泡沫塑料吸附分离富集-电感耦合等离子体质谱法测定稀土矿石中的镓

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定稀土矿石中的镓,高含量的稀土元素会造成严重的质谱干扰。本文采用聚氨酯泡沫塑料在6 mol/L盐酸介质中吸附样品溶液中的镓后,以0.5 mol/L氯化铵水浴加热解脱30 min,镓的吸附-解脱效率超过99%,稀土元素等干扰物质基本不进入解脱液中,即在富集镓的同时实现了镓与基体元素的高效分离,降低了质谱干扰。本方法检出限低(0.022μg/g),经土壤及水系沉积物标准物质验证,镓的测定值与标准值吻合(绝对偏差为0.38%~4.70%),实际稀土矿石样品的加标回收率为94.1%~100.6%,精密度(RSD)低于4%(n=12),可应用于分析一般地质样品以及稀土矿石中的镓。     

无内标-多外标校正激光剥蚀等离子体质谱法测定磁铁矿微量元素组成

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)常用于磁铁矿原位微量元素分析,按照校正策略不同,主要分为内标法和无内标法。内标法需要用电子探针(EMPA)预先测定磁铁矿中内标元素Fe的含量,过程较繁琐,且待测元素含量会受到内标元素含量测定的影响。本文采用铁含量较高的玄武质玻璃BCR-2G、BIR-1G、BHVO-2G和GSE-1G作为外标,避免了内标元素含量的测定,建立了无内标-多外标校正LA-ICP-MS测定磁铁矿微量元素组成的分析方法。利用该方法测定了科马提岩玻璃GOR-128g和自然岩浆磁铁矿BC 28的微量元素组成以评估方法的可靠性。结果表明,科马提岩玻璃的测定结果与推荐值及前人内标法的测定值一致,多数元素的相对标准偏差RSD5%;自然岩浆磁铁矿的测定结果与推荐值相比,多数元素的RSD7%,低于前人内标法的RSD(15%)。由此说明无内标-多外标法可以实现富铁硅酸岩或磁铁矿微量元素含量的准确校正,克服了基体效应的影响。因此,无内标-多外标法是一种原位测定磁铁矿微量元素含量的快速、准确方法,具有一定的应用潜力。     

便携式Li-K分析仪的研制及其在锂辉石中锂的分析应用

我国锂钾主要矿产资源大多分布在西部偏远地区,其勘查找矿或综合利用迫切需要现场快速分析技术的支持。本文介绍了自行开发的便携式Li-K分析仪的主要性能及其在锂辉石中锂的分析应用。Li-K分析仪是一种基于大气压的液体阴极辉光放电光谱仪,以待测液体为放电阴极,实现了样品中Li、K等元素的原子化和激发。该仪器以光纤传导CCD光谱仪作为检测器,其波长范围为345~1015 nm,分辨率3 nm;以Li 670.78 nm和K 769.90 nm分析谱线,在仪器最佳工作条件下测定Li、K的精密度(RSD,n=14)均低于2%,检出限为0.03μg/m L,检测范围0.1~10μg/m L。研究表明,不同酸度和酸的类型对谱线强度影响较大,且存在显著的样品基体效应,标准曲线法分析锂辉石中Li的结果偏差高达267%;而标准加入法可克服基体效应的影响,获得与ICP-OES一致性较好的分析结果,为现场开展固体样品中Li的测定奠定了基础。     

内蒙古敖汉旗七家金矿闪长玢岩锆石U-Pb年代学、地球化学及地质意义

内蒙古敖汉旗七家金矿构造位置上处于兴蒙造山带与华北克拉通北缘的结合部位, 靠近兴蒙造山带一侧, 是近年来新发现的石英脉型金矿床.区内岩脉以闪长玢岩为主, 且与石英脉型矿体空间关系密切.根据岩脉与矿体的穿插关系, 将其分为成矿前闪长玢岩和成矿后闪长玢岩.LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学表明, 成矿前闪长玢岩加权平均年龄为166.3±3.4 Ma, 成矿后闪长玢岩加权平均年龄为128.6±4.5 Ma, 与区域上两期构造-岩浆活动时间(分别为160 Ma左右和128 Ma左右)近似吻合.主量元素特征显示: 二者均属于准铝质, 高钾钙碱性系列; 微量元素特征显示: 二者均富集轻稀土元素、大离子亲石元素(Rb、K)和活泼的不相容元素(U、Pb), 相对亏损重稀土元素和高场强元素(Nb、Ta、Ti), 反映出岩浆来源具壳源特征.主微量元素特征均显示出二者具有岛弧岩浆岩的地球化学属性.另外, 成矿后闪长玢岩有较高的Nb/Ta(18.66~20.27)和Zr/Hf(37.16~39.23)比值, 暗示其岩浆来源具明显的幔源特征.岩石地球化学特征表明, 成矿前闪长玢岩可能起源于太平洋板块俯冲导致的下地壳部分熔融岩浆; 成矿后闪长玢岩可能起源于俯冲流体交代的地幔楔熔融岩浆, 并在其演化侵位过程中伴有地壳物质的混染.结合闪长玢岩成岩时代、岩石成因及区域构造演化, 反映出七家金矿的形成与太平洋板块的西向俯冲密切相关, 矿床在地壳由挤压增厚向伸展减薄的转换过程中形成.     

