中国岩矿分析测试研究进展与展望(2011-2020)

本文回顾并综述了2011-2020年间我国在岩石与矿物分析测试领域的主要研究进展,包括元素含量分析、放射性成因同位素和非传统稳定同位素分析、地质样品前处理技术、岩矿标准物质研制和定值、主流分析仪器及关键部件研发等.近十年来,我国学者在上述领域取得了大量原创性研究成果,开发出部分达到国际领先水平的岩矿分析新技术和新方法,...     

井-含水层系统地下水类型定量分析和判别

利用水位、 气压和理论固体潮数据, 采用卷积回归法中水位对气压的阶跃响应函数, 定量地分析和判定了华北北部板桥井、 大灰厂井、 黄骅井、 大甸子井、 丰镇井和三号地井的井-含水层系统的地下水类型, 并结合研究时段内各井的气压系数和M₂波潮汐因子的结果进行了对比分析． 结果表明: ① 各井的滞后时间与阶跃响应函数之间存在明显的以e为底的指数函数关系, 且底数e的系数的正负决定了井-含水层系统的地下水类型; ② 承压井的阶跃响应函数随滞后时间的增大而增大, 且最佳阶跃响应函数值越大, 相应的气压系数和M₂波潮汐因子也越大, 反之亦然; ③ 潜水井和半承压水井的阶跃响应函数随滞后时间的增大而减小, 其最佳阶跃响应函数与气压系数和M₂波潮汐因子间的关系不明显, 可能与含水层的水力特性、 井孔结构及固体潮汐波的频率有关．      

夜光遥感大数据视角下的中国城市化时空特征

社会经济的高速发展直接驱动了中国过去几十年的持续快速城市化进程。城市化是一个典型的复杂地理现象,伴随着高密度人口聚集、土地利用改变、基础设施建设和生态环境变化等系列人和自然交互过程的发生。深入理解城市发展的时空演化规律对研究、规划、管理和相关政策制定在内的诸多领域都有十分重要的意义。近些年来,由于快速发展的夜光遥感大数据具有空间清晰的与城市化有关的社会经济活动强度的感知信息,其为探索城市和城市化问题提供了新的研究途径。虽然有许多成果对利用夜光遥感数据进行城市化的研究进行了探讨,但大部分集中在城市化面积、人口规模和其他社会经济变量的定量相关和数值统计分析上,仍然缺乏对中国过去几十年来的城市化时空特征的综合多角度分析和理解。本研究利用1992-2013年的夜光遥感时间序列大数据,从夜光照亮面积、亮度变化时间转折点、不同亮度区的空间结构转换和亮度信号的空间扩散速度4个方面进行了定量化的信息提取与分析。研究结果从夜光辐射遥感大数据的视角综合揭示了中国在过去研究期间包括城市空间扩展、城市化发展的时间分布、城市空间结构演化和城市化活动空间扩散速度在内的定量时空特征。本研究的结果可以为深入理解中国城市化的时空模式与演化特征提供新的参考。     

上新世红土微观结构参数与渗透系数的变化关系研究

新近系上新世（N₂）红土是实现我国西北地区保水采煤和生态环境保护的关键隔水层,研究红土的微观结构有利于分析其渗透性变化的内在机理。文章利用Matlab对不同渗透系数的N2红土的SEM图像进行了预处理和二值化分割,提取孔隙轮廓,得到其孔隙大小、排列、形态和类型等微观特征,并分析了红土的灰度熵、平均孔径、扁圆度、分布分维和概率熵等孔隙微观结构参数与渗透系数之间的关系。结果表明:图像灰度熵与渗透系数之间无明显变化规律,灰度熵在0.88~0.92之间;平均孔径在2.7~3.7μm之间,渗透系数随平均孔径的增加呈指数型增加;对孔隙大小按照微孔隙（<1μm）、小孔隙（1~4μm）、中孔隙（4~16μm）、大孔隙（> 16μm） 4组进行分类,发现小孔隙的数量最多,约占总孔隙数的50%以上,中孔隙和大孔隙的面积约占总孔隙面积的80%以上,渗透系数的增大主要与中孔隙和大孔隙有关;孔隙扁圆度在0.54~0.57之间,形状系数在0.63~0.75之间,孔隙主要呈扁椭圆状,渗透系数随扁圆度的增加呈指数型缓慢减小,随形状系数的增加呈线性减小;孔隙的分布分维数在1.00~1.40之间,随着分布分维的增加,孔隙由大变小,渗透系数随之呈指数型减小;不同土样的概率熵在0.97~0.99之间,孔隙缺乏明显定向性。     

