微生物碳酸盐沉积及其研究意义

结合国际和国内有关微生物碳酸盐沉积研究的主要成果,归纳微生物碳酸盐沉积的定义、特征、分类和研究范围;探讨微生物碳酸盐沉积在地质时期重大气候和环境变化事件、全新世环境气候变化和恢复以及矿物沉淀、油气成储和天然气水合物示踪等方面的研究和应用意义;并综合微生物碳酸盐沉积建造与油气成藏的关系和最新研究成果,以及微生物碳酸盐目前的研究热点和发展趋势,指出微生物碳酸盐沉积作为微生物活动、碳酸盐沉积和地球化学综合作用的产物是沉积学、古生物学、石油地质学、沉积地球化学(、古)环境学和(古)气候学研究的新的切入点。

中国南沙美济环礁中微生物碳酸盐沉积及其环境意义

位于中国南沙群岛中的美济礁是由珊瑚礁环围绕泻湖形成的.在珊瑚构成的礁环上既有突起的小珊瑚岛(在礁环上的小补丁礁)也有低缓的礁沙丘,微生物碳酸盐沉积发育在环礁底部周围和斑块礁塔的珊瑚上或礁沙丘的珊瑚断枝上,生长形式主要为绒毛状、发状或细刺状、胶块状、席状或结壳状,一般发育在0～15m水深环境中.这些微生物沉积可能是由丝状蓝菌的自然种群经钙化后形成.它们的生长位置:(1)与Acropora共生的球茎状珊瑚上;(2)块状的Galaxea fascicularis丛体上;(3)死亡的Montipora digitata丛体上;(4)死亡的Acropora teres上,一些发状的微生物碳酸盐沉积覆绕这些珊瑚断枝生长.研究证实了微生物碳酸盐沉积在中国南海珊瑚礁沉积中的发育,显示出微生物作用过程在现代珊瑚礁系统形成中的重要性.其研究结果对确定地质时期形成微生物岩(microbialite)的微生物的特征和成分,以及对评估现代珊瑚礁中的微生物碳酸盐沉积及其在现代礁系统生物化学循环中的重要性都具有重要意义.研究结果还提供了地质时期浅水环境中形成的古微生物岩现今类比的证据,并且结合古微生物岩的沉积学研究来了解其生长控制机理.

海南岛鹿回头水尾岭海滩岩中的微生物碳酸盐沉积研究

般呈叠层状、薄的结壳状、穹状、微生物石等多种形态生长,黏结细小的生物碎屑,大多具有微生物的管形丝状体和纹层状的生长纹.珊瑚骨骼孔穴中的微生物碳酸盐沉积呈叠层的尖锥体,生长方向不定,随珊瑚骨骼孔穴的延伸方向生长,具有清晰的生长纹层,显示明显的阶段性,是隐生微生物碳酸盐沉积的一种独特发育形式.微生物成因的胶结物多以针纤状方解石、钙化的菌类丝状体和莓状钙球的形式出现,并以针纤状方解石最为常见.这表明微生物活动和微生物碳酸盐沉积在热带海洋受季风影响下的以碳酸盐为主要成分的海滩岩形成中起着重要的作用.研究工作第一次发现和描述了我国南海北部海岸海滩岩中的微生物碳酸盐沉积和与微生物活动有关的胶结物,研究结果支持海滩岩中的胶结物部分是源于微生物成因的,肯定了微生物在碳酸盐沉积方面的重要作用,从一个新的研究角度拓宽了海滩岩的认知领域.

