方解石和钾长石在模拟蚯蚓肠液中的初始溶解动力学机理及意义

蚯蚓肠道内小分子有机酸与摄入的土壤矿物相互作用,加速矿物溶解。摄入的土壤在蚯蚓肠道内平均停留时间约为12 h,不足以使土壤矿物产生显著的溶解特征,因此这一过程难以在蚯蚓体内进行评估。本研究通过体外实验控制pH值和有机酸浓度,模拟蚯蚓肠道中有机酸对土壤中常见矿物的溶解反应,探讨了方解石和钾长石在蚯蚓肠道环境中的初始溶解动力学。研究发现,矿物在混合有机酸中的溶解速率比在纯水中高一个数量级,说明有机配体和质子促进了矿物溶解。溶解速率及粒度分析表明,方解石(CaCO₃)溶解速率不受溶解过程中粒度变化的影响,而钾长石(KAlSi₃O₈)粒度在溶解期间未出现显著变化。在此基础上,采用初始速率法模拟了钾长石的初始溶解动力学,计算得出的溶解速率表明钾长石在溶解初期主要为表面K~+的释放。使用缩核模型(shrink core model)和Hixson-Crowell模型对方解石溶解过程进行动力学解析,发现方解石的溶解主要受溶液中反应物内扩散的速率影响。这定量描述了两种矿物在有机酸溶液和纯水中的溶解差异。现有研究表明,有机配体和质子协同促...     

岩体裂隙网络矿物溶解-沉淀-迁移数值模拟

为了研究岩体裂隙网络中矿物溶解-沉淀的变化规律及其对溶质运移的影响,联合矿物溶解-沉淀动力学模型、渗流模型和溶质运移模型建立了岩体裂隙网络矿物溶解-沉淀-迁移模型,经过水溶液络合物计算和矿物成分分析,对研究区域方解石溶解-沉淀作用及溶质运移进行了数值模拟。得出的结论主要有:(1)受裂隙网络分布的影响,溶质运移分布极不均匀,溶质主要通过连通的裂隙从上游向下游迁移;(2)考虑方解石的溶解-沉淀作用之后,在溶解区域溶质浓度增加,在沉淀区域溶质浓度减少;(3)通过对比分析,可知方解石溶解-沉淀受水溶液中CO23-浓度影响较大。     

方解石在不同水环境中的溶解与沉淀作用

方解石的溶解与沉淀是各种岩溶地质作用的基础,但对其在不同水环境条件下的溶解过程和溶解度有待深入研究。文章通过实验研究了天然方解石(CaCO₃)在不同水环境中的溶解作用。结果表明,方解石在纯净水、空气饱和水、CO₂饱和水、初始pH=3的溶液和初始pH=9的溶液中溶解时,Ca浓度随着溶解时间的增加呈现缓慢升高并趋于稳定,在溶解4 080 h后达到0.4444～0.4696 mmol·L^-1、0.402 0～0.415 4 mmol·L^-1、0.573 9-0.659 7 mmol·L^-1、1.098 1 mmol·L^-1和0.448 9 mmol·L^-1;方解石(CaCO₃)在纯净水中溶解时溶度积(K_sp)为10^-8.48±0.08～10^-8.48±0.13,吉布斯生成自由能ΔG_f^o[CaCO₃     

流动CO_2-H_2O系统中方解石溶解动力学机制——扩散边界层效应和CO_2转换控制

利用旋转盘实验装置和高分子生物催化剂技术,笔者研究了流动CO_2-H_2O系统中方解石溶解动力学及其控制机制。实验发现,方解石的溶解既受到固-液界面间扩散边界层(DBL)的控制,还受到扩散边界层内CO_2慢速转换反应(CO_2+H_2OH~+HCO_3~-)的控制。然而,高CO_2分压(P_(CO_2)>0.01 atm)时,溶解主要为CO_2慢速转换控制,而低CO_2分压(P_(CO)_2<0.01atm)时,溶解主要为扩散边界层控制。对于这些发现,利用DBL理论模型进行了成功的解释。     

