中地壳温度压力条件下的水-岩作用化学动力学实验

为模拟中地壳条件下水.岩相互作用,本文作者重点做了大于300℃,在水的近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应的化学动力学实验。矿物(钠长石(Ab)、透辉石(Di)、阳起石(Act))的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300至400℃范围内,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。多金属氧化物硅酸盐与水反应时的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样。硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如,硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃、22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。我们还完成了玄武岩与水在25℃～400℃条件下的反应动力学实验。实验发现,硅的最大释放反应速率也多是在300℃。中地壳的流体处于由亚临界态进入超临界流体的演化过程,这时流体的性质会有剧烈变化。这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落。流体性质的突变和水岩相互作用涨落会导致中地壳岩层的许多性质变化,硅酸盐矿物格架的解体,岩石被淋失,岩层的崩塌。     

中地壳的地球化学动力学和矿石成因

笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。     

基于水热平衡关系的城市水库可供水量计算模式

本文以凯江蒸发模式为基础,利用气象观测资料,根据水热平衡关系建立了适合于合肥地区的陆面蒸发模式,并利用此模式估算并验证合肥董铺水库的可供水量.结果表明,利用此模式计算年供水量为7 150×104m3,与其实际供水量6 900×104m3相比,精度为96.4%,表明了此模式在城市供水型水库可供水量计算中的实用性.     

中地壳的水-岩作用对相关的地球物理性质影响

对于地壳的地球物理详细探测发现中地壳普遍存在着高导层和低速层.高温高压下的矿物(岩石)-流体反应的化学动力学实验和水的性质研究可以提供我们认识地壳的地球物理探测结果的新信息.通常,中地壳大致位于15至25km的深度范围.高导层和低速层普遍存在于中地壳.各地的地壳厚度不同,但是中地壳和高导-低速层的深度范围十分相似.中地壳的顶界温度处于300℃,底界为450℃～500℃范围.为了认识中地壳的高导低速层的起因,作者重点做了模拟中地壳条件下水-岩相互作用实验,同时,分析了水在近临界区至超临界区的突变性质.矿物(钠长石、透辉石、阳起石)与水,玄武岩与水反应的化学动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25℃～400℃和22MPa下完成的.与水反应的矿物或岩石里的各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样.硅酸盐矿物的硅的最大释放速率是在300℃.其它元素,如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在＜300℃时都高于硅的释放速率,在＞300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率.在水中的硅的大释放速率会导致硅酸盐矿物格架解体.作者假定地壳里普遍存在水占1%(体积).这时,地壳里会发生水-岩相互作用.中地壳的流体处于300℃～500℃.在由亚临界态进入超临界区的演化过程中,在跨越临界温度时水的性质发生剧烈变化.如密度、介电常数等热力学参数.这一变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落,会导致中地壳岩层的硅的淋失,硅酸盐矿物解体,岩石崩塌.同时,在临界区水的性质强烈变化还有水的电导率、迁移性质、等,这会影响中地壳一些物理性质,如中地壳高导层和低速层的出现.     

对新疆地壳结构与构造演化几个问题的简要评述

本文简要评述了新疆地区前震旦纪构造格局、古生代洋盆打开与闭合的时限、北疆晚古生代岩浆活动的构造背景与成因机制、新疆侏罗纪以来的陆内地壳演化、以及新疆地壳现今结构及其形成与演化的动力学机制等问题,并且提出了一些新的见解。     

大陆下地壳高电导率的起源：矿物中的结构水

大地电磁学的测定结果显示，大陆下地壳可能具有异常高的电导率(10-4~10-2 S/m)。认识这种异常现象的起源，对于更好地理解地球内部的结构和一些典型的地质学过程具有重要的意义。虽然目前有多种机制试图对大陆下地壳高电导率现象进行解释，但是争论依然激烈，已有的模型(含水矿物模型、孔隙流体模型、颗粒边界石墨膜模型和正空穴电子对模型等)都不能提供令人信服的答案。对安徽女山下地壳麻粒岩包体中的主要组成矿物(斜长石、斜方辉石、单斜辉石)的Micro FTIR分析表明：这三种矿物普遍含有结构水，含量分别可以高至~1 700×10-6、~1 600×10-6和~2 400×10-6。麻粒岩中结构水的存在可能会对大陆下地壳的电导率分布产生重要的影响，从而可能为认识其起源提供一个新的解释方法。     

