天然富有机质含铵伊利石高温高压稳定性研究

含铵伊利石等含铵黏土矿物是地壳中重要的储氮矿物,研究其高温高压稳定性对地球壳–幔圈层间氮循环具有重要意义。本研究通过高温高压(HTHP)模拟实验,初步探索了天然富有机质(具类石墨结构)的含铵伊利石矿物结构及其携带的C、N元素的稳定性。结果表明,在高温(600)℃常压环境下,含铵伊利石层状结构发生塌陷,结构羟基脱失,层间NH_(4)^(+)脱失,其表面类石墨的结构有序度下降,部分含C、N官能团脱失,但仍有近一半得以保存。伊利石层间NH_(4)^(+)的热稳定性受矿物层状结构的制约,当伊利石因高温发生层间塌陷时,NH_(4)^(+)失去伊利石片层保护后受热发生分解。而不同形态有机氮的热稳定性主要与其在类石墨有机质芳香结构中的位置有关。含铵伊利石结构在高温高压(600℃、2 GPa)下保持稳定,类石墨的有序度以及石墨化程度均增强,表明压力在一定程度上补偿了温度的影响。此外,伊利石表面具网状片层结构的类石墨有机质对矿物结构有物理保护作用。同时,有机质中的部分C、N元素在高温高压下与伊利石结构中的Al和O等元素形成稳定的化合键,亦可增强有机质的稳定性。含铵伊利石在高温高压下的稳定性表明,含铵黏土矿物很有可能是携带地壳中的氮经俯冲进入地球深部的载体矿物。有机质中C、N元素的高温高压稳定性表明,地层中含N类石墨有机质可成为地球深部C、N元素的潜在来源。

鄂尔多斯盆地中-上元古界—下古生界热演化程度:来自伊利石结晶度及伊蒙混层的指示

由于缺乏有效的古温标,对鄂尔多斯盆地中-上元古界—下古生界热演化程度一直以来了解十分有限。本文通过对盆地内20余口钻井中-上元古界—下古生界开展自生伊利石结晶度和伊蒙混层系统性测试,试图从新的角度分析盆地中-上元古界—奥陶系热演化程度及分布规律。结果表明:盆地不同部位伊利石结晶度与深度关系存在明显的差异,整体具有随深度增大而减小的趋势,主要受控于古埋深及古地温梯度。盆地沉积盖层伊利石结晶度普遍大于0.25,未达到绿片岩相浅变质阶段;盆地下古生界奥陶系伊利石结晶度大于0.42,表明处于成岩演化阶段;寒武系样品结晶度略小于奥陶系,整体处于成岩带中-晚期到极低级变质作用阶段;中元古界伊利石结晶度相对更低,对应热演化程度更高。此外,我们对比了伊利石结晶度和等效镜质体反射率分别恢复的地层最大古地温结果,两者在误差范围内基本一致,表明这一方法对研究我国古老地层热演化程度具有明显的可行性。

始新世中期安宁河断裂冲断变形特征及其构造意义:来自断层泥自生伊利石K-Ar定年的证据

青藏高原及其周缘褶皱-冲断带变形方式和时限是验证高原形成众多大陆岩石圈变形动力学端员模型的关键。近年发展起来的断层泥自生伊利石K-Ar定年技术为精确限定褶皱-冲断带变形时限提供了有效手段。鲜水河—安宁河—小江断裂系作为伴随印度-欧亚板块碰撞造山和高原物质侧向挤出过程形成的大型左旋走滑断裂系,其变形过程可为解译印度-欧亚板块碰撞远程应力向东传递方式提供关键证据。本文选取安宁河断裂冕宁—西昌段作为研究对象,在详细构造解析以明确其构造运动学特征的基础上,开展了断层泥自生伊利石K-Ar定年研究,以期精确限定安宁河断裂脆性变形的时间。构造解析表明安宁河断裂在近EW向挤压作用下经历了冲断变形,断层带发育碎斑岩和断层泥,指示为脆性变形。安宁河断裂不同粒级断层泥样品的黏土矿物学和伊利石K-Ar定年分析揭示,随着样品粒级减小,高温2M1型伊利石含量相对低温1M/1Md型伊利石含量逐渐减少,其K-Ar年龄总体呈变年轻趋势,表明不同粒级伊利石K-Ar年龄是由碎屑2M1型和自生1M/1Md型两个多型端员组成的混合年龄。伊利石年龄分析获得自生1M/1Md型伊利石的年龄为(42.6±9.4)Ma,表明安宁河断裂经历了始新世中期的冲断变形。结合前人构造变形、沉积学、低温热年代学和古地磁等研究,我们认为始新世中期青藏高原腹地及其周缘褶皱-冲断带发生准同期的构造挤压变形,其动力学机制可能与印度-欧亚板块硬碰撞以及青藏高原地块的陆内俯冲所导致的先存构造带活化有关。始新世中期安宁河断裂发生冲断变形直接证明印度-欧亚板块碰撞初期的远程应力已传递至青藏高原东南缘地区。

