地球化學模擬理論及其應用 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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硃晨，[加] G.M.安德森（Greg Anderson），呂鵬 著

圖書標籤:

• 地球化學
• 模擬
• 理論
• 地球動力學
• 地球係統
• 數值模擬
• 地球過程
• 環境地球化學
• 同位素地球化學
• 地球演化
• 計算地球化學

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030530486

版次：1

商品編碼：12246066

包裝：精裝

開本：16開

齣版時間：2017-09-01

用紙：膠版紙

頁數：182

字數：539000

正文語種：中文

內容簡介

地球化學模擬是研究水-岩相互作用的有效工具，實現定量論證地質和環境過程的模型和假說，優化環境治理、能源生産方案，預測地質環境變化等目標。本書由國際上該領域主要學科帶頭人所著，深入淺齣地介紹瞭熱力學、反應動力學和地球化學建模的理論知識，由簡到繁地闡釋瞭化學形態-溶解度、錶麵絡閤、反應路徑，逆嚮質量守恒、耦閤反應溶質遷移等模型的原理，演示瞭PHREEQC、The Geochemist’s Workbench TM、TOUGHREACT等流行的模擬軟件的應用。本書通過豐富的案例（二氧化碳地質封存、成岩作用、酸性礦山廢水、核廢料處理、尾礦和采礦廢物處置、深井灌注、垃圾填埋場滲濾液汙染），全方位展示瞭地球化學模擬的實用性。

目錄

目錄
第1章 緒論 1
1.1 環境問題與地球化學模擬的必要性 1
1.2 環境監管框架 8
1.3 地球化學模擬的作用 10
1.4 當前地球化學模擬在環境問題方麵應用的情況介紹 12
1.5 地球化學模擬在CO2的地質封存中的應用 13
1.6 地球化學模擬在石油地質中的應用 15
1.7 本章小結 20
第2章 模型概念 21
2.1 模型定義 21
2.2 地球化學模型的整體認識 22
2.3 地球化學模型的分類 24
2.4 模型驗證及確認 29
2.5 模型實用性和局限性 30
第3章 熱力學背景 32
3.1 係統與平衡 32
3.2 化學反應 34
3.3 吉布斯自由能 34
3.4 活度、逸度和化學勢 36
3.5 平衡常數 41
3.6 組分與物種 44
3.7 相律 49
3.8 氧化還原反應 52
3.9 堿度 55
3.10 酸度 60
3.11 局部平衡假設 63
3.12 本章小結 67
第4章 地球化學模擬軟件 68
4.1 計算機程序、數據庫和模型 68
4.2 常用模擬軟件簡介 69
4.3 數據庫 71
4.4 化學濃度單位 75
4.5 輸入/輸齣示例 75
第5章 建立地球化學模型 84
5.1 引言 84
5.2 確定目標 84
5.3 認識地下水流係統 84
5.4 野外和實驗室數據采集 84
5.5 確定建立何種模型 89
5.6 化學特徵數據收集 91
5.7 選擇計算機程序 91
5.8 模型建立 92
5.9 模擬結果闡釋 93
5.10 模擬結果的報告和展示 94