从平衡-封闭-静态转向非平衡-开放-动力学研究-热液矿床成因的若干新概念概述

热液金属矿床成因研究过程中,观测与实验始终是密切结合的。上世纪70年代,平衡热力学的实验数据的快速积累,使人们用热力学理论计算可以预测和反演矿石和岩石的成因。但是,没有矿物-水溶液的反应速率数据,又没有与流体力学的结合,搞清楚矿石成因是困难的。七、八十年代,开始研究矿物与水溶液的反应动力学实验。科学家们开始瞄准了从平衡-封闭-静态转向非平衡-开放-动力学研究的这个大方向。1992年我们建立地球化学动力学开放研究实验室。研究高温高压矿物与水反应速率,发现固液的开放体系的自组织现象。实验发现温度影响矿物的各个元素反应速率改变,发现在跨越水临界态时矿物与水反应速率涨落、在近临界的气-液两相不混溶区一些金属进入气相、超临界流体的氧化作用及特别的溶剂性能影响矿物溶解性质。实验证实:临界态区流体与矿石成因有关。水岩相互作用的反应动力学实验温度从低温到550度,揭示矿石的金属来源、迁移、金属与蚀变分带机制。一大批大于300度的矿物与水反应动力学实验在国际界是少有报道的。九十年代,超高压的科学发展,与同步辐射光源的技术进步的结合,使固体地球科学又迈向了地球深内部。我们发展了高温高压流体性质的原位直测(测量850℃水溶液)红外谱,发现深部流体的新性质:气液两相流体的新结构,在临界温度区(300~400℃),水分子氢键网络的破坏受压力影响不大(23MPa~3GPa),同时,出现水的高电导率。研发新仪器为开放-流动-非平衡的反应动力学实验与极端条件下物质性质的直接观测结合,在科学前沿领域开辟了创新道路。     

塔西台地寒武纪沉积环境演化与海陆耦合

碳酸盐岩台地作为陆地与深海间的过渡带,其沉积记录了海洋和邻近陆地的演化。结合已有的沉积学工作,对塔里木盆地西部台地寒武系碳酸盐岩进行全岩及酸不溶物地球化学研究。塔西台地寒武纪主要发育局限台地、局限-蒸发台地或蒸发台地相沉积。碳酸盐岩的地球化学特征主要受沉积环境和成岩作用影响,对研究区寒武系白云岩来说,其元素组成极易受沉积微相的控制,氧同位素组成则很可能已被成岩作用改造,仅原生、准同生白云岩的Sr/Ba、Fe/Mn和C同位素可反映沉积相演化对应的古盐度、离岸距离等沉积环境特征的变化,酸不溶物化学蚀变指数（CIA值）则指示邻近陆地的化学风化强度与气候特征。寒武纪时期,塔西台地在相对海平面较高时发育局限台地相沉积,以水体盐度较低、沉积环境离岸较远和生物活动相对较弱为特征,陆地化学风化强度适中,气候温暖湿润;在相对海平面较低时发育蒸发台地相沉积,具有水体盐度较高、沉积环境离岸较近和生物活动相对较强等特点,陆地化学风化强烈,气候炎热极端;在相对海平面适中时发育局限-蒸发台地,沉积环境和邻近陆地的特征介于前述二者之间。沉积相演化对应的较长周期的海陆演化可能主要受全球海平面升降及宏观气候变化控制,具体表现为相对海平面升降所导致的海相沉积环境的变化,以及气候变化引起的陆地化学风化强度的变化。寒武纪塔西台地所处区域的海洋-陆地演化具有高度耦合的特征。     

