X射线衍射法在天然气水合物研究中的应用

天然气水合物是一种由气体分子(包括烃类和CO2、H2S等非烃类气体)和水分子在高压低温环境中形成的笼型水合物,主要有Ⅰ型(立方晶体结构)、Ⅱ型(菱形晶体结构)和H型(六方晶体结构)三种晶体结构。研究水合物的结构特征及变化规律,对于认识水合物形成机理、微观动力学、相态转化及水合物样品鉴定等具有重要意义。X射线衍射(XRD)是一种利用X射线照射晶体(或某些非晶态物质)时产生的衍射来研究晶体内部结构(即内部原子排布)的分析技术。该技术应用于天然气水合物研究,不仅能准确获取水合物的结构类型及晶格参数等重要信息,还能观测水合物生成分解的微观动力学过程。本文阐述了XRD技术应用于水合物结构特征研究、水合物生成/分解动力学过程原位观测以及野外水合物样品鉴定等方面的研究进展。已知结构Ⅰ型和Ⅱ型水合物立方晶体的边长分别约为12.0×10-10m和17.3×10-10m,而结构H型水合物六方晶体a轴和c轴的边长分别约为12.2×10-10m和10.0×10-10m,因此,通过XRD技术准确测量水合物晶体的晶格参数,即可判定水合物晶体的结构类型,该技术在国外已应用于海洋和冻土区钻获的天然气水合物样品鉴定并获得结构信息。此外,通过测定不同条件下生成的水合物晶体参数的变化,可研究水合物的结构转换及其影响规律,研究表明混合气体的组成、客体分子体积及直径大小、温度等都对水合物晶体参数及结构产生影响。通过在高压环境下的XRD原位技术,可测定水合物的生成与分解过程中衍射峰的变化,研究水合物生成/分解动力学过程,研究表明水合物生成/分解主要分两个阶段,即在气液(固)表面的快速生成/分解过程及气体分子在液(固)体内部的扩散过程,后一个阶段控制着反应速度。目前,国外在水合物研究中应用XRD技术已相对成熟,而我国才刚刚起步。本文认为,将XRD技术应用到天然气水合物的研究中,可解决水合物的结构类型鉴别及晶格参数测量等基本的科学问题,而且XRD技术与核磁共振、红外光谱、X-CT等分析技术的联用,尚有很大的发展空间,将为天然气水合物相关的理论研究提供强有力的技术支撑。     

鄂尔多斯盆地西缘桌子山地区石峡谷剖面中奥陶统克里摩里组下段等深流深水水道沉积

鄂尔多斯盆地西缘桌子山地区中奥陶统克里摩里组下段以深灰色薄—中层石灰岩夹灰黑色极薄层泥岩为特征,石灰岩单层略显透镜状且基本未受后期成岩作用改造,其中石峡谷剖面垂向上特征变化明显,是研究该组沉积过程的理想剖面。本次研究在详细的野外观察基础上,依据岩石特征和沉积构造进一步确认克里摩里组深水斜坡沉积背景和等深流沉积,同时详细研究了薄—中层石灰岩的充填特征和形态特征,探讨其水动力特征和沉积机制。结果表明: (1)在粉晶石灰岩和灰泥石灰岩中,晶粒呈散点状分布,粉晶之间为灰泥充填,同时岩层内部具有不均一性,粗粉晶、细粉晶和灰泥呈相间分布;(2)石灰岩主要发育和单层内粒度(方解石晶粒)变化有关的沉积构造,包括具有双向递变特征的粒序层、条带状构造和水平层—均匀层—水平层序列;(3)石灰岩层中透镜体发育,包括薄层中的小型连续透镜体、中层(一般小于30^cm)中的长透镜体以及由多个石灰岩层组成的透镜体,后者侧向上尖灭于页岩或地形高处,其内部单个岩层可呈对称性尖灭;(4)剖面上发育单层石灰岩厚度向上变薄的垂向序列以及由该序列组成的石灰岩叠置层。结合已有研究成果认为: 克里摩里组下段薄—中层石灰岩沉积于深水底流发育环境,其水动力具有低速、弱—强—弱周期变化和空间上受限的特征,应为等深流水道沉积,其沉积机制可分为3个阶段,即等深流作用前的清水钙质沉积、等深流作用期间对沉积物的改造和等深流作用后的浑水泥质沉积。     

地下结构孕险环境危险性预警的改进SVM模型

针对地震作用下孕险环境样本数据有限、复杂非线性等特点,提出了一种基于最小二乘支持向量机的地下结构孕险环境危险性预警方法。围绕地震后效应的地下工程区域孕险环境危险性预警目标和特征参数,设计孕险环境危险性问题的向量机表示形式,提出孕险环境危险性支持向量机训练工作机制,利用支持向量机结构风险最小化原则和非线性映射特性,建立基于最小二乘支持向量机的地下结构孕险环境危险性预警模型及其算法组件,并利用遗传算法优化其惩罚函数和核函数参数,隐式表达孕险环境危险性与其影响因素之间的非线性关系。结果表明,模型具有有效的小样本学习能力,具有较高的拟合和预测精度,明显优于神经网络等预测模型。     

