2013年1月京津唐地区霾事件气溶胶单颗粒形貌及硫酸盐化特征

2013年1月华北地区经历了重霾过程,为研究其污染特征,使用透射电子显微镜(TEM)及能谱(EDX)对北京、唐山和天津晴天和霾天气下气溶胶单颗粒基本形貌和硫酸盐化特征进行了分析。结果表明,华北地区气溶胶单颗粒包括矿物颗粒、硫酸盐颗粒、金属氧化物、烟尘集合体、有机颗粒和飞灰,仅在天津市样品中发现少量的Na Cl颗粒。对单颗粒的元素组成进行统计表明,华北地区晴天以富Si颗粒为主(31.0%),其次为富Ca颗粒(18.3%)、富Fe颗粒(14.1%)、富Cl颗粒(12.2%)等,霾天以富S颗粒为主(47.4%),其次为富Si颗粒(21.1%)和富Fe颗粒(13.4%)等。霾天气富Ca颗粒明显减少,同时在含S较高的颗粒中也含有Ca、K等元素,说明大气中含Ca、K等碱性矿物对雾水酸性有一定的缓冲作用。不同天气含S颗粒差异较大,霾天气明显高于晴天,S/Ca平均值在霾天明显较高,且大于0.8,说明在一定的SO2浓度下,大气湿度越大,硫酸盐化现象越明显,生成大量的硫酸铵盐。     

广州市大气颗粒物PM2.5显微形貌特征和来源解析

PM_2.5是近年来影响我国城市大气环境的首要污染物,其成因机制复杂。本文采用扫描电镜和ICP-MS研究了广州市大气颗粒物PM_2.5的显微形貌及其化学组成特征,并应用富集因子法进行源解析。结果表明,PM_2.5的颗粒形态以无定形态为主;主要物质表现为含Fe、Mg、Al、K、Na的硅酸盐组合,具有道路扬尘、建筑施工排放等一次粒子特征;单个无定形颗粒物能谱表现出硫酸盐+硝酸盐的组合特征,为汽车尾气所排放的前体污染气体NO_x和SO₂进入大气环境中,在特定的物理化学条件下通过成核作用发生相态改变所形成的二次粒子。PM_2.5中高度富集Cd、Se、Zn、Cu、Pb、As等重金属,异常富集的Br主要为当地普遍使用的阻燃剂十溴联苯醚和拆解电子垃圾所致,稀土元素的浓度在0.022~0.582 ng/m³之间,具有重稀土元素富集的特征。这些特征反映出广州市PM_2.5颗粒物的组成既有一次粒子,也有二次粒子,物质来源具有多重性。     

沉积岩中无机CO2热模拟实验研究

结合三水盆地的地质特点，分析了无机CO₂热模拟实验研究的可能性，进行了不同条件下的模拟试验和相关的分析测试，提出了无机CO₂生成量和转化率的概念和计算方法。从实验结果来看：含有一定量碳酸盐矿物的沉积岩，在一定温度下可转化形成相当数量的无机CO₂，无机CO₂转化率越高，岩石中碳酸盐矿物越容易转化生成无机CO₂；相同热成熟度条件下，Ⅱ型干酪根生成有机CO₂的量较Ⅲ型的少；CO₂中碳同位素与CO₂的成因密切相关，随有机质热成熟度的增加，同种类型有机质生成的有机CO₂相对富集¹³C；无机CO₂较有机CO₂的碳同位素明显富集¹³C，随水介质的pH值降低，无机CO₂气含量、模拟温度及时间的增加，无机CO₂相对富集¹³C。实验研究结果为CO₂成因研究及其资源评价提供了实验依据。     

