论同沉积、继承性控煤构造--禹州煤田虎头山断层

聚煤盆地内的同沉积断层,对煤系的厚度、岩相、含煤性等均具有明显的控制作用,而这种断层的聚煤期后继承活动,不仅使之成为地质自然边界,而且直接影响到矿区规划和煤炭生产。近期研究表明,禹州煤田虎头山断层是一个同沉积、继承性大型控煤构造,它在聚煤期就已活动,具聚煤期同沉积构造性质,主要证据有岩性、沉积厚度、聚煤作用、地层断距、断裂带近旁的不协调沉积现象以及趋势面分析结果等;聚煤期后该断层又发生了继承性活动,主要表现在基岩错断、地层缺失、对地貌及新生界沉积的控制和改造、断层旁侧次级构造发育、煤层露头遭受牵引、断裂破碎带特征等。虎头山断层这一重要特征的发现,对指导煤矿建井开采、深入探讨禹州煤田煤厚变化、地质构造乃至华北板块的构造演化,均具有重要的理论意义和实际价值。     

宁夏煤矿资源的可持续发展与采矿区生态保护

在对可持续发展的认识和意义进行简单论述的基础上,着重介绍了宁夏的煤炭资源概况、发展现状及采矿区的地质灾害,并提出了宁夏煤炭资源实现可持续发展、矿区地质灾害的防治和生态保护应坚持的原则与采取的办法及措施。     

安徽宣城荞麦山矿床成矿岩体及其暗色包体成因与成矿意义:锆石U-Pb年代学、地球化学、Sr-Nd-Hf-O同位素制约

宣城矿集区是长江中下游成矿带内新提出的矿集区,近年来取得了重大的找矿突破,尤其是大型斑岩型铜金矿的发现使宣城矿集区逐渐成为研究热点。宣城矿集区一系列的斑岩-矽卡岩矿床均与早白垩世侵入体密切相关。荞麦山铜钨矿床是区内典型的矽卡岩矿床,矿床形成与花岗闪长斑岩密切相关,且花岗闪长斑岩发育较多的暗色包体。确定暗色包体的成因有助于深入理解含矿岩体的岩浆演化过程及成矿意义。本次工作以荞麦山矿床花岗闪长斑岩和暗色包体作为研究对象进行U-Pb同位素年代学、岩石及矿物地球化学、全岩Sr-Nd、锆石Hf-O同位素地球化学分析,探讨暗色包体及成矿岩体的源区、岩浆演化过程及其对成矿的意义。暗色包体的形成时代为141Ma（MSWD=0.8）,（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i值为0.7059~0.7069,ε_Nd（t）值为-6.0~-9.2,ε_Hf（t）值为-12.7~-5.8,δ¹⁸O值为5.8‰~7.7‰;寄主岩石形成时代为140Ma（MSWD=0.3）,（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i值为0.7061~0.7064,ε_Nd（t）值为-8.7~-7.7,ε_Hf（t）值为-12.1~-8.1,δ¹⁸O值为5.6‰~7.4‰。此外,暗色包体与寄主岩石主要氧化物含量与SiO₂含量呈线性负相关趋势、微量元素特征相似和寄主岩石斜长石斑晶的不平衡结构及捕掳晶的发现指示荞麦山暗色包体为岩浆混合成因,花岗闪长斑岩为起源于富集地幔的岩浆与壳源岩浆混合成的母岩浆侵位而来,同时幔源岩浆和壳源岩浆的混合也分别提供了成矿金属元素铜和钨,最终形成了铜钨共生的荞麦山矿床。     

地面沉降对含水层参数及给水能力的影响研究

地面沉降主要由深层地下水开采造成,含水层的压缩释水是深层地下水开采量主要构成来源,同时随其压缩变形孔隙比减小造成储水系数、渗透系数的减小,对弱透水层非弹性释水量、越流补给量造成影响。地面沉降过程中的水文地质参数非线性变化及对承压含水层系统的反馈作用也成为水文地质领域的前沿问题。为对地下水开采量、沉降量、地质参数变化以及给水能力变化之间的关系做一个较为定量定性的探究,以含水层压缩过程中的物理机制为依据,并基于沧州地区深层承压含水层的地下水位变化过程和水文地质参数,采用数学手段构建储水系数和渗透系数变化的一维非线性沉降模型。模拟结果显示随承压水头下降,储水系数最高可减小77%,含水层系统的给水能力和储水能力会随压缩变形减小50%甚至更多。研究成果为深入认识水文地质参数与应力变化相关关系、科学评价承压含水层地下水储水调节能力有重要借鉴意义。     

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。