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。     

内蒙古通辽市科尔沁区土壤硒地球化学特征

对通辽市科尔沁区土壤与农作物中硒元素地球化学特征及影响因素的系统研究显示，研究区土壤硒含量水平普遍较低，且空间分布不均，仅局部达到足硒水平.硒元素主要富集在表层土壤中，且与有机碳、Al₂O₃、TFe₂O₃、Mn、P等呈正相关关系，表明土壤中有机碳、黏土矿物、铁锰氧化物对硒元素地球化学行为有重要影响.研究区土壤呈碱性至强碱性，富硒农作物并不严格产出在富硒土壤中.因此，开发富硒农产品要综合考虑土壤硒含量、土壤有效态硒含量、农作物硒含量、土壤理化性质及地理景观等因素.     

中条山西南段与变基性岩有关的铜矿地质特征及成因浅析

与变基性岩有关的铜矿 ,是在中条山西南段新发现的一种新的铜矿类型 ,其形成是在原始基性岩浆侵入或喷发作用形成的矿源岩或矿化体基础上 ,经过区域变质和印支 -燕山期构造 -岩浆热液的改造加富而成 ,其成因应属与变基性岩有关的变质 -热液改造型铜 (镍、铁 )矿床。     

中国东部岩石圈地幔的富化和置换过程

中国东部大陆主要由华北和华南两个古老地块在早中生代沿秦岭-大别-苏鲁造山带拼合形成,在显生宙特别是晚中生代时,东部大陆特别是华北东部发生显著活化,表现为浅部强烈的构造变形、盆地形成、岩浆活动、巨量成矿和深部岩石圈地幔的改造、减薄和增生作用,从而明显区别于全球其他稳定的克拉通地区。本文梳理了中国东部大陆演化历史和岩石圈地幔特征,认为华北和华南地块均由古老陆块拼合而成,块体初始规模小且内部发育薄弱带;显生宙以来华北、华南甚至整个中国东部都受到周边多个构造域的夹持影响,板片俯冲引起的软流圈上涌和熔流体活动沿大陆内部薄弱带和边缘有效侵蚀、改造上覆大陆岩石圈,使之发生减薄、再富集和置换作用,这种被改造的岩石圈地幔具有饱满的组成(富含玄武质组分)、较高的密度和较低的刚性程度,容易发生构造变形和部分熔融,使原本稳定的克拉通发生活化。因此,块体规模和内部薄弱带(内因)及周边构造环境(外因)是大陆稳定性的重要控制因素,中国东部大陆显生宙活化是这些因素协同作用的结果。     

青海木里冻土区天然气水合物钻探施工技术

钻探取心是天然气水合物资源调查研究的一种重要技术手段,也是识别天然气水合物最有效的方法之一。青海木里煤田三露天调查区地质构造复杂,水合物钻探施工时极易出现孔壁坍塌、水合物分解、气侵泥浆及孔内涌气、涌水、漏失等问题,取芯困难、钻进效率低。针对这些技术难题,开展了泥浆制冷技术、大口径绳索快速取心钻进技术、聚合物低温泥浆工艺及泥浆防塌体系、钻孔结构及钻进参数优化、钻头选型、气体防喷等技术工艺研究,并在现场实践中取得了较好的效果,为今后青藏高原冻土地带进行天然气水合物钻探施工提供借鉴。     

无水硝酸镁制备过程中的水解特性

在槽式太阳能热发电领域,硝酸镁基熔盐逐渐引起关注。通过六水硝酸镁煅烧法制备无水硝酸镁,采用拉曼、DSC与XRD表征脱水产物,系统研究了环境压力、脱水温度与时间对六水硝酸镁脱水和水解的影响。结果表明,六水硝酸镁在煅烧过程中水解为碱式硝酸镁Mg_3(OH)_4(NO_3)_2,在水溶液中进一步分解为Mg(OH)_2。随着煅烧温度和时间的增加,脱水产物中的含水量逐渐减少,同时水解产物Mg_3(OH)_4(NO_3)_2含量逐渐增加。真空环境下煅烧,可显著降低硝酸镁的水解反应。六水硝酸镁在真空环境下230℃煅烧1.5 h,所制备的无水硝酸镁中水解产物含量为3.63%。制备的硝酸镁可进一步用于硝酸镁基熔盐的研究。     