川南玄武岩气孔中硅铁灰石杏仁体的特征与研究

川南普格杏仁状玄武岩气孔中产出硅铁灰石、绿泥石、石英、方解石、沥青等5种不同成分类型的杏仁体。硅铁灰石杏仁体呈圆形或椭圆形,其直径多为5～8 mm,由杏仁体壁至中心,依次分别产出石英→铁镁绿泥石→硅铁灰石。硅铁灰石晶体呈铁黑色、薄板状,由5个平行双面单形组成。微区X射线衍射分析结果显示,硅铁灰石属三斜晶系,空间群为P1 。化学成分分析表明,硅铁灰石氧化物含量(ω_B/%)为SiO₂ 53.55%、CaO 18.84%、Fe₂O₃ 13.65%、FeO 9.68%、MgO 1.44%、H₂O⁺1.74%,FeO/Fe₂O₃=0.71;铁镁绿泥石氧化物含量(ω_B/%)为SiO₂ 33.17%、Al₂O₃ 13.03%、Fe₂O₃ 8.45%、FeO 13.06%、MgO 18.82%、H₂O⁺12.12%、CaO 0.87%,FeO/Fe₂O₃=1.55。硅铁灰石杏仁体的矿物组合变化表明,玄武岩晚期的成矿热液由富Mg、Fe向富Si、Ca演化,硅铁灰石是由偏酸性、弱还原环境向偏碱性、弱氧化环境转化时所形成的过渡性产物。     

白云鄂博超大型稀土-铌-铁矿床成矿过程中的流体不混溶作用

白云鄂博超大型REE-Nb-Fe矿床赋存在白云岩内，矿体由磁铁矿、稀土氟碳酸盐、萤石、霓石、角闪石、方解石和重晶石等矿物组成。在白云鄂博矿床矿石和脉石矿物中赋存有两/三相富CO₂、三相高盐卤水和两相水溶液包裹体3大类型。显微测温表明富CO₂包裹体内还有近于纯的CO₂，成矿流体为H₂O-CO₂-NaCl-（F-REE）体系。高盐卤水包裹体和富CO₂包裹体共生且具有近似的完全均一温度，表明初始热液发生了流体不混溶作用。流体包裹体中出现稀土子矿物，表明初始成矿流体含有很高的稀土元素，这也许是形成白云鄂博超大型稀土矿床的原因。     

包古图斑岩铜矿床的钛矿物特征及其成因意义

在大量薄片鉴定的基础上,本文对包古图斑岩铜矿的钛矿物组合特征及其形成机制进行了研究。主要钛矿物为榍石、钛铁矿和金红石。其中榍石在成岩期和成矿期均有形成,但主要见于成矿期的钾化阶段,与钾长石、黑云母共生;在后期的青盘岩化和沸石化阶段也有出现,但含量相对较少。成岩期的钛铁矿很少见,成矿期各蚀变阶段均有分布,但最常见于钾化阶段。金红石仅见于成矿期,钾化阶段早期可与钾长石、黑云母、石英等共生,还见有被榍石包裹的细粒金红石,青盘岩化阶段亦有形成,与绿泥石共生。这些钛矿物最常出现于黑云母颗粒内部或其附近,这可能是斑岩型矿床的特征之一。榍石SiO₂和CaO含量与理论值接近,TiO₂偏低;钛铁矿均含锰,MnO含量1.97%~4.49%,还见有锰钛铁矿;金红石含有一定量的SiO₂和FeO^T,个别颗粒还含有少量Al₂O₃、MgO和P₂O₅。钛矿物组合特征表明包古图含矿斑岩为I型,形成于较高氧逸度环境,侵位深度不大。     

