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。     

中国传统村落空间分布特征分析

传统村落是中国传统文化遗产的重要载体。本文以2012年以来住房和城乡建设部公布的3批共2555个传统村落为研究对象,通过GIS技术与方法,分析中国传统村落的空间分布特征,探讨传统村落分布与地形、人口、经济、交通、城市格局之间的关系。研究发现：①中国传统村落空间分布的区域差异明显,并已形成四大集聚区;②不同海拔高程地区传统村落的留存保护情况有所不同,高海拔地区传统村落分布较多;③地区人口是传统村落保护和传承的基础,但并不具有明显的相关关系;④地区经济发展与传统村落的保护在理论上并不矛盾,各地应寻找保护传统村落的合适路径;⑤交通发达程度与传统村落数量之间存在一定程度的负相关关系;⑥现存的传统村落多分布在城市边缘或远离城市中心的地区。     

断裂剪切带中的纳米结构与成矿作用

纳米科学已涉及从信息学到地学的各个领域,成为这个时代一个标志性的关键词。近十多年来,国内外的纳米地学 研究,在实践、理论和实验等诸方面都取得了迅速的进展。该文运用4F (Fact, Formation, Function and Formulation,即事实观 察、形成机理、功效作用和计算模拟)研究方法,利用扫描电子显微镜（SEM） 和透射电子显微镜（TEM） 对断裂剪切带中 的纳米结构与成矿作用进行了样品观察和综合分析。首先,作者表述了岩石剪切面上广泛分布的剪切薄壳（膜） 的形成、 发育和组成,一般脆性剪切的薄壳厚度（h,毫米-厘米级） 要比韧性的剪切薄膜（忽米-毫米级） 厚,前者是由动态摩擦 粘滑滑移引起的,而后者则是由静态蠕滑滑移造成的,且两者均是由纳米矿物和纳米结构组成的。随之,作者集中探讨了 作为研究主体的剪切薄壳（膜） 中纳米结构的应变变形和生成演化,它们既具有弹性又有粘性的变形特征而不是单一的力 学属性。纳米结构的生成-发育-演化,可依剪切变形过程划分为强化(硬化)-弱化（软化） -脆化(退化)三个变形应变阶 段,和相应的纳米涂层-纳米弱化-纳米层裂三种类型纳米作用：（1） 纳米涂层是一种最基本的纳米作用,在成熟的断裂 剪切(带)中,只要有滑移摩擦存在,就会有纳米结构。这种作用能引起有序的纳米结构和定向结构,包括单体纳米颗粒 （通常直径d= 40~80 nm） -复体纳米颗粒-多重复体纳米颗粒;纳米粒-纳米线-纳米层;纳米颗粒粒化-异化-再生 等。（2） 纳米弱化作用是由颗粒粒度减小,瞬时温热,叶理发育和弱势矿物等所致,并可细分为滑动纳米弱化、流变纳米 弱化和动力纳米弱化三种类别。（3） 纳米层裂作用是一种由动力热作用到静力冷作用诱发的剥离作用,通常沿着纳米结构 的劈理面、解理和滑移面开裂。进而,以江西省的金山金矿和广丰滑石矿为例讨论了纳米结构与成矿关系：（1） 含金糜棱 岩发育过程中的纳米涂层作用成岩,纳米弱化作用成矿和纳米层裂作用形成面理的三个阶段。其重要的是纳米弱化作用期 间超糜棱岩的温度能够达到纳米金物质的熔点327 ℃,并在流变滑移过程中产生集中颗粒型（d=15~35 nm） 和分散颗粒型 （d=4~8 nm） 的金颗粒;（2） 滑石矿中高应变反映的纳米结构和纳米作用尤为强烈,具有局部熔融流变,纳米弱化作用阶段 的纳米次分层作用非常发育,沿（001） 面滑移的叶理厚度仅10~15 nm,且纳米层裂作用更是造成开放性的剥离、裂理作 用。上述的研讨,揭示了实质上至少一维的“纳米小疙瘩（nano-orange） 在地球物质中无处不在”。这场地学变革-- “纳 米科学与技术是地球科学的下一次革命（Hochell, 2000）”--大幕才刚刚开启,就促使科研工作者对一些地质现象重新认 识,也激发大家去开发“纳米小疙瘩”在地球物质中的“新奇”功效。     

台湾西南部乌山顶泥火山的成因机制初探

乌山顶泥火山位于台湾西南部旗山断层沿线.由于台湾西南部具有独特的地质构造背景,沿着古亭坑背斜和旗山断层沿线分布了许多泥火山.本文以乌山顶泥火山为例,研究泥火山的成因.在了解泥火山地质背景、活动现状的基础上,分析了喷出物的矿物组成、古生物组合、流体地球化学特征.喷出的主要矿物有石英、伊利石、高岭石-蒙脱石混层矿物、伊利石-蒙脱石混层矿物,古生物有Reticulofenestra minuta、 Sphenolithus abies等,流体中的离子主要是Cl-、Na+等.由此探讨了泥浆来源和成因机制,认为泥火山的活动与深部古亭坑组地层存在异常高压有关,构造活动是泥火山活动的主要诱发因素.     

