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深海采矿装备布放回收过程中脐带缆动力学响应特性研究

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矿冶工程 2024年第1期44卷 12-15,20页

作者：王伟陈时平张明双志吴卓长沙矿冶研究院有限责任公司深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室湖南长沙410012

基于时域耦合分析法,建立了母船-深海采矿装备-脐带缆三维非线性水动力学模型,并对布放及回收过程中脐带缆的水动力响应特性进行了数值计算与分析。结果表明,4级海况时,深海采矿装备(水中重10 t)可以在速度0.8 m/s条件下安全布放和回收... 详细信息

基于时域耦合分析法,建立了母船-深海采矿装备-脐带缆三维非线性水动力学模型,并对布放及回收过程中脐带缆的水动力响应特性进行了数值计算与分析。结果表明,4级海况时,深海采矿装备(水中重10 t)可以在速度0.8 m/s条件下安全布放和回收;在波浪和海流共同作用下,深海采矿装备在布放开始阶段和回收结束阶段都有强烈的振荡和摆幅,可安装防摇止荡装置来降低振荡和摆动。

关键词：深海采矿装备深海采矿系统布放回收脐带缆动力学响应

深海多金属结核集矿装置水力输送流场分析与试验

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矿冶工程 2024年第2期44卷 1-4页

作者：彭建平李俊程阳锐黎宙吴冬华长沙矿冶研究院有限责任公司深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室湖南长沙410012

对深海多金属结核集矿装置水力输送流场进行了理论计算,得到了多金属结核粒径与输送通道最小输送速度的关系;仿真分析了喷嘴射流速度分别为15、20、25 m/s时输送通道内水流流态分布,给出了流道下表面30 mm处的流速。在实验室进行了输送... 详细信息

对深海多金属结核集矿装置水力输送流场进行了理论计算,得到了多金属结核粒径与输送通道最小输送速度的关系;仿真分析了喷嘴射流速度分别为15、20、25 m/s时输送通道内水流流态分布,给出了流道下表面30 mm处的流速。在实验室进行了输送喷嘴不同射流速度的采集试验,实验结果与理论计算及仿真分析结果相符。

关键词：多金属结核深海采矿集矿装置喷嘴射流流体仿真管道输送

东南太平洋富稀土沉积早期成岩过程研究及其指示意义

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海洋学报 2024年第2期46卷 40-51页

作者：李杰军刘洪娜王小静李力石学法自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室山东青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室山东青岛266237 山东省深海矿产资源开发重点实验室山东青岛266061

富稀土深海沉积物作为一种潜在矿产资源,近年来备受关注。研究发现,稀土元素(REY)和钇(Y)元素的富集过程很可能发生在沉积物-海水界面(SWI),但目前针对富稀土沉积物的早期成岩过程研究较少。本研究采集了东南太平洋富稀土海区两个站位... 详细信息

富稀土深海沉积物作为一种潜在矿产资源,近年来备受关注。研究发现,稀土元素(REY)和钇(Y)元素的富集过程很可能发生在沉积物-海水界面(SWI),但目前针对富稀土沉积物的早期成岩过程研究较少。本研究采集了东南太平洋富稀土海区两个站位的沉积物短柱,解析了REY在SWI的早期成岩过程及其对REY在沉积物中富集机制的影响。孔隙水中较低的Fe、Mn和较高的Mo、U、V浓度表明研究区沉积物处于氧化环境。对比底层海水中REY,孔隙水中的REY呈中稀土(MREE)富集特征。沉积物中REY的主要富集相态为磷酸盐相,而孔隙水中REY及其配分模式可能受控于沉积物中磷酸盐的含量。本研究表明,在稀土元素早期成岩过程中,原本与铁锰相等其他相态结合的REY重新进入到孔隙水中,最终被磷酸盐相吸附和埋藏,早期成岩过程是深海沉积物中REY富集的重要机制。

