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断层泥特征及其工程地质意义

断层泥特征及其工程地质意义

作者：马向贤兰州大学

学位级别：硕士

断层泥作为断层活动的产物,记载着断层活动的丰富信息。对断层泥的物质组成、结构特征及其反映的断层活动性、物理力学性质等许多方面的研究已经积累了大量成果。探索断层泥地球化学特征所反映的演化过程是地质学基础研究的前沿领域。 ... 详细信息

断层泥作为断层活动的产物,记载着断层活动的丰富信息。对断层泥的物质组成、结构特征及其反映的断层活动性、物理力学性质等许多方面的研究已经积累了大量成果。探索断层泥地球化学特征所反映的演化过程是地质学基础研究的前沿领域。选取青藏高原东北缘的3条断裂带的典型剖面,进行系统采样,开展XRD、XRF实验研究断层泥的矿物化学成分,应用MAT271质谱计测量断层泥吸附气体,首次应用大型同步辐射装置实验研究断层泥的锰和硫元素化学种。结合收集的研究资料,分析了断层泥物质组成特征,探讨了断层泥反映的形成环境和工程地质意义。主要研究成果如下： (1)矿物化学成分测试结果显示一般断层泥都含有石英、方解石和长石等造岩矿物,同时含有伊利石、高岭石、蒙脱石和白云母等粘土矿物。化学成分一般含有硅、钙、铁、硫、锰、镁和磷等元素,其中硅、铁和钙较为活泼。钙与镁、锰、硅,铝与钾、钛等具有较高的相关性。 (2)对断层泥吸附气体的测试结果表明样品中气体含量CO2>N2>H2>CH4 (C2H6或C3H8)>C4H10,不含H2S,黑色断层泥中的吸附气体比黄色断层泥中的吸附气体含量多。发现断层泥吸附气体含量和断层活动历史有一定的相关性。 (3)锰和硫元素化学种反映出红色和黄色断层泥一般含氧化性元素化学种,显示在氧化环境中形成,灰绿色和灰蓝色断层泥多含有还原性化学种,指示在还原环境中形成。 (4)通过查阅大量的断层泥结构方面的资料,分析了断层泥的粒度特征和微观结构。尝试应用经典沉积物粒度分析法对断层泥的粒度特征进行了分析,建立了粒度参数和断层泥物理力学参数的关系。

关键词：断层泥地球化学结构工程地质

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含铁矿物对褐煤生烃演化的催化作用

天然气地球科学 2014年第7期25卷 1065-1071页

作者：马向贤郑建京郑国东中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

作为煤系烃源岩中重要的无机组分,含铁矿物对有机—无机相互作用和油气生成具有重要意义。对褐煤样品添加不同含铁矿物的加热模拟实验结果显示,菱铁矿对气态烃和液态烃(氯仿沥青"A")均有催化作用,其中甲烷、气态C+4、液态饱和烃和非烃... 详细信息

作为煤系烃源岩中重要的无机组分,含铁矿物对有机—无机相互作用和油气生成具有重要意义。对褐煤样品添加不同含铁矿物的加热模拟实验结果显示,菱铁矿对气态烃和液态烃(氯仿沥青"A")均有催化作用,其中甲烷、气态C+4、液态饱和烃和非烃产率增加较显著。与菱铁矿一样,赤铁矿也能促进气态烃产率的增加,但却使褐煤液态烃的生成高峰推迟(350℃推迟至375℃),且在450℃及其之后对液态烃的生成表现为抑制作用。应用穆斯堡尔谱对实验前后样品中铁元素化学种检测发现,从375℃开始,赤铁矿在褐煤生烃的过程中被还原为磁铁矿(Fe3O4)。菱铁矿在450℃的加热模拟实验后变成磁铁矿(Fe3O4)。其本质说明含铁矿物在中低温阶段对褐煤生烃具有吸附—催化作用,而在中高温阶段与有机质发生复杂的有机—无机反应。

关键词：含铁矿物褐煤催化机制穆斯堡尔谱

Eu(Ⅲ)在凹凸棒石黏土表面的吸附机理研究

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吉林大学学报(地球科学版) 2015年第S1期 468-469页

作者：范桥辉杨耘博赵晓岚马向贤甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室兰州大学核科学与技术学院放射化学研究所

由于铕的离子半径和三价的镧系、锕系离子半径几乎相等,使铕元素的物理化学性质与三价镧系、锕系离子性质相近;因此铕元素通常被作为三价镧系、锕系元素的模拟或替代核素[1-3]。凹凸棒石黏土为典型的层状黏土矿物,结构可分为3层,上下2层... 详细信息

