地球内部熔/流体的分子模拟:进展与展望

目前对超临界地质流体的形成条件、成分、结构和物理化学性质的认识还不是特别清晰,分子模拟作为一种方兴未艾的理论研究手段,正在被广泛应用于地球科学领域。本文简述了目前采用分子模拟研究硅酸盐熔体、含水硅酸盐熔体、富水流体以及超临界地质流体所取得的主要成果,侧重讨论分子模拟方法在其中的应用,为超临界地质流体的计算模拟研究提供帮助,并展望了超临界地质流体分子模拟可能遇到的挑战和发展趋势。已有研究结果表明,不同分子模拟方法各有优缺点,相对于精度较低的经典分子动力学方法而言,采用一般泛函的第一性原理方法加上色散校正之后,可以满足目前对超临界地质流体研究的精度需要。另外,机器学习和第一性原理方法结合,以及建立相关热力学模型将是推进与超临界地质流体相关研究的有效途径。     

钙同位素地球化学研究新进展及其在碳酸岩-共生硅酸盐研究中的应用

作为"非传统稳定同位素"家族成员,钙同位素正受到国际地学界日益广泛的关注.钙是主要的造岩元素,也是生物必需的元素.钙在地球各圈层广泛分布,研究钙同位素的地球化学行为将有助于提高我们对各种生物过程和地质过程的认识.钙同位素测定主要采用热电离质谱仪(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS),分别表示为δ44/40 Ca和δ44/42Ca.目前自然界可观测到的δ44/40Ca变化范围为-2.0‰～6.75‰,约8.7‰.本文系统介绍了近年来钙同位素分析中样品溶解、化学分离、质谱测定以及高温地质过程中的钙同位素分馏及其地质应用等方面的研究成果,尤其对钙同位素在碳酸岩-共生硅酸盐岩研究中的意义、钙同位素组成以及取得的主要认识作了较为全面的介绍.阐述了放射成因40 Ca、部分熔融作用/分离结晶作用、地壳同化作用、古俯冲碳酸盐循环、热液蚀变作用、岩浆起源深度等对碳酸岩、硅酸盐岩的钙同位素组成造成的影响.最后,通过系统对比碳酸岩-共生硅酸盐岩的锂、镁、钙同位素研究成果,认为应该开展多元同位素体系的联合示踪.由于不同同位素体系存在相似性和差异性,而多元同位索体系相结合能有效地加强优势互补,将是同位素地球化学研究发展的一种必然趋势.     

利用地幔中Nb和Ta的含量制约地球初始岩浆洋的成分

球粒陨石常用来代表未分异的原始地球的组成成分。但是,Nb、Ta作为难熔亲石元素,在各硅酸盐地球储库中(地壳、洋中脊玄武岩、亏损的洋中脊玄武岩地幔等)的Nb/Ta值却显著低于球粒陨石的Nb/Ta值(<19.9)。这可能指示在下地幔深部有未被发现的高Nb/Ta源区,或者Nb在核、幔分异时进入地核。目前学界对"Nb悖论"成因仍存在很大争议。     

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电感耦合等离子体发射光谱法测定硼硅酸盐玻璃中的硼等常见元素

硼硅酸盐玻璃中的硼、钙、镁、铝、铁、钛、硅等常见元素普遍采用各元素分别测定的方式进行分析,分析效率很低;而且硼的测定普遍采用容量法,当B2O3含量低于1%时,容量法测定误差较大。本文以KOH熔融的方式消解样品,采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)进行分析。通过实验研究了KOH用量和不同称样量对B2O3测定结果的影响。结果表明,KOH用量在3 g以上时有较好的熔样效率和熔样效果,称样量低于0.4 g对B2O3测定结果无明显影响,考虑到其他元素的测定,确定了KOH用量优选3 g,称样量优选0.1 g。在此条件下,测定B2O3等常见元素的精密度(RSD,n=6)≤2%,加标回收率在96.0%~105.6%之间,除Si O2测定误差较大外,其他元素的测定结果均令人满意。本方法确定的B2O3的定量限为0.067%,且对于B2O3最高含量达到16%的测定结果也令人满意,因此可测定B2O3含量的范围至少为0.067%~16%。当样品中的B2O3含量高于4%时,方法准确度和精密度与国家标准分析方法(容量法)相当;当B2O3含量低于1%时,方法准确度和精密度都优于容量法。与现有报道相比,本方法显著拓宽了B2O3的测定范围,并具有良好的准确度,而且在B2O3准确测定的同时,也实现了Ca、Mg、Al、Fe、Ti的定量分析和Si的半定量分析,大大提高了分析效率,可以实现硼硅酸盐玻璃中B2O3等常见元素的准确快速分析。     

