渤海湾盆地北塘凹陷古近系沙河街组三段白云岩中方沸石的特征及成因

渤海湾盆地北塘凹陷古近系沙河街组三段白云岩中有多种矿物,X射线衍射(XRD)分析识别出的主要矿物有白云石、方沸石、石英、长石、黏土矿物、黄铁矿及方解石等,其中方沸石平均含量达38.8%。根据钻井岩心、岩石薄片、扫描电镜、电子探针和地球化学分析等资料,对沙三段白云岩中方沸石的矿物特征进行详细描述并探究其成因。结果表明,沙三段白云岩中的方沸石有2种分布样式,分别是纹层型和充填型,其中前者多与白云石互层、呈纹层状,偶见似结核状;后者形成较晚,方沸石以填隙物形式充填在裂缝、孔隙之中。这2种方沸石的存在形式、晶体形态、伴生矿物各不相同,其中纹层型方沸石多与白云石共生,晶体粒径小于0.04,mm,为泥晶结构;充填型方沸石多与黄铁矿、有机质共生,晶体粒径大于0.04,mm,为粉晶结构。根据主、微量元素及碳、氧同位素分析结果,计算出古盐度平均为28.8‰,Sr/Ba值平均为2.93,表明渤海湾盆地北塘凹陷沙河街组三段沉积时期为碱—咸溶液沉积环境,具备形成方沸石的条件。电子探针测试的Si/Al值表明,这2类方沸石母质来源不同,纹层型方沸石母质为黏土矿物,而充填型方沸石母质与热液有关。与国内含方沸石白云岩的盆地进行对比,并从岩石学特征、形成温度等方面进行分析,认为研究区方沸石有2种成因,其中纹层型方沸石是同生成岩阶段的产物,而充填型方沸石则受到热液流体的影响。     

渤海湾盆地北塘凹陷古近系沙河街组三段白云岩中方沸石的特征及成因

渤海湾盆地北塘凹陷古近系沙河街组三段白云岩中有多种矿物,X射线衍射(XRD)分析识别出的主要矿物有白云石、方沸石、石英、长石、黏土矿物、黄铁矿及方解石等,其中方沸石平均含量达38.8%。根据钻井岩心、岩石薄片、扫描电镜、电子探针和地球化学分析等资料,对沙三段白云岩中方沸石的矿物特征进行详细描述并探究其成因。结果表明,沙三段白云岩中的方沸石有2种分布样式,分别是纹层型和充填型,其中前者多与白云石互层、呈纹层状,偶见似结核状;后者形成较晚,方沸石以填隙物形式充填在裂缝、孔隙之中。这2种方沸石的存在形式、晶体形态、伴生矿物各不相同,其中纹层型方沸石多与白云石共生,晶体粒径小于0.04mm,为泥晶结构;充填型方沸石多与黄铁矿、有机质共生,晶体粒径大于0.04mm,为粉晶结构。根据主、微量元素及碳、氧同位素分析结果,计算出古盐度平均为28.8‰,Sr/Ba值平均为2.93,表明渤海湾盆地北塘凹陷沙河街组三段沉积时期为碱—咸溶液沉积环境,具备形成方沸石的条件。电子探针测试的Si/Al值表明,这2类方沸石母质来源不同,纹层型方沸石母质为黏土矿物,而充填型方沸石母质与热液有关。与国内含方沸石白云岩的盆地进行对比,并从岩石学特征、形成温度等方面进行分析,认为研究区方沸石有2种成因,其中纹层型方沸石是同生成岩阶段的产物,而充填型方沸石则受到热液流体的影响。     

二氧化硅同质多像矿物的表面结构及水化特征差异性的计算模拟

<正>矿物的同质多像体,指化学成分相同而晶体结构不同的晶体。同种物质的每一种变体都是一个独立的相,在矿物学中就是独立的矿物种,可赋予不同的名称。同种物质的不同变体的化学组成虽然相同,但晶体结构不同,因而它们的晶形和物理性质,甚至化学性质有时也大不相同。Si O2矿物作为土壤和沉积物中的重要矿物组成,其表面及环境水介质界面在有机物及重金属的地球化学循环过程中起着重要作用。自然界中化学成分为Si O2的矿物主要有石英族矿物和非品质矿物蛋白石。土壤和沉积物中Si O2同质多像矿物     

