分子水平上研究地质流体的物理化学性质(英文)

摘要

研究地质流体的物理化学性质和地球化学行为是地球系统科学研究所面对的挑战性课题之一.与诸如实验和物理化学建模等传统研究方法相比,分子水平上的计算机模拟在解决极端条件下流体体系物理化学性质方面表现出明显的优势,成为定量研究地球内部不同层圈中地质流体特点及其作用规律的有效途径.本文简要介绍了把计算机模拟技术应用到地质流体研究中的成果,主要可概括为(1)利用蒙特卡罗计算机模拟方法,成功地模拟了地质流体体系相平衡和相变,取得了与实验一致的结果,从而在计算机上实现了相平衡研究,与花费昂贵的实验相比具有方法学上的先进性;(2)通过分子动力学模拟研究水的物理化学性质,把水的PVT数据从实验所允许的温压范围(温度小于1873.15K、压力低于5万大气压)扩展到2000K、20万大气压,并提出了一个适用于宽广温压条件下的状态方程;(3)通过分子动力学和蒙特卡罗模拟,建立了一个CO2分子模型,它能同时准确预测CO2的各种物理化学性质和行为(PVT性质、相平衡、潜热、结构性质和动力学性质);(4)通过分子动力学模拟研究氯化锂在溶液中的离子水化和缔合性质,得到了与实验和量子力学模拟一致的结果,与此同时还揭示了离子水化和缔合过程的微观机制.