岩浆玻璃相和工业硅酸盐玻璃相的结构和应用研究

采用电子探针、拉曼探针、x衍射和高温高压试验等手段对火山岩和超基性岩岩浆包裹体、珍珠岩、黑曜岩、绝热SiO_2纤维、锆铝硅耐火材料和人工合成硅酸盐中玻璃相的成分、分子网络结构、断键程度,径向分布函数、Si-O键长和Si-O-Si键角等进行了系统研究并获得下列结论: 1)无论是地质体玻璃相还是工业硅酸盐玻璃相,其分子网络结构都是由单体[SiO_4]、二聚体[Si_2O_7]、环与链[SiO_3]、层[Si_2O_5]、架[Al Si_3O_8]和纯架状[SiO_2]6种网络单元所组成。 2)建立了在1μm~2范围内测量玻璃相网络类型和断键程度的拉曼微探针法。对国际上有争议的非晶玻相网络结构理论提出了新的模式和研究方法。 3)对含铬超基性岩岩浆包裹体的研究发现,强结晶化和半结晶化的岩浆玻璃包裹体是钠长石质玻璃相,以层状和架状网络为主,对应于铬尖晶石结晶的早期,而弱结晶化的岩浆玻璃包裹体是绿泥石质玻璃相,以层状和链状网络为主,架状网络为次,形成于铬尖晶石结晶的晚期。显而易见,对玻璃相分子网络结构的研究有助于重溯天然岩浆结晶和演化的物理化学历史,对研究矿藏的生成条件和提高工业硅酸盐材料的性能具有重要的意义。     

幔源岩浆氧化还原状态及对岩浆矿床成矿的制约

岩浆的氧化还原状态是控制许多基本地质过程的关键热动力学参数之一。估算玄武质岩浆和源区岩石氧化还原状态的常用方法主要包括多价元素的价态、多价元素的分配系数、共存矿物对的化学平衡和全岩化学比值。岩石学实验的深入和分析技术手段的快速发展使精确估算岩浆氧逸度成为可能。这有力地促进了对地幔源区成分、岩浆的部分熔融程度和熔融方式与分异演化历史,以及岩浆矿床的成因机制及成矿过程的研究。幔源岩浆的氧化还原状态复杂多变,不仅与构造背景有关,还与地幔深度(压力)、交代作用和部分熔融有着密切联系。而在岩浆到达浅部地壳后,结晶分异、岩浆去气和同化混染等过程也能不同程度地改变岩浆的氧逸度。因此,即使来自同一构造背景的幔源岩浆也呈现出明显的氧逸度不均一性。氧逸度的高低对源区部分熔融过程中金属元素的地球化学行为、岩浆的分异演化趋势、Fe-Ti-V氧化物饱和时间的早晚和S在岩浆中的溶解度具有明显的控制作用。因此,岩浆的氧逸度对钒钛磁铁矿矿床和汇聚板块边缘的岩浆硫化物矿床的成矿过程具有显著的影响。     

氧化还原电位与岩浆体系中锡的行为

为了估计岩浆体系的成矿能力和矿质的迁移途径,必须知道熔体结晶和流体分馏过程中戍矿元素(即杂质元素)行为的一般规律。微量组分的存在不会影响体系中所发生的作用,但体系所处的物理化学条件会影响多个相之间和某些相内部微量组分的分配。根据现代硅酸盐熔体结构和硅酸盐混晶理论研究,还不能从理论上计算分配系数,而有(作为天然作用中杂质元素的)成矿元素参加的硅酸盐体系的实验资料极少。     

电位落差法与氧化系数法对砂岩型铀矿氧化还原环境判定研究

岩石的电位差(△Eh)的变化与成矿机理及探矿找矿有密切关系。文章以高锰酸钾作为氧化剂,采用电位落差法、氧化系数法来研究砂岩型铀矿的氧化还原电位,系统研究两种方法对砂岩型铀矿△Eh测定结果的影响,提升砂岩型铀矿氧化还原性的检测效率。结果表明,通过矿物成分中的Fe3+/Fe2+值判断矿化带的氧化还原特性,与电位落差法测定的结果相吻合,两种方法得到佐证。可将该电位落差法测砂岩型铀矿氧化还原电位引入铀矿勘测现场,对环境影响较小,现场初步检测工作效率提升。为野外寻矿探矿现场快速地对砂型铀矿氧化还原性判断提供了理论及技术支持。     

