花岗岩—流体相互作用的实验研究进展

花岗岩－流体相互作用的实验研究，对于解决放射性腐废料的处理，地热能的有效开发利用和成岩成矿作用的理论研究等问题，具有重要的意义和应用价值。因此，本文引用近期的资料，从矿物表面的解吸作用，次生矿物的沉淀，矿物及花岗岩的溶解速率和花岗岩－流体反应的效应四信方面，对花岗岩－流体相互作用的实验研究进行论述，以期达到抛砖引玉的效果。     

金矿成矿流体特点及深-浅部流体相互作用成矿机制

以中国一些典型金矿研究资料为基础 ,结合前人关于深部流体研究成果 ,分析对比了金矿成矿流体和深部流体的特点 ,总结了深部流体参与金矿成矿作用的主要表现 ,然后计算了深部富气流体的能量传递效应和富水流体在不同深度上的密度变化规律。认为深部富气流体主要是向浅部输送大量热能和部分有利于成矿的物质 ,而浅部富水流体下渗提供足够的水体 ,二者在中地壳的“低速层”附近交汇 ,发生相互作用并作用于围岩 ,在有利条件下演化形成成矿流体 ,最终上升到地壳浅部沉淀成矿。     

大别山花岗岩流体包裹体面的初步研究

地质流体是在应力作用下迁移演化的，把它们割裂开来研究是不可取的。流体包裹体面就是把地质流体与应力联系起来的好途径。通过对花岗岩流体包裹体面的研究，可以揭示花岗岩在侵位冷却过程中经受的区域应力场变化及受应力控制的流体运移和演化特征。统计了位于大别山碰撞造山带中的主薄原、天柱山和司空山三个花岗岩岩体的流体包裹体面产状，并对其中的流体包裹体进行了显微测温。数据显示，主薄原和天柱山岩体的流体包裹体面特征相似，有NE和NWW两个优势方向，其中NWW向早于NE向，从NWW向到NE向均一温度、盐度降低，CO2含量下降；司空山岩体的流体包裹体面与主薄原和天柱山岩体的明显不同，有SN和EW两个优势方向，EW向早于SN向。从早到晚流体的演化趋势为高温、高盐度、含CO2和CH4的流体演化为较低温度、低盐度、基本不含挥发组分的流体。司空山岩体与主薄原和天柱山岩体侵位于不同的区域应力场下，流体的组分也存在一定的差别。但流体总的演化趋势一致：从高温、高盐度、富挥发分的流体向低温、低盐度、贫挥发分的方向演化。     

富氟花岗岩体系岩浆流体内稀土元素演化规律的实验研究

高温高压实验结果表明，随着富氟过铝花岗质岩浆分离结晶作用的进行，在与熔体相共存的流体相中，REE浓度呈有规律地变化：当温度从750℃下降至接近固相线（570℃）时，流体相中REE浓度逐渐降低，这一规律与REE在稀有金属花岗岩体上部岩相带中REE含量贫化的地质事实相一致。在富氟过铝质花岗岩体系中，REE易于分散进入某些造岩矿物（如黑云母等）和副矿物（如萤石和锡石等）中，从而不利于REE形成热液矿床。     

渤中坳陷流体包裹体特征及其对成藏研究的意义

通过详细观察渤中坳陷部分钻孔岩心和充分认识坳陷沉积特征,对重点井段进行了流体包裹体的研究。研究表明:渤中坳陷次生流体包裹体主要赋存于石英颗粒的微裂隙、碳酸盐胶结物和方解石脉中,可分为4类:纯液相包裹体、纯气相包裹体、液态+气态包裹体、盐水溶液包裹体。包裹体均一温度的测定显示其主要分为3期:88~100℃、115~140℃和140~155℃,说明渤中地区油气运聚期次至少存在3期。结合埋藏史和热史的资料分析表明,渤中坳陷总的成藏时间较晚,主要运聚期发生在13Ma(馆陶晚期)以来。      

