基于高速摄像技术的流体作用力试验

针对颗粒在动水中的流体作用力问题,采用高速摄像技术对颗粒的运动过程进行观测,通过求解圆球及天然泥沙跃移运动过程中的力学方程,得到拖曳力系数及上举力系数。试验结果表明:①动水中颗粒非匀速运动时的拖曳力系数、静水中颗粒非匀速运动时的拖曳力系数与匀速运动时的拖曳力系数均随着雷诺数的增加而减小,颗粒与水流之间的相对运动速度越接近于颗粒沉速,三者间的差异越小;当颗粒与水流之间的相对运动速度等于颗粒沉速时,三者近似相等。②形状对上举力系数的影响较对拖曳力系数的影响更明显,天然泥沙的拖曳力系数大于圆球的拖曳力系数,天然泥沙的上举力系数小于圆球的上举力系数。最后,构建了圆球及天然泥沙的拖曳力系数及上举力系数公式,公式计算值与实测值符合较好。

白云岩储层形成演化过程中不同流体作用的稀土元素判别模式

综合近年来应用稀土元素研究白云岩储层流体作用特征的结果,结合对四川盆地和塔里木盆地典型样品稀土元素特征的分析,提出了辨别不同流体来源及作用特点的主要模式:1)受成岩流体改造较弱的白云岩依然显示海水来源的稀土元素模式。全岩稀土元素总量低(一般小于20μg/g),显著的正Ce异常,轻稀土元素富集,重稀土元素配分曲线较为平坦。2)大气降水淋滤-渗滤模式。全岩稀土元素含量低于正常白云岩,Ce正异常显著降低,甚至出现负Ce异常,其中淡水淋滤成因的方解石脉具最低的稀土元素含量。3)成岩-成烃流体作用模式。全岩稀土元素含量稍微降低,但配分模式保持与海水类似,与之相关的白云石次生加大边具有较高的稀土元素含量和CeSWN值,成岩流体方解石脉的稀土元素和CeSWN值明显高于围岩,但两者都显示了海水来源特征。4)热液作用模式。稀土元素含量降低,出现正Eu异常,稀土元素配分曲线起伏不平。

华北地台重要金矿成矿过程中的流体作用及其来源研究

中生代是华北地台金矿床的最重要成矿时期 ,该时期的金矿床与煌斑岩和花岗岩类密切伴生 .煌斑岩以富金和富LILE为特征 ,而花岗岩的金含量则甚低 .金矿床的铅、氢、氧和硫同位素组成高度分散 ,表明成矿物质具有多来源性 .金矿床中的蚀变时间上从早到晚的演化和空间上从下到上的分带为 :由气化 -高温 (30 0℃～ 4 5 0℃ )阶段的钾长石化 ,经 (高 - )中温(2 0 0℃～ 32 0℃ )阶段的黄铁绢英岩化和绢英岩化 ,变为中 -低温 (2 2 0℃～ 15 0℃ )阶段的硅化 .金在钾交代阶段活化转移 ,而在黄铁绢英岩化阶段开始沉淀成矿 .欧亚板块与古太平洋板块之间以及华北板块与华南板块之间在中生代时期的强烈碰撞、挤压和俯冲造成了华北地台金矿床形成的有利构造环境 .俯冲板块俯冲过程中的去气、去碱、去硅和去LILE(包括金 )等作用 ,可形成含金成矿流体 .在俯冲板块进入地幔后 ,含金流体和分熔产物一起上升并交代地幔楔 ,形成能够产生富金煌斑岩浆的富集地幔 .同时 ,仰冲板块中的褶皱、变质、花岗岩的形成、火山作用、煌斑岩侵入、水 /岩反应 ,以及成矿物质的活化转移和交换作用 ,促进了金在有利环境中聚集成矿 .

