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    重庆时时彩输千万: 海水蒸发实验离子比例系数轨迹线的制作方法.pdf

    关 键 词:
    海水 蒸发 实验 离子 比例 系数 轨迹 制作方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510059689.X

    申请日:

    2015.02.05

    公开号:

    CN104678073A

    公开日:

    2015.06.03

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01N 33/18申请公布日:20150603|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 33/18申请日:20150205|||公开
    IPC分类号: G01N33/18 主分类号: G01N33/18
    申请人: 中国地质大学(北京)
    发明人: 周训; 王晓翠; 曹琴
    地址: 100083北京市海淀区学院路29号
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510059689.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.01.11|||2015.07.01|||2015.06.03

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种海水蒸发实验离子比例系数轨迹线的制作方法。该方法利用海水蒸发浓缩实验过程中离子比例系数γNa/γCl、Br×103/Cl、I×103/Cl、Ca/Sr、γMg/γCa、K×103/TDS、K×103/Cl、K/Br、γMg/γCl和γCa/(γSO4+γHCO3)的数值,以标志组分Br-含量为横坐标,离子比例系数值为纵坐标,在双对数图上绘出离子比例系数随Br-含量的变化曲线而得到离子比例系数轨迹线。在海水蒸发过程中在离子以盐类沉积之前,离子比例系数轨迹线呈平行于横坐标的水平线,在离子以盐类沉积以后轨迹线就偏离水平线。离子比例系数轨迹线可以研究不同卤水化学成分的形成和演化规律。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种海水蒸发实验离子比例系数轨迹线的制作方法,其特征是:利用海水蒸发实验资料,以Br-含 量为横坐标,离子比例系数值为纵坐标,绘制10种离子比例系数与Br-含量的关系曲线图,表征离子比例 系数在海水蒸发浓缩过程中的变化特点。

    2.  根据权利要求1所述的离子比例系数,其特征是:共包括γNa/γCl系数、Br×103/Cl系数、I×103/Cl 系数、Ca/Sr系数、γMg/γCa系数、γCa/(γSO4+γHCO3)系数、K×103/TDS系数、K×103/Cl系数、K/Br系数 和γMg/γCl系数10个。

    3.  根据权利要求1所述的坐标,其特征是:以横坐表示Br-含量,纵坐标表示离子比例系数值,采用 的是双对数坐标。

    4.  根据权利要求1所述的离子比例系数轨迹线,其特征是:在海水蒸发过程中在离子以盐类沉积之 前,离子比例系数轨迹线呈平行于横坐标的水平线,在离子以盐类沉积以后轨迹线就偏离水平线。以 γNa/γCl系数轨迹线为例,在海水蒸发过程中在石盐沉积之前,其轨迹线为一条水平线,到达石盐沉积之 后,由于Cl-和Na+特别是Na+含量的减少,其轨迹线偏离水平线而逐渐降低。

