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地球化学模拟理论及其应用

地球化学模拟理论及其应用

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作者: 朱晨著 , G.M.安德森著 , 吕鹏著

出版社: 科学出版社

出版时间: 2017-09

版次: 1

ISBN: 9787030530486

定价: 138.00

装帧: 精装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 364页

字数: 539千字

正文语种: 简体中文

分类: 自然科学

地球化学模拟是研究水-岩相互作用的有效工具，实现定量论证地质和环境过程的模型和假说，优化环境治理、能源生产方案，预测地质环境变化等目标。《地球化学模拟的理论及其应用》由国际上该领域主要学科带头人所著，深入浅出地介绍了热力学、反应动力学和地球化学建模的理论知识，由简到繁地阐释了化学形态-溶解度、表面络合、反应路径，逆向质量守恒、耦合反应溶质迁移等模型的原理，演示了PHREEQC、The Geochemist’s Workbench TM、TOUGHREACT等流行的模拟软件的应用。《地球化学模拟的理论及其应用》通过丰富的案例（二氧化碳地质封存、成岩作用、酸性矿山废水、核废料处理、尾矿和采矿废物处置、深井灌注、垃圾填埋场渗滤液污染），全方位展示了地球化学模拟的实用性。目录
第1章绪论 1
1.1 环境问题与地球化学模拟的必要性 1
1.2 环境监管框架 8
1.3 地球化学模拟的作用 10
1.4 当前地球化学模拟在环境问题方面应用的情况介绍 12
1.5 地球化学模拟在CO2的地质封存中的应用 13
1.6 地球化学模拟在石油地质中的应用 15
1.7 本章小结 20
第2章模型概念 21
2.1 模型定义 21
2.2 地球化学模型的整体认识 22
2.3 地球化学模型的分类 24
2.4 模型验证及确认 29
2.5 模型实用性和局限性 30
第3章热力学背景 32
3.1 系统与平衡 32
3.2 化学反应 34
3.3 吉布斯自由能 34
3.4 活度、逸度和化学势 36
3.5 平衡常数 41
3.6 组分与物种 44
3.7 相律 49
3.8 氧化还原反应 52
3.9 碱度 55
3.10 酸度 60
3.11 局部平衡假设 63
3.12 本章小结 67
第4章地球化学模拟软件 68
4.1 计算机程序、数据库和模型 68
4.2 常用模拟软件简介 69
4.3 数据库 71
4.4 化学浓度单位 75
4.5 输入/输出示例 75
第5章建立地球化学模型 84
5.1 引言 84
5.2 确定目标 84
5.3 认识地下水流系统 84
5.4 野外和实验室数据采集 84
5.5 确定建立何种模型 89
5.6 化学特征数据收集 91
5.7 选择计算机程序 91
5.8 模型建立 92
5.9 模拟结果阐释 93
5.10 模拟结果的报告和展示 94
第6章化学形态和溶解度模拟 95
6.1 引言 95
6.2 Bear Creek铀矿尾矿库区的模拟计算结果 95
6.3 在生物可利用性和风险评估研究中的应用 112
6.4 反应柱实验的解释 114
第7章表面吸附模拟 118
7.1 引言 118
7.2 离子交换 119
7.3 表面络合 122
7.4 吸附反应的计算机程序 125
7.5 Oak Ridge放射性核素的阻滞实验 130
7.6 铀矿尾矿库区放射性核素的迁移性 132
7.7 砷在冶炼厂烟道灰中的吸附作用 136
第8章反应路径模拟 137
8.1 引言 137
8.2 碱度滴定 139
8.3 酸性矿山废水的酸度 140
8.4 pH缓冲 143
8.5 有害废弃物的深井灌注 145
8.6 矿坑湖化学特征 150
8.7 人工回灌 153
8.8 自然背景值研究的应用 153
8.9 古海水主要化学成分的计算 154
第9章逆向质量守恒模拟 159