C_(2)HF_(5)/伊利石抑制甲烷爆炸的实验研究

为研发新型环保高效的甲烷爆炸抑制剂,基于自主研发的透明亚克力管道爆炸实验平台,测试五氟乙烷(C_(2)HF_(5))气体、伊利石粉体单相抑爆剂及C_(2)HF_(5)/伊利石粉体两相抑爆剂对甲烷-空气预混气体的抑爆效果和爆炸特性参数的影响,并通过电镜扫描、粒径分析对伊利石粉体进行了表征分析。结果表明:五氟乙烷及伊利石粉体单独作用时均对甲烷-空气预混气体有抑爆作用,C_(2)HF_(5)的抑爆效果随其体积分数的增大而增大,当体积分数大于6%时完全抑爆,伊利石粉体存在最佳抑爆质量浓度,为0.16 g/L;C_(2)HF_(5)/伊利石粉体两相抑爆剂共同作用下的抑爆效果更佳,具有气体和粉体的双重抑爆性,且C_(2)HF_(5)存在临界体积分数,当高于临界体积分数时,添加较低质量浓度的伊利石粉体即可完全抑爆,该临界体积分数为3%~4%。最后,结合气体、粉体抑爆剂的热解特性及伊利石粉体的结构表征和元素组成分析了C_(2)HF_(5)/伊利石抑制甲烷-空气混合气体爆炸的机理,可为瓦斯爆炸灾害新型抑爆剂的开发利用提供参考。

铵伊利石的矿物学特征及热稳定性

伊利石是地壳中常见的层状硅酸盐矿物。当NH_(4)^(+)赋存在伊利石层间时,可形成铵伊利石。探明铵伊利石的矿物学特征和层间NH_(4)^(+)的热稳定性可为理解氮(N)的地球化学循环提供重要依据。通过多种谱学、电子显微学和热分析手段,并以伊利石(层间阳离子为K^(+))为参照,对山西省阳泉市新景矿煤层夹矸中铵伊利石的矿物学特征和热稳定性进行研究。结果表明:铵伊利石中NH_(4)^(+)占层间阳离子总数的比例约为0.86,铵伊利石的基面间距(10.344)明显大于伊利石(9.973);同时,铵伊利石的(002)∶(003)衍射峰强度比值约为1∶1,而伊利石的相应衍射峰强度比值约为1∶3;铵伊利石四面体中广泛存在Al^(3+)对Si^(4+)的类质同象置换(Al^(3+)→Si^(4+)),其层电荷密度约为0.85;层间NH_(4)^(+)的存在未对伊利石的层状硅酸盐结构骨架造成明显影响,但可引起结构羟基蓝移;铵伊利石层间的NH_(4)^(+)表现出良好的热稳定性;在400℃~700℃温度范围内,NH+4随结构羟基的脱失而逐渐分解,这暗示在受热过程中层间NH_(4)^(+)与结构羟基发生反应,产物为NH_(3)和H_(2)O。

伊利石合成多级孔SAPO-11分子筛创新实验设计

以伊利石为原料,采用加入介孔模板剂和盐酸酸洗的方法制备了多级孔SAPO-11分子筛,利用XRD、N_(2)吸附-脱附、SEM等方法对样品进行表征。研究结果表明,两种方法均成功制备出多级孔SAPO-11分子筛,与微孔SAPO-11分子筛相比,两种方法得到的多级孔SAPO-11分子筛外表面积和孔体积均明显增大,盐酸酸洗破坏了SAPO-11分子筛的球形晶貌,加入介孔模板剂合成的多级孔SAPO-11分子筛更好地保留了SAPO-11分子筛的晶型结构。具有一定的创新性、综合性和可操作性,有助于提升学生的创新意识和实践能力。

