深海极端环境模拟研究实验室----中国科学院深海科学与工程研究所

深海科学研究

深海极端环境模拟研究实验室

文章来源： | 发布时间：2018-08-20 | 【打印】【关闭】

　　自1977年美国科学家在东太平洋洋中脊海底发现热液喷口（黑烟囱、白烟囱）及周边的黑暗生物圈以来，与深海极端环境相关的地质、地球化学、生物等学科相关的科学问题引起了科学家们的极大兴趣，该领域也成为持续的研究热点。其中就涉及了地球系统进化和演化、全球气候和环境变化、海洋生物技术开发利用等。而特别引人关注的问题还包括深海热液及黑暗生物圈的发现，因为它也许能印证“生命最早很可能源自一个热的小池子（达尔文，1871）”的论断，成为探索地球生命起源的重要研究途径，也成为火星或其他类地行星可能存在（或曾经存在）生命系统的类比研究对象。

　　对于深海极端环境的研究大体有三种思路：1）利用载人深潜器、水下机器人及各种监测设备对海底极端环境进行原位观察及探测；2）采集样品（包括各种岩石矿物、海水、热液、沉积物及极端环境生物及微生物等）进行实验室研究；3）实验室模拟深海环境，与原位研究相互印证。而所谓极端环境，主要是指海底的高压、低温（热液喷口是高温）的环境条件，在此发生大量活跃的地质、地球化学现象，及黑暗生物链的发育演化。

　　鉴于深海极端环境模拟研究的科学价值和工程意义，中国科学院深海科学与工程研究所于2013年成立了深海极端环境模拟研究实验室，由著名实验地球化学家周义明研究员领导创建，经过三年的筹建，研究室目前已经研制成功了一批具国际领先水平的高压高温（或变温）仪器，其中包括（1）高压可视反应腔（High-pressure Optical Cell; HPOC，最高工作压力：160 MPa （可直接测量），工作温度：-190至500℃）；（2）熔融毛细硅管反应腔（Fused Silica Capillary Capsule; FSCC，最高工作压力：100 MPa （可估算而不能直接测量），工作温度： -190至500℃）；（3）热液金刚石压腔（Hydrothermal Diamond-anvil Cell; HDAC, 最高工作压力：3.0 GPa，工作温度最高可达1000℃）；（4）冷封式高压釜（Cold-sealed Pressure Vessel; CSPV, 最高工作压力：300 MPa，工作温度最高可达900℃（5）旋转金刚石对顶砧压机（Rotational Diamond Anvil Cell，rDAC），最高工作压力80GPa，转速在0.000118°-0.283°/min之间可调，工作温度最高可达1000℃；（6）动态金刚石对顶砧压机（Dynamic Diamond Anvil Cell，dDAC，在建），工作压力在5-20GPa范围内可控，温度范围室温至800℃。这些可视反应腔（FSCC、HPOC、HDAC、rDAC、dDAC）内的样品，可运用已搭建的激光显微共聚焦拉曼光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪做原位的定量及定性分析，以支撑矿物与地质流体在平衡态及反应动力学方面的研究。未来主要工作：1）探索深渊极端环境下的生命现象与过程；2）研究地球深部物质组成、性质及物理化学作用；3）研究海洋深部矿产资源的形成和开发方式；4）建立构成海底岩石圈矿物的流变方程，探索海底板块的运动学特征，了解洋中脊扩张中的物理、化学和动力学过程等。

　　研究室目前共有研究员4名，副研究员3名，高级实验师1名，助理研究员3名，博士后1名，工程师1名，实验师1名，科研助理1名，博士研究生1名，已初步形成学科组的科研团队，能够承担多种重大科研项目和研究工作。

　　研究团队：

　　晏浩，博士，研究员，博士生导师，深海极端环境模拟研究实验室主任；

周义明，博士，研究员，博士生导师，中国科学院深海科学与工程研究所学位委员会成员；

　　梅升华，博士，研究员，博士生导师；

　　蒋磊，博士，研究员，博士生导师，中国科学院深海科学与工程研究所副所长；

　　陈姜智，博士，副研究员；

　　刘月高，博士，副研究员；

程南飞，博士，副研究员，特别研究助理；

　　张海燕，硕士，高级实验师；

吴传军，博士，助理研究员，特别研究助理；

　　郑直，博士，助理研究员，特别研究助理；

陈颖，博士，助理研究员；

刘在荣，博士，博士后；　　

　　林觉智，学士，工程师；

　　孙建辉，学士，实验师；

孙浩然，硕士，科研助理；

　　熊梦君，博士研究生，在读。

学科带头人介绍：

周义明：博士，中国科学院深海科学与工程研究所一级研究员，博士生导师，中国科学院深海科学与工程研究所学位委员会成员。（http://ir.idsse.ac.cn/imchou@idsse.ac.cn ）