中亚成矿域斑岩大规模成矿特征:大地构造背景、流体作用与成矿深部动力学机制

中亚成矿域夹持于西伯利亚、东欧和塔里木-华北克拉通之间,展布范围与全球显生宙大陆地壳生长最典型的增生型造山带——中亚造山带相当,并产出一系列大型—超大型斑岩铜(-金)、斑岩钼及斑岩铜(-钼)矿床。斑岩成矿作用自西向东存在明显差异,可高度概括为具‘西铜东钼、早铜晚钼’特征。基于前寒武纪基底性质、成矿大地构造背景以及斑岩成矿特征方面的系统综合研究,以重要构造线为界,将成矿域进一步划分为三个成矿省:哈萨克斯坦斑岩Cu(-Au-Mo)、蒙古斑岩Cu(-Au)和中国东北斑岩Mo(-Cu)成矿省。哈萨克斯坦成矿省具新太古—古元古代结晶基底;四个大型斑岩Cu矿床形成于早古生代增生造山过程(481~440Ma),而绝大多数矿床为晚石炭世(330~295Ma)集中爆发成矿的产物。古亚洲洋西段,沿我国中天山—伊犁南缘—吉尔吉斯北天山—中哈萨克斯坦—科克切塔夫至成吉思线性展布的古生代岩浆弧与哈萨克斯坦山弯构造共同制约了斑岩成矿作用;增生造山向山弯构造的转换阶段为斑岩集中成矿期。蒙古斑岩成矿省亦具新太古代—早古元古代结晶基底;斑岩成矿作用主要发生在泥盆纪(~370Ma)和三叠纪(~240Ma)两个时期,为图瓦-蒙古山弯构造演化过程中两个局部时段的突发成矿;早期成矿事件与古亚洲洋体系向南戈壁微地块下的俯冲增生造山有关,晚期成矿可能是蒙古—鄂霍茨克洋俯冲作用的结果。中国东北斑岩成矿省广泛发育新元古代结晶基底和泛非事件岩石学记录;奥陶纪(482~440Ma)斑岩成矿受控于古亚洲洋早古生代时期俯冲增生作用;而中生代斑岩钼集中爆发成矿则分别受控于古亚洲洋体系后碰撞(~250Ma)、蒙古—鄂霍茨克洋体系同俯冲(248~204Ma)、古太平洋体系同俯冲(195~145Ma)及中国东部岩石圈减薄事件(145~106Ma)不同地球动力学体制。成矿流体方面总体而论,中亚斑岩型矿床热液蚀变遵循经典Lowell and Guibert模式,高氧化性岩浆流体有效出溶造就了大型-超大型斑岩矿床。中亚成矿域斑岩铜矿的成矿斑岩岩石类型与环太平洋域成矿斑岩类似,以钙碱性和高钾钙碱性成分为主,最常见的是石英二长闪长岩、二长花岗岩、花岗闪长岩和花岗岩。成钼矿斑岩比成铜(-金-钼)斑岩更偏酸性,具更高SiO2含量。部分斑岩具埃达克质岩微量元素地球化学特征,另一部分斑岩却有类似正常弧火山岩的特征。虽然现有弧环境斑岩岩浆产生的‘MASH’和‘板片熔融’模型以及‘后碰撞拆沉与新生基性下地壳熔融’模型能够解释中亚成矿域部分斑岩铜矿床成矿的深部机制,但本文新提出‘残余洋中脊俯冲+预富集基性下地壳熔融’模型解释哈萨克斯坦成矿省巴尔喀什—西准噶尔成矿带斑岩铜大规模成矿的深部机制。中亚域斑岩钼成矿与古老地壳或古老岩石圈地幔的熔融无关,而与新生地壳熔融产生长英质岩浆的深部事件存在直接成因联系。西段哈萨克斯坦省新生地壳由古生代古亚洲洋演化过程中弧增生事件形成,而东段中国东北成矿省新生地壳则是新元古代与Rodinia超大陆相关聚合和裂解事件造就的。"新生下地壳部分熔融成钼"模型突破了钼成矿与古老地壳熔融有关的传统认识,能很好地解释全球最大的中国东北钼成矿省的成矿深部动力学机制。