连江黄石、山仔濑石和伊利石质田黄的矿物组成及微量元素特征研究

连江黄石、山仔濑石因其外观与伊利石质田黄极为相似,所以一直受到了人们的关注。采用显微镜、X射线粉末衍射仪、红外光谱仪、显微激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、能谱仪和激光剥蚀等离子质谱仪等进行测试,对其矿物组成和微量元素特征进行了系统性研究。结果表明,连江黄石、山仔濑石与伊利石质田黄的主要矿物都是伊利石,但三者的主要差别是次要矿物的不同。伊利石质田黄的次要矿物有不定形碳和少量呈点状、浸染状分布的赤铁矿,连江黄石的次要矿物有呈浸染状和结晶程度较好的赤铁矿,以及聚集状分布的独居石,山仔濑石的次要矿物成分种类复杂,有呈浸染状和结晶程度较好的赤铁矿、独居石、重晶石、锐钛矿、磷钡铝石、刚玉以及石英。伊利石质田黄及其相似品连江黄石和山仔濑石的微量元素Ga-Sn和Ga-Ge两组二维投点图能较好的区分三个品种,而Ga-Ge-Sn和Sc-Cs-Ge的三维投点图的区分程度更加有效;另外利用微量元素成分判别分析建模对三种寿山石的分类正确率可达到97.7%,说明模型的分类效果较好,较为可靠,但该模型还需要更多的样品数据来完善。

富含伊利石软弱夹层的宣威群路堑顺层边坡开挖优化分析

宣威群地层包含多层富伊利石软弱夹层,该地层路堑边坡开挖极易诱发顺层滑坡,从而造成重大的经济损失,因此开展含软弱夹层的路堑顺层边坡开挖优化分析对宣威群路堑边坡的减灾防灾具有较重要的意义。选取杨宣高速K54左侧路堑顺层边坡为研究对象,分析了其变形特征和软弱夹层滑带土的矿物成分,开展了在不同法向应力作用下滑带土的慢剪试验和直剪蠕变试验,探讨了软弱夹层对边坡稳定性的影响,并针对单级、二级和三级路堑边坡的概化模型,研究了不同坡高和开挖坡率条件下边坡稳定性的变化规律。结果表明:富含伊利石软弱夹层的存在对边坡稳定性控制作用明显,与不考虑软弱夹层路堑顺层边坡相比,其稳定性系数下降了16%;6 m高单级边坡的优化开挖坡率为1∶1.25,8 m高单级边坡的优化开挖坡率为1∶1.75,10 m高单级边坡的优化开挖坡率为1∶2.5;12 m高二级边坡的优化开挖坡率为1∶1.75,14 m高二级边坡的优化开挖坡率为1∶2.0,16 m高二级边坡的优化开挖坡率为1∶2.25;18 m高三级边坡的优化开挖坡率为1∶2.0,20 m和22 m高三级边坡的优化开挖坡率为1∶2.25,24 m高三级边坡的优化开挖坡率为1∶2.5。

伊利石表面水化程度评价方法研究

现阶段对黏土矿物表面水化的抑制仍然存在技术瓶颈,亟须建立抑制黏土矿物表面水化的新理论和新方法。针对泥页岩中常见的伊利石黏土矿物样品,通过等温吸附法研究其表面水化程度,通过采用X射线衍射分析法、热重分析法和低场核磁共振分析法研究钠蒙脱石的结合水类型及含量,建立了伊利石结合水的定量评价方法。结果表明:随着相对湿度的增加,伊利石的基底间距有变化(变化较小)。当相对湿度为1.00时,伊利石可达到二层水化;热重分析可定量区分出伊利石的结合水和自由水。低场核磁共振分析能定量区分伊利石的结合水和自由水。此举可为建立抑制黏土矿物表面水化定量评价方法提供理论和实验支撑。

自生伊利石同位素年代学在钾盐矿床中的应用展望

伊利石是一种层状硅酸盐矿物,层间主要为钾离子,可利用K-Ar法、Ar-Ar法和Rb-Sr法等相关的测年方法来分析和限定与自生伊利石有关的地质事件的时代,例如盆地演化历史、热液活动、构造活动和油气运移。本文讨论了利用钾盐矿床中自生伊利石进行蒸发岩地层年代学研究的可能性。虽然多数研究表明温度是控制自生伊利石形成的主要控制因素,即自生伊利石一般形成于温度较高的条件下,但一些研究表明在地表温度的盐湖环境中也可形成自生伊利石,此种环境下控制自生伊利石形成的主要因素为流体成分。这构成了利用自生伊利石定年来研究蒸发岩地层时代的理论基础。然而在实际研究过程中仍存在很多问题,需进行进一步的研究。

