低δ18O岩浆岩的成因

具有显著低于正常幔源岩浆δ¹⁸O值的岩浆岩是地球上比较罕见的一种岩石,其形成需要特殊的岩浆过程。虽然岩浆分异过程基本上不改变氧同位素组成,但水岩反应可以明显改变岩石的氧同位素组成,高温水岩反应会导致岩石的氧同位素组成显著降低,这得到了理论计算的支持。对黄石高原流纹岩和冰岛玄武岩这两个典型的低δ¹⁸O岩浆实例的长期研究发现, 在地表遭受了高温热液蚀变的低δ¹⁸O岩石部分熔融或者被岩浆同化是形成低δ¹⁸O岩浆的重要机制,这通常通过裂谷构造带破火山口的垮塌来实现。塞舌尔和碾子山代表了结晶于低δ¹⁸O岩浆的花岗岩实例,其形成需要源区有亏损¹⁸O的地壳物质参与。大别-苏鲁造山带超高压变质岩亏损¹⁸O的幅度和这些亏损¹⁸O岩石的分布面积都非常令人瞩目。对这些超高压变质岩的原岩进行氧同位素研究,能够为其这些低δ¹⁸O岩石的成因提供有力的制约。目前已经在北淮阳花岗岩中报道了具有新元古代年龄和低δ¹⁸O 值的锆石。研究显示,这些花岗岩可能经历了两次高温水岩反应,第一次导致了低¹⁸O岩浆的形成和低δ¹⁸O值锆石的结晶,第二次则进一步降低了其它矿物的δ¹⁸O值,导致了氧同位素不平衡。对这些低δ¹⁸O花岗岩的深入研究,特别是进行原位微区分析,不仅有助于我们深入认识低δ¹⁸O岩浆的形成机理,而且有助于进一步理解水岩反应中元素和同位素的地球化学行为。     

地下多组分反应溶质运移数值模拟:地质资源和环境研究的新方法

地下多组分反应溶质运移数值模拟(RTM)是解释地球系统中的耦合过程和不同时空尺度对其影响的重要工具。RTM是研究地球科学基础理论、地质资源和环境等复杂地球化学过程的一个新方法,可用于如废物处置安全性评估、地下水污染研究、二氧化碳地质储存、金属矿床的地浸开采等的研究中。笔者首先回顾了反应溶质溶质运移模拟的发展历史,然后总结了反应溶质运移模拟的发展现状,再从耦合过程、空间尺度、裂隙和非均质介质处理角度说明了反应溶质运移模拟所面临的挑战。结合地下水质的演化、生物降解、CO2地质储存等具体实例讨论了反应溶质运移模拟的广泛应用前景,探讨了反应溶质运移模拟的未来发展方向。     

利用钾长石粉体水热合成13X沸石分子筛的晶化过程

实验研究了以钾长石粉体为原料水热合成13X沸石分子筛的晶化过程,确定了晶化过程的诱导期、晶化期和沸石晶体的平均生长速率。以钾长石焙烧熟料为前驱物合成13X沸石,反应混合物首先转变为铝硅酸钠（钾）凝胶,再逐步水热晶化为13X沸石;在反应物未完全转变为铝硅酸钠（钾）凝胶之前,13X沸石已开始结晶。13X沸石晶体的生成主要发生在凝胶相内部,是凝胶结构逐步趋于有序化的过程。13X沸石晶体生成是由凝胶相内的[TO₄]四面体相互连接,互套构成笼状结构。推测13X沸石形成机理为：硅酸根离子和铝酸根（+铁酸根）离子发生聚合反应,生成次级结构单元双六元环;双六元环进一步缩合,生成方钠石型笼;最后,方钠石型笼进一步相互联结,生成13X型沸石分子筛的硅铝骨架结构。     

与铁相关的几种渗透反应格栅材料性能的比较

挥发性氯代有机化合物为地下水和饮用水中最常见的挥发性有机污染之一。文中对日益引人注意的渗透反应格栅(PRB:permeable reactive barrier)材料进行了研究。主要在实验室条件下,利用中国现有的实用性材料———铸铁的铁屑、实验室合成双金属和纳米双金属作为反应介质,对反应的脱氯效果和机理、还原性脱氯的反应动力学和影响因素进行初步的研究,以寻求一种可以大量得到的廉价而高效的材料,研究它对氯代烃的降解效率。在研究中选择最有代表性的CT和PCE作为目标污染物,讨论粒状铁、双金属以及纳米双金属对氯代有机物的降解速率,确定气相色谱法测定水溶液中的氯代有机物浓度的最佳实验条件,比较3 类反应介质的特点和应用范围。     

