黑色页岩的资源功能和环境效应

利用ICP—MS等分析技术对典型黑色页岩的微量元素及P、S等组分进行了分析,探讨了黑色页岩的化学特征、风化机制和微量元素富集特征,阐明了黑色页岩的资源功能和环境效应。结果表明,黑色页岩不但富含多种矿产资源,产有大型、超大型多金属矿床,而且可用作复合化肥以改良土壤。同时,黑色页岩因风化分解释放CO2、产生酸性矿排水、释出重金属元素等而可能对环境产生严重影响,引起环境问题。开发利用黑色页岩不但要充分认识其资源功能特征,拓宽其应用途径,而且要特别注意其可能引发的环境问题。     

黑色页岩化学风化程度指标研究

黑色页岩是一套化学组成变化大、成份分布极不均一的岩石。建立在化学组成相对均一的岩浆岩风化基础之上的化学风化指数如CIA(MIA)、CIW、CIX、PIA、STI、R、WIP、V、W等,因不能较好地把母岩化学组成变化与风化反应引起的化学变化区分开来,用于厘定黑色页岩的风化程度时,存在灵敏度低、与实际风化程度不相符等问题。故需要建立新的风化指数来厘定黑色页岩的风化程度。本文以湘中地区下寒武统新鲜和风化黑色页岩的主量元素分析为基础,利用单因素方差分析和多变量判别分析等方法,确定引起新鲜和风化黑色页岩化学组成差别的关键化学组分,并甄别其影响程度。建立影响黑色页岩风化程度的主量元素判别函数,进而构建厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数。研究表明,引起新鲜和风化黑色页岩化学组成差别的主量元素,其影响程度依TiO_2Al_2O_3Fe_2O_3LOIMnOCaOSiO_2MgOK_2ONa_2OP_2O_5顺序而降低。以此为基础,构建厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数为:WB=28.8×ln(SiO_2)+16.67×ln(TiO_2)+10.52×ln(Al_2O_3)+5.62×ln(Fe_2O_3)-2.01×ln(MgO)+4.10×ln(CaO)-4.24×ln(K_2O)-5.06×ln(Na_2O)+5.07×ln(LOI)-158.13。该风化指数(WB)能克服现有各风化指数的不足,适合用于厘定黑色页岩风化程度。     

湘西下寒武统黑色页岩风化元素活动规律

为探讨黑色页岩风化过程中的元素活动规律,采集了湘西东坪、柑子坪下寒武统黑色页岩风化-成土剖面的样品进行了主、微量元素地球化学分析。结果表明,两剖面风化层有不同的主量元素组成,但其土壤层的主量元素组成相对均一。主量元素Si、K、Na、P等在风化过程中活泼而被淋滤释出;而Al、Fe、Mg等元素既可被淋滤释出,又可产生次生富集。而成土过程中,所有主量元素都表现被淋出的特征。元素Mn的次生富集明显;重金属V、Ni、Cu、Cr、Co、Zn、Pb等在风化-成土过程中的化学活性与Al、Fe等主量元素相似;亲石元素Sc、Rb、Sr、Cs、Ba、Th、U、Ga、Ge等在风化-成土过程中的活性较强,趋于被淋出,且其淋滤释出率随风化程度增强而升高;高强场元素Zr、Hf、Nb、Ta等的化学活性相对稳定。     

湘中HJC铀矿区黑色页岩土壤重金属污染地球化学分析

本文以湘中HJC铀矿区黑色页岩土壤为研究对象,对黑色页岩土壤重金属污染进行了地球化学分析。通过测制A、B、C、D等土壤剖面并系统取样,借助ICPMS等分析技术,对土壤、成土母岩、玉米等进行了系统的主量元素、重金属和其他微量元素（稀土元素）分析。结果表明,矿区黑色页岩土壤具富Al2O3、Fe2O3,而贫CaO、Na2O的化学组成特征,其化学风化指数CIA值在79~84之间。土壤因继承成土母岩的元素富集特征而富集V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Cd、Sn、Sb、Tl、Pb、Th、U等多种重金属,其中Mo、Cd、Sb、U的富集最强。土壤重金属综合富集指数（EI值）在3~9之间,各剖面EI值大小顺序是：D>A>B>C, 以D剖面土壤重金属综合富集最强。土壤重金属污染富集因子（F）评价结果显示：矿区土壤普遍存在Cd、Mo、Sn、Sb、U等重金属污染,其中Mo、Cd、Sb等的污染最强,达显著（3级,2 < F < 20）污染程度以上。重金属污染效应既表现为Sc、Cd、Sn、Sb、U、Tl、Pb等生物毒性重金属在玉米中的富集,又表现为Mo、Co、Ni、Cu、Zn等生物有用金属在玉米中的明显亏损。黑色页岩即为土壤重金属污染的污染源。土壤重金属污染与重金属在成土母岩和土壤中的富集程度(Ks、EI、F)、重金属的活动性（Change%）等多种因素有关。重金属污染主影响因子的Pearson相关系数分析显示：Cd对土壤构成持久性污染,Mo、Sn、Sb、U等的污染程度可随土壤风化的进行因淋失而趋于降低,而Zn、Mn、Ba、Co、Ni、Th等目前未达到污染水平的重金属则可因次生富集而在未来引发污染。     