四川昭觉地区优质偏硅酸地下水的特征、成因及其开发利用建议

【研究目的】近年来,随着生活水平的不断提高,人们对健康饮水的要求也在不断提高,寻找与开发富含H₂SiO₃等矿物质优质地下水已成为关键。【研究方法】本文以昭觉地区水文地质调查工程、地下水污染调查工程所获取的地下水化学数据为基础,探讨了昭觉地区富H₂SiO₃地下水的分布特点、元素水文地球化学特征、形成条件及成因。【研究结果】结果显示：（1）全县富H₂SiO₃（≥25 mg/L）地下水均属于低矿化度偏碱性水,分布在基底岩石为玄武岩的6个片区,H₂SiO₃含量一般介于25.74~46.04 mg/L,pH含量一般介于7.4~8.58,TDS含量一般介于49.4~333 mg/L;（2）玄武岩地下水存在HCO₃－Ca、HCO₃－Ca·Mg、HCO₃－Ca·Na、HCO₃－Ca·Mg·Na、HCO₃－Na等5种水化学类型,总体以HCO₃－Ca · Mg为主,其次为HCO₃－Ca,再次为HCO₃－Ca · Na,三者分别占总采样点数的50.00%、25.76%、12.12%;（3）全县富H₂SiO₃地下水的形成受水岩相互作用、硅酸盐矿物的分布范围及其可溶性、围岩裂隙发育程度、水源涵养及补给条件等四方面因素影响,其中水岩相互作用占据主导作用;（4）在后续开发利用过程中,需进一步揭示影响地下水中H₂SiO₃分布与迁移的因素。【结论】研究结果可以为昭觉地区矿泉水产业的发展及城乡优质水源地的建设提供依据。创新点：系统总结了昭觉县优质偏硅酸地下水空间分布特征和水化学特征;从形成条件与水岩作用的角度探讨了优质偏硅酸地下水的形成机制。     

河流碳通量与陆地侵蚀研究

河流碳通量系陆地侵蚀产物,它构成全球碳循环的一个重要环节。河流碳通量在数量上远小于全球碳循环的其他环节,但由于与陆地生态系统联系密切,故对它的研究尤为重要。全球每年河流碳通量约为1GtC（10⁹t碳）,其中约60％为无机碳、40％为有机碳。溶解态有机碳和颗粒状有机碳主要来源于土壤侵蚀,另有一部分有机碳来源于河湖中的浮游植物;溶解态无机碳主要源于大气中CO₂和碳酸盐;颗粒无机碳主要指未溶解的碳酸盐。亚洲季风区河流对全球河流碳通量具有较大贡献,而对其研究程度较低。河流碳通量研究既可为流域治理提供基础资料,也是进一步了解人为CO₂“未知汇”的途径之一。     

攀枝花镁铁质层状岩体磷灰石中的熔融包裹体：岩浆不混熔的证据

攀西(攀枝花-西昌)地区出露一系列赋含大型钒钛磁铁矿矿床的镁铁-超镁铁质层状岩体(例如:攀枝花、红格、白马和太和岩体),它们是~260Ma峨眉山大火成岩省的重要组成部分。显微岩相学研究显示,攀枝花岩体中部带浅色辉长岩磷灰石中存在深色和浅色两类熔融包裹体:深色熔融包裹体为深棕色或黑色,大小约10~60μm,外形呈圆形或磷灰石负晶形,主要由单斜辉石、角闪石、斜长石、磁铁矿等子矿物以及微粒结晶物质组成;浅色熔融包裹体为白色或淡绿色,大小约5~60μm,外形呈圆形或磷灰石负晶形,由斜长石、角闪石、单斜辉石、少量磁铁矿和石英等子矿物以及微粒结晶物质组成。我们将熔融包裹体加热至1080~1200℃,浅色熔融包裹体完全均一,其平均成分为69.7% SiO₂、0.24% TiO₂、14.5% Al₂O₃、2.76% FeO、0.64% MgO、5.14% CaO、2.82% Na₂O、2.26% K₂O和0.25% P₂O₅,为富Si相;深色熔融包裹体未完全均一,结合电子探针分析以及质量平衡估算,可得其平均成分为42.4% SiO₂、1.43% TiO₂、8.83% Al₂O₃、20.5% FeO、5.46% MgO、16.3% CaO、1.11% Na₂O、0.30% K₂O 和1.41% P₂O₅,为富Fe相。这一结果说明,在攀枝花层状岩体形成过程中,岩浆房中可能同时存在富Fe和富Si两种熔体,暗示演化的玄武质岩浆曾发生了不混熔作用。岩浆不混熔及重力分异共同作用导致了岩浆房硅酸盐熔体成分分层,下部的富Fe硅酸盐岩浆层演化形成了岩体下部巨厚的钒钛磁铁矿矿体和暗色辉长岩,上部的富Si硅酸盐岩浆层演化形成了岩体上部的长英质岩脉、透镜体和浅色辉长岩。     