针铁矿/水界面反应性的实验研究

选择针铁矿对Pb2+、Cu2+、Cd2+等3种重金属离子的吸附实验,开展矿物/水界面反应性研究.金属离子(M2+)在矿物-水溶液间分配有多种表面反应机制,这些表面反应发生作用的条件主要取决于吸附质水化学性质和矿物表面荷电性,因此,溶液pH值是影响矿物/水界面反应性的关键因素.在不同pH值条件下, 表面羟基可通过发生质子化或去质子化反应而使得矿物表面产生荷电性并发生改变,而金属离子的水解则可显著加快金属羟基配合物的形成,从而进一步增强了矿物/水界面反应.本实验条件下针铁矿表面对重金属离子的吸着量随pH值升高而升高,在一个较窄的pH值范围内吸附率急剧升高,呈S形分布.针铁矿对3种不同的重金属离子的吸附能力的强弱顺序是Cu2+＞Pb2+＞Cd2+.无论是Langmuir方程还是Freundlich方程,都能较好拟合针铁矿对重金属离子的等温吸附过程.Freundlich方程的n值均在0.1～0.5之间,说明重金属离子在针铁矿表面的吸附并不能简单地归结为单配位或双配位模式,可能存在着多种吸附结合形态.表观吸附常数KM值的变化规律,说明重金属离子与针铁矿表面反应模式及其表面吸附形态发生了变化,具体的吸附形态还有待谱学研究进一步证实.     

水钠锰矿氧化硫化物的过程与动力学研究

水钠锰矿是表生环境中常见的氧化锰矿物之一,影响土壤溶液中硫化物的迁移、转化和归趋。本文考察了酸性水钠锰矿氧化硫化钠溶液的反应过程,采用分光光度法、离子色谱法分析S2-及其氧化产物的浓度和变化趋势,用XRD、SEM表征酸性水钠锰矿粉末反应前后的晶体结构和微观形貌,探讨了温度、pH值、矿物用量对S2-氧化速率的影响。结果表明,S2-的氧化产物主要为单质S,其氧化速率符合准一级动力学规律,且氧化速率随着温度升高、pH值降低和矿物用量增加而增大;酸性水钠锰矿首先被还原生成Mn(OH)2,Mn(OH)2在空气中与O2作用转化成Mn3O4,Mn3O4可进一步转化生成MnOOH。     

阴离子捕收剂浮选分离一水硬铝石与高岭石的表面晶体化学

铝土矿正浮选实践中,常采用脂肪酸阴离子捕收剂(如油酸)选择性分离一水硬铝石和高岭石等铝硅酸盐矿物。矿物表面晶体化学特性是产生选择性浮选分离的决定性因素。笔者研究了油酸钠(Na OL)浮选体系中一水硬铝石和高岭石的可浮性,发现一水硬铝石可浮性明显好于高岭石。红外光谱分析表明,矿物表面Al质点与油酸的羧酸基团发生化学吸附作用。借助Materials Studio软件分别计算了2种矿物常见晶面的单位面积断裂键数,并计算了矿物晶面/捕收剂的作用能。计算分析发现,矿物晶面单位面积断裂键数以及与油酸根离子相互作用能大小存在差异,具体为:一水硬铝石(100)(001)(010),而高岭石(010)(110)(001),而且油酸与一水硬铝石3个晶面的的作用皆强于高岭石。矿物晶体晶面的Al-O断裂键数不同导致油酸作用下高岭石和一水硬铝石的可浮性差异。     

柴达木石——一种锌和铁的硫酸盐新矿物

柴达木石是一种Zn和Fe~(3+)的硫酸盐新矿物,发现于我国青海省柴达木锡铁山铅锌矿氧化带。矿物属单斜晶系,空间群P2_1/m或P2_1,晶胞参数a=9.759(9)A,b=7.134(9)A,c=7.335(11)A,β=106.2(1)°,Z=2。化学分子式为ZnFe~(3+)(SO_4)_2(OH)·4H_2O。它是四水铜铁矾(guildite)的类似物。     