渝东北黑色页岩元素迁移特征及化学风化程度

黑色页岩是富含有机质和硫化矿物的特殊沉积岩,但人们对其风化过程的元素活动性及矿物风化机制关注较少.为探讨不同地形位置的黑色页岩化学风化过程,采集了渝东北城口某山脊 (A)、近山顶 (B) 和沟谷 (C) 的下寒武统水井沱组黑色页岩风化剖面岩样,利用XRD、XRF和化学分析手段对采集样品的矿物成分、主量元素进行测定分析.元素和矿物的质量迁移系数 (τ) 和质量迁移通量 (M_{j, flux}) 的计算结果表明,黑色页岩风化过程中Ca、Mg和Na元素具有明显的贫化现象,近地表处存在Al元素的富集现象;矿物成分方面,黄铁矿和有机质氧化后形成的酸性水环境,造成方解石、白云石、斜长石等不稳定矿物溶解,并生成含水石膏、铁质氧化物、黏土矿物等次生矿物.不同赋存位置的黑色页岩风化程度有所差异,Na/K-CIA、K/Ca*-Al/Na、A-CN-K和A-CNK-FM图解显示:A剖面处于脱Ca过程的初级风化阶段,B剖面处于脱Ca、Na初期的初等-中等风化阶段,C剖面已发生脱Ca、Na过程,并伴随脱Si作用的中等-强烈风化阶段,结合不同风化指数 (如:CIA、CIW、PIA、MWPI等),得出各剖面的化学风化强弱程度依次为C＞B＞A.      

黑色岩层的风化特征研究

黑色岩层是一种分布广泛且较为特殊的一类岩石，它的风化往往会加速各类岩石以及工程建筑物材料的风化与化过程，本文从矿物岩石学特征、黑色岩层风化的环境特征、黑色岩层中硫化物矿物氧化的地球化学过程中以及硫化物矿物氧化形成的酸性条件下其它矿物的稳定性等方面对湘西地区黑色岩层的风化特征进行了分析，为进一步深入研究黑色岩层的风化过程及机理打下了基础。     

多金属富集的黑色页岩风化过程中铜、锌同位素分馏研究

<正>作为重要的营养元素,铜(Cu)和锌(Zn)在海洋的地球化学循环对海洋生命演化具有重要意义。大陆风化过程是海洋微量金属元素地球化学循环过程中重要的输入过程。富集微量金属元素的页岩占陆表岩石总量的四分之一,但它们的Cu、Zn同位素组成和在风化过程中的同位素分馏行为还缺乏研究[1]。本文选取中国湖北省二叠纪茅口组多金属富集的黑色页岩和其硅质岩夹层,对其中的新鲜样品和风化样品分别进行了Cu、Zn同位素研究,探求黑色页岩在风化过程中Cu、Zn元素的迁移行为和同位素分馏。     

黑色页岩中金矿的形成

笔者在阅读了许多资料的基础上,研究了黑色页岩中金的赋存状态和成因模式,并提出了新的见解。     

波希米亚地块黑色页岩与其它地区黑色页岩中铂族元素分布的对比

对波希米亚地块中所选定的富含金属的正常的黑色页岩的铂族元素进行了分析，并将其结果与世界其它地区的缺氧沉积物进行了对比。讨论并部分地证明了这些岩石可能是一种重要的有开采价值的铂族元素矿源。     

黑色页岩与土壤重金属污染

本文利用ICP—MS等技术分析了湘中地区黑色页岩及其相应土壤的重金属含量,在对分析结果进行统计分析的基础上,探讨了黑色页岩与土壤重金属污染的关系。研究表明,黑色页岩是富集多种重金属元素的特殊岩石。以黑色页岩岩系为母岩的土壤,不仅明显富集Cu、Cd、Cr、Co、Pb、Zn、Mo、Ni、V、U、Sn、Sb、T1、Th等多种重金属元素,而且受到Mo、Sb、Cd、U、Tl、Cu、V、Sn、Th等重金属的污染,其中以Mo、Cd、Sb、U、Tl等的污染尤为严重。黑色页岩土壤重金属污染在一些地方已产生明显的负面环境效应,值得关注。     

