如何正确地由相图获取岩石成因信息

在一些学术论文、教科书、科研报告与研究生论文中.常常不正确地运用相图来获取火成岩形成时的温压等成因信息.最常见的错误是,只是单纯地根据火成岩在相图上的投影位置直接判读出岩石形成时的温压条件.而不考虑岩相学的特征.我们列举文献中常常出现错误的两个实例.来说明如何正确地判读相图,并获得岩石成因信息.     

碱性介质中水钠锰矿的生成途径

水钠锰矿(birnessite)是表生作用中含锰矿物岩石风化和氧化较为常见的产物. 在碱性介质中, 以O₂氧化Mn(OH)₂合成单相水钠锰矿, 结合快速X射线衍射(XRD), 粉晶XRD, 透射电子显微镜(TEM), 电子衍射(ED), 能量色散X射线分析(EDAX), 红外光谱(IR), 化学组成分析等方法和相关氧化锰矿物的Eh-pH平衡关系对该反应过程和水钠锰矿的生成途径进行了研究. 结果表明: 在实验条件下, 该反应过程可分为四个阶段: (1) 黑锰矿(Mn₃O₄, hausmannite)和六方水锰矿(β-MnOOH, feitknechite)的形成阶段, (2) 黑锰矿和六方锰矿转化为布塞尔矿(buserite)阶段, (3) 布塞尔矿生长阶段, (4) 布塞尔矿转化成水钠锰矿阶段; 氧化过程中, 布塞尔矿按两种途径由中间产物溶解后重新结晶生成, 矿物转化受其表面溶解O₂浓度决定的Eh值控制. 实验结果可为进一步揭示水钠锰矿在碱性介质中的形成机制提供重要的理论依据, 对水钠锰矿的合成, 改性和在材料科学中的应用也具有实际意义.     

盐卤硼酸盐化学 ⅩⅪ.MgO-B_2O_3-MgCl_2(8％)-H_2O体系20℃热力学非平衡态液固相关系

用动力学方法对标题体系过饱和溶液的结晶过程进行了研究,MgO:B_2O_3(mol比)为1:2、1:5和1:7时的结晶固相分别为多水硼镁石、三方硼镁石和硼酸,与MgCl_2浓度为28％时的结果对比表明,MgCl_2浓度越低,该四元体系溶液过饱和度越小,因此,液固相关系也变得比较简单,在本文研究的浓度条件下出现了多水硼镁石固相,而MgCl_2浓度为28％时却没有,拟合出结晶动力学方程,对结晶机制进行了探讨。     

铊-锗-硫三元素相平衡的实验研究

本文用抽真空石英管在干体系中对Tl-Ge-S三元系在300℃等温切面相关系和沿Tl_2-GeS_2及Tl_2-GeS变温切面假二元系相平衡进行了实验研究。 Tl-Ge-S三元系在300℃为三个液相区与三个二元相、八个三元相(包括三个固溶体)和十四个两相区、二十四个三相区稳定共存的复杂相关系。本实验首次合成了三个三元相(Tl_2Ge_(1-x)S_2、Tl_5Ge_(13)S_(24)、TlGe_3S_5)和三个固溶体相,即S·S·a(Tl_2~+Ge~(4+)S_3～Tl_2~+Ge_2~(2+)S_3)、S·S·b(Tl~+Ge_(0.5)~(2+)Ge_(0.5)~(4+)S_2～Tl~+Ge_3~(2+)S_4),S·S·c(Tl~+Ge_2~(2+)S_3～Tl_2~+Ge_5S_6)。     

盐湖卤水的蒸发结晶过程

本文从实验和理论相结合的角度上，总结了三十多年我国数十个盐湖等温蒸发和天然蒸发研究结果和研究经验，概括了三种类型盐湖卤水蒸发结晶的规律性，推荐了卤水蒸发结晶的相化学基础数据．对氯化物型卤水，由于介稳程度小，可采用Ｚｄａｎｏｖｓｋｉｉ推荐的四元体系Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ（２＋）∥Ｃｌ－—Ｈ２Ｏ平衡相图进行太阳池工艺计算；对于硫酸盐型卤水，宜用金作美五元体系Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ（２＋）∥Ｃｌ－、ＳＯ，－Ｈ２Ｏ介稳相图，而不是Ｖａｎ’ｔＨｏｆｆ平衡相图；对于后期，锂盐高度浓缩，宜用我们的四元体系Ｌｉ＋、Ｍｇ（２＋）∥Ｃｌ－、ＳＯ－Ｈ２Ｏ介稳相因；对于碳酸盐型盐湖卤水，可用我们的五元体系Ｎａ＋、Ｋ＋∥Ｃｌ－、ＣＯ、ＳＯ－Ｈ２Ｏ介稳相图作为相化学基础，而不是Ｔｅｅｐｌｅ平衡相图．从相平衡热力学角度上，实现了对卤水蒸发结晶过程的理论描述、计算和预测．其中对一里坪、达布逊、东台吉乃尔、西台吉乃尔等盐湖卤水的研究结果尚属首次报道．     

