碳同位素动力学模拟及其在天然气评价中的应用

天然气碳同位素动力学模拟是国际油气地球化学界的前沿性研究方向。它和盆地沉积埋藏史、受热史结合起来,对于评价天然气的成因和成藏历史是一种新而且有效的手段,正逐渐为人们所接受。介绍了天然气形成的碳同位素动力学模拟,以及其在评价天然气的成熟度、气源、运移-聚集史和油气比研究等方面应用的新进展,充分展示了其具有良好的应用价值。天然气碳同位素特征不仅受母源、成熟度的影响,而且与运聚条件、沉积盆地增温速率有关。瞬时聚集气与累积聚集气在碳同位素特征存在明显差别。碳同位素分馏动力学模型在不同含油气盆地会存在差异,不仅取决于气源条件,还与运移-聚集史、沉积-构造史有关。中国叠合型盆地天然气藏成因复杂,具有多期、多源的特点,本研究对这类天然气的研究与评价提供了新思路。     

滇西南团梁子岩组绿片岩、基性脉岩及构造分异石英脉岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

滇西南团梁子岩组是南澜沧江构造带内重要的构造岩石单元之一,与兰坪-思茅盆地演化有密切联系。由于层序恢复困难和缺乏标志生物化石,该套岩石地层的时代归属缺乏有效约束。江桥团梁子岩组中基性脉岩和构造分异石英脉岩较为发育,在岩石学观察基础上,以绿片岩、辉长(绿)岩及与区域面理(S2)同期的构造分异石英脉岩为研究对象,借助激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术,对其中分选出的锆石开展了精确的U-Pb年龄测定。2件绿片岩样品31个锆石测点中存在4组206Pb/238U年龄,分别为1816~1542 Ma(加权平均为1630±210 Ma,N=6)、850~832 Ma(加权平均为844±95 Ma,N=2)、517~422 Ma(加权平均为438±26 Ma,N=4)和292~188Ma(加权平均为219.7±8.5 Ma,N=19)。2件辉长(绿)岩样品31个锆石测点中也存在4组206Pb/238U年龄,分别为2256~1357 Ma(加权平均为1646±160 Ma,N=16)、861~750 Ma(加权平均为773±92 Ma,N=2)、484~388 Ma(加权平均为433±38 Ma,N=6)和320~233 Ma(加权平均为253±16 Ma,N=7)。1件构造分异石英脉岩样品20个锆石测点中有3组206Pb/238U年龄,分别为1244±19 Ma(N=1)、430±5 Ma(N=1)和312~212 Ma(加权平均为229.6±6.7 Ma,N=18)。不同类型岩石中的各组锆石206Pb/238U加权平均年龄极为接近,代表了不同的地质意义,其中1646~1630 Ma可能代表了团梁子岩组原岩的形成年龄,而253~219 Ma可能代表了团梁子岩组在此时期受到构造热事件影响,该事件可能与古特提斯洋盆由西向东的俯冲消减作用有关。本次获得的绿片岩、基性脉岩及构造分异石英脉岩锆石U-Pb年龄将团梁子岩组时代约束为老于1630 Ma,即中元古代,可能属澜沧岩群的一部分。     

氟碳铈矿U-Pb定年技术研究

本文以稀土矿床中的常见副矿物氟碳铈矿为研究对象,通过优化实验条件和仪器参数,分别采用激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS)和同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS)对氟碳铈矿样品SAM进行U-Pb定年技术研究,并将此两种方法得到的结果进行对比。LA-MC-ICP-MS得到的U-Pb年龄为(409±18)Ma(N=27,MSWD=4.5),ID-TIMS得到的206Pb/238U U-Pb年龄为(407.8±3.3)Ma(N=3,MSWD=0.029),两种方法得到的U-Pb年龄结果在误差范围内一致。通过比较两种方法的实验流程和结果,总结了各自的优缺点,为氟碳铈矿U-Pb定年方法选择提供了参考依据。     

