硫酸盐对麦积山砂砾岩风化影响的试验研究

麦积山石窟砂砾岩在盐分参与下出现粉化、剥落等现象,这大大加速了石窟岩体的风化进程。通过对砂砾岩进行毛细迁移及循环劣化试验,研究了硫酸盐在砂砾岩中的运移规律,分析了盐分参与下砂砾岩的破坏特征,并得出了其产生的结晶压力。结果表明：硫酸钠结晶使砂砾岩发生显著破坏;硫酸盐在砂砾岩中的运移呈现一定的规律性;硫酸钠溶液的浓度达到0.95～1.13 mol/L区间时,砂砾岩开始破坏,并且得出试验条件下结晶压力理论最大值可以达到33 MPa。     

Crystal Growth and Crystallization Time Scales of the Panzhihua Layered Intrusion: Constraint from Crystal Size Distribution

The Panzhihua layered intrusions is generated closely related to the Emeishan LIPs. This paper analyzes the spatial distribution of plagioclase and pyroxene. The quantitative texture analysis of 2209 plagioclase shows that the characteristic length of plagioclase is 0.54 to 0.96 mm, the intercept variation range is large, from ?0.67 to 0.96, and the slope is ?1.85 to ?1.04, the Aspect Ratio shows from 1.84 to 2.59 and fractal dimension D is 1.908–1.933. The quantitative texture analysis of 2342 pyroxene shows that the characteristic length of pyroxene is 0.38–0.64 mm, the intercept shows from 0.46 to 2.26, The slope ranges from ?2.6 to ?1.47, the Aspect Ratio value varies from 1.53 to 1.71, the fractal dimension D is 0.93 to 1.13. All the CSDs results of the Panzhihua intrusions indicate that plagioclase and pyroxene form in an open magma system and undergo four replenishment of magma injection. The plagioclase crystals do not grow as the lathlike shape, and the fractal growth leads to complex crystal surface. The plagioclase undergoes deformation compaction during the crystal process, and then is oriented. The pyroxene crystals grow along an approximately triaxial ratio and undergo texture adjustment and small crystal dissolution reabsorption. When all crystals in magma system grows up to 2 mm, the pyroxene undergoes cumulation in the Panzhihua layered intrusions. The plagioclase crystallization time scale is 171.23–304.41 years, representing that the crystallization is the more uniform in central part of the melt. The nucleation density continuously increases during the crystallization process of the magma system. The time scale to reach the final maximum crystal nucleation density is 15.28–58.98 years.     

火成岩结构的二维定量化分析方法

近些年,定量化火成岩结构研究表明,利用常规的岩矿鉴定设备,获取不同尺度的火成岩二维岩相学照片,通过肉眼识别矿物颗粒,并借助图像处理和结构分析软件,可以准确地量化火成岩的结构特征。本文结合近些年国内外同行的研究成果,对火成岩二维定量化结构分析方法中常用的多种观测方式优缺点进行了总结。粒度在毫米级以下的火成岩的定量化结构参数,可以用偏光显微镜下的透射光、反射光、阴极发光和电子探针背散射成像中的两种或两种以上观测方式进行分析,并具有较高的精度和准确度。粒度小于0.03 mm的各种镁铁质矿物可用反射光和背散射图进行分析,灰度近似的镁铁质矿物可以利用图像处理软件赋予不同的彩色,提高颗粒间的辨识度。常规偏光显微镜下不易区分的长英质矿物和多数副矿物可用偏光显微镜阴极发光进行分析。粒度在毫米级以上的造岩矿物可以用光片或野外测量的方式进行定量分析。为了方便相关领域学者使用火成岩二维定量化结构分析方法,本文详细列出了具体的分析步骤,并结合一个玄武岩样品中的橄榄石斑晶数据结果,重点分析以下4个方面的问题:(1)如何准确识别矿物颗粒边界;(2)矿物含量和形态的确定;(3)分析区域面积和颗粒数的确定;(4)不同晶体群的区分。分析结果表明,颗粒数100~500颗时,晶体粒度分布(CSD)的截距和斜率、矿物含量、定向程度和粒状矿物的三轴比在误差范围内没有显著区别,但颗粒最大长度和聚集程度会被低估。当颗粒数小于300颗时,晶体空间聚集程度的R值会被高估0.05~0.2,这一点在以往的研究中没有得到充分重视。当颗粒数大于500颗时,所有结构参数都趋于稳定,且精度和准确度都会显著提高。目前多数研究者提供的结构参数往往与观测和统计方式有关,缺乏对应的原始数据,不方便同行间的对比研究,建议学者今后发表相关成果时,提供详细的分析步骤和最原始的数据。分析步骤重点说明包括:(1)聚集矿物边界的识别和处理方式;(2)晶体三维形态的确定方法,样品间CSD参数的变化是否是由形态参数变化引起;(3)能够准确识别的矿物颗粒最小粒度;(4)利用颗粒数较多的样品选取较小的不同区域重复分析3到5个不同区域,评估样品的均一性,并据此估计样品的分析精度。原始数据方面包括:(1)提供同一个样品至少一个不同区域的分析结果,如果是多个作者的研究成果,建议提供至少两人独立分析的结果用来评估数据的精度和准确度;(2)文章正文或附件中应该提供每个样品不同粒度间隔的颗粒数,样品原始的高分辨率矿物轮廓描绘图或图片分析的相关原始参数。火成岩出现复杂晶体群时,定量化的结构参数往往体现的是多种晶体群的混合特征,并且与不同晶体群的比例有关。未来的研究需要结合多种观测方式和微区成分分析重点识别不同晶体群的结构参数,对粒度和成分近似的多种晶体群的识别,还需要开发更多有效的方法,这对准确认识火成岩结构多样性的成因和岩浆作用过程都有重要意义。     

