A Physically-Based Turbulent Velocity Time Series Decomposition

Single-point, three-component turbulent velocity time series data obtained in the atmospheric boundary layer over the ocean reveal coherent structures that are consistent with a model of a steady linearly varying spatial velocity field that translates past the measurement point at constant velocity. The kinematic model includes both strain and rotation rates and has implications regarding vortex generation, vortex pairing, vortex break-up, and stability. While the complete specification of the dimensions, spatial velocity gradients, and translational velocity of the linear coherent structure (LCS) cannot be made from the single-point, three-component measurements, the model LCS velocity time series can be determined from least- squares fits to the data. The total turbulent kinetic energy is used to find in the record the initial and final times of a model LCS in the data, i.e., the time interval over which a model LCS is passing over the anemometer. Maxima in the kinetic energy removed from the data (by subtraction of the model LCS velocity functions from the data) are used to identify the most-energetic model LCSs. These model LCS velocity functions replicate the essential large-scale features of the time series of the three-component velocity fluctuations, most noticeably in the streamwise component. The model LCS decomposition was used to perform a scale analysis of the data, which was compared to the usual Fourier method. Time intervals of model LCSs were found successively in the data, after subtracting the previous fits. This process resulted in a series of 'levels with a number of LCSs found at each level. About six levels account for most of the kinetic energy. The model also allows the computation of the Reynolds stress components, for which six levels also are sufficient. The recomposition of the time series on a LCS-by-LCS basis compares well with the mode-by-mode Fourier recomposition for the average momentum fluxes and kinetic energy.     

Geochemistry of the thermal springs and fumaroles of Basse-Terre Island,Guadeloupe, Lesser Antilles

 The purpose of this work was to study jointly the volcanic-hydrothermal system of the high-risk volcano La Soufrière, in the southern part of Basse-Terre, and the geothermal area of Bouillante, on its western coast, to derive an all-embracing and coherent conceptual geochemical model that provides the necessary basis for adequate volcanic surveillance and further geothermal exploration. The active andesitic dome of La Soufrière has erupted eight times since 1660, most recently in 1976–1977. All these historic eruptions have been phreatic. High-salinity, Na–Cl geothermal liquids circulate in the Bouillante geothermal reservoir, at temperatures close to 250  °C. These Na–Cl solutions rise toward the surface, undergo boiling and mixing with groundwater and/or seawater, and feed most Na–Cl thermal springs in the central Bouillante area. The Na–Cl thermal springs are surrounded by Na–HCO₃ thermal springs and by the Na–Cl thermal spring of Anse à la Barque (a groundwater slightly mixed with seawater), which are all heated through conductive transfer. The two main fumarolic fields of La Soufrière area discharge vapors formed through boiling of hydrothermal aqueous solutions at temperatures of 190–215  °C below the "Ty" fault area and close to 260  °C below the dome summit. The boiling liquid producing the vapors of the Ty fault area has δD and δ¹⁸O values relatively similar to those of the Na–Cl liquids of the Bouillante geothermal reservoir, whereas the liquid originating the vapors of the summit fumaroles is strongly enriched in ¹⁸O, due to input of magmatic fluids from below. This process is also responsible for the paucity of CH₄ in the fumaroles. The thermal features around La Soufrière dome include: (a) Ca–SO₄ springs, produced through absorption of hydrothermal vapors in shallow groundwaters; (b) conductively heated, Ca–Na–HCO₃ springs; and (c) two Ca–Na–Cl springs produced through mixing of shallow Ca–SO₄ waters and deep Na–Cl hydrothermal liquids. The geographical distribution of the different thermal features of La Soufrière area indicates the presence of: (a) a central zone dominated by the ascent of steam, which either discharges at the surface in the fumarolic fields or is absorbed in shallow groundwaters; and (b) an outer zone, where the shallow groundwaters are heated through conduction or addition of Na–Cl liquids coming from hydrothermal aquifer(s). Received: 9 November 1998 / Accepted: 15 July 1999     

