沉积岩石氧化-还原性能参数研究及在沉积相分析中的应用

在沉积相研究中,对不同沉积环境中所形成的各种岩石进行系统的岩石氧化-还原性能参数的研究,对恢复和判断沉积相有重要的意义。笔者在沉积相的研究中,特别注意沉积岩石氧化-还原性能参数的系统分析,这些研究对阐明沉积环境特征,分析不同氧化-还原岩石带对某些沉积矿产的控制作用等方面起到了重要作用。沉积岩石氧化-还原性能参数,目前没有公认的标准,参考国内外有关文献,笔者认为对沉积岩石氧化-还原性能起决定作用的是以下一些特征元素及其比值:低价铁(Fe~(2-))含量及Fe~(3-)/Fe~(2-)比值,还原硫(S~2)及S~2/Fe~(2-)比值,有机碳(Cy)及其他变价元素。在评价沉积岩石的还原容量时,只有当岩石中的全部还原组分都参加进去被测定,这样才可得出岩石还原性能的正确结论。70年代前苏联学者和(1965)使用强氧化剂KMnO_4在碱性条件下(pH=11—13)氧化沉积岩粉末取得岩石ΔEh值,此值是评价沉积岩石还原能力的一个主要参数。岩石Eh_7值是评价沉积岩石氧化-还原性质的另一个重要参数。前苏联学者(1975)提出将沉积岩粉放入杯中,用蒸馏水调成膏状,然后用插有测量电极的橡皮塞盖住杯口,在密闭条件下测量岩石Eh、pH值的方法。为了采用统一的标准(pH=7)来比较这些数值的大小,作者用公式 Eh_7=K(pH_c—7)+Eh_c(K=59mv)对所测岩石Eh_c值进行校正。参照地下水氧化-还原划分标准和前述综合参数,本文提出综合的沉积岩石氧化-还原性能参数的划分标准。作者用中国华南某碳酸盐岩型铀矿床(产于石炭纪地层)和某黄铁矿床(产于泥盆纪地层)为例,详细论述了这两个矿区沉积相分析中用沉积岩石氧化-还原性质研究、判定沉积相(环境)的方法和意义。     

第七讲 铁的地球化学性质和内生找矿地球化学

(一)铁的地球化学性质铁是四周期中部第六个过渡元素,是铁族(Ⅷ族)的代表,具有亲铁、亲硫和亲氧的三重性.亲铁性主要在地核中显示,呈铁镍互化物产出;在地壳的强还原条件下也可呈少量自然铁和铁-铂族互化物存在.亲硫性和亲氧性因外部条件的不同而各有显示,两者互为消长:还原条件下形成各种硫(砷、锑等)的化合物,氧化条件下形成各种氧(还有附加的F、OH等)的化合物.还原、低O/S条件下成Fe~(2 )的硫化物;氧化、高O/S条件下形成Fe~(3 )的氧化物,这是铁的最主要的地球化学性质和行为.     

铁氧化物对有机质厌氧产甲烷过程的影响及其机制

甲烷(CH?)不仅是自然界产生的重要温室气体,也是人类已经推广利用的可再生能源之一.作为自然界广泛存在的矿物,铁氧化物同厌氧微生物的交互作用对产甲烷过程具有显著的影响.主要针对不同铁氧化物-厌氧微生物体系内的产甲烷效率,铁氧化物及微生物群落演化,铁氧化物的作用机制等进行总结分析.铁氧化物在微生物的作用下会发生溶解、还原并可能产生新的矿物.而铁氧化物的直接和间接影响微生物群组成,进而影响产甲烷过程,主要体现在4个方面:(1)铁氧化物溶解及生物还原产生的Fe~(3+)/Fe~(2+)影响微生物活性和体系氧化还原电位;(2)铁还原菌和产甲烷菌竞争产甲烷基质;(3)铁氧化物对产甲烷菌的直接抑制毒性;(4)具有导电性能的铁氧化物可以作为电子传递媒介促进铁还原菌或脂肪酸氧化菌与产甲烷菌之间的直接电子传递过程.最后,探讨了铁氧化物促进产甲烷过程尚需解决的主要问题及研究趋势,以期推动铁氧化物-厌氧微生物交互作用及其环境效应方面的研究工作.     