煅烧伊利石-绿泥石页岩对水泥水化产物的影响

为探索煅烧伊利石-绿泥石页岩用作辅助胶凝材料的水化活性,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)等测试手段分析了在700℃下煅烧不同时间伊利石-绿泥石矿物组成变化,以及对水泥水化产物的影响。结果表明,700℃煅烧后绿泥石结构发生破坏,转变为无定型SiO_(2)和Al_(2)O_(3),伊利石/云母层状结构塌陷。伊利石-绿泥石页岩煅烧后,硅氧四面体聚合度增加。在水泥碱性环境中,煅烧伊利石-绿泥石页岩中的Si和Al更容易析出,促进了单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的形成,改变了水泥水化产物水化硅酸钙(C-S-H)结构,凝胶钙硅比更低,链长更长。煅烧伊利石-绿泥石页岩可用作辅助胶凝材料。

吉林省东部石炭—二叠系伊利石的成因标志

吉林东部石炭—二叠系主要是一套泥质岩石,其详细深入的矿物学工作尚不多见。利用JSM-6700F场发射电镜及INCA能谱仪,研究了伊利石的显微形貌和微区成分。采用D/max-2500X-射线衍射仪,研究了伊利石的结晶度、多型和b0值。结果表明:研究区伊利石结晶度变化于0.26～0.77,平均值为0.44;伊利石(白云母)多型有3种类型,分别为1Md型、1Md+2M1混合型和2M1型;伊利石(白云母)b0值为8.996～9.045,平均值为9.007。石炭系伊利石结晶度变化于0.26～0.50,平均值为0.35,主要呈2M1多型,b0平均值为9.011,主要是低级近变质带的产物;二叠系伊利石结晶度变化于0.26～0.50,平均值为0.42,主要为1Md+2M1混合型多型,b0平均值为9.004,主要为晚期成岩带的产物。

黑龙江省上古生界伊利石的成因标志及其地质意义

采用XRD技术,对黑龙江省上古生界泥质岩石中伊利石结晶度、多型和b值进行了测定,以揭示该区晚古生代极低级变质作用特征。测定结果表明,伊利石结晶度(Kübler指数)主要变化于0.31～0.77°Δ2θ,伊利石(白云母)b值主要变化于8.983～9.011,伊利石(白云母)多型为1Md型、1Md+2M1混合型和2M1型。上述伊利石矿物学参数揭示出,该区上古生界泥质岩石主体属于中—低压相晚期成岩带-低级近变质带范畴。进一步的研究表明,伊利石b值和伊利石结晶度存在明显的负相关关系,即随伊利石b值的逐渐增大(压力升高),伊利石结晶度逐渐减小(温度升高),暗示伊利石形成于一种正常的与埋深有关的成岩-变质环境,继而揭示出该区上古生界的成岩作用与变质作用是一个统一的连续过程而不是两个相互无关的地质事件。结合区域地质背景和内蒙、吉林等地伊利石的研究成果可以认为,东北地区上古生界并未遭受大规模的绿片岩相区域变质作用,局部出现的某些绿片岩相(或更高级别)的变质岩应是动力变质作用或接触变质作用的产物。

伊利石对Sr的反应性吸附及机理表征

放射性核素在核废物处置场天然屏障介质中的吸附行为对核废物安全处置至关重要。以黏土岩中的常见矿物伊利石为研究对象,通过静态吸附实验探究伊利石对Sr的吸附行为,结合吸附动力学模型和多种表征分析方法探究伊利石对Sr的吸附反应机理。结果表明:伊利石对Sr的吸附行为分为快速吸附(t≤60 min)和缓慢吸附至平衡(60 min≤t≤240 min)两个阶段,符合准一级和准二级动力学模型;在快速吸吸附阶段以物理吸附为主,主要为液膜扩散作用,在缓慢吸附阶段以化学吸附为主,Ca^(2+)、Mg^(2+)等离子与Sr的阳离子交换反应和CO_(3)^(2-)、—OH等官能团与Sr的络合反应是其主要的吸附反应机制。