关键词：早期成岩孔隙水稀土元素沉积物东南太平洋

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弱化矿岩破碎动力系统的能量转化和时效特性

矿冶工程 2024年第1期44卷 25-30页

作者：汪学清唐红平王建华邹煜中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室湖南长沙410012

基于弱化性质矿岩典型的非线性负指数本构关系和灾变特性,分析了灾变和非灾变两种破碎动力学模式下能量转化和时效特性随机构刚度的变化情况。结果表明,低机构刚度诱发的灾变破碎模式会急剧降低破碎动力系统的能量传递效率和破岩时效。... 详细信息

基于弱化性质矿岩典型的非线性负指数本构关系和灾变特性,分析了灾变和非灾变两种破碎动力学模式下能量转化和时效特性随机构刚度的变化情况。结果表明,低机构刚度诱发的灾变破碎模式会急剧降低破碎动力系统的能量传递效率和破岩时效。从能量利用和破岩功效角度考虑,破碎动力系统不宜采用低机构刚度;给出了机构刚度设计适宜的选用范围。

关键词：矿岩弱化特性破碎动力系统能量传递破岩时效

轴压下含裂隙聚丙烯纤维混凝土裂纹扩展及损伤演化研究

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硅酸盐通报 2024年第7期43卷 2404-2414页

作者：汪学清李永超张雪瑞赵云猛姜雨枫中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室长沙410012

为研究聚丙烯纤维(PPF)掺量和预制裂隙角度对混凝土在受压作用下的裂纹扩展、破坏形式的影响,对含不同裂隙角度的素混凝土和聚丙烯纤维混凝土(PFRC)进行了单轴压缩试验,并采用声发射(AE)监测系统对其内部损伤过程进行了采集,分析了试件... 详细信息

为研究聚丙烯纤维(PPF)掺量和预制裂隙角度对混凝土在受压作用下的裂纹扩展、破坏形式的影响,对含不同裂隙角度的素混凝土和聚丙烯纤维混凝土(PFRC)进行了单轴压缩试验,并采用声发射(AE)监测系统对其内部损伤过程进行了采集,分析了试件破坏形态和AE定位图,探究了PPF掺量、预制裂隙角度与应力-应变曲线、AE参数等指标之间的联系。研究表明,随着PPF掺量增加,试件产生裂纹的数量和扩展范围先减小后增大,峰值应力先增大后减小,其破坏形式由拉伸破坏转变为拉剪或剪切破坏,其中PPF的作用机理表现为当其掺量适宜的情况下可在基体内部起到较好的桥接作用,而当过量时则易成团出现,导致内部薄弱面增加,表明PPF对混凝土的增强效果存在正负两种影响;随着预制裂隙角度增大,峰值应力呈先下降后上升的趋势,其中倾斜非水平角度预制裂隙与高掺量PPF之间存在一定的协同效应,并发现几类对试件抗压强度和PPF掺量变化表现敏感的预制裂隙角度;最后分析AE数据发现PPF的掺入使AE定位图的定位点数量变多、分布变杂,AE信号从开始出现至到达峰值的活跃时间随PPF掺量增加而延长,表明PPF对混凝土起到了阻裂增韧的效果。

关键词：聚丙烯纤维预制裂隙裂纹扩展声发射损伤演化

含孔洞多裂隙复合岩层裂纹扩展和分形特性模拟研究

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煤矿安全 2024年第1期55卷 42-49页

作者：汪学清赵云猛冯莹汪壮壮李永超陈博董泽吴帅军中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室湖南长沙410012

利用RFPA2D模拟在单轴压缩的条件下,含预制裂隙和孔洞复合岩层的裂纹扩展、破坏模式和分形特征,通过改变裂隙倾角和岩层倾角对裂纹扩展过程进行分析。结果表明:岩层倾角为0°不变而裂隙倾角变化时,模型试件破坏模式分为X型破坏模式和Y... 详细信息