华南地区南沱冰期海洋氧化还原环境研究

新元古代晚期地球经历了两次“雪球地球”事件,对冰期后埃迪卡拉纪的海洋氧化和多细胞生物的多样化产生了重大影响。然而由于冰期化学沉积岩的缺乏,迄今为止对南沱冰期海洋氧化还原条件了解不多。碳酸盐岩稀土元素地球化学特征能有效地反映其形成时的环境条件,已广泛用于恢复地质历史时期古环境条件。在贵州省松桃地区发现了一套南沱组自生沉积的碳酸盐岩,为探讨华南地区南沱冰期海洋古环境提供了理想的地质材料。该白云岩产于南沱组下部,厚约1.6 m,夹于两套冰碛砾岩中间。采用微钻技术钻取白云岩粉末,稀醋酸溶样,利用等离子体质谱仪（ICP?MS）进行稀土和其他微量元素分析。分析结果显示稀土元素含量较高,ΣREE为（23.0~46.6）×10-6,PAAS标准化后稀土元素显示Ce的弱负异常或无异常（平均值0.90）,可变的Eu和La异常,中稀土富集,Y/Ho比值平均为34.6。白云岩稀土配分特征与现代氧化的海水明显不同,结合样品中高的Fe、Mn含量特征,反映了南沱冰期华南地区表层海水整体处于缺氧富铁的环境,可能制约了冰期后的海洋氧化和多细胞真核生物的演化。     

石家庄污灌区水土环境中铁氧化菌及其影响因素分析

为了查明河北省石家庄市近郊污灌区包气带和地下水的污染状况,采用最大可能数法(MPN法)对污灌区水土环境中的常见细菌进行培养,通过铁氧化菌在水土环境中数量的变化及其与各环境因子之间的关系分析得出：研究区铁氧化菌在pH为7.4(中偏碱性)、氧化还原电位(ORP)为318 mV(氧化环境)、温度为15 ℃、溶解氧(DO)质量浓度为4.7~7.8 mg/l、井深40 m的地下水环境中生长较好,数量可达1.1×10⁵ 个/ml;铁氧化菌在pH为8.07~8.28、含水量为19.0%~22.9%、岩性为粉土、深度为3.5 m以浅的土壤环境中生长较好,数量可达5.1×10⁷个/g。研究结果表明由于长期污灌,研究区的浅层地下水和上部3.5 m的土壤不同程度地受到污染。铁氧化菌在水土环境中大量繁殖,并不断地把可利用的Fe ²⁺氧化成不溶性的Fe ³⁺ ,影响了研究区的水土环境,使研究区的生态环境产生变化。     

汇聚环境岩浆氧化态来源的进展与展望

汇聚板块边缘的俯冲带是壳幔相互作用最为强烈的区域, 其重要特征是俯冲板片将地表物质带入地球内部并在上覆板块产生强烈的岩浆活动, 同时孕育铜、钼、金和其他具有重要经济价值的金属矿床。现有研究显示, 俯冲带弧岩浆的氧逸度总体高于洋中脊玄武岩, 但对于弧岩浆的高氧逸度的成因存在争议。目前有关弧岩浆高氧逸度的来源存在如下认识: (1)板片俯冲过程中释放的高氧化性流体对地幔楔持续氧化, 该流体可能来源于蚀变基性洋壳、上覆沉积物和/或下伏的蛇纹岩化地幔; (2)地幔部分熔融形成的含水熔体与周围地幔反应过程中, 还原组分(例如H₂)的丢失促使氧化性弧岩浆的形成; (3)上升熔体在深部岩浆房演化过程中, 富Fe²⁺矿物相(石榴子石、角闪石等)的分离结晶和/或去气作用致使残余熔体氧逸度升高。本文系统梳理了弧岩浆高氧逸度成因的最新进展, 从俯冲带不同来源流体(俯冲沉积物、基性洋壳、岩石圈地幔)的氧化性、地幔尺度内熔岩反应、地壳尺度内弧岩浆分离结晶和去气作用三方面进行系统总结, 评述研究现状和争议存在的原因, 并对未来研究进行了展望。

     

硅酸盐介质中铁和铝地球化学行为的模拟实验研究

Presented in this paper are some results of simulating experiments on the geochemical behaviours of iron and aluminium during chilling of silicate meh and on the effect of iron on the behaviours of trace elements U, Mo, Zr, and Ba with a sealed arc apparatus. Experimental results indicate obvious fusing separation of iron and aluminium and their Partial concentration in the silicate melt when the contents of iron and aluminium in the samples are in excess of 4.35%. Furthermore, the effect of fusing separation of iron on the behaviours of trace elements U, Mo, Zr, and Ba is evident. Experimental study has shown that it is possible to avoid iron fusing separation by changing its atomic valence state with the oxidation method.     

