不同亚类硅酸盐矿物的中红外光谱学特征

利用热红外发射光谱研究了不同亚类硅酸盐矿物镁橄榄石、透闪石、蛇纹石和钠长石的红外发射光谱特征。在120oC时,通过对400～1650 cm-1的红外波段进行积分计算,发现硅酸盐矿物中镁橄榄石的发射率最高,可达到0.988,钠长石最低为0.947。硅酸盐矿物在850～1300cm-1区间均产生宽的低发射带,该发射带与硅氧四面体层中(Si,Al)-O的伸缩振动相关;在470 cm-1左右则形成相对尖锐的低发射带,与硅氧四面体层中(Si, Al)-O的弯曲振动相关。从岛状、链状、层状到架状硅酸盐矿物由于Si O2聚合程度依次增加,最强发射谷的位置依次向高频方向偏移,说明硅氧四面体中Si-O伸缩振动带的位置受到了n(Si)/n(O)比值的制约。此外,在辐射能量谱里,镁橄榄石、透闪石、蛇纹石和钠长石的最强辐射谷范围趋于变宽,依次为115、162、225和247 cm-1,反映了吸收的辐射能增加。综上可推测,硅酸盐矿物强的发射率可能与硅氧四面体中Si-O的振动模式、Si O2的聚合度、辐射能量谱中最强辐射谷的波长范围有关。     

方解石-白云石-菱镁矿的中远红外光谱学特征研究

利用拉曼光谱和红外光谱研究了方解石、白云石和菱镁矿的光谱学特征,探究了影响三种矿物红外辐射性能的因素。三种矿物的拉曼光谱(Raman)、中红外吸收光谱(MIR)、远红外吸收光谱(FIR)显示随着矿物中镁含量的增大将会影响CO₃^2-的面外弯曲振动(ν₂)、反对称伸缩振动(ν₃)和平面内弯曲振动(ν₄),使各光谱特征峰均向高频端迁移。基于黑体辐射定律以及在80 ℃、400~2 000 cm^-1矿物的辐射能量谱,结果显示方解石、白云石、菱镁矿的发射率依次减少(0.951,0.938,0.895)。三种矿物的红外吸收光谱和发射光谱中的振动位置均受CO₃^2-基频的显著影响,在1 300~1 650 cm^-1均产生宽的低吸收带,该吸收带与CO₃^2-的反对称伸缩振动相关,且吸收带范围(202,236,272 cm^-1)与发射率之间呈负相关关系。因此,当最强化学键的振动出现在发射光谱窄的吸收带范围内会产生相对较高的辐射能和发射率。此外,矿物的晶体结构也会影响发射率,大的离子半径、键长和晶胞体积将降低辐射过程中能量的吸收,增强辐射特性。综上研究结果,方解石、白云石和菱镁矿的拉曼光谱和红外光谱揭示了金属原子的相对质量对光谱学特征的显著影响,其发射率可能受到C—O键的反伸缩振动范围、最强吸收带控制的最低发射率以及矿物晶体结构的共同影响。这项研究呈现了必要的光谱信息和热发射率数据以识别特定的碳酸盐矿物,为类似矿物的光谱特征研究奠定了基础;同时为进一步认识地壳中大量的碳酸盐矿物提供了研究方法,也为地外勘探的深入研究给予相关的理论基础。     

电气石红外光谱和红外辐射特性的研究

精确测试和研究了不同种属电气石的红外光谱特征及不同种属、不同温度条件下热处理电气石的红外辐射特性。结果表明：电气石具有高红外发射率的本质在于其晶体结构中的分子振动具红外活性;铁、镁电气石红外发射率相近,且都大于锂电气石的红外发射率;电气石热处理的温度与红外发射率之间存在一定的对应关系,随着热处理的温度的增加,红外发射率减小,当温度增大到800℃红外发射率达到最大值,超过900℃,电气石开始分解,红外发射率开始下降;电气石在室温下最大单色辐出度相应的波长为9~10μm 与绝对黑体9.72 μm 吻合较好,为良好的红外吸收与发射材料。     