山西延河泉域方解石溶解及沉淀速度分带

研究了方解石理论溶蚀速度的基本原理及溶解、沉淀动力学理论;采用水质资料计算了延河泉域内各水样点的溶解或沉淀速度,并对其进行了分带。      

海底蚀变玄武岩中次生组分去除实验研究

选择有大量次生方解石沉淀的海底蚀变玄武岩为研究对象,研磨、均一化后将粉末样品分为49份,其中48份分别以0.25,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5 mol/L 6种浓度的足量HCl溶解0.5,1,2,4,8,16,32,64 h,选取溶解残渣测定其主要氧化物和特征微量元素含量,研究确定HCl溶解法去除海底玄武岩中次生组分的浓度—时间组合。结果表明,1.0 mol/L-0.5 h,1.0 mol/L-1 h,1.0 mol/L-2 h,1.0 mol/L-4 h,1.5 mol/L-0.5 h,1.5 mol/L-1 h,2.0 mol/L-0.5 h,2.0 mol/L-1 h和2.5 mol/L-0.5 h等9种HCl浓度—时间组合是可供去除海底蚀变玄武岩中次生碳酸盐的理想方案。     

流动CO2—H2O系统中方解石溶解动力学机制：扩散边界层效应和CO2转？…

利用旋转盘实验装置和高分子生物催化剂技术,笔者研究了流动ＣＯ２－Ｈ２Ｏ系统中方解石溶解动力学及其控制机制。实验发现,方解石的溶解既受到固－液界面间扩散边界层（ＤＢＬ）的控制,还受到扩散边界层内ＣＯ２慢速转换反应（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ←→Ｈ＾＋＋ＨＣＯ＾）的控制。然而,高ＣＯ２分压（Ｐｃｏ２〉０．０１ａｔｍ）时,溶解主要为ＣＯ２慢速转换控制,而低ＣＯ２分压（Ｐｃｏ２〈０．０１ａｔｍ）时,溶解主要为扩散为边     

埋藏条件下方解石热力学平衡及其在塔河油田埋藏岩溶预测中的应用

方解石在成岩环境中的溶解度与地下水化学特征、温度等有着极为密切的关系。通过CaCO3溶解沉淀反应平衡以及地下水中的Ca2+活度可以确定不同温压的地下水条件下方解石的溶解趋势。地下水溶液的pH值和温度是方解石溶解度最直接的控制因素。方解石溶解趋势可以通过CaCO3电离反应的吉布斯自由能(ΔG)来判断:ΔG<0时,反应向溶解方向进行;ΔG>0时,反应向沉淀方向进行。根据方解石的水岩反应理论,对塔河油田34口井的奥陶系地层水进行了ΔG的统计计算。结果显示:塔河油田现今地下水条件有利于方解石的溶解,西部地区较东部溶解趋势强,北部地区溶解趋势相对较弱。这为定量了解塔河地区埋藏岩溶趋势及该地区的储层评价预测提供了理论依据。     

CO2—咸水—方解石相互作用实验

为揭示咸水环境中CO2与方解石相互作用的特点,选取方解石作为研究对象,设计在不同温压条件下(85℃,5.0MPa;135℃,5.7MPa;185℃,8.8MPa)进行了3组CO2-咸水-方解石的系列实验研究,重点探讨了方解石溶解现象的成因和温度对于方解石溶解程度的影响。实验前后岩样扫描电镜观察、反应液离子变化分析表明,实验后,3组实验中的方解石均表现出溶蚀坑、溶蚀带和溶蚀晶锥的溶解现象;方解石的溶解度在85℃时最低,185℃次之,135℃最高。研究结果表明,在含CO2的咸水中,方解石的溶解现象有溶蚀坑、溶蚀带和溶蚀晶锥,各自的分布规律及规模与温度有关。在含CO2的咸水中,方解石也具有各向异性的溶解特点。使方解石产生最大溶解度的温度峰值可能出现在135～185℃之间。超过这一温度,温度的升高会使方解石的溶解度下降。实验再现了方解石在咸水环境中的溶解、沉淀过程,对于CO2地质封存示范工程具有非常重要的意义。     