利用RFPA2D模拟在单轴压缩的条件下,含预制裂隙和孔洞复合岩层的裂纹扩展、破坏模式和分形特征,通过改变裂隙倾角和岩层倾角对裂纹扩展过程进行分析。结果表明:岩层倾角为0°不变而裂隙倾角变化时,模型试件破坏模式分为X型破坏模式和Y型破坏模式,对比应力-应变曲线和声发射数、分形维数-步数曲线发现分形维数对岩层破坏具有一定的表征作用;裂隙倾角为0°不变而岩层倾角变化时,模型试件破坏模式分为穿切软岩破坏模式和沿软岩破坏模式;通过Matlab计算得到的部分含孔复合岩层裂纹的分形维数与模型试件抗压强度的变化规律相同,分形维数与抗压强度之间的拟合存在显著的线性关系。

关键词：岩石裂纹单轴压缩复合岩层分形维数 RFPA2D

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某锌矿中锌及稀散元素镓、锗的赋存状态

矿产综合利用 2024年第2期45卷 118-122,156页

作者：张莉莉李波梁冬云蒋英洪秋阳李美荣广东省科学院资源利用与稀土开发研究所稀有金属分离与综合利用国家重点实验室广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室广东广州510650

这是一篇工艺矿物学领域的论文。采用化学分析、显微镜分析和MLA矿物自动定量检测技术,对国内某锌矿石中锌及伴生稀散元素镓、锗的赋存状态和主要载体矿物的嵌布特征进行详细研究。结果表明,该锌矿石中含Zn 4.87%、Ga 4.10 g/t、Ge 59.0... 详细信息

这是一篇工艺矿物学领域的论文。采用化学分析、显微镜分析和MLA矿物自动定量检测技术,对国内某锌矿石中锌及伴生稀散元素镓、锗的赋存状态和主要载体矿物的嵌布特征进行详细研究。结果表明,该锌矿石中含Zn 4.87%、Ga 4.10 g/t、Ge 59.00 g/t,未发现稀散元素镓、锗的独立矿物,镓、锗主要赋存在闪锌矿中。从该矿石中分选闪锌矿(包含异极矿),锌、镓、锗的理论回收率分别为95%、56%、93%左右。少部分微细粒状胶态闪锌矿不易获得解离,易损失于尾矿中,对锌的回收率有一定影响。

关键词：工艺矿物学锌矿稀散元素镓锗 MLA 赋存状态

西太平洋麦哲伦海山群Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩的成因及其形成的深部动力学机制

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中国科学：地球科学 2024年第6期54卷 1883-1900页

作者：位荀张艳石学法张辉自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 青岛海洋科技中心海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237 山东省深海矿产资源开发重点实验室(筹) 青岛266061

经典的“地幔柱假说”能够很好解释年龄随空间位置线性变化的大洋板内火山链的成因.而位于西太平洋的众多海山群,空间分布广、年龄-位置关系杂乱,很难用经典的“地幔柱假说”来解释,其成因存在争议.本研究选择西太平洋麦哲伦海山群Hemle... 详细信息