第6章 化學形態和溶解度模擬 95
6.1 引言 95
6.2 Bear Creek鈾礦尾礦庫區的模擬計算結果 95
6.3 在生物可利用性和風險評估研究中的應用 112
6.4 反應柱實驗的解釋 114
第7章 錶麵吸附模擬 118
7.1 引言 118
7.2 離子交換 119
7.3 錶麵絡閤 122
7.4 吸附反應的計算機程序 125
7.5 Oak Ridge放射性核素的阻滯實驗 130
7.6 鈾礦尾礦庫區放射性核素的遷移性 132
7.7 砷在冶煉廠煙道灰中的吸附作用 136
第8章 反應路徑模擬 137
8.1 引言 137
8.2 堿度滴定 139
8.3 酸性礦山廢水的酸度 140
8.4 pH緩衝 143
8.5 有害廢棄物的深井灌注 145
8.6 礦坑湖化學特徵 150
8.7 人工迴灌 153
8.8 自然背景值研究的應用 153
8.9 古海水主要化學成分的計算 154
第9章 逆嚮質量守恒模擬 159
9.1 引言 159
9.2 模型假設 159
9.3 亞利桑那州Black Mesa地下水成因 161
9.4 亞利桑那州Pinal Creek盆地的酸性礦山廢水 166
9.5 亞利桑那州Black Mesa地區14C定年 168
9.6 評估深層含水層微生物代謝率 171
第10章 耦閤反應溶質遷移模型 175
10.1 前言 175
10.2 多組分反應溶質遷移模型 175
10.3 基於等溫式的反應遷移模型 176
10.4 簡單示例 180
10.5 反應遷移中的緩衝作用 184
10.6 鈾礦尾礦酸性汙染羽的遷移 189
10.7 鈾礦尾礦儲存庫的修復設計 196
10.8 總結與評述 199
第11章 化學反應動力學模擬 201
11.1 引言 201
11.2 基本理論 201
11.3 沉澱-溶解反應的動力學過程 206
11.4 醋酸鹽分解動力學 210
11.5 溶液物種形態和生物過程 215
11.6 垃圾填埋場滲濾液進入含水層過程中的應用 217
11.7 總結 219
第12章 地球化學模擬在CO2地質封存中的應用 220
12.1 背景 220
12.2 CO2的封存機製 220
12.3 地球化學模擬的應用 221
12.4 礦物反應動力力學對CO2遷移轉化的作用 226
12.5 本章小結 248
第13章 地球化學模擬共沉澱 250
13.1 引言 250
13.2 鐵納米顆粒對Pb2+的吸附和Pb與Fe的共沉澱實驗的模擬 250
13.3 鐳和重晶石的共沉澱 262
13.4 本章小結 264
第14章 地球化學模擬在碎屑岩成岩作用方麵的應用實例 265
14.1 引言 265
14.2 德國北部Rotliegendes油氣聚集帶的伊利石化 267
14.3 鉀長石溶解的動力學反應路徑模擬 269
14.4 本章小結 295
第15章 地球化學模擬在碳酸鹽岩成岩作用中的應用 296
15.1 引言 296
15.2 沙特加瓦爾油田白雲石化的反應溶質運移模擬 297
15.3 哈薩剋斯坦Tengiz油田熱對流引起的成岩作用及其對儲層質量的影響 312
15.4 本章小結 314
參考文獻 316
附錄 數據庫的修改 339
中英文對照 345
索引 349
彩圖

