混合岩化作用中交代岩和铁矿形成的实验研究

通过黑龙江西麻山、天宝山和河南桐柏山混合岩化交代铁矿床的野外地质工作,并进行了高温高压下系统的模拟实验。实验结果证明了在380～650℃的温度和300×10~5～700×10~5Pa的压力下,含K、Na卤化物的弱酸性混合岩化的热液,与太古代的变质岩经历了120个小时的持续交代作用,形成了与这些矿区基本相一致的交代岩和铁矿,揭示了混合岩化作用中形成了交代岩和铁矿的物理化学条件。     

A型岩套的分类、判别标志和成因

以新近在粤北开展A型岩套研究所获得的新数据，结合国内外文献中已发表的数据(17个岩体，124件样品)，讨论了A型岩套亚类型划分的必要性和亚类型之间的判别方法。将A型岩套分为两亚类型三组。A1类型主要以似长石正长岩、碱性正长岩和响岩为主(AS组)，SiO2不饱和、准铝、过碱-碱性岩石，通常含似长石，如方钠石、霞石、白榴石和钠沸石等为特征。A2亚类型为SiO2过饱和、碱质-亚碱质岩石。该亚类型又包括铝质A型花岗岩(AU她组)(弱过铝质、亚碱质岩石)和碱性花岗岩(AAG组)(准铝质、碱质-亚碱质岩石)；后者通常含少量钠钙质和钠质辉石和角闪石。在地球化学特征上，A1亚型具低SiO2，高ALK和NK／A值，相对富氯低氟，低R1和高R2，低Y／Nb比(具OIB源区特征)，高Nb／Ta，Zr／Hf，Eu／Eu*，LREE／HREE和锆石饱和温度等。A2亚型中，以AAG组为例，其许多地球化学特征与Al亚型相悖，如高SiO2，较低ALK，相对贫氯富氟，高R1和低R2，高10^4Ga／Al和Y／Nb(具IAB源区特征)，低Nb／Ta，Eu／Eu*和LREE／HREE，以及高的锆石饱和温度等。A2亚型中ALAG组除铝过饱和外，其他地球化学特征很相似于．AAG组。利用R1-R2，Yb／Nb-Yb／Ta，Nb-Y-Ce，Nb／Ta-Nb等图解可有效地区分和判别A型岩套中Al和A2两种亚型。利用A1和A2亚型Sr，Nd同位素组成，以亏损地幔-全壳两端员混合模拟计算A2亚型花岗岩物质来源得出结论，其源区物质主要是以地幔端员占优势，地幔组分占68％～78％(7个岩体)，只有Namibia的碱流岩为下地壳成因，其地幔组分仅占30%。A1亚型碱性正长岩(3个岩体)以亏损地幔-富集地幔两端员混合模拟计算表明，其源区物质中富集地幔端员所占比例较低，为4％～17％，表明A型岩套两亚型其源区物质组成有明显不同。     

一株岩生真菌对白云岩中稀土元素溶出、迁移和富集影响的研究

选用一株从碳酸盐岩表面分离的真菌,研究了实验条件下岩生真菌对白云岩中稀土元素的溶出、迁移和富集作用过程。通过分析不同培养时间真菌培养液上清液及菌丝体稀土元素浓度和组成特征,研究了真菌生命活动对稀土元素行为的影响,探讨了微生物影响稀土元素行为的机制。结果表明,该株真菌对白云岩中稀土元素的溶出、迁移和富集有一定的作用,真菌的活动可以提高稀土元素溶出量,使Ce相对活化,对Eu则有抑制作用,培养液上清液和真菌菌丝体均具富Ce贫Eu的特征;真菌生长产生的酸性环境、氧化还原作用、代谢产物的络合作用,以及真菌菌丝体的直接吸收和吸附作用,是该株真菌影响稀土元素行为的主要机制。     