醇羟基对碳酸钙矿物成核物相及界面能影响研究

文章通过对醇类物质参与下的碳酸钙成核过程进行研究,探讨生物流体中常见的羟基对矿物物相以及界面能的影响。研究结果表明多羟基醇有利于亚稳定球文石的形成,醇的加入会增加方解石和球文石的界面能,醇的羟基定向吸附造成的吸附位密度降低是提升矿物界面能最可能的机制,而溶剂氢键数量决定了碳酸根的自由度,有利于对称度低且CO₃^{2 -} 不平行的球文石形成。水和乙醇—水体系氢键作用弱,界面能低的方解石物相成为热力学优势物相。研究结果凸显了生物成矿流体受羟基影响强烈,通过控制流体中羟基物质含量,生物体可以完全掌控碳酸钙物相的形成部位,加深了对生物成因碳酸钙形成过程的理解。     

Organic matters and acid‐sulfate alteration in Itomuka mercury mine,Hokkaido, Japan: Implications for the transportation and deposition mechanisms of Hg

In order to examine the transportation and deposition mechanisms of Hg, we investigated the ore and hydrothermal alteration minerals and solid organic matters from Itomuka mercury mine located in the eastern part of central Hokkaido. In addition to the ore minerals, native mercury and cinnabar, quartz, marcasite, alunite, kaolinite, and minor amounts of pyrite and smectite were identified in the Hg ore by powder X‐ray diffraction (XRD) analysis. This mineral assemblage of acid sulfate alteration was likely developed under the conditions of low temperature (≤100°C) and low pH (≤2) in the steam‐heated environment. The H₂SO₄ was produced above the water table by the oxidation of H₂S separated from deep, near‐neutral fluids by boiling. The dominance of native mercury over cinnabar in Hg ore indicates that the greater part of mineralized Hg was transported as Hg⁰ in aqueous solution and vapor with low sulfur fugacity. The solid organic matters found in the Hg ore were analyzed with SEM‐EDS, micro‐XRD, and micro‐Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, and these results suggest that the organic matters contributed to keeping the low fO₂ of the Hg‐bearing fluid and transportation of Hg as Hg⁰ in S‐poor condition. Because the solubility of Hg in acidic fluid is low, neutral to alkaline fluid seems to have leached Hg from the basement sedimentary rocks of Hidaka Group which also supplied the organic matters to the fluid. The oxidation and cooling of Hg‐bearing solution and vapor triggered the deposition of liquid Hg as a primary phase.     