宣达地区中、下三叠统含杂卤石蒸发岩测井响应及岩性识别

钾盐主要用于农业中钾肥的生产,中国是钾盐消费和进口大国,但中国钾资源少、产量低,因此钾盐勘探对中国粮食安全有重要意义。四川盆地是中国找钾的重要区域,文章运用岩芯样品、测井等资料,通过X射线粉晶衍射、元素含量测试等实验对宣达地区中、下三叠统嘉陵江组-雷口坡组含盐系典型矿物特征及岩石测井响应特征进行分析,并基于测井解释方法原理对杂卤石进行识别。结果表明,研究区钾盐矿物包括氯化盐矿物、硫酸盐矿物、碳酸盐矿物3类,固态钾盐矿物主要为杂卤石,常与石盐、硬石膏共存,具有高电阻率、高密度、高伽马、高K的特征,主要分布于T₁j^4-2、T₁j^5-2层段。     

Melting phase relation of nominally anhydrous,carbonated pelitic-eclogite at 2.5–3.0 GPa and deep cycling of sedimentary carbon

We have experimentally investigated melting phase relation of a nominally anhydrous, carbonated pelitic eclogite (HPLC1) at 2.5 and 3.0 GPa at 900–1,350°C in order to constrain the cycling of sedimentary carbon in subduction zones. The starting composition HPLC1 (with 5 wt% bulk CO₂) is a model composition, on a water-free basis, and is aimed to represent a mixture of 10 wt% pelagic carbonate unit and 90 wt% hemipelagic mud unit that enter the Central American trench. Sub-solidus assemblage comprises clinopyroxene + garnet + K-feldspar + quartz/coesite + rutile + calcio-ankerite/ankerite_ss. Solidus temperature is at 900–950°C at 2.5 GPa and at 900–1,000°C at 3.0 GPa, and the near-solidus melt is K-rich granitic. Crystalline carbonates persist only 50–100°C above the solidus and at temperatures above carbonate breakdown, carbon exists in the form of dissolved CO₂ in silica-rich melts and as a vapor phase. The rhyodacitic to dacitic partial melt evolves from a K-rich composition at near-solidus condition to K-poor, and Na- and Ca-rich composition with increasing temperature. The low breakdown temperatures of crystalline carbonate in our study compared to those of recent studies on carbonated basaltic eclogite and peridotite owes to Fe-enrichment of carbonates in pelitic lithologies. However, the conditions of carbonate release in our study still remain higher than the modern depth-temperature trajectories of slab-mantle interface at sub-arc depths, suggesting that the release of sedimentary carbonates is unlikely in modern subduction zones. One possible scenario of carbonate release in modern subduction zones is the detachment and advection of sedimentary piles to hotter mantle wedge and consequent dissolution of carbonate in rhyodacitic partial melt. In the Paleo-NeoProterozoic Earth, on the other hand, the hotter slab-surface temperatures at subduction zones likely caused efficient liberation of carbon from subducting sedimentary carbonates. Deeply subducted carbonated sediments, similar to HPLC1, upon encountering a hotter mantle geotherm in the oceanic province can release carbon-bearing melts with high K₂O, K₂O/TiO₂, and high silica, and can contribute to EM2-type ocean island basalts. Generation of EM2-type mantle end-member may also occur through metasomatism of mantle wedge by carbonated metapelite plume-derived partial melts.     