pH对长江下游沉积物中重金属元素Cd、Pb释放行为的影响

河流沉积物中的重金属元素对水生生物和人类具有潜在的危害性,主要是由于环境条件的变化会使沉积物中的重金属元素释放到水体中。因此,研究影响沉积物中重金属元素释放的因素是十分重要的。研究了长江下游沉积物在不同pH条件下重金属元素Cd、Pb的释放能力和释放前后Cd、Pb形态的变化。结果表明,Cd、Pb在沉积物中的释放主要是在酸性条件下发生的,并且释放率随pH的升高而迅速降低,pH＞7.0后,释放率都非常低。释放能力Cd明显大于Pb。形态分析的4个典型沉积物样品中,Cd在南京位点样品中主要存在于残渣态中,其余3个位点样品主要存在于弱酸态和可还原态中,Pb在4个典型沉积物样品中主要存在于可还原态中。pH的变化使沉积物中Cd的各形态都不同程度地发生了释放,弱酸态和可还原态释放的程度最大,而Pb的各个形态释放都不明显。     

pH对长江下游沉积物中重金属元素Cd、Pb 释放行为的影响

河流沉积物中的重金属元素对水生生物和人类具有潜在的危害性,主要是由于环境条件的变化会使沉积物中的重金属元素释放到水体中。因此,研究影响沉积物中重金属元素释放的因素是十分重要的。研究了长江下游沉积物在不同pH条件下重金属元素Cd、Pb的释放能力和释放前后Cd、Pb形态的变化。结果表明,Cd、Pb在沉积物中的释放主要是在酸性条件下发生的,并且释放率随pH的升高而迅速降低,pH＞7.0后,释放率都非常低。释放能力Cd明显大于Pb。形态分析的4个典型沉积物样品中,Cd在南京位点样品中主要存在于残渣态中,其余3个位点样品主要存在于弱酸态和可还原态中,Pb在4个典型沉积物样品中主要存在于可还原态中。pH的变化使沉积物中Cd的各形态都不同程度地发生了释放,弱酸态和可还原态释放的程度最大,而Pb的各个形态释放都不明显。     

苏北盆地生油岩中甾、萜的地球化学特征和我国东部低成熟的生油岩与原油

Steranoids and terpanoids in source rocks and crude oils from the Gaoyou depression have been analyzed by GC-MS.The fact that C20 sterane 14 α（H)17α(H)20S/14α（H）17α（H）20（R S）%and C31 hopane 17α（H）21β（H）22S/17α（H）21β（H）22（R S）%in the oils are higher than those in the source rocks,as has been revealed in this study,is eonsidered.to have resulted from,oil migration.By comparing steranes and hopanes in inmature oils from the eastern part of China with those in source rocks,it is suggested that the source rocks with over 10% C20 sterane 14α（H）17α（H），20S/14α（H）17α（H）20（R S）%，over 3% C29 sterane 14β（H）17β（H）20（R S）[14α（H）17α（H）20（R S） 14β（H）17β（H）20（R S）]% and≥50%,C31 hopane 17α（H）21β（H）22S/17α（H）21β（H）22(R S)%in the eastern part of China may produce crude oils of commercial importance.It seems possible to find inmature oils in the sedimentary rocks at burial depths shallower than the oil-generating threshold and mature oils migrated from deep levels in shallow reservoirs.     

大别山南部高压-超高压变质地体中云母片岩和片麻岩的相平衡研究

对于大别山高压一超高压变质带中大面积出露的云母片岩和片麻岩的变质条件和演化历史有不同的认识：如中低压绿帘角闪岩相,高压角闪岩相和超高压榴辉岩相。通过对大别山南部超高压榴辉岩区、高压榴辉岩区和宿松变质杂岩带中的云母片岩和片麻岩进行详细的岩相学及相平衡研究表明：它们的变质条件分别为610℃～690℃,1．2～1．4GPa;590～600℃、1．3～1．5GPa;520～590℃,0．9～1．4GPa,相当于高压绿帘角闪岩相、高压角闪岩相与榴辉岩相之间的过渡。依据超高压榴辉岩区绿帘石黑云片麻岩中的石榴石环带特征推测,它们很可能经过超高压变质阶段。现有矿物组合记录了抬升阶段的条件。但是高压榴辉岩区的石榴石绿帘石二云片麻岩和宿松变质杂岩带中石榴石云母片岩中的石榴石环带特征表明,其现有矿物组合记录了变质峰期条件,不应该经历更高压变质阶段。在KFMASH体系的PT视剖面图上计算多硅白云母Si含量等值线表明,在多数矿物组合中白云母的Si含量可作为地质压力计,但Si等值线的斜率受到矿物组合的控制。     

