Geochemical evolution of groundwater in hard-rock aquifers of South India using statistical and modelling techniques

ABSTRACT

Multivariate statistical analysis and inverse geochemical modelling techniques were employed to deduce the mechanism of groundwater evolution in the hard-rock terrain of Telangana, South India. Q-mode hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA) were used to extract the hydrogeochemical characteristics and classify the groundwater samples into three principal groups. Use of thermodynamic stability diagrams and inverse geochemical modelling in PHREEQC identified the chemical reactions controlling hydrogeochemistry of each of the groups obtained from statistical analysis. The model output showed that a few phases are governing the water chemistry in this area and the geochemical reactions responsible for evolution of groundwater chemistry along the flow path are (i) dissolution of evaporite minerals (dolomite, halite); (ii) dissolution of primary silicate minerals (albite, anorthite, K-feldspar, biotite); (iii) precipitation of secondary silicate minerals (kaolinite, quartz, gibbsite, Ca-montmorillonite) along with anhydrite and calcite; and (iv) reverse ion exchange processes.     

中尺度涡冷暖特征的推导

为了从理论上解释中尺度涡旋冷暖性质与涡旋旋转方向的关系,本文基于中尺度涡的几何特征,做出如下假设：中尺度涡具有对称的几何形态,涡旋中海洋要素沿径向具有线性化变化的特征。从原始方程组出发,利用柱坐标系和上述假设条件,略去耗散力,推导出了中尺度涡的一些冷暖特征,论证气旋式中尺度涡对应冷涡和反气旋式中尺度涡对应暖涡的涡旋冷暖特征与部分涡旋的观测不符的现象。结果表明,中心对称的形式可以作为对中尺度涡的几何特征的一个理想的形态近似,在考虑上述假设条件的理想环境下,柱坐标系在研究中尺度涡的几何性质上具有一定的优势。     

基于热力学过程的渤海海冰生消模型

为了对渤海海冰生消问题进行模拟,基于三维自由水面垂向分层动网格的Euler-Lagrangian模式,采用VC（Vertex-Centered）方式的非结构化有限体积方法离散三维浅水方程组,模拟渤海的水流运动过程。以此水动力场为背景,引入热力学过程的影响,对渤海海域的冬季结冰过程进行模拟,建立了海冰生消模型。其中热力学参数主要包括大气温度、相对湿度、风场特征、太阳辐射、感热通量系数以及潜热通量系数。以渤海2011/2012年常冰年的结冰过程为例,将各个热力学参数对冰情影响的敏感性进行分析,对模型进行了验证。结果表明,感热与潜热系数是对冰情影响最敏感的一项,即当感热和潜热通量系数仅减小了0.000 2后,其海冰的最大厚度就减小了15 cm。最后,通过连续实测的水动力数据与2009/2010年冬季的典型海冰灾害过程再一次对模型进行了验证,充分说明了模型具有较高的精确性、稳定性与实用性。     

Computer thermodynamic modeling of the transport and deposition of Sb and Au during the formation of Au-Sb deposits

Using the Chiller computer program, we performed modeling of the mechanisms of the joint transport and deposition of Au and Sb from various ore-forming solutions during the formation of Au-Sb deposits. Three models are considered by the example of the Uderei Au-Sb deposit in the Yenisei Ridge: (1) simple cooling (cooling only), (2) iso-enthalpy boiling (P = f(T)), and (3) solution–rock interaction (rock titration model). The behavior of Sb(III) and Au(I) in the system Au–Sb–Fe–Cu–Pb–Zn–As–H₂O–Cl–H₂S–CO₂ under hydrothermal conditions was studied. It is shown that both weakly alkaline (near-neutral) and reduced acidic Fe_aq²⁺-enriched low-chloride high-CO₂ and high-chloride hydrothermal solutions play a crucial role in the formation of gold parageneses of Au-Sb ores.     

不同海域影响热带气旋强度变化的环境动力因素对比

利用1982-2007年NCEP/NCAR再分析资料、月平均海平面温度(SST)资料和西北太平洋、北大西洋以及北印度洋热带气旋(TC)资料,对比分析了环境动力因素对不同海域TC强度在不同时间尺度变化的影响.结果表明,在各时间尺度上,TC强度变化与垂直风切变变化有密切的联系.在西北太平洋,使TC过程强度增强或减弱的风切变...     

