真菌促进硅酸盐矿物风化的速率、机制以及地质、地球化学效应

真菌分布广泛,从地球表层到深达1.4 km的陆壳都可以找到它们的存在。根据它们的生态习性和营养方式,真菌可分为腐生、共生和寄生真菌。菌丝是真菌的基本结构单位。真菌的菌丝通过其顶端延长的生长方式和强大的代谢能力,在硅酸盐矿物的风化过程中发挥独特的作用,尤其是对含有营养元素的硅酸盐矿物。这一过程调控着成壤、成矿,以及元素的生物地球化学循环等重要地质与地球化学过程。但是,真菌在硅酸盐自然风化过程中发挥的作用一直没有受到足够的重视。本文首先梳理了真菌的生长方式,旨在阐明其促进硅酸盐矿物风化的速率、机制以及对硅酸盐矿物自然风化的贡献。通过文献回顾并结合全球变化的背景,本文提出了未来相关工作重点攻关方向;(1)进一步限定真菌在自然环境中对硅酸盐矿物风化的贡献;(2)阐明真菌促进的硅酸盐矿物风化与地质、地球化学过程的偶联;(3)应用功能真菌提高陆地增强硅酸盐风化(enhanced silicate weathering)的碳去除效率。这些研究将深化对真菌在地表关键过程中扮演角色的认识,为地球系统模型(GEOCARB、COPSE和SCION)提供重要信息,提高不同圈层相互作用预测的准确性,并为增强硅酸盐风化实现高效固碳提供新途径和科学依据。

东南沿海火山岩地区火山黏土型锂矿的发现

广东省东北部石人背盆地上白垩统叶塘组中存在锂元素超常富集现象(Li_(2)O含量可达0.2%以上),具有寻找黏土型锂矿的良好前景。石人背盆地综合剖面测量、全岩地球化学分析及岩相学观察表明,锂的富集层位位于叶塘组中—上部页岩、泥岩和粉砂岩中,黏土矿物是锂的主要载体矿物,其成因与火山活动密切相关,初步判断为火山活动相关的黏土型锂矿。盆地构造为锂矿形成提供了有利的沉积环境,富锂沉积层的厚度可观,连续富矿的层位厚度可达226 m,找矿潜力较大。该矿的发现为中国东南沿海火山岩地区寻找超大型火山岩相关沉积型锂矿提供了重要的找矿线索。

砷矿物演化与矿物生态初探

矿物是行星演化重要的记录者。地球演化过程中一系列重大的地质事件都是通过研究矿物所记载的相关信息得到证实的。砷(As)是对生命最危险的有毒元素之一,也是指示地球化学环境演变过程的灵敏元素,目前发现的砷矿物超过760种。本文基于“矿物演化”和“矿物生态学”的概念,研究砷矿物多样性,分析其深时演化过程。结果发现,随着地质历史的演进,砷矿物多样性呈现幕式增长特点,其增长期与超大陆碰撞期以及大氧化期相对应。这主要和超大陆碰撞期热液和风化活动增强促进As的迁移转化,以及大氧化期As从还原态向成矿及迁移能力更强的氧化态转变有关。另外,根据现有砷矿物产地-砷矿物种类数据,基于泊松-对数正态分布LNRE(大量罕见事件)模型,预测地壳中至少存在1958种砷矿物,其中263种出现的概率超过95%,其形成主要受“决定性因素”控制;而大部分砷矿物出现概率较小,其中184种出现的概率甚至低于0.1%,形成主要受“偶然性因素”控制。

常见层状硅酸盐矿物的表面特征

用N2 吸附法系统测试了高岭石、蒙脱石、叶蜡石、滑石、凹凸棒石、海泡石、铁云母、绢云母、蛭石、钾长石等 10种常见工业矿物材料的比表面积、孔结构以及表面能特征。初步讨论矿物表面特征、微孔结构与矿物晶体结构、化学成分以及加工工艺、性能之间的联系。研究结果表明 :矿物的表面特征是由其矿物结构决定的 ,矿物成分的微小差异可能导致矿物表面特征的较大差别。

烃源岩中可溶有机质与粘土矿物结合关系——以东营凹陷沙四段低熟烃源岩为例

采用超临界抽提（ＳＦＥ）新技术和氯仿抽提（ＣＥ）以及粘土分离等手段对东营凹陷沙四段低熟油烃源岩进行不同处理，得到３种粘土样品：（１）含有机质的粘土原样；（２）氯仿抽提去有机质的样品；（３）不同实验条件下超临界抽提后的样品。然后，分别对这３种粘土样品进行Ｘ射线衍射分析（ＸＲＤ）和傅利叶转换红外光谱分析（ＦＴ－ＩＲ）。研究发现烃源岩中可溶有机质除了吸附于矿物表面外，还吸附于粘土矿物尤其是蒙皂石层的层间，后者主要为碳数相对较低的饱和烃类。这一发现对认识沉积岩中可溶有机质对粘土矿物结构和特性的影响有着重要意义。