磷酸盐对纳米二氧化钛吸附水体中重金属离子行为的影响和机理分析

纳米二氧化钛(nTiO2)被广泛应用于去除水体中的重金属。磷酸盐作为水体中普遍存在的无机阴离子,能够对重金属离子在nTiO2上的吸附特征产生影响。本文聚焦磷酸盐存在条件下nTiO2胶体颗粒对典型重金属离子(Zn2+和Cd2+)的吸附行为,以电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定吸附平衡后水相中重金属离子的浓度。通过批量吸附实验考察不同水化学条件下(离子强度和共存阴离子),磷酸盐对nTiO2胶体颗粒吸附水体中Zn2+和Cd2+特征的影响规律。采用经典吸附等温线模型对实验数据进行拟合,并结合纳米颗粒的Zeta电位和粒径变化等表征手段揭示了相关吸附机制。研究发现：①磷酸盐的存在能有效地增强重金属在nTiO2上的吸附,Zn2+和Cd2+的最大吸附量分别由121.1mg/g和84.7mg/g增加至588.3mg/g和434.8mg/g,增加了3.8~4.1倍。这主要由于磷酸盐能够通过桥连作用形成金属-磷酸盐-nTiO2三元络合物以及增加重金属离子和胶体颗粒之间的静电引力,从而增强nTiO2对重金属离子的吸附。②背景溶液中离子强度的增加会降低nTiO2对重金属离子的吸附效果。当背景溶液中离子强度(NaCl浓度)从0增加至10mmol/L时,nTiO2与金属离子之间的静电吸引会减弱,同时Na+与重金属离子竞争nTiO2表面吸附位点亦降低了nTiO2对重金属离子的吸附。③共存竞争性阴离子(如Cl-、NO3-和SO42-)会削弱磷酸盐对nTiO2吸附金属离子的增强作用,抑制顺序为：SO42->NO3->Cl-,即与其离子半径的数量级成反比。这是由于共存阴离子与磷酸盐竞争nTiO2表面的吸附位点所致。研究结果表明,磷酸盐可以显著地增强nTiO2对重金属离子的去除效能,但是去除效能的大小会受到背景溶液中水化学条件的影响。     

柏林工业大学的冲洗液和岩粉流动状况模拟设备的设计与建造(一)——设备的结构、测试方案以及钻孔环空中冲洗液和岩粉运动速度与速度分布的测定

文章介绍了联邦德国柏林工业大学采矿系的冲洗液岩粉流动状况模拟装置及测试方案。试验装置高45m，配备了先进和现代的测试手段，可通过实测确定钻孔环空中的流场、岩粉的运动速度和运动特性。由该装置获得的研究结果为德国大陆深钻计划（KTB）超深孔钻进时确定岩屑的来源深度提供依据。此外该装置还可用于与钻进过程的有效性和安全性有关的泥浆工程研究。     

丛枝菌根影响土壤-植物系统中重金属迁移转化和累积过程的机制及其生态应用

丛枝菌根真菌(AMF)是在自然和农业生态系统中广泛存在的一类专性共生土壤微生物,能够与80%左右的陆地植物建立共生关系。AMF从宿主植物获取碳水化合物以维系自身生长;作为回报,AMF能够帮助植物从土壤中吸收矿质养分和水分。很多研究表明,AM共生体系对于植物适应各种逆境胁迫(如贫瘠、干旱、环境污染等)具有重要作用。在土壤重金属污染情况下,AMF能够通过多种途径影响植物对重金属的吸收、累积和解毒过程,并对植物产生保护效应。本文围绕AM对土壤-植物系统中重金属迁移、转化和累积过程的影响机制,系统评述了金属元素种类及污染程度、宿主植物和AMF种类,以及土壤理化性质等因素对AM植物吸收累积重金属的影响,并从AMF对土壤-植物系统中重金属行为的直接作用(包括菌丝吸收和固持,以及改变根际重金属形态等),及AMF改善植物矿质营养促进植物生长从而间接增强植物重金属耐性两方面讨论了AM增强植物重金属耐性的机理,系统总结了相关研究领域的前沿动态。最后,对菌根技术在农田和矿区重金属污染土壤生物修复中的应用前景进行了展望。     