9.1 引言 159
9.2 模型假设 159
9.3 亚利桑那州Black Mesa地下水成因 161
9.4 亚利桑那州Pinal Creek盆地的酸性矿山废水 166
9.5 亚利桑那州Black Mesa地区14C定年 168
9.6 评估深层含水层微生物代谢率 171
第10章耦合反应溶质迁移模型 175
10.1 前言 175
10.2 多组分反应溶质迁移模型 175
10.3 基于等温式的反应迁移模型 176
10.4 简单示例 180
10.5 反应迁移中的缓冲作用 184
10.6 铀矿尾矿酸性污染羽的迁移 189
10.7 铀矿尾矿储存库的修复设计 196
10.8 总结与评述 199
第11章化学反应动力学模拟 201
11.1 引言 201
11.2 基本理论 201
11.3 沉淀-溶解反应的动力学过程 206
11.4 醋酸盐分解动力学 210
11.5 溶液物种形态和生物过程 215
11.6 垃圾填埋场渗滤液进入含水层过程中的应用 217
11.7 总结 219
第12章地球化学模拟在CO2地质封存中的应用 220
12.1 背景 220
12.2 CO2的封存机制 220
12.3 地球化学模拟的应用 221
12.4 矿物反应动力力学对CO2迁移转化的作用 226
12.5 本章小结 248
第13章地球化学模拟共沉淀 250
13.1 引言 250
13.2 铁纳米颗粒对Pb2+的吸附和Pb与Fe的共沉淀实验的模拟 250
13.3 镭和重晶石的共沉淀 262
13.4 本章小结 264
第14章地球化学模拟在碎屑岩成岩作用方面的应用实例 265
14.1 引言 265
14.2 德国北部Rotliegendes油气聚集带的伊利石化 267
14.3 钾长石溶解的动力学反应路径模拟 269
14.4 本章小结 295
第15章地球化学模拟在碳酸盐岩成岩作用中的应用 296
15.1 引言 296
15.2 沙特加瓦尔油田白云石化的反应溶质运移模拟 297
15.3 哈萨克斯坦Tengiz油田热对流引起的成岩作用及其对储层质量的影响 312
15.4 本章小结 314
参考文献 316
附录数据库的修改 339
中英文对照 345
索引 349
彩图
内容简介:
地球化学模拟是研究水-岩相互作用的有效工具，实现定量论证地质和环境过程的模型和假说，优化环境治理、能源生产方案，预测地质环境变化等目标。《地球化学模拟的理论及其应用》由国际上该领域主要学科带头人所著，深入浅出地介绍了热力学、反应动力学和地球化学建模的理论知识，由简到繁地阐释了化学形态-溶解度、表面络合、反应路径，逆向质量守恒、耦合反应溶质迁移等模型的原理，演示了PHREEQC、The Geochemist’s Workbench TM、TOUGHREACT等流行的模拟软件的应用。《地球化学模拟的理论及其应用》通过丰富的案例（二氧化碳地质封存、成岩作用、酸性矿山废水、核废料处理、尾矿和采矿废物处置、深井灌注、垃圾填埋场渗滤液污染），全方位展示了地球化学模拟的实用性。
目录:
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第1章绪论 1
1.1 环境问题与地球化学模拟的必要性 1
1.2 环境监管框架 8
1.3 地球化学模拟的作用 10
1.4 当前地球化学模拟在环境问题方面应用的情况介绍 12
1.5 地球化学模拟在CO2的地质封存中的应用 13
1.6 地球化学模拟在石油地质中的应用 15
1.7 本章小结 20
第2章模型概念 21
2.1 模型定义 21
2.2 地球化学模型的整体认识 22
2.3 地球化学模型的分类 24
2.4 模型验证及确认 29
2.5 模型实用性和局限性 30
第3章热力学背景 32
3.1 系统与平衡 32
3.2 化学反应 34
3.3 吉布斯自由能 34
3.4 活度、逸度和化学势 36
3.5 平衡常数 41
3.6 组分与物种 44
3.7 相律 49
3.8 氧化还原反应 52
3.9 碱度 55
3.10 酸度 60
3.11 局部平衡假设 63