微生物矿化成因的铁硫酸盐矿物表面特征初探

研究表明,生物-矿物相互作用是地球表层系统演化的重要地质营力之一。微生物与矿物岩石之间进行着活跃的物质交换,微生物通过营造微观地球化学环境和提供吸附、成核中心影响着矿物的溶解和结晶,其中生物-矿物界面是物质交换和化学反应最为活跃的场所,矿物表界面记录着丰富的微生物作用信息。在综述前人微生物-矿物相互作用界面研究的基础上,利用气体吸附技术,对比分析了微生物矿化成因和无机合成含水铁硫酸盐矿物的表面积、表面分形和表面吸附能特征,初步讨论了微生物矿化成因铁硫酸盐矿物的表面特征和控制机理。

几种常见矿物的接触角测定及其讨论

为了评价矿物表面与特征液体的界面能量 ,分别测定了长石、石英、黑云母、方解石、萤石和黄铁矿等 7种常见矿物与水、正庚烷和正丁醇的接触角 ,并计算了相应的表面自由能。结果表明同一矿物不同结晶面 (晶面 )的接触角有一定的差异 。

多孔介质中天然气水合物稳定性的实验研究进展

勘探表明天然气水合物多产出于细碎屑沉积物中, 其分布和赋存形式受温度、压力、水化学条件等多种物理化学因素的影响。前人的实验研究表明不同孔径尺度中的甲烷水合物稳定性有别于块状、层状水合物, 同时孔隙表面的润湿性也是影响因素之一。在综合分析前人研究成果的基础上, 系统阐述了孔隙的孔径、孔隙内表面润湿性对所含天然气水合物稳定性的影响规律, 总结了可能的内在机理; 并指出了当前应当尽快建立包括空间效应、温度、压力和组分等因素的综合天然气水合物相图, 查明含天然气水合物沉积物的孔隙结构和表界面特征, 建立天然气水合物的稳定性模型, 将有助于精确预测天然气水合物的分布和规模, 对于水合物开发和甲烷存储技术的研发也有着重要的意义。

风化过程中矿物表面微生物附着现象及意义

微生物风化作用作为最为重要的表生过程之一,与多种元素的地球化学循环和局部环境污染的形成有着密切的联系。微生物在矿物表面的附着能够显著提高矿物的风化速率。本文在总结矿物表面微生物附着现象及特征的基础上,概述了微生物附着导致的矿物表观风化速率的上升和表面侵蚀现象,初步分析了微生物在矿物表面附着的驱动力和影响因素,强调了微生物-矿物作用界面研究的重要性,认为有必要开展分子生物学、表面矿物学和微生态学的跨学科研究,以在分子层次上揭示矿物微生物风化的微观机制,更准确地评估微生物风化的地球化学意义,有助于提高对局部环境问题的调控和修复能力。

蒙脱石伊利石化对含油气盆地地层压力影响的定量研究

异常高压带是含油气系统研究和资源勘探领域的热点之一。本文以东营凹陷为例,定量研究了粘土矿物成岩作用对地层压力聚集的贡献。在系统分析粘土矿物组成、成岩物理化学条件的基础上,模拟计算了蒙脱石伊利石化的动力学过程,计算了脱水造成的体积变化和硅钙释放量。指出脱水作用造成的体积变化不是形成异常高压的重要因素,但硅钙的释放可能对封隔层的形成起着非常关键的作用,对地层异常压力的积聚和保持有重要贡献。

利用碳酸盐矿物成分研究沉积-成岩过程中流体盐度演化──以东营凹陷沙四段低熟油烃源岩为例

以东营凹陷沙四段上部烃源岩为研究对象，利用电子探针微区测试技术，对同生、成岩及成岩期后不同阶段碳酸盐矿物进行了系统分析，揭示出不同古地理位置碳酸盐成分的三种变化情况，即Mg／Ca比值①由高到低，②一直保持很高，成岩期后降低，和③由低到高，反映了不同层段从沉积到成岩直至成岩期后水体或孔隙流体盐度的三种变化历程，进而确定了该凹陷中心区域烃源岩成岩过程中处于高盐度介质环境中，对于分析该区油气生成条件具有重要意义。本文的研究思路和方法对于其它地区的类似工作也有一定借鉴意义。

金属硫化物微生物氧化的机制和效应

岩石露头和矿山废弃物中的金属硫化物在地表、近地表条件下的氧化作用往往导致多种环境问题,因此,金属硫化物的地表风化一直是备受关注的表生过程之一。越来越多的证据表明微生物对矿物的氧化在金属硫化物风化过程中发挥着重要作用。实验研究发现:微生物在金属硫化物表面附着并形成微生物膜,在矿物-微生物膜界面微环境中存在着强烈的微生物氧化和化学氧化作用,两种氧化作用相互协同、共同促进。在此过程中,金属硫化物的S、As、Fe等元素经历了复杂的电子传递、逐级氧化的动力学过程,最终形成稳定的高铁硫酸盐或氧化物,并形成大量的酸性排水。该过程受多种因素的影响,包括细菌种类、光照和溶液Fe^(2+)浓度等。金属硫化物的微生物氧化直接导致重金属大量释放和严重的环境危害,释放的酸性排水还引发碳酸盐矿物分解和CO_2排放,会对全球碳循环产生不可忽视的影响。在地球演化的早期阶段,金属硫化物氧化消耗大气氧气可能导致大氧化进程滞后。尽管关于金属硫化物-微生物相互作用研究取得了长足的进展,但金属硫化物微生物氧化的分子机制和全球尺度的元素地球化学循环还有待深入研究,原位纳米观测技术的引入和全球物质循环模型研究具有必要性和紧迫性,同时也对生物冶金技术的发展有着重要的意义。

