试论砂岩型铀矿成矿机制和成矿作用动力学问题

文章初步讨论了我国北方表生、后生、渗入型砂岩型铀矿的成矿机制和成矿作用动力学问题。成矿作用包括了氧化-还原作用、有机质作用、水-岩相互作用、有机-无机作用和流体动力学等地球化学过程动力学,尤其是水-岩相互作用的流体输运-化学反应过程动力学和有机-无机作用过程。砂岩型铀矿成矿中地球化学障的形成和铀的富集是这些过程多重耦合的结果。识别这些地球化学过程的动力学机制有利于理解矿床成因和确立勘查目标。     

洪积扇地下水的反向地球化学模拟

在四坪山建造极低放射性核废物填埋场,建填废物紧临洪积扇。查明洪积扇地下水的演化特征,可为核废物的安全填埋提供依据。使用地球化学软件PHREEQCI,进行洪积扇地下水的反向地球化学模拟,推测地下水在径流过程中发生的水-岩作用,并计算发生水-岩作用的矿物相的量。     

水-岩相互作用研究的回顾与展望

总结了2 0世纪5 0年代末以来的水-岩相互作用研究历史, 初步划分为3个阶段: 第一阶段, 5 0年代末— 70年代初; 第二阶段, 70年代初— 80年代末; 第三阶段, 80年代末至今.近年来, 环境问题在水-岩相互作用研究中占的比重越来越大, 也使水-岩相互作用研究获得了更大、更持续的发展空间.简要回顾了地下水成因和地壳中水的地球化学循环, 控制水的化学成分的地球化学过程, 以及水-岩相互作用与地质灾害等方面的重大研究成果.认为有望取得创新成果的领域包括: 地下水地质作用及其资源环境效应, 地下水环境演化与全球变化, 和极端条件下的水-岩相互作用研究.      

埋藏环境硫酸盐岩岩溶发育的微生物机理

针对我国广泛分布的碳酸盐-硫酸盐岩混合建造,选择其中的硫酸盐岩作为研究对象,通过室内水-岩和水-岩-细菌两个封闭系统的硫酸盐岩溶蚀模拟实验,模拟了细菌数、温度、时间等因素对反应系统水化学组分的影响,研究了两个系统内的地球化学作用.结果表明,水-岩系统内发生的是硫酸盐岩溶解作用;水-岩-细菌系统内发生了细菌硫酸盐还原作用和细菌硫酸盐还原驱动的硫酸盐岩溶解作用,导致埋藏环境硫酸盐岩岩溶的发育,进而增强了与硫酸盐岩共生的碳酸盐岩的渗透性.研究成果开拓了油气储层古岩溶研究的新思路.      

滇中砂岩铜矿成矿过程中水－岩反应的证据与机理

从野外地质产状、岩石化学、有机岩石学、元素地球化学、有机地球化学等方面详细分析了滇中砂岩铜矿成矿过程中的水－岩反应证据，阐明了成矿过程中水－岩反应的机理，其中包括渗滤作用、扩散作用、混染作用、交代作用、交代溶蚀作用、氧化还原作用和沸腾作用     

滇中砂岩铜矿成矿过程中水—岩反应的证据与机理

从野外地质产状，岩石化学，有机岩石学，元素地球化学，有机地球化学等方面详细分析了滇中砂岩铜矿成矿过程中的水－岩反应证据，阐明了成矿过程中水－岩反应的机理，其中包括渗滤作用，扩散作用，混染作用，交代作用，交代溶蚀作用，氧化还原作用的沸腾作用。     