碳酸盐岩溶蚀动力学模拟实验

本文给出了碳酸盐岩溶蚀研究的新方法,即动力学模拟实验方法。这一方法是依据碳酸盐（MeCO3）——二氧化碳（CO2）——水（H2O）体系的两个水化学模型:方解石—CO2-H2O体系模型和白云石—CO2—H2O体系模型—而建立起来的。此二体系的状态和方解石或白云石的瞬时溶解速度仅受两个独立变量如Pco2和pH的制约。因而所设计的动力学实验也仅需要观侧二个独立变量。此外本文还以实验结果为基础讨论了方解石溶解的动力学规律。实验结果表明,动力学模拟实验结果较为可靠,方法较为先进。它为进行碳酸盐岩溶蚀的定量研究提供了一个新方法。      

降尘矿物在柠檬酸中的溶出顺序研究

针对自然降尘进行的物相、成分分析表明该降尘的物相组成非常复杂,以石英、方解石、钠长石、白云石、云母为主要物相成分。为探讨降尘中矿物在有机酸中的溶解情况,进一步揭示其对人体的危害程度。本文以西宁降尘为研究对象,并选择柠檬酸为代表有机酸,分别用XRD、FTIR及ICP-AES等方法对柠檬酸处理前后降尘的残余固体及反应上清液进行分析。结果表明,降尘中方解石在经柠檬酸作用10 min后完全溶解,白云石在16 h内基本溶解完全,根据红外分析结果,Si—O、Al—O结构未发生明显破坏。然而,溶出元素结果显示,Al、Si的溶出量随着溶解时间的增长而缓慢增加,说明柠檬酸对Si—O四面体及Al—O八面体也造成了一定的破坏作用。通过分析降尘中3种难溶矿物在相同条件下的溶解速率可以得出,在整个溶解过程中,钠长石的溶解速率高于绢云母,而石英的溶解速率在不同的溶解时间有着较大的差异。根据3种纯矿的溶解速率推断三者的溶解顺序,钠长石明显先于云母溶解,石英的溶解先后顺序还有待进一步研究。通过降尘及纯矿在柠檬酸中溶解过程中不同时刻的元素溶出比例及矿物溶出速率可以得出除石英外4种主要矿物的溶解顺序为:方解石,白云石,钠长石,绢云母。     

衢州市上方镇方解石矿床碳、氧同位素地球化学特征

为研究浙江省衢州市上方镇方解石矿床的成岩成矿环境,采集了上方镇方解石矿床中的大理岩样品,用MAT-253型气体同位素质谱仪对其进行了碳、氧同位素分析测试。结果表明,样品的δ¹³C_PDB和δ¹⁸O_SMOW均值分别为-1.32‰和18.25‰,计算的盐度指数Z值为97.42～130.08,均值为118.50,在δ¹⁸O_SMOW-δ¹³C_PDB图解上大多数样品点落于海相碳酸盐与碳酸盐溶解作用范围内,上方镇方解石矿床大理岩的原岩应为沉积成因,可能形成于宽阔的海洋环境。     

方解石(10■4)晶面在含重金属溶液中的生长及新生长面的溶解

溶液中的金属离子对方解石的生长和溶解均有影响,但关于方解石中固有的杂质离子对其溶解的影响还了解甚少。本研究利用原位原子力显微镜(AFM)考察了室温下方解石(10■4)晶面在含Mn~(2+)及含Cd~(2+)溶液中的生长过程,并对其新生长面直接进行原位溶解观察。实验表明,溶液中的Mn2+和Cd2+可参与方解石的生长,分别形成(Ca,Mn)CO_3固溶体和(Ca,Cd)CO_3固溶体。新生成的含Mn、Cd方解石的溶解速率仅为纯方解石的14.3%～60.3%,说明晶体中的Mn和Cd可抑制方解石的溶解。因此方解石生长阶段可通过在(10■4)晶面形成含重金属固溶体从而固定Mn和Cd,由于新生长的固溶体溶解速率小于纯方解石,从而延缓Mn和Cd的迁移,并降低其环境污染的风险。     