伊利石基铁/锰氧化物制备及As(V)吸附性能研究

为提高伊利石对As(V)的吸附性能,以FeCl_(3)·6H_(2)O为铁源、KMnO_(4)为锰源、NH_(3)·H_(2)O为沉淀剂,十二烷基苯磺酸钠为模板剂,采用水热法在伊利石表面分别制备了纳米球状结构Fe_(2)O_(3)、纳米线状结构MnO_(2);采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品进行表征分析。制备的Fe_(2)O_(3)/伊利石和MnO_(2)/伊利石两种样品的比表面积分别为54 m^(2)/g和62 m^(2)/g。在室温下,pH为7,MnO_(2)/伊利石样品用量为50 mg,反应70 min,MnO_(2)/伊利石对As(V)的吸附容量为78.2 mg/g,样品对As(V)的吸附复合Langmuir等温吸附模型,主要为化学吸附,吸附去除率达95%以上。

不同温压和层间水饱和度下伊利石的理化性质分子模拟

红黏土水化膨胀和强度劣化对公路、建筑物、桥梁、大坝等至关重要,常常引发严重的工程问题。然而作为红黏土的主要矿物成分,伊利石理化性质研究较少受到关注。作者借助分子动力学方法研究了不同温压和层间水饱和度下伊利石的理化特性,分析了层间水饱和度递增过程中伊利石结构的基本层间距、体系相互作用能、热力学参数和晶体力学性能的变化规律。结果表明:含水饱和度增加、温度升高与压力降低,使伊利石基本层间距均增大,但含水饱和度影响最为显著;随着伊利石层间水饱和度增加,体系压力和键结相互作用小幅度增大,但非键相互作用大幅减小,导致结构总能量和变形模量减小,引起黏土材料强度劣化的内在机理;温度升高压力降低加快了水分子与钾离子的扩散,是导致结构变形模量减小的重要影响因素。在不同温压和层间水饱和度下研究伊利石理化性质对工程实践具有重要意义,可为实现黏土矿物资源化应用以及黏土强度改良提供理论依据。

伊利石/海藻酸钠复合材料吸附水中Cr(VI)

以海藻酸钠(SA)为原料,添加伊利石(IL)制备了伊利石/海藻酸钠(IL/SA)凝胶球复合材料.研究了凝胶球对水中Cr(VI)的吸附能力,探讨了溶液pH、Cr(VI)初始质量浓度对Cr(VI)吸附性能的影响.结果表明,IL/SA凝胶球对Cr(VI)的最佳吸附条件是溶液pH为2,Cr(VI)初始质量浓度为300mg/L,吸附时间为4h.在热力学方面,吸附数据结果表明更符合Langmuir吸附等温模型,Cr(VI)在凝胶球上的吸附是单分子层的;在动力学方面,吸附数据结果更符合准二级动力学模型.

蒙皂石伊利石化反应机理和框架性行为模式

对珠江口盆地两口钻井 95个泥质岩样粘土矿物 X衍射分析资料的定量研究表明 ,若反应是以消耗蒙皂石为代价形成伊利石 ,则反应符合溶解 -沉淀机理 ,但除此以外 ,蒙皂石还可以净溶解或新增伊利石层的方式加大 I/S比。蒙皂石在渐进成岩过程中的框架性行为模式具有三级控制 ,按顺序分别由温度、基本离子成分和动力学因素控制特定温度段内蒙皂石行为过程的起始和终结、行为过程的方式和行为过程的速率和程度。渐进成岩过程中 I/S比的变化主要与第三级控制有关 ,而游离状蒙皂石和伊

蒙脱石伊利石化过程中伊-蒙混层形成的Gibbs自由能

采用Vieillard(2000)提出的计算含水粘土矿物形成的Gibbs自由能的方法,对热液蚀变作用下蒙脱石向伊利石转变过程中伊利石 蒙脱石混层形成的Gibbs自由能进行了计算。根据伊利石 蒙脱石混层的化学成分,详细计算了一个端元伊利石样品形成的Gibbs自由能,其值为 5401.36kJ/mol。该值与已给出的天然伊利石和理想伊利石形成的Gibbs自由能非常相近,表明Vieillard(2000)的方法对计算伊利石 蒙脱石混层形成的Gibbs自由能是可行的。伊利石 蒙脱石形成的Gibbs自由能可进一步用于计算因地下水过量开采而产生的地面沉降的量。