鲁西地区含白云石碳酸盐岩的矿物学特征及其形成环境分析

白云石的成因受到地质学界的广泛关注,现今在实验室中能够利用微生物合成高有序度的白云石,但天然白云石的成因与原始沉积环境特征的相关性并未完全揭示。本研究选取鲁西地区馒头组含白云石碳酸盐岩沉积地层为研究对象,通过矿物学、元素地球化学等分析,初步判断该地层白云石成因并重建白云石地层的古沉积环境,探讨了两者之间的关系。结果表明：白云石含量在本套地层中的均值为52.45%。Sr/Cu值(均值为23.59)与Ga/Rb值(均值为0.17)指示其整体表现为炎热干旱的古气候特征。δ¹³C值(均值为-1.56‰)与δ¹⁸O值(均值为-6.68‰)指示本套地层为海相沉积,推测古水温平均为23.5℃,古氧化还原特征表现为弱还原至常氧化的平稳过渡。灰岩地层δ¹³C值平均为-0.80‰,而白云岩地层δ¹³C值平均为-6.52‰,存在轻碳的明显富集,结合宏观叠层构造,判断白云石为生物成因。本研究中白云石沉积环境中的古气候、古氧化还原条件、古水温和古生产力特征与白云石发育情况存在明显耦合,为白云石生物成因提供了相关依据与指示意义...     

碳酸盐矿物和碳酸盐岩天然热释光的实验研究

碳酸盐岩的天然热释光强度变化特征所表征的地质信息,是一个值得探讨的研究方向。通过对碳酸盐单矿物及其人工混合物和采自云南省三叠系个旧组的碳酸盐岩进行热释光实验研究,测定出①碳酸盐单矿物和碳酸盐岩的最优实验条件;②碳酸盐单矿物方解石和白云石热释光曲线形态;③碳酸盐单矿物人工混合物的峰形和峰值大小与其物质含量有关;④同一剖面的碳酸盐岩的天然热释光曲线各峰的强度变化趋于一致。     

碳酸盐岩地层中B元素测试方法——一种改进的ICP-AES方法

为解决碳酸盐岩地层中B元素分析困难的问题,采用HF-HNO3-HClO4-H3PO4溶样,电感耦合等离子体发射光谱法测定碳酸盐地层中的B元素。该方法的特点是,在溶样体系中加入适量H3PO4避免B元素的挥发损失,并对H3PO4最佳用量进行了试验。方法检出限3.8×10-6(10SD),用国家一级标准物质进行准确度、精密度验证,精密度(RSD)小于6.44%,准确度(ΔlgC)小于0.087。该方法还可以同时测定Be、Ba、Cr、Cu、Co、Ni、Pb、Mo、V、Mn、Li、Zn、Ga等十几种元素,也适用于土壤、岩石、水系沉积物其它样品中B等多元素同时测定。运用该方法测试了西南天山哈拉奇地区碳酸盐地层中B、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Ba等元素,并对其地质意义进行了简要探讨。     

碳酸盐岩地层中B元素测试方法——一种改进的ICP-AES方法

为解决碳酸盐岩地层中B元素分析困难的问题,采用HF-HNO3-HClO4-H3PO4溶样,电感耦合等离子体发射光谱法测定碳酸盐地层中的B元素。该方法的特点是,在溶样体系中加入适量H3PO4避免B元素的挥发损失,并对H3PO4最佳用量进行了试验。方法检出限3.8×10-6（10SD）,用国家一级标准物质进行准确度、精密度验证,精密度（RSD）小于6.44%,准确度（ΔlgC）小于0.087。该方法还可以同时测定Be、Ba、Cr、Cu、Co、Ni、Pb、Mo、V、Mn、Li、Zn、Ga 等十几种元素,也适用于土壤、岩石、水系沉积物其它样品中B等多元素同时测定。运用该方法测试了西南天山哈拉奇地区碳酸盐地层中B、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Ba等元素,并对其地质意义进行了简要探讨。     

