碳酸钙同质多象转变过程中氧同位素分馏的实验研究

本文通过“一步法”和“两步法”的“附晶生长法”分别合成了碳酸钙矿物，对其进行了同质多象转变过程中的氧同位素分馏行为的研究。同时通过真空条件下的同质多象转变实验，对文石和方解石的酸分馏系数的差异进行了实验验证。结果发现：①在50℃和70℃下，如果文石与水之间的氧同位素分馏未达到平衡，由母体文石经过同质多象转变生成的次生方解石完全继承的母体矿物的氧同位素组成。如果文石与水之间的氧同位素分馏达到平衡，由互过同质多象转变生成的次生方解石部分继承母体文石的氧同位素组成，并且次生方解石相对于母体文石富集^18O。②在0℃和25℃下，“一步法”的“附晶生长法”的实验结果表明，由六方方解石经过同质多象转变生成的次生方解石也完全继承母体矿物的氧同位素组成，并且在该温度下，矿物与水之间的氧同位素分馏与温度无关。     

新生碳酸钙沉积矿物形态的影响因素分析

石笋是古气候重建的重要地质载体,文石与方解石是石笋碳酸钙晶体的常见矿物形态。根据现代洞穴监测数据分析洞穴新生碳酸钙沉积物 (Active Speleothem: AS)的矿物形态的研究较少。本文在重庆武隆芙蓉洞三个滴水点 (MP2、MP5、MP9)下放置玻璃片,收集新生碳酸钙沉积物和滴水样品,监测新生碳酸钙沉积物矿物形态、滴水的Mg/Ca比值、pH、滴率和洞穴环境等指标,分析玻璃片正面和反面新生碳酸钙沉积物的δ18O、δ13C和Mg/Ca比值。研究发现:(1) MP2滴水点下的玻璃片正反面新生碳酸钙沉积物的矿物形态均为方解石;MP5和MP9滴水点的正面沉积方解石和文石-方解石混合两种情况,反面沉积文石-方解石,且反面文石多于正面。 (2) MP2滴水Mg/Ca比值小于MP5和MP9,说明滴水Mg/Ca比值是影响新生碳酸钙沉积物矿物形态的重要因素;而滴水pH值对AS矿物形态的影响在不同滴水点有差异。(3) 不论是玻璃片正面还是反面,文石-方解石混合的新生碳酸钙沉积物δ18O和δ13C比以方解石为主的沉积物偏正,说明AS矿物形态的变化会导致δ18O和δ13C发生变化。通过在芙蓉洞的系统监测和分析,发现新生碳酸钙沉积物的矿物形态与地表环境、洞穴上部岩溶水文地质条件密切相关,并验证了洞穴新生碳酸钙沉积物的矿物形态对石笋δ18O和δ13C具有重要影响。      

碳酸钙矿物低温化学合成及其同质多象转变矿物学机理研究

通过缓慢分解Ca2+-Mg2+-HCO3--Cl--H2O溶液和以菱锶矿(或碳钡矿、白铅矿)为晶种的附晶生长法,在0-90℃温度范围内定向合成了碳酸钙同质多象变体.矿物合成实验结果表明,随着温度升高,有利于亚稳态文石和不稳定六方方解石的生成;随着溶液中Mg2+离子浓度增大和Ca(HCO3)3溶液浓度减小,均有利于亚稳态文石的形成.以XRD和SEM技术为实验手段,详细研究了碳酸钙同质多象转变过程.结果显示:在流体参与的情况下,文石→方解石和六方方解石→方解石的同质多象转变速率很快,并且其转变的矿物学机理为溶解/再沉淀.     