礦物物理化學基礎與實驗技術 作者： 張文強 教授 齣版社： 科學技術文獻齣版社 齣版日期： 2024年11月 ISBN： 978-7-5023-8877-5 --- 內容簡介 《礦物物理化學基礎與實驗技術》是一本全麵覆蓋現代礦物學、岩石學和地球化學領域中物理化學原理及其實驗方法的高級教材與參考書。本書旨在為地球科學、材料科學以及環境科學等相關專業的研究生、高年級本科生以及一綫科研人員提供一個深入理解礦物形成、演化、反應機理，並掌握前沿實驗錶徵技術的係統性框架。 本書結構嚴謹，內容涵蓋從微觀的晶體化學、熱力學基礎到宏觀的礦物相平衡、反應動力學，並重點闡述瞭多種先進的實驗技術及其在解決復雜地球科學問題中的應用。全書共分五大部分，二十章，內容詳實，圖錶豐富，注重理論與實踐的緊密結閤。 第一部分：礦物物理化學基礎（第1章至第5章） 本部分奠定瞭理解礦物體係的物理化學基石。 第1章 晶體結構與化學鍵閤： 詳細介紹瞭礦物晶體的基本構型，包括晶胞、點群、空間群的確定方法。深入探討瞭離子鍵、共價鍵、金屬鍵和範德華力在礦物結構中的作用及其對礦物穩定性的影響。特彆關注瞭復雜矽酸鹽和氧化物的結構單元的幾何構型與空間排列規律。 第2章 熱力學基礎： 迴顧並深化瞭適用於礦物體係的熱力學基本定律。重點闡述瞭吉布斯自由能、焓、熵在礦物相變中的驅動力角色。詳細推導瞭礦物生成反應的化學勢方程，並引入瞭壓力和溫度對化學平衡常數影響的定量描述。討論瞭礦物的偏摩爾量、活性度在多組分體係中的應用。 第3章 固態物質的統計力學： 從統計學角度解釋宏觀熱力學性質的微觀起源。講解瞭晶格振動（聲子）、缺陷統計（點缺陷、綫缺陷、麵缺陷的形成能與濃度）、以及混閤熵的計算方法。這些基礎概念對於理解礦物在非化學計量條件下的行為至關重要。 第4章 礦物錶麵化學與界麵現象： 聚焦於礦物錶麵能、界麵能的理論基礎。闡述瞭礦物錶麵對水溶液的吸附/解吸機理，包括靜電相互作用、配位作用和氫鍵的貢獻。討論瞭錶麵羥基（site）的酸堿性，以及這對礦物溶解-沉澱速率的控製作用。 第5章 礦物相圖原理： 係統介紹瞭單組分、雙組分（如礦物熔融體係）的相律應用。重點解析瞭P-T圖、T-X圖的構建與判讀方法，特彆是對於水-岩石體係中常見礦物的穩定性區間界定。內容深入到多相區內的相共存條件和弛豫時間的影響。 第二部分：礦物反應動力學與速率控製（第6章至第9章） 本部分關注礦物形成和消亡的過程，即反應的速率。 第6章 化學反應動力學基礎： 復習瞭宏觀動力學（級數、半衰期）和微觀動力學（活化能、過渡態理論）。重點討論瞭固-液反應、固-氣反應的常見反應模型，如Avrami模型、Jander模型在礦物轉化中的適用性。 第7章 礦物溶解與沉澱速率： 這是岩石風化和地球化學循環的核心。詳細分析瞭溶解過程中的控製步驟，包括擴散控製、錶麵絡閤控製和錶麵位點密度控製。引入瞭布朗斯特-洛裏酸堿理論在礦物錶麵反應中的應用，並結閤實驗數據討論瞭pH、離子強度對速率常數的影響。 第8章 擴散與離子遷移： 探討瞭礦物晶體內部和晶界上的物質遷移機製。講解瞭固態擴散的菲剋定律，並區分瞭空位機製、間隙機製在不同晶體結構中的主導地位。討論瞭高壓和高溫環境下，礦物中揮發性組分（如H2O、CO2）的擴散行為。 第9章 礦物反應的耦閤過程： 討論瞭多過程耦閤對整體反應速率的製約。例如，溶解-擴散耦閤、錶麵反應-擴散耦閤在礦物蝕變帶形成中的作用。引入瞭反應控製模型（RCM）和擴散控製模型（DCM）的判據。 第三部分：先進實驗錶徵技術（第10章至第15章） 本部分側重於描述獲取礦物物理化學數據的關鍵技術手段。 第10章 X射綫衍射（XRD）與結構解析： 深入講解瞭衍射理論、粉末衍射儀的結構與數據采集。重點闡述瞭利用Rietveld精修方法確定晶體結構、晶胞參數、微晶尺寸、應變以及有序-無序結構的方法。 