体系对于热质成矿、污物迁移等十分重要。这里利用热质流体输运动力学模型与石英溶解与沉淀的化学动力学模型,以及多孔介质的本构关系,建立了一个热质输运、反应动力学藕合模型。并使用此模型研究了局部的温度变化和颗粒半径不均一分布对研究区域内温度场和浓度场的变化情况,其结论是它们之间的耦合可能打破系统的平衡,驱使系统长时间持续进行流体输运-反应动力学过程。     

计算机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为著进展,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不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。     

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。     

镜质组反射率与沉积盆地古地温分析

在地质研究与资源勘探中，特别是针对油气生成、运移和保存有关的地热过程分析，镜质组反射率（Ｒ）已被广泛地应用于沉积盆地古地温的确定。本文从Ｒ增值的反应动力学、Ｒ－古地温－受热时间模拟计算、流体扰动对流型热体系中的Ｒ性征及Ｒ古地温分析技术扩展等方面，概括地总结讨论了有关应用现状与理论进展。由于沉积有机质构成及其热反应作用的复杂性，过分简单地将Ｒ与地温值对应的做法已被否定，代之以地质、地球热力学与反应动力学的综合分析。不同源岩中Ｒ增值与热能关系的确定，温度－时间计算方法的改进、异常热背景如对流型热体制的分析以及低成熟与镜质组缺失条件下成熟度参数的Ｒ标定等，将是今后急待解决的主要问题。     

热-质输运与反应动力学的研究进展和发展趋势

在自然过程里 ,成矿作用是地质科学中既重要又复杂的过程之一。矿床是一种高度的复杂系统 ,它们具有多层次结构、多重时间标度、多种控制参量和多样的作用过程。矿床成因的基本问题 ,归根结底是成矿作用的动力学问题 ,矿床的形成又是不同的速率并举、多种机制交织的极其复杂的动力学过程 (於崇文等 ,1998)。成矿作用动力学是地球化学过程动力学的一个重要分支 ,又是矿床地球化学和矿床成因理论中的一个新的学术方向 ,这方面的研究工作主要以我国的於崇文等 ( 1998,1993 )为代表。由岩浆侵位形成的热液矿床成因模型和热质输运与反应相结合的…     

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.     

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。     

热液系统流体输运－化学反应耦合动力学综述

输运－反应模式通过连续质量守恒方程进行描述，它表示为主要组分的Ｎ＋Ｍ个耦合的非线性偏微分方程。这些方程可以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。     

岩石断裂作用的复杂性和混沌动力学

断裂是一个复杂的动力学体系,受到岩石结构、反应、流体迁移、应力、岩石变形和力学等多种地质因素和过程的耦合控制。本文建立了断裂体系的反应-输运-力学耦合动力学模型并编制了模拟程序。以湖南水口山矿区为例,通过动力学模拟表明不同地层岩性的断裂渗透率大小和演化特征存在显著差异,断裂作用促使岩石渗透率的空间非均匀性增强,从而有利于流体的局部汇聚和矿体的形成。断裂中压力随时间呈现出非周期振荡变化,反映了断裂演化的混沌特征。     

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。     

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的溶解－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相干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     

热液成矿作用的地质地球化学动力学：以胶东牟平…

通过对胶东牟平－乳山热液脉状金，铅锌矿床成矿动力学控制规律的研究，说明了建立热液成矿反应体系的方法，并得出以下认识；（１）区域断裂构造活动，通过响成矿反应体系的热力学性质和条件，控制元素的富集和分散（２）热液成矿过程中容矿断裂活动可划分为两种作用方式：脆性破裂和韧－脆性张开，构成热液成矿的两种构造动力学环境，（３）热液成矿反应体系是一种开放的动态的热力学体系，断裂的脆性破裂阶段，使体系处于强烈的过     

安徽铜陵层控夕卡岩型铜矿床的成矿作用动力学

本文应用输运反应耦合过程动力学模型研究了安徽铜陵层控夕卡岩型铜矿床的成矿作用动力学机制。研究指出:(1)成矿流体的盐度梯度和流速均可促进岩浆水与地层水的混合和反应,透水层是二者发生强烈混合输运反应与成矿作用的有利场所;(2)在顺层方向上发生等温输运反应时,成矿流体与岩石接触界面处形成的移动输运反应前锋顺透水层从上游向下游缓慢推进,形成了与地层整合的层伏夕卡岩体与层状矿体;(3)在穿层方向上发生穿越等温线的梯度输运反应结果使矿物成分从镁夕卡岩向硫化物矿体发生渐变过渡。     