北京、郑州和深圳三城市空气中气溶胶单颗粒特征的扫描电镜分析

分别采集北京、深圳和郑州3个城市气溶胶样品,使用场发射扫锚电镜-能谱仪观察气溶胶单颗粒的显微形貌和元素组成,并利用图像分析系统对PM2.5的粒径进行了分析。结果表明,城市气溶胶单颗粒类型以矿物颗粒、烟尘和球形颗粒(飞灰和二次粒子)为主。对比3个城市气溶胶中不同颗粒类型数量百分比发现,矿物颗粒数量最多的城市是北京,飞灰和烟尘数量最多的城市是郑州,而规则矿物颗粒数量最多的城市是深圳。3个城市气溶胶单颗粒的数量-粒径分布均呈单峰分布。深圳气溶胶中颗粒物的粒径相对较小,其次为郑州、北京。3个城市气溶胶中颗粒物来源不同程度上都受到交通污染源影响,而燃煤源对北京和郑州气溶胶中颗粒物来源影响仍然不容忽视。     

中国北方典型中小盆地城市大气颗粒物污染特征及趋势对比

分析了2014～2018年北方5个典型中小盆地城市(兰州、银川、临汾、太原、南阳)PM₁₀与PM_2.5的浓度变化特征和大致来源类型。除2018年银川PM_2.5浓度外,各市PM₁₀和PM_2.5年均浓度均超标;兰州、银川和南阳PM₁₀与PM_2.5呈逐年下降趋势,南阳下降最明显;临汾PM₁₀与PM_2.5呈逐年上升趋势;太原PM₁₀与PM_2.5稳定维持在一个高浓度状态。5个城市颗粒物浓度的季节变化特征一致:冬春高、夏秋低。对PM_2.5/PM₁₀值而言,冬季和夏季该比值较高,分别受取暖和降水的影响;春季和秋季该比值较低,分别受沙尘和秸秆焚烧及高强度建筑施工的影响。5市PM_2.5和PM₁₀浓度具有良好的线性关系,细颗粒占比大小顺序为临汾>南阳>太原>银川&...     

河北省赤城县独石口沸石岩矿物学特征及其性能研究

独石口沸石岩共生矿物组合为斜发沸石、蒙脱石、α-方石英和少量丝光沸石。斜发沸石呈微晶产于玻璃质岩屑和火山尘中,也呈板状产于玻屑和珍珠岩溶解形成的孔洞中,沸石总量大于70％;化学成分显示高Si、高Al、富K、富Ca、贫Na的特征;阳离子交换容量高,交换性阳离子以Ca为主,其次为K,Na,Mg;阳离子选择交换顺序为NH_4~+>K~+>Ca~(2+)>Na~+>Mg~(2+);不同阳离子类型的沸石岩其热稳定性和吸附性有差异,K型和Na型沸石岩可稳定至700℃,而Ca型沸石岩在500℃时结构被破坏;Ca型沸石岩吸附性好,而K型差。     

兰州市取暖期可吸入颗粒物中单颗粒矿物组成特征

为研究兰州市2005年冬季大气可吸入颗粒物(PM10)中单颗粒的矿物组成,用能谱扫描电镜识别和统计了兰州市区(东方红广场)和郊区(榆中县)两个采样点的单矿物颗粒。结果在市区样品中识别出方解石、伊/蒙混层、石英、斜长石、伊利石、石膏、绿泥石、高岭石、浊沸石和钾长石等21种矿物,前7种占统计总量的75%以上;郊区样品中识别出20种矿物,以方解石、石英、伊利石、绿泥石、斜长石和伊/蒙混层为主(占70%以上),与市区相比缺少钾石膏、金红石和水铝酸钙而增加了硫酸镁和磷灰石。总体来看,大气PM10中的矿物颗粒可分为粘土类、长石类、碳酸盐类、硫酸盐类、氧化物类和其他六类,以粘土类和碳酸盐类矿物为主(约占60%);冬季市区颗粒物表面的“硫化”现象较郊区严重;这些矿物颗粒主要来自地表土,人为排放和大气中二次化学反应生成的矿物的贡献较小。     