由于铕的离子半径和三价的镧系、锕系离子半径几乎相等,使铕元素的物理化学性质与三价镧系、锕系离子性质相近;因此铕元素通常被作为三价镧系、锕系元素的模拟或替代核素[1-3]。凹凸棒石黏土为典型的层状黏土矿物,结构可分为3层,上下2层是Si-O四面体,中间1层是(Al,Mg,Fe)-O-OH八面体。然而,由于四面体中自由氧原子的指向不是同一个方向,八面体片也不是连续的,形成很多矩形孔道。由

关键词：凹凸棒石黏土 Eu 八面体片锕系三价吸附机理黏土矿物放射化学研究所镧系离子半径

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风雪流灾害数值模拟研究进展

世界科技研究与发展 2009年第4期31卷 695-698页

作者：马向贤梁收运兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室兰州730000

风雪流为空气挟带着雪粒子运行的非典型的气-固两相流。通过国内外学者六十多年的研究,在风雪流的运动特性、垂直分布规律以及输运规律、雪粒子的物理性质等方面取得了一系列研究成果,基础理论研究日趋成熟,提出了湍流扩散理论。在风雪... 详细信息

风雪流为空气挟带着雪粒子运行的非典型的气-固两相流。通过国内外学者六十多年的研究,在风雪流的运动特性、垂直分布规律以及输运规律、雪粒子的物理性质等方面取得了一系列研究成果,基础理论研究日趋成熟,提出了湍流扩散理论。在风雪流数值模拟方面,提出了FLOW-3D、CFD(Fluent)、IAP94、SNOWPACK等一些模型和软件。由于数值模拟工作开展较晚,建立的模型和开发的相关软件还不够完善。气-固两相流理论模拟没有考虑雪的物理性质随时间和环境的变化,模型总体比较简单,难以直接用来分析复杂地区风雪流灾害的规律。今后气-固两相流理论和多场耦合理论应该是风雪流研究的重难点,进一步开发适应复杂地区的、精度更高的专业软件,加强灾害评价方法的研究与应用。

关键词：风雪流数值模拟预测模型研究进展

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蛇纹石化橄榄岩的氧化-还原特征

矿物岩石地球化学通报 2016年第2期35卷 231-238页

作者：王先彬卓胜广张明峰迟洪兴杨辉马向贤郑国东范桥辉孙则朋甘肃省油气资源研究重点实验室中国科学院油气资源研究重点实验室兰州730000 东北大学秦皇岛分校河北秦皇岛066004

蛇纹石化橄榄岩是温都尔庙蛇绿岩套中最为重要的岩石类型,主要矿物组合为蛇纹石+碳酸盐矿物+磁铁矿+滑石。富SiO_2流体的加入,促使岩石进一步发生蛇纹石化作用而缺失水镁石。穆斯堡尔谱测量揭示了铁元素化学种的分布特征,蛇纹石化程度... 详细信息

蛇纹石化橄榄岩是温都尔庙蛇绿岩套中最为重要的岩石类型,主要矿物组合为蛇纹石+碳酸盐矿物+磁铁矿+滑石。富SiO_2流体的加入,促使岩石进一步发生蛇纹石化作用而缺失水镁石。穆斯堡尔谱测量揭示了铁元素化学种的分布特征,蛇纹石化程度与氧化-还原特征的相关性。蛇纹石化橄榄岩含铁总量和Fe^(3+)的分布与磁铁矿和蛇纹石密切相关,Fe^(3+)以分布于蛇纹石中占优势。这对正确估算蛇纹石化过程中H_2的生成量有十分重要的意义,对估算俯冲带Fe^(3+)输入和评估原生地幔岩的蛇纹石化作用有重要参考价值。

关键词：蛇纹石化橄榄岩穆斯堡尔谱蛇纹石化程度铁元素化学种氧化-还原条件

藏南新生代火山-地热区温室气体的释放通量与成因——以谷露-亚东裂谷为例

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岩石学报 2017年第1期33卷 250-266页

作者：张丽红郭正府郑国东张茂亮孙玉涛成智慧马向贤中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室北京100029 中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室兰州730000

印度-亚洲大陆俯冲带是地球深部碳循环的重要场所,在全球气候变化研究中占有至关重要的地位。谷露-亚东裂谷是青藏高原南部规模最大、延伸最长的近NS向拉张性裂谷,裂谷内出露新生代火山岩和多处大规模地热区,正在向大气圈释放巨量的温... 详细信息