    说明书

    说明书海水蒸发实验离子比例系数轨迹线的制作方法
    1.技术领域
    本发明涉及利用海水蒸发实验过程中离子含量的变化关系制作离子比例系数轨迹线,可以用来研究地下卤水的形成和演化,属于沉积盆地地下卤水水文地球化学技术领域。
    2.背景技术
    地球上分布有许多大型的沉积盆地,例如美国的Michigan盆地、Illinois盆地和Palo Duro盆地,加盒大西部的Alberta盆地,澳大利亚东南部的Murray盆地,法国的巴黎盆地,我国的四川盆地等。沉积盆地在地质历史时期基本上处于一个相对稳定的区域,所经历的构造运动较弱,以接受沉积为主,盆地内发育各种沉积地层。沉积盆地常蕴藏有丰富的石油、天然气、盐类矿床(石盐、石膏等)和某些金属矿床,同时也分布有地下卤水。在四川盆地、柴达木盆地西部、江汉盆地、华北平原下伏的凹陷盆地等处都分布有矿化度较高的卤水。
    沉积盆地地下卤水具有如下显著的特点:①赋存于低孔隙度、低渗透率的地下储卤层中;②处于深埋(地面以下几百米乃至几千米)和高压(几百个大气压或几十个兆帕)下,一部分揭露储卤层的钻井卤水能自流出地表;③水温较高(多为50℃~80℃);④矿化度(TDS)高(10~>400g/L,35~330g/L为常见);⑤富含多种微量组分(例如Br-、I-、Sr2+、Ba2+、B3+、Li+等)。卤水是一种特殊类型的地下水。沉积盆地地下卤水具有工业利用价值,可以从卤水中提取石盐及Br、I等多种有用组分,因而是一种液体矿床。地下卤水的开采历史已极其久远,在四川盆地自贡地区凿井采卤的历史可以追索到2000多年前。
    沉积盆地地下卤水的特殊性,引起了人们的兴趣,人们对地下卤水的埋藏分布特点、迁移和渗流、水化学特征及卤水的形成、资源量评价、开发利用等方面进行了大量的研究。沉积盆地地下卤水的起源与演化问题是人们最感兴趣的课题。地下卤水的高矿化度和富含某些微量组分这种独特的水化学景观,既不同于浅层地下淡水,也不同于海水。人们自然会提出这样的问题:①为什么地下卤水会具有今天所看到的如此高的矿化度?特别是在缺乏蒸发岩的沉积盆地或沉积地层中的卤水也具有很高的矿化度?②曾发生过什么样的物理化学作用使今天所见到的卤水中某些化学组分富集而其它化学组分贫乏?人们对沉积盆地地下卤水形成机理的认识逐渐趋于一致,主要有①蒸发岩特别是岩盐的溶解形成溶盐卤水,②蒸发岩沉积过程中在沉积物中的残余卤水成为蒸发岩卤水;③泥岩、页岩的隔膜渗滤作用形成同生沉积卤水,或者是上述的混合情形。实际上,地下卤水的形成过程应当包括3个方面:①水的起源;②盐分的形成;③化学组分的演化。某种起源的水进入沉积盆地后,或者与沉积地层发生作用,或者在沉积物成岩环境中自身发生变化,引起其矿化度的增高,并在后来的埋藏、成岩过程中参与各种物理、化学作用,使其化学组分进一步发生改变,从而逐渐形成现今所见到的地下卤水。地下卤水的形成过程是一个漫长的过程,经历沉积作用、深埋封闭和压实作用、构造热液作用、淋滤作用等时期,与在这个过程中所处的环境有着密切的联系。
    另一方面,沉积盆地地下卤水的存在和演化,对发生在沉积盆地内的各种物理、化学过程起着重要的作用。地下卤水对沉积盆地内矿物的形成、构造变形、金属物质和石油及天然气的运移和聚集特别重要,对盆地内地热系统热量的传输或运移也起到很大的作用。地下卤水迁移的速度将会影响到沉积物在埋藏过程中的压实的速度;沉积地层中复杂的矿物系统在埋藏成岩过程中总要达到化学平衡,是地下卤水允许物质成分从一种固相转移到另一种固相,而地下卤水本身的化学成分也发生了演化和改变。
    海相蒸发岩卤水是由古海水蒸发浓缩形成的。人们自然会想到进行海水蒸发浓缩实验,利用实验资料,建立海水蒸发过程中离子含量之间或者离子比例系数之间的关系,并与实际卤水样品进行对比,用来研究某些地下卤水的形成。