办公电话：0898-88384757

传真：0898-88384757

电子邮箱：imchou@idsse.ac.cn 　

教育经历：

1974 博士（地球化学）美国约翰霍普金斯大学地球与行星科学系；

1968 学士（地质学）国立台湾大学地质科学系。　　

研究方向：

(1) 矿物及气体水合物 (包括天然气水合物) 在不同的温度、压力、共存流体组分、及氧逸度下的稳定性及物理化学性质；

(2) 地质流体的物理化学性质；

(3) 矿物及地质流体的热力学数据的取得、评鉴、及应用。　　

工作经历：

1970-1971 美国约翰霍普金斯大学助教

1971-1972 美国约翰霍普金斯大学矿物学助教

1972-1974 美国约翰霍普金斯大学研究助教

1974-1976 美国约翰霍普金斯大学博士后

1976-1978 美国国家研究委员会, 驻太空总署约翰逊太空中心博士后

1978-1979 美国洛奇电子公司首要科学家

1979-2013.3 美国内政部地质调查局研究地质学家

1996-2002 美国卡耐基学院, 地球物理研究所访问学者

2013.3-至今美国内政部地质调查局“荣誉退职”及访问研究地质学家，中国科学院深海科学与工程研究所一级研究员，深海极端环境模拟研究实验室主任，中国科学院深海极端环境模拟重点实验室（筹）学委会主任　

荣誉、获奖情况：

1990 获美国内政部地质调查局Gilbert 奖学金

1993 获德国汉诺瓦大学研究资助; 日本东京大学外国人研究资助

1994; 2008-至今中国地质科学院矿产资源研究所客座教授

1992-1994; 1993-1995 获美国自然科学基金 (与康奈尔大学William Bassett教授共同获得)

1998-2000获美国自然科学基金 (与维吉尼亚理工大学Robert Bodnar教授共同获得)

1996 获美国内政部地质调查局技术成熟基金

1977 获加拿大圣法兰西思(St. Francis Xavier) 大学詹姆思(W.J. James)科学讲座教授

2001中国中山大学客座教授

2002中国科学院广州地球化学研究所客座教授

2006中国地质大学(武汉)客座教授

2002, 2007, 2009, 2010, 2011, 2012获美国内政部地质调查局“特别感谢达到成果” (STAR) 奖励金

2012-2017 中国教育部重点计划基金“华南地质演化与矿产资源”(与南京大学蒋少涌、倪培教授共同获得)

2013 中国科学院贵阳地球化学研究所客座教授

2014-至今中国石油大学客座教授

2013-2016 主持中国科学院三亚深海所知识创新工程领域前沿项目"Establishment of a lab and research team at SIDSSE"

2014-2019 主持中国科学院战略性先导科技专项（B类）海斗深渊前沿科技问题研究与攻关项目“深渊环境模拟实验系统”

2015-2019 主持国家自然科学基金（面上）项目“473～673 K, 0～3 mol/kg范围内几种典型地质流体二元及三元体系水溶液的饱和蒸汽压测定”

2016-2020 主持中国科学院前沿科学重点研究项目“含水地质流体状态方程与C-H-O-N-S流体体系在不同组分、温度和压力条件下拉曼光谱数据库的建立及其在地质学中的应用”

2020-2023 主持国家自然科学基金（面上）项目“低温（＜400℃）热液实验中氧逸度缓冲及测量技术的开发及应用”

2022-2026 主持国家自然科学基金（重点）项目“透视性反应腔中原位氧逸度控制和测量技术的开发及应用”

学术或社会职务：

2011- 至今美国地质学会会员及会士（Fellow；2013-至今）国际部第二副主席（2014）

1978- 至今美国矿物学会会员及会士（Fellow；1999-至今）

1974 - 2001 美国科学研究协会会员

1979 - 1987 华盛顿地质学会会员

1997- 至今美国地球物理联合会会员

1988- 至今美国地球化学学会会员

1983-2001 美国机械工程学会水蒸气性质研究委员会委员

1998-2001 海外华人环境工程师和科学家协会会员及主任（2000-2001）

1970- 至今北美华人地球科学家协会会员及主席 (1998-1999)