粤北花岗岩型铀矿黄铁矿地球化学特征及对成矿流体的指示作用

文章从粤北诸广南部岩体内棉花坑、东坑等典型富铀矿床成矿期黄铁矿Pb同位素及微量元素着手,对富铀矿成矿流体性质及物质来源进行了研究,结果表明:成矿期黄铁矿206 Pb/204 Pb为20.02~60.88,207Pb/204Pb为15.80~17.70,显示成矿流体具有放射性成因铅富集的特点,成矿物质来源于富铀岩体;同时,黄铁矿中异常富集U、Pb等元素,∑REE含量低,富集HREE及部分LREE,亏损La、Nd;高场强及过渡族元素变化较大,Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho、Hf/Sm等比值显示两矿床的成矿流体具有不同性质,且均受到不同来源热液体系的混染。     

地幔流体在花岗岩形成中的负极作用—以青藏高原西部喜马拉雅期花岗岩类为例

最近,在柴北缘中段的锡铁山地区新发现有榴辉岩的出露,与这之前在柴北缘西段的鱼卡地区和东段都兰地区发现的榴辉岩一起构成了一个长350km的榴辉岩带。通过对鱼卡地区和锡铁山地区榴辉岩的对比研究显示,它们在围岩特征、岩石的显微结构、矿物组合,特别是它们的峰期温压条件、其减压过程的PT轨迹以及岩石的同位素特征等具有明显的差异。鱼卡榴辉岩的峰期变质温度较低,保存有进变质的矿物组合和石榴子石生长环带,显示出与快速折返有关的     

花岗岩地区水-岩反应次生矿物的沉淀饱和指数估算

水-岩反应次生矿物的沉淀作用不仅控制着地下水成分的演化,而且对核素的迁移和阻滞作用有重要影响。但在常温系统中,矿物的成核生长需要过饱和驱动力的存在,而且不同次生矿物成核生长所需的过饱和度有差异。本文在对日本和加拿大花岗岩地区水-岩系统的地质和地球化学特征进行分析研究的基础上,使用地球化学模拟软件PHREEQC2．15和数据库Ilnl．dat计算了次生矿物在地下水中的饱和指数,从而对各种矿物的沉淀饱和指数进行了估算。结果表明,方解石的化学活动性较强,容易溶解和沉淀,其沉淀饱和指数大约为0．5;针铁矿是地下水中铁的主要沉淀形式,其饱和指数的计算结果与pe值关系密切,沉淀饱和指数高达4．0±0．5;结合高岭石、伊利石、钙蒙脱石和钠蒙脱石之间的相平衡关系,估算其沉淀饱和指数分别为4．0±0．5、4．5±0．5、4．3±0．5和4．3±0．5。     

花岗岩全风化土湿化变形及强度的试验研究

基于某高速公路路基花岗岩全风化土浸水湿化的情况,采用GDS非饱和三轴仪进行了接近实际应力路径下三轴“单线法”湿化变形试验,研究了试样在不同围压、不同湿化应力水平下的湿化情况,得到了试样在湿化前后应力-应变曲线,轴变与体变间的变化规律,经成果分析表明,试样在湿化过程中均产生了轴变与体变,并且经湿化变形后产生了各向异性。当初始有效围压相同时,各湿化应力水平下的抗剪强度指标c、? 值近似相等,与干样相比,湿样的黏聚力c值减少明显,内摩擦角? 值变化不大。在初始有效围压较低情况下,试样约在轴向应变达10%左右时体积变形由剪缩变为剪胀,而在初始有效围压较高的情况下则没发生类似的现象。     

胶东典型花岗岩热储地下热水水化学特征及热储研究

招远地热田位于胶东隆起区,元古代蚀变花岗岩分布广泛,地下热水微量元素丰富。为查明地下热水微量组分的赋存条件、花岗岩热储环境与地热资源量,利用地下热水水化学分析、热储分析及有效能源换算法,建立Gibbs模型,进行PHREEQC模拟并开展热储估算。研究结果显示：（1）地下热水水化学类型为Cl—Na型,与海水水化学类型一致,地下热水溶解性固体总量（TDS）介于1359.7~5302.0 mg/L,锶、溴、偏硅酸等微量组分的质量浓度分别达26.20,7.50,88.00 mg/L,均超过国家医疗热矿水水质标准;（2）地热田东北方向的玲珑花岗岩中锶的质量分数较高,介于334~1 805 mg/kg,是地下热水中锶的一个重要来源;（3）热储温度在107~215 °C之间,硅-焓图解法分析冷水混入比例为33.6%~58.9%。结果显示：40~60 °C的总可用能源19.73 TJ/a,总热能达5479.57 MW·h,吨油当量471.16 toe;>60 °C的总可用能源301.57 TJ/a,总热能达83771.53 MW·h,吨油当量为7203.06 toe。综合分析认为研究区地热资源丰富,地下热水微量组分来源于花岗岩热储层的溶滤作用,富集过程受热储环境的影响,研究结果有助于完善地下热水水-岩相互作用理论。     