成矿多过程耦合模型数值模拟研究态势

成矿作用是构造变形-热量传递-流体流动-质量转移等四种性质完全不同过程的耦合.数值模拟是通过建立多过程耦合模型来刻画其物理和化学规律.由于这些耦合模型过于复杂而难以得到其解析解,因而数值模拟被用来讨论这些复杂动力学过程.针对成矿预测领域主要的耦合模型:形变-流动模型、形变-热-流动模型、热-流动-质模型、变形-热-流动-质模型,通过这些耦合模型应用实例分析得出,印证了高差和温度变化是流体对流、矿物沉淀发生的重要机制;详释了构造控制流体输运的方式及过程,高渗透率断裂是流体汇聚的有利场所,从而渗透率等控制成矿的关键参数成为成矿预测的主要指标.     

成矿多过程耦合模型数值模拟研究态势

成矿作用是构造变形-热量传递-流体流动-质量转移等四种性质完全不同过程的耦合。数值模拟是通过建立多过程耦合模型来刻画其物理和化学规律。由于这些耦合模型过于复杂而难以得到其解析解，因而数值模拟被用来讨论这些复杂动力学过程。针对成矿预测领域主要的耦合模型：形变-流动模型、形变-热-流动模型、热-流动，质模型、变形-热-流动-质模型，通过这些耦合模型应用实例分析得出，印证了高差和温度变化是流体对流、矿物沉淀发生的重要机制；详释了构造控制流体输运的方式及过程，高渗透率断裂是流体汇聚的有利场所，从而渗透率等控制成矿的关键参数成为成矿预测的主要指标。     

地质流体的输运-化学反应与成矿作用微观机制研究——以安徽冬瓜山层控夕卡岩型铜矿床为例

以冬瓜山层控夕卡岩型铜矿床的基本地质特征为基础建立了成矿作用的地质模型,运用成矿作用动力学理论将其转化成动力学模型,然后对动力学模型求解得到刻划矿质在断裂—多孔介质体系中输运-化学反应演化规律的解析解。研究揭示冬瓜山矿床的成矿微观机制为:成矿流体受外力的驱动在断裂-多孔隙复杂介质的输运过程中,由平流、动力弥散、扩散作用与交代反应、溶解-沉淀反应相互耦合作用而成矿。介质的有效孔隙度和渗透率等动力学参数是矿体的空间分布及规模大小的主要控制因素。模拟结果合理地解释了矿体的空间展布、矿石品位及矿石结构构造的空间变化特征等矿床的基本地质特征。本研究显示,一旦成矿过程的基本动力学参数能确定,可预测成矿的位置、矿体长度、厚度及贫富变化的规律,显示动力学研究具有潜在的重要应用价值。本文为研究复杂介质中矿床形成的微观机制提供了一种新的思路。     

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。     

论大陆岩石圈形成过程中的克拉通化阶段

流体控制着地球系统中质量和能量的传输。流体岩石反应过程在岩石圈中是十分普遍的现象。在流体流动体系中 ,流体在岩石裂隙中通过平流、扩散、水动力弥散和动力学弥散等方式进行输运并与岩石发生同位素交换反应。文章首先对封闭体系、“封闭”体系、开放体系以及缓冲体系中的同位素交换模型进行了简单讨论 ,然后在讨论氧同位素动力学交换机制的基础上 ,建立了平衡交换模型和动力学交换模型。结合流体流动的归一化速率、弥散系数和流体岩石的反应速率等变量 ,对流体岩石交换反应的流体运动方程中的Peclet数和Damk¨ohler数进行了讨论 ,并详细解释了它们在流体岩石交换反应过程中的物理意义和地质用途。     

海洋环境沉积物输运研究进展

海洋环境中沉积物的输运涉及复杂的过程和机制。20世纪后半叶发展起来的悬沙输运数学模型已经成为海洋沉积动力学的一个有力的研究工具。悬沙输运数学模型的有效运行需要正确的数值解法和模型中所含参数的确定,包括悬沙沉降速度、扩散系数、底床糙度和切应力,以及底边界上的沉降-再悬浮通量。由于复杂的水动力条件、屏蔽效应以及海底生物扰动等因素的作用,海洋环境推移质输运的经验、半经验公式具有一定的局限性。因此,充分考虑以上各种因素是正确预测海洋环境中推移质输运的关键。海洋环境沉积物输运理论的进一步发展需要着重进行各种过程和机制的研究,而这项工作依赖于高精度、高分辨率现场观测仪器的发展和更先进的颗粒态物质运动理论的建立。