论岩土工程中水-岩相互作用研究的焦点问题--特殊软岩的力学变异性

水－岩相互作用研究是力学和地球科学领域中的前沿课题之一。在力学领域中称之为“固流耦合作用”，在地球科学领域中称之为“水－岩相互作用”。前者研究的焦点在于固体和流体间力学耦事的基本规律；后者主要研究在高温高压条件下，岩石和水发生的化学反应规律及其地球化学特征。岩土工程作为土木工程与地质学的交叉学科，水－岩相互作用研究的侧重点以往主要集中于岩体力学方面，即从渗流场和形变场的相互作用角度研究其基本规律，目前，已开始注意到水和岩石的化学作用问题。从工程实践中迫切需要解决的共性课题－－特殊软弱岩体与水作用后力学性能大幅度变异的问题出发，探讨了某些特殊岩体与水作用的化学规律、矿物学规律及其化学与矿物学损伤所导致的力学损伤规律，并建立软岩－水相互作用的时间效应模型；确定软岩性质软化的标志性监界阈值，为建立水－岩相互作用理论体系奠定软岩研究基础，为重大工程的设计、施工等提供有效的参考的指导。     

鄂东阮家湾矿床钨矿化过程的古水文地质—地球化学研究

在对阮家湾铜-钼-钨矿床白钨矿矿化进行野外及室内矿床地质工作的基础上,作者从古水文地质学和地球化学角度探讨了钨矿化机制。该矿床钨矿化具层控性,在沉积-成岩过程中,含矿地层中奥陶统碳酸盐岩中即有钨的初步富集,这主要和与含矿地层相邻的泥质岩所经历的水交替过程及地球化学作用有关,燕山晚期阮家湾岩体侵入后,钨得以再次富集,形成矿体。     

一个计算机模拟水-岩反应过程的数学模型

本文对计算机模拟水-岩反应过程的地球化学背景作了详细的讨论,指出偏平衡假设对于水-岩反应过程是合理的,因而可用一准平衡过程逼近于一真实的地球化学过程。根据热力学原理和地质概念模型,作者建立了一个完整的数学模型,它可以模拟不同的地球化学过程。该模型由一组非线性方程构成,其中包括质量守恒方程和化学平衡方程。为了求解,作者将非线性方程组化为最小平方和形式,然后采用改进的牛顿迭代法进行数值求解。作者还采取了初始值初步改善和变量替换等措施,避免了求解水-岩反应方程组常遇到的两个问题,即初始值选取和负浓度的出现。本文所给出的算法具有很好的数值稳定性。作者模拟了黄铁矿型矿床的形成过程,计算结果与矿床的实际典型分带相一致。     

碳酸酐酶及多肽类生物大分子与岩溶动力学理论的思考

岩溶动力系统是一个边界受制于已有地表地下岩溶形态,与地球四圈层有密切联系的开放系统。该系统在生物圈的主导作用下与水圈、大气圈及岩石圈（土圈）相互作用,产生物质循环和能量流动,发生水-岩-气作用,进而在全球碳循环中发挥积极作用。生命物质在水-岩-气过程中的作用机制,尤其碳酸酐酶快速催化水和二氧化碳反应过程,以及多肽类生物大分子提高方解石中镁含量能力的发现,使岩溶动力学理论得到进一步丰富和发展。因此,如何更好的将现代生命科学理论引入到岩溶动力学中,丰富和发展岩溶动力系统模型,并与生产实践相结合,是联合国教科文组织岩溶研究中心落户桂林之后岩溶动力学理论发展过程中面临的新课题。      

水-岩作用系统的随机水文地球化学模拟

水-岩作用过程是一个随机过程。依据化学热力学的基本原理,建立了描述水岩系列间相互作用的数学模型,并采用Monte-Carlo随机分析方法进行求解。在实例研究中,以若干特征值(如均值、方差以及变异系数等)作为计算结果,来反映水-岩系列间相互作用的状态及其变化。由计算结果知,研究区系统内有关水-岩作用反应均可自发进行;因其方差较大,体系自由能接近零或处于平衡状态的机会较大;区内地下水的酸化主要源于页岩中有机质的氧化,由此导致地下水具有酸性及碳酸性侵蚀作用。     