新疆-甘肃北山金矿南带的成矿流体演化和成矿机制

北山金矿南带是西北5省区规模最大的金矿带。选择北山南带的新金厂、老金厂和小西弓金矿床，在矿床地质和岩相学研究的基础上，对脉石英的流体包裹体进行了显微温度计和激光拉曼探针气体成分测定；对石英和矿石黄铁矿的包裹体H2O，CO2和CH4进行了H和C同位素组成测定，对石英和黄铁矿分别做了O和S同位素组成测定。3个金矿床的脉石英含有富CO2＋CH4、H2O溶液以及H2O-CO2＋CH4包裹体。小西弓金矿床流体包裹体的均一化温度主要介于270℃-450℃，一部分H2O溶液包裹体圈闭了高盐度流体（16．43—18．63wt．％NaCl equiv．），大部分H2O溶液包裹体和全部富CO2＋CH。包裹体代表了中-低盐度（2．8％-13．6％）流体。新金厂金矿床流体包裹体的均一化温度主要介于210℃-346℃；一部分流体包裹体圈闭了高盐度（10．98％～14％NaCl equiv．）流体，一部分H2O溶液包裹体和绝大多数富CO2＋CH4包裹体圈闭了中-低盐度（2．9％-8．81％NaCl equiv．）流体。老金厂金矿床H2O溶液包裹体的均一化温度主要分布于141℃-400℃，含盐度介于1．4％-8．28％，属于中-低盐度流体。进行了大气降水-围岩^18O／^16O、D／H交换反应模拟。小西弓矿床早期硫化物-石英脉金矿成矿流体对应较高的水／岩比（=0．01—0．05），其^18O／^16O和D／H组成更受钾长花岗岩者控制，硫化物的δ^34S值也接近钾长花岗岩的黄铁矿者，指示热液流体围绕着钾长花岗岩的对流淋滤。成矿晚期，围绕着花岗岩侵入体的热液对流崩溃，矿区围岩内发育更大尺度的彼此分离的弥漫性流体渗透淋滤；相应地，小西弓矿床晚期蚀变岩金矿成矿流体的8D值对应低水／岩比（0．005-≈0．01），其δ^18O值变化范围较宽，受当地中元古界变质岩控制，蚀变岩型金矿黄铁矿的δ^34S值也接近中元古界长英质片岩的黄铁矿者。新金厂金矿和老金厂金矿成矿流体的δD值和δ^18O值对应的水／岩值分别介于0．004—0．01和0．007～0．02，与岩浆流体或者下二叠统哲斯群辉绿岩和英安岩围岩具有更密切的关系。新金厂金矿和老金厂金矿黄铁矿样品的δ^34S值介于-2．58‰和-6．32‰，指示S来源于下二叠统哲斯群辉绿岩、英安岩和碳质板岩围岩。3个金矿的石英包裹体CO2（δ^13C=-2．20‰--9．14‰），以及石英和黄铁矿包裹体CH4（δ^13C=013．10‰--27．40‰）不平衡；前者来源于幔源岩浆去气，后者来源于哲斯群碳质板岩或者中元古界长英质片岩中的还原碳。3个金矿黄铁矿包裹体的CO（δ^13C=-10．79‰--23．62‰）主要来源于哲斯群碳质板岩或中元古界长英质片岩中的还原碳，但是，也混合了较少的岩浆CO2。包裹体CO2和CH4δ^13C值的系统变化，也反映了从岩浆侵位和去气、流体对流，到围岩中流体大面积弥漫性渗透淋滤的演化过程。CH4介入成矿流体，导致流体不混溶和金的沉淀。北山金矿南带的形成既不同于典型的造山带型金矿床，也不同于与侵入岩有关的金矿床。我们提出北山金矿南带的成矿模式为：岩浆去气和流体对流、岩石挤压破碎、流体弥漫性渗透淋滤。     

