地球化学反应模型用于水—岩相互作用的研究 ——以模拟软件Phreeqc应用为例

论文摘要

水-岩相互作用是地球科学领域十分关注的问题。多年来科学家们通过实验室内反复实验和野外观察,积累了大量的水-岩体系热力学和动力学参数,这为深入了解自然界水-岩作用现象和规律提供丰富的理论基础和实际数据资料。但这些工作一般都是通过化学反应测试获得,有很大的局限性。随着计算机科学的发展,通过建立适当的地球化学模型,用以模拟计算自然界中的水-岩相互作用,近年来国际上相关领域发展迅速。本文在地球化学反应平衡模拟理论基础上,建立了矿物溶解滴定模型,选用美国地质调查局（USCS）提供的Phreeqc模拟软件,研究了不同条件下,pH、温度、CO2分压、离子强度等条件矿物溶解作用的影响。同时,在前人实地测试勘查的数据资料基础上,选择珠海校区的地下水-岩系统作为研究对象,通过软件计算,考察多种影响因素,进行了研究区的的水-岩地球化学反应模拟。模拟结果表明:（1）珠海校区地下水中典型矿物,如文石、方解石、白云石等都处于非饱和状态,由于这些矿物是灰岩的重要组成,其饱和指数均小于零,所以灰岩可能会持续溶解。（2）pH值、温度、二氧化碳分压、离子强度、同离子效应等因素的变化对于体系的平衡具有重要影响,文中对这些应影响作用进行了定量研究,发现温度、二氧化碳分压的影响满足一定的函数关系式。（3）研究了酸雨对水-岩作用的影响。模拟了Ca2+、NH4+等离子对于典型矿物如文石、方解石、白云石等溶解反应平衡的影响。（4）模拟数据显示其地下水pH小于7,根据前人的实地调查数据资料,如果不加以控制处理,将会使其pH值进一步降低,将会给环境带来的潜在风险。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容和目标
• 第二章 地球化学反应模型
• 2.1 模型理论
• 2.1.1 平衡热力学
• 2.1.2 气液相界面上的相互作用
• 2.1.3 固相与液相界面上的相互作用
• 2.1.4 液相中的相互作用
• 2.2 反应动力学
• 2.2.1 反应速度的计算
• 2.3 物质的反应迁移
• 第三章 滴定模型原理及建立
• 3.1 基本原理
• 3.2 模型的建立
• 3.3 牛顿-拉斐逊（ Newton-Raphson）迭代法
• 3.4 模型计算法
• 第四章 地下水-岩作用模拟
• 4.1 地区概况
• 4.1.1 自然环境
• 4.1.2 地理位置及地质概况
• 4.2 矿物饱和指数图
• 4.3 不同离子对矿物饱和指数的影响
• 4.4 离子强度对矿物溶解的影响
• 4.5 同离子效应对矿物溶解的影响
• 4.6 温度对矿物溶解的影响
• 4.7 pH 对矿物溶解的影响
• 4.8 二氧化碳分压对矿物溶解的影响
• 4.9 酸雨对矿物溶解的影响
• 第五章 结论和建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录1：Phreeqc 计算模拟示例——输出信息
• 附录2：简历