尼日利亚石类矿物的晶体化学研究及其意义

湖南省安化、临武、柿竹园等地区有一类含锡、镁、铁、锌、钛、锰、铝等多种元素的复杂氧化物矿物 ,它们是尼日利亚石、镁尼日利亚石 (彭志忠石 )等。本文从紧密堆积原理出发 ,深入探讨了尼日利亚石类矿物的晶体化学特征。它们的晶体结构可用O(阳离子八面体配位的层 )、T1(阳离子八面体配位与一种方向阳离子四面体配位的混合层 )、T2 (阳离子八面体配位与两种方向阳离子四面体配位的混合层 )堆积方式表征 ,O层与T层交替排列。尼日利亚石 6H的晶体结构表示为…OT2 OT1OT1… ,尼日利亚石 2 4R的晶体结构表示为…OT1OT2 OT2 OT1…× 3 ,等等 ;它们的晶体结构中既有尖晶石的…OT2 OT2 … ,又有铁钒矿的…OT1OT1…晶体结构单位。这类矿物研究在矿物学、宝石学、材料科学等方面有重要的理论和实际意义     

小柴旦盐湖钠硼解石矿物热脱水机理的探讨

利用等温热脱水和非等温热脱水的实验方法,结合X射线衍射、红外光谱等检测手段研究了青藏高原钠硼解石矿物在50~500℃温度区间的脱水过程。研究结果表明,随温度的升高,钠硼解石(NaCa[B5O6(OH)6].5H2O)的脱水分三阶段进行:50~70℃,脱失2个水形成NaCa[B5O6(OH)6].3H2O相,与钠硼解石结构研究结果对比,脱水分子是与钠硼解石分子中钠配位;70~100℃,进一步脱失2个水形成较为稳定的NaCa[B5O6(OH)6].H2O相,脱水2个分子是与钠硼解石分子中钙配位,该结构可以在100~150℃稳定存在;150~180℃,进一步升温将逐步失去最后一个与Na离子配位的水分子,同时导致[B5O6(OH)6]3-硼氧配阴离子结构的破坏,固相结构由晶型转变为无定形。     

库水硼镁石和柱硼镁石形成过程的实验研究

通常认为库水硼镁石难以形成,柱硼镁石在室温附近难以得到。通过从浓缩盐湖卤水中得到的复盐2MgO·2B2O3·MgCl2·14H2O在H3BO3或MgCl2水溶液中的溶解相转化实验,在室温附近获得了这两种镁硼酸盐。在此实验基础上,推测了青藏高原盐湖中库水硼镁石和柱硼镁石矿物可能的形成过程及反应机制,并指出复盐相转化成盐为青藏高原盐湖所有镁硼酸盐沉积矿物的形成提供了一种实验解释。     

不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙渗流特性试验研究

利用3D打印技术制作出30个含10级粗糙度(JRC=1~20)、3种厚度(1.5、3.0、5.0mm)的裂隙插片,通过模具浇筑成贯通充填裂隙类岩石试件,并对所制备的试件开展渗透性试验,研究在不同围压水平下不同粗糙度、不同隙宽贯通充填裂隙的渗流特性。试验结果表明:(1)不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙渗透率均随围压增加而减小,且在围压加载初期,裂隙渗透率的降低速度明显要高于围压加载中后期,最大渗透率降差达到78%。(2)围压加载初期,隙宽较小时,裂隙渗透率有随粗糙度增加而减小的趋势,且离散性较大;随着围压和隙宽的增加,粗糙度对裂隙渗透性的影响迅速减小。(3)对于10级不同粗糙度贯通充填裂隙,围压加载过程中,均有隙宽越大,裂隙渗透率越大的规律;且在围压较小时,粗糙度越大,不同隙宽贯通充填裂隙渗透率的差值越大,但随着围压的升高,这种影响逐渐被消除。(4)围压对贯通充填裂隙渗透率的影响处于主导地位,两者之间的关系可用幂函数进行描述。     