鄂尔多斯盆地杭锦旗地区砂岩型铀矿流体作用与成矿

鄂尔多斯盆地北部中侏罗统直罗组富铀砂岩成岩过程复杂,铀成矿并非典型的层间氧化带模式。通过对盆地北部杭锦旗地区矿化砂岩成岩矿物、方解石碳氧同位素、流体包裹体的综合分析,探讨了杭锦旗砂岩型铀矿的流体作用特征与铀成矿过程。结果表明:矿区砂岩遭受碱性渗入水、烃类降解酸性水、碱性热液3种类型流体作用;碱性热液为最晚期的流体活动,亮晶方解石捕获的原生流体包裹体均一温度峰值为140~160℃,盐度为8.00%~16.34%,方解石δ13C明显偏负(-7.1‰^-18.3‰),为有机来源碳参与的高盐度碱性热流体。前人证实盆地北部砂岩型铀矿具有生物成因特征,与热液活动相悖;结合铀元素迁移特征,认为热液活动与微生物还原作用并不矛盾,碱性热液改变了矿区砂岩流体的物理化学环境,稳定络合物的形成对铀元素具有萃取再富集作用;热液活动是富矿流体形成的关键事件,微生物活动在热液活动停止后直接参与铀还原成矿。

塔里木盆地塔河奥陶系碳酸盐岩储层埋藏成岩和构造—热流体作用及其有效性

对层状风化壳模式的认识一度支撑着塔里木盆地下古生界深层碳酸盐岩油气勘探,但这类深层碳酸盐岩储层显示出的强烈非均质性使得勘探风险愈来愈大。研究以塔里木盆地塔河地区中—下奥陶统碳酸盐岩储层为典型实例,重点论述了成岩作用和构造—热流体复合作用对储层的制约,并结合表生岩溶等其它要素开展了储层分布综合解释。研究认识到:①奥陶系碳酸盐岩正常深埋藏成岩作用的主要效应是碳酸盐的沉淀而不是碳酸盐的溶解,建设性改造主要与表生岩溶作用(古喀斯特)或构造—热流体作用有关,并导致了碳酸盐岩储层强烈的非均质性。②从中下奥陶统到上奥陶统,下部碳酸盐岩地层热流体活动迹象明显优于上部地层。③奥陶系碳酸盐岩构造—热流体的建设性改造作用主要发生在中—晚泥盆世与二叠纪叠加改造的断裂构造交汇区,以及中—晚奥陶世、前石炭纪形成的表生岩溶发育区;有效储层与高能沉积相带关系有限。为此,提出了奥陶系碳酸盐岩构造—流体作用与储层形成概念模式,这为进一步认识储层的形成分布规律提供了新的线索。

江西金山金矿成矿过程流体作用地球化学特征

金山金矿位于赣东北矿集区内 ,是与韧性剪切带有关的大型金矿床 .该矿床不同类型蚀变变形岩石与围岩千枚岩在微量元素、稀土元素等方面具有相同的地球化学特点 ,Co/Ni,U/Th ,Th/Sc ,Th/Co比值较为一致 .超糜棱岩和含金石英脉中Au/Ag比值较高 ,反映了金矿化的特征 .千枚岩、糜棱岩、超糜棱岩和含金石英脉的稀土元素分配模式十分相似 ,具有明显向右缓倾的特点 ,铕亏损较明显 (δEu =0 .6 2～ 0 .71) ,而铈基本没有明显的富集或亏损 (δCe =0 .97～1.0 1) .这些都说明它们具有相同的来源 .金山金矿成矿流体以富H2 O、CO2 ,富Na+、K+为特征 ,并具有较高含量的N2 、Ar组分 ,反映了成矿流体的来源较深 .硅同位素研究表明 ,超糜棱岩和含金石英脉中的石英为变质成因 ;钻孔全岩氧同位素测试结果则显示成矿流体作用过程中有大气降水的加入 .金山金矿流体作用过程中 ,SiO2 、CaO为带入组分 ,Al2 O3、TiO2 、TFe、MgO、K2 O为带出组分 .研究表明金山金矿成矿流体为深部来源的变质水 ,后期有大气降水的加入 ,成矿流体具有中低温、中等盐度、弱酸性。

