Influence of hydrogen on Fe–Mg interdiffusion in (Mg,Fe)O and implications for Earth’s lower mantle

Interdiffusion of Fe and Mg in (Mg,Fe)O has been investigated experimentally under hydrous conditions. Single crystals of MgO in contact with (Mg_0.73Fe_0.27)O were annealed hydrothermally at 300 MPa between 1,000 and 1,250°C and using a Ni–NiO buffer. After electron microprobe analyses, the dependence of the interdiffusivity on Fe concentration was determined using a Boltzmann–Matano analysis. For a water fugacity of ∼300 MPa, the Fe–Mg interdiffusion coefficient in Fe _x Mg_1−x O with 0.01 ≤ x ≤ 0.25 can be described by with and C = −80 ± 10 kJ mol⁻¹. For x = 0.1 and at 1,000°C, Fe–Mg interdiffusion is a factor of ∼4 faster under hydrous than under anhydrous conditions. This enhanced rate of interdiffusion is attributed to an increased concentration of metal vacancies resulting from the incorporation of hydrogen. Such water-induced enhancement of kinetics may have important implications for the rheological properties of the lower mantle.

基于学习曲线的中国未来制氢成本趋势研究

氢能是中国能源系统低碳转型和实现2060年前碳中和目标的重要技术选择之一。根据原料来源可以将氢分为绿氢、蓝氢和灰氢,其制备成本和碳排放强度存在较大差异。文中以中国氢能生产现状为基础,建立基于学习曲线的平准化制氢成本（LCOH）模型,测算不同制氢技术从2020年到2060年的成本变化趋势。结果表明：现阶段灰氢成本最低,绿氢成本最高;到2030年绿氢成本将下降至20~25元/kg;2050年后,绿氢将成为成本最低的制氢方式（含碳排放成本),而且PEM（质子交换膜）电解水制氢的成本将低于AE（碱性）电解水制氢,光伏+PEM电解水制氢成本将下降至12元/kg。电解槽和电力成本下降是未来绿氢成本下降的主要驱动因素。敏感性分析表明,运营维护成本和关键技术学习率是影响绿氢成本下降速度的重要参数。     

冰封期达里诺尔湖同位素与营养盐分布特征及关系的定量分析

以内蒙古高原的达里诺尔湖为研究对象,对其在冰封期湖水不同相态下总氮(TN)、总磷(TP)浓度以及氢、氧同位素比值的分布特征和定量关系进行初步研究.结果表明:1)在冰封期,达里诺尔湖水体中营养盐的平均浓度相对较高,已远超过国家Ⅴ类水质标准.水体中TN、TP浓度均大于其在对应冰体中的浓度,均值分别是对应冰体中的9.91、3.11倍,说明低温冷冻过程对达里诺尔湖水体中的氮、磷具有浓缩效应.而通过与非冰封期的对比发现,湖冰的排氮效应强于磷.2)冰封期由于结冰过程中同位素热力学分馏明显,加之贡格尔河的入流补给,使得达里诺尔湖冰体中的氢、氧同位素比值远高于水体中的比值,同时,随冰层的加深,同位素逐渐偏重.3)冰封期达里诺尔湖水体及冰体中,同位素比值与营养盐浓度均呈显著负相关,水体的相关性较冰体要好,在冰层中,随着冰层的加深相关性越明显.利用SPSS统计软件分析发现同位素比值与营养盐浓度的相关关系显著,水体中最大相关系数达到0.991,冰体中达到0.988;氢同位素(D)与TN、TP浓度的关系式分别为:TN=-0.2825δD-6.0083和TP=-0.0805δD-1.2395,这为研究湖泊营养盐的时空变化规律提供新的手段和理论.     

汶川地震科学钻探2号孔(WFSD-2)随钻泥浆氢和汞浓度与断裂构造关系

以WFSD-2钻孔为研究对象,分析了随钻泥浆氢（H₂）和汞（Hg）浓度特征,在垂向上存在显著不均匀性,出现多段浓度异常高值.研究表明：（1） H₂和Hg浓度异常与次级断裂和岩石构造性质有较大关系,以断裂带或破碎带为通道运移而产生高值异常;（2）随钻泥浆H₂和Hg浓度特征暗示了汶川地震WFSD-2孔中主滑移带位置,表明随钻流体特征是识别地下裂隙带、破碎带或断裂带的途径之一;（3） H₂和Hg浓度异常还可能与构造块体边界强震活动和断裂带近场中等地震活动有关.本文研究结果为分析大震过程中深部流体活动行为提供了H₂和Hg地球化学特征依据,对地震前兆机理研究也具有重要的参考价值.     