Ag_2S-Cu_2S-PbS和Ag_2S-Cu_2S-Bi_2S_3体系相关系及相关矿物共生组合研究

本文用抽空石英管法对三元硫化物体系Ag_2S-Cu_2S-PbS和Ag_2S-Cu_2S-Bi_2S_3在500℃的相图进行了研究。 Ag_2S-Cu_2S-PbS体系500℃相关系,受方铅矿和固溶体f.c.c.(Ag_xCu_(2-x)S)、b.c.c.(Cu_xAg_(2-x)S)所控制。在接近PbS-Cu_2S连线处有一液相区。随温度下降,方铅矿可与Cu_2-Ag_2S二元系上所有各相平衡共存。 Ag_2S-Cu_2S-Bi_2S_3体系在500℃时则包含六个固溶体,即块硫铋银矿、铜银铅铋矿、杂硫铋银矿、硫铋铜矿、CuBi_3S_5、Cu_3Bi_5S_9和新合成“C”(Ag_(1.1)Cu_(4.8)Bi_(5.8)S_(12))。最令人感兴趣的是无铜、无铅的铜银铅铋矿(Ag_2Bi_4S_7)合成成功。 以上二个三元系中矿物稳定性及共生关系也根据相图研究结果进行了讨论。     

二元系主要相图类型的热力学推导

本文介绍了混合 Gibbs 自由能-组成曲线的基本原理,并在此基础上,推导了二元低共熔系、分解熔融系、固态无限混溶系、具低共熔点的固态有限混熔系,液态有限混熔系相图以及二元系的旋节线和旋节点。     

柴达木盆地西部北区E13碎屑岩的成岩作用及其热力学分析

柴达木盆地西部北区E13地层普遍发育了很好的碎屑岩，储层物性与成岩作用密切相关。为了认清柴西北区E13有利储层的分布规律，在岩心观察、显微分析和各种分析化验的基础上，划分了本区成岩作用序列，并通过热力学分析进一步研究了成岩作用的控制因素。研究发现，本区主要存在四次较大规模的成岩作用，第一次是白云石胶结及交代作用，第二次是方解石的胶结与交代作用，第三次是胶结物的溶解，第四次是晚期硬石膏的胶结及交代作用，而油气充注发生在溶解作用之后硬石膏胶结作用之前。另外，压实和压溶作用贯穿整个成岩作用过程。各种成岩作用都是在一定的热力学体系下进行的，通过细致的热力学推导，绘制出包含方解石、白云石和硬石膏等矿物相在内的五组分相图，从而得到了成岩环境的地球化学特征。     

Na+,K+,Mg2+,Ca2+//Cl-,SO42——H2O六元体系中杂卤石形成条件的再认识

研究海水体系(即Na⁺,K⁺,Mg²⁺,Ca²⁺∥Cl^-,$SO_{4}^{2-}$-H₂O六元体系)中杂卤石的形成条件不仅有助于理解海相蒸发盐成因,对开发杂卤石钾资源利用技术也具有重要的指导作用。但杂卤石以及其他含有硫酸钙矿物(如二水石膏、半水石膏、无水石膏、钾石膏、多钙钾石膏、钙芒硝和水钙芒硝)的相平衡,无论是在实验研究方面还是在热力学模拟方面都仍然存在很多争议。由于缺乏杂卤石在复杂水溶液体系中可靠的相平衡数据,使人们对认识杂卤石成因和利用杂卤石钾资源带来巨大障碍。本工作对海水体系中杂卤石的形成条件进行了热力学模拟和实验研究。超过一年的长时间固液平衡实验表明25 ℃下Na⁺,K⁺,Mg²⁺,Ca²⁺∥Cl^-,$SO_{4}^{2-}$-H₂O六元体系中杂卤石的形成区域极为可观,且较前人实验结果均大数倍;同时证实了热力学模型预测结果的可靠性。这些结果为讨论盐矿床中杂卤石的形成条件提供了物理化学依据。25 ℃下可靠的热力学信息表明:杂卤石与其他盐类矿物的共生情况丰富多样,并且与前人看法不同,杂卤石的形成并不需要极高的钾、镁浓度。这给以杂卤石为指示寻找可溶性固体钾盐带来了挑战,但却指示了以杂卤石为线索更容易找到钾、镁盐未饱和的富钾卤水。     

鄂尔多斯盆地纳岭沟铀矿床板状矿体形成机制:来自含矿层黏土矿物研究的制约

纳岭沟铀矿床是近年来在鄂尔多斯盆地北部发现的一个大型铀矿床。与典型层间氧化带砂岩型铀矿不同,纳岭沟铀矿床具有矿体呈板状、似层状产出与铀矿物以铀石为主等特点。文章通过扫描电镜与X衍射等方法对含矿层不同地球化学分带砂岩黏土矿物组合类型、相对含量的变化开展了系统的研究,为该区铀成矿模式与板状矿体的形成机制提供依据。研究结果表明,含矿层砂岩中黏土矿物以呈蜂窝状、片絮状产出的蒙脱石为主,其次为呈片状、书页状及蠕虫状产出的高岭石与呈叶片状、花朵状集合体产出的绿泥石,局部可见伊利石与蒙脱石向绿泥石转化而成的绿蒙混层;从二次还原绿色带→矿带与原生带,呈现蒙脱石、绿泥石明显减少,高岭石含量与w(TOC)、CH_4明显增加的趋势,说明二次还原绿色带与矿带之间存在E_h-pH突变界面;含矿层经历了弱碱性大气降水(含铀含氧)、酸性流体(有机酸与煤成气)、中-低温碱性热液油气与富Na~+、Ca~(2+)的弱碱性流体(盆地卤水)的共同作用,其中弱碱性大气降水与中-低温碱性热液混合而成的碱性-氧化成矿热液与下伏延安组煤系地层演化产生的酸性-还原流体(有机酸与煤成气)在相互接触面上因Eh-pH突变而造成铀石的沉淀,并在E_h-pH突变界面上形成板状矿体。