酸/碱溶液预降解淤泥有机质的效果与机理讨论

淤泥是一种富含有机质的特殊土。受微生物作用,其有机质会分解出腐殖酸,而腐殖酸又影响有机质降解;同时,腐殖酸还会影响淤泥固化效果。为掌握有机质的降解规律与腐殖酸的释放模式,营造3种酸/碱度的缓冲溶液环境,酸性（pH=4.0）、中性（pH=7.0）和碱性（pH=9.0）,将淤泥分别浸泡其中,观测其有机质含量和pH值的变化过程。结果发现,酸性和碱性缓冲溶液均能加快其有机质的降解速度;但只有碱性缓冲溶液能加快有机质释放腐殖酸,同时也能消耗掉腐殖酸,使溶液呈碱性;有机质分解腐殖酸呈现“释放-消耗-释放-消耗……”的交替过程;当有机质分解完成,腐殖酸也释放结束。淤泥固化土的长期强度表明,经碱溶液浸泡后,淤泥中有机质得到预先加速降解,其长期强度不会发生衰减。由此说明,通过碱性缓冲溶液预降解淤泥有机质,可以提升其固化土长期强度。     

酸/碱溶液预降解淤泥有机质的效果与机理讨论

淤泥是一种富含有机质的特殊土。受微生物作用,其有机质会分解出腐殖酸,而腐殖酸又影响有机质降解;同时,腐殖酸还会影响淤泥固化效果。为掌握有机质的降解规律与腐殖酸的释放模式,营造3种酸/碱度的缓冲溶液环境,酸性（pH=4.0）、中性（pH=7.0）和碱性（pH=9.0）,将淤泥分别浸泡其中,观测其有机质含量和pH值的变化过程。结果发现,酸性和碱性缓冲溶液均能加快其有机质的降解速度;但只有碱性缓冲溶液能加快有机质释放腐殖酸,同时也能消耗掉腐殖酸,使溶液呈碱性;有机质分解腐殖酸呈现“释放-消耗-释放-消耗……”的交替过程;当有机质分解完成,腐殖酸也释放结束。淤泥固化土的长期强度表明,经碱溶液浸泡后,淤泥中有机质得到预先加速降解,其长期强度不会发生衰减。由此说明,通过碱性缓冲溶液预降解淤泥有机质,可以提升其固化土长期强度。     

东海东北部海域表层沉积物黏土矿物来源及输运

利用X射线衍射,对东海东北部海域80个表层沉积物样品进行黏土矿物的相对含量分析.结果表明:东海东北部海域表层沉积物黏土矿物中伊利石（65.1%）含量最高,其次为绿泥石（26.6%）、高岭石（8.9%）和蒙皂石（4.3%）;矿物组合中伊利石-绿泥石-高岭石-蒙皂石型占绝对优势,伊利石-绿泥石-高岭石型较少.由外陆架至冲绳海槽,伊利石含量分布呈低-高-低-高;绿泥石呈低-高-低;高岭石分布趋势明显异于伊利石和绿泥石,含量值分布出现由高到低的趋势;蒙皂石在个别区域缺失,高值区呈斑块状分布在水深小于100 m的外陆架.快速聚类分析显示,黏土矿物可分为“类长江”、“类黄河”和“类台湾”3种类型,呈4个区域相间展布.“类黄河”型黏土矿物主要由黄海沿岸流将黄河、废黄河等物质再悬浮搬运而来,分布于29.5°N以北、127°E以西的外陆架区,并未越过东海外陆架进入冲绳海槽.外陆架区“类长江”型黏土矿物主要为低海平面时期古长江物质,并混有少量现代长江源悬浮物质;冲绳海槽区“类长江”型黏土矿物主要来自低海平面时期古长江物质.“类台湾”型黏土矿物主要由黑潮控制,由台湾经冲绳海槽南部搬运而来,沿陆坡附近沉积.      