X射线荧光光谱-电子探针在中酸性火山岩鉴定中的应用

中酸性火山岩多具斑状结构,基质可见微晶状结构、隐晶状结构、玻璃质结构等,由于基质矿物颗粒多细小,常用的偏光显微镜受放大倍数的限制,很难准确鉴定矿物种属及含量,这类岩石仅依靠偏光显微镜分类命名会存在误差。本文采用X射线荧光光谱(XRF)、电子探针(EMPA)和偏光显微镜下观察相结合的方法,对中酸性火山岩进行鉴定。结果表明:对于基质呈隐晶质、显微晶质的中酸性火山岩,基质特征相似,偏光显微镜下无法确定长石、石英的含量,因此无法对岩石准确命名;再通过XRF进行主量元素分析,并对分析结果进行标准矿物QAPF双三角图解分类、TAS图解分类及李氏火山岩定量分类,对比结果显示三种分类命名方法存在差异;通过电子探针对矿物进行校验显示,QAPF及李氏火山岩定量分类图解与显微镜下鉴定相符,TAS图解与其他分析结果存在一定偏差。因此,对于中酸性火山岩准确命名,应采用多种分析方法相结合的方式,避免测试单一引起的误差。     

渭河盆地岩石圈热结构模拟及其对地热系统热源机理的启示

深部温度场与岩石圈热结构特征是认识地热系统深部热源机理的重要途径。本文在系统分析渭河盆地及其邻区现今大地热流特征基础上,基于旬邑—西峡宽角反射/折射地震测深剖面揭示的地壳分层结构,采用二维有限元方法,对渭北隆起、渭河盆地以及北秦岭构造带的深部温度场和岩石圈热结构开展数值模拟研究,在此基础上分析渭河盆地地热系统深部热源机理。结果表明,旬邑—西峡剖面上大地热流介于57.6～75.7mW/m²之间,平均为(70.4±4.7)mW/m²;地幔热流在29.5～38.6mW/m²之间,平均值为34.1mW/m²;莫霍面温度变化范围约在600～740℃之间;“热”岩石圈厚度约为95～110km。从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,大地热流、莫霍面温度和地幔热流值表现出低→高→低的变化规律,相应地“热”岩石圈厚度则表现出厚→薄→厚的变化趋势。渭河盆地地壳厚度减薄明显,莫霍面温度显著高于渭北隆起和秦岭造山带,暗示着渭河盆地地壳活动性显著。然而,从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,“热”岩石圈厚度变化范围不大,且渭河盆地内...     

Sur les anomalies structurales de l'anticlinal de l'oued Bahloul de Tunisie : héritage tectonique et plissement cisaillant de couverture

The Oued Bahloul structure exists in the central Atlas of Tunisia. This structure is oriented N70 and it shows a very particular geometry characterized by: (i) an important disharmony between the northern and the southern flanks; (ii) a dissymmetry between the east and the west parts of the structure; (iii) several gaps and progressive unconformities present in the Cretaceous and Eocene series.Three major tectonic directions characterize this structure: (i) the N120 appears in the western part of the anticline; (ii) some north–south faults distinguish the oriental part; (iii) the strike fault, which is confirmed by seismic data, affects the central part of this anticline. To cite this article: A. Saadi et al., C. R. Geoscience 338 (2006).     

中国大陆地磁学特征与百年地震相关关系分析

鉴于我国目前正面临着本世纪第五个地震活动期,探索地震的发生规律,是个很重要的地学问题。作者在前期工作的基础上,提取了不同分量、不同阶次的区域地磁异常的特征线,并对比了 ２０ 世纪以来大地震（ Ｍｓ≥６０）的分布,发现大地震多数分布在特征线上,特别是交叉点处。说明这些特征线反映了地壳深部构造特征,故对中、长期地震预报将起到重要作用。     

三维构造模拟方法--体平衡技术研究

为了实现三维构造史模拟,在二维平衡剖面技术的基础上,提出了适用于在维构造模拟的方法－体平衡技术,其核心是通过分析断层演化及地层变形在三维空间中的特殊性,建立三维复杂构造的数学模型和三维物质平衡方法,它简化了平衡时三维的体积计算和对不平衡体积构造体的适应性,从而减少了三维构造模拟的实现难度。     

Effects of Crustal Structure for Estimation of Vertical Load Deformation on the Solid Earth Using GRACE in China Mainland

When the inversion of vertical load deformation on Earth’s surface using GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) data, the load Love numbers based on PREM (Preliminary Reference Earth Model) are commonly used. But the crustal structure under China mainland especially under Tibet Plateau is quite different from that given by PREM Earth model. New load Love numbers were calculated based on a modified Earth model which accounted for regional crustal structure in China mainland. And the effect of regional crustal structure in China mainland for estimation of vertical load deformation on Earth’s surface using GRACE RL05 data was investigated in this paper. It is found that the effect of crustal difference is very prominent. The relative difference of load Love numbers for vertical deformation can reach about 11% at degree 90. The extreme value of difference in vertical load deformation below 90 degree of spherical harmonic coefficients located at the southeastern Tibet Plateau and the maximum relative difference reaches 10%. The relative difference of the root mean square is about 4%. It is suggesting that an Earth model with a more realistic crustal structue instead of PREM should be used for the estimation of vertical load deformation in China mainland espacially in Tibet Plateau.