1998- 至今海外华人地球科学与技术协会会员及主席

2015-至今担任《Solid Earth Science》期刊的编委委员

学术活动：

1）为下列期刊担任审稿人：

American Mineralogist, The Canadian Mineralogist, Proceedings of National Academy of Sciences, American Journal of Science, Geochimica et Cosmochimica Acta, Chemical Geology, Journal of Chemical and Engineering Data, Contributions to Mineralogy and Petrology, Economic Geology, Geochemical Journal (Japan), Journal of Physical Chemistry, Journal of Chemical Physics, Earth and Planetary Science Letters, Physics of the Earth and Planetary Interiors, Journal of Inclusion Phenomena, Journal of Asian Earth Sciences, The Journal of Supercritical Fluids, Journal of Geophysical Research, Energy & Fuels, Acta Geologica Sinica, and Chemical Reviews.

2) 美国内政部地质调查局教中国语文 (1984–1991)；

3) 为下列科研单位或组织评审科研计划：

** Oklahoma EPSCoR cluster proposal in advance of submission to NSF (October 4, 1990)

** NSF Proposals (1983以来大约每两年一次 )

** Petroleum Research Fund Proposals (1994, 与2001以来大约每两年一次)

** Univ. of California Energy Institute (2002)

** NASA (2005)

** NSERC, Canada (2008)

** ETH Individual Investigator’s Research Award, Switzerland (2008)

** Stanford Synchrotron (SSRL) Beamtime Proposal (2008)

** Chinese Academy of Sciences, “Hadal Science and Technology Program (HADSTEP)” (2013)

4) 在美国内政部地质调查局实验室，指导来访学者20余人次；

5）指导11名博士生，2名博士后；

6）其他科学团体任职、科学考察（略）；

7）长期参与和组织国际学术交流活动，应邀访问及专题报告100余次。

代表性论文（已公开发表国际刊物论文170余篇，主要发表于以下杂志）：

Science, Proceedings of National Academy of Sciences, Journal of Chemical Physics, Chemical Physics Letters, Journal of Physical Chemistry, Geochemistry: Exploration, Environment Analysis, American Mineralogist, The Geochemical Society Special Publication, Geochimica et Cosmochimica Acta, Journal of Synchrotron Radiation, Chemical Geology, Zeitschriftfür Kristallographie, Acta Petrologica Sinica, Applied Spectroscopy, Marine Chemistry, Journal of Geophysical Research, International Geology Review, Reviews of Scientific Instruments, Green Chemistry, Acta Geologica Sinica, Geoscience Frontiers, Journal of Asian Earth Sciences, Economic Geology, Contributions to Mineralogy and Petrology, American Journal of Science, Journal of Chemical and Engineering Data, Uranium, Nuclear Technology, Acta Crystallographica, Ore Geology Reviews, Journal of Metamorphic Geology, Pure and Applied Geophysics, Journal of Raman Spectroscopy, Geofluids, Astrobiology, and Journal of Chemical Education. 　　

论文发表情况见附件1（Please send an email to imchou@idsse.ac.cn for pdf copy request）

梅升华：博士，中国科学院深海科学与工程研究所二级研究员，博士生导师。（http://ir.idsse.ac.cn/mei@idsse.ac.cn ）

电子邮箱：mei@idsse.ac.cn

教育经历：

1999 博士（材料科学）美国明尼苏达大学；

1986 硕士（矿物物理）中国科学院地球物理所；

1983 学士（地球物理）中国科学技术大学。

研究方向：

（1）高温高压下矿物和岩石的流变学规律（旨在探索海底岩石圈动力学过程及其一系列前沿科学问题）；

（2）极端环境下岩石或可燃冰的物理学性质（旨在研究深海能源开发中涉及到的一系列工程技术问题）。

工作经历：

1986 – 1991 中国科学院地球物理所助理研究员；

1991 – 1992 美国明尼苏达大学地质和地球物理系助理研究员；

1993 – 1999 美国明尼苏达大学化工材料系助理研究员；

1999 – 2001 美国明尼苏达大学地质和地球物理系博士后研究员；

2002 – 2004 美国劳伦斯利物摩国家实验室博士后研究员；

2005 – 2015 美国明尼苏达大学地球科学系高级研究员；

2016 – 现在中科院深海科学与工程研究所二级研究员；（美国明尼苏达大学地球科学系客座教授；中国科学院广州地球化学所客座研究员。）

学术或社会职务：

1987- 1990 中国岩石力学与学会高温高压岩石力学专业委员会委员兼秘书；

1987- 1990 中国岩石力学与工程学会副秘书长；

2007 – 2010 美国地球材料物理性质通讯编辑；

2007 – 2010 美国地球材料物理性质专业委员会委员；

2002 – 2005 美国陶瓷学会会员；

1996 – 至今美国地球物理学会会员。

学术活动：　　

1. 主持（或合作主持）的科研项目：

（1）2003 – 2006 Rheology of Earth’s Interior: Experimental Investigation to Pressures of 15 GPa using the Deformation-DIA（美国能源部项目）