泥岩成岩矿物演化特征与成岩体系划分:以东营凹陷古近系为例

成岩过程中泥岩的成岩矿物会随成岩体系的改变而发生变化,因此有效地识别成岩矿物组合与划分成岩体系,对深刻 理解有机质生烃的差异性具有重要的意义。文章选取东营凹陷古近系不同层段埋深在1200~4500 m的泥岩,通过岩石薄片、 扫描电镜和X射线衍射等检测,有效地区分了外源输入的矿物（如石英）与成岩矿物（亮晶方解石和白云石）等显微特征的差 异,据此建立了定量估算泥岩中成岩转化的黏土矿物含量的方法：C陆源=（C/Q）沙一×Q样品和C成岩=CXRD-C陆源,其中C为黏土矿物含 量,Q为石英含量,更好地反映了泥岩成岩过程中黏土矿物的演化特征。在埋藏演化过程中泥岩中的成岩矿物和组合呈现出 两段性,3000 m以上黏土矿物和白云石的成岩转化较慢,形成了以伊蒙间层+高岭石的成岩矿物组合,推断其经历了酸性成岩 环境和开放成岩体系;3000 m以下黏土矿物和白云石的成岩转化过程加快,形成了以伊利石+绿泥石+白云石的成岩矿物组 合,推断其经历了碱性成岩环境和封闭成岩体系,充分展现了泥岩在深浅层成岩环境和体系的差异性。与前人研究东营凹陷 泥岩中由有机质生烃产生异常压力造成的开放/封闭体系界限基本吻合,表明泥岩中矿物埋藏演化经历的成岩体系与有机质 生烃形成的压力体系具有较好的响应关系,这对认识不同成岩体系下有机质的生烃过程和生烃机理的差异性具有重要的 意义。     

泥岩成岩矿物演化特征与成岩体系划分：以东营凹陷古近系为例

成岩过程中泥岩的成岩矿物会随成岩体系的改变而发生变化，因此有效地识别成岩矿物组合与划分成岩体系，对深刻 理解有机质生烃的差异性具有重要的意义。文章选取东营凹陷古近系不同层段埋深在1200~4500 m的泥岩，通过岩石薄片、 扫描电镜和X射线衍射等检测，有效地区分了外源输入的矿物（如石英）与成岩矿物（亮晶方解石和白云石）等显微特征的差 异，据此建立了定量估算泥岩中成岩转化的黏土矿物含量的方法：C陆源=（C/Q）沙一×Q样品和C成岩=CXRD-C陆源，其中C为黏土矿物含 量，Q为石英含量，更好地反映了泥岩成岩过程中黏土矿物的演化特征。在埋藏演化过程中泥岩中的成岩矿物和组合呈现出 两段性，3000 m以上黏土矿物和白云石的成岩转化较慢，形成了以伊蒙间层+高岭石的成岩矿物组合，推断其经历了酸性成岩 环境和开放成岩体系；3000 m以下黏土矿物和白云石的成岩转化过程加快，形成了以伊利石+绿泥石+白云石的成岩矿物组 合，推断其经历了碱性成岩环境和封闭成岩体系，充分展现了泥岩在深浅层成岩环境和体系的差异性。与前人研究东营凹陷 泥岩中由有机质生烃产生异常压力造成的开放/封闭体系界限基本吻合，表明泥岩中矿物埋藏演化经历的成岩体系与有机质 生烃形成的压力体系具有较好的响应关系，这对认识不同成岩体系下有机质的生烃过程和生烃机理的差异性具有重要的 意义。     

陆架边缘海沉积物有机碳矿化及其对海洋碳循环的影响

边缘海沉积物是海洋重要的碳储库,其内部的碳循环主要是由有机质矿化分解过程来驱动的。有机碳进入边缘海沉积物后,矿化分解为溶解无机碳(DIC)进入沉积物孔隙水并扩散到上层水柱,参与海洋系统碳循环;同时还有部分DIC与钙镁等离子结合形成自生碳酸盐,保存于沉积物碳库。从生物地球化学角度探讨有机质埋藏机制和效率,在此基础上重点综述沉积物硫酸盐还原、产甲烷和甲烷厌氧氧化过程的耦合机制,以及有机质矿化对自生碳酸盐形成的影响等方面的研究进展,以期加深对陆架边缘海沉积物在全球碳循环收支平衡中的作用及其气候环境效应的认识。     