碳酸盐岩地层中B元素测试方法——一种改进的ICP—AES方法

为解决碳酸盐岩地层中B元素分析困难的问题,采用HF—HNO,-HClO3-H3PO3溶样,电感耦合等离子体发射光谱法测定碳酸盐地层中的B元素。该方法的特点是,在溶样体系中加入适量H3PO4避免B元素的挥发损失,并对H3PO4最佳用量进行了试验。方法检出限3．8×10^-6（10SD）,用国家一级标准物质进行准确度、精密度验证,精密度（RSD）小于6．44％,准确度（△1gC）小于0．087。该方法还可以同时测定Be、Ba、Cr、Cu、Co、Ni、Pb、Mo、V、Mn、Li、Zn、Ga等十几种元素,也适用于土壤、岩石、水系沉积物其它样品中B等多元素同时测定。运用该方法测试了西南天山哈拉奇地区碳酸盐地层中B、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Ba等元素,并对其地质意义进行了简要探讨。     

碳酸盐岩的声波特性研究及其应用

基于岩溶地区碳酸盐岩试样室内声波测试分析发现: ( 1)泥质灰岩和角砾状灰岩的波速比普通灰岩、灰质白云岩比一般白云岩和角砾白云岩的高。( 2)灰岩的声波、密度略大于白云岩的声波、密度,灰岩的动弹性模量、剪切模量和体积模量也比白云岩大。( 3)溶蚀程度和微小结构面对碳酸盐岩中波的传播速度影响较大,灰岩波速随风化程度的提高而降低。( 4)纵、横波速与岩石的密度具有线性关系,利用密度、波速、纵横波速比或泊松比可初步判断碳酸盐岩在岩性上的差别。( 5)声波测试和单轴抗压强度试验求得的岩石的弹性模量具有一定的相关性,利用声波测试结果可以推求实际工程中计算、设计所需的力学参数。      

岩石变形过程中红外辐射的实验研究

对岩石变形过程中产生的红外辐射进行了实验研究，实验表明：试件加载过程中，微破裂伴随产生红外辐射，微破裂愈强，所产生的红外辐射就愈强，在红外热像仪中显示图像就愈明显，这一现象的发现将对红外遥感技术用于岩石力学和岩土工程有重要意义。     

Quantitative study of landscape patterns in homogenous carbonate rock distributed regions in Guizhou

With the utilization of GIS software, research is conducted on （a） the characteristics of cells, fragmentation, and patch fractal of landscape based on homogenous carbonate rocks in Guizhou; （b） causes of the formation of these characteristics. It has been found that under the influence of lithology, the landscape of the study region as a whole shows consistency, yet embodies distinct diversity inside. The consistency is embodied in the following aspects： （a） the preponderant landscape consists of bushes and small woods; （b） secondary landscape is characteristic of forests and grounds covered with grass; （c） of all the patches making up the study area small patches are in the majority, with positive-skewed distribution of patches-as a result, steep peaks are characteristic of the charts showing the distribution of patches. The factor of scale is not taken into account in the study of patches. The shapes of patches tend to be regular with strong disturbances from human activities, and consequently, the values of fractal dimensions of landscape types tend to get smaller. The fragmentation of patches is more apparent in landscape under influence of human activities than the one without these disturbances. Compared with regions characteristic of homogenous dolomite, the characteristics of homogenous limestone areas are described as follows： （a） low utilization rate of water resource; （b） uneven distribution of diversified landscape; （c） weak resistance against disturbances from human activities; （d） the continuous degradation, ever-increasing fragmentation, intensification of spatial heterogeneity, and the deteriorating stability of landscape.     

微生物对碳酸盐岩的风化作用

微生物-矿物相互作用可以促进许多表生生物地球化学反应过程,是表生地球化学研究的重要内容。通过综合岩石表面的微生物类群及其地质作用,分析碳酸盐岩微生物风化的各种现象,特别是微观尺度上的各种形态,阐述碳酸盐岩的微生物风化机制与风化产物,笔者提出微生物对碳酸盐岩风化的4种途径:(1)通过微生物在岩石表面和缝隙中生长,导致岩石表层发生生物溶蚀、生物磨蚀和生物钻孔作用,加速岩石风化进程;(2)微生物群体形成的钻孔网络可以增强岩石化学溶蚀的有效表面积并导致其表面强度减弱而促进机械侵蚀作用,微生物对周围岩石颗粒胶结结构的破坏、疏松作用也会导致岩石矿物颗粒的分解;(3)微生物的持水作用,微生物分泌的有机酸以及微生物呼吸所释放的CO2对岩表水分的酸化过程亦加速岩石矿物的分解;(4)微生物生长过程中从岩石内摄取营养元素和产生复杂的有机配体,能促进矿物元素的释放。文中提出在开展微生物对碳酸盐岩风化过程和机理研究的基础上,有必要引入微生物生物技术来综合开发本地低品位含钾磷矿产资源,加速岩溶地区山地土壤的形成与演化。     