CH4-H2O体系流体包裹体拉曼光谱定量分析和计算方法

CH4—H2O体系流体包裹体研究对含油气盆地流体分析和成矿流体研究都有重要的意义。本文详细介绍了H2O、CH4和CH4—H2O体系的拉曼光谱特征及分子作用,分析了CH4—H2O体系热力学特征,同时对CH4—H2O体系流体包裹体拉曼光谱定量分析和计算的方法及步骤进行了叙述。利用人工合成流体包裹体建立甲烷浓度与拉曼特征峰面积比值之间的校正曲线是实现CH4—H2O体系流体包裹体定量分析的基础。盐度对包裹体定量分析的影响最为显著,在恒定甲烷浓度下,甲烷与水的拉曼峰面积比值随着盐度增加而减少。对于流体包裹体封闭体系,随温度升高,液相甲烷浓度增大。校正曲线必须包含对温度和盐度的校正。石英主矿物性质和方位对甲烷浓度定量分析的影响可以忽略。实验研究表明,原位拉曼光谱技术是准确获取流体包裹体中甲烷水合物生成条件的一种有效方法。因此,基于拉曼光谱分析和显微测温分析结果,采用热力学模型可以定量计算CH4—H2O体系流体包裹体的相关参数。     

基于数字图像的土、岩和混凝土内部结构定量分析和力学数值计算的研究进展

土、岩及混凝土是一种内部结构极其复杂的材料,内部细观组成和结构决定了它们在外力作用下内部应力和应变等物理场的分布状态,在很大程度上控制了它们的宏观力学响应和破坏机理和过程。自1995年以来,数字图像处理技术作为一种材料细观空间结构及几何形态的精确量测和数字表述手段快速地被应用于沥青混凝土、水泥混凝土、土和岩体材料细观结构定量分析中来。本文在研究相关文献的基础上,分析和研究了数字图像技术在土、岩及混凝土内部结构定量分析和力学数值计算中的发展过程和研究成果,内容包括:单个骨料颗粒形态特征定量分析;土、岩和混凝土内部结构定量分析;岩体结构定量分析中的应用;基于数字图像处理的土、岩和混凝土细观结构力学计算。在此基础上,本文进一步对数字图像技术在岩土领域中的应用进展及未来的发展趋势进行了探讨,认为数字图像作为一种空间分布测量手段和数字表述方法使得它具有巨大的潜力,特别是在岩土领域的纵深发展过程中,它可能实现考虑细微观结构性的岩土力学和工程分析和预测的、新的方法和理论。     

海积软土固结过程中微观结构变化特征分析

本文通过不同固结压力下海积软土所得的SEM照片，采用结构单元体和孔隙的大小、形态及定向性参数，分析了海积软土在固结过程中微结构的变化特征。发现随着固结压力的增大，不同类型的孔隙反映不同，含水类型也随之改变，孔隙形状变得细长，但定向性变化不大；结构单元体在固结过程中不断变大，平面形状以扁椭圆形为主，定向排列越来越明显。     

人工晶体(Bi38CrO60)--驾鹿矿在自然界的首次发现及矿物成因和地质意义

1983年, ZhitomirsKii等人在实验室条件下合成了四方晶体Bi16CrO27和立方晶体Bi38CrO60.它们在自然界首次发现于中国陕西省洛南县驾鹿金矿床中,分别被命名为铬铋矿(Bi16.006Cr0.997O27)和驾鹿矿(Bi38.008Cr0.996O60).驾鹿矿较铬铋矿形成较晚,其共生、伴生矿物有黄铜矿、自然金、碲金矿、含氧金矿物、石英等.常呈不规则粒状集合体,偶见＜0.05 mm立方体微晶,棕黑色,金属光泽;平均维克硬度Hv=232.78 kg/mm2 ,平均摩氏硬度Hm=4.15;实测密度D=14.10(3) g/cm3,计算密度Dx=14.08(2) g/cm3,折射率n=3.14(3).采用2种电子探针进行波谱定量分析的成分及计算的化学式分别是①EPM8100分析的结果w(Bi2O3)为98.854%、w(CrO3)为1.111%,总和为99.965%;化学式为Bi38.009Cr0.995O60;②CAMEBAX-SX51分析的结果w(Bi2O3)为98.862%,w(CrO2)为1.112%,总和为99.974%;化学式为Bi38.008Cr0.996O60.均可写为Bi38CrO60.2种仪器测定的结果非常接近,说明所测定的化学成分和计算的化学式是十分可靠的.X-射线粉晶分析主要强线d(I)(hkl)分别为0.3215(100),(310); 0.27211(72),(321); 0.17145(40),(530); 0.1696(30), (600);0.1651(30),(611);0.1608(30),(620);0.29411(25),(222);0.3596(22),(220);0.2171(20),(332);0.1503(20),(631);0.1996(18),(510);0.2401(13),(330);0.2275(13),(420);0.1217(12),(653);0.1184(12),(750);0.1858(10),(521)等轴晶系,可能的空间群为Im3m;a=1.0181(1) nm,c/a=1,晶胞体积V=1.05529(1) nm3,Z=1.1-Kp/Kc=0.019.Cr+6,Bi+3,O-2.驾鹿矿和人工晶体(Bi38CrO60)在化学成分、X-射线粉晶数据基本一致,充分证明了驾鹿矿是人工晶体(Bi38CrO60)在自然界的首次发现.新矿物--铬铋矿及驾鹿矿是在碱性高温热液条件下形成的,受体系组份浓度的影响,特别是Cr+6的影响,驾鹿矿的形成稍晚于铬铋矿.Bi在金矿物中含量较高,因此铬铋矿及驾鹿矿的发现和研究对该金矿床找矿和研究有着重要的理论和实际意义.