碳酸盐矿物随埋深增加的溶蚀响应机制及其储层意义

以化学热力学为基础, 利用数值模拟方法, 研究不同埋深情况下碳酸盐矿物方解石(CaCO₃)和白云 石(CaMg(CO₃)₂)在含CO₂流体及含H₂S流体中的溶蚀响应机制。模拟结果表明, 在流体系统不发生改变的前提下, 随着埋深的增加, 相同条件下方解石的溶蚀量始终大于白云石。同时, 除温度、压力、酸性气体分压、流体成分之外, 封闭在溶蚀体系中的气体总量是影响碳酸盐矿物溶蚀的另一重要因素。当封闭气体总量相对较高时, 随着深度的增加, 这两种矿物的溶蚀量表现为先增大后减少, 此时白云石中溶蚀孔隙比方解石更为发育; 当气体总量较低时, 两种矿物的溶蚀量曲线单调性减少。     

Highly Zn, Mn-rich calcite in calcareous tufa from the Qixiashan Pb-Zn Mine, Nanjing: a possible candidate for Zn-Mn removal from mining impacted waters

The exploitation of metallic mines may cause serious environmental problems. The removal of the heavy metals from the contaminated mining environments has become an urgent issue. In this paper, the occurrence and distribution of heavy metals in the calcareous tufa collected from the mining laneway of the Qixiashan Pb-Zn Mine in Nanjing were investigated by using multiple mineralogical techniques. Examination by X-ray diffraction spectrum (XRD) shows that calcite is the major component of the calcareous tufa. Several heavy metals such as Mn, Zn, Mg, Fe and Pb are detected in calcite by means of electron microprobe analysis. Although the heavy metal contents in the hostrock and the formation water are significantly low, the contents of Mn, Zn, Mg, Fe and Pb in the tufa calcite are as high as 23.65 wt%, 9.6 wt%, 0.76 wt%, 4.44 wt% and 0.66 wt%, respectively. The back-scattered electron image shows complex compositional zoning texture in the tufa, which is linked directly to variations in heavy metals, particularly in Mn and Zn. In addition, we also observed floccule and helical precipitations, which may be derived from the metabolism of the microbe. It is deduced that the occurrence and high concentration of heavy metals in tufa may be controlled by the activities of microbes. The results presented in this work suggest that calcite will be an important candidate for the remediation of the heavy metal contamination in mining areas. Supported by National Basic Research Program of China (Grant No. 2007CB815603), National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40573001) and the Ph.D. Programs Foundation of Ministry of Education of China (Grant No. 20050284044)     

浙江省衢州市上方镇大理岩矿床矿物学、地球化学特征及其地质意义

衢州市上方镇位于钦杭结合带东段,是中国著名的重钙用大理岩产区,区内大理岩矿床均赋存于石炭系黄龙组碳酸盐岩地层.在野外地质调查的基础上,对上方镇大理岩矿床的碳酸盐岩进行了详细的岩相学、矿物学和地球化学研究.研究结果表明,上方大理岩矿床矿石主要为大理岩和大理岩化灰岩,具粒状变晶结构,大理岩方解石结晶较好,颗粒较大且规则,含杂质较少,大理岩化灰岩则含较多杂质,其方解石结晶较差,颗粒不规则且有溶蚀交代现象.地球化学特征显示两类碳酸盐岩化学组成相似,大离子亲石元素(Sr、Ba等)和高场强元素(Nb、Zr、U、Hf、Th等)明显富集,而Ti明显亏损.K2O/Na2O、100×MgO/Al2O3、Ga、Ba、Sr和U/Th等指标暗示碳酸盐岩原岩为沉积型碳酸盐岩,且沉积环境为受陆源碎屑物质影响较少的浅海海相沉积,显示为较强的贫氧-缺氧的还原环境特征.     