柏林工业大学的冲洗液和岩粉流动状况模拟设备的设计与建造(二)——设备的计算数据采集、管理及控制系统

冲洗液和岩粉流动状况模拟设备的物理参数由计算机自动记录，设备的运行由计算机控制。计算机采集的数据以及与试验相关的冲洗液性能、岩粉性能、钻孔结构存储在一个数据库中，由数据管理系统管理；通过数据文件格式的标准化，实现数据被其它计算机直接调用处理和计算机数据通讯。     

长江中下游地区若干Cu(Au)、Cu-Fe(Au)和Fe矿床中钙质夕卡岩的稀土元素地球化学

本区夕卡岩的稀土元素（ＲＥＥ）分布模式表现为富集轻稀土元素（ＬＲＥＥ）的直线型和以Ｃｅ、Ｐｒ或Ｎｄ为峰值的折线型。夕卡岩全岩中ＲＥＥ分布模式基本上受石榴子石中ＲＥＥ的分配行为控制。石榴子石富集ＬＲＥＥ可能是承袭形成它们的初始物中ＲＥＥ丰度和分配行为的反映。石榴子石中ＲＥＥ（尤其是Ｌａ）分布的不均匀性、石榴子石微裂隙及包裹体中ＲＥＥ的丰度可能是导致直线型和过渡型ＲＥＥ分布模式的主要原因。石榴子石中折线型ＲＥＥ分布模式可能受石榴子石晶体化学和晶体结构的控制。具有这种ＲＥＥ分布模式的钙铁－钙铝榴石可能代表相对平衡条件下岩浆结晶分异产物。     

温度、浓度对流体中氟钛络合物水解的影响:对深部地质过程中钛元素活动的制约

Ti是自然界中丰度最高的高场强元素(HFSE),其主要赋存矿物——金红石的溶解度决定了俯冲带HFSE的活动与循环。而富氟流体被认为是影响Ti等HFSE能否活化、迁移的重要因素。本文对不同浓度的氟钛络合物(K2Ti F6)在100MPa压力和200~500℃温度下的稳定性进行了研究,结果显示其在热液条件下发生显著水解,水解程度与温度和初始浓度密切相关,即温度越高、初始浓度越低,则水解程度越剧烈。对实验数据进行拟合,首次获得了K2Ti F6的表观水解常数与温度的关系式:-ln K=(8972±788)/T-(4.16428±1.40362),其中获得的热力学参数为:ΔrHΘ=74.59±6.55k J/mol,ΔrSΘ=34.62±11.67J/(mol·K)。同时,运用上述获得的关系式将温度推广到俯冲带条件,计算了金红石溶解度和流体中Ti的最大迁移量之间的关系。结果显示,当金红石的溶解度大于1000μg/m L时,富F流体能有效迁移的Ti大于1μg/m L;随着金红石溶解度的增加,Ti的有效迁移百分比也逐渐增大,但俯冲流体中Ti的最大迁移量可能不超过6700μg/m L,比之前的预计要低得多。本文的研究证实了富F流体能最大程度活化并迁移Ti等HFSE。其中,对于岩浆-热液体系而言,F主要通过在岩浆中预富集,然后再大量分配进入晚期流体中而形成富F流体;对于俯冲带而言,多硅白云母的脱水或热解是形成富F流体/超临界流体的有效途径。     