河南康山金矿同位素地球化学及其对成岩成矿及流体作用模式的印证

康山金矿位于华北克拉通南缘熊耳山区，矿化类型介于蚀变破碎带型与石英脉型矿床之间，为硅化体型金矿。蚀变矿化过程分为早期石英一黄铁矿阶段、中期多金属硫化物阶段和晚期碳酸盐阶段；温度分别集中在３００～３８０℃、１８０～２４０℃和１００～１４０℃；碳氢氧同位素研究揭示成矿流体由变质热液经混合热液，向大气降水热液演化。流体混合导致矿化中期成矿物质快速沉淀，多金属硫化物等多种矿物爆发形成，且结晶程度低（以玉髓和烟灰状黄铁矿为标志），含矿性好，是大规模成矿的关键。碳铅硫同位素研究表明成矿物质主要来自马超营断裂南侧由官道口群、栾川群、太华超群等地层构成的俯冲板片，而赋矿围岩熊耳群提供成矿物质的可能性最小，因此认为中生代时沿马超营断裂倾向北的陆内俯冲诱发了流体成矿作用，导致康山金矿等熊耳山区１０多处大中型矿床的形成和规律性分带，马超营断裂北侧是寻找金、银等矿床的有利地带。本文印证了同碰撞矿床的存在和成岩成矿及流体作用（ＣＰＭＦ）模式。

陆内碰撞体制流体作用及成矿作用研究的意义和现状

陆内碰撞作用和流体作用都是８０年代以来的研究前沿，它们的研究必然会大大促进成矿作用研究的发展，也是跟踪和超越世界地球科学先进水平的重要途径。中国拥有最多最复杂的陆内碰撞带，为中国学者开展有关研究并取得高水平成果提供了得天独厚的条件。对陆内碰撞、流体作用和成矿作用研究现状的分析表明，三者之间研究的相互结合是薄弱环节，限制了有关问题的深入，但为我国学者开展该方向的研究，取得领先于国际水平的成果，提供了十分难得的良好时机。

上地壳环境中的流体作用与灰岩的脆—韧性转变

对取自西南非纳米比亚Damara造山带Waterberg断层带中的细粒灰岩的变形结构与亚微结构开展的多方面综合研究 ,揭示出在流体相遍布的上部地壳环境中 ,细粒灰岩的变形属性具有双重性 :脆性与晶质塑性。这种双重性突出表现在破裂与微破裂构造的广泛发育 ,以及细粒动态重结晶颗粒沿着破裂带 (面 )的出现。导致这种双重过程的主要因素在于岩石变形作用过程中流体相的介入。破裂与微破裂的出现 ,为流体相介入岩石变形提供了通道 ,使得流体相能够弥散于高应变带及高应变晶体内。水解弱化是流体相影响岩石变形的重要机理。流体相促进位错滑移与攀移 ,并加速应变颗粒的恢复作用 ,以协调破裂过程。

俯冲带流体作用的地球化学示踪

俯冲带流体包括俯冲带岩石脱水形成的水流体和熔融作用产生的熔体。俯冲带流体循环及伴随的化学作用是壳幔演化和物质交换的重要机制。岛弧火山岩地球化学研究可以示踪流体的性质、成分。造山带变质岩内高压脉是俯冲带流体活动的直接记录。通过高压脉及其主岩地球化学研究 ,可以示踪流体成分和来源。俯冲带水流体成分与流体释放深度有关 ,俯冲带深处 ( >5 0km)形成的水流体内溶质相当可观。水流体流动方式有大规模沟道式和小规模弥散式 ,与其相应的流体来源分别为外来的和内部的。俯冲带流体组分、流动方式、物质交换机制与俯冲带深度、热状态、物质结构的定量关系 ,以及矿物 /水流体间元素分配系数的高压实验可能将是俯冲带流体今后研究的重要课题。中国西天山高压变质带榴辉岩及蓝片岩中广泛发育高压脉 ,根据脉的矿物组合 ,高压脉可分成 4种类型。高压脉氧同位素研究表明 ,脉体与流体间氧同位素交换宏观与局部平衡 ,流体活动为大规模的 ;流体活动方式既有沟道式 ,又有渗透式 ;流体的δ18O值为 + 10 .8‰左右 ,流体来源于主岩经过海水低温蚀变的大洋玄武岩。西天山广泛发育的高压脉 (尤其是蓝片岩中的高压脉的发现目前在世界范围尚属首例 ) ,是研究古俯冲带流体作用良好的野外天然实验室。

