基于假三元模型的透辉石-硬玉固溶体热力学性质计算

自然界中矿物多以固溶体形式存在,据其晶体化学特征计算热力学性质是开展矿物成因理论研究的基础。本文引入描述二元矿物固溶体热力学性质的假三元模型,计算得到了透辉石-硬玉固溶体系列的热力学性质。该模型通过构造一种高度有序的中间相,同时考虑长程和短程有序效应,基于热力学平衡态矿物固溶体自由能最低的规律,可以计算特定组分下矿物的平衡自由能、焓和熵等热力学参数。本文针对透辉石-硬玉固溶体体系,取绿辉石为其中间有序态,计算了其活度-成分关系和温度-组分相图等,发现绿辉石随温度升高的有序无序相变为一级相变,相变温度为1 148±25 K,与实验研究结果一致。本文获得的透辉石-绿辉石-硬玉体系的热力学参数可用于视剖面图方法研究MORB成分的岩石的榴辉岩相变质作用过程。     

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。     

污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移的耦合分析

基于一维固结方程和对流-弥散方程,提出了一种用于污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移耦合问题的求解方法,其中,自重固结方程由解析解直接求解,污染物迁移方程由显示差分法求解。在自重固结方面,新方法可考虑线性的压缩关系和渗透关系;在污染物迁移方面,新方法能够考虑对流、扩散、机械弥散、线性和非线性吸附以及孔隙率相依的有效扩散系数。新方法与CST1数值模型进行了对比,验证了新方法的正确性。基于所提出的解,分析了固结效应、压缩系数、渗透系数和污染物初始分布形式对污染物在淤泥中迁移过程的影响。计算结果表明:固结效应、压缩性、渗透性和污染物的初始分布形式对污染物的迁移过程有着显著的影响;固结效应能显著地加速污染物的流出;土体的压缩系数越大其污染物累计流出质量越大;土体的渗透系数越大其污染物累计流出质量越大;污染物的初始分布形式对污染物的流出速率影响较大。     

砂土微观结构样品制备技术及量化方法研究

土体的微观结构是决定其工程特性的重要内在因素,但对于砂土而言,如何制备适合微观分析的样品以及快速准确量化结构参数一直面临诸多挑战。为此,提出一种真空冷冻干燥?注胶相结合的砂土样品制备技术,该技术可在有效去除土样水分的同时保持样品原状结构不被扰动,并可用于后续加工处理。针对不同粒度的砂土样品,分别使用扫描电子显微镜和光学显微镜对制备的试样进行观察,基于自主研发的土体微观结构定量分析系统SMAS对拍摄的照片进行精细量化分析,提出了由土颗粒数量、颗粒周长、表观孔隙率、形状系数、等效直径、分形维数和形态比等参数构成的量度指标体系对砂土样品微观结构特征进行定量评价。研究结果表明：提出的真空冷冻干燥?注胶相结合的砂土样品制备技术具有操作简单、稳定可靠等特点,能有效维持砂土的原状结构;比较而言,扫描电镜更适用于粉细砂的微观结构分析,而光学显微镜更适用于中粗砂的微观结构分析;SMAS能有效识别微观结构图像中的土颗粒及孔隙,为定量分析砂土或其他土体的微观结构特征提供了高效的工具。     

渤海海峡BHS01孔沉积物磁性地层学研究

磁性地层学研究是建立渤海地区第四纪沉积序列地层年代框架的主要技术手段之一。通过对渤海海峡地区BHS01孔(孔深121.3 m)进行详细的磁性地层学研究,结果表明:BHS01孔岩心记录了布容(Brunhes)正极性时至松山(Matuyama)负极性时底部,包括贾拉米洛(Jaramillo)和奥尔都维(Olduvai)正极性亚时。早、中更新世界线即布容(Brunhes)正极性时/松山(Matuyama)负极性时界限(B/M)深度位于该钻孔的46.4 m处。根据沉积速率,推测钻孔底部121.3 m处的年龄约2.25 Ma。综合沉积物的岩性、磁性及沉积速率变化特征,将BHS01孔沉积物记录的区域沉积过程自下而上划分为3个阶段:阶段Ⅰ(2.25～1.46 Ma)以河流相沉积为主;阶段Ⅱ(1.46～0.78 Ma)为稳定的湖泊相沉积;阶段Ⅲ(0.78～0 Ma)发育海陆交互相沉积。这一研究为该钻孔提供了可靠的年代标尺,为渤海海峡及邻区第四纪地层的划分对比和沉积演化过程提供了新的依据。     

High‐precision Dating and Geological Significance of Chang 7 Tuff Zircon of the Triassic Yanchang Formation,Ordos Basin in Central China