地壳形成和大陆漂移的一种解释

大陆地壳的形成及其演化是地球动力学或大陆动力学需要解决的问题。本文用一种动力学的思想论述了原始大陆的形成和原始大陆的分裂与漂移。     

关于矿化度和溶解性固体的探讨

水文地质勘察、岩土工程勘察中进行水质腐蚀性评价,涉及到矿化度、溶解性固体两个主要的名称。根据工作需要和工作中遇到的提问,甚至于权威学者、审图工程师的意见,查阅了技术标准、教科书、手册,并在网络上进行了搜索。不同行业规程的概念均对溶解性固体进行了叙述,对矿化度作表述较少。根据搜集的代表性的技术标准:公路、铁路、饮用水及矿泉水3个行业的有关标准,利用技术标准中相应的试验过程、计算方法,进行了对比分析,得出了结论,并在此基础上提出了建议。     

从岩浆岩看青藏高原地壳的生长演化

青藏巨厚陆壳的性质和形成机制,是重要的科学问题.通过对青藏岩浆岩,特别是其Nd、Hf同位素的研究,证明青藏高原并存着新生地壳和再循环地壳两类地壳.地壳的结构和属性对成矿矿种、矿床类型和分布有重要的控制作用.青藏巨厚地壳是由两种机制（构造加厚;地幔物质通过岩浆作用注入加厚）共同造成的,二者贡献比例约6:4.地壳增厚主要发生在50~25 Ma期间.大陆碰撞带是造成地壳净生长的重要构造部位.      

安徽女山下地壳麻粒岩包体中的水：红外光谱分析

运用显微傅立叶变换红外光谱技术,对安徽女山新生代玄武岩中的10个麻粒岩包体的主要组成矿物（单斜辉石、斜方辉石、斜长石）进行了观察。结果显示,这些名义上的无水矿物中都普遍含有以OH一形式赋存的结构水,其含量（H10wt．）分别可以高达～2340ppm（单斜辉石）、～1590ppm（斜方辉石）和～910ppm（斜长石）。不同样品间矿物的结构水含量具有明显的不均一性的分布特点,这很可能是对其原岩性质的一种反映。根据单矿物的水含量和各自的体积分数计算出的全岩水含量为125～963ppm。根据二辉石温度计计算的女山麻粒岩包体的平衡温度为～800～900℃,对应于女山最下部地壳（-25～35km）,因此本文数据为大陆下地壳含水与否提供了初步的最直接的证据,并且其水含量可能具有不均一性的分布特点。     

松嫩低平原（大安）“三水”转换量的计算

根据大安市历年地下水动态观测资料,大赉老坎子专用观测并动态资料和降雨蒸发的有关资料分析。并对该区“三水”的主要转换量：（一）降雨入渗量;（二）地下水蒸发量;（三）地下水的侧向流出量;（四）水面蒸发量;（五）地下水开采量;（六）降雨量进行计算。     

大陆下地壳中水的演化及氢同位素组成:以华北克拉通为例

名义上无水矿物(NAMs,如辉石、橄榄石、长石和石榴石等)是近些年来地球科学研究中蓬勃发展起来的一个新领域,这些矿物为我们研究深部地球中的水和流体活动提供了新的途径.     