滩涂沉积物中腐殖酸对Cr（Ⅲ）的吸附平衡实验

近海滩涂是一类集中反映人类活动对地区环境影响的特定环境系统，其沉积物中腐殖质对排入重金属的迁移规律有显著影响。本文以渤海近岸滩涂沉积物为分析对象，提取其中腐殖酸，对Cr（Ⅲ）进行吸附性能实验分析，结果表明：0．1g的腐殖酸在室温条件下（20～25℃），pH值在4～5之间，在Cr（Ⅲ）的浓度达到800μg/mL时可达到饱和吸附，吸附量为6．5mg/g；腐殖酸对Cr（Ⅲ）的吸附符合Langmuir等温吸附方程。     

Adams和Couch法古盐度恢复结果的可靠性检验——以青海湖布哈河口区沉积物为例

Adams公式和Couch公式是利用沉积物中硼元素浓度对沉积水体古盐度进行定量恢复的常用方法,但由于两种方法的恢复结果经常存在较大差异,古盐度的计算结果常难以让人信服。为了验证Adams公式和Couch公式的可靠性,本次研究采集了青海湖布哈河口区不同沉积环境的表层沉积物和底层水体样品,处理后分别分析了沉积物中硼元素浓度、总有机碳（TOC）含量及矿物组成,同时对水体盐度及其硼浓度进行了测量,结果表明:湖泊水体中硼浓度与盐度存在极好的线性正相关性,但沉积物中硼元素的浓度与沉积水体中硼的浓度并无直接联系。根据沉积物中硼的浓度及黏土矿物含量和组成,分别采用Adams公式和Couch公式对水体盐度进行计算,盐度计算值均远高于水体盐度实测值,其中Adams公式的计算结果与实测值差别最大,盐度计算值与沉积物中硼含量呈正相关关系。沉积物中的硼元素主要由继承自母岩的硼、黏土矿物吸附硼和有机质中富集的硼三部分组成,只有黏土矿物中的吸附硼能够反映水体盐度。青海湖布哈河口区沉积物富含有机质,有机质对硼强烈的富集作用是导致Adams公式和Couch公式盐度恢复结果失效的重要原因,同时不同类型黏土矿物对硼吸附能力的差异也对恢复结果有重要影响:黏土矿物在盐水中的浸泡试验表明蒙脱石对硼的吸附能力最强,次为伊利石,高岭石吸附能力最差,推翻了Couch关于伊利石对硼吸附能力最强的认识。原Adams公式和Couch公式仅没有考虑有机质对硼的影响,对不同类型黏土矿物吸附能力的认识有误,不适合陆相沉积物沉积水体古盐度的恢复。沉积物黏土矿物中吸附硼浓度仍是反映沉积水体盐度的可靠指标,古盐度的恢复首先必须消除沉积物中有机质对硼的影响,然后根据一系列的浸泡试验确定不同类型黏土矿物对硼的吸附系数,并建立新的计算公式。     

钙镁离子对胶磷矿表面电性及可浮性的影响

本文选取贵州典型磷矿区海相沉积型磷矿石为研究对象,通过ξ电位测定和纯矿物浮选试验,考察了Ca2+、Mg2+对胶磷矿表面电性及可浮性的影响。结果表明:加入Ca2+、Mg2+后,胶磷矿表面负电性降低,由此可推知,胶磷矿是优先吸附溶液中的Ca2+、Mg2+而使表面负电性降低。Mg2+在胶磷矿表面的吸附使其表面形成类似白云石的覆盖层,从而会降低分选的选择性。在酸性条件下,Ca2+、Mg2+对胶磷矿浮选影响不大,但在中性及碱性条件下,金属离子的加入会明显地抑制胶磷矿的上浮,其原因可能是金属离子与脂肪酸类捕收剂发生沉淀反应,从而消耗捕收剂,并且在碱性条件下形成氢氧化物沉淀,并吸附罩盖在矿物表面,使矿物表面亲水,不易上浮。     

