荆门石膏矿岩遇水软化力学特性试验研究

针对荆门市荆花石膏矿中留作矿柱的新鲜石膏岩进行天然和饱水两种状态下的单轴和三轴压缩试验,结合微观扫描电镜试验,研究石膏岩的强度和变形软化特性及机制。结果表明:石膏岩遇水会发生显著的强度和变形软化。随溶液中SO_4~(2-)、Ca~(2+)浓度不同,强度软化系数在0.6~0.72之间,弹性模量软化系数在0.66~0.75之间,凝聚力c显著下降而内摩擦角φ基本保持不变。石膏岩具有良好的延性,天然状态下峰后应变软化转为理想塑性变形的临界围压在2.5~5.0 MPa之间,经饱水软化后临界转换围压低于2.5 MPa。石膏岩遇水软化机制与其主要矿物成分二水硫酸钙的微溶性质密切相关。在蒸馏水中,石膏岩主要因溶解造成矿物流失,弱化内部结构而软化;在硫酸钙饱和溶液中,石膏矿物溶解-重结晶的动态平衡改变了岩石内部结构,使其疏松化,造成其力学性质发生软化。试验结果加深了对石膏岩遇水软化力学特性的认识,对石膏矿采空区稳定性分析具有重要意义。     

新疆阿克苏典型山前洪积扇内高氟地下水的化学特征及氟富集机制

在内陆干旱区,作为重要饮用水源的地下水常面临氟含量超标问题。查明内陆干旱区高氟地下水的分布规律,了解氟在地下水中的富集过程及其影响因素,既可丰富高氟地下水的研究体系,也是保证内陆干旱区饮水安全的重要基础。以新疆阿克苏地区典型山前洪积扇——依格齐艾肯河-喀拉玉尔滚河河间地带为研究区,基于水文地球化学调查结果,刻画了高氟地下水的分布区;结合氟离子含量与特征性水化学指标间的关系,揭示了高氟地下水的成因机制。结果表明:①地下水中氟含量的变化范围为0.8~6.1 mg/L,83%的水样氟含量超过《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）规定的上限（1.0 mg/L）;②总体上,氟含量沿地下水流动路径逐渐增大,低氟地下水（ρ（F-）≤1.0 mg/L）分布在国道314以北的补给区,高氟地下水（ρ（F-）>1.0 mg/L）分布在国道314以南的径流区和排泄区;③高氟地下水的水化学类型以Cl·HCO₃-Na型为主,而低氟地下水则以Cl·SO₄-Na型为主,高氟地下水相比于低氟地下水优势阴离子偏向于HCO₃-;④地下水的pH值范围为7.9~8.9（均值为8.4）,表明其处于弱碱环境中。地下水中ρ（F-）与pH值呈正相关,此外构成浅层含水层的上更新统沉积物中含有黑云母、氟磷灰石等矿物,其表面存在一定数量的可交换F-,这表明水中OH-与矿物表面F-间的阴离子交换可能对氟的富集有一定贡献;⑤地下水的F-含量与Ca2+含量呈负相关,即高氟地下水中ρ（Ca2+）小于低氟地下水。考虑到氟化钙（CaF₂）是自然界中的主要含氟矿物,也是地下水中氟的主要来源,ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的这种负相关指示着高氟地下水中可能存在去Ca2+、Mg2+作用,如阳离子交替吸附或碳酸盐岩沉淀等。研究区地下水样中ρ（F-）与ρ（Mg2+）间也呈负相关关系,且和ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的关系高度相似,也佐证了高氟地下水中去Ca2+、Mg2+作用的存在;⑥绝大部分地下水样品都位于氯碱性指数图的负值区域,且ρ（F-）与CAI-1和CAI-2均呈较好负相关,CAI-1和CAI-2都随ρ（F-）的增大而减小,这表明高氟地下水中存在Ca2+、Mg2+与Na+间更强的交换作用,对氟富集起着重要作用。地下水中ρ（F-）与SAR间呈较好正相关关系,且高氟地下水样的SAR均值（5.71）远大于低氟地下水SAR均值（1.67）,这也进一步证明高氟地下水中的Ca2+、Mg2+与含水介质的Na+间存在强烈的交替作用,对氟的富集起着重要作用;⑦所有地下水样中的萤石均处于未饱和状态,且萤石的饱和指数（SI）与F-含量间呈现较好的正相关,这表明地下水对含氟矿物（主要是萤石）的持续溶解应是导致研究区地下水中氟富集的主要原因。与之相反,研究区所有地下水样中的方解石均处于过饱和状态（SI>0）。这表明CaCO₃的沉淀可能促进了CaF₂的溶解,导致地下水中氟离子质量浓度增高;⑧研究区低氟地下水的δ18O值介于-11.20‰~-10.67‰间,平均值为-10.94‰,而高氟地下水的δ18O值介于-11.65‰~-11.21‰间,平均值为-11.49‰,即低氟地下水较高氟地下水富集δ18O。此外,F-质量浓度较低（ρ（F-）≤3.0 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度呈负相关,即低氟地下水具有更正的δ18O值;F-质量浓度较高（ρ（F-）≥4.8 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度的相关性不显著,随F-质量浓度的增高,δ18O值基本维持不变。以上表明蒸发浓缩作用对地下水中氟的富集贡献较小;⑨研究区地下水中ρ（F-）/ρ（Cl-）比值与ρ（F-）间呈现正相关,即ρ（F-）/ρ（Cl-）比值随ρ（F-）增高呈增大趋势,这也说明地下水中氟富集的主要原因是含氟矿物的溶解,而不是蒸发浓缩作用。此外,Gibbs图也提供了证据:研究区地下水样基本处于水岩作用主导区域,表明地下水化学特征（包括氟的富集）主要受水岩作用控制,蒸发浓缩影响很小。总之,地下水中氟的富集主要由溶解作用引起,OH-与矿物表面F-间的交换也有贡献,但蒸发浓缩作用影响微弱。含氟矿物持续溶解的驱动机制是阳离子交替吸附（地下水中Ca2+与岩土颗粒表面Na+之间）及方解石沉淀所引起的地下水中Ca2+的衰减。      