石家庄市大气PM1、PM2.5和PM10中重金属元素分布特征及来源的对比研究

为了解元素(尤其是重金属元素)在不同粒径大气颗粒物中的分布规律、污染特征及来源,于2016年在石家庄市采集PM1、PM2.5和PM10样品。利用等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Sb、Hg、Pb和Cd共13种元素的质量浓度,采用富集因子(EF)法分析各种元素在PM1、PM2.5和PM10中的分布特征,并通过主成分分析法讨论了这些元素的主要来源。富集因子分析显示出Al、Fe、Ti、Mn受人为因素影响较少(EF<10),其他元素则出现显著至极强的人为影响,尤其是Cd元素(EF>103),并发现颗粒物粒径较小时,富集因子较大,即人为因素影响更重。主成分分析表明：PM1中元素有工业冶炼及燃煤活动、机动车燃油排放、生活燃煤3个来源,PM2.5中元素有地壳源、电厂及居民生活燃煤、金属冶炼等工业活动、机动车尾气4个来源,PM10中元素有化石燃料燃烧和地壳源、与机动车相关的道路扬尘及工业尘、垃圾焚烧及机动车排放与磨损、燃煤活动4个来源。     

鄂尔多斯盆地白垩系主要含水岩组沉积岩相古地理对地下水水化学场形成和水质分布的影响

通过典型水文钻孔和露头剖面沉积地质、水文地质调查、样品测试及综合研究表明,鄂尔多斯盆地白垩系含水层形成时,北部环河组、洛河组均广泛发育河流相沉积,而南部环河组湖泊相为主、洛河组沙漠沙丘相广泛分布的沉积古地理格局,这对含水岩石中长石、粘土矿物、方解石、石膏等重要矿物组成和易溶盐含量及其空间分布形成明显控制,也控制了含水层和隔水层空间分布,并显著影响了深层地下水循环交替条件的区域分布变化。在沉积-成岩环境条件下,影响地下水水化学场形成和水质分布变化的主要水-岩作用包括硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐矿物的溶解溶滤和阳离子交换作用等水文地球化学作用。受含水层沉积岩相古地理、地下水循环及水岩作用等因素控制,环河组、洛河组地下水总体表现为盆地北区TDS低、淡水发育、以HCO₃型为主,南区TDS高、微咸水和咸水发育、以HCO₃·SO₄型为主的分布规律,地下水水化学和水质分布在北区分布变化小、在南区上下含水层分布变化复杂。     

冻融作用对黑土和棕壤中Pb、Cd吸附/解吸特征的影响

冻融作用对土壤理化性质具有重要影响,进而影响了土壤中重金属迁移转化过程和环境效应。通过实验模拟研究了冻融作用对黑土和棕壤中Pb、Cd吸附/解吸特征的影响。结果表明：黑土对Pb和Cd的吸附能力大于棕壤;冻融作用降低了土壤对Pb和Cd的吸附能力,这与冻融作用改变了土壤的理化性质有关;随着Pb和Cd吸附量的增大,黑土和棕壤中Pb和Cd的解吸量和解吸率也相应增大;冻融作用促进了黑土和棕壤中Pb和Cd的解吸,并且在同一冻融条件下黑土的解吸能力小于棕壤;冻融作用使得黑土和棕壤对Pb和Cd的解吸量大于未冻融土壤,这与冻融作用使解吸溶液pH的下降幅度增大有关。冻融作用降低了土壤对Pb和Cd的固持能力,增加了土壤中Pb和Cd的生态风险。     

沉淀-陈化-返溶作用和压力对热液中氟钛络合物高温水解的影响及地质意义

钛是自然界中最不活泼的金属元素之一,然而越来越多的证据显示钛可以在特定条件下能进入热液流体中发生迁移,其中氟可能在其中扮演着重要的角色。本文研究了300℃和50~400MPa压力条件下氟钛络合物(K2Ti F6)的稳定性以及沉淀-陈化-返溶作用和压力对氟钛络合物水解行为的影响。研究结果显示,氟钛络合物水解的过程中,由于Ti O2沉淀物的陈化作用,在稳定的温度和压力条件下,沉淀物的返溶很难发生;但在缓慢降温和机械性振荡过程中,沉淀物的返溶会明显发生。而且,在温度不变的情况下,压力的改变对K2Ti F6水解并没有显著的影响,显示氟钛络合物不管在高压还是低压环境下均遵循近似的水解规律。本文认为主要的原因在于压力的增高会促进水解反应沉淀物的陈化,进而抑制沉淀物的返溶,但并不破坏水解反应的平衡。最后,本文提出金属络合物的形成-水解-沉淀/返溶-陈化过程是水-岩作用或热液成矿过程中高场强元素活化、迁移和成矿的主要机制。