陕西洛川黄土中碳酸盐的某些地球化学特征

本文对陕西洛川黄土中的碳酸盐从矿物成分、化学成分和同位素组成进行了系统研究，建立了确定黄土中原生方解石和次生方解石含量的方法，并提出了黄土气候地层研究的两个地球化学指标。研究表明，洛川黄土中的碳酸盐主要是次生方解石，是由原生方解石在成土过程中溶解转变而成的。     

方解石(10(-1)4)晶面在含重金属溶液中的生长及新生长面的溶解

溶液中的金属离子对方解石的生长和溶解均有影响,但关于方解石中固有的杂质离子对其溶解的影响还了解甚少.本研究利用原位原子力显微镜(AFM)考察了室温下方解石(10(-1)4)晶面在含Mn2+及含Cd2+溶液中的生长过程,并对其新生长面直接进行原位溶解观察.实验表明,溶液中的Mn2+和Cd2+可参与方解石的生长,分别形成(Ca,Mn)CO3固溶体和(Ca,Cd)CO3固溶体.新生成的含Mn、Cd方解石的溶解速率仅为纯方解石的14.3％～60.3％,说明晶体中的Mn和Cd可抑制方解石的溶解.因此方解石生长阶段可通过在(10(-1)4)晶面形成含重金属固溶体从而固定Mn和Cd,由于新生长的固溶体溶解速率小于纯方解石,从而延缓Mn和Cd的迁移,并降低其环境污染的风险.     

鄱阳湖流域赣江下游水化学特征及人类健康风险评价

人类活动对鄱阳湖赣江流域水质的影响受到广泛关注,厘清流域内污染水体对人类的健康风险状况有利于更好地保护和利用水资源。本研究于赣江下游采集39个地下水和16个地表水样,在分析其水化学特征和影响因素的基础上,对地下水水化学成分演变进行反向模拟,并对地下水水质以及潜在非致癌风险进行评价。结果表明,研究区地下水呈弱酸性-中性(pH=5.47~7.60),以HCO₃-Ca-Mg型水为主,部分为Cl-Ca-Mg型水,硅酸岩风化和矿物溶解-沉淀作用是水化学类型形成的主要控制因素;地表水呈中性-弱碱性(pH=6.94~8.19),主要为HCO₃-Cl-Ca-Na型水,其形成与硅酸岩风化、大气降水和人类活动有关。PHREEQC模拟计算结果表明,地下水中大部分矿物饱和指数(SI)为负数,其中岩盐的SI为-7.80~-9.53,指示该矿物溶解剧烈;白云石、石膏和方解石的SI分别为-1.72~-6.39、-1.65~-3.96、-0.51~-3.09,表明三种矿物呈溶解趋势。反向模拟结果显示,赣江干流地下水化学特征演变过程经历了Ca-蒙脱石、岩盐、白云石溶解和方解石沉淀,同时消耗CO₂;支流中命名为NCGW-3的路径表现为高岭石、方解石、玉髓和白云石溶解,石膏、Ca-蒙脱石、黑云母和斜长石沉淀,同时产生CO₂,可能与人为作用的干扰有关。其余支流地下水反向模拟结果与干流结果相似。熵权水质指数(EWQI)计算结果表明,干流地下水水质优于支流地下水,沿赣江受Mn、N {\mathrm{O}}_3^{-}影响水质降低;地下水非致癌潜在风险主要为对婴儿存在严重风险,其次是儿童,对成年男性和成年女性风险相对较小,支流水质存在的潜在风险相较于干流更为显著。     

淋雨对桂林鲕粒灰岩溶蚀机理的实验研究

灰岩在自然环境下易发生溶蚀,其中水是引起灰岩发生溶蚀的重要因素。在淋雨试验箱内利用纯净水冲刷鲕粒灰岩表面,研究动力水对鲕粒灰岩溶蚀的机理。实验共进行1200 h,每隔120 h（即为1个循环）后,测试试块的表面微观形貌、质量和波速等参数,并基于起伏度变化计算溶蚀速率。微观形貌的测试结果表明,淋雨可以导致试块表面的方解石基质溶解与鲕粒脱落。其中,第1~4次循环间,试块表面方解石基质缓慢溶解,溶蚀速率为0~0.05 μm ·h-1;第5次循环时,试块发生鲕粒脱落,溶蚀速率增大到0.08~0.47 μm ·h-1;第6~10次循环间,方解石基质缓慢溶解,溶蚀速率为0~0.06 μm ·h-1。同时,弹性波速在整个淋雨循环过程中没有变化,表明灰岩试块的内部没有发生劣化。     