海相沉积氧化还原环境的地球化学识别指标

全球海洋在10-5.4亿年间演变成氧化环境,此后历经多次全球性的缺氧事件后演变到现在的氧化环境.海水和沉积物中多种无素的循环、分异和富集明显受氧化还原条件的影响.Mn、Mo、Cr、V和U等变价元素的溶解度随氧化还原条件的改变产生极大变化,导致沉积物中的元素含量分异:Ni、Co、Cu和Zn等在还原条件下形成硫化物沉淀,导致沉积物中对应元素的富集.这些元素的地球化学行为是古海洋氧化还原条件的灵敏指示剂,作为恢复古海洋氧化还原条件环境变化的地球化学指标.黄铁矿化程度(DOP)、生物樗化合物和Ce异常等也是沉积物氧化还原条件的常用判别指标.泥岩石研究中通常采用DOP、U/Th、自生U、V/Cr、Ni/Co和生物标志化合物等指标,碳酸盐岩则主要采用Ce异常指标.当前各种指标的定性分析都取得比较一致的结果,但是用一种或几种定量的地球化学指标来恢复整个古海洋的氧化还原环境目前还有很大的问题.     

氧化环境对油松花粉保存影响实验研究

花粉保存能力差异是影响花粉谱准确性的重要因素之一,采用KMnO4溶液和HNO3溶液作为氧化剂,模拟自然环境氧化条件对油松花粉保存影响情况.结果表明:同一KMnO4溶液浓度条件下,随时间延长油松花粉完好率呈下降趋势;浸泡相同时间,随KMnO4溶液浓度增大油松花粉完好率亦明显下降.经68%HNO3溶液浸泡18 h后,残留的完好花粉外壁变薄,纹饰变模糊,24 h后花粉几乎完全被溶解.一般认为油松花粉保存能力较强,而经2%KMnO4溶液和68%HNO3溶液处理后,发现在短时间内就足以使油松花粉大量破碎或溶解,表明氧化环境对油松花粉保存影响强烈.氧化环境对油松花粉腐蚀作用强于碱性环境.     

硅酸盐液体和玻璃的振动谱学研究

本文描述了振动光谱在硅酸盐液体及玻璃研究中的应用，提供了Ｋ２ｉ２Ｏ５和Ｋ２Ｓｉ４Ｏ９的最新喇曼光谱资料，讨论了相对于溶体松驰时标的振动光谱时标。基于粘度及热容的实验测定，硅酸盐体系通常被描述为“液体”或“玻璃”。它们的特征测定的时标要比振动光谱实验长得多。由于硅酸盐架状结构在一般实验室温度范围内具较长的结构松驰时间，硅酸盐“玻璃”和“熔体”对振动光谱实验总是表现出相同的无松驰响应。这是“玻璃”与“     

海洋Re、Mo和U对氧化还原环境的指示作用

氧化还原敏感微量元素 Re、Mo 和 U 主要依靠扩散作用通过沉积物—水界面,在不同氧化还原条件下的沉积物中自生富集,Re在轻度还原的次氧化沉积环境中富集,Mo在还原性更强的硫化环境中富集,而 U 具有较宽的富集沉积深度区间。Re、Mo和 U 独特的地球化学行为使其可用于指示海洋环境的氧化还原状态,其在沉积物中的自生富集程度与沉积时所处的氧化还原条件具有良好的相关性：Re、Mo 和 U 在氧化沉积环境(Re/Al<1.3×10^-7,Mo/Al<0.4×10^-4)和季节性缺氧区覆盖的沉积环境中富集程度较小,在常年性缺氧区覆盖的沉积环境(U/Al>5×10^-4,Mo/Al>5×10^-4)和硫化沉积环境(Mo/Al>5×10^-4)中富集程度较大。除依据其地球化学行为特征和相对富集程度进行定性分析之外,还可以结合元素富集系数(TM_EF<1 表示亏损,TM_EF>1 表示富集,TM_EF     