海南南部沿海地下水水文地球化学及成因

海岸带地下水的水文地球化学特征及其成因研究对海岸带地区地下水合理利用、保护和污染防治等具有重大意义。利用Piper图、矿物相平衡分析、离子比例系数和Gibbs分析,揭示了海南南部沿海黎安港Z1、三亚湾Z2和板桥Z3监测井在大、小潮时段地下水的水文地球化学过程、水岩交互作用、成矿趋势和地下水的成因。结果表明,Z1、Z2和Z3的地下水分别为盐水、淡水和极度咸水。水化学类型分别为Cl-Na型、HCO3·Cl-Na·Ca型和Cl-Na型。硬石膏、石膏和岩盐溶解是该区地下水中的主要离子来源。Z1和Z3的地下水来源与受蒸发浓缩控制型的高矿化度的海水紧密相关,Z2的水化学环境主要受含钠硅酸盐矿物的岩石风化溶解作用影响。研究结果为进一步开展海岸带地下水环境监测和污染防治提供基础资料。     

水和水蒸气辅助粗晶三水铝石转化为勃姆石的机制研究

在165℃、175℃、185℃和195℃的温度条件下,对水热处理前和处理后的粗晶三水铝石样品分别进行了XRD分析和SEM表征,研究了粗晶三水铝石在水蒸气和热水中转变成勃姆石的相变过程。结果表明,水热条件下粗晶三水铝石转化成勃姆石的过程受控于溶解-再沉淀机制,而并非是通常认为的固体状态下的转变;相对于在热水中,水蒸气环境可以加速三水铝石向勃姆石的转化;所形成的勃姆石的粒径（4~7 μm）明显比前驱体三水铝石的粒径（120~200 μm）要小得多,表明可以利用粗晶三水铝石生产微晶勃姆石。在转化过程中,勃姆石微晶首先生长在三水铝石的晶体表面上,通过控制反应温度和反应时间,可形成壳层为勃姆石、壳下为三水铝石的具有双层结构的铝的氢氧化物颗粒,也有可能形成具有中空结构的勃姆石集合体颗粒。     

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.     