莺歌海盆地乐东区储层碳酸盐胶结物成因机理及与流体活动的关系

乐东A区中新统黄流组是南海北部莺歌海盆地高温超高压天然气勘探的主力层系,发育重力流水道-海底扇沉积的细、中、粗粒砂岩,中、低、特低渗物性特征,多期次、多类型碳酸盐胶结。研究碳酸盐胶结物类型、期次、成因机理及其与流体活动的关系,对于储层评价预测有重要意义。研究结果表明,碳酸盐胶结物表现为早、中、晚三期方解石与早、晚两期白云石,由早期到晚期,方解石及白云石的δ¹³C、δ¹⁸O值负偏增大,MnO、BaO、SrO等含量增高,早—中期方解石的形成与生物碎屑、碳酸盐矿物溶解再沉淀有关;晚期铁方解石、(铁)白云石的形成与深部热流体、无机CO₂、有机酸脱羧有关。方解石的溶解-沉淀受地层压力及CO₂含量共同控制,地层压力与天然气组分中CO₂含量相对较高,溶解作用较强,(铁)白云石发育;反之则溶解作用较弱,(铁)方解石发育。     

方解石(10(-1)4)晶面在含重金属溶液中的生长及新生长面的溶解

溶液中的金属离子对方解石的生长和溶解均有影响,但关于方解石中固有的杂质离子对其溶解的影响还了解甚少.本研究利用原位原子力显微镜(AFM)考察了室温下方解石(10(-1)4)晶面在含Mn2+及含Cd2+溶液中的生长过程,并对其新生长面直接进行原位溶解观察.实验表明,溶液中的Mn2+和Cd2+可参与方解石的生长,分别形成(Ca,Mn)CO3固溶体和(Ca,Cd)CO3固溶体.新生成的含Mn、Cd方解石的溶解速率仅为纯方解石的14.3％～60.3％,说明晶体中的Mn和Cd可抑制方解石的溶解.因此方解石生长阶段可通过在(10(-1)4)晶面形成含重金属固溶体从而固定Mn和Cd,由于新生长的固溶体溶解速率小于纯方解石,从而延缓Mn和Cd的迁移,并降低其环境污染的风险.     

方解石表面Cd2+与Pb2+类质同象的AFM研究

 借助原位液槽原子力显微镜（in situ AFM）的观察,通过Cd2+,Pb2+替代方解石最外层晶格Ca2+生长模式的实验研究, 探讨了Cd2+与Pb2+作用下方解石表面溶解与结晶行为。在液体反应槽中,分别将含不饱和Cd2+与Pb2+溶液流经方解石{101 _ 4}解理面,结果发现:（1）Cd2+的存在不影响方解石沿<4_41> 晶向台阶的溶解,而Pb2+的存在则强烈阻碍了方解石沿<441>+晶向台阶的溶解;（2）停止输入溶液含Cd2+,Pb2+溶液后,随着方解石表面与溶液达到平衡,溶解过程逐渐转变为结晶过程。结果显示在Cd2+存在时,单分子生长层具有方解石原有的定向性,而在Pb2+存在时的生长则不具任何定向性。尽管有此差异, 但（Ca,Cd）CO3 和（Ca,Pb）CO3 固溶体都受控于单分子层外延生长这一结晶机理。 　　含Cd2+和Pb2+溶液对方解石溶解动力学的作用与选择性吸附的阳离子半径大小、吸附复合体的几何形状及其结晶学取 向有关。Cd2+离子倾向于优先进入更狭小的<4_41>- 晶向的微台阶上,而Pb2+则倾向于形成扭曲的八面体络合物吸附在更开 阔的<4_41>+ 晶向台阶上。因此,Pb2+存在下方解石表面生长方向无序可认为是白铅矿和方解石结构差异的原因。