准噶尔盆地地壳动力学与油气储集层沉积相模型

本文以地壳动力学观点对准噶尔盆地发生、发育序列进行了探讨。该盆地生长序次分为五个阶段：①前盆地发育阶段（Ｃ３前）：被动大陆边缘；②裂陷阶段（Ｃ３→Ｐ１）：火山弧后盆地－残余弧后盆地；③压陷阶段（Ｐ２→）：前陆盆地；④坳陷阶段：内陆湖泊盆地；⑤萎缩阶段（Ｒ→Ｑ）：内陆湖泊→盐湖盆地。其中，晚二叠世和中生代的压陷和坳陷阶段有利于油气储集层形成。并且建立了油气储层沉积模型：下二叠统为大陆火山喷发相→洪冲积扇相→河流相或三角洲相→海相或湖相；上二叠统和三叠系分缓坡型和陡岸型。缓坡型沉积模式为洪冲积扇相→河流相→三角洲相→滨浅湖亚相→半深湖亚相。陡岸型为洪冲积扇相→扇三角洲相→滨浅湖亚相→半深湖亚相及浊积扇相；侏罗系八道湾组和西山密组不仅为较好油气储层，同时亦为富煤单元，其沉积模式为过境河流相→冲积扇相→辫状河流相→辫状三角洲相→湖泊相，或者，洪冲积扇相→河流沼泽亚相→湖湾亚相→滨湖沼泽亚相→滨浅湖亚相。     

华北新太古代和中生代大陆下地壳中的水:以汉诺坝地区为例

应用显微傅里叶变换红外光谱技术,对华北克拉通北缘汉诺坝地区的太古宙地体麻粒岩和新生代玄武岩中捕虏体麻粒岩(中生代底侵成因)的主要组成矿物(单斜辉石、斜方辉石、斜长石和石榴子石)进行了详细分析.结果表明,无论是地体麻粒岩还是捕虏体麻粒岩,岩石中的主要组成矿物均含有结构水,主要以OH形式存在.同种产状麻粒岩的矿物水含量(H2O%)均存在较大的变化,而且都远远超出实验误差,表明下地壳内水的分布可能是不均一的.两种产状麻粒岩的矿物结构水含量有着显著的不同,地体麻粒岩中矿物的水含量是捕虏体麻粒岩的2倍以上.太古宙-古元古代形成的安徽女山新生代玄武岩中的捕虏体麻粒岩具有与汉诺坝太古宙地体麻粒岩相似的水含量范围,但明显高于汉诺坝中生代形成的捕虏体麻粒岩.由此看来,早期(太古宙-古元古代)下地壳的水含量要比中生代形成的下地壳高得多,这可能指示不同时代下地壳在形成机制和性质上的不同.     

关于大陆地壳化学组成研究中某些问题的讨论

结合作者对中国东部的研究,探讨有关大陆地壳化学组成研究中存在的若干问题,包括深部地壳组成的研究方法,上地壳组成,地壳化学成分横向不均一性和元素相容性等问题。     

地壳俯冲与折返过程的变质作用演化:来自高压-超高压榴辉岩相平衡模拟的证据

本文以大别山双河柯石英榴辉岩为基础,在NCKMnFMASHO体系中计算了P-T、T-M(H₂O)和P-M(H₂O)一系列相图。这些相图表明在地壳冷俯冲(地热梯度约为6℃·km^-1)过程中饱和水的变质基性岩通过脱水反应导致矿物组合演化,随着P-T条件增加,约在2.2GPa(80km)处,绿泥石被滑石取代,在2.4GPa处,蓝闪石消失,在2.5GPa处,滑石消失,在2.9GPa(105km)处,硬柱石消失。相应地可出现硬柱石蓝片岩、蓝闪石-硬柱石榴辉岩、硬柱石榴辉岩和多硅白云母榴辉岩等高压-超高压组合。俯冲基性岩中即使含有很少量的水(如0.3%~0.5%),都会在超高压硬柱石榴辉岩相条件下达到饱和。因此硬柱石会广泛出现于经历冷俯冲地壳的变质基性岩中。高压-超高压榴辉岩的折返过程受折返温度及峰期矿物组合的控制。当峰期矿物组合中含有硬柱石(±蓝闪石±滑石,T=540~600℃)时,其早期折返发生在硬柱石稳定域,受脱水反应控制,难以保存峰期矿物组合;晚期折返发生在绿帘石稳定域,岩石处于流体缺失状态,有利于保存硬柱石消失后的高压矿物组合。当峰期矿物组合中含有绿泥石、硬柱石和蓝闪石时(T<540℃),其折返过程中的脱水作用仅发生在硬柱石与绿帘石共生的狭窄区域,在硬柱石稳定域的早期折返与绿帘石稳定域的晚期折返阶段,都不发生脱水作用,岩石处于流体缺失状态,因此,虽然峰期形成的硬柱石难以保存,但峰期形成的其他矿物可能仅受轻微改造。当硬柱石消失 (T>600℃) 后,多硅白云母高压-超高压榴辉岩中含有很少量水,在早期折返过程中的很大压力范围内,岩石保持水含量不变,更容易保留峰期矿物组合。高压-超高压榴辉岩在减压至1.5GPa以下时,由于外来流体注入,发生部分水化,形成含有钠钙质、钙质角闪石榴辉岩, 它们一般不是平衡矿物组合。榴辉岩中名义上的无水矿物在减压过程中释放的水有助于榴辉岩部分水化,但不足以形成水饱和的斜长角闪岩。     

