中地壳的地球化学动力学和矿石成因

笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。     

不同氧化还原条件下铅锌矿尾砂中重金属元素活化迁移规律

以广西大厂镇鲁塘铅锌矿尾砂为研究对象,通过淋滤实验研究了不同氧化还原条件下尾砂中Cu、Cd、Zn、Pb和As等元素的活化和迁移规律。结果表明：经高浓度氧化、高浓度还原条件处理的尾矿表现为pH<7的酸性环境,经低浓度氧化环境条件处理的尾砂呈现pH>7的弱酸性至弱碱性环境;尾砂中Cu、Cd元素活化迁移受pH值的影响明显,即高浓度还原和高浓度氧化条件可以促进Cu和Cd元素的迁移,酸性条件对Cu和Cd元素的迁移起到促进作用;Zn与Cd元素存在竞争吸附关系,但二者仍有明显差别;Pb和As元素受到还原条件的影响,能有效促进Pb和As元素的释放迁移。在淋滤实验前期,铅锌矿的表面阻力较小,由于环境酸碱性的改变,初始尾砂对重金属元素的吸附位能发生变化,重金属元素初期迁移能力得到加强;淋滤后期,矿物颗粒表面由于发生氧化还原反应,促使颗粒表面的阻力增加,重金属元素的溶出量减少,迁移能力受到抑制。     

基于单三轴试验与直剪试验的层状软岩模拟

为探究模型试验中层状软岩模拟方法,依托九绵高速层状软岩隧道现场取样的室内试验结果,多次试验确定重晶石粉、石英砂、石膏粉、滑石粉和水的最优配比以模拟软岩基体,采用带孔薄膜模拟层理弱面的黏结作用,并通过直剪试验确定孔隙率,最后对不同层理角度与层理厚度的试样开展直剪与单、三轴试验以反映各向异性情况。结果表明：软岩基体模拟最优配比为0.55:0.15:0.07:0.06:0.17,重晶石粉对强度及破坏变形起决定作用,含量过低易压溃,含量过高产生上下贯通裂缝;采用30%孔洞率的薄膜模拟层理效果最佳;土样强度随层角呈U形变化,层厚减小（不小于2 cm）,强度减小。直剪试验中,45º层理剪切面朝层理方向倾斜,90º层理导致剪切面上下产生裂缝与碎裂,单三轴结果中,0º层理会产生小角度倾斜裂缝,45º层理产生垂直层理面的斜裂缝及二次破裂,90º层理产生顺层理的竖向劈裂;与现场结果对照后确定最优层厚为 3 cm,对层角与层厚的直剪与单三轴试验结果整体一致,揭示土样孔隙压密闭合−弹性−塑性胀裂破坏−徐变的过程。     

华北煤田岩溶陷落柱及其突水研究综述及展望

华北煤田岩溶陷落柱（简称“陷落柱”）是地质历史演化过程中形成的产物。80多年来,在中国华北煤田39个矿区煤矿开采过程中共揭露10 000多个陷落柱,因其导致的重大突水淹井事故20余起,研究岩溶陷落柱对系统认识中国矿山岩溶水文地质条件以及防治岩溶水害具有十分重要的理论与现实意义。文章系统梳理、总结了华北煤田陷落柱的发育特征、成因机理、突水机理、探查与防治方法,归纳出近年来华北南缘陷落柱的研究成果,并结合目前华北煤田生产过程中陷落柱研究与水害防治中存在的问题,从陷落柱形成机理与演化过程、小型隐伏陷落柱精细化探查与解译、陷落柱“动态监测—预测模型—突水机理”模式以及陷落柱水害防治技术体系等方面展望了其今后研究趋势及水害防治的方向。     