室温条件下青海湖水中镁离子浓度对沉淀碳酸钙同质多像类型的调控

青海湖是我国唯一报道过的现代湖底沉积物中白云石、方解石和文石等多种碳酸盐矿物共存的高原内陆咸水湖泊.以青海湖水和除菌青海湖水作为载体,以CaCl2和MgCl2·6 H2O作为反应原料,在实验室常温条件下采取控制变量法制备出不同浓度Mg2+参与下的钙质沉淀物,探讨Mg2+浓度对沉淀物类型的影响.仅添加CaCl2时,青海湖...     

石笋矿物类型、成因及其对气候和环境的指示

洞穴石笋的矿物组成分为方解石、文石和文石-方解石三种类型。本文总结了国内外已有的研究成果,并结合野外观测现象和数据,讨论了影响石笋矿物形成和转变的因素,分析了利用石笋矿物类型特征研究古气候和古环境变化的可行性。洞内滴水饱和度和滴水中Mg/Ca比值是影响石笋矿物类型的主要因素:当滴水Mg/Ca 比值较低（Mg/Ca＜1或<<1）时,滴水饱和度较低易形成方解石,而文石沉积则需要更高的滴水饱和度;当滴水Mg/Ca 比值较高（Mg/Ca≥1）时,方解石相对文石沉积需要更高的滴水饱和度。洞穴围岩镁含量高且滴水多而稳定的洞内环境是我国南方大量文石笋发育的主要原因。长期处于滴水淋滤环境的文石笋容易向方解石转变,但若滴水中Mg2+浓度较大,此转变过程会受到抑制。在围岩镁含量较低的洞穴中,干旱时期渗流水滞留时间长、滴水速率变慢,会造成滴水中Mg/Ca比值升高并引起文石沉积。因此,石笋矿物类型及矿物相转变可指示气候和环境的变化。      

淡水珍珠中文石球粒的发现与成珠机制探讨

长期以来,珍珠的成因理论很少涉及在超显微镜结构研究基础上的具体的珍珠形成机制。珍珠与贝壳珍珠层具有较多的相似性,但也存在很多不同。本文在对AFM下首次观察到的淡水珍珠表面纳米级的六方最紧密堆积文石球粒的研究基础上,结合XRD分析对珍珠内部矿物成分差异的研究,试图在贝壳珍珠层成因理论的基础上探讨淡水珍珠的成珠机制。本文将珍珠的形成过程初步归纳为碳酸钙凝胶的形成,碳酸钙球粒的形成,矿物相的转变和后继生长四个阶段。     

碳酸盐生物沉积作用的研究现状与展望

碳酸盐矿物是地球上最丰富的矿物之一,碳酸盐沉积在许多地质过程中起着非常重要的作用.生物沉积碳酸盐的现象在自然界普遍存在,其中又以生物沉积碳酸钙(CaCO3)为主.生物从周围环境中选择性地吸取元素,在严格的生物控制下,组装成功能化的碳酸盐结构;生物也可以通过改变周围的环境诱导碳酸盐的沉积或自身参与碳酸盐的沉积.不同生物对碳酸盐沉积的作用扣机理不同,综述了海洋动植物、藻类生物、菌类生物对碳酸盐的沉积作用及其机理以及实验室模拟调控CaCO3生物矿化方面的一些研究成果和研究现状,提出未来亟待解决的一些重要问题,并指出生物沉积碳酸盐研究所具有的巨大应用前景.     

碳酸钙-水体系氧同位素分馏系数的低温实验研究

碳酸钙是古气候和沉积岩稳定同位素地球化学研究中最常用的矿物 ,因此对碳酸钙水体系氧同位素分馏系数的实验校准已成为稳定同位素地球化学诞生以来的热点和前沿课题。但由于碳酸钙在自然界存在 3种同质多象变体 (方解石、文石和六方方解石 ) ,使人们对碳酸钙矿物与水之间氧同位素分馏系数的实验测定结果存在较大差别 ,当应用到同位素地质测温时 ,会给出显著不同的温度值。正确选用合理的方解石水或文石水体系分馏曲线 ,对低温和环境地球化学研究和应用具有重要价值。文章系统总结和评述了碳酸钙水体系氧同位素分馏系数实验校准的历史、方法和结果 ,对前人在表达方式上的不一致进行了统一 ,对氧同位素分馏的盐效应、动力氧同位素分馏效应和同质多象转变过程中的氧同位素继承性进行了讨论。通过对前人大量实验数据的系统处理并与理论计算相比较 ,推荐了热力学上平衡的方解石水体系氧同位素分馏方程 ,而对于文石水体系 ,理论计算结果尚有待于实验证实。     