含碳酸盐混合砂的三轴剪切试验研究

含碳酸盐混合砂作为一种特殊的岩土材料主要分布于热带沿海地区,独特的成因和组构使得其具有不同于陆源砂的岩土工程特性。针对取自我国南海的珊瑚砂与取自长江流域石英砂按不同质量百分比配制而成的混合砂,开展不同围压下的三轴固结排水剪切试验,研究不同碳酸钙含量混合砂的剪切特性。结果表明:(1)混合砂峰值强度随有效围压和碳酸钙含量的增加呈近似线性增长;(2)围压及碳酸含量是影响混合砂剪胀特性的主要参数,随着碳酸盐含量的增加,胀缩转换点及其对应的轴向应变量增大;(3)随着碳酸盐含量的增加,混合砂的黏聚力呈线性增加趋势,峰值内摩擦角?f缓慢增长;(4)混合砂的相对破碎率Br随碳酸钙含量及围压的增加而增加。     

大地电磁测深法在冀中坳陷深部碳酸盐岩热储调查评价中的应用

地热资源作为一种清洁能源,在“双碳”背景下,其开发和利用越来越受到重视。为了探查渤海湾盆地的冀中坳陷深部碳酸盐岩的热储条件,笔者等利用3条大地电磁测深剖面,进行了数据处理、分析和反演,获得可靠的二维电阻率模型和电阻率等深度平面图。分析研究区深部电性结构特征及主要断裂构造特征,同时根据基底隆起形成的高阻异常对深部碳酸盐岩分布和埋深进行了推断,并对冀中坳陷深部碳酸盐岩热储进行评价,以圈定地热异常远景区。分析认为：① 研究区电性结构可以被划分为5层,其中第5电性层为高阻标志层,对应深部碳酸盐岩基底;② 据此圈定了3类深部地热远景区：基岩埋深小于4000 m,如高阳低凸起地热远景区、黑龙口低凸起地热远景区（徐水凹陷）和河间潜山地热远景区（饶阳凹陷）,基岩埋深4000~5000 m,如雁翎潜山地热远景区（霸县凹陷）,基岩埋深5000~5500 m,如肃宁潜山地热远景区和留路潜山地热远景区;③ 大地电磁测深方法适用于冀中坳陷深部碳酸盐岩热储远景区的探查。深部热储远景区的圈定,可为后期的地热资源评价和开发利用建立基础。     

碳酸盐岩岩层与石漠化关系分析——以桂西北喀斯特石山区为例

以桂西北碳酸盐岩石山区为例,采用野外地质特征调查和岩石化学分析等技术手段,从碳酸盐岩岩层的厚度、倾角和岩性等方面来分析喀斯特地区石漠化的成因,并结合反映石漠化程度的土壤和植被的盖度等相关数据,对岩层与喀斯特地区石漠化程度进行相关分析,得出喀斯特地区石漠化与碳酸盐岩岩层的厚度、倾角和岩性等具有相关关系的结论,即岩层厚度大的地区石漠化程度更高,岩层厚度小的地区石漠化程度较低;中等岩层倾角岩层分布区有利于雨水的流动和成土,石漠化程度较低;岩石性质的差异对石漠化程度也有相关性,石灰岩类的酸不溶物含量较低,对成土不利,其植被的盖度相对也较低,相应的石漠化程度更高。相反,白云岩类岩层区的石漠化程度较低。     

考虑不均质度的岩石声发射数值模拟研究

利用离散元颗粒流软件模拟了岩石单轴压缩破坏过程,采用内嵌FISH语言,通过设置随机缺陷来建立不同均质度的岩石数值试样对岩石的声发射规律进行了研究。结果表明,不均质度对于岩石声发射特性有着重要影响,随不均质度的增加,试样的峰值强度下降,声发射总数大幅增加,空间分布也更为分散,声发射出现时间更早,持续时间更长,峰值后的声发射保持更高的强度;单轴应力状态下声发射最大强度出现时间相比峰值破坏时间有不同程度滞后,不均质度越高,滞后效应越明显,显示岩石破坏要早于声发射峰值出现时间。     

