地震作为临界现象：概率的地震危险性分析的含义

地震群体的发生近来被假定为一种自组织临界现象，时空分布具有分形特征，地震的能量或地震矩具有相应于古登堡－里克特频度－震级关系的幂律分布。实际上，严格的自组织临界行为在所有模型中并未见到，而且，它只限于那些带有弱退火（永久的）的非均匀性以及具有一种中等的构造驱动速度或应变能速度的情况。     

无定河水土保持措施减沙效益的临界现象及其意义

以1956-1969年作为“基准期”,基于该时期的资料建立了流域年产沙量与若干降水特征指标之间的多元回归方程,并运用该方程计算出了“措施期”(1970-1993年)在假定无措施的条件下的历年产沙量。由此得到该年的水土保持减沙效益百分比,并点绘了减沙百分比随时间变化的曲线。结果显示,水土保持效益随时间的变化是非线性的,在总体趋势上表现出3个阶段:①缓慢增大;②急剧增大;③保持不变甚至于减小。点绘了减沙效益与各年末的梯田、造林、种草和坝地累积保存面积的关系,也显示出非线性变化,可以用两条斜率不同的直线来拟合。两条直线之间的转折点反映了水土保持措施面积的临界值,两条直线分别代表水土保持增益高回报区和低回报区。该曲线可以为这一地区的水土保持规划决策提供参考。     

统计物理学在地震预报中的应用

将统计物理学中相变临界现象与震源孕育模式相结合,讨论了地震预报问题。这些临界现象是：长程关联、涨落加剧、奇异吸引子、岔点外敏、临界慢化、趋向分维、临界乳光、λ型、临界软模等。以上临界现象对应的前兆,是综合预报的物理基础。     

软岩饱水试验与软化临界现象研究

针对华南地区广为分布的“红层”软岩遇水软化问题,选择粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等典型软岩为研究对象,在软岩饱水软化试验的基础上,采用“自组织临界性”理论深入分析了软化试验中的临界现象,结合软岩物理力学性质、微观结构以及水溶液离子浓度变化的试验结果,得出：在饱水3个月和6个月时,对应于所研究软岩软化的临界时间点,其物理、力学性质与水溶液离子浓度的变化在前3个月内变化幅度较大,3个月后较为平缓,并可能出现波动,6个月后开始趋于稳定;而其微观结构变化满足1～3个月变化较小,3～6个月自行调整而趋于有序,6个月之后结构类型完全改变。在此基础上,分析了软岩系统自组织临界现象中最显著的两个特征：自组织性和临界特性,并从系统演化的角度探讨了饱水软岩系统中一种具有一定稳定性的非平衡自组织有序结构的产生过程,给出了水作用下软岩工程特性变异达到稳定的临界时刻。     

含矿流体NaCl-H2O体系的观测与矿石成因（提纲）

NaC1-H₂O二元系是与矿石共生的溶液主要成分。使用水热金刚石窗口反应腔观察饱和溶液NaC1-H₂O是一种研究含矿流体新方法。实验观测的NaC1-H₂O溶液盐度S为32%~55%, 观察温度范围为25~850℃ ,压力为0.1~1000 MPa。这个温度-压力范围内可以看到超临界单一相,接近临界态的两相(L、V),和两相(L+V)不混溶区。L+V二相不混溶区的高温部分内,相性质极不稳定。可观察到一种“临界现象”。并且,NaCl-H₂O溶液分离成为气相和液相两相时能看到一种特殊的溶液结构。实验观察不同盐度的NaC1-H₂O临界态的目的在于认识与矿石共存的流体性质,含矿流体来源和超临界流体的成矿意义。把矿床内的矿物流体包体均一温度和盐度数据与用金刚石窗口观察的高温压下NaC1-H₂O二元系相变化结果相对照,再进行矿石形成条件的热力学分析,可以深入认识矿石形成条件。还可以按热液的盐浓度和温度对热液矿床进行分类,可以进一步剖析矿石成因。     

热液金刚石压腔在地质流体研究中的应用

热液金刚石压腔(HDAC)是专为模拟地壳温压条件下的地质作用而设计的,它尤其适用于观测水或其它流体与地质物质之间的相互作用。HDAC可时-190～1200℃,0～10GPa的热液体系进行实验,并可在实验的温压条件下．用各种先进的光学方法分析样品,更可以把实验的全程录像存档。充满流体的HDAC本身就可当做是一个人工合成的流体包裹体。因此它可以用来研究流体的状态方程和相关系。它又可时其它流体包裹体样品施加外压力,因此在热分析的过程中可免除包裹体的膨胀或爆破的困境。HDAC可应用到颇为宽广的温压范围,它已被广泛地用来观测各种化学体系的临界现象,包括在地质方面特别有用的含水硅酸盐体系。HDAC也可与同步辐射X光源相结合,而取得各种金属或稀土元素水溶液的x射线吸收精细结构(X-ray absorption fine structure;XAFS)光谱,因而时在热液里的金属或稀土元素络合物的组分和结构提供了最基本的资料。然而,X光的强度在透过金刚石时,因绕射和吸收而大大地减弱,因此应用一般的HDAC来获取那些吸收边在10keV以下的元素的XAFS光谱颇为困难。目前已有两种改良式的HDAC解除了这方面的困难,而时在元素周期表上的第一排过渡性金属元素和稀土元素的水溶液,提供清晰的XAFS光谱。这些资料可用来研究金属或稀土元素络合物在地质热液里的特性,及其在元素迁移和成矿作用方面的效应。而这些元素在地质应用方面特别重要。