钙离子添加对沉水植物菹草(Potamogeton crispus L.)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)富集水体磷的影响

沉水植物光合作用形成的微环境有利于水体中钙和磷形成CaCO_3-P共沉淀,从而将水体中的磷永久性去除,避免植物腐烂后的二次污染但不同的沉水植物种类形成CaCO_3-P共沉淀的能力不同本文以沉水植物菹草(Potamogeton crispus L)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L)为实验对象,研究水体中添加钙离子(0、100 mg/L)对水体磷(磷浓度:0、0.2、2 mg/L)的去除和植物富集磷的差异,并通过植物灰分磷的组分分析,聚焦植物钙磷的变化,为生态修复中沉水植物的选择提供理论依据结果表明:(1)菹草和金鱼藻体系中总磷(TP)和溶解性反应磷(SRP)浓度显著下降,添加钙离子使降幅升高,且菹草体系中水体TP和SRP降幅均高于金鱼藻TP和SRP降幅;(2)菹草的干重全磷在高磷低钙(2-0)水平最高,灰分总磷在高磷高钙(2-100)水平最高,而金鱼藻干重全磷在高磷高钙(2-100)水平最高,灰分总磷在中等磷低钙(0.2-0)水平最高;(3)在2 mg/L的磷浓度下,添加钙离子使菹草的钙磷(HCl-P)和水溶性磷(H_2O-P)含量升高,有机磷(NaOH-P)含量降低,结果使灰分总磷含量升高,而金鱼藻NaOH-P升高,HCl-P和H_2O-P含量均降低,结果使灰分总磷降低这表明菹草通过提高吸附性磷和钙磷含量增强磷的富集,而金鱼藻则只显著升高了灰分中有机磷的含量显然,水体富营养化背景下,相较于金鱼藻,菹草具有更强的形成CaCO_3-P共沉淀的能力,具备竞争优势.     

影响海陆交互相沉积物亮度的几个因素

对中国北方莱州湾南岸钻孔上部54m海陆交互相沉积物的亮度进行研究,探讨其作为海陆交互相沉积物的环境指标的可行性,同时通过对比不同样品处理方式所得的亮度值探讨影响亮度的几个因素。测量分2次进行,分别使用Minolta CM-2002分光光度计针对柱状原样及Minolta CR400/410色差计针对风干研磨后的散样进行。研究结果表明,海陆交互相沉积物的亮度,尤其是经过风干处理后样品的亮度值,与碳酸钙含量及粒度两个古气候代用指标均具有显著相关关系,可以将其作为碳酸钙含量的替代指标应用于海陆交互相沉积物的环境演化研究。而亮度值与碳酸钙含量不一致性,可归因于沉积物中非碳酸钙组分的性质及含量。粒度与亮度的相关性显示,钻孔砂质沉积中含有的大量深色的有机质使得钻孔中粒度0～31μm的部分比例越高,亮度会越大,而粒度>31μm的部分比例越高,亮度会越小。2次亮度值的对比表明,水分、氧化作用及研磨是沉积物2次测量所得亮度值存在差异的主要原因。     

循环荷载下花岗岩细观损伤量化试验研究

在循环荷载作用下,花岗岩宏观尺度疲劳破坏是由于细观尺度微裂纹的萌生、发育和贯通引起的,因此对处于细观尺度的微裂隙进行量化分析,对于理解花岗岩的动力特性有一定的意义。利用扫描电镜（SEM）拍摄得到昌江花岗岩的大量细观结构图片,利用数字图像技术对图片进行处理,提取微裂纹的细观几何信息。从矿物晶体和微损伤形式两个角度定量分析了循环荷载作用过程中的细观损伤特征。研究结果表明：①循环荷载作用过程中穿晶裂纹大部分出现在长石晶体内,而云母晶体则以沿晶裂纹为主;②在3类微裂纹中以沿晶裂纹发育速度最快,是疲劳损伤中主要的损伤形式;③沿晶裂纹和穿晶裂纹发展中所消耗能量占微裂纹开裂能量的大部分     

白云岩层中硬石膏岩对隧道结构危害机制研究

以杭兰公路宜巴段白云岩层中不规则发育的硬石膏岩为研究对象,采用X-衍射试验、离子色谱分析、环境扫描电镜及能谱分析等试验手段,定量研究硬石膏岩对隧道结构的危害。研究结果表明,硬石膏岩对隧道结构的危害主要表现在其水化膨胀作用、溶蚀产生的硫酸盐侵蚀及其溶出的酸性环境对白云岩溶蚀的加剧作用。在此基础上,结合区域工程地质条件,提出硬石膏岩及其与白云岩耦合溶蚀作用下的隧道混凝土防护结构劣化机制。给出以降低地下水水位及提高混凝土性能为主的类似工程治理建议。