印度-亚洲大陆俯冲带是地球深部碳循环的重要场所,在全球气候变化研究中占有至关重要的地位。谷露-亚东裂谷是青藏高原南部规模最大、延伸最长的近NS向拉张性裂谷,裂谷内出露新生代火山岩和多处大规模地热区,正在向大气圈释放巨量的温室气体。利用密闭气室法测量并计算得出的谷露和羊应火山-地热区的土壤微渗漏CO_2的平均释放通量分别为436.8g·m^(-2)·day^(-1)和99.0g·m^(-2)·day^(-1),接近具有潜在喷发危险的美国黄石公园火山-地热区(410g·m^(-2)·day^(-1))和加利福尼亚州Mammoth Mountain火山区(107.9g·m^(-2)·day^(-1))的CO_2平均释放通量,表明谷露-亚东裂谷的深部地热流体活动异常强烈。此外,在野外考察的基础上,通过实验室测试和理论计算估算了谷露-亚东裂谷每年以土壤微渗漏的形式向当今大气圈释放的CO_2总量约为1.76×107t,与西特提斯俯冲带前缘的意大利Apennine火山区CO_2的释放总量(1.32×10~7t·a^(-1))属于同一个数量级。因此,印度-亚洲大陆俯冲带是全球地质碳脱气的重要场所。气体地球化学特征显示,谷露-亚东裂谷内火山-地热气体的He同位素比值(0.10~0.29RA,RA为大气3He/4He比值)和δ^(13)CCO_2值(-7.20‰^-0.78‰)在空间分布上表现为,从南至北呈逐渐递增的变化特征,显示裂谷内火山-地热区气体在南北方向上可能具有不同的动力学成因机制。具体来讲,δ^(13)CCO_2值自南向北递增的趋势,可能与裂谷南北方向地层岩性存在差异有关;裂谷内火山-地热气体的He同位素比值高于0.1RA,揭示"重要的地幔组分",同时裂谷内地幔来源的流体组分从南向北逐渐递增的趋势表明,印度大陆岩石圈的向北俯冲作用是导致谷露-亚东裂谷内剧烈的水热活动和大规模温室气体释放最终的动力来源和成因机制。

关键词： CO2释放通量火山地热区大陆俯冲带谷露亚东裂谷青藏高原

镁同位素分析——白云岩成因问题研究的一种可能方法

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镁同位素分析——白云岩成因问题研究的一种可能方法

黏土矿物对油气生成的催化作用:研究进展与方向

2015年全国沉积学大会

作者：张光伟马向贤中国石油勘探开发研究院西北分院中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心

作为优质碳酸岩储层的白云岩,其成因模式一直是广大研究者关注的热点问题。目前基于不同地区现代白云岩和古代白云岩的研究,研究人员提出了多种白云岩成因模式,主要包括萨布哈模式、渗透回流模式、混合水模式;埋藏白云化作用模式;构造... 详细信息

作为优质碳酸岩储层的白云岩,其成因模式一直是广大研究者关注的热点问题。目前基于不同地区现代白云岩和古代白云岩的研究,研究人员提出了多种白云岩成因模式,主要包括萨布哈模式、渗透回流模式、混合水模式;埋藏白云化作用模式;构造热液白云化作用模式和微生物白云化作用模式等。以上各种白云岩成因模式的提出,大都通过对样品进行碳氧同位素、微量元素、X射线衍射、电子探针、阴极发光、扫描电镜、包裹体、稀土元素等各种地球化学测试,然后结合沉积环境的分析,最后得出研究区白云岩符合何种白云岩成因的结论。其中,化学同位素分析主要包括碳氧同位素和锶同位素两种。白云岩中稳定碳氧同位素的含量常被用来恢复古代沉积环境的盐度和温度,确定成岩环境,判断白云岩的形成机理。那么如何认定白云岩中的稳定碳氧同位素是否全部来自于白云石Ca Mg(CO3)2就成为问题的关键?换言之,在实验室中很难把白云石和方解石等其他碳酸盐岩分开,测得是碳氧同位素含量往往是"混合型"碳酸盐的δ13C和δ18O值。虽然可以尝试利用重液法将白云石和方解石等分开,但操作难度很大。白云岩成因的关键是镁离子的来源,镁同位素可以在一定程度上指示成岩环境,26Mg/24Mg的值可以被用来表征成岩环境等。镁是碳酸盐岩和地幔岩石的主要构成元素,已有研究证明不同变质程度基性岩在进变质脱水过程中不发生氧化镁丢失和镁同位素分馏,相对碳酸盐化榴辉岩的镁同位素组成明显变轻,大理岩中的方解石大理岩的镁同位素组成显著变重,白云石则保持不变。因此,镁同位素有可能被用来分析白云岩的成因。研究人员基于密度泛函微扰理论分析硅酸盐、碳酸盐及含Mg(H+2O)26的溶剂等的分馏过程,认为分馏过程会产生大量的中间矿物,这些中间矿物主要尖晶石分馏过程中产生的调和性Mg2+四面体;硅酸盐岩和碳酸盐岩会产生调和性Mg2+八面体。溶剂中存在的Mg(H2O)2+6会使得溶剂中26Mg/24Mg的值比白云石26Mg/24Mg值偏高。换言之,白云石26Mg/24Mg值偏低,如何准确量测白云石中26Mg/24Mg值是首先要解决的问题。准确测得白云石26Mg/24Mg值后,建立26Mg/24Mg与白云岩成岩环境的关系是问题的关键。