CaSO4-C-H2O体系研究：模拟实验与热力学探讨

传统认为TSR成因的固态沥青(焦沥青)属于热化学反应的终端产物,不会对TSR的反应进程起到重要作用.本文以活性炭作为固态沥青(焦沥青)的模型化合物,开展了CaSO4-C-H2O体系的热模拟实验研究,探讨了CaSO4-C-H2O体系发生TSR的热力学特征.实验结果表明,CaSO4-C-H2O体系在300℃时即可启动TSR,主要生成CaCO3、H2S和CO2等产物.这一TSR门限温度要远低于以往室内利用气态或液态烃类进行的TSR模拟实验温度范围,与热力学计算结果一致.利用HSC Chemistry 5.0软件进行TSR过程模拟,发现25～200℃时CaSO4-C-H2O体系发生的TSR完全受动力学控制,在温度保持不变情况下,压力增大不利于CaSO4-C-H2O体系发生TSR.较少的含水量对TSR有一定促进作用,而含水量过多则可能抑制TSR的进行,含水量对TSR的影响可能与CaSO4在水中的饱和浓度有关.在一定的温度下,当体系pH≤2时,随着pH逐渐降低,CaSO4的量呈线性递减,但在沉积盆地地层水pH范围内(pH＞4),pH对TSR的作用可以忽略不计.CaSO4-C-H2O体系发生的TSR反应是一个放热过程,并且随着温度升高,反应热逐渐增大.在25～200℃范围内,TSR反应热为12.9～133 J/molCaSO4.热力学计算以及模拟实验结果均暗示,固态沥青(焦沥青)可能比烃类更容易参与TSR.     

夏季强沙尘暴内部热力动力特征的个例研究

根据对流体在热低压条件下激发强沙尘暴的机理,并应用Rennó和Ingersoll于1996年提出的热机自然对流理论,对2004年7月12日甘肃省酒泉基准站发生的强沙尘暴内部动力热力结构进行了探讨。结果表明:①在沙尘暴发生前的一小时大气底层处于干热状态,垂直方向巨大的温度梯度有利于干对流发展。②激发强沙尘暴的对流体的切向旋转速度和垂直运动速度的大小,很大程度上决定了沙尘暴的强弱。③利用酒泉站探空资料计算出的沙尘暴对流体的最大切向旋转速度为11.4 m·s-1,垂直运动速度为14.0 m·s-1;地面沙尘暴观测系统记录的平均环境风速仅为5.5 m·s-1,瞬间最大风速只9.3 m·s-1。     

全球温度变化的热力学平衡和最新发现

本文提出了一种新的研究全球气候温度变化的思路。为发现全球气候变化的宏观规律,把生物圈系统作为一个整体的物质进行研究,从而把纷繁复杂的全球气候温度变化问题归纳成经典物理学的热量与温度变化问题。给出了广义生物圈的热平衡测量Q值和温度变化的热力学公式,并在实际数据的基础上通过计算发现人类使用矿物燃料和核能所排放的热量理论上可使全球海平面每年升高35 mm或者可使大气对流层温度每年升高011 ℃。该发现表明:能源热量因素已成为影响全球温度变化的重要因素。     

Adsorption kinetics, isotherm, and thermodynamic studies of adsorption of pollutant from aqueous solutions onto humic acid

In the present study,humic acid was used as an adsorbent for the investigation of the adsorption kinetics,isotherms,and thermo-dynamic parameters of hexavalent chromium from aqueous solution at varying pH,temperatures,and concentrations.Adsorption isotherms and equilibrium adsorption capacities were determined by the fittings of the experimental data to three well-known iso-therm models:Langmuir,Freundlich,and Redlich-Peterson.The results showed that the Langmuir and Redlich-Peterson models appear to fit the adsorption better than did the Freundlich adsorption model for the adsorption of chromium onto humic acid.The equilibrium constants were used to calculate thermodynamic parameters such as the change of free energy,enthalpy,and entropy.The derived adsorption constants (logaL) and their temperature dependencies from Langmuir isotherm have been used to calculate the corresponding thermodynamic quantities such as the free energy of adsorption,heat,and entropy of adsorption.The thermo-dynamic data indicate that Cr (VI) adsorption onto humic acid is entropically driven and characterized by physical adsorption.     

地质流体状态方程

几乎所有的地球化学过程都有地质流体参加, 定量地了解地质流体的物理化学性质是定量研究地球化学过程的基础.100多年以来, 广大化学和实验地球化学工作者做了大量的实验测定工作, 可是所有这些工作之和, 仅仅覆盖地球范围内一个不大的温压空间, 远远不能满足地球化学研究的需要.近年来, 我们试图通过分子水平上的研究, 结合热力学和统计力学方面的知识, 在重现前人实验结果的基础上, 研究实验工作者没有或不能研究的温压和成分空间, 得到了一系列能够精确预测地质流体在广阔的温压范围内的物理化学性质的状态方程.这些状态方程不仅能够重现实验数据, 而且具有良好的外延能力, 可以应用于地球化学领域诸多方面的研究.重点讨论了几个状态方程(包括纯流体状态方程含水溶液状态方程和含盐-水-气的状态方程) 在预测流体的溶解度、相平衡、化学位和PVT性质方面的应用.简要介绍了近年来笔者应用分子动力学和蒙特卡罗模拟在地质流体研究方面所取得的成果