成矿动力学理论基础课件.pptx
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- 成矿 动力学 理论基础 课件
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1、成矿动力学理论基础Theory Background for the Metallogenic Geodynamics第一讲提 纲一、基本概念及研究意义、基本概念及研究意义1.什么是动力学什么是动力学2.成矿系统的自组织演化成矿系统的自组织演化3.为什么要研究成矿动力学为什么要研究成矿动力学二、多孔介质中传递过程的耦合动力学二、多孔介质中传递过程的耦合动力学1.多孔价质的基本特性多孔价质的基本特性2.多孔介质的本构方关系唯象律多孔介质的本构方关系唯象律3.不可逆过程耦合不可逆过程耦合4.多孔介质的骨架变形多孔介质的骨架变形5.多孔介质的固多孔介质的固-流反应流反应6.全反馈全反馈-耦合动力学耦
2、合动力学一、基本概念及研究意义一、基本概念及研究意义1. 什么是动力学2. 成矿系统的自组织演化3. 为什么要研究成矿动力学1. 动力学、地质动力学和成矿动力学动力学、地质动力学和成矿动力学 “动力学动力学”一词的原义泛指英文中的一词的原义泛指英文中的“kinetics”(化学动化学动力学力学)和和 “dynamics”(动力学)。(动力学)。 kinetics(或或chemical Kinetics)研究化学反应的速率和历研究化学反应的速率和历程(或机制)。所谓程(或机制)。所谓“反应历程反应历程”(或(或“反应机制反应机制”)就是指反应物分子在变为产物分子的过程中所经历的就是指反应物分子在
3、变为产物分子的过程中所经历的具体途径和步骤。具体途径和步骤。 “dynamics”则是研究物体在力的作用下宏观运动的速则是研究物体在力的作用下宏观运动的速率或机制。率或机制。Study of the motion of bodies under the influence of force. 动力学的较完整的涵义是某种作用(或物质运动)的动力学的较完整的涵义是某种作用(或物质运动)的速率(速率(rate)、机制)、机制(mechanism)和过程(和过程(process)。)。动力学动力学地质动力学地质动力学 (geodynamics)lGeodynamics,国内称为地球动力学国内称为地球动
4、力学, 主要研究地球及其各圈层主要研究地球及其各圈层的运动及其原因。这实际上是不确切的。的运动及其原因。这实际上是不确切的。l澳大利亚地质动力学合作研究中心澳大利亚地质动力学合作研究中心(Australia Geodynamics Cooperative Research Centre)给出的定义为,给出的定义为,Study of the changes that occur to and within bodies of rock under the influence of geological processes. These geological processes include t
5、ectonic and gravitational stress (which cause displacements and deformations), thermal fluxes (which cause metamorphism and melt of rock), fluid flows (which cause movement and convective circulation of mineral-laden water, hydrostatic stress and hydro-fracturing) and chemical reactions (which cause
6、 alternation, mineral solution and mineral deposition). There are strong feedback interaction (couplings) between these processes.成矿动力学成矿动力学(metallogenic dynamics ) 确切地说,成矿动力学应该叫着成矿作用动力学(dynamics of metallogenic process),主要是研究成矿作用的速率、机制和过程,是矿床成因的核心问题; 传统的矿床学(ore deposit geology)主要总结和归纳已发现矿床的特征和规律和经验
7、事,以及对这种规律和事实的解释和进一步的推论, 成矿学(metallogeny)则是对更大范围的区域内的成矿特征和规律的总结和解释。二者都是立足于经验事实上,其最本质的特征都是“以成矿的结果为研究的主要对象,主要目以成矿的结果为研究的主要对象,主要目的是发现矿床形成的规律,研究思路则是从结果的是发现矿床形成的规律,研究思路则是从结果 (反推反推) 原原因因”,而且这种反推在有很大程度上带有猜想和假想的成分,是非常不严密的。成矿动力学则是“以成矿过程为研究的主要以成矿过程为研究的主要对象,主要目的是发现矿床形成的原因和机制,研究思路是对象,主要目的是发现矿床形成的原因和机制,研究思路是从原因到结
8、果从原因到结果”。 成矿动力学与矿床学及成矿学之间的本质区别决定了矿床学和成矿学研究常用的归纳法和类比法等是不适合于研究成矿动力学的。成矿作用动力学的理论体系据於崇文2. 成矿系统的自组织演化成矿系统的自组织演化 成矿作用是一种复杂的多过程动力系统, 成矿作用实际上是成矿物质的无序状态向有序状态演化过程,这种转化在很大程度是自组织的; 在成矿系统的自组织(self-organization)演化进程中,有两种机制起着非常重要的作用,这两种机制是:反馈和耦合。反馈和耦合 反馈(feed-back):The return of a portion of the output of a proces
9、s or system to the input, especially when used to maintain performance or to control a system or process. 简单地说,反馈就是结果对原因的影响。 耦合(coupling):the act of bring or coming together。简单地说,耦合就是两个过程间的相互影响。成矿作用的复杂过程成矿作用的复杂过程(据Hobbs et al )3.为什么要研究成矿动力学为什么要研究成矿动力学 地球科学发展之必然地球科学发展之必然 地球科学不能永远停留在经验事实积累的水平上,必向地球科学不
10、能永远停留在经验事实积累的水平上,必向具严密逻辑和精确数学表达的现代科学迈进具严密逻辑和精确数学表达的现代科学迈进,要实现这一点动要实现这一点动力学研究是其必然途径。力学研究是其必然途径。 动力学的核心:基本守恒定律和系统本构关系的唯象律动力学的核心:基本守恒定律和系统本构关系的唯象律 找矿勘查之必需找矿勘查之必需 现代找矿勘查的成功概率并不高,每现代找矿勘查的成功概率并不高,每10000个勘查项目只个勘查项目只有有12个最终演化成可赢利矿山,现代科学技术的发展也没有个最终演化成可赢利矿山,现代科学技术的发展也没有有效地提高找矿勘查的成功率,其主要原因是我们对导致矿有效地提高找矿勘查的成功率,
11、其主要原因是我们对导致矿体形成并定位于某一位置的动力过程缺乏详细的了解,而且体形成并定位于某一位置的动力过程缺乏详细的了解,而且现代地球科学和地球探测技术也没有为我们提供足够的了解现代地球科学和地球探测技术也没有为我们提供足够的了解成矿动力学过程的知识和技术,成矿动力学过程的知识和技术, 只有发展动力学研究,才有只有发展动力学研究,才有可能实现这一点。大气动力学对气象预报的贡献。可能实现这一点。大气动力学对气象预报的贡献。 When people fail to understand why their geological evidence is insufficient or why th
12、eir interpretation is inadequate they think the failure is due to bad luck and the wasted money and effort is part of the risk involved in mineral exploration. However, luck (good or bad) has nothing to do with the location of mineral deposits. Mineral deposits are not distributed randomly, haphazar
13、dly or according to luck, throughout the Earths crust. Rather, each deposit is located in a special place and its formation was the culmination of special circumstances involving interactions between specific geodynamic processes that operated in that location at a particular time and in a specific
14、sequence. Understanding these processes and recognising where and when they operated throughout the four and a half billion years of the Earths history is what transforms luck into prediction.-G. P. PRICE, P. STOKER Mineralisation is commonly the result of full feedback coupling between the four pro
15、cesses of mechanical deformation, non-isothermal fluid flow, thermal transport and chemical reaction (which includes mineral dissolution, transport and precipitation), as shown in Fig. 1. The generation of a large orebody means that these feedback mechanisms must reinforce one another in such a way
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