方解石晶体振动模式群论分析和红外光谱的DFT

分别运用因子群对称分析法和位置群对称分析法对方解石(CaCO3)晶体的振动模式进行了详细的理论分析,快速得到方解石晶体的具体振动模式,并明确指出了各振动模式的光谱特性,同时还比较了两种分析方法的适用性.对所建立的方解石晶体的超晶胞模型,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一原理方法进行了红外光谱的计算,得到27个光学振动模式的具体振动频率,各频率的光谱特性与群论的理论分析一致.与晶格动力学方法相比,该方法的计算结果更好地符合实验结果.     

方解石晶体结构及表面活性位点第一性原理

基于密度泛函理论的第一性原理,采用Materials Studio 6.1软件的CASTEP模块对方解石的晶体结构及与水分子及水分子簇的吸附作用进行了研究.结果表明,方解石在参与化学反应时O的活性最强,C和Ca次之;其次确定了最稳定解离面为{101-4}切面,其Ca和O位点与单个水分子形成吸附,且与O位点吸附作用较强,H(H2O)-O(CaCO3)键与H(H2O)-O(H2O)键间形成氢键;{101-4}切面水分子簇相互作用,水分子间及水分子与方解石表面均存在氢键作用,吸附发生在O位点和Ca位点,且主要发生在O位点.     

Mg2+影响方解石晶体生长机制的分子动力学研究

采用分子动力学(MD)方法模拟计算了方解石(110)、(104)晶面分别与Mg2+、Ca2+的相互作用.结果表明,在相同的外界条件下,方解石两个晶面与Mg2+的结合能均大于它们与Ca2+的结合能,说明这两个晶面易对Mg2+形成优先吸附.(110)晶面上的结合能远大于(104)面上的结合能,说明前者比后者更活跃.由于Mg2+的优先吸附占据了原本属于Ca2+的晶格点,因此引起方解石晶体发生形变进而达到了阻止方解石晶体生长的结果.通过对体系的对关联函数g(r)的分析,证明方解石晶面与Mg2+和Ca2+均形成了化学键,但前者更强一些,进一步说明了Mg2+的阻垢作用.     

X-射线衍射K值法测定硅灰石矿中方解石的含量

本文采用X-射线衍射K值法测定了硅灰石矿中方解石的含量,测定时选用高纯度的硅作为标样,碳酸钙为参比物质,测得的K值为2.027,并用此K值测定硅灰石矿中方解石的含量,结果相对标准偏差分别为0.78、1.1、0.74,与其他方法相比,较吻合。     

方解石晶体热学性质的研究

从方解石晶体的热膨胀示性面出发,引入无膨胀圆球(零膨胀球)这一概念,求得晶体的零热膨胀方向与晶体光轴方向成64.67°角,同时考虑到晶体的热致双折射,必然存在某一角度,当光波法线方向与光轴成该角度时,由晶体的热膨胀和热致双折射所引起的相位延迟量的变化可相互补偿,而使得该方向透射光相位延迟量与温度的变化无关或相关性最低.     

去白云化作用机理的实验模拟探讨

通过实验模拟,讨论了自然界中广泛存在的去白云化作用机理。在近地表的酸性条件下,尽管有溶解CaSO_4的参与,方解石的溶解速率仍大大超过白云石,因而认为人们长期用来解释去白云化作用的假想化学反应很难从动力学的角度进行合理的解释。在溶解CaSO_4的参与下,白云石中Ca~(2+)的释放受到抑制,Mg~(2+)的释放速率加快,先转变成一种富Ca~(2+)的白云石,最后转变成方解石。该过程可能部分类似于从原白云石到有序白云石过程的逆过程。     

淮南地区太原组碳酸盐岩的矿物组成和X射线研究

本文主要利用Χ射线衍射方法,结合化学分析资料,对淮南地区太原组碳酸盐岩的矿物组成及其特征进行了研究,以期为该区煤系地层对比及环境分析提供一点岩石学和矿物学方面的依据。