泥页岩主要黏土矿物组分甲烷吸附实验

为了从深层次揭示控制黏土矿物天然气吸附能力的主要因素, 选择不同来源和成因的泥页岩中的常见黏土矿物进行了甲烷等温吸附实验.分析显示不同类型的黏土矿物气体吸附能力差异明显, 各种黏土矿物甲烷吸附容量次序为蒙脱石＞＞伊蒙混层＞高岭石＞绿泥石＞伊利石＞粉砂岩＞石英岩.黏土矿物结晶结构决定了矿物片层之间的层间孔隙和聚合体颗粒之间粒间孔隙的形态和大小, 从而决定着其表面积和气体吸附性能.黏土矿物甲烷吸附能力与电镜扫描所反映的微孔隙发育程度密切相关.研究表明, 黏土矿物的气体吸附能力不仅与黏土类型有关, 而且明显受成岩演化程度和岩石成因的影响.此外, 随粒度减小孔隙连通性和内表面积的不断增加, 黏土矿物气体吸附能力有所升高.      

粘土矿物保存海洋沉积有机质研究进展及其碳循环意义

海洋沉积物吸附有机质的量和有机质循环周期与粘土矿物类型和吸附方式密切相关,并在全球碳循环中扮演着不同的角色。粘土吸附有机质有物理吸附和化学吸附之分,前者主要存在于粘土的微孔隙中,参与年、十年或百年尺度的循环;后者主要存在于粘土矿物层间和外表面,稳定性较好,有机质易于保存,可参与百万年或更长时间的循环,这种不同时间尺度内的碳循环,将会改写海洋沉积物有机碳“源”、“汇”的关系。不同类型粘土矿物的性质存在差异,决定了吸附有机质量的多寡,蒙脱石的吸附量远大于伊利石的吸附量,这可能是造成全球不同海域中有机碳“源”、“汇”变化的原因。海洋沉积物处于水圈、生物圈和岩石圈的交汇地带,有机碳的差异和变化,都会对全球碳循环及气候变化产生重要的影响。     

Magnesium in the marine sedimentary environment: Mg---NH4 ion exchange

The release of exchangeable Mg in marine sediments from displacement by ammonium ions was estimated by way of experimentally determining the parameters that govern this ion-exchange equilibrium on solid geochemical phases: smectite, humic acid, illite and opal.

We showed that: (a) both the conditional selectivity constant as well as the solid concentration are important parameters in determining the relative contribution of ammonium-exchangeable Mg from smectite, organic matter, illite and opal; and (b) that, except in the cases where opal or organic matter concentrations are very high, the clays are the dominant carrier phases for labile Mg which is exchangeable by ammonium.

A model, based on the sum of the contributions from the major geochemical phases present in the sediment reliably predicts the amount of Mg released by exchange with ammonium in marine sediments.     

Factors affecting the association of fatty acids with mineral particles in sea water

Certain factors influencing the incorporation, transport and release of fatty acids by clay minerals, calcite and marine sediments have been investigated.Salinity was found to be an important factor. The adsorption of heptadecanoic acid by bentonite clay at 4%. was nearly triple that at 0%.. However, from 4%. to 35%., only a minor adsorption increase occurred. This behavior is believed to be related to flocculation of the clay at the lower salinity range. The pH over the range of 6.0–8.5 has a small influence on fatty acid-clay association, depressing it somewhat as the basicity increases.When the temperature of the fatty acid solution was increased from 0°C to 50°C, a decrease in adsorption on to clay was found. This effect may be due to increased water solubility of the acid at higher temperatures, since solubility is very important in controlling the degree of fatty acid-mineral interaction. Furthermore, apparent solubilization of fatty acids by indigenous dissolved organic matter in sea water reduces adsorption on to clay minerals.Based upon the heat of adsorption of ?14.6 kcal/mole, fatty acids are physically bound to clay minerals by weak van der Waals forces and hydrogen bonds.Bentonite and kaolinite were found to be the most adsorptive minerals investigated, followed in order by illite, montmorillonite and calcite. Sediments from Narragansett Bay were found to lie between illite and montmorillonite in adsorptive capacity after indigenous sediment organic matter had been removed. Sediment organic matter reduced fatty acid uptake by a factor of 1.6.     