松原5.7级地震震中区土壤氢气变化特征

2018年5月28日吉林松原发生5.7级地震,为了探究地震对断层气的影响以及震后断层气变化特征,震后在震中区进行了多期土壤氢气浓度观测工作,得到了震中区氢气浓度的最大值、背景值等多项指标。结合地震前后氢气浓度数据,分析震中区震前、震后氢气浓度趋势性变化情况,结果显示:在此次地震活动中,氢气浓度变化有"震前缓慢升高—临震下降—震后迅速升高—强余震前再次骤升"的现象;氢气浓度变化与地震活动间有很好的映震关系,主震对氢气浓度的上升起主要作用,而余震则起诱发作用,余震的活动会使赋存在地下岩石裂隙的氢气释放量增大,表明氢气对余震活动的响应较灵敏;另外,震后某一时刻空气中的氢气浓度也会升高,这可能与区域断层中的氢气逸散到大气中有一定关系。     

九江地震台观测井水氢氧同位素特征及意义

在地震地下流体观测研究中,基于氢氧同位素示踪技术研究地下水补给源及循环过程是常用的技术方法之一。本文给出了九江地震台2号观测井水、大气降水、周边水库水及高山泉水等样品的氢氧同位素测定结果,表明地下水δ~(18)O测值介于-7.59‰～-6.09‰,平均值-6.99‰,δD测值介于-45.22‰～-39.69‰,平均值-42.32‰,变异异数分别为0.09、0.16;大气降水δ~(18)O测值介于-13.00‰～-1.27‰,平均值-4.74‰,δD测值介于-96.13‰～-4.74‰,平均值-46.87‰,变异异数分别为0.40、0.56,与降水相比,地下水氢氧同位素变化更为稳定。大气降水氢氧同位素2017年5～10月表现为明显的降水效应,2018年11～4月表现为明显的温度效应,而地下水氢氧同位素并未表现出明显的降水效应和温度效应。氢氧同位素及过量氘揭示地下水在下渗补给前经历了明显的蒸发分馏作用,并与围岩进行~(18)O交换,δ~(18)O与δD计算得出的补给高程分别约为647、440m。九江台观测井的观测层地下水为大气降水成因的构造裂隙水,属于大气成因型且循环过程为较稳定的裂隙水补给并形成承压自流井。     

Formation Mechanism and Controlling Factors of Natural Gas Reservoirs of the Jialingjiang Formation in the East Sichuan Basin

The Lower Triassic Jialingjiang Formation reservoirs are distributed widely in the East Sichuan Basin, which are composed mainly of fractured reservoirs. However, natural gas with high concentration of H2S, ranging from 4% to 7%, was discovered in the Wolonghe Gas pool consisting primarily of porous reservoirs, while the other over 20 fractured gas reservoirs have comparatively low, tiny and even no H2S within natural gases. Researches have proved the H2S of the above reservoirs are all from the TSR origin. Most of the Jialingjiang Formation natural gases are mainly generated from Lower Permian carbonate rocks, the Wolonghe gas pool＇s natural gases are from the Upper Permian Longtan Formation, and the natural gases of the Huangcaoxia and Fuchengzhai gas pools are all from Lower Silurian mudstone. The formation of H2S is controlled by the characteristics and temperature of reservoirs, and is not necessarily related with gas sources. The Jialingjiang Formation in East Sichuan is buried deeply and its reservoir temperature has ever attained the condition of the TSR reaction. Due to poor reservoir potential, most of the gas pools do not have enough room for hydrocarbon reaction except for the Wolonghe gas pool, and thus natural gases with high H2S concentration are difficult to be generated abundantly. The south part of East Sichuan did not generate natural gases with high H2S concentration because the reservoir was buried relatively shallow, and did not suffer high temperature. Hence, while predicting the distribution of H2S, the characteristics and temperature of reservoirs are the necessary factors to be considerd besides the existence of anhydrite.     

莱芜盆地牟汶河流域水体同位素特征与分析

通过对莱芜盆地牟汶河流域附近不同水体进行取样,采用氢氧同位素进行分析,初步研究了牟汶河流域上游不同类型地下水氢氧同位素分布特征,分析了地下水补给来源及循环机理。研究结果表明:莱芜盆地东部牟汶河上游地区,松散岩类孔隙水、岩浆岩变质岩类裂隙水补给来源主要为大气降水,地下水循环速度较快;岩溶水除接受大气降水补给外,还接受其他类型地下水间接补给;整体上研究区内地下水循环更新速度较快,均为0～10年左右新水。     

克鲁伦河流域下游水体氢氧同位素与水化学特征

通过对克鲁伦河流域下游河水与地下水的主要离子水化学与氢氧同位素进行分析,结合区域水文地质资料,利用Durov图、空间插值、统计分析等方法分析了河水与地下水水化学与氢氧同位素特征。结果表明,河水的水化学类型主要为Na-Ca-HCO3型,地下水水化学类型为Na-Cl和Ca-Na-HCO型。克鲁伦河水主要离子浓度与氢氧同位素空间分布特征显著较地下水稳定、空间差异小。流域内地下水与地表水主要来自降水补给,地下水也是克鲁伦河的主要补给源。氘盈余变化揭示出克鲁伦河水的蒸发分馏程度强于地下水,除流域内水体蒸发主要受地质地貌影响外,人类活动对河水的影响显著于周边地下水。G3点所在的西庙为一个完整独立的水文地质单元,其表现出的水化学与氢氧同位素特征均异于其他地下水。流域内部分地下水F-含量超标,虽然一定程度是受人类活动影响,但更多的是基于综合水文地质条件基础上的自然现象,已严重威胁人类生存,应引起当地有关部门的高度重视,避免氟中毒事件重现。     

重金属硫化矿物溶解度的近似计算及其讨论

在H.C.Helgeson等人根据热力学导出的简单矿化物(MS型)溶解度公式的基础上,引进了ψ函数,考虑了氧化还原电位Eh对溶解度的影响,导出了新的硫化物溶解度公式。