冻融循环下花岗岩剪切蠕变试验与模型研究

为探讨冻融对寒区工程岩石剪切蠕变特性的影响,以吉林省辉白隧道花岗岩为研究对象,对经历不同冻融循环次数的试样开展细观特征分析和剪切蠕变试验。试验结果表明:(1)随着冻融次数的增加,试样裂隙、孔隙不断扩展,岩石表面损伤现象愈发明显;(2)试样主要以中小孔隙为主,孔隙度随着冻融次数的增加呈非线性增长趋势;(3)随着冻融循环次数增加,蠕变变形量和蠕变速率逐渐增大,而蠕变时长、破坏应力和长期强度均呈现明显降低趋势。根据试验结果,进行冻融岩石非定常蠕变参数的表达,提出了冻融岩石损伤黏性元件,构建了花岗岩冻融剪切蠕变本构模型。将蠕变试验曲线和理论模型拟合曲线进行对比,验证了模型的正确性和适用性。通过对蠕变参数进行敏感性分析,研究了其对花岗岩蠕变变形的影响,并给出了蠕变参数随冻融循环次数的变化规律。该研究结果对于寒区岩体工程长期稳定性评价具有指导意义。     

方解石与含硅流体的水-岩反应实验及其对“硅化碳酸盐岩”储层成因的启示

近年来的油气勘探表明, 含硅热液是碳酸盐岩层系中一种重要的溶蚀性流体, 查明其与碳酸盐岩的水-岩反应机理是揭示“硅化碳酸盐岩”储层发育机制并实现储层分布预测的基础和关键问题之一。文章采用熔融毛细硅管和水热反应釜为反应腔,开展了200~375℃范围内方解石和含硅流体的水岩反应实验。利用原位拉曼光谱技术在线描述反应过程中体系组成的变化,对于淬火后的固相样品,则采用扫描电镜—能谱分析进行形貌观测和成分鉴定。首先,查明了含硅流体与方解石脱碳反应发生的温度条件。方解石和含硅流体在275℃以上反应形成CO₂,固相为非硅灰石的钙硅酸盐,其结构有待进一步揭示。该结果表明单纯的硅质组分难以在储层温度条件下与灰岩发生反应;其次,提出高盐度、富CO2流体作用是造成灰岩溶蚀的重要因素;最后, CO₂的存在能够促进硅质（含石英）沉淀。在上述实验认识的基础上,结合前人研究结果探讨了塔里木盆地顺托果勒地区“硅化碳酸盐岩”储层的发育机制。含硅热液沿深大断裂上移,途径震旦系—下奥陶统白云岩层系,其中的硅质组分将与白云石反应形成富镁硅酸盐和CO₂。CO₂是重要的酸性组分,有利于鹰山组碳酸盐的溶蚀和孔隙的保存。流体温度和压力的降低以及CO₂的存在促进了石英沉淀,并形成了大量的石英晶间孔隙。     

龙泉山地区中生代红层水岩作用时效性实验研究

龙泉山地区中生代红层分布广泛,水利工程较多,研究库区红层岩石水岩作用的时效性具有工程意义。通过对该地区4个水库采样点所采集的岩石样品进行室内软化系数的测定,得出红层岩石经库水长时间浸泡后软化系数及软化系数随年代的变化规律,结果显示红层经过30~50年水库浸泡后软化系数较目前在实验室测得的降低10%~20%。     