（2）2006 – 2009 Experimental constraints on low-temperature plasticity of olivine at high pressures（美国能源部项目）

（3）2007 – 2010 CSEDI: Collaborative Research: Grand Challenge for Experimental Study of Plastic Deformation Under Deep Mantle （美国国家自然科学基金项目）

（4）2009 – 2013 Rheological Properties of Olivine: Roles of Melt, Water and Pressure（美国能源部项目）

（6）2013 – 2016 Experimental Investigation of Flow-Induced Fabrics in minerals（美国能源部项目）

（7）2017 – 2020 岩石圈地幔的流变性：实验之约束（中国国家自然科学基金项目）

（8）2017 – 2020 海洋岩石圈及上地幔流变性的实验研究（中国科学院知识创新工程领域前沿项目）

（9）2016-2019 固体浮力材料理化性能测试评估及海试（国家重点研发计划）

（10）2017-2021 天然气水合物变形力学和热动力学性质的实验研究（中国科学院前沿重点部署项目）

（11）2017-2018 海洋岩石圈及上地幔流变性的实验研究（中国科学院战略先导专项B类）

（12）2018-2023 动态加载金刚石对顶砧压机平台（中国科学院战略先导专项A类）

2. 评审工作：担任美国自然科学基金会基金评审专家和一些国内外期刊（如Journal of Geophysical Research, Geophysical Research Letters, Journal of Earth Sciences，Techtonophysics，High Pressure Research, Science in China, Acta Petrologica Sinica 等）审稿人。

3. 学术交流：参与众多国际学术交流活动；受邀访问讲座及会议专题报告。

4. 学术指导：指导博士生 2 名（Lili Xu, Guinan Zhang）；博士后 2 名 (Ayako Suzuki, Janelle Homburg )；和访问学者若干。

论文发表：

见附件2（Please send an email to mei@idsse.ac.cn for pdf copy request）

蒋磊：博士，研究员，博士生导师，中国科学院深海科学与工程研究所副所长，中科院国防科技军事海洋技术领域专家组成员。主要从事高压实验地球化学研究和高压模拟装置研制工作。主持国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项项目、国家自然科学基金、中科院战略性先导专项（B）课题等多项。主持完成了我国首套200 MPa级深海超高压模拟试验装置的研制，该装置为中科院深渊科考航次取得圆满成功提供了及时的测试保障。正在主持研制一套大型深海超高压模拟试验装置，该装置将为我国全海深载人潜水器的载人球舱及其他全海深装备研制提供支撑。

电子邮箱：jl@idsse.ac.cn 　　

教育经历：

2004/03--2007/03，中国科学院广州地球化学研究所，地球化学，博士学位；

2001/09-2004/03，中国地质大学（武汉）资源学院，古生物学与地层学，硕士学位；

1997/09-2001/06，中国地质大学（武汉）资源学院，工科基地班，学士学位。

研究方向：

（1）深海超高压模拟技术及装备研制；

（2）高压地质流体及生物地球化学实验研究。

工作经历：

（1）国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项项目：大型深海超高压模拟试验装置，主持/在研；

（2）中科院战略性先导专项（B）课题：控温式压力试验装置，主持/在研；

（3）国家自然科学基金（面上）：H₂S-H₂O-NaCl体系硫化氢在广域温压条件下溶解-扩散过程的拉曼光谱定量研究，主持/在研；

（4）中科院重大突破择优支持课题：超高压模拟实验装置，主持/结题；

（5）国家自然科学基金（青年）：高压条件下异化铁还原过程的实验室原位观测及微区矿化研究，主持/结题；

（6）中科院深海所青年人才前沿领域项目：海洋棕榈酸脱硫单胞菌异化铁还原作用的动力学过程及影响因素研究，主持/结题；

（7）教育部留学归国人员启动基金：氧化亚铁硫杆菌生物膜的发育过程及内部结构研究，主持/结题。

论文发表：

见附件3（Please send an email to jl@idsse.ac.cn for pdf copy request ）

晏浩：研究员，博士生导师，深海极端环境模拟研究实验室主任。主要从事高温高压等极端环境下物理、材料和化学等领域的研究，掌握多项纳米材料表征分析技术和金刚石压砧高温高压技术，有多年同步辐射实验经历。