沁水盆地东部Y井煤系页岩元素地球化学及其沉积-构造环境

为探讨沁水盆地东部Y井煤系页岩的元素地球化学特征,对下二叠统山西组、太原组的煤系页岩进行了系统采样,并应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对18个煤系页岩样品的微量及稀土元素进行了分析测试。结果表明,煤系页岩的Sr、Sr/Ba、V/(V+Ni)、Ce_anom等地球化学指标的垂向变化,反映了从太原组到山西组沉积时期,水体古盐度整体逐渐降低的还原环境;物源主要来自盆地北邻阴山古陆前寒武纪花岗岩、麻粒岩及各时代侵入岩,源区构造背景主要为与大陆岛弧相关的活动大陆边缘。     

神农架后山坪地区古城组碳酸盐岩地球化学特征及其意义

为研究神农架后山坪地区古城组碳酸盐岩的地球化学特征及其成因和沉积环境,系统采集了该组样品并进行主、微量元素地球化学分析。结果显示,样品的TiO_2与SiO_2、Al_2O_3呈一定程度的正相关,与CaO、MgO呈负相关,说明古城组的沉积物来源可能为陆源沉积物和化学沉积物,主要为陆源沉积物;古城组沉积岩为水成沉积岩,非热水来源沉积,沉积物富火山碎屑或经历过钾交代变质作用;古城组沉积时为寒冷干燥、化学风化作用弱的古海洋氧化环境,地球化学参数指示,古城组沉积时期的氧化程度较比中元古代古海洋环境强,这与该时期所发育的冰期(古城冰期)有良好对应。     

单轴压缩胶结充填体声发射参数时空演化规律及破裂预测

为了研究胶结充填体在荷载作用下的时空演化规律,利用WAW?300微机电液伺服万能试验系统与DS2系列全信息声发射监测系统,监测了胶结充填体试样在单轴压缩过程中的应力、应变变化规律和声发射活动,根据振铃计数率、能率的阶段性特征,将加载过程声发射参数变化规律分为3个阶段:上升期、平静期和活跃期,进而研究声发射参数时空演化规律;并利用振铃计数率、能率参数,结合尖点突变理论,进行胶结充填体破裂预测。研究表明:(1)单轴压缩条件下,胶结充填体属于延性破坏,裂纹贯穿属于剪切贯穿;(2)通过声发射参数演化规律及定位演化特征,分析得出胶结充填体在加载中是由局部破坏向整体失稳演化;(3)运用尖点突变理论进行胶结充填体破裂预测,并构建了破裂预测模型,预测结果与试验结果一致。研究结果可为人工矿柱稳定性监测和破裂预测提供依据。     

基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解

基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用保角映射和分离变量法,计算得到隧道衬砌半渗透漏水边界条件下,盾构施工扰动引起的隧道周围土体超孔隙水压力消散解和地表土体固结沉降,通过工程实例进行验证,发现理论方法与实测数据趋势一致;此外,利用参数分析获得了土体固结沉降和超孔隙水压力的分布影响规律。结果表明:衬砌与土体的相对渗透比越大,固结沉降的初始速率越大,但不影响最终收敛值;土体弹性模量越小,最终固结沉降量越大;土体中超孔隙水压力随着时间增加,在隧道开挖后较短时间里以较大幅度逐渐消散,消散到约为初始值的1/10时减幅放缓;距离衬砌外壁越远,土体初始超孔隙水压力越小,其消散速度也越慢。     