    国外学者进行的海水蒸发实验料表明,海水随着蒸发浓缩,各种盐类相继沉淀析出,依据盐类析出的先后,可分为石膏、石盐、泻利盐、钾石盐和水氯镁石5个沉淀阶段。国内学者分别对黄海水和南海水进行蒸发浓缩实验,实验是在大气压力下在25℃恒温下持续进行了一年的自然蒸发,结果表明盐类沉积可分为7个阶段:文石、石膏、石盐、泻利盐、钾石盐、光卤石和水氯镁石。在海水蒸发浓缩过程中,随着盐类的沉淀折出,残留卤水中各种离子组分含量发生有规律的变化。因此,利用海水蒸发实验资料建立离子比例系数相对于某种“标志”离子含量的变化,制作离子比例系数的轨迹线,是研究沉积盆地地下卤水的形 成和演化的重要方法,具有重要的理论意义和实际意义。
    海水蒸发轨迹线共有两类。第一类是离子轨迹线,前人曾制作过海水蒸发浓缩过程中的离子轨迹线,可以用来研究地下卤水的形成和演化。Carpenter(1978)利用双对数坐标建立了Cl、Na、SO4、Mg、K和Ca离子含量与Br含量的关系曲线——离子轨迹线;周训等(1995)在Carpenter(1978)的工作的基础上,进一步完善了上述6个离子的轨迹线,还建立了HCO3、Li、Sr、B、Rb、Cs、I离子以及TDS的轨迹线,这14个离子轨迹线很好地表征了海水蒸发浓缩过程中各离子的含量以及TDS的变化规律。第二类是离子比例系数轨迹线。宋正平等(1986)曾制作过海水蒸发浓缩过程中离子比例系数的轨迹线,共有6个比例系数,包括γNa/γCl系数、Br×103/Cl系数、K×103/Cl系数、K/Br系数、(γCa+γMg-γSO4-γHCO3)/γCl系数,横坐标用Cl-标志组分,纵坐标为离子比例系数值,而且横坐标和纵坐标都是采用算术坐标。其不足之处在于,由于Cl-在海水蒸发浓缩过程中达到石盐沉积阶段后,Cl-因形成石盐从溶液中析出,残留在溶液中的Cl-含量便减少,用Cl-作为标志组分增大了比例系数的不确定性,以此制作的轨迹线难以作为标准曲线的作用。另外,采用算术坐标,不方便表示数值相差几个数量级的离子比例系数值的变化。本发明的不同点在于(1)横坐标用Br-标志组分,因为Br-在海水蒸发浓缩过程中不形成任何盐类矿物沉积,其含量稳定地增加,因而起到很好的参照作用,(2)横坐标和纵坐标都用对数坐标,便于表达数值相差几个数量级的比例系数值的变化,(3)共制作10个离子比例系数轨迹线,其中有6个离子比例系数前人尚未涉及到,(4)就10个离子比例系数相对于Br-含量的轨迹线而言,它们都是首次出现的。
    3.发明内容
    本发明公开了海水蒸发浓缩过程中离子比例系数轨迹线的制作方法。
    为了利用离子比例系数轨迹线研究蒸发岩卤水的水化学演化历史,需要确定一个“标志”组分,这样的组分既不在海水蒸发过程中形成盐类沉淀析出,也不在后来的成岩环境中参与水-岩反应,用其它组分相对于这种“标志”组分的含量的变化,来建立海水蒸发过程中离子比例系数的变化关系。
    海水蒸发实验资料表明,只有Br-在海水蒸发过程中不参与成岩反应发生沉淀。Br-在海水蒸发过程中不形成自己的矿物,随着残留卤水矿化度的增加,Br-含量几乎呈直线上升。只有在石盐开始沉积后,有很少一部分的Br-在沉积物中与Cl-一起形成类质同象混合物,即以离子互换形式进入到固体盐中取代Cl-。虽然如此,绝大部分Br-仍然是累积在卤水中。卤水中Br-含量随蒸发浓缩而稳定增高,Br-是海水浓缩程度最好的标志组分,用其它离子比例系数相对于Br-含量的变化来示踪海相蒸发岩卤水的化学组分演化变得极为理想。
    离子比例系数常用来研究沉积盆地地下卤水的形成和演化,包括γNa/γCl系数、Br×103/Cl系数、I×103/Cl系数、Ca/Sr系数、γMg/γCa系数、γCa/(γSO4+γHCO3)系数,还有用来研究地下卤水中K的富集的K×103/TDS系数、K×103/Cl系数、K/Br系数、γMg/γCl系数等。例如,同生海相或陆相沉积卤水的γNa/γCl系数通常小于0.85,而当地下卤水的K×103/TDS系数大于6、K×103/Cl系数大于12、Br×103/Cl系数大于0.4、K/Br系数大于25、γMg/γCl系数大于0.13时,就成为富K卤水。