第11章 電子顯微學（SEM/TEM）與微區分析： 介紹瞭掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）的工作原理，特彆關注高分辨透射電鏡（HRTEM）在識彆晶體缺陷、界麵結構中的應用。結閤能譜（EDS/EELS）技術，闡述瞭如何進行元素定性和定量微區分析。 第12章 光譜學技術 I：拉曼與紅外光譜： 詳解瞭振動光譜（Raman和FTIR）對礦物中化學鍵、水分子、羥基環境的敏感性。解釋瞭晶格振動模式與礦物結構特徵的對應關係，用於礦物的定性和官能團分析。 第13章 光譜學技術 II：X射綫吸收光譜（XAS）： 重點介紹瞭近邊吸收結構（XANES）和擴展邊吸收精細結構（EXAFS）在確定元素價態、配位數和局部幾何結構中的獨特優勢。這是研究過渡金屬在礦物中替代行為的關鍵技術。 第14章 顯微成像與原位技術： 介紹瞭原子力顯微鏡（AFM）在研究礦物錶麵形貌、粗糙度以及進行單顆粒溶解速率測量中的應用。強調瞭高溫高壓反應器中，同步輻射光源輔助的原位XRD和XAS實驗設計與數據處理。 第15章 熱分析方法（DTA/TG/DSC）： 闡述瞭差熱分析（DTA）、熱重分析（TG）和差示掃描量熱法（DSC）在測量礦物脫水、脫羥基、相變溫度和焓變方麵的原理與實踐。 第四部分：礦物體係的平衡與非平衡態（第16章至第18章） 本部分將理論與實驗結果結閤，探討復雜體係的演化。 第16章 固溶體與缺陷熱力學： 深入討論瞭礦物固溶體的非理想性，利用Guggenheim-Meijering模型、Margules方程描述偏離理想混閤行為的原因。結閤缺陷化學，解析高溫高壓下元素在晶格中的替代機製。 第17章 礦物變質與成岩作用： 將前述的相平衡和動力學原理應用於實際地質過程。分析瞭變質岩中礦物的反應軌跡、反應速率的限製性因素，以及水熱條件對變質礦物組分分異的影響。 第18章 膠體與納米礦物物理化學： 關注粒徑效應。討論瞭納米尺寸對礦物錶麵能、溶解速率的顯著影響。介紹DLVO理論在穩定或非穩定礦物納米懸浮液中的應用，這對水文地球化學和環境修復至關重要。 第五部分：數據處理與模型構建（第19章至第20章） 第19章 地球化學數據庫與軟件應用： 介紹瞭常用的地球化學數據庫（如SUPCRT92, Thermo-Calc等）的構建邏輯和使用規範。演示如何利用這些工具進行熱力學正演計算，預測礦物相平衡。 第20章 反應路徑模擬與反演： 講解瞭如何將反應動力學參數代入到反應傳輸方程中，利用數值方法模擬水-岩石反應的時空演化。介紹瞭基於觀測數據的過程反演技術，以確定未知反應速率常數。 --- 本書特色 1. 深度融閤理論與技術： 本書不僅僅停留在理論的介紹，而是將熱力學、動力學理論直接與先進的實驗錶徵技術（如原位XAS，HRTEM）相結閤，指導讀者如何通過實驗數據驗證或修正理論模型。 2. 強調微觀機製： 詳細剖析瞭原子尺度的缺陷、錶麵位點、界麵結構如何控製宏觀的化學反應速率和相穩定邊界，是理解地球深部過程的關鍵。 3. 實例豐富： 每章均配有來自實際科研工作的案例分析，涵蓋瞭岩漿作用、變質過程、以及環境地球化學中的關鍵礦物（如橄欖石、長石、粘土礦物、金屬氧化物）的物理化學行為。 4. 麵嚮前沿： 包含瞭對納米礦物、水閤作用、高壓擴散等當前研究熱點的係統性介紹。 本書是地球化學、礦物學、岩石學、材料學研究生和專業研究人員案頭的必備參考書，有助於讀者構建堅實的物理化學基礎，並熟練掌握解決復雜地球科學問題的實驗工具。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對地球科學的某些方麵略有涉獵的研究生，我總是希望能夠找到一本能夠係統性梳理某個特定領域理論框架的書籍。我關注的重點在於“理論”部分，我希望這本書能夠清晰地闡述地球化學模擬的核心思想，包括但不限於哪些基本假設被采用，哪些關鍵的物理和化學過程被納入模型，以及這些模型在數學上的錶達形式。我尤其感興趣的是，在構建這些模擬模型時，是如何權衡簡化與真實性的。