Calcium-poor dolomite from the sabkhas of Kuwait

Small quantities of a rare Ca-deficient dolomite have been found coexisting in thin layers and alternating with the normal Ca-rich variety in the Holocene sabkhas of southern Kuwait. The Ca-poor dolomite has a molar composition of Ca_46–49, whereas the Ca-rich type is Ca_51–56. The former type has been found only in two localities of the supratidal zone that are not subjected to tidal flooding today, and mostly within the fluctuating ground-water table in these zones. The thin layers are either carbonate mud-rich or pellet-rich, and the amount of Ca-poor dolomite is never more than 4 to 6 per cent by weight of the total carbonate fraction. The dolomites vary in size between 2 μm and 5 μm and exhibit characteristic rhombic crystal morphologies.     

西藏纳木错沉积物单水方解石出现前后的环境变化

2005年在西藏纳木错水下60m处钻取一支332cm的湖芯,沉积物皆为灰黑-黑色碳酸盐粘土。对湖芯1cm间隔取样并进行X射线、扫描电镜、Sr/Ca和碳酸盐含量的分析。研究发现,纳木错湖底0～258cm沉积物中出现了单水方解石,扫描电镜下该矿物晶形完好,这是个亚稳定矿物,具有重要环境意义。利用碳酸盐含量（24.12%～54.52%）、Sr/Ca比值（3mol%8.6,mol Mg/Ca>6.5,Ca2+和SO2-4离子浓度足以沉淀少量石膏,演化至现代,表层湖水性质为pH=9.4,mol Mg/Ca=10.03～15.03,SO2-4浓度较高,Ca2+含量低,不足以沉淀石膏。单水方解石出现之前的3.0～2.1cal.kaB.P.时期,沉积速率低（0.134mm/a）,蒸发作用强度不稳定,湖水温度低,矿化度呈上升趋势。该矿物出现后的2.1～1.7cal.kaB.P.时期,沉积速率快（1.639mm/a）,矿化度稳定,气温低,1.8cal.kaB.P.温度达到最低值,为气候冷事件的表现。较快的沉积速率（>1.168mm/a）是纳木错单水方解石形成的重要原因之一,碳酸盐沉积加快和入湖碎屑物质增加是沉积速率加快的主要原因。     

淄博市大气降尘矿物微形貌及其来源判识

用场发射扫描电子显微镜及能谱仪和X射线衍射仪,对淄博市中心城区大气降尘的矿物组成、微形貌和微区成分进行了分析.结果表明,淄博市大气降尘的矿物组成有石英、长石、石膏、方解石、赤铁矿、白云母、伊利石和非晶质等.矿物微形貌特点和矿物组成揭示了降尘组分主要来源于3种途径:与高温过程有关的工业活动排放的产物,自然成因和大气化学反应的产物.球形赤铁矿、板状方解石和絮状石膏是本研究中观察到的3种典型矿物微形貌.     

北京市春夏季大气气溶胶的单颗粒分析表征

采集了北京市2000年春夏季大气气溶胶样品5个，采用扫描电镜X射线能谱技术分析大气气溶胶单颗粒约2500个。研究结果表明，沙尘期间，矿物尘是最主要的颗粒物种类，非沙尘期间，北京市大气气溶胶中主要检出矿物尘和含硫颗粒物。夏季随着颗粒物污染的加重，含硫颗粒物的数目百分数增加。是北京市大气颗粒物污染的重要特征。重点讨论了Ca-S颗粒、K-S颗粒和Ca-K-S颗粒三类典型含硫颗粒物的化学组成和粒径分布特征。数目可观的Ca-K-S颗粒以及其他硫酸盐颗粒的生成与相对湿度和云量等气象条件相关，这些颗粒物可能是云中过程的产物。减少SO2排放，减少含硫颗粒物，对于控制北京市的大气颗粒物浓度水平具有重要意义。