角闪石族和辉石族矿物的系统矿物学分类命名

角闪石族和辉石族矿物是链状硅酸盐矿物的重要组成部分,它们中的许多矿物种属于造岩矿物和/或工业矿物,具有重要的成因矿物研究意义和工业应用开发价值。国内学者对它们的分类命名和基本系统认识主要源自于王璞等(1984)编著的《系统矿物学》。随着科学技术发展和矿物学研究的不断深入,原有的矿物基础资料和分类命名都在不断更新与完善,迄今已有专业学术机构和学者在不同年代陆续发表了不同版本对该两类矿物的修订或修改意见,但一直没有统一整合,导致在涉及该两类矿物的应用研究中,在分类命名上与国际标准不统一。根据本课题组在国家公益性行业科研专项项目(新编《系统矿物学》)所承担的研究任务和当前国内外研究进展,本文系统归纳、梳理并综述了角闪石族和辉石族矿物的分类方案和命名原则,使分类命名统一标准、原则和认识并与国际接轨,这有利于该两类矿物的理论研究与开发应用,更好地支撑地质学及相关学科的研究与发展。     

济阳坳陷古近系同沉积背斜构造及其与油气的关系

济阳坳陷由于受到多期构造运动的影响,在前第三系古地形高点背景上广泛发育同沉积背斜构造,然而由于坳陷在断陷期基底滚动式沉降,造成挠曲顶部的塌陷,形成复杂的块断结构,使本区同沉积构造发生强烈改造,往往与各次级断层或沉积地层相复合,表现出独特的构造景观。济阳坳陷发育的同沉积背斜构造可分为同沉积背斜和同沉积鼻状构造,它们在形成和发展中,重力起主导作用,滑塌是主要形式。在与油气成藏关系上,济阳坳陷同沉积背斜构造的形成与发展,对于油气的生成、运移、聚集、储集、保存等都有着至关重要的作用。     

四川叠合盆地盆山耦合特征分析

四川叠合盆地三面环山,自东而西夹持于江南、秦岭与龙门山三大山系之间,位于古亚洲、环太平洋与特提斯三大构造域的结合部位;中生代以来,先后经历了海盆、煤盆、陆相广盆、残盆四个盆地世代;盆地沉积充填过程可概括为前陆、坳陷、再生前陆三种基本样式。系统的山盆构造样式及运动学、沉积充填过程分析结果表明盆地周缘造山带造山活动期与盆内古隆起发育期时间耦合;盆地周缘造山带造山活动期与盆地沉积环境转换期时间耦合;盆地周缘造山带构造轴线走向基本保持与盆内山前坳陷或前陆褶冲带构造轴线走向相耦合;盆地周缘造山带不同时期形成的褶冲构造轴线走向基本保持与其同期盆内产生的沉积或沉降中心构造轴线走向相耦合。     

裂隙岩质边坡地下水渗流数值模拟

本文从反倾向岩质高边坡的渗流特征和渗流普遍规律出发,根据渗流力学知识,建立数学模型,通过渗流数值模拟计算分析了渗透压力、水头变化规律以及对岩质边坡稳定性的影响.     

深部找铀及湘南-桂北地区深部找铀潜景分析

概述了国内外深部找矿的研究成果,指出深部找矿是当今发展的趋势。国内外重大矿产的成功发掘,其深度均在千米以上,铀矿化垂向分布深度可达4 km以上。综合介绍了国内外勘查深大矿床的特点和条件,认为岩石-构造条件是深部矿化定位的重要因素,复式岩体、成矿系统的垂向变化、构造地球物理-地球化学异常模型是深部找矿的关键依据。综述了中国南方湘南—桂北地区深部找铀的有利地质构造条件和潜力,成矿流体是该区铀矿化的根源,白垩—第三纪重大地质事件是该区深部铀成矿的重要前提,重大地质事件引发的NE-NNE,NW向深大断裂及断陷盆地是铀矿化赋存的重要场所和勘查靶区。在已知铀矿田、成矿带勘查范围基础上,在该区进行深部探索将会获得重大突破。探讨了湘南—桂北地区深部找铀的勘查思路和方法。     

皖中泥质岩工程性质探讨

历来对半胶结泥质岩风化等级划分都带有许多主观性,从而影响提承载力,有的规范要求可不对半胶结岩石进行风化程度划分,但有时要对这些岩石进行工程地质细分,从而准确确定各分层的承载力与摩阻力。统计了合肥、六安、淮南、安庆地区等大量实践资料,用标准贯入击数、重型圆锥触探实验击数等原位测试手段来划分泥质岩风化等级,并对泥质岩的承载力与摩阻力等工程地质性质做出了评价。