关于地下水地质作用

地下水是地球物质的一个组成部分,并与环境介质不断地进行着相互作用。这种作用既是地下水形成演化过程,又是对岩石圈改造过程。这二者是同步发生的。这种水一岩相互作用的过程及结果即是地下水的地质作用。 不同地质环境对水-岩间相互作用会产生不同影响,并在地下水和岩石中形成特异的特征(产物),认识这些特征的标志意义即可从中获取有用信息。目前对地下水传递的信息价值认识还很不够。为此进一步研究水-岩相互作用机制及不同地质作用中地下水活动的特点、习性及作用是很有益的。本文是以地质循环及岩浆、变质和成矿作用为例,对地下水活动特点、习性及其相互关系的概述。以此说明水—岩相互作用中彼此的密切联系。     

贵州七星洞滴水的水文水化学特征及其意义

本文对贵州都匀七星洞9个滴水点进行厂为期1年的动态临测，结果显示滴水的物质组成直接源自于洞穴环境，即土壤和岩石。而大气降雨携带的物质成分较少。洞穴滴水的化学组成中元素含量变化主要由水运移过程中水-土、水-岩作用导致的岩石溶解-方解石沉淀过程所控制。QXD-1#、QXD-2#、QXD-6#、QXD-7#、QXD-8#由于水运移过程中经过的土壤较薄。水-岩作用对滴水化学特性的贡献略大。稀释作用发生在干旱条件下的QXD-2#滴水点，活塞作用在雨季对QXD-7#、QXD-9#滴水产生影响，在不同的季节，QXD-1#、QXD-3#、QXD-8#滴水点的滴率产生跳跃式变化。这些作用均受控于水的来源差异。所有这些过程对滴水点水化学产生影响但其效果较弱。滴水的Mg／Ca指示了大气降雨的变化，其值受控于洞穴顶板内水运移过程中水-土、水-岩作用下的水文地球化学过程即岩石的溶解、方解石沉淀过程及土壤物理、化学、生物学过程等。     

水-岩相互作用对库岸边坡稳定的影响研究

在三峡水库运营后,将按计划进行周期蓄、排水。对于构成库岸边坡的岩体来说,将受到库水“饱水-风干”水-岩循环作用造成的岩性劣化,进而对坡体稳定性构成严重危害。以砂岩为代表岩体,通过试验模拟了库岸边坡岩体在库水涨落情况下水-岩作用的过程,得出了砂岩受库水“饱水-风干”水-岩循环作用后抗剪强度的劣化规律。结合试验结果,运用FLAC进行了水-岩循环作用下岸坡稳定性的数值模拟,为库岸边坡的稳定性分析提供了有益的依据。     

阿西金矿床流体成矿的地球化学示踪研究

依据阿西金矿床H、O同位素组成特点对成矿流体的来源进行了示踪研究,并且研究了矿床的水岩交换作用,讨论了水-岩作用与金成矿的关系.根据矿床中典型热液矿物和岩矿石的稀土元素地球化学特征对成矿流体作用过程进行了示踪研究,与同位素地球化学示踪研究取得了基本一致的结果.根据成矿流体活动踪迹建立找矿标志,是进行矿产资源预测的新思路.     

水-岩相互作用模拟的研究进展

水 岩相互作用的地球化学模拟已在模型建立和软件的开发方面取得了较大的进展。地球化学模型发展经历了从反向模拟到正向模拟,以及到现在的反应性溶质运移模拟的发展过程。许多计算模拟软件被开发出并投入到实际应用中,现在的模拟技术已能处理较大范围内温度变化、压力变化、组分变化,以及各种地质条件下的水 岩地球化学作用。许多水 岩相互作用问题要回答地质作用的过去历史,要解释或预测未来可能水环境变化,通过模拟已获得满意的解决。目前水 岩作用地球化学模拟取得的重要进步是动力学模型和耦合运移模拟已取得了实质性进展,并应用于实际研究之中。     