3.12 本章小结 67
第4章地球化学模拟软件 68
4.1 计算机程序、数据库和模型 68
4.2 常用模拟软件简介 69
4.3 数据库 71
4.4 化学浓度单位 75
4.5 输入/输出示例 75
第5章建立地球化学模型 84
5.1 引言 84
5.2 确定目标 84
5.3 认识地下水流系统 84
5.4 野外和实验室数据采集 84
5.5 确定建立何种模型 89
5.6 化学特征数据收集 91
5.7 选择计算机程序 91
5.8 模型建立 92
5.9 模拟结果阐释 93
5.10 模拟结果的报告和展示 94
第6章化学形态和溶解度模拟 95
6.1 引言 95
6.2 Bear Creek铀矿尾矿库区的模拟计算结果 95
6.3 在生物可利用性和风险评估研究中的应用 112
6.4 反应柱实验的解释 114
第7章表面吸附模拟 118
7.1 引言 118
7.2 离子交换 119
7.3 表面络合 122
7.4 吸附反应的计算机程序 125
7.5 Oak Ridge放射性核素的阻滞实验 130
7.6 铀矿尾矿库区放射性核素的迁移性 132
7.7 砷在冶炼厂烟道灰中的吸附作用 136
第8章反应路径模拟 137
8.1 引言 137
8.2 碱度滴定 139
8.3 酸性矿山废水的酸度 140
8.4 pH缓冲 143
8.5 有害废弃物的深井灌注 145
8.6 矿坑湖化学特征 150
8.7 人工回灌 153
8.8 自然背景值研究的应用 153
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第9章逆向质量守恒模拟 159
9.1 引言 159
9.2 模型假设 159
9.3 亚利桑那州Black Mesa地下水成因 161
9.4 亚利桑那州Pinal Creek盆地的酸性矿山废水 166
9.5 亚利桑那州Black Mesa地区14C定年 168
9.6 评估深层含水层微生物代谢率 171
第10章耦合反应溶质迁移模型 175
10.1 前言 175
10.2 多组分反应溶质迁移模型 175
10.3 基于等温式的反应迁移模型 176
10.4 简单示例 180
10.5 反应迁移中的缓冲作用 184
10.6 铀矿尾矿酸性污染羽的迁移 189
10.7 铀矿尾矿储存库的修复设计 196
10.8 总结与评述 199
第11章化学反应动力学模拟 201
11.1 引言 201
11.2 基本理论 201
11.3 沉淀-溶解反应的动力学过程 206
11.4 醋酸盐分解动力学 210
11.5 溶液物种形态和生物过程 215
11.6 垃圾填埋场渗滤液进入含水层过程中的应用 217
11.7 总结 219
第12章地球化学模拟在CO2地质封存中的应用 220
12.1 背景 220
12.2 CO2的封存机制 220
12.3 地球化学模拟的应用 221
12.4 矿物反应动力力学对CO2迁移转化的作用 226
12.5 本章小结 248
第13章地球化学模拟共沉淀 250
13.1 引言 250
13.2 铁纳米颗粒对Pb2+的吸附和Pb与Fe的共沉淀实验的模拟 250
13.3 镭和重晶石的共沉淀 262
13.4 本章小结 264
第14章地球化学模拟在碎屑岩成岩作用方面的应用实例 265
14.1 引言 265
14.2 德国北部Rotliegendes油气聚集带的伊利石化 267
14.3 钾长石溶解的动力学反应路径模拟 269
14.4 本章小结 295
第15章地球化学模拟在碳酸盐岩成岩作用中的应用 296
15.1 引言 296
15.2 沙特加瓦尔油田白云石化的反应溶质运移模拟 297
15.3 哈萨克斯坦Tengiz油田热对流引起的成岩作用及其对储层质量的影响 312
15.4 本章小结 314
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中英文对照 345
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