关键词：镁同位素 26Mg/24Mg 白云岩成因碳酸盐

来源： cnki会议评论

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岩性油气藏 2015年第2期27卷 55-61,69页

作者：马向贤郑建京王晓锋王作栋吴应忠钱宇甘肃省油气资源研究重点实验室兰州730000 中国科学院油气资源研究重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

黏土矿物是烃源岩的主要组成部分,但其对油气形成所产生的影响和作用还存在很多争议。大多数研究认为:在开放含水体系中,黏土矿物没有催化作用甚至对生烃有抑制作用;在封闭体系中,黏土矿物对烃类物质的生成具有催化作用。关于黏土矿物... 详细信息

黏土矿物是烃源岩的主要组成部分,但其对油气形成所产生的影响和作用还存在很多争议。大多数研究认为:在开放含水体系中,黏土矿物没有催化作用甚至对生烃有抑制作用;在封闭体系中,黏土矿物对烃类物质的生成具有催化作用。关于黏土矿物的催化作用,一种观点认为黏土矿物的催化大大提高了烃类物质的产率,且增加了生成物中烃的种类;另一种观点认为,黏土矿物的催化只改变产物的组成,而不改变烃类物质的产率。黏土矿物的催化机制主要有正碳离子机制和自由基机制,在地质过程中两者中哪一个起主导作用,尚无统一的认识。目前的研究主要集中在以正碳离子机制支持的催化裂化,缺乏对自由基机理的研究,特别是地质过程中自由基发挥的作用。通过对前人在该领域研究成果的分析,寻求造成研究结果迥异的原因,阐述黏土矿物催化研究的新认识,提出多种地质催化剂协同催化的研究思路。

关键词：黏土矿物油气生成催化作用综述

基于硫元素化学种等指标的页岩氧化还原条件判识——以N208井筇竹寺组和龙马溪组为例

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沉积学报 2022年第5期40卷 1427-1438页

作者：张力马向贤马勇胥旺邵媛媛胡国艺郑国东中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省油气资源研究重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国石油青海油田公司甘肃敦煌736200 成都理工大学能源学院成都610059 中国石油勘探开发研究院北京100083

氧化还原条件是控制页岩岩性特征和有机质保存的重要因素之一,可以使用多种地球化学方法对其进行评估。为了探讨相关地球化学指标对海相页岩沉积环境氧化还原条件的适用性,对四川盆地长宁地区N208井筇竹寺组和龙马溪组20个岩心样品进行... 详细信息

氧化还原条件是控制页岩岩性特征和有机质保存的重要因素之一,可以使用多种地球化学方法对其进行评估。为了探讨相关地球化学指标对海相页岩沉积环境氧化还原条件的适用性,对四川盆地长宁地区N208井筇竹寺组和龙马溪组20个岩心样品进行的总有机碳含量(TOC)、硫元素化学种和主微量元素含量测试结果显示:筇竹寺组和龙马溪组底部层段的有机碳含量总体较高,平均值分别为3.73%和3.50%;向上有机碳含量普遍变低,平均值分别为0.410%和1.70%。筇竹寺组页岩的硫元素化学种以还原态硫为主,揭示其沉积水体还原程度高;相较而言,龙马溪组页岩的还原态硫含量相对较低,表明其沉积水体的还原性比筇竹寺组弱,为相对的弱还原环境。结合微量元素富集系数构建的S-Mo_(EF)-TOC体系判识结果显示:筇竹寺组页岩整体上属于贫硫酸盐的厌氧环境,其底部为厌氧环境,向上还原程度变低;龙马溪组页岩总体为含硫酸盐的厌氧—贫氧环境,向上还原程度变低,表现为贫氧环境。这些分析结果可以为加深认识筇竹寺组和龙马溪组页岩层系的地球化学特征及页岩气资源潜力评价提供新的参考。

关键词：四川盆地长宁地区页岩沉积环境氧化还原条件 S-MoEF-TOC体系