亚铁还原-钒酸铵滴定法测定矿石中铀的改进(铁粉还原-钒酸铵滴定法)

在磷酸介质中对铀的还原反应,铁粉比亚铁离子具有更高的还原能力。 Fe~2+2e=Fe,E~0=-0.409伏。当H_3PO_4浓度达7.090M时, Fe~3+e=Fe~(2+),E~0=0.448伏, 此时的 UO~(2+)_2+4H~++2e=U~(4+)+2H_2O,E~0=0.595伏。根据氧化-还原电位次序,在磷酸介质中铁粉和亚铁都能还原铀(Ⅵ),但铁粉还原能力强,且生成的亚铁又可以还原铀(Ⅵ),一个F~o_c相当于3个Fe~(2+)的电子失掉的还原剂作用。经研究实验铁粉用量为0.02—0.03克,比用亚铁还原法的莫尔盐中亚铁量0.048—     

变价元素在找矿评价工作中的意义和指示作用

自然界中的变价元素广泛存在,不同价态的元素具有不同的地球化学性状,反映了不同的氧化还原环境,在成矿过程中形成各具特征的元素组合和矿物组合.利用Eh-pH图解和部分变价元素不同价态地化特征,分析自然界中矿物的稳定性和不同价态元素的共存关系及迁移能力,从中提炼找矿信息,有利于提高野外找矿评价工作成果质量.     

吐哈盆地大南湖地区砂岩型铀矿层间氧化带发育及其地球化学特征

吐哈盆地是我国西北地区一个重要的铀成矿基地,已经在北矿带、南矿带、八仙口等地段发现了工业矿床。盆地南缘东段地区是非常重要的成矿潜力区,通过对大南湖地区开展钻探工作,发现了部分铀矿化现象。经过野外岩心观察、综合剖面研究及元素分析,认为该地区可划分为氧化带、氧化还原过渡带、原生岩石带,从氧化带到原生岩石带,C_有、Fe~(3+)/Fe~(2+)值、∑S具有从低变高的趋势;利用现代分析测试手段研究了不同岩石带内常量元素、特征元素和微量元素的地球化学特征,结果显示CaO、K_2O、Na_2O、MnO等活泼碱性金属在铀矿石中富集,V、Sc、Ga元素与铀、钍含量具有正相关性。为研究区砂岩型铀资源的进一步扩大提供了理论依据。     

多重理化指标揭示的中国南方更新世网纹红土网纹化机制

网纹土地层包括网纹黄(色)土和网纹红(色)土,形成于低山、丘陵地理景观和热带、亚热带湿热气候环境中,是温暖湿润的气候环境下形成的第四纪重要地层单元。但其网纹化的机制及其第四纪古气候、古环境的意义一直比较模糊。对长江中游三地不同发育程度的网纹红土地层中网纹与基质分离测试研究表明:网纹中,细黏粒颗粒(<0.2μm)相对少、含水量高,土体中发生了以Fe、Mn、Co、Ni、Cr、V等铁族元素为主的过渡金属元素的强烈淋失和Zr、Hf等稳定元素及SiO_2的强烈富集;较低的pH、较低的氧化还原电位及较低的Fe~(3+)/Fe~(2+)比值,表明网纹具有较强的酸性和还原性。而基质中,游离铁(主要是赤铁矿)强烈富集,较高的Fe~(3+)/Fe~(2+)比值、较高的pH与氧化还原电位,指示土体处于偏氧化环境。网纹与基质中这种酸碱特点与氧化―还原环境的差异,有利于过渡金属元素呈低价态随水渗滤到基质中转化成高价态而沉淀积累。只要土体环境反复干湿交替,在网纹与基质之间就会形成以铁元素为主的过渡金属元素的淋溶―沉淀;元素物质的淋溶―沉淀,增加了网纹与基质之间孔隙度的对比,从而也增加了土体中网纹―基质之间的含水量差异,进一步促进了元素物质的淋溶―沉淀。这一过程,在网纹与基质之间,激发了一个正反馈作用,这是网纹形成与发育的环境动力机制。本文研究比较了中国南方网纹地层的地质年代与冬、夏季风在第四纪的代用指标记录,初步认为中国南方网纹红土是东亚冬、夏季风在早更新世晚期达到一定强度,形成显著的干湿交替的气候环境特点后,而在较为温暖湿润的热带―亚热带气候环境下形成的一种特有地层。     