The Ordos Basin, as the second largest petroliferous basin of China, contains abundant oil and gas resources, oil shale, and sandstone-type uranium mineral resources. Chang 7 shale is not only the major source rock of the Mesozoic petroliferous system of the Basin, but is also crucial in determining the space-time distribution relationship of the shale section for the effective exploration and development of the Basin's oil and gas resources. To obtain a highly precise age of the shale development section, we collected tuff samples from the top and bottom profile of the Chang 7 Member, Yishi Village, Yaoqu Town, Tongchuan District, on the southern margin of the Ordos Basin and performed high-precision chemical abrasion(CA)–isotope dilution(ID)–thermal ionization mass spectrometry(TIMS) zircon U-Pb dating on the basis of extensive laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry(LA-ICP-MS) zircon U-Pb dating data. Our results show the precise ages of the top and bottom zircon in the Chang 7 shale to be 241.06±0.12 Ma and 241.558±0.093 Ma, respectively. We first obtained Chang 7 age data with Grade 0.1-Ma precision and then determined the age of the shale development in the Chang 7 Member to be the early-Middle Triassic Ladinian. This result is supported by paleontological evidence. The deposition duration of the Chang 7 shale is 0.5 Ma with an average deposition rate of the shale section being 5.3 cm/ka. Our research results provide time scale and basic data for further investigation of the basin–mountain coupling relation of the shale section, the sedimentary environment and volcanic ash and organic-matter-rich shale development relation, and the organism break-out and organic-matter enrichment mechanism.     

西藏东巧蛇绿岩中玄武质岩石成因和构造背景探讨

蛇绿岩记录了大洋裂解、俯冲消减和大陆增生的一系列过程,西藏北部班公湖-怒江缝合带中的蛇绿岩记录了青藏高原的地体拼合和隆升历史。班公湖-怒江缝合带中段的东巧蛇绿岩十分发育,地表出露较好,主要由地幔橄榄岩、堆晶杂岩、辉长辉绿岩和玄武岩组成。玄武岩呈多个露头产出,每个露头从十几平方米至数十平方米不等,辉绿岩呈脉状(或岩墙)产在玄武岩中。本文对东巧西出露的玄武岩和辉绿岩开展了详细的野外地质考察和室内岩相学、年代学和地球化学研究分析,探讨了该蛇绿岩的成因以及形成背景。研究表明,辉绿岩和玄武岩属低钾拉斑系列和钙碱性系列。辉绿岩轻稀土含量略高于N-MORB,兼具IAT和N-MORB的特征;玄武岩轻稀土相比重稀土稍富集,具有E-MORB的特征。样品的Nb/U值(30～48)均大于地壳平均值(10)以及(Th/Nb)N值(0.58～0.86)均小于1,表明岩石未遭受地壳混染。辉绿岩和玄武岩3个样品的锆石U-Pb年龄值均显示较大的变化区间,结合前人班怒带蛇绿岩年代学的研究成果,将其分为三组,第一组(156～239Ma)代表蛇绿岩自身的年龄,第二组(37～141Ma)为晚于蛇绿岩形成的年龄段,推测其为后期的岩浆事件成因,第三组(277～2454Ma)为早于蛇绿岩形成的年龄,推测其成因为原始地幔中残留的早期俯冲板片所携带的地壳中的锆石。通过岩石地球化学成分对比研究,认为辉绿岩和玄武岩为弧后盆地玄武岩(BABB)。结合前人地幔橄榄岩的研究,本文认为东巧玄武质岩石形成于俯冲带(SSZ)的弧后盆地扩张时期,并受到俯冲带流体不同程度的影响。     

陕西岐山蓟县系碳氧同位素特征及其古环境意义

陕西岐山二郎沟蓟县系剖面位于华北克拉通南缘,发育一套浅海相碳酸盐岩,自下而上出露龙家园组和巡检司组。两个岩组共采集、测试了碳、氧同位素样品184件,结果显示δ13 C值落在-1.747‰～1.144‰之间,总体上较稳定,平均值为-0.523‰;δ~(18)O值整体在-8.662‰～-2.540‰之间,大部分落在-5.5‰至-3‰,平均值为-4.469‰,低幅高频振荡。碳同位素旋回性较明显,可以进一步划分出4个旋回。碳、氧同位素曲线与燕山地区蓟县系已有研究结果相似性较高,其中,巡检司组近顶部出现的约为2‰的负偏事件,可大致对应于蓟县剖面雾迷山组顶部至洪水庄组的负偏事件。碳同位素的升降趋势及藻类数量(叠层石)丰度变化表明当时海平面在不断变化。此外,二郎沟剖面研究结果还与俄罗斯南乌拉尔阿孜瓦尔组以及加拿大霍恩比湾群的碳、氧同位素曲线也颇为相近,符合全球中元古代碳同位素组成特别稳定的特征,是对全球统一的古海洋背景的响应。     

重庆南川三泉奥陶系宝塔组碳同位素特征及地层对比

对重庆市南川区三泉镇宝塔组进行连续而高密度的碳、氧同位素和牙形刺采样与分析。分析结果显示,碳同位素值及曲线形态与晚奥陶世凯迪期碳同位素正漂移事件Gutternberg Inorganic Carbon Excursion (GICE)一致,并显示出的三个次级峰值。宝塔组自下而上发育牙形刺:Protopangerodus insculptus带和Hamarodus brevirameus带。通过与四川盆地及周缘地区其他剖面宝塔组碳同位素曲线的对比,发现GICE事件在不同剖面发育程度不完全一致,南部发育较北部更全,宝塔组起始沉积时间有差异。通过与湖北、安徽、塔里木盆地、北美和瑞典地区的对比,认为中扬子地区宝塔组可能发育不完全;塔里木盆地其浪组与四川盆地宝塔组可对比;再次证实GICE事件具有全球性属性,其多次波动的特征可能与地球古海洋环境变化和奥陶纪生物大辐射有密切关系。