塔中奥陶系碳酸盐岩流体包裹体特征及其对成岩作用和深部流体作用的指示意义

塔中地区奥陶系碳酸盐岩经历了多期构造运动,具有复杂的埋藏史和地热史,且受深部流体作用改造,成岩作用比较复杂。本文通过对塔中地区6口井奥陶系碳酸盐岩样品开展详细的显微镜岩矿鉴定、流体包裹体岩相学研究及包裹体均一温度和盐度的测定,结合塔中地区构造、地层埋藏史及热演化史等资料,对塔中地区奥陶系成岩作用及深部流体作用进行了探讨。塔中地区奥陶系包裹体大致可以分为4期:第1期包裹体形成于晚加里东-早海西期早成岩期的同生-准同生或表生暴露阶段,温度接近地表温度,包裹体均一温度<60℃;第2期形成于晚海西期浅埋藏阶段,包裹体均一温度为90～105℃;第3期包裹体形成于波动埋藏-深埋藏阶段,包裹体均一温度变化范围较大,为120～186℃;第4期包裹体均一温度较高,多分布在192～235℃之间,这期高温流体包裹体的形成应该与岩浆-火山或深部热流体作用有关。另外,包裹体的盐度随均一温度升高而发生变化,这可能反映了塔中地区奥陶系在后期受深部热流体影响。

热水流体作用与油气的形成

近 2 0年来 ,对地壳中热水流体地质作用的研究已渗透到地学研究的各个领域 ,并且是一个经久不衰的研究课题。与现代海底热水流体或大陆热泉活动有关的热液石油的生成问题已引起油气地质学界的普遍关注。热液石油是热水流体与烃源岩发生水岩反应的产物 ,并能与热水流体一起运移。研究热液石油生成和运移的机制有助于了解地质历史中油气的生成与成藏过程。热液石油生成的温度范围从 60℃到大于 40 0℃ ,高温区明显高于传统的石油窗温度 ;热液石油生成过程所需的时间短 ;热液油气运移的通道与热水流体相同 ,这就是断裂构造。据此可以认为 ,在更深的地层圈闭中 ,尤其是产于深大断裂构造附近的圈闭中 。

辽宁红透山块状硫化物矿床中沉积磁黄铁矿的变质和流体作用

辽宁红透山太古宙块状硫化物型铜-锌矿床经历过高角闪岩相变质作用。矿石结构研究表明,矿床中的磁黄铁矿主要是海底喷流沉积后受到变质退火和重结晶的产物。在进变质过程中形成的磁黄铁矿的变形结构绝大部分已被峰期变质作用所清除,目前所见到的变形结构和矿石糜棱岩主要是退变质阶段的产物。流体的存在促进了磁黄铁矿的变形和退火。退变质流体以较高的氧逸度为特征。

断裂带流体作用及动力学模型

越来越多的证据表明流体活动与断裂作用密切相关。断裂带流体活动不仅影响断裂发生、发展、封闭和断裂强度，而且影响到断裂带附近矿床的形成。断裂带活动为流体循环、水岩相互作用提供了必要条件，流体的再分配是断裂带中应力积累和释放的响应。流体压力和剪切压力的耦合变化影响断裂带摩擦作用中剪切强度的变化，进而控制断裂发生和停止。因此，断裂带流体活动的幕式变化指示了断裂活动事件或地震活动旋回。