43～17ka川东北石笋234U/238U变化及其意义初探

铀(U)是自然界中最重的天然元素.U的价态随氧化-还原条件的变化而变化:在还原环境下多形成难溶于水的+4价铀离子沉淀[2]而在氧化环境中多形成易溶于水的+6价铀酰离子[UO2]2+随溶液迁移[2],并易与碳酸根离子(CO32-)、磷酸根离子(PO43-)和氟离子(F-)形成络合离子[1].岩溶地下水由于具有较高的CO2分压(pCO2)和pH值,铀酰离子主要以碳酸根离子络合态的形式存在[2.3].在表生环境下,土壤氧化还原状态(Eh)与土壤水分含量密切相关,水分含量降低有利于氧化环境形成和土壤Eh上升,因而有利于U的迁移.     

蛇纹石化橄榄岩的氧化-还原特征

蛇纹石化橄榄岩是温都尔庙蛇绿岩套中最为重要的岩石类型,主要矿物组合为蛇纹石+碳酸盐矿物+磁铁矿+滑石。富SiO_2流体的加入,促使岩石进一步发生蛇纹石化作用而缺失水镁石。穆斯堡尔谱测量揭示了铁元素化学种的分布特征,蛇纹石化程度与氧化-还原特征的相关性。蛇纹石化橄榄岩含铁总量和Fe~(3+)的分布与磁铁矿和蛇纹石密切相关,Fe~(3+)以分布于蛇纹石中占优势。这对正确估算蛇纹石化过程中H_2的生成量有十分重要的意义,对估算俯冲带Fe~(3+)输入和评估原生地幔岩的蛇纹石化作用有重要参考价值。     

变价元素在找矿评价工作中的意义

自然界中的变价元素广泛存在,不同价态的元素具有不同的地球化学性状,反映了不同的氧化还原环境,在成矿过程中形成各具特征的元素组合和矿物组合。利用Eh—pH图解和部分变价元素不同价态地球化学特征,分析自然界中矿物的稳定性和不同价态元素的共存关系及迁移能力,从中提炼找矿信息,有利于提高野外找矿评价工作成果质量。     

变价元素在找矿评价工作中的意义和指示作用

自然界中的变价元素广泛存在,不同价态的元素具有不同的地球化学性状,反映了不同的氧化还原环境,在成矿过程中形成各具特征的元素组合和矿物组合。利用Eh-pH图解和部分变价元素不同价态的地球化学特征,分析自然界中矿物的稳定性和不同价态元素的共存关系及迁移能力,从中提炼找矿信息,有利于提高野外找矿评价工作成果质量。     

成矿作用过程中赤铁矿—磁铁矿之间非氧化还原转变

自然界中铁氧化物的主要存在形式为赤铁矿和磁铁矿,两者之间的相互转变一直是人们关注和研究的热点。磁铁矿和赤铁矿之间的相互转变一直被认为是一个氧化还原反应的结果,反应的发生与一定的氧化剂或还原剂密切相关。然而,近年来一个铁氧化物之间的非氧化还原反应机制被提出,这种非氧化还原反应机制对于认识和了解复杂的成矿作用具有重要的意义。本文阐述了自然界中铁氧化物之间的相互交代结构,对BIF研究和实验学两方面的证据进行了综述,认为这种非氧化还原反应可能存在于很多不同类型的成矿作用过程之中。这种赤铁矿和磁铁矿之间的非氧化还原反应机制具有重要的理论和实际意义:一方面,仅靠地质作用过程中出现磁铁矿或赤铁矿现象不一定就能判别其形成流体的氧化还原状态;另一方面,它可以为勘探含后生赤铁矿的铁矿床提供新的找矿思路,进一步指导深埋在古风化面以下铁矿体的寻找。     