珊瑚礁海岸水动力学问题研究综述

珊瑚礁水动力学是一个涉及生态、环境、地质和工程学的交叉课题,其水动力学研究不仅为珊瑚礁海域生态系统的维护和海岸线的演变提供一定的理论参考,还能为海岸的防灾减灾以及岛礁工程的建设提供一定的决策依据。回顾了国内外珊瑚礁海岸水动力问题的研究与进展,从现场观测、理论模型、物理模型试验和数值模型4个方面对当前该领域的研究进展进行了综述,并提出今后现场观测研究对象可关注南中国海的珊瑚岛礁,理论分析方法可侧重考虑非线性波浪理论,物理模型试验可采用大型波浪水槽和港池来复演现场尺度的水动力问题,数值模型可采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法对波浪与珊瑚礁相互作用进行精细化模拟,本文旨在为今后国内珊瑚礁水动力学方面的相关研究提供一定的借鉴和参考。     

华北克拉通太古宙地壳演化和最古老的岩石

简要总结了华北克拉通太古宙地壳演化的规律、认识及存在的问题,特别是近年来在最古老的岩石和锆石年代学研究方面取得的进展。华北克拉通构造热事件主要发生在约2.5Ga,导致大规模陆壳的形成。仅在鲁西、胶东等少数地区有较大规模的约2.7Ga的地质体存在。古元古代晚期的陆陆碰撞使华北克拉通最终形成统一的整体。最近对鞍山地区的研究发现大量3.6～3.8Ga的岩石和锆石。在冀东、信阳、焦作及其他地区也有始太古代—古太古代的岩石和锆石存在。华北克拉通可能存在几个不同的古太古代—始太古代陆核。     

重力测量在研究地壳构造中存在的问题及其讨论

提出并讨论区域重力测量在研究深部地壳构造中的问题,包括重力各项外部改正、重力异常的划分以及异常解释中存在的一些问题。通过讨论,使从事这方面工作的研究人员引起足够的注意,在实际工作中,采用一定的方法手段补偿与解决所出现的某些问题,从而获得较为理想的地质解释效果。     

早前寒武纪大陆地壳的性质与构造演化问题

世界大陆地壳主要由早前寒武纪英云闪长质花岗岩类组成,并于太古宙晚期普遍经历了克拉通化。迄今尚未证实世界是否保存有未经受早期强烈改造和重熔分异轮回的原属地球的初始基性岩壳。华北克拉通是世界典型太古宙克拉通陆块之一。这些古陆块的规模、刚性特征和地质构造等,都直接显示出与现今板块理论基本模式一致。大陆地壳经早期高增生率阶段,又经裂解和聚合演化而形成不同时代的地体拼贴而成的现今世界大陆。它们并非由陆核增生,而现代大陆演化则深受先存拼合地体的影响,在全球板块运动过程中大陆各地体块体因重力均衡及张剪、压剪的走滑发生调整。古陆块虽经长期剥蚀而至今仍为大陆,是因下地壳区的挤压环境促使发生近水平面状强烈韧性剪切、板底垫托和滑脱,导致岩片叠置使陆壳垂直增生,而获得浮力,并可因超负荷增大而形成下地壳高压麻粒岩相区。由反映强弱应变的变形分隔的深成构造作用机制所造成的地壳水平网络状结构,在地学大断面内是最主要的特征之一。