天然黏土矿物和腐殖酸对纳米乳化油吸持的实验研究

为探讨天然黏土矿物及有机质对纳米乳化油在多孔介质中迁移滞留的影响，本文选取高岭石和蒙脱石这两种黏土矿物以及有机质的典型代表腐殖酸，开展了单一矿物、有机质及有机矿质复合物对纳米乳化油的吸持批实验研究，并运用比表面积全分析、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等技术手段探讨了吸持机理。实验结果表明，介质对纳米乳化油的吸持均符合Freundlich模型；单一矿物及腐殖酸对纳米乳化油的吸持能力表现为：蒙脱石>腐殖酸>高岭石，有机矿质复合样品的吸持能力表现为：蒙脱石-腐殖酸>高岭石-腐殖酸，且均大于其对应的单一样品，出现了“1+1>2”的现象，表明介质组成越复杂，对纳米乳化油的吸持滞留程度越大。进一步分析证实，纳米乳化油主要通过氢键和疏水作用吸持在矿物和腐殖酸表面，表面结构性质是高岭石和蒙脱石吸持过程中的主导因素，因此蒙脱石具有更强的吸持能力，而腐殖酸的吸持主要通过颗粒间聚集作用来实现；对于复合样品，吸持主要通过氢键、配体交换和疏水作用结合来实现。腐殖酸与矿物的复合会增加吸持位点并且增强矿物表面疏水性，从而促进吸持。腐殖酸与纳米乳化油的共吸...     

蒙脱石等粘土矿物对重金属离子吸附选择性的实验研究

矿物质与重金属离子间的相互作用已是当今环境科学、矿物学,土壤化学等学科领域研究的热点。通过蒙脱石,伊利石和高龄石在一定的介质条件下对Ｃｕ＾２＋、Ｐｂ＾２＋、Ｚｎ＾２＋、Ｃｄ＾２＋、Ｃｒ＾３＋五种重金属离子的竞争吸附实验研究,阐明了三种粘土矿物对五种重金属离子的吸附选择性。     

The nature of metals—sediment—water interactions in freshwater bodies,with emphasis on the role of organic matter

A review with 227 references of the title subject is presented. It is divided into two main sections, viz., nature and properties of humic matter, and water—metal—sediment interactions.The first section deals with the essential properties of organic matter which occurs naturally in drainage sediments and waters. Discussion of the basic molecular structure of humic and fulvic acids is followed by some details of the chemical nature of functional groups within these structures which are important in metal-ion adsorption and complexing reactions which these materials can undergo. Information is also presented for colloidal and polyelectrolyte properties, complexation properties, and finally a summary discussion of metal-ion—humic-acid, metal-ion—fulvic-acid stability constants for both single ligand and mixed ligand systems completes the section.The second section comprises discussions of some specific aspects of interactions between metals, sediments and waters, including metal and organic speciation studies; sorption interactions between organic matter, clays and humic acids; chemical reaction between humic acids, heavy-metal minerals, clays and other silicate minerals; metal-ion adsorption—desorption studies, oxidation—reduction reactions between metal ions and humic acids; effects of sulphide ion on some of the above interactions and finally a summary of some relevant field geochemical dispersion studies.This second section describes both laboratory and field studies for each aspect.     

Marine Chemistry in the Coastal Environment: Principles,Perspective and Prospectus