    利用海水蒸发实验过程中的上述10离子比例系数相对于Br-含量的变化就可以制作离子比例系数轨迹线(见附图)。
    4.附图说明
    附图是海水蒸发实验10个离子比例系数轨迹线图。
    附图中,实线是海水蒸发过程中离子比例系数轨迹线,实心方框、空心方框、实心三角、空心三角等图案表示在四川盆地采集的地下卤水样品数据点。
    5.具体实施方式
    利用海水蒸发实验资料,以Br-含量为横坐标,离子比例系数值为纵坐标,在双对数图上,可以绘制10种离子比例系数与Br-含量的关系曲线图,称为每种离子比例系数的海水蒸发轨迹线。之所以选用双对数坐标,这是基于以下两个原因。
    (1)考虑了盐溶液稀释或蒸发浓缩过程中各种离子含量的变化关系。若一种含有若干种不同离子的盐溶液用纯水稀释或蒸发浓缩,则各种离子含量之间的比例关系在稀释或蒸发浓缩中将保持恒定,尽管溶液浓度会变化很大。这一关系可以表示为:
    B/A=k   (1)
    式中A、B为溶液中两种离子的含量,k为常数。式(1)又可以表示为:
    log B=log A+logk   (2)
    表明在双对数图上两种离子含量的关系呈现为斜率为1的直线关系。现以A代表Br-,B代表其他某一离子,则在海水蒸发过程中某一离子的含量与Br-含量在双对数图上呈现为斜率为1的直线关系。如果该离子随着海水蒸发浓缩形成盐类而沉淀或发生其他作用而从溶液中进入到固相,则该离子在残留溶液中的含量便减少,其轨迹线就偏离斜率为1的直线。又已C代表溶液中另一离子,则有:
    log C=log A+logj   (3)
    j为常数。将式(3)代入式(2),得:
    log(B/C)=log(k/j)   (4)
    表明离子比例系数的对数是一个常数,因而离子比例系数的轨迹线是平行于横坐标的水平线。如果B、C离子随着海水蒸发浓缩形成盐类而沉淀或发生其他作用而从溶液中进入到固相,则这两个离子的比例系数轨迹线便偏离水平线。在式(4)中,在B/C的分子或分母加上另一离子或乘以一个常数,取对数后的轨迹线仍然是平行于横坐标的水平线。所以,所有比例系数轨迹线在开始阶段都是平行于横坐标的水平线。
    (2)考虑了离子含量的巨大变化。在海水蒸发浓缩过程中,各种离子的含量相差几个数量级,同一个离子的含量的变化也相差几个数量级,致使离子比例系数值相差巨大。在这种情况下,采用对数坐标可以更好地表示离子比例系数值的细致变化。
    在海水蒸发过程中在离子以盐类沉积之前,离子比例系数轨迹线呈平行于横坐标的水平线,在离子以盐类沉积以后轨迹线就偏离水平线。以比例系数γNa/γCl轨迹线为例,在海水蒸发过程中在石盐沉积之前,其轨迹线为一条水平线,到达石盐沉积之后,由于Cl-和Na+特别是Na+含量的减少,其轨迹线偏离水平线而逐渐降低。
    利用海水蒸发的离子比例系数轨迹线,可以有助于研究地下卤水的形成和演化。例如,在附图中卤水样品来自四川盆地,当实际卤水样品的数据点落在海水蒸发轨迹线上或附近时,说明卤水是由海水蒸发浓缩形成的。当数据点位于海水蒸发轨迹线上方时,说明卤水在形成和演化的过程中发生了导致比例系数中位于分子的离子富集的水-岩作用。当数据点位于海水蒸发轨迹线下方时,说明卤水在形成和演化的过程中发生了导致比例系数中位于分母的离子贫乏的水-岩作用。
    参考文献
    Carpenter AB.1978.Origin and chemical evolution of brines in sedimentary basins.Oklahoma Geological Survey Circular 79,60-77
    周训,李慈君.1995.海水蒸发轨迹线及其应用.地球科学,20(4):409-414
    宋正平,徐廷谅,肖章棋,熊淑君.1986.川东北宣汉地区川25井富钾卤水水文地球化学特征及成因研究(内部报告)。

    关于本文
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