胜利油区第三纪火山活动对油气生成的影响

本文介绍了胜利油区第三纪期间火山岩的类型和分布状况,在此基础上讨论了禹城凹陷和东营凹陷南坡火山活动对烃源岩生烃作用的影响,认为小规模的火山活动对生烃作用并没有明显的负面效应,但可能改造已形成的油藏。这一认识对含火山岩盆地的油气成藏评价有着重要意义。

地幔对流及其对地壳表层拉张盆地的影响

回顾近十年来在地幔对流方面的最新研究进展，阐述了板块俯冲后在地幔中的演化特征，以及地幔上升流即地幔柱的驱动机制和地质效应。特别介绍了地幔柱对地壳表层拉张盆地形成和充填过程的影响。进一步探讨了地幔柱活动在济阳坳陷的地质表现及其引发的火山岩浆活动、碎屑充填特征。认为盆地演化的阶段性间接反映了地幔对流的阶段性。

强化能力培养的地质学课程体系与教学模式改革初探

本文结合南京大学地质学人才培养经验,介绍了以能力培养为目标,构建兼顾知识传授和能力培养的地质学课程体系的改革思路,以及相应的配套改革实践。

南京大学两类地学人才培养模式和实践

针对当前我国地学类人才培养面临的新形势,结合毕业生就业现状,南京大学地球科学系着重强调基础研究型和应用型两类地学人才的培养模式,在课程体系、师资力量和教学管理上进行了有益的探索,取得了初步成效。本文在总结实践经验的同时,对当前存在的问题进行了初步探讨。

铜陵冬瓜山铜矿成矿流体特征和演化

本文通过对安徽铜陵冬瓜山铜矿床内石英闪长斑岩中石英斑晶和夕卡岩矿物中流体包裹体显微测温及流体氢、氧同位素的研究认为 ,早期夕卡岩的形成可能涉及到高温岩浆流体过程 ,而在成矿过程中 ,以热液流体为主 ,至少发生了两次构造减压沸腾作用。第一次发生于静岩压力约为 112 MPa,流体温度主要介于 4 30～ 4 6 5℃之间 ,盐度介于 7.9%～ 5 3.7% (Na Cl eq.)之间 ,结果生成大量石英和磁铁矿 ;第二次发生于静岩压力约为 83.6 MPa,流体温度集中在 340～ 389℃之间 ,盐度介于 6 .6 %～ 5 2 .1% (Na Cl eq.)之间。在成矿近于结束时 ,有少量大气降水混入 ,形成了少量低温、低盐度流体。此外 ,保存在石英斑晶和早期夕卡岩矿物中的高温岩浆流体也曾发生沸腾作用。

东营凹陷下第三系流体—岩石相互作用研究

盆地内地层流体—岩石相互作用导致储层特征和流体性质发生变化 ,影响油气藏的形成与分布。本文分析了东营凹陷下第三系地层孔隙流体的化学和动力学特征及其分布规律 ,根据地层中矿物的组成和结构特征对成岩过程中地层古流体的地球化学特征进行了推测。并通过对典型油田泥岩层和砂岩层中矿物组合及其在地层剖面上的变化规律的实例剖析 ,揭示了东营凹陷下第三系储层中流体—岩石相互作用的基本特点 ,在此基础上 ,建立储层中流体—岩石相互作用的地质 /地球化学模型。

砂岩储层中有机酸对主要矿物的溶蚀作用及机理研究综述

砂岩储层中有机酸对矿物的溶解和沉淀在很大程度上影响着次生孔隙的发育。研究发现,有机酸之所以能提高石英的溶蚀速率和长石的溶解度,主要是由于在矿物的表面及溶液中形成络合物,有效地降低了矿物表面反应的活化能及溶液中硅、铝离子浓度的结果。有机酸与粘土矿物的吸附或催化反应可抑制长石等其他矿物的溶解。有机酸与CO2一起共同控制着体系中碳酸盐的溶解或沉淀。

多孔结构矿物(岩石)及其环境修复材料的实用性

具有多孔结构的矿物 (岩石 )作为一类特殊的工业原材料 ,在环境修复领域的应用前景正在成为研究热点。本文从微孔的尺度、结构、形态、成分等表面固体特征出发 ,概括性地论述了凹凸棒石、海泡石、蒙脱石、沸石、硅藻土等十几种多孔结构矿物 (岩石 )在环境修复工程中用作过滤材料、吸附剂。