Experimental Studies on Partial Melting of Massive Samples of Granite

As a basis of modern petrology,the equilibrium relations describing the melting of granite were established mainly on melting experiments of Powder samples.Such experiments,however,have serious limitations in providing information about the variations in compositional and fabric features of the minerals and in the composition and distribution of the melt.Our experiments using massive samples indicate that melt occure mainly at the quartz-plagioclase and quartz-potash feldspar boundaries and the composition of the melt is dependent on local characteristics in the melting system,showing no correlation with the bulk composition of the rock samples.At lower temperatures(740-760℃,0.2GPa),the melt plots at or near the eutectic point in Q-Ab-Or-An-H2O diagram,indicating equilibrium melting.At higher temperatures(790-800℃，0.2GPa)the melt becomes lower in SiO2 and higher in Na2O,deviating makedly from the eutectic line but without disappearance of any mineral phase,suggesting a non-equilibrium process.It is obvious that the phase-equilibrium relations in natural massive granites may be greatly different from those deduced from powder experiments.     

植被增渗效应对花岗岩残积土浅层滑坡的影响机理研究

华南地区台风暴雨诱发的滑坡往往呈浅层、流态化、群发性等特征,大量调查发现植被增渗效应对花岗岩残积土滑坡的形成具有显著影响,但目前研究大多探讨植被根系对土体渗透性的影响,未能揭示植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。基于此,以“2019.6.9”广东省龙川县群发性滑坡灾害为例,通过大量现场勘查,查明滑坡区域地质环境条件与植被发育情况,分析植被对浅层滑坡的增渗效应;采用“双环入渗法”测得不同植被样地的入渗速率,分析其下渗过程和渗透规律;选取典型滑坡剖面,建立地质模型,运用Geo-Studio软件对强降雨条件下浅层滑坡渗流规律和土体应力-应变特征进行模拟;最后结合模拟结果和现场调查情况,分析强降雨条件下植被增渗效应对浅层滑坡的影响机理。结果表明：植被能够有效地增强土壤渗透能力,渗透能力大小依次为针叶林地、灌木林地、裸土地;在植被增渗效应影响下,雨水入渗到根土复合层底部会发生滞水现象,浅层土体迅速趋于饱和,土体中孔隙水压力及渗流力瞬时剧增,土体饱水使得残积土发生软化,同时边坡自重增加,最终导致斜坡失稳。研究结果可为华南地区暴雨群发性滑坡的形成机理、预警预报等提供科学依据,具有重要的意义。     

酸性流体作用下斜长石的稳定性

通过紫外分光光度计分析和扫描电镜观察,开展不同温度下酸性流体与斜长石相互作用实验得出:1在低温条件下斜长石较稳定,以溶解为主;在高温条件下,斜长石不稳定,以溶蚀、溶解为主;随反应温度升高,质量损失增大。2斜长石沿解理形成条带状溶孔,沿表面形成粒内溶孔。3在160℃和190℃条件下,形成新生高岭石沉淀,温度升高高岭石晶形变好,实验反应强度增大。4随反应温度升高,K+、SiO2和矿化度浓度升高。     

三峡库区宝塔滑坡泥化夹层泥化过程的水岩作用

宝塔滑坡群是三峡库区4个体积大于1亿 m3的特大型滑坡之一,滑坡发育在侏罗系蓬莱镇组砂泥岩互层的地层中,其中泥化夹层比较发育,是致使滑坡发生的最重要的原因之一。基于地质分析,进行X射线衍射（XRD）试验、扫描电子显微镜和X射线能谱（SEM-EDX）试验、物理化学试验和地下水水质分析,对宝塔滑坡区泥化夹层及其原岩的组分和结构进行了对比分析,认为宝塔滑坡区泥化夹层形成的原因为：上硬下软的地层结构是物质基础;构造应力或重力是泥化夹层形成的必要条件;地下水的长期作用是泥岩泥化的主导因素。在此基础上,研究了宝塔滑坡泥岩泥化过程中的水岩相互作用。研究表明,地下水与泥岩的水化作用、离子交换作用、溶蚀作用相互促进,改变了泥岩的组构和性质,使泥岩泥化,转变为泥化夹层,从而解释了泥岩泥化的机理。