2007年拟举办的重要国际、国内学术会议简要

(1)第十二届水-岩相互作用国际会议(昆明,2007年8月13～18日)水-岩相互作用国际学术会议(WRI Symposia)由国际地球化学与天体化学学会水-岩相互作用工作组(Working Group on Water-Rock Interaction,IAGC)主办,每3年在不同的国家举办一次.会议拟着重交流水-岩相互作用的热力学和动力学模拟、矿床及成矿作用及有关的地质灾害等方面的应用与基础研究成果.     

水-岩和循环加卸载次序作用下砂岩动力特性损伤演化规律

库岸边坡消落带岩体处于长期水-岩作用和频发中低强度水库地震作用之下,岩体的力学特性劣化直接影响库岸边坡的动力响应及抗震能力。基于此,模拟库岸边坡消落带的环境条件,设计进行了模拟库水位周期性升降变化过程的水-岩作用试验,在试验过程中采用循环加卸载方式模拟地震作用的影响,并重点考虑了水-岩和循环加卸载的次序作用。研究结果表明:(1)在水-岩作用下,岩样的动力参数总体呈先陡后缓的指数形式变化,考虑水-岩和循环加卸载次序作用后,岩样动力参数的劣化速度和劣化趋势明显增大,说明频发中低强度水库地震对长期处于水-岩作用环境的岸坡岩体损伤发育有明显的促进作用。(2)在水-岩作用和循环加卸载作用下,岩样的微细观结构由密实状态逐渐趋于松散,对应的完整性劣化系数和次生孔隙率亦呈现先陡后缓的变化趋势,其中,周期性水-岩和循环加卸载次序作用下岩样的微细观结构变化最显著,含初始循环加卸载损伤的岩样次之,单独水-岩作用下岩样的变化趋势最小,不同方案下岩样微细观结构的变化及差别也决定了其动力特性的劣化规律。(3)在长期水-岩作用和频发中低强度水库地震作用下,库岸边坡岩体内部的损伤会逐渐累积发展,直接影响库岸边坡的动力响应特性及抗震能力,因此,在库岸边坡长期抗震性能分析评价中,应该比较系统地考虑岸坡岩体动力特性的劣化规律。     

氧化亚铁硫杆菌水文地球化学作用实验初步研究

在某些地球化学环境中，微生物对水─岩相互作用有重要影响。本文通过氧化亚铁硫杆菌与硫化物相互作用试验，初步研究了氧化亚铁硫杆菌作用引起水─岩介质变化特征，分析了氧化亚铁硫杆菌水文地球化学作用的一些规律。     

南大巴山前缘黄龙组古岩溶储层锶同位素地球化学特征

南大巴山前缘黄龙组古岩溶储层划分为弱溶蚀岩溶岩、中等溶蚀多孔状岩溶岩、强溶蚀角砾状岩溶岩和强溶蚀交代的次生灰质岩溶岩等4种类型,以非溶蚀岩为对比参照物,系统分析了各类岩溶岩的锶同位素组成.结果表明:岩溶过程中的87Sr/86Sr值,具有从渗流-活跃潜流带的正偏移,至静滞潜流带逐渐转化为强烈负偏移的演化趋势;在同一岩溶水流体的水-岩反应体系中,基质组分相比角砾对87Sr的富集作用更强,而次生灰质岩溶岩相比白云质岩溶岩缺乏富集87Sr的锶同位素分馏效应;不同成因类型和溶蚀强度的岩溶岩具有高87Sr/86Sr值特征,主要与参与古岩溶作用水-岩反应的古陆地下水富87Sr壳源锶的注入以及白云质基质岩对87Sr具有强富集作用有关.各类岩溶岩锶同位素特征,可为预测和评价研究区黄龙组古岩溶储层发育条件及时空展布规律提供地球化学信息.