黑色页岩水岩化学作用实验研究

水岩作用是黑色页岩化学风化的重要途径,并与岩体矿物组分、工程性质及地质环境有着密切的联系。利用自制的流通实验装置对取自三江县团结电站附近的寒武系清溪组黑色页岩与富含溶解氧去离子水的化学反应进行试验模拟研究,并利用离子分析仪、电感耦合等离子体质谱仪对反应后溶液离子浓度进行分析,使用扫描电子显微镜观察反应前后岩样微观特征,结合岩样渗透系数的变化监测,对岩样中黄铁矿氧化动力学速率以及受黄铁矿氧化影响形成的酸性环境下硅元素释放速率进行计算分析。结果表明,黄铁矿氧化行为使得岩体渗透率降低约70%,在黑色页岩自身矿物化学组分和岩石物理性质的共同影响下,所含黄铁矿氧化速率与纯黄铁矿颗粒的氧化速率非常接近,同时黄铁矿氧化形成的酸性溶液可溶蚀岩体中石英和伊利石,由于两者含量未能精确测定,因此所测得硅元素释放速率仅表示两者溶解的总反应速率。     

含金属黑色页岩及其成矿作用

1黑色页岩、含金属黑色页岩的特征黑色页岩是碳、氮、磷、硫、氧和重金属如Fe、Mo、V和U的循环链。他既是一种能源，矿产资源，又对环境有公害。这就促使国际地质组织的重视，1987年国际对比纲要（IGCP）254项计划对合金属黑色页岩及有关矿床提出了讨论，并对页岩、黑色页岩及含金属黑色页岩分别定义。并提出对他们进行如下基本特征描述：位置、层位、变化规模、区域分布、厚度、沉积相、古生物、沉积环境、岩石学、结构、颜色、矿物学、有机碳重量的百分比、碳酸盐碳的重量百分比、硫化物硫的重量的百分比、黄铁矿化程度（DOP）和有机…     

黑色页岩建造成矿作用研究的新进展

近年来,黑色页岩建造的地质与成矿作用问题引起了广泛关注。在世界范围已经发现了产在黑色页岩建造中的矿床和有潜在工业价值的金属富集新类型。国际地质协作项目(IGCP)254项“含金属黑页岩”研究,已取得了令人瞩目的科技成果。黑色页岩建造中金矿化作用的研究,证实了在与沉积阶段同时发生的火山热液     

低钙质黑色页岩的物质来源

沉积岩中元素的富集取决于每个元素的化学性质。这些元素是风化作用、沉积作用、成岩作用、石化作用和低级变质作用的产物。但是人们认为,不活泼的碎屑物质组分具有初始火成源的特征。这一认识对研究黑色页岩的物质来源有很大帮助。为了确定低钙质(CaCO_3<1％)海相黑色页岩中碎屑花岗质和火山物质的来源,采用研究火成岩的典型微量元素判别图来检验那些表面上化学性质不活泼(即不受成岩作用、氧化还原作用和低级变质作用的影响)微量元素的富集。通过对寒武纪至侏罗纪完整的地层剖面中约200个黑色页岩样品的中子活化分析获得叮化学分析数据。La—Th—Sc三角图解能鉴别出微量元素来自上地壳、陆壳,或是洋壳(Taylor和Mclennan,1985)。所有低钙质黑色页岩样品都集中在上地壳的区域内。人们普遍用Th—Hf—Co三角图来鉴别它们是来自上地壳还是整个陆壳,或是洋壳。在黑色页岩形成的环境中,由于Co元素对氧化还原很敏感,故在三角图解中,用一个不活泼的化学元素(如Rb)替代Co是必要的。取代以后,所有黑色页岩样品均集中在上地壳的区域内。为了确定花岗质组分的来源(Pearce等,1984),样品在Ta—Yb图解和Rb—(Yb+Ta)图解上的投点都集中在边缘分离火山弧花岗岩(VAG)、同碰撞花岗岩(Syn—COLG)与板块内花岗岩(WPG)三者的交界处。大部分样品落于火山弧花岗岩域内,无洋脊花岗岩(ORG)出现。Wood等(1979)的Th—Hf/3—Ta三角图解证实了海相黑色页岩中少量的微量元素来自玄武岩。黑色页岩的投影点很集中,且集中在高Th含量区域,但落于各种玄武岩区域之外,说明黑色页岩来自大陆壳。