华北克拉通古老岩石圈地幔的多次地质事件:来自金伯利岩中橄榄岩捕虏体的启示

本文提供的两件蒙阴岩区金伯利岩中的蛇纹石化石榴石橄榄岩捕虏体,整体发育剪切-变形结构,其中的辉石有三种类型,代表了三次地质事件,他们是:(1)石榴石中的自形单斜辉石包裹体Py;(2)粗粒不规则形状的斜方辉石Py1;(3)具反应边及定向排列的斜方辉石Py2。Py具有高Na2O和Al2O3,及低Mg#和CaO的特征,暗示所赋存的橄榄岩未遭受过明显的熔融作用。推测Py为早期阶段地幔"岩浆海"结晶时被石榴石包裹的矿物。在手标本及薄片中普遍见到Py2切过Py1,表明Py1形成早于Py2。Py1的Cr(669×10-6～9503×10-6),Ni(1941×10-6～4750×10-6)含量和Mg#(0.91～0.94)比值较高,而Py2中的Cr(725×10-6～1926×10-6),Ni(902×10-6～2989×10-6)和Mg#(0.88～0.90)值较低,说明Py1是早期经部分熔融的橄榄岩耐熔残余中的顽火辉石残留。相反,Py2可能是软流圈来源的熔体与耐熔橄榄岩反应的结果。剪切/变形以及交代事件则发生于上述反应之后或者与之同时。依据主元素特征,较早的Py1的耐熔程度反而高于Py2,本文称之为地幔组成的"逆向演化"。看来,这种逆向成分演化不仅发生在中新生代,而且也发生于古老地幔,甚至是贯穿于整个地幔演化的历史时期。与已发表的有关地幔形成年龄的资料对比,Py、Py1和Py2的年龄估计分别是3.8Ga,2.5Ga/1.4～1.3Ga和0.9～0.7Ga。另外1件碳酸盐化橄榄岩捕虏体,采自复县金伯利岩,具有明显的剪切-变形结构,最终形成时间可能与Py2接近。     

热液体系水-岩作用过程中的氧氢同位素行为

论述水-岩作用过程氧氢同位素地球化学行为特征。列举西华山钨矿、台上金矿、白乃庙金矿和额仁陶勒盖银矿的水-岩体系氧（氢）同位素组成特征。论证了开放体系单阶段和二阶段水-岩反应中氧同位素行为接近于封闭体系氧同位素交换演变轨迹，具有成因指示意义，但不具定量意义。探讨了大气降水热液矿床矿体产出位置与氧同位素组成之间关系。本文还指出开放体系中氢同位素动力分馏行为控因复杂，主要由于1H相对富集于各种含氢气体中逃逸出热液体系，使热液体系氢同位素地球化学行为偏离理论演化轨迹，因此氢同位素组成的成因指示意义远不如氧同位素。     

固结比对黏性土动剪切模量影响的研究

采用共振柱试验方法,对固结比对黏性土最大动剪切模量和对动剪切模量比与剪应变非线性关系的影响进行了研究,并通过土层地震反应计算,初步给出了这种影响对地表反应谱作用的估计。通过对粉质黏土和粉土的系统试验,提出了计算不同固结比粉质黏土和粉土最大动剪切模量的建议公式,并与Hardin公式进行了对比。结果显示,固结比kc >1.0时的最大动剪切模量较kc=1.0时的增长程度明显比Hardin公式要大。与砂土试验结果相比,固结比对黏性土最大动剪切模量影响程度更大。同时,分析了固结比对动剪切模量比与剪应变非线性关系及对地表反应谱的影响。结果表明,固结比对黏性土动剪切模量比与剪应变非线性关系有一定影响,随固结比增加,动剪切模量比非线性关系曲线有一定提高,动剪切模量比值增大,在强地震动作用下的土层反应分析中应考虑实际固结比的影响。     

上海深厚饱和覆盖土层的动力耦合地震反应分析

上海的第四纪沉积土层呈水平层状分布，市区的土层厚度约为270－290m，年平均地下水位0.5-0.7m。上海地区上覆深厚、饱和的沉积土层，对土层的地震反应特性具有重要的影响。基于动力耦合理论，将上海深厚饱和覆盖土层视为由固相和液相组成的两相饱和多孔介质，建立了能够反映上海土层深厚、饱和特点的地震反应计算模型。然后应用该模型，以El Centro,Taft，苏南和唐山地震波作为基岩输入加速度，对深度280m的上海深厚覆盖土层进行了动力耦合地震反应计算，并对加速度、振动孔隙水压力和地基震陷结果进行了分析。     

基于一种新显式时间积分算法的场地非线性地震反应分析

针对线弹性结构动力学方程,作者已提出一种具有良好稳定性的二阶精度单步显式时间积分算法。本文将该方法推广到求解材料非线性结构动力学方程中,采用带误差控制的修正欧拉算法计算单元应力,提高显式时间积分算法的精度。将求解非线性问题的显式算法应用于地震波垂直入射时非线性地震反应分析中,使用黏性边界模拟场地土层底部半空间基岩的辐射阻尼,并考虑地震动输入。与中心差分法计算结果进行对比,以表明新显式算法的有效性。     

基于等效线性化方法的一维土层地震反应通用计算程序对比

基于等效线性化的一维土层地震反应计算是目前国内外普遍采用的方法,国外的SHAKE91、DEEPSOIL和我国的LSSRLI-1即是根据这一方法编制的通用计算程序。本文采用这3个程序进行了不同地震波、不同输入地震动幅值下不同场地类型的土层地震反应计算,并对三者的结果进行了全面的比较分析。结果表明:①SHAKE91和DEEPSOIL程序的计算结果完全相同;②当土层最大剪应变均采用时域计算时,LSSRLI-1程序的计算结果与SHAKE91和DEEPSOIL程序基本相同,但有微小差别,其原因是:在基于等效剪应变通过离散形式的剪切模量和阻尼比随等效剪应变变化的关系曲线确定等效剪切模量和阻尼比时,DEEPSOIL和SHAKE91采用的插值方法与LSSRLI-1不同;③当LSSRLI-1程序采用频域经验关系计算土层最大剪应变时,特别是在强地震动输入下得到的土层地表加速度峰值和加速度反应谱与另外两个程序的计算结果有差别,且土层最大剪应变随着输入加速度的增大出现较大的差别。因此,本文建议:当采用LSSRLI-1程序计算土层地震响应时,应使用程序中的时域解方法代替以往默认的频域经验关系方法。