石笋矿物由文石转变为方解石后碳、氧同位素组成的变化

石笋矿物由文石转变为方解石,其碳、氧同位素组成如何变化的认识对于古环境研究具有重要意义。选取江西省神农宫洞石笋SN15进行研究,X衍射分析测试证明其主体部分的矿物组成为文石,部分位置文石转变为方解石。相同层位文石和转变方解石的碳、氧同位素组成分析结果表明,转变方解石与原生文石相比,δ13 C值几乎没有变化;而δ18 O值明显偏负,且不是系统性偏负,偏负范围为0.2‰~1.4‰。因此,原生文石记录的降水氧同位素组成在矿物转变时受到扰动,转变方解石的氧同位素组成信息不能用于高分辨率古气候与古环境研究;碳同位素组成虽然变化很小,使用时也需慎重。     

对矿物包裹体溶液性质的新认识：兼论含矿溶液是酸性溶液的地质证据

对金属矿床成矿溶液的性质,特别是ｐＨ值（酸碱度）的确定,是认识含矿溶液的成因、成矿条件和成矿机理的关键。目前对成矿溶液性质的研究主要局限在对围岩蚀变矿物包裹体的测定方面,并得出近中性热卤水成矿的结论。作者认为,多数围岩蚀变矿物的包裹体溶液不能代表原矿溶液的性质,“近中性的热卤水成矿”的认识有误,应是酸性水形成的含矿溶液成矿,并从矿物包裹体溶液的特征,Ｒｏｅｄｄｅｒ的高金属含量的矿物包裹体溶液的发现     

海洋产脲酶细菌的筛选及诱导形成碳酸钙矿物的特征

产脲酶细菌普遍存在于自然界,其对碳酸钙的矿化作用被广泛用于工程地质和环境等各项工程领域;本研究旨在从北戴河新河河口海洋沉积物中分离产脲酶细菌,探讨其诱导形成碳酸钙的特征,为地质与工程领域的应用提供良好的材料.从海洋沉积物样品中共分离出33株细菌,经筛选,其中有10株细菌具有产脲酶活性,16S rRNA基因序列分析表明:...     

对矿物包裹体溶液性质的新认识——兼论含矿溶液是酸性溶液的地质证据

对金属矿床成矿溶液的性质 ,特别是 pH值 (酸碱度 )的确定 ,是认识含矿溶液的成因、成矿条件和成矿机理的关键。目前对成矿溶液性质的研究主要局限在对围岩蚀变矿物包裹体的测定方面 ,并得出近中性热卤水成矿的结论。作者认为 ,多数围岩蚀变矿物的包裹体溶液不能代表原成矿溶液的性质 ,“近中性的热卤水成矿”的认识有误 ,应是酸性水形成的含矿溶液成矿 ,并从矿物包裹体溶液的特征、Roedder的高金属含量的矿物包裹体溶液的发现、氢氧同位素资料、矿物包裹体中高卤水溶液的起源以及成矿溶液的演化机理等方面论述了酸性金属含矿溶液的成因及成矿演化过程。     

SiO2同质多象体矿物表面差异性及其对有机物吸附的初步研究

石英是土壤和沉积物中的重要矿物组成部分,前人已在不同程度上对其表面基团和表面物理化学性质进行了研究。事实上,石英(SiO2)具有多种同质多象变体。即同是化学成分为SiO2的矿物,其晶体结构可能是大不相同的,也就形     