Marine chemistry of the coastal environment starts with principles of rock weathering that use carbonic acid to mobilize elements, only some of which comprise the majority of sea salt. The principle reason is reverse weathering, extensively represented in coastal waters, and returns most elements to newly formed colloids or minerals while recycling carbon dioxide to the atmosphere. This includes the deeper ocean expanse of sediment diagenesis, plus hydrothermal plumes and attendant low-temperature basalt alteration. Within the estuarine and extended shelf regimes, both conservative and non-conservative processes can be distinguished and modeled to determine proportions of weathered elements transmitted to the sea or consumed by reverse weathering. Conceptually, the steady-state processes that lead to the composition of seawater can be viewed as heterogeneous equilibria between dissolved constituents and solid mineral products taking hundreds of millennia. However, initial processes in the estuarine and coastal environment are characterized by shorter term scavenging associated with inorganic and organic colloids. These recycle both carbon and trace elements on timescales commensurate with estuarine flushing and coastal exchange with the ocean. The natural uranium and thorium decay series provide powerful tools for quantifying the rates of estuarine processes, including those within groundwater and the subterranean estuary. In the future, new mass spectrometric and nuclear magnetic resonance techniques will help to define the molecular nature of newly formed estuarine colloids as has been done for dissolved organic matter. As the coastal environment undergoes the forces of climate change in the form of warming and sea level rise, future research should address how these will impact chemistry of the coastal environment as a net source or sink of carbon dioxide and associated organic material.     

梅河盆地油页岩特征及成因

梅河盆地为古近纪富含油页岩的小型断陷盆地。岩芯观察、薄片鉴定、有机碳、热解和工业分析等测试分析表明,梅河盆地发育高灰分中含油率型油页岩,油页岩中有机质处于未熟状态;黏土矿物以高岭石和伊利石为主,富含石英等稳定组分,U、Mo等元素较为富集,轻重稀土分异程度高。油页岩突变沉积于煤层之上,且上覆深灰色泥岩,表明其形成于半深湖-深湖环境;Sr/Ba比值和伽马蜡烷含量较低、V/(V+Ni)0.5,表明油页岩形成于缺氧的淡水中。油页岩中有机质来源较为复杂,黑色油页岩有机质丰度含量较高,以高等植物来源为主,油页岩产油率(含油率/TOC)较低;褐色油页岩TOC相对较低,有机质以湖泊生物为主,具有较高的产油率。     

海洋沉积物早期成岩作用研究进展

海洋沉积物的早期成岩作用是其沉积和埋藏过程中发生的一系列生物、物理和化学变化,其驱动力为有机质的降解,根据反应自由能大小,参与反应的氧化剂顺序为:O₂>NO3->Mn4+>Fe3+>SO42-。随着埋深增加,形成一系列氧化—还原化学带,并推动着海底沉积物中部分自生矿物的生成及C、N、S、Fe、Mn等元素的地球化学循环和同位素分馏。一系列有机质降解反应会改变原生沉积物中保存的地球化学信息,对古环境和古气候的研究具有重要意义。在早期成岩作用过程中,有机质降解产生的碳酸根离子和钙离子、亚铁离子结合会形成方解石、文石、菱铁矿等碳酸盐矿物。硫酸盐还原产生的还原态硫最终与亚铁离子形成黄铁矿。此外,目前常用于氧化还原环境重建的代用指标有:1）Fe组分;2）C_org/P比值;3）氧化还原敏感微量元素;4）Mo、U同位素。围绕海洋沉积物早期成岩作用中的矿物和元素地球化学行为,评述了早期成岩作用过程中有机质降解反应机制,探讨了反应进程中发生的元素地球化学循环和同位素分馏,以及相伴生的碳酸盐矿物和黄铁矿等自生矿物的形成机理。最后,总结了现有研究的不足,并对未来的研究方向进行了展望。     

东胜煤系砂岩型高岭土的富集机理

通过对东胜含煤地层成煤期沉积环境、古介质等的分析,并用有机吸附实验对高岭石与有机质的吸附关系进行了实验,探讨了东胜砂岩型高岭土的富集机理。结果表明,高岭石在河流环境中的富集成矿与水介质中大量有机质的存在有关,植物分解产生的腐殖质具有很强的吸附性,在pH值>5.5和适量的多价阳离子存在的条件下,介质水中的腐殖质可通过多价阳离子与高岭石和石英相互牢固吸附,形成高岭石-有机质-石英复合体,从而使高岭石能够与石英一起搬运、沉积;某些具有一定疏水性的有机质与矿物的吸附,改变了矿物颗粒表面的亲水性,促进了高岭石的沉积富集。