微生物诱导碳酸盐沉积改善裂隙岩石防渗性能和强度的试验研究

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术主要利用微生物生命活动与环境反应形成的碳酸盐来修复岩土体。为了研究该技术改善含裂隙岩石防渗性能和强度的效果,利用巴氏芽孢杆菌开展了裂隙黄砂岩的修复试验,并对修复后的裂隙黄砂岩进行了无侧限抗压、核磁共振和电镜扫描(SEM)等测试,分析了巴氏芽孢杆菌对裂隙黄砂岩的修复效果和修复机制。研究表明:巴氏芽孢杆菌对裂隙黄砂岩具有较好的修复效果;修复时间越长,巴氏芽孢杆菌的修复效果越好。修复42d后,裂隙黄砂岩的孔隙率下降36.41%,防渗性能提升94.62%,抗压强度增加30.52%。巴氏芽孢杆菌具有较好修复效果原因在于,其诱导产生的碳酸钙能够胶结填充物与试样,大幅降低试样的孔隙率,改善其内部孔隙结构的均质性。     

Salinity reflux and dolomitization of southern Australian slope sediments: the importance of low carbonate saturation levels

Anomalously saline waters in Ocean Drilling Program Holes 1127, 1129, 1130, 1131 and 1132, which penetrate southern Australian slope sediments, and isotopic analyses of large benthic foraminifera from southern Australian continental shelf sediments, indicate that Pleistocene–Holocene meso‐haline salinity reflux is occurring along the southern Australian margin. Ongoing dolomite formation is observed in slope sediments associated with marine waters commonly exceeding 50‰ salinity. A well‐flushed zone at the top of all holes contains pore waters with normal marine trace element contents, alkalinities and pH values. Dolomite precipitation occurs directly below the well‐flushed zone in two phases. Phase 1 is a nucleation stage associated with waters of relatively low pH (ca 7) caused by oxidation of H₂S diffusing upward from below. This dolomite precipitates in sediments < 80 m below the sea floor and has δ¹³C values consistent with having formed from normal sea water (? 1‰ to + 1‰ Vienna Pee Dee Belemnite). The Sr content of Phase 1 dolomite indicates that precipitation can occur prior to substantial metastable carbonate dissolution (< 300 ppm in Holes 1129 and 1127). Dolomite nucleation is interpreted to occur because the system is undersaturated with respect to the less stable minerals aragonite and Mg‐calcite, which form more readily in normal ocean water. Phase 2 is a growth stage associated with the dissolution of metastable carbonate in the acidified sea water. Analysis of large dolomite rhombs demonstrates that at depths > 80 m below the sea floor, Phase 2 dolomite grows on dolomite cores precipitated during Phase 1. Phase 2 dolomite has δ¹³C values similar to those of the surrounding bulk carbonate and high Sr values relative to Phase 1 dolomite, consistent with having formed in waters affected by aragonite and calcite dissolution. The nucleation stage in this model (Phase 1) challenges the more commonly accepted paradigm that inhibition of dolomitization by sea water is overcome by effectively increasing the saturation state of dolomite in sea water.     

同步辐射软X射线吸收谱与发射谱测定天然针铁矿能带结构

天然半导体矿物由于成分、缺陷复杂,传统测试方法如紫外可见漫反射等难以准确测定其禁带宽度.本文以针铁矿为例,通过第一性原理计算得到纯针铁矿及掺Al针铁矿的电子结构.计算结果显示,纯针铁矿导带底与价带顶均由Fe3d与O2p轨道组成,而当含杂质Al时,Al2p与O2p发生杂化参与了价带组成.在此基础上,利用同步辐射X射线氧的K边吸收谱与发射谱对纯针铁矿及天然针铁矿的能带结构进行了测定.结果表明,天然含Al的针铁矿禁带宽度为2.30eV,小于纯针铁矿(2.57eV).本研究提供了一种测定天然氧化物矿物禁带宽度的新方法,为深入研究天然半导体可见光催化活性产生机制提供了理论依据.