天然富有机质含铵伊利石高温高压稳定性研究

含铵伊利石等含铵黏土矿物是地壳中重要的储氮矿物,研究其高温高压稳定性对地球壳–幔圈层间氮循环具有重要意义。本研究通过高温高压(HTHP)模拟实验,初步探索了天然富有机质(具类石墨结构)的含铵伊利石矿物结构及其携带的C、N元素的稳定性。结果表明,在高温(600℃)常压环境下,含铵伊利石层状结构发生塌陷,结构羟基脱失,层间NH4+脱失,其表面类石墨的结构有序度下降,部分含C、N官能团脱失,但仍有近一半得以保存。伊利石层间NH4+的热稳定性受矿物层状结构的制约,当伊利石因高温发生层间塌陷时,NH4+失去伊利石片层保护后受热发生分解。而不同形态有机氮的热稳定性主要与其在类石墨有机质芳香结构中的位置有关。含铵伊利石结构在高温高压(600℃、2 GPa)下保持稳定,类石墨的有序度以及石墨化程度均增强,表明压力在一定程度上补偿了温度的影响。此外,伊利石表面具网状片层结构的类石墨有机质对矿物结构有物理保护作用。同时,有机质中的部分C、N元素在高温高压下与伊利石结构中的Al和O等元素形成稳定的化合键,亦可增强有机质的稳定性。含铵伊利石在高温高压下的稳定性表明,含铵黏土矿物很有可能是携带地壳中的氮经俯冲进...     

高压条件下蒙脱石层间域对氮的保护效应

含铵(NH₄⁺)蒙脱石不仅存在于陆地土壤中,还广泛存在于蚀变洋壳、远洋和陆源沉积物中,是N的主要载体矿物,对地表N向地球深部的传输路径和效率具有重要影响。本文利用微区和粉晶X射线衍射(XRD)、漫反射傅里叶红外光谱(DRIFT)和元素分析等表征技术,研究了不同温度(25～700℃)和压力(常压和2.5GPa)条件下含铵蒙脱石的物相及结构演化,以及N的赋存状态和N含量的变化特征。结果表明,在常压条件下,温度上升会导致蒙脱石层间距从1.20nm(25℃)逐渐减小至0.96nm(700℃)。同时,蒙脱石Al2–OH(914cm^-1)和AlMg–OH(844 cm^-1)振动峰强度在升温过程中逐渐减弱,表明蒙脱石结构羟基逐渐脱失;在500℃时,蒙脱石结构羟基完全脱失,并导致层间完全坍塌。在高压(2.5GPa)条件下,温度上升会造成蒙脱石层间距从1.20 nm(25℃)逐渐减小至1.02 nm(700℃),但蒙脱石结构羟基在700℃时依然存在。在此过程中,蒙脱石膨胀性逐渐降低,表明蒙脱石逐渐向伊利石转变。在常压...     

铵伊利石矿物中NH_4~+的水溶性与可交换性研究

利用蒸馏水和10%KCl溶液先后多次反复对铵伊利石质矸石粉状样品进行淋滤实验,通过测试淋滤液中总氮、铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的含量,探讨水和KCl溶液对铵伊利石层间NH4+离子的溶出行为。研究发现:①铵伊利石夹矸中存在水可溶性氮,这种可溶性氮可能以硝态氮和铵态氮的形式存在,水对其溶出速度是比较快的,这部分水溶性氮是煤矸石风化过程中对周围环境产生氮污染的潜在因子;②铵伊利石矿物晶层中的固定NH4+离子是可以被K+离子所取代出来的,这个取代过程是持续而缓慢的。     

山西晋城和阳泉地区石炭系太原组铵伊利石矿物特征及成因

铵伊利石是伊利石层间域的K+被NH+4替代而形成的类质同象.文中运用X射线衍射分析、傅里叶红外光谱分析以及热重—热流—红外光谱同步分析等手段,对山西晋城及阳泉地区的15号煤层夹矸及煤中矿物进行了研究,发现15号煤层夹矸和煤低温灰中黏土矿物以铵伊利石和高岭石为主,铵伊利石含量为21％～74％;X射线衍射图谱上d(001)...     

解钾细菌对西北干旱地区不同硅酸盐矿物的解钾效应研究

为了开发西北干旱地区土壤潜在肥力并提高土壤水分利用效率,笔者以解钾细菌为供试菌种,西北干旱地区代表性土壤矿物钾长石和伊利石为供试基质,采用实验室培养的方式,研究不同水分和接菌浓度条件下解钾细菌对土壤矿物的解钾效应,并通过傅里叶变换红外光谱、透射电镜和能谱分析技术探究解钾细菌对矿物形貌和结构成分的影响。结果表明,解钾细菌对钾长石和伊利石均有显著的解钾效应,该作用受水分、接菌浓度因素影响显著。钾长石最佳接菌量15%、最佳含水量70%;伊利石最佳接菌量20%、最佳含水量70%。钾长石受解钾细菌作用发生溶蚀,K含量降低,Si/Al降低,说明解钾细菌不但可以释放钾长石中的钾元素,还可溶出Si元素并用以自身的生长需求。伊利石受解钾细菌作用层间电荷降低,铝氧八面体中2价阳离子释放,层间电荷降低,造成层间K+离子和吸附水的释放。伊利石傅里叶变换红外光谱曲线显示K元素的释放与层间水分子的释放有关。因此,进一步研究解钾细菌作用下的土壤粘土矿物Si、Fe等元素的迁移,以及层间K元素与层间水分子的相互作用具有重要的生态意义。     