蓝宝石改色的原理及方法

本文概述了蓝宝石改色的原理及方法.蓝宝石的改色从根本上来说就是改变致色粒子的含量和价态.基于这个原理,蓝宝石的热处理主要通过以下三个途径实现颜色的改变:(l)氧扩散;每一个特定的体系都有一平衡氧分压P_0,当体系中氧的浓度高时,氧分压P＞P_0,则环境为氧化,多余的氧将进入晶体;相反P＜P_0,环境为还原,晶体中的氧将进入环境.(2)Fe_(2+)、Fe~(3+)、Ti~(3+)‘Ti~(4+)的价志改变:通过改变环境的氧化-还原环境,使其晶体中的致色粒子的价态比值接近于最佳蓝色值.当环境为弱还原环境时,能加深蓝宝石的蓝色:当环境为氧化时,能淡化蓝色甚至消除蓝色.(3)把形成颜色或星光的杂质通过扩散进入刚玉晶体.     

细菌在层控铅锌矿形成中作用的初步研究

这个实验是利用自然界分布极广的氧化硫杆菌和硫酸盐还原菌,在其繁殖过程中,产生一种强氧化环境和还原环境,使硫化物发生氧化溶解与还原再沉淀的条件,以研究层控硫化矿床含矿溶液迁移和富集作用.氧化硫杆菌的繁殖形成一个强氧化环境,很快地使硫化物氧化为溶解度很大的硫酸盐,因而易于迁移;硫酸盐还原菌的生长可产生一个强还原环境,使可溶性的硫酸盐还原成为难溶的硫化物而堆积成矿.这个实验对研究非岩浆热液型金属硫化矿床,如同生沉积硫化矿床,硫化矿床氧化带以及石膏层地区硫化矿床的形成,具有重要的意义.     

松辽盆地钱家店铀矿床层间氧化带地球化学特征

钱家店砂岩型铀矿床是松辽盆地发现的特大型铀矿床,目前已发现的铀矿主要赋存在上白垩统姚家组下段,矿体呈板状、透镜状,主要受层间氧化带控制。通过对钱家店砂岩型铀矿层间氧化带各带(氧化带、过渡带及还原带)的主量元素、微量元素、稀土元素进行测试分析,结果表明各带地球化学特征存在较大的差异,其中依据Fe_2O_3、FeO、Al_2O_3、SiO_2、Na_2O及K_2O可对层间氧化带进行较准确的分带,MgO、CaO具有一定的分带指示意义。从氧化带到过渡带,趋于富集的微量元素主要为放射性元素(U)、大离子亲石元素(Li、Ba)、亲硫元素(Ni)、高场强元素(Nb、Ta)和性质活跃的变价元素(Mo)等,且LREE、MREE和HREE均有不同程度富集,反映了水—岩作用时间较长、强度较大。有机碳、S_全、ωFe~(3+)/ωFe~(2+)还原性指标在不同分带的显著差异表明,随着含氧含铀水在姚家组地层中迁移,还原性组分变化强烈,具有明显的分带指示意义。     

海相沉积氧化还原环境的地球化学识别指标

全球海洋在10-5.4亿年间演变成氧化环境,此后历经多次全球性的缺氧事件后演变到现在的氧化环境.海水和沉积物中多种无素的循环、分异和富集明显受氧化还原条件的影响.Mn、Mo、Cr、V和U等变价元素的溶解度随氧化还原条件的改变产生极大变化,导致沉积物中的元素含量分异:Ni、Co、Cu和Zn等在还原条件下形成硫化物沉淀,导致沉积物中对应元素的富集.这些元素的地球化学行为是古海洋氧化还原条件的灵敏指示剂,作为恢复古海洋氧化还原条件环境变化的地球化学指标.黄铁矿化程度(DOP)、生物樗化合物和Ce异常等也是沉积物氧化还原条件的常用判别指标.泥岩石研究中通常采用DOP、U/Th、自生U、V/Cr、Ni/Co和生物标志化合物等指标,碳酸盐岩则主要采用Ce异常指标.当前各种指标的定性分析都取得比较一致的结果,但是用一种或几种定量的地球化学指标来恢复整个古海洋的氧化还原环境目前还有很大的问题.     