产铀矿石硅酸盐全分析中铁对五氧化二磷的干扰校正方法

应用碱熔-磷钒钼黄光度法以检测波长420nm分析产铀矿石硅酸盐中P2O5时,样品中共存元素铁与钒钼酸铵显色剂发生络合反应,显现与磷钒钼黄相同的黄色而同时被检测,产生正干扰使P2O5测定结果偏高。本文对碱熔-磷钒钼黄光度法测定产铀矿石硅酸盐P2O5的检测波长进行波长校正消除铁干扰。以Fe2O3作为硅酸盐全分析中铁的考核量,变换检测波长从400nm到480nm,考察Fe2O3不同添加量（0.00~0.70mg/mL）分别对0.20μg/mL、2.00μg/mL和8.00μg/mL P2O5吸光值的影响。实验表明：①当P2O5检测波长从国家标准方法420nm变换到450nm,校正了产铀矿石中铁对P2O5分析结果产生的正干扰。以产铀岩石国家标准物质GBW04117~GBW04122为验证样品,样品中Fe2O3和P2O5的含量均在校正范围内。②在450nm下对产铀岩石、玄武岩、泥质灰岩国家标准物质P2O5进行分析,其结果符合误差要求,方法精密度（RSD）在1.1%~15.7%之间。可以满足硅酸盐样品、产铀矿石等相似基体样品P2O5检测要求。③此波长校正方法操作简单易行,为碱熔-磷钒钼黄光度法测定产铀矿石硅酸盐P2O5提供了方法补充。     

三江平原土地利用变化对水体中铁环境行为的影响

三江平原湿地农田化对铁的赋存形态、迁移转化特征及输出量产生影响。以湿地沼泽水体和稻田水体为研究对象,利用切向超滤技术分离铁的形态,研究土地利用变化前后铁的形态、迁移转化特征的差异。结果表明：湿地农田化后水体中可溶态总铁质量浓度下降16.9%;由于水体pH值的升高,Fe²⁺质量浓度下降56.3%,非溶解态酸性不稳定铁含量显著升高。沼泽水和稻田水在迁移过程中,铁均以络合态铁和酸性不稳定态铁2种形态迁移。沼泽水在迁移过程中Fe2+和络合态铁含量下降,酸性不稳定态铁含量升高,胶体态铁含量变化不大;稻田水在迁移过程中,络合态铁和酸性不稳定态铁含量下降,Fe²⁺和胶体态铁含量较稳定。2种水体铁形态的转化有较大差异：日间沼泽水中非溶解态的酸性不稳定态铁向可溶态铁转化;稻田水体可溶态铁向酸性不稳定态铁转化。     

二氧化碳储存环境对油井水泥性质影响之研究

二氧化碳存入地下以地质封存方式进行减量是一项可行的工程手段。干燥情况下二氧化碳基本没有危害。然而在进行地质封存时,气井通常在地下水层、盐水层等潮湿的环境下操作,二氧化碳与水结合会形成碳酸,形成一个酸性的环境。实验室将API G级油井水泥添加包括飞灰、膨润土、重晶石与硅粉,在潮湿(100%)、饱和二氧化碳（常压,70 ℃）环境条件下养护28 d,研究其力学性能、化学成分及微观结构之间的关系。试验项目包括抗压强度、微观结构分析、X射线衍射及EDS扫描电镜。观察其养护样品发现,API G级添加飞灰的水泥呈现出最佳抗压强度及最深的碳化深度。而API G级添加膨润土的水泥现出最低抗压强度及最浅的碳化深度     

氧化还原影响上地幔橄榄石的地震波特性

正上地幔地震波的速度和衰减的横向变化(耗散应变能)有望用来提取地球内部的一些关键特性,比如温度、主要元素组成、熔融分数和含水量。但要将这些数据转化为有意义的物理性质表示,则需要对影响地震波传播的微观机理有一个深刻的理解。尽管传统观点认为名义上无水矿物中的结构水(羟基)能够显著影响矿物岩石的地震波特性,但还需要更多实验研究来量化这一影响。最近,以澳大利亚国立大学Cline II C J.为首的研究团队在不同温度、不     

海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ~(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10~(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10~(-3)～30×10~(-3),Mo—U富集系数比1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10~(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。     

氧化还原条件对土壤砷(Ⅴ)稳定化作用的影响

探讨了不同氧化还原条件下土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化作用。研究结果表明不同氧化还原条件下外源水溶性砷(Ⅴ)进入土壤体系后,各种形态砷随培养时间增加的变化规律总体上表现较为一致。培养180天之后,水溶态和交换态砷在微孔扩散等作用下随培养时间分别下降至2.4%~4.7%和2.8%~3.2%。碳酸盐态砷主要受控于p H以及相应的表面沉淀作用。有机态砷存在再分配现象,最高值达48.8%~50.1%,有机态砷下降的同时,伴随氧化物态和残渣态砷的上升。越趋向氧化环境会使得土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化程度越高,反之,越趋向还原环境土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化程度越低。各种氧化还原条件下,土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化过程均具有明显的阶段性特征,缺氧和过渡条件下表现为3阶段特征,而好氧条件下表现为4阶段特征。