塔里木盆地塔中1井藻纹层白云岩与竹叶状白云岩成因——基于岩石学、元素与同位素地球化学的厘定

塔里木盆地寒武系—奥陶系底部发育了大量的白云岩, 白云岩中赋存丰富的油气资源, 但是由于塔里木盆地白云岩研究基础薄弱,限制了塔里木盆地白云岩型油气藏的勘探。本文选择塔中地区塔中1井下奥陶统藻纹层白云岩与夹层竹叶状白云岩作为对象,应用岩石学与地球化学方法对其成因问题进行了研究。藻纹层白云岩与夹层竹叶状白云岩的宏观构造与微观结构指示其可能形成于高能的潮坪环境;低有序度值（0.6）与塔北地区中寒武统阿瓦塔格组潮坪同沉积白云岩(有序度值0.61)特点一致,指示该白云岩结晶速率较快;同时,高Fe、Mn含量与低U、Mo含量也与氧化环境的潮坪相一致。藻纹层白云岩与夹层竹叶状白云岩δ18O值非常集中, 变化在-7.4‰～-5.8‰;87Sr/86Sr组成变化很小,在0.709015～0.709276之间,与前人报道的晚寒武世－早奥陶世海水同位素特征一致,同时白云岩的稀土元素配分模式也与下奥陶统泥晶灰岩一致,指示了白云岩的沉积/成岩物质来源于蒸发海水;白云岩δ13C值变化从-2.5‰～+1.6‰,并有着随深度增加而升高的变化规律,可能指示了古海洋的碳同位素氧化。藻纹层白云岩与夹层竹叶状白云岩的构造特点具有原生沉积特征,同时白云岩CaO与MgO含量的正相关关系也支持该白云岩原生沉积特点。因此,塔里木盆地塔中1井钻遇的下奥陶统藻纹层白云岩与夹层竹叶状白云岩为潮坪环境下,从蒸发海水中快速沉积形成的。     

安徽庐枞盆地矾山酸性蚀变岩帽形成时代及其地质意义

酸性蚀变岩帽是岩浆热液流体和围岩在近地表相互作用的产物,是斑岩-浅成低温热液成矿系统的重要指标。发育在长江中下游成矿带庐枞盆地内的矾山酸性蚀变岩帽产出面积较大( 20km~2)。前人对该酸性蚀变岩帽中的明矾石矿床的地质和地化特征进行了相关研究,但详细的年代学研究工作尚未开展。为精确厘定矾山酸性蚀变岩帽的形成时代,本文开展了明矾石~(40)Ar-~(39)Ar法和金红石原位U-Pb法定年。矾山酸性蚀变岩帽中明矾石共有三种类型:ⅠA型明矾石主要呈交代蚀变发生在热液蚀变早阶段,与石英、粒状黄铁矿或赤铁矿、少量金红石共生;ⅠB型明矾石形成于热液蚀变晚阶段,主要呈叶片状集合体充填在开放空间中,与石英、星点状赤铁矿、粒状金红石集合体共生,少量金红石和赤铁矿沿明矾石解理裂隙分布;Ⅱ型明矾石是表生明矾石,主要呈细粒集合体沿裂隙分布,与赤铁矿、高岭石、地开石共生。三类明矾石形成于不同环境下:ⅠA和ⅠB型明矾石形成于岩浆热液环境下,是大矾山明矾石矿区的主要产物;Ⅱ型细粒明矾石分布在矾山酸性蚀变岩帽的非明矾石矿区,是表生环境下的产物。ⅠA型明矾石的~(40)Ar-~(39)Ar定年的坪年龄为131±6Ma,代表了矾山酸性蚀变岩帽的形成时代。与Ⅱ型明矾石密切共生的金红石U-Pb定年结果为32. 7±4Ma,在该期间,整个盆地内无岩浆活动发生,该年龄反映了矾山酸性蚀变岩帽经历表生氧化作用的时间。明矾石和金红石定年结果分别对应岩浆热液和表生明矾石的形成时代。在利用明矾石进行找矿工作时需先明确明矾石成因,矾山酸性蚀变岩帽中深成明矾石是下一阶段的找矿研究的基础。     

共生黑钨矿与石英等多种矿物中流体包裹体的红外显微测温对比研究——以江西西华山石英脉钨矿床为例

西华山钨矿床是一个产于燕山期花岗岩中的大脉型钨矿床。已有百余年的开采史。但在矿床成矿条件和成矿流体性质等方面一直存在不同认识。作者利用红外显微镜及其它相关设备,对西华山矿床不同中段样品中的黑钨矿、锡石、绿柱石、黄铁矿、闪锌矿、石英和萤石中的流体包裹体进行了详细对比研究。结果显示,蚀变花岗岩中造岩石英只见次生气液包裹体,晶洞水晶中只有原生包裹体,而云英岩石英中原生、次生包裹体均较发育。黑钨矿中以原生气液包裹体为主,在早期结晶的黑钨矿中还有较多的硅酸盐熔融包裹体,而晶洞中的黑钨矿和水晶一样——只有原生气液包裹体。绿柱石中除了硅酸盐包裹体外,主要是气液包裹体(多为次生)。其它锡石、黄铁矿、闪锌矿和萤石等都只有气液包裹体(原生或次生)。研究结果表明,西华山钨矿床的初始成矿流体是一种岩浆——热液过渡性流体,尔后才演变成单一的热水溶液,在这一过程中黑钨矿、黄铁矿、闪锌矿、萤石和石英等矿物不断晶出。矿床总的成矿温度大致为700~200℃,压力约为160~200MPa。各种气液包裹体的盐度主要为5.0%~10%Na Cleqv。文中还对这些数据的地质意义以及对脉钨矿床流体包裹体研究和数据解释中的某些问题进行了较深入的讨论。     