氧化还原敏感元素(Se,Cr,Mo)稳定同位素

由于同位素分析方法的改进及表面热离子质谱(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的应用,近年来氧化还原敏感元素(Se、Cr、Mo)同位素地球化学得以快速发展,成为国际地学领域的一个前沿。Se同位素在自然界中的变化最大,δ82/76SeNIST为-12.77‰～3.04‰;Cr和Mo同位素变化较小,δ53/52CrNIST值为-0.07‰～0.37‰,δ97/95MoJMC值为-0.27‰～2.65‰。自然界中各种无机过程(氧化还原)和生物有机过程均能使Se、Cr、Mo产生同位素分馏。因此,这些氧化还原敏感元素同位素可以示踪环境污染源、矿床流体来源;解释古海洋与现代海洋中元素的自身循环,从而示踪古氧化还原环境的演化;解释地外撞击事件及宇宙行星演化;甚至在生物学等领域研究中取得了显著成效。虽然还存在一些问题但它们将可能成为地球科学中有巨大应用前景的一种新兴的地球化学工具。     

鄂尔多斯盆地东北部砂岩型铀矿常量元素地球化学特征及地质意义

鄂尔多斯盆地东北部是我国砂岩型铀矿的重要矿集区,区内铀矿床的含矿主岩为中侏罗统直罗组砂岩。本文以该区含铀砂岩为对象,研究了紫红色砂岩、绿色砂岩、矿化砂岩、铀矿石及灰色砂岩中常量元素含量变化特征,分析了铀成矿过程中常量元素迁移规律,并讨论了成岩成矿背景。研究表明:在铀成矿过程中,SiO_2、Al_2O_3表现为带出组分,CaO、MgO、K_2O、Na_2O及TFe_2O_3表现为带入组分,说明水-岩作用过程中常量元素具有明显的活动性。根据元素迁入迁出强度,将常量元素划分为活动组分(SiO_2、Fe_2O_3、FeO、CaO)、次活动组分(Al_2O_3、MgO、K_2O、Na_2O)及惰性组分(TiO_2、MnO、P_2O_5)三类。含铀砂岩构造环境主要为活动大陆边缘和大陆岛弧,鄂尔多斯盆地北侧阴山褶皱带中的花岗闪长岩可能是其主要的物质来源。不同类型砂岩样品的Fe~(2+)/Fe~(3+)值与铀元素含量具有一定的正相关性,铀矿化严格受灰绿色-灰色砂岩控制,主要发生在氧化-还原过渡环境偏还原一侧,部分灰绿色含矿砂岩具有弱氧化环境的特征,说明该区成矿环境的特殊性,灰绿色砂岩可作为区内重要的找矿标志。     

硫化物矿物原电池反应的实验研究进展

自然界中大多数硫化物矿物都有良好的导电性,具有半导体的性质.当具有不同电极电位的矿物在溶液中接触在一起,就会形成原电池发生电化学腐蚀,其中电极电位低的矿物作为原电池的阳极发生氧化反应,其溶解会加剧,而电极电位高的矿物作为原电池的阴极发生还原反应,其溶解会受到抑制.     

硅酸盐岩浆的Fe^3＋—Fe^2＋平衡与氧逸度

铁是硅酸盐岩浆中唯一呈两种价态存在的主要元素.岩浆中Fe~(3+)——Fe~(2+)的平街不仅显著地影响岩浆结晶作用的趋势,而且由于Fe~(3+)和Fe~(2+)在熔体相中具有不同的结构作用,从而影响熔体的性质,如密度和粘度等.氧是岩浆中具有相当化学活动性的组分.岩浆演化过程中氧逸度的变化明显地影响岩浆的结构、流变学性质和化学成分.对岩浆中Fe~(3+)——Fe~(2+)平衡的研究,可以获得有关氧逸度变化的信息,因而具有重要的岩石学意义.