电子邮箱：yanh@idsse.ac.cn

教育经历：

2009年，美国堪萨斯州立大学，凝聚态物理，博士；

2001年，北京大学，凝聚态物理，硕士；

1995年，南京大学，晶体物理，学士。

研究方向：

（1）高温高压等极端环境下的材料科学研究；

（2）纳米材料科学研究；

（3）金刚石压砧技术与同步辐射技术。

科研工作经历：

（1）2010-2013 美国密苏里州立大学博士后/讲师；

（2）参与美国能源部Energy Frontier Research in Extreme Environments (EFree)项目；

（3）2013-2019 北京高压科学研究中心上海分中心研究员。

论文发表：见附件4（Please send an email to yanh@idsse.ac.cn for pdf copy request ）

学科组成员介绍：

陈姜智：博士，2017年8月入职，副研究员。

教育经历：

2008年本科毕业于北京大学地球与空间科学学院，地球物理专业；2014年博士毕业于美国俄勒冈大学地球科学系。

研究方向：主要从事深海冷泉以及天然气水合物的研究。

电子邮箱：chenjz@idsse.ac.cn

刘月高：博士，2020年4月入职，副研究员。

教育经历：

2010年本科毕业于中国地质大学（武汉），资源勘查工程（基地班）专业；2015年博士毕业于中国地质大学（武汉）矿产普查与勘探专业。

研究方向：主要从事成矿金属元素迁移与富集的实验模拟、岩浆型铜镍钴铂族元素矿床定位预测、地幔柱、海陆矿产对比（VMS矿床和Mn矿）、自然矿物高压相变及物化性能转变的研究。

电子邮箱：liuyg@idsse.ac.cn

程南飞：博士，2021年3月入职，副研究员，特别研究助理，《Mineralogy and Petrologgy》副主编。

教育经历：

2011年本科毕业于合肥工业大学，资源勘查工程专业；2014年硕士毕业于中国科学院地质与地球物理研究所，矿物学、岩石学、矿床学专业；2018年博士毕业于美国纽约州立大学宾汉姆顿分校，地质科学专业。

研究方向：主要从事实验岩石学与变质岩石学研究。

电子邮箱：chengnf@idsse.ac.cn

张海燕：硕士，2013年9月入职，高级实验师。

教育经历：

2013年硕士毕业于浙江大学，海洋学院，海洋地质专业，主要从事海底热液伴生气体与流体的测试、分析工作。

目前主要从事实验室建设与管理、协助参与实验地球化学等研究工作。

电子邮箱：hyzhang@idsse.ac.cn

吴传军：博士，2019年6月入职，助理研究员，特别研究助理。

教育经历：

2009年本科毕业于吉林大学地球科学学院，地质学专业；2014年博士毕业于中国科学院大学构造地质学专业。

研究方向：实验地球化学、矿床地球化学。

电子邮箱：wucj@idsse.ac.cn

郑直：博士，2020年11月入职，助理研究员，特别研究助理。

教育经历：

2008年本科毕业于电子科技大学，应用物理专业；2011年硕士毕业于电子科技大学，凝聚态物理专业；2017年博士毕业于美国新奥尔良大学，工程与应用科学专业。

研究方向：主要从事高温高压极端环境下的材料科学研究。

电子邮箱：zhengzhi@idsse.ac.cn

陈颖：博士，2014年8月入职，助理研究员。

教育经历：

2014年硕士毕业于中国地质大学（武汉），环境学院，地下水科学与工程专业，主要从事CO2地质封存研究。

目前主要从事地质流体热动力学实验、激光谱学及地学应用、实验地球化学研究工作。

电子邮箱：cy2014@idsse.ac.cn

刘在荣：博士，2021年7月入职，博士后。

教育经历：

2007年9月-2011年6月：山东科技大学，地质科学与工程学院，本科，水文与水资源工程；2011年9月-2014年6月：中国科学院地质与地球物理研究所，硕士，地球化学；2014年10月-2020年6月：明斯特大学（德国），矿物学学院，博士，实验岩石学；2017年8月-2018年8月：麦考瑞大学（澳大利亚），地球和行星科学系，联合培养博士，实验岩石学。

研究方向：还原条件下岩石部分熔融、玄武岩与金伯利岩成因。

电子邮箱：liuzr@idsse.ac.cn 　　