珠江口硒的形态分布特征

硒属于硫族元素,在化学和生物化学性质上,硒与硫、碲相似.它和砷一样也是一种类金属物质.硒广泛存在于自然界中,岩石、土壤、沉积物、水体、生物体以及大气环境都含有不同程度的硒.硒是生物必需的一种微量元素,一方面表现出重要的生物功能,另一方面在较高浓度下也表现出毒性,摄入过多可导致动物和人硒中毒[1].在陆源硒向海洋的输送中河流占重要贡献,河流可能是溶解硒输入海洋的主要来源[2,3].河口区是陆地径流与海水相互混合的地带,其中发生的反应直接影响元素的入海通量,因此研究河口化学元素的行为对估计河流向海洋的输入及建立全球生物地球化学循环模型有十分重要的意义.     

Second-order random interfacial wave solutions for two-layer fluid with a free surface

1 Introduction Interfacial waves travelling along the interface between two fluids of different densities can be often observed in subsurface layers of the ocean since the upper subsurface layer is warmer over much of the o- cean (Umeyama, 2002). They are…     

TOC-IRMS联用在线高温氧化测定溶解有机碳稳定同位素组成的方法研究

本研究利用总有机碳分析仪联用稳定同位素质谱仪(TOC-IRMS)技术,探讨了高温氧化法测试水体中溶解有机碳(Dissolved Organic Carbon, DOC)含量及稳定碳同位素组成。根据溶解有机碳的组成特征,从氧化难易程度、分子结构等方面选取5种可溶于水的化合物：咖啡因、葡萄糖、邻苯二甲酸、乙酸钾和腐殖酸钠,配置成DOC溶液。通过改变溶液碳含量、氧化温度、通氧量大小,载气流速等参数,研究不同实验条件对DOC碳转化率及δ¹³C值的影响。TOC-IRMS在氧化温度850℃,通氧时长20 s(流速10 cm³/min),载气流速80 cm³/min的条件下,测得5种化合物不同浓度DOC溶液的平均碳转化率为95.69%～103.57%;δ¹³C值与标定参考值基本一致,差值范围为-0.82‰～0.55‰。在上述实验条件下,测得不同类型水样的DOC含量相对标准偏差小于3.7%,δ¹³C值的标准偏差小于0.2‰,结果表明TOC-IRMS联用在线高温氧化法测定不同类型水样的DOC含量...     

柴达木低品位固体钾矿溶解转化率与品位关系

我国是缺钾大国,探明的可溶性钾盐十分有限,柴达木盆地是我国盐湖钾盐的聚集地,含水层骨架中含有数亿吨低品位固体钾矿,开发出这些低品位固体钾盐对增加国内钾肥供给,保障粮食安全具有重大意义。青海盐湖工业股份有限公司历经十年开发出低品位固体钾盐的浸泡式溶解转化方法,试验表明,固体钾盐的溶解转化率随固体钾品位的增加而增加,累计溶解转化率为56%～98%。该技术在柴达木多个盐湖得到推广应用,察尔汗盐湖保有固体钾盐达2.96×10~8 t,平均品位KCl为1.24%,根据试验数据回归分析溶解转化率77%,可溶解转化出钾盐(KCl)约2.28×10~8 t,柴达木盆地盐湖保有3.43×10~8 t固体钾盐,平均品位KCl为1.25%,溶解转化率78%,可溶解转化出钾盐(KCl)2.68×10~8 t,大幅度增加了钾盐储备量。