缅甸莫苇塘红土型镍矿矿物学特征

莫苇塘红土型镍矿分为土状矿和岩状矿,矿物成分基本相同,但量上有差异。矿石主要由蛇纹石类硅酸盐矿物和褐铁矿、赤铁矿等氧化物、氢氧化物矿物组成,有用组份镍主要赋存于硅酸盐类矿物和氧化物、氢氧化物类矿物中。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987111000429

The three most crucial factors for the formation of large and super-large magmatic sulfide deposits are: (1) a large volume of mantle-derived mafic-ultramafic magmas that participated in the formation of the deposits; (2) fractional crystallization and crustal contamination, particularly the input of sulfur from crustal rocks, resulting in sulfide immiscibility and segregation; and (3) the timing of sulfide concentration in the intrusion. The super-large magmatic Ni-Cu sulfide deposits around the world have been found in small mafic-ultramafic intrusions, except for the Sudbury deposit. Studies in the past decade indicated that the intrusions hosting large and super-large magmatic sulfide deposits occur in magma conduits, such as those in China, including Jinchuan (Gansu), Yangliuping (Sichuan), Kalatongke (Xinjiang), and Hongqiling (Jilin). Magma conduits as open magma systems provide a perfect environment for extensive concentration of immiscible sulfide melts, which have been found to occur along deep regional faults. The origin of many mantle-derived magmas is closely associated with mantle plumes, intracontinental rifts, or post-collisional extension. Although it has been confirmed that sulfide immiscibility results from crustal contamination, grades of sulfide ores are also related to the nature of the parental magmas, the ratio between silicate magma and immiscible sulfide melt, the reaction between the sulfide melts and newly injected silicate magmas, and fractionation of the sulfide melt. The field relationships of the ore-bearing intrusion and the sulfide ore body are controlled by the geological features of the wall rocks. In this paper, we attempt to demonstrate the general characteristics, formation mechanism,tectonic settings, and indicators of magmatic sulfide deposits occurring in magmatic conduits which would provide guidelines for further exploration.     

黄河流域硅酸盐风化的讨论（2）——流域耗水量对化学风化消耗大气CO2的贡献

由于流域人类活动对水资源的消耗,使河流下游径流量降低,因此研究流域化学风化时必须考虑耗水量的贡献。本文根据课题组2007年黄河流域的化学风化数据,结合流域耗水量,重新估算了黄河流域硅酸盐风化大气CO2的消耗量和消耗率,分别为19.92×109mol.a-1和26.50×103mol.km-2.a-1。黄河流域耗水量对硅酸盐风化消耗大气CO2的贡献已经达到了入海径流量所表征的数量级。针对黄河流域岩石分布类型复杂的特点,作者提出了分段考虑耗水量的计算方法,定量给出了黄河上、中、下游硅酸盐风化CO2的消耗量和消耗率。黄河流域硅酸盐风化CO2消耗率上游>中游>下游,消耗量中游>上游>下游。上、中游硅酸盐风化CO2的消耗量分别为下游的33和37倍左右。     

珠江三角洲滨海小流域离子化学特征及来源分析

在分析中山大学滨海小流域水循环综合试验基地内雨水、河水和地下水离子组分的基础上,讨论了该小流域内水体离子化学组分的特征及来源。结果显示:①河水中TDS变化范围为28.97～44.64 mg/l,平均值为33.90 mg/l;在离子化学组成中,阳离子以Na++K+为主,阴离子以Cl-和HCO3-为主;雨水中TDS的变化范围为0.88～26.07 mg/l,平均值为8.42 mg/l,离子含量变化幅度较大;地下水TDS变化范围为39.49～113.16 mg/l,均值为58.11 mg/l,约为流域河水的2倍,雨水的7倍;②海盐沉降中Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-的贡献率:雨季分别为6%、60%、47%、2%和15%,旱季分别为3%、41%、54%、2%、9%;③硅酸盐风化中,雨季:(Ca/Na)sil=0.31,(Mg/K)sil=0.21;旱季:(Ca/Na)sil=0.36,(Mg/K)sil=0.27;CO2消耗率为12.4 t/(km2.a);④河水中的NO3-和(SO42-)res主要来源于大气酸沉降,且具有旱季含量低、雨季含量高的特点;⑤R1潜水井受到一定程度的NO3-污染,NO3-的...     

珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO_2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2·a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2·a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。