列车动荷载下桩网结构路基土拱效应试验研究

通过三维模型试验研究了列车动荷载作用下的土拱效应。试验结果表明,动荷载作用下土拱效应依然有效,随着填土的增高,土拱效应在增强,土工格栅的存在可以增强土拱效应的作用。但动荷载条件下动应力的分布与自重条件下的应力分布截然不同。动荷载作用下土拱效应会发生退化,表现为动荷载施加过程中先前由桩所承担的部分动应力会转移至桩间土;完成动荷载施加后,最初由桩承担的部分自重荷载也会转移至桩间土。填土高度和土工格栅对于动荷载作用下土拱的稳定性有很大的影响,但当高度达到一定值之后,填土高度的影响就可忽略,土工格栅的存在使得土拱效应的削弱程度减小了一半。     

地形追随垂直运动方程在南疆极端暴雨中的诊断分析

针对2021年6月15～17日发生在昆仑山脉北坡的南疆极端暴雨过程,本文综合考虑地形对暴雨发生、发展的作用后,利用地形追随坐标控制方程并采用Boussinesq近似推导建立了地形追随坐标的非静力平衡广义垂直运动方程。诊断结果表明,经向气压梯度力耦合经向散度项（项一）、垂直气压梯度力耦合纬向散度项（项二）和非绝热加热经向梯度项（项三）是激发暴雨垂直运动发展演变的三个主要强迫项。项一体现了偏北风逐渐增强,在昆仑山脉的阻挡下导致经向辐合增强,触发了垂直上升运动。经向气流辐合始终是对流活动最主要的强迫过程,其次为纬向气流辐合。在地形追随坐标形式下,经向和垂直气压梯度能够增强项一和项二。对流发展阶段,水汽辐合与非绝热加热过程增强了非绝热加热经向梯度,促进了垂直上升运动发展。在地形的影响下,对流层中高层西风过山气流波动特征明显。重力波活动导致的高层辐散进一步促进了山脉迎风坡对流活动。经向和纬向气流辐合、非绝热加热过程以及重力波活动等多个因素共同造成了此次南疆极端暴雨。     

雅鲁藏布江河谷盛夏降水年际变化及其与环流的联系

基于近57 a （1961—2017年）西藏雅鲁藏布江中游河谷地区（简称雅江河谷）4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）盛夏（7—8月）月平均降水和同期NCEP/NCAR再分析资料,采用合成、相关分析等统计诊断方法,分析了雅江河谷盛夏降水的年际变化特征及其与大气环流的联系。结果表明：1）近57 a雅江河谷盛夏降水无显著线性趋势,降水主要以3～4 a显著周期的年际振荡为主。2）雅江河谷盛夏降水年际波动与区域内水汽收支的变化直接相关,其中印度半岛-东南亚异常反气旋引起的水汽输送通量和水汽在高原腹地辐合上升的动力过程是盛夏降水年际变化的主要原因。3）对流层中低层印度半岛-东南亚异常反气旋环流是该地区盛夏降水年际异常的重要水汽输送通道,该通道将西太平洋、南海和孟加拉湾等地水汽不断输送到高原,期间西太副高和伊朗高压等大尺度系统异常对水汽输送过程起到了重要作用,同时高原盛夏季风低压和南亚高压异常给水汽在高原腹地辐合抬升提供了动力条件。     

一次梅雨锋结构及锋区强度对锋面结构影响的数值模拟

利用中尺度模式MM5对1999年6月下旬发生在长江中下游地区的一次锋上西南低涡发展的梅雨锋暴雨过程进行了研究。通过敏感性试验, 探讨了低涡对锋强、 锋生的敏感性, 锋生、 锋消与低涡发展演变的时间空间上的联系等问题\.结果表明, 低涡对中层锋面强度的变化敏感, 中层锋强发生改变会导致整层涡度发生同位相的变化。中层系统对梅雨锋气旋的发展起主要作用, 中层锋面对低涡发展的影响比边界层锋更关键。中层锋面强度改变会激发出中低层的垂直次级环流, 低层的辐合上升运动发生改变, 最终影响到低涡强度的发展。敏感性试验证明, 锋面强度变化对低涡发展造成的影响有超前性, 中层锋面先发生变化, 6 h左右以后低涡强度发生改变。锋区强度和低涡强度发生变化的地理位置基本在同一经度上, 锋强变化的位置在涡强变化位置的北面。