水-力耦合作用下三趾马红土围岩变形特征研究

以地下水位线以下的石楼隧道典型三趾马红土围岩段为例,通过现场监测对三趾马红土围岩的体积含水量、孔隙水压力、围岩应力（土压力）、拱顶沉降与水平收敛进行了分析。在此基础上,通过原位大剪试验获得了可靠的围岩抗剪强度参数,并建立了隧道三维有限元数值模型,分别对考虑水-力耦合效应、不考虑水-力耦合效应的三趾马红土围岩变形规律进行了探讨,分析了孔隙水压力随着隧道开挖的变化和三趾马红土围岩位移场、应力场受水-力耦合效应的影响程度,并提出了围岩破坏变形机制。结果表明:（1）实测拱顶下沉大于围岩水平变形,围岩应力可分为增长期（ < 20d）、调整期（20~60d）、稳定期（>60d）3个阶段,且整体应力水平较高,下台阶含水量大于上台阶,孔隙水压力经历了由负变正的过程。（2）现场剪切试验所测围岩的黏聚力为64.0kPa,内摩擦角为27.7°。（3）数值分析表明,隧道开挖后孔隙水压力场变化十分明显,这是由地下水流速场的改变引起的,水力坡降在衬砌面附近最为明显,渗透动水压力导致土体产生一定的渗透变形;考虑水-力耦合后围岩剪应力、最大剪应变、拱顶沉降、水平收敛、底板隆起均较大。（4）受开挖及支护的影响,地下水产生渗流并依次经过拱顶、边墙,最终汇集于隧底;受开挖、地下水渗流的影响,围岩节理裂隙进一步扩张,成为地下水良好的运移通道;围岩的有效应力随着孔隙水压力的减小而增大,围岩的力学强度在土体趋于饱和状态时骤降,反过来,高有效应力、低围岩强度以及贯通性节理裂隙三者共同改变着地下水渗流场的状态。（5）为保障围岩整体稳定性,建议及时排出隧道底部积水并施做仰拱。     

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定水系沉积物中的铌钽锆铪

建立电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定水系沉积物中铌、钽、锆、铪四种元素的分析方法。将样品与氢氧化钠、过氧化钠混合物放入高温炉中,熔融分解完全,用热水提取,过滤后弃去滤液,将滤纸及沉淀用酒石酸-盐酸溶液溶解,稀释至刻度测定。方法检出限(3s)为:LD(Nb)=0.08μg/g,LD(Ta)=0.04μg/g,LD(Zr)=0.5μg/g,LD(Hf)=0.04μg/g,精密度(RSD%,n=6)为:0.84%~4.21%。该测定方法具有灵敏度高、精密度好、分析速度快、线性范围宽、操作性强等优势。采用该方法对国家一级标准物质进行测定表明,其结果与标准值吻合。此方法已在实际地质调查样品分析中得到应用。     

基于势流理论和OpenFOAM的耦合模型对多向不规则波浪的模拟

基于势流理论的数值水池可以快速计算波浪的传播及其对建筑物的作用,但是势流理论是基于波浪的无黏性假设的,而在工程中,通常需要在固体边界及波浪破碎的区域考虑黏性效应。针对基于求解Navier-Stokes方程的黏性水池计算量较大、速度较慢的缺点,采用耦合的方法模拟多向不规则波浪的传播,即在外域通过基于势流理论的数值水池产生多向不规则波浪,内域采用求解Navier-Stokes方程和流体体积法(VOF方法)对自由表面进行追踪,通过外域所提供的边界波浪,内域计算可以在较小区域进行计算,从而达到减少计算量、提高计算效率的目的。     

裂隙岩体渗流-传热耦合的复合单元模型

基于复合单元法建立了裂隙岩体渗流-传热耦合的复合单元模型。该模型前处理简便快捷,网格剖分不受限制,可依据裂隙的真实信息自动将其离散在单元内。其次,采用交叉迭代算法,对裂隙岩体的渗流场和温度场进行耦合分析,耦合算法不仅考虑了温度对流体运动黏度的影响,而且可计算裂隙中流体与相邻岩块间渗流-传热过程以及两者间的渗流量和热量交换。通过与已有近似解析解相比较,验证了复合单元耦合算法的可靠性。算例分析表明,渗流-传热耦合作用对裂隙岩体的渗流场和温度场均有一定的影响。分析了不同岩块热传导系数和裂隙开度对热能提取效率的影响,结果显示,岩块热传导系数越大、裂隙开度越大,低温流体从高温岩块中吸取的热能会较多,出口处流体温度下降得较快。