经典的“地幔柱假说”能够很好解释年龄随空间位置线性变化的大洋板内火山链的成因.而位于西太平洋的众多海山群,空间分布广、年龄-位置关系杂乱,很难用经典的“地幔柱假说”来解释,其成因存在争议.本研究选择西太平洋麦哲伦海山群Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩,对其进行40Ar-39Ar年代学、主量和微量元素以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析,来揭示其岩石成因和形成的深部动力学机制. Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩属于碱性玄武岩、碧玄岩/霞石岩和粗面岩, MgO>8wt.%的熔岩具有较高的CaO、FeOT和TiO2含量,是碳酸盐化榴辉岩熔融的熔体与橄榄岩反应的产物.这些熔岩具有较高的Zr/Hf比值(40.6~45.2)和Zr-Hf负异常,指示它们的地幔源区存在碳酸盐组分. Hemler、Vlinder和Il’ichev海山熔岩富集不相容元素,其Sr-Nd-Pb-Hf同位素显示EM1(1型富集地幔)特征,与Rarotonga和Samoa热点相似.虽然产出于同一个海山, Il’ichev碱性玄武岩与Il’ichev碧玄岩的同位素组成明显不同:前者具有更为亏损的Sr-Nd-Hf同位素特征.结合板块构造恢复结果, Hemler(100.1Ma)、Vlinder造盾前(100.2Ma)和造盾期后((87.5±0.4)Ma)以及Il’ichev((56.4±1.2)Ma)海山熔岩的形成时间明显偏离了南太平洋Macdonald、Arago、Rarotonga和Samoa热点的运移轨迹,因此它们并非来源于深部地幔柱的直接熔融,更可能是浅部过程的产物.麦哲伦海山群所在的大洋板块的一个典型特征是:岩石圈断裂带在该区域广泛分布.我们提出,在中白垩世当麦哲伦海山群所在的太平洋板块经过Rarotonga地幔柱上方时, Rarotonga地幔柱直接熔融形成Vlinder(造盾期)、Pako和Ioah海山.随着地幔对流分散在周围软流圈中的Rarotonga和Samoa地幔柱物质,在岩石圈裂隙处发生减压熔融,形成Hemler和Vlinder造盾前和造盾期后熔岩;Il’ichev海山碱性玄武岩和碧玄岩是岩石圈裂隙诱发的软流圈中不均一富集组分熔融的产物.这种不均一组分最可能是滞留在软流圈中的不同地幔柱的物质,也有可能是残留在软流圈中的再循环的地球表层物质.

关键词：地幔柱麦哲伦海山链碳酸盐化地幔热点岩石圈伸展

海底高原与俯冲带相互作用的地质效应的研究进展

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地球科学进展 2024年第7期39卷 702-716页

作者：闫施帅鄢全树石学法袁龙自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室山东青岛266061 河海大学海洋学院江苏南京210098 山东省深海矿产资源开发重点实验室(筹) 山东青岛266061

全球俯冲汇聚系统中,俯冲输入组分包括正常大洋板块以及具浮力的海底高原等正地形,二者对俯冲带会产生迥异的地质效应,因此,深入开展海底高原与俯冲带相互作用研究对理解俯冲带地球动力学过程和陆壳侧向增生等地质过程具有重要意义。系... 详细信息

全球俯冲汇聚系统中,俯冲输入组分包括正常大洋板块以及具浮力的海底高原等正地形,二者对俯冲带会产生迥异的地质效应,因此,深入开展海底高原与俯冲带相互作用研究对理解俯冲带地球动力学过程和陆壳侧向增生等地质过程具有重要意义。系统总结了一些目前正处于关键俯冲带处的典型海底高原的地质与地球物理特征,结合俯冲带特征及数值模拟成果,深入探讨海底高原与俯冲带相互作用的地质效应。在俯冲带运动学和几何学方面,位于俯冲前缘的具浮力的海底高原等正地形通常会抵制俯冲,并可能造成俯冲带后撤和俯冲极性反转并形成新的俯冲带,甚至可能会终止俯冲并增生于成熟岛弧/陆壳边缘。然而,近年来的研究显示,部分海底高原的俯冲行为并没有终止,而是俯冲角度变缓呈现平板俯冲的样式,从而造成俯冲带地区上覆板块的构造缩短与增厚以及岩浆活动逐渐向板内迁移。在岩石地球化学方面,具富集地球化学特征的海底高原的俯冲消减不仅影响着壳幔圈层相互作用过程、岛弧—弧后熔岩的地球化学组分以及俯冲带地区热液矿床的形成,而且这些地质体的深俯冲也将对地幔不均一性的形成作出重要贡献。最后,指出未来会在海底高原深部精细结构及演化,岛弧及弧后盆地对“海底高原—海沟”新俯冲构造格局的地质响应,以及控制海底高原发生俯冲/增生的因素及其之间的定量关系等方面有较大的发展潜力。

关键词：海底高原俯冲带地质效应岩浆作用