软锰矿对酸性大红GR的氧化脱色研究

本文主要研究了天然软锰矿对酸性大红GR的脱色效果,并从溶液的pH值和软锰矿的用量、粒径以及水浴温度、振荡速度方面探讨了软锰矿对其脱色效果的影响。实验表明,软锰矿可使250mL浓度为40mg/L的酸性大红溶液脱色达到95%以上,脱色效果较好,溶液pH值是影响酸性大红脱色的最主要因素,软锰矿的用量、粒径以及水浴温度、振荡速度对酸性大红脱色影响不大。软锰矿对酸性大红的高脱色率以及红外光谱分析和COD去除率表明,酸性大红在矿物界面发生了氧化还原反应,其显色基团被氧化破坏,但并不能将染料溶液全部氧化去除。软锰矿对酸性大红GR的氧化脱…     

江西九瑞矿集区成矿与未成矿中酸性侵入岩年代学、岩石化学、矿物化学特征的异同及地质意义

江西九瑞矿集区主要发育有斑岩型、矽卡岩型及块状硫化物型三种类型的铜多金属矿床,其中斑岩型与矽卡岩型为典型的岩浆热液矿床,块状硫化物型矿床产在五通组砂岩与黄龙组白云岩界面之中,但多数也均位于侵入体附近,通常认为岩浆热液对层状黄铁矿体的叠加作用对其成矿起了重要作用。区内同时发育有大量与成矿岩体岩性相似的未成矿侵入岩,长期以来,一直未能找出成矿侵入岩的判别标志和侵入岩成矿与否的原因。本文对区内岩性为花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩的成矿与未成矿侵入岩进行了锆石U-Pb定年、岩石主量元素分析以及造岩矿物电子探针测试工作,结果显示,九瑞地区岩浆活动的时代相对集中,成矿侵入岩的年龄分布于138.2±1.8Ma至148.0±1.0Ma之间,未成矿侵入岩的年龄分布于139.0±1.3Ma至149.6±3.0Ma之间,成矿与未成矿侵入岩的侵位时代基本相同,年龄在误差范围内一致。二者的SiO₂以及其它9种主量元素含量的变化范围都非常接近,或有很大重叠,表明成矿与未成矿侵入岩的主要岩石化学成分基本相同。通过造岩矿物成份计算了岩浆开始固结的温度和侵位压力,成矿侵入岩的平均温度769℃与未成矿侵入岩的平均温度723℃在误差范围内大体一致,但成矿侵入岩的温度变化范围（580~915℃）明显大于未成矿侵入岩（656~796℃）。侵位压力方面,未成矿侵入岩的压力值（平均5.7kbar）显著大于成矿侵入岩（平均1.4kbar）。因此我们认为,成矿与未成矿侵入岩相比,前者经历了更为显著的减压过程,该过程也许对形成岩浆热液矿床非常重要,可能是产生独立热液相的一个主要途径,并且能够在岩体内及围岩中造成大量裂隙,为热液循环提供通道。但是,数据同时显示,并非经历了显著减压过程的侵入岩都能够成矿,最终成矿与否是受到不同阶段多种因素联合控制的,因此显著减压并不是成矿的充要条件,而更可能是前提条件。由已获得的未成矿侵入岩数据来推测,在九瑞地区,侵位压力大于4kbar的中酸性侵入岩,成矿潜力可能较小。由黑云母成份估算的氧逸度显示,成矿侵入岩的氧逸度变化较大并且覆盖了未成矿侵入岩的氧逸度范围,但是未成矿侵入岩的氧逸度均没有超过HM（Fe₃O₄-Fe₂O₃）缓冲线,而成矿侵入岩中有一半左右的数据点高于该缓冲线,表明较高的氧逸度对成矿更为有利,在九瑞地区,氧逸度高于HM（Fe₃O₄-Fe₂O₃）缓冲线的侵入岩,其成矿潜力可能更大。