喀斯特漏斗坡地土壤有机碳特征、风化侵蚀及稀土元素分析

以西南喀斯特地区喀斯特漏斗坡地2个土壤剖面为研究对象,通过测定土壤部分物理化学属性、土壤有机碳含量分布特征、δ^13C值、几种土壤化学风化指标及稀土元素参数特征,探讨土壤侵蚀和沉积过程中土壤有机碳及其稳定碳同位素的动态变化及分布特征,同时利用土壤δ^13C值反演了C3/C4植被的变化历史。结果显示,山腰和山脚2个土壤剖面样品的土壤有机碳含量范围分别为4.17%~8.91%和2.37%~6.33%,山腰含量较高;δ^13C值变化范围分别为.18.9‰^-15.6‰和.22.1‰^-17.0‰,均随土壤深度的增加先增大后减小;利用土壤δ^13C值反演C3/C4植被的变化历史,2个剖面表现出相似的变化趋势;Na/K比值与ICIA的变化特征呈显著的负相关关系,R^2分别为0.67和0.98,表明该类红土中Na/K比值不仅能代表风化强度,且可能与侵蚀大小有关;常用的土壤风化发育指标表现为很好的协同作用,显示剖面土壤的形成是由基岩化学风化而成;稀土元素球粒陨石标准化之后显示Ce异常,Eu负异常,2个剖面δCe变化趋势基本一致,表明2个剖面经历了相似的风化迁移过程。     

库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气地球化学特征及成因

为探讨库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气的地球化学特征及成因,对采集的天然气样品进行了组分定量和碳同位素组成分析。结果显示,库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气中甲烷占绝对优势,为87.30%～98.33%,平均为96.18%;其重烃气含量较低,为0%～3.41%,为明显的干气;天然气的δ¹³C_1为-31.9‰～-26.5‰,δ¹³C_2为-24.2‰～-16.1‰,δ¹³C_3为-31.1‰～-15.7‰;烷烃气碳同位素偏重,主体呈正碳同位素序列,局部出现倒转;天然气成熟度为1.50%～3.62%,平均为2.39%,为高-过成熟天然气;δ¹³C_CO2主要为-19‰～-10.3‰。研究表明,大北-克深地区深层致密砂岩气中烷烃气属于煤成气成因,同型不同源气或煤成气与油型气的混合是烷烃气碳同位素倒转的主要原因,同时也与深层高温高压条件下烷烃气的形成与成藏过程有关;深层致密砂岩气中CO_2主要为有机成因。     

北京市夏季臭氧特征及臭氧污染日成因分析

为研究北京市夏季臭氧特征及污染成因,于2017年7月15日至2017年8月10日期间,在北京市城区进行气象要素、臭氧(O3)、氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的连续观测,并选取7d(2017年7月20日、30日和8月1日、4~7日)密集采集大气样品进行挥发性有机化合物(VOCs)和含氧挥发性有机化合物(OVOCs)的分析。结果表明,观测期间北京市夏季O3污染严重,臭氧污染日以东南风为主,一般伴随着高温、低湿、低压和高前体物(VOCs、CO和NOx)浓度,占总观测天数的51.8%。密集采样日中臭氧污染日的成因与副热带高压或均压场下的弱高压系统有关。此外,来自河北、内蒙古中部和蒙古国东部途经保定和张家口等地的气流为北京夏季臭氧污染日的形成提供了部分外源,日平均贡献量为16%~37%,最大贡献量为53%,显示区域传输对臭氧污染日形成有重要影响。敏感性试验发现O3的生成主要受VOCs控制,特别是人为源VOCs。以上结果表明,控制北京本地VOCs的人为排放和周边空气质量将有助于降低北京城区的O3浓度。     

渗流作用下北京砂卵石地层多排管局部水平冻结体温度场试验

为研究渗流作用下多排管局部水平冻结体温度场扩展规律,基于相似准则,设计北京砂卵石地层冻结模型试验,从迎水面长度、顺水流长度、厚度3个维度研究渗流作用下多排管局部水平冻结体温度场扩展规律。研究表明:(1)水平冻结体中部发展速度最快,且温度最低;下部次之;上部最慢,且温度最高;(2)渗流作用使冻土柱由背水面向迎水面朝上游方向逐步交圈,且上、下游温度场不对称,冻结后期背水面呈坡屋顶形。(3)渗流作用对水平冻结体的影响随着渗流速度的增大而逐渐增大,积极冻结期末列冻土柱冻结锋面扩展速度、水平冻结体朝上游方向的平均发展速度均与渗流速度呈平方、负相关关系,渗流速度超过14.1 m/d时,冻土柱不交圈,为该模型试验的极限流速。基于等效梯形算法理论,给出的渗流作用下多排管局部水平冻结体的平均温度计算式,以便于评估水平冻结体发展状态。研究成果可为大流速地层盆形冻结施工提供依据。