微生物作用下玄武岩的溶解: 粘附作用和温度的影响

使用透析的方法,设计实验探讨了多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)的粘附对玄武岩中矿物溶解的影响,同时通过改变实验温度,探讨了岩石的微生物溶解与温度的关系.10 d的实验结果表明,在30 ℃条件下,细菌P. polymyxa及其代谢产物对玄武岩的溶解有显著促进作用,加速了橄榄石中Mg、Fe、Mn的溶出及辉石和长石中Ca、Al的溶出,而在5℃条件下,这种促进作用不明显.细菌及其代谢物的粘附能加速Mg、Fe、Mn的溶出,抑制Ca的溶出,这种不同的影响与两组元素的溶出机制不同,且粘附对各溶出机制的影响也不同有关,Al的溶出受粘附作用的影响较小.低温条件下,粘附作用对玄武岩中各元素的溶出基本无影响.     

施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验研究

在金属硫化物的表生氧化过程中,施氏矿物是最常见的一种次生矿物.施氏矿物具有粒度小、比表面积大、表面吸附能高的特点,能够吸附环境流体中的重金属离子和微生物细胞,从而影响重金属元素及微生物的表生地球化学行为.利用化学合成的施氏矿物,开展了施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验.结果显示:施氏矿物对金属Cu2+及氧化亚铁硫杆菌均有较强的吸附性;施氏矿物对Cu2+的吸附基本符合Langmuir吸附模型,而对氧化亚铁硫的吸附行为不符合Langmuir模型,可用Freundlich模型描述;施氏矿物的存在对流体中微生物的活动性及其地球化学行为有重要影响,可能会降低氧化菌分解金属硫化物的效率.     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌与硫化物矿石相互作用的实验研究

实验研究了嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f)与硫化物矿石之间的相互作用,以观察不同矿石矿物发生微生物氧化和形成次生矿物的差异。采用ICP-OES分析了反应前后溶液成分变化,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等分析手段研究了矿石表面形貌的变化和沉淀物的矿物组成。分析结果表明,A.f对同一矿石中不同矿物作用强度存在明显差异,方铅矿、闪锌矿发生强烈氧化分解,而与黄铁矿的相互作用则较弱。这种差异可能与矿物晶体结构有关,在多种矿物并存的情况下,可能发生了原电池反应,作为阴极的黄铁矿受到保护,而作为阳极的闪锌矿、方铅矿的氧化作用得到促进,总体上表现为A.f对矿石硫化矿物的选择性作用。     

有孔虫壳体内草莓状黄铁矿成因及其地质意义——以湖北雁门口地区栖霞组有孔虫化石为例

在湖北省京山县雁门口地区栖霞组上部的含泥灰岩中存在丰富的节房虫科底栖有孔虫化石,主要有节房虫属、厚壁虫属和郎格虫属,壳体均被草莓状黄铁矿充填。对其系统的显微镜、扫描电镜观察和黄铁矿的能谱分析结果发现,黄铁矿草莓体直径最大为15 μm,平均约10 μm,硫铁原子比值（S/Fe）为1.90±0.10,表明在黄铁矿形成过程中,有孔虫壳体空腔内呈轻度- 中度贫氧的微环境。在分析该类黄铁矿成因的基础上,认为有孔虫壳体内的黄铁矿在指示沉积环境和保存环境方面具有局限性。     

变质岩透入性面理的纳米结构研究

通过江西变质岩透入性面理滑移面扫描电子显微镜（SEM）4例观测,发现其表面普遍存在纳米粒子层状结构,并为三轴压力实验所验证.在剪切滑移过程中纳米颗粒（直径φ40~95nm）经过粒化-异化-分化,个体形态有别,结构层次分明.这个纳米界限薄膜（层）,本质上是具有黏-弹性变形的摩擦-黏性（frictional-viscous）带.在此微域条带中,构造应力场-流变物理场-地球化学场非常活跃,并同变质岩面理发育3个阶段（剪切滑移强化作用-弱化作用-易剥作用）密切关联.进而可从黏-弹性变形行为揭示构造剪切的微观运动学机理.     

多孔介质中天然气水合物稳定性的实验研究进展

勘探表明天然气水合物多产出于细碎屑沉积物中,其分布和赋存形式受温度、压力、水化学条件等多种物理化学因素的影响。前人的实验研究表明不同孔径尺度中的甲烷水合物稳定性有别于块状、层状水合物,同时孔隙表面的润湿性也是影响因素之一。在综合分析前人研究成果的基础上,系统阐述了孔隙的孔径、孔隙内表面润湿性对所含天然气水合物稳定性的影响规律,总结了可能的内在机理;并指出了当前应当尽快建立包括空间效应、温度、压力和组分等因素的综合天然气水合物相图,查明含天然气水合物沉积物的孔隙结构和表界面特征,建立天然气水合物的稳定性模型,将有助于精确预测天然气水合物的分布和规模,对于水合物开发和甲烷存储技术的研发也有着重要的意义。