青龙山超高压变质榴辉岩绿帘石化学成分与流体包裹体特征

青龙山超高压变质榴辉岩中的绿帘石经历了四个演化阶段：早期绿帘角闪岩相进变质阶段形成的绿帘石，其化学成分以含铁高为特征，Fe2O3为14．796～17．84％，XFe=0．413～0．486，而CaO和Al2O3含量较低；柯石英榴辉岩相变质阶段和石英榴辉岩相变质阶段形成的绿帘石，其化学成分呈现连续变化，核部相对富Fe2O3，为11．933～12．993％，XFe=0．322-0．358，而CaO和Al2O3含量低，主要形成于柯石英榴辉岩相变质阶段；边部Fe2O3的含量低，为9．628-10．138％，XFe=0．275～0．286，而CaO和Al2O3的含量高，主要形成于石英榴辉岩相退变质阶段；晚期退变质角闪岩相阶段形成的绿帘石，其化学成分与绿帘角闪岩相变质阶段相似，也以富含Fe2O3为特征，XFe=0．433。绿帘石化学成分的变化反映了苏鲁超高压变质带快速俯冲快速折返的过程。绿帘石中存在三种不同盐度的含Mg^2＋、Fe^2＋等金属阳离子的NaCl水溶液包裹体，高盐度（22．5wt％NaCl至略大于23．2wt％NaCl）的水溶液包裹体形成于柯石英榴辉岩相变质阶段，中高盐度（12．6-16．0wt％NaCl）的水溶液包裹体形成于石英榴辉岩相变质阶段，而中等盐度（6．4-11．7wt％NaCl）的溶液包裹体形成于角闪岩相退变质阶段。绿帘石中流体包裹体的研究证实超高压变质作用及后期的折返过程中并不存在大规模的流体作用，变质流体的活动限于矿物晶体颗粒范围。     

宁芜盆地凹山和东山铁矿床流体包裹体和氢氧同位素研究

本文对宁芜地区凹山和东山铁矿床中的磷灰石流体包襄体进行了较为系统的测温研究,并测定了不同时期形成的磁铁矿、阳起石和石英的 H、O 同位素组成。凹山和东山铁矿磷灰石含有丰富的流体包裹体,原生气液包裹体包括早期细长管状、针状包裹体(类型Ⅱ)和晚期不规则状包襄体(类型Ⅰ);早期包裹体又可分为单一液相包裹体(类型Ⅱ-a)、气液两相(富气相)包襄体(类型Ⅱ-b)、气液两相(富液相)包裹体(类型Ⅱ-c)和气相、液相及固相多相包裹体(类型Ⅱ-d)四种亚类。包襄体中至少含有五种不同的子矿物。磷灰石包裹体记录了多个峰值温度,从600℃～800℃到～410℃和～270℃,分别对应于磷灰石(磁铁矿 透辉石)、阳起石和石英的形成。流体的盐度随温度的降低而逐渐减小,从高达～80%NaCl equiv。到<20%NaCl equiv。磷灰石形成时流体处于不均匀的状态,流体包裹体为非均一捕获。H、O 同位素研究显示成矿流体早期为演化的初始岩浆(水),在高温下形成了铁矿石;此后,成矿流体有可能与蒸发盆地卤水或大气降水发生混合;晚期则可能有较显著的大气降水加入。     

断裂带中的流体活动及其作用

大量证据表明活动断裂带中存在大量流体,不仅可以造成断裂带强度的变化,而且可以导致有效正应力减小,进而诱发地震。在野外观察与模拟的基础上,许多模式被用来解释这一现象。本文简要介绍了有关断裂带特征和分类、流体的来源和运动,以及流体对断裂带的影响和对地震的触发作用等方面的研究进展。     

云南毛坪铅锌（银、锗）矿床流体包裹体特征及成矿流体来源

云南毛坪铅锌(银、锗)矿床是川滇黔成矿域滇东北地区以碳酸盐岩为主岩的中-大型铅锌(银)矿床的典型代表。矿体空间分布严格受 NE 向层间断裂带和猫猫山倒转背斜的控制。主要脉石矿物(铁方解石、方解石及白云岩)中的流体包裹体发育,一般较小(3～15μm),主要为纯液相和液相包裹体,常沿矿物结晶面密集成群展布。成矿流体属 Na~ -K~ -Ca~(2 )-CI~- -F~- 型,流体包裹体均一温度为180～218(C,盐度为4.1 wt%～9.5 wt% NaCl,成矿压力为406×10~5～570×10~5Pa。在主要脉石矿物流体包裹体中,Na~ /K~ (1.54～4.53)与 Cl~-/F~-(0.72～156.33)较高,而重晶石流体包裹体中 Na~ /K~ (0.32～8.36)与 Cl~-/F~-(1.06～16.77)较低。成矿流体的(D 为-23‰～-64‰,方铅矿、闪锌矿和黄铁矿中流体包体(~(18)O_(v-SMOW)依次为0.3‰～6.2‰,-9.0‰～3.4‰和-6.8‰～-12.7‰。脉石矿物的(~(13)C_(v-PDB)为-1.1‰～-3.7‰。以上信息更好地揭示了成矿流体是变质水、岩浆水和建造水混合的产物,它们与沉积作用、昆阳群基底的变质作用及岩浆热液作用有关。该矿床本身可能是富含铅、锌、银等成矿流体对流循环沿构造"贯入"而成。该矿床不同于典型的 MVT 型铅锌矿床,是一碳酸盐岩为主岩的铅锌多金属硫化物矿床。     

