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地质流体的热力学与化学动力学分析及其应用研究

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文摘

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龚庆杰博士后工作简历

第一章地质流体的基本概念

第一节流体的定义

第二节地质流体的自然类型

一、大气降水

二、海水

三、建造水

四、岩浆水

五、变质水

第三节地质流体的成分类型

第二章地质流体的热力学分析现状

第一节单组分体系

一、临界参数

二、计算均一压力

三、计算液相体积

四、计算气相体积

五、计算流体密度

六、等容式

第二节二组分体系

一、NaCl-H2O体系

二、KCl-H2O体系

三、CaCl2-H2O体系

四、CO2-H2O

五、CH4-H2O

六、H2S-H2O

第三节三组分体系

一、NaCl-CO2-H2O体系

二、CH4-CO2-H2O

三、其它三组分和多组分体系

第四节地质温压计

一、氧同位素温度计

二、硫同位素温度计

三、碳同位素温度计

四、微量元素温度计

五、主量元素温度计

小结

第三章地质流体中矿物溶解的平衡热力学模拟

第一节矿物溶解平衡热力学研究现状

一、矿物溶解度的实验研究现状

二、矿物溶解平衡热力学模拟研究现状

第二节矿物溶解平衡热力学模拟计算方法

一、吉布斯自由能计算

二、化学反应平衡常数的计算

三、矿物溶解平衡热力学限定方程及示例

第三节柿竹园钨多金属矿床矿物溶解平衡热力学模拟实例

一、流体包裹体

二、成矿物质来源

三、热液体系矿物溶解平衡热力学模拟

四、成矿机制分析

小结

第四章地质流体中矿物溶解的化学动力学研究

第一节矿物溶解化学动力学研究现状

一、化学动力学研究现状

二、造岩矿物溶解化学反应动力学研究分析

三、金属矿物溶解化学反应动力学研究分析

第二节矿物溶解化学动力学原理与计算方法

一、反应速率

二、速率方程

三、实验活化能

第三节矿物溶解化学动力学模拟实例

一、矿物溶解的化学动力学机理

二、石英溶解化学动力学模拟

三、辉石溶解化学动力学模拟

小结

结束语

致谢

参考文献

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摘要

地质流体参与成岩成矿过程是自然界最普遍和最重要的地质作用之一.计算地质流体参与成岩成矿的温压条件和模拟自然界热液反应机制已成为目前地学界的重要研究内容.本文以地质流体为研究出发点,进行地质流体的热力学与化学动力学分析及其应用研究.本文收集并实现了有关矿物地质温度计的计算方法.联立地质温度计和流体包裹体的等容式(或状态方程),可以计算地质流体在参与成岩、成矿和变质作用过程中的温度和压力.这为模拟地质流体在参与各种地质作用过程中的变化行为提供了必要的物理化学参数.为了模拟地质流体参与地质作用,本文从矿物溶解的平衡热力学和化学动力学两个方面进行了分析研究.在矿物溶解的平衡热力学方面,本文从矿物溶解度实验和平衡热力学模拟两方面对其研究现状进行了分析,选择HKF方程计算地质流体中各物种的吉布斯自由能数据,以化学反应平衡常数为基础,分析了多相多组分化学平衡的模拟方法.以湖南柿竹园钨多金属矿床为例,联合流体包裹体和硫同位素地质温度计研究资料分析了该矿床成矿流体的温度和压力,采用多相多组分化学平衡法模拟了白钨矿在成矿流体中的溶解度,并结合矿区围岩蚀变基本地质特征,从物理化学的角度探讨了湖南柿竹园钨多金属矿床的成矿机制.在矿物溶解的化学动力学方面,本文从造岩矿物和金属矿物溶解两个方面对其研究现状进行了分析,认为目前矿物溶解化学动力学的研究水平仍是以宏观动力学研究为主导,部分研究达到微观分子动力学研究水平.依据经典化学动力学和矿物溶解化学动力学研究成果,分析了矿物溶解化学动力学的基本原理与计算方法,并以石英和辉石两矿物为例,模拟了石英在纯水体系和盐水体系以及辉石在水溶液中的溶解反应化学动力学行为.在上述研究的基础上,完成了GeoFluid 1.0软件的开发工作,该软件包括流体包裹体、地质温压计、化学热力学和化学动力学四个部分.GeoFluid 1.0软件化学热力学和化学动力学的模拟实验结果与前人的实验研究结果相吻合,表明GeoFluid 1.0软件可在地质流体的定量研究中具有重要的应用前景.

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