畢竟，真實的地球係統是極其復雜的，任何模型都必然是對現實的一種近似。我希望作者能夠詳細探討不同模型在處理不同地質現象時的優缺點，以及它們各自的適用範圍。另外，我也很期待書中能夠對一些經典的地球化學模擬方法進行深入的剖析，例如如何利用動力學方程來描述物質遷移，如何通過熱力學原理來預測化學反應的平衡態。如果這本書能夠幫助我建立起一個對地球化學模擬的紮實理論基礎，那麼它無疑將是一本極具價值的參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡約大氣，印著古樸的地球紋理，立刻就吸引瞭我。拿到手裏，沉甸甸的質感也讓人覺得內容一定十分紮實。我平時對地質學和化學的交叉領域就頗感興趣，特彆是那些能解釋地球形成和演變的宏觀理論，總能讓我産生無限的遐想。我期待著書中能深入淺齣地講解那些復雜的模擬方法，比如如何通過數學模型來復現地幔對流、岩漿分異，甚至是闆塊構造的形成過程。我特彆想知道，作者是如何將抽象的化學反應和物理定律轉化為計算機可以理解的語言，又是如何通過大量的計算來揭示地球內部那些我們肉眼無法觀測到的奧秘。這本書如果能讓我對地球的“生命周期”有一個全新的認識，哪怕隻是一個初步的瞭解，都將是我巨大的收獲。我很想看到書中是否會引用一些具體的案例研究，比如某個火山爆發的地質成因分析，或者某個礦産資源的形成模擬，這樣能讓理論更加生動形象，也更容易被我這樣的初學者所理解。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，科學研究的魅力在於它能夠解釋我們身邊的世界，並為解決實際問題提供思路。所以，我拿到這本書，最先關注的便是它的“應用”部分。我希望書中能夠展示地球化學模擬是如何被應用於解決各種現實問題的，例如如何評估地下水汙染的擴散路徑，如何預測地熱資源的儲量和開發潛力，甚至是如何模擬核廢料的安全儲存。我對那些能夠將抽象的模擬結果轉化為具體、可操作的建議的案例特彆感興趣。如果書中能夠提供一些成功應用的實例，並詳細介紹模擬過程中的關鍵步驟和數據處理方法，那我將從中受益匪淺。我希望這本書能夠讓我認識到，地球化學模擬不僅僅是理論上的推演，更是解決現實世界挑戰的強大工具。我對書中關於模型驗證和不確定性分析的部分也充滿瞭期待，因為任何應用都離不開對模型可靠性的評估。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題讓我聯想到瞭一些我在本科時期學習過的關於地球物理學和地球化學的課程。我當時就對那些利用數學和計算機來模擬地球內部過程的嘗試感到非常驚奇。我希望這本書能夠深入探討這些模擬的“理論基礎”，比如，它是否會涉及流體力學、傳熱學、質量守恒定律等基礎學科的原理，以及這些原理是如何被應用到地球化學模擬中的。我也會非常關注書中是否會介紹一些具體的模擬軟件或者編程語言，以及如何使用這些工具來構建和運行模型。對於我來說，瞭解模擬的“技術細節”同樣重要，因為這能幫助我更好地理解模擬的局限性，並思考如何改進現有的模擬方法。我希望這本書能夠給我提供一個清晰的脈絡，讓我能夠理解從基本的物理化學原理到復雜的地球化學模擬的整個過程。

評分☆☆☆☆☆

我最近正在進行一項關於某個特定地質現象的研究，而我的研究方法似乎與地球化學模擬有著潛在的聯係，但我對此並不十分熟悉。我希望這本書能夠提供一些關於“應用”的深入指導，特彆是針對我可能遇到的具體問題。我迫切地想知道，在進行某種類型的地球化學模擬時，需要收集哪些關鍵的地質和地球化學數據，以及如何對這些數據進行預處理和質量控製。我更希望書中能夠提供一些關於如何選擇閤適的模擬模型、如何設置模型參數、以及如何解釋模擬結果的實用建議。如果書中能夠包含一些“案例分析”，並且這些案例能夠與我正在研究的地質現象類似，那就再好不過瞭。我希望這本書能像一位經驗豐富的導師一樣，在我探索地球化學模擬應用的道路上給予我切實的幫助和指導，讓我少走彎路，更高效地推進我的研究。