河南冷水北沟铅锌银矿床流体包裹体研究及矿床成因

河南栾川冷水北沟铅锌银矿床位于华北克拉通南界栾川断裂北侧。矿床赋存于中-晚元古代浅变质碎屑岩建造中,受断裂控制,矿体呈脉状;矿石主要由金属硫化物,少量石英和碳酸盐组成;围岩蚀变和成矿过程分为4个阶段,以石英- 黄铁矿组合(Ⅰ阶段)、黄铁矿-闪锌矿组合(Ⅱ阶段)、多金属硫化物(Ⅲ阶段)和碳酸盐(Ⅳ阶段)为标志。包裹体研究表明,成矿流体为含 CH_4的碳水体系,盐度为0.22～13.8 wt% NaCl eqv.。从早到晚,流体包裹体均一温度为420℃～340℃(Ⅰ)、370℃～280℃(Ⅱ)、320℃～260℃(Ⅲ)和<260℃(Ⅳ)。Ⅰ、Ⅱ阶段的流体盐度低于8 wt% NaCl eqv.,Ⅲ阶段增高至13.8 wt%NaCl eqv.,甚至偶见子晶。Ⅰ、Ⅱ阶段的流体包裹体均一压力分为两组,即180～200MPa 和70～80MPa,代表着深约8km 的静水与静岩压力系统的共存或交替;Ⅲ阶段只有70～80MPa 一组压力,指示开放环境注入的静水压力体系。Ⅰ、Ⅱ阶段静岩与静水压力系统的交替现象完全吻合于断层阀模式,含 CH_4的 CO_2-H_O 流体的脉动沸腾消耗了流体成矿系统热能,并使盐度不断增高、成矿。该认识可被Ⅱ阶段广泛存在的沸腾流体包裹体组合证明,也与流体包裹体成分类型、矿物共生组合特征、矿石组构的规律演化相一致。以上表明,冷水北沟是一个典型的形成于碰撞造山挤压向伸展转变期的造山型 Pb-Zn-Ag 矿床实例,成矿机理可由碰撞造山成岩成矿与流体作用模型(即 CMF 模式)所解释。     

油气聚集对石英矿物成岩演化的影响

油气在砂岩储层中的聚集会对石英矿物的胶结作用产生影响。对黄骅坳陷三马探区的石英矿物的包裹体分析以及对开放孔隙中原油抽提物和包裹体中原油的生物标志物进行分析,含油级别较低的油层与水层具有相似的均一化温度分布范围,但富含油层中流体包裹体均一化温度高值分布范围比低级别油层和水层低,包裹体中的烃类组成与开放孔隙中的主要存在成熟度上的不同。分析认为石油的充注不会使石英矿物的胶结作用立刻停止,石英的次生加大作用仍在继续,但胶结作用受到一定的抑制,当石油充注到一定程度后,胶结作用将会停止,后期进入储层的成熟度较高的原油可能未被捕获。     

C02-CH4流体与金成矿作用：以阿尔泰山南缘和穆龙套金矿为例

造山型金矿的成矿作用与H20-CO2流体有着密切的联系。然而对阿尔泰山南缘和穆龙套金矿的流体包裹体研究表明，无水的CO2-CH4流体在中亚成矿域中一些金矿床中具有同样重要意义。阿尔泰山南缘萨热阔布金矿包裹体的Xch4达0.20～0.23，穆龙套金矿的XCH4为0.07～0.23。CH4扩大了流体不混溶的范围，有利于对Au的富集沉淀。CO2流体在Au成矿中的重要作用至少包括了三方面的意义，即：缓冲流体PH值范围、提高流体中的Au含量并使其维持与还原硫的络合作用进行迁移；扩大超临界流体的温度范围；增加流体不混溶的区域。CH4的加入扩大了流体不混溶的范围，有利于对Au的富集沉淀。