冻土区天然气水合物勘探低温钻井液理论与试验

天然气水合物是在特定的低温与高压条件下形成的产物。在天然气水合物勘探工作中,低温钻井液是获得天然气水合物真实样品的重要保证条件之一。低温钻井液应具有低的冰点、良好的抵制能力与良好的流动性。结合天然气水合物勘探工作的特点,在试验的基础上,对比分析了PAM、PHPA、PAC-141、Na-CMC与KHm的分子结构、官能团的种类与数量对钻井液的防塌能力和流动性的影响,得出了几种处理剂的耐低温能力大小的顺序为：PAC-141〈PHPA〈PAM〈Na-CMC〈KHm,为天然气水合物勘探中低温钻井液的配制与使用,奠定了重要的基础。     

南海北部琼东南海域活动冷泉特征及形成模式

近年来,活动冷泉的研究越来越受到关注.本文利用多波束数据、多道地震数据以及底质取样结果研究琼东南海域活动冷泉系统,分析活动冷泉的羽状流特征、海底地貌与底质特征以及流体活动构造特征.多波束水体数据上,观测到多个延伸高度超过750 m的气泡羽状流,海底流体活动非常强烈;多道地震上识别出麻坑、流体运移通道、气烟囱等流体渗漏相关的构造,与其他海域观测到的反射特征不同,羽状流的下方流体运移通道呈强振幅"串珠"反射;重力活塞取样在两个站位上获得浅表层块状天然气水合物.其中一个站位位于活动冷泉附近,天然气水合物赋存于海底以下8 m左右.基于以上三方面的数据,笔者提出了一个用于描述活动冷泉系统的形成模式,游离气通过气烟囱向上运移到达浅层,一部分在天然气水合物稳定带内形成天然气水合物,另一部分穿透天然气水合物稳定带到达海底,形成活动冷泉的羽状流.     

贵州开阳地区富磷矿成矿作用过程与找矿潜力

贵州开阳地区是我国富磷矿集中分布区。近年来,通过产学研协同创新、联合攻关,实现了磷矿理论创新,推动了该区磷矿找矿突破;厘清了开阳地区磷矿成矿受黔中古陆长期剥蚀夷平的平缓海岸型的无障壁海滩(缓坡浅滩)环境控制;建立了富磷矿"三阶段"动态磷矿成矿模式,阐明了"富"的成矿作用过程,即原始生物-化学、波浪波选(机械)暴露淋滤、磷质沉淀胶结成矿作用。建立新的磷矿区域成矿模式和地质找矿预测模型,开展找矿预测,通过工程验证,估算磷矿资源量(333+334?) 54892万吨,取得了富磷矿找矿新的重大突破。预测区内富磷矿还有8亿吨的找矿潜力。     

新疆东准噶尔萨北富碱花岗岩SHRIMP锆石U-Pb测年及其地质意义

萨北锡矿赋矿的富碱(A 型)花岗岩隶属于新疆东准噶尔地区卡拉麦里富碱花岗岩带,其中的萨北超单元可以划分为细粒钠铁闪石花岗岩、中细粒钠铁闪石花岗岩、中粗粒钠铁闪石花岗岩和斑状钠铁闪石花岗岩等四个单元。本次工作选择萨北超单元中的中细粒钠铁闪石花岗岩和中粗粒钠铁闪石花岗岩进行 SHRIMP 锆石 U—Pb 定年,所获得的两个样品加权平均年龄分别为313±2Ma 和314±5Ma,谐和年龄分别为310±7Ma 和314±10Ma。结合对中亚造山带东准噶尔晚古生代构造环境和萨北富碱花岗岩带花岗岩的地球化学特征,作者认为:该岩体侵位于晚石炭世(约310Ma),为晚古生代后碰撞岩浆活动的产物,与东准噶尔后碰撞深成岩浆活动的两个峰期(330～310Ma 和305～280Ma)中的前一个峰期相一致。