乌库尔其地区层间铀成矿过程中的流体作用研究

该文以伊犁盆地南缘乌库尔其地区各矿床为研究对象 ,阐述了层间氧化带砂岩型铀矿床层间铀成矿过程中的流体作用及伊犁盆地流体演化史对砂岩型铀成矿的控制等。试图通过稳定同位素、稀土元素等示踪方法研究该地区层间流体的来源、运移及向成矿流体的演化并成矿的流体作用机制 ,认为 V22 旋回层间流体主要来自受大气水补给的基岩裂隙水 。

韧性剪切带内流体作用的研究

韧性剪切带内的流体作用是一个复杂的构造物理化学过程和力学 -化学的耦合过程。它不仅影响着岩石的变形机制 ,促进变形构造的发生和发展 ,而且影响着岩石的矿物组成及化学成分的变化。本文在综合评价现有研究成果的基础上认为 ,岩石的成分变异和体积变化是韧性剪切带内流体作用研究的主要内容 ,韧性剪切带内构造 -流体演化历史、构造物理化学、岩石应变模式及其特征的研究是今后韧性剪切带内流体作用研究的发展方向和前沿领域。

大别超高压变质过程中流体作用的微量元素效应及其地球化学意义

对大别地区角闪岩相-麻粒岩相和榴辉岩相岩石进行了较系统的地球化学研究，探讨了超高压俯冲变质及折返过程中元素的再分配行为，并就其对变质过程中的部分熔融作用和流体交代作用的指示进行了分析。研究表明，大别榴辉岩原岩在其俯冲过程中发生了部分熔融作用，并在其早期脱水和后期退变质作用过程中与变质流体相之间产生了交换。脱水作用使榴辉岩 Nb/Ta比值升高，但后期的退变质作用使榴辉岩与其寄主围岩间的 Nb/Ta比值相对均一化。角闪岩相-麻粒岩相岩石以相对富集 LREE和 LILE为特征，并具有较大的 Nb/Ta比值变化范围，但其 Nb/Ta比值的变化规律与榴辉岩相岩石区别明显，反映了大别地区超高压变质岩类与其他变质相岩石具不同的变质流体交代过程和变质机制。

大地构造学研究的新兴前沿课题——造山过程中的流体作用

流体活动研究已从俯冲带转移到造山过程。主要研究如下几个问题：（１）造山过程中流体的运移方式和分布规律，即造山带古流体场的重建；（２）流体在造山过程中对各种地质作用的参与；（３）造山带演化特征与流体活动幕次的关系；（４）盆山成矿与流体活动的关系等。选择研究程度高、具明显的流体活动特征，同造山成矿发育的年轻造山带或其中一段通过多学科综合研究，将使人们更深入地理解造山过程中的各种地质作用和盆山转化规律及动力学特征。

花岗质岩石相关成矿系统的流体作用

与花岗质岩石相关的成矿系统与战略新兴矿产(W、Sn、Mo、Be、Nb、Ta、Li等)和大宗紧缺战略矿产(Cu、Au)密切相关。流体包裹体作为古成矿流体的样品,直接记录了成矿流体的温度、盐度和元素含量等关键信息。目前,随着单个流体(熔体)包裹体成分分析技术的突破,已经积累了一批可靠的成矿流体中元素含量的数据。本文总结了4种典型热液矿床的流体包裹体的温度、盐度和成分数据,对与花岗质岩石相关的成矿系统的流体性质和成矿机制进行探讨。斑岩型钼矿的熔体包裹体中钼含量不高,但斑岩型铜矿的熔体或熔流体包裹体中可含有高含量的铜和金。斑岩型钼矿和斑岩型铜矿热液阶段的流体相分离和特定温度域的流体冷却(420~350℃)是重要成矿机制。花岗伟晶岩型稀有金属矿和花岗岩型钨(锡)矿普遍发育的超临界流体可能具有超强的元素溶解能力。流体混合、水岩反应和流体沸腾等多种机制导致花岗岩型钨(锡)矿金属沉淀富集。目前,尚缺乏花岗伟晶岩型稀有金属矿的系统流体演化研究。