含油气岩系中含铵矿物研究现状与前景

研究表明,在含油气岩系中,当有机质发生热演变而成熟、并逐渐向烃类转变的整个过程中,氮主要以NH+₄的形式释放出来而进入孔隙流体与周围介质 (成岩矿物 )相互作用,最重要的机制是NH+₄可取代粘土矿物 (如伊利石,I/S混层矿物等 )层间的K+而参与成岩作用,形成含铵矿物,这一过程中氮的地球化学性质发生了重要变化,含铵矿物中固定 -NH4的富集状况与有机质成熟度及烃类运移有关。通过研究成岩和油气生成、运移、聚集过程中氮的岩石地球化学行为及其控制因素,可将固定 -NH₄作为有机质成熟度和油气运移路径的一种新的、有意义的示踪剂。     

铵含量和氮同位素对成岩成矿环境的示踪

在自然界中除氮气和硝酸根外，氮通常呈化合物铵离子存在，除部分有机质裂解生成的铵以游离吸附状存在于土壤、岩石及热水溶液中外，大部分深源和有机质裂解生成的铵，以固定铵的形式置换钾、钠、钙、铷和锶等存在于矿物中，在成岩成矿以及变质作用过程中，铵均可以进入矿物的晶格。铵替代钾、钠等的数量与岩石形成的环境有着密切关系，氮同位素分馏程度较大，在不同环境中分馏程度明显不同，δ^15N具有较大的分布范围，因此铵含量和氮同位素成为水-岩反应，岩浆来源和结晶，壳-幔相互作用过程和判别成矿物质来源的有效示踪剂之一。     

吉林露水河硅藻土在煅烧中的结构及性能的变化

应用X射线衍射、红外光谱分析、扫描电镜及化学分析方法对吉林露水河硅藻土在煅烧中的结构及性能的变化进行研究，结果表明：高温时蛋白石转变成方英石，激烈的相变温度为1160℃左右；当温度在1100℃～1200℃时，硅藻的微孔开始阻塞或消失，并出现开裂现象，硅藻的结构变得模糊，但硅藻仍保持其外形；室温～600℃，比表面积逐渐增加，600℃～1200℃比表面积则减少；室温～700℃时，pH值逐渐减小，700℃～1200℃时，pH值则逐渐增加。     

深层龙马溪组页岩气藏黏土矿物水岩作用微观机制

水岩作用对页岩气藏的地球化学特性和高效开采研究具有重要的意义。为研究我国西南龙马溪组深层页岩气藏水岩作用的微观机制,针对龙马溪组深层页岩组构特征,建立了深层页岩典型黏土矿物(镁蒙脱石、铁蒙脱石和伊利石)水岩作用的分子动力学模型,分析含水量、温度和矿物特征变化对晶胞层间距和水分子扩散系数的影响,通过实验验证水岩作用对典型矿物微观结构的影响程度。研究表明,随着层间水分子数量增加,蒙脱石和伊利石晶胞层间距增大;随着温度增加,蒙脱石和伊利石晶胞层间距变化不明显,层间水分子扩散系数增加;含水量和温度一定,蒙脱石晶胞层间距远大于伊利石,而伊利石的晶胞层间水分子扩散系数远大于蒙脱石,且镁蒙脱石大于铁蒙脱石晶胞层间距,而铁蒙脱石的水分子扩散系数大于镁蒙脱石。上述研究表明,水含量增加会加剧典型黏土矿物晶层破坏的程度,而温度升高会引起典型矿物晶层破坏速度的增快。与浅层页岩相比,温度升高可能导致深部页岩水岩作用更加剧烈。     

晋东南和豫中地区煤矸石中氮及其环境效应

通过对晋东南和豫中地区几个煤矿矸石堆及其周围的土壤和水体、井下矸石取样分析,发现这些矿的煤矸石中全氮的背景值为0.4%~0.8%。在中高煤变质程度地区,含铵伊利石夹矸中全氮高达1.0%~1.6%,铵伊利石的存在对于矸石堆中全氮含量的提高具有贡献。在矸石山周围积水中,具有较高的氮含量,说明雨水比较容易从矸石堆中将氮淋滤出来。煤矸石堆周围土壤中的氮含量并不高,说明煤矸石淋滤物并没有发生明显的横向迁移,可能主要表现为垂向渗透,有可能对地下水造成潜在的氮污染。