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一、研究方向

    地质和矿床流体分子动力学计算机模拟和物理化学模型 

二、研究意义

    地质流体主要是指地球内部的溶液和气体。它们主要是由H₂O、CO₂、CH₄、N₂、H₂S、H₂、O₂、Ar、HCl、C₂H₆、SO₂、Cl₂、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-、F^- 各种金属离子和它们的混合物组成。在各种地质活动中(如成矿元素的运移和沉淀、油气迁移和储藏、地热传送、岩浆活动、变质作用和环境污染物质的传播等)，天然流体发挥着至关重要的作用。要了解天然流体的活动机制，必须了解它们的物理化学性质。

    传统的获得物理化学数据的办法是各式各样的实验。实验方法直观可靠，至今仍然是最常见的方法。可是，实验往往受温度，压力和介质条件的限制，也受经费和人力的约束。因此，尽管科学家们做了大量的测试实验，上述流体的物化数据仍然非常有限。已有的数据都在最常见的一元和二元体系内，并局限于较窄的温压范围。然而，象自然界常见的体系H₂O-CO₂-CH₄和 NaCl-CaCl₂-H₂O, 却根本没有任何物化数据。此外，已有的数据往往分散，不易使用。 

    建立半经验理论物理化学模型是弥补实验数据不足的有效办法。一个具有良好理论基础并经过精心参数化的模型，不仅可以重现和内插已有的实验数据，而且能大大外延到实验没有包括的温压范围和介质条件。比如，我们建立的超临界状态方程(Duan et al., 1996, Geochim. Cosmochim. Acta, vol. 60, pp.1029) 仅仅以CH₄的400度和3000大气压以下 PVT数据为基础，就能精确计算超临界条件下H₂O-CO₂-CH₄-N₂等多种流体及其混合物的PVT、化学位、热焓和相平衡，其温压范围达2000度和10万大气压。运用此方程所得出的结论被其他几个实验室后来发表的新数据进一步证实。但是，对于自然界含金属离子的水溶液或卤水来说，还没有找到一个外延能力这么强的模型。现存的模型(比如现在常用的PITZER模型) 对实验数据具有极强的依赖性。一般来说，这种模型的外延温度小于50度。

    目前，很多天然体系，仍然是一个空白。大多数常见的体系，也只是在较小的温压范围内有数据。因此，必须加强流体物理化学性质的研究才能满足地球化学定量研究的需要。一方面要进一步发展半经验理论模型，另一方面要探索新的研究方法。 科学发展到今天，已进入分子化和数字化时代。许多科学领域(物理，化学，生物和地球化学) 都在进行分子水平上的计算机模拟(分子动力学模拟) ，并都已取得不同程度的成果。分子动力学计算机模拟为地球化学研究开辟了崭新的途经。与实验观察相比，它具有以下优点：(1) 模拟体系不受温压和介质条件的限制，因而可以研究任何条件下的物理化学过程；(2) 可以研究实验上难以观察到的微观现像；(3)可以利用同一模拟同时研究热力学和动力学机制；(4) 可以辅助实验，减少实验开支。与半经验理论模型相比，分子动力学模拟不需要太多的实验数据。一旦分子势能面被确定，就可以在较大的温压范围内进行模拟。这一研究领域方兴未艾，还有许多工作要做。随着计算机速度的加快和分子力学的进一步深入，这一研究必将为流体地球化学研究带来许多新的成果。     
  
三、研究内容