微生物诱导碳酸盐在土体加固中的应用进展

微生物矿化是近年来在土体改良工程发展起来的一个新分支,主要研究微生物活性在改善土体颗粒特性方面的应用。微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)是实现土体生物胶结最常用的方法之一,该技术借助脲酶菌的代谢行为诱导碳酸钙,将松散的砂颗粒胶结成整体,从而提高了土体的力学性能。文章系统性地介绍了MICP研究中的脲酶菌矿化机理、相关处理方法、影响因素、衍生新工艺脲酶诱导碳酸盐沉积EICP及MICP技术在岩土领域的相关现场试验,并对MICP的实用性进行了总结,最后简要讨论了现研究阶段MICP工程应用所面临的挑战和潜在解决方案。

镁的引入对微生物加固砂土试验的影响

微生物沉积碳酸盐(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术是土木工程领域中一种新型的地基处理技术,其主要通过微生物诱导产生的碳酸盐沉淀胶结砂土颗粒,从而提高其力学性能。目前,MICP加固过程中Ca 2+作为生成CaCO 3沉淀的主要来源,但是对其他金属离子和矿化产物以及矿化产物之间结合作用的相关研究较少。选取6种不同的Mg 2+/Ca 2+物质的量比工况,通过碳酸盐沉淀试验和无侧限抗压强度试验,分析MICP技术处理砂土影响的效果。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,初步探讨了微生物固化砂土的机理。结果表明:随着Mg 2+/Ca 2+物质量比的增加,固化后砂样的碳酸盐含量降低;较低Mg 2+/Ca 2+物质的量比提高了其无侧限抗压强度;在Mg 2+/Ca 2+=0.1/0.4时,砂样的强度获得最大值;但较高Mg 2+/Ca 2+物质的量比抑制了碳酸盐的析出,降低了其强度;随着Mg 2+/Ca 2+物质的量比的增大,矿物成分含有方解石、球霰石和镁方解石等各种混合物,矿物成分发生了变化。

海南岛三亚小东海珊瑚礁坪生态沉积分带和碳酸盐沉积作用

海南岛三亚小东海发育有美丽的岸礁,岸礁礁坪环境向海延伸数十米,珊瑚礁生态沉积分带明显,从陆地向海依次为海滩岩、大块礁珊瑚带、礁坪内带、礁坪外带和礁坪前缘斜坡带,不同的分带有不同的碳酸盐沉积和造礁珊瑚生态群落.海滩岩的成分主要有珊瑚骨骼、藻类、腹足类、瓣鳃类和底栖有孔虫等生物砂颗粒;石英砂颗粒含量较少,成岩作用主要表现为早期胶结作用.小东海的礁坪是一种向海进积类型的,礁坪靠海滩岩一侧为大块珊瑚带,平顶、原地、且已死亡的块状珊瑚分布其中,大块珊瑚周围是生物砂粒和灰泥沉积;礁坪内带以死亡的珊瑚居多,表面包有生物颗粒和灰泥沉积物,活珊瑚都以块状复体为主,枝状和其他生态类型的几乎没有.群落动态变化统计分析显示,礁坪外带强波浪作用带是造礁珊瑚生长最繁盛和分布最密集区域,除块状复体的珊瑚大量繁盛外,枝状的伞房鹿角珊瑚也大量发育,由于波浪强烈的冲刷作用,生物颗粒和灰泥沉积物极少.微生物碳酸盐沉积一般发育在海滩岩的孔穴、珊瑚骨骼空腔和生物颗粒上,而以后面二者居多;从海滩岩到礁坪外带的波浪和水流作用变化,决定了小东海珊瑚礁的生态沉积分带,微生物碳酸盐沉积一般不在波浪作用强烈和沉积物受冲刷的礁坪外带发育.

利用Triton X-100提升巴氏芽孢杆菌脲酶活性的效果

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术是近年来发展起来的一种新型绿色加固技术,如何提升MICP技术的加固效能一直是学者关注的热点,本工作重点结合巴氏芽孢杆菌产脲酶原理和非离子表面活性剂的特点,设计采用非离子表面活性剂Triton X-100提升MICP效能的试验研究。结果表明:(1)在单因素试验结果的基础上,通过响应面试验分析确定了活性剂的最优处理条件,即掺量1.37%、处理时间5.02 h、处理温度34.28℃、菌胶比1∶2.11;(2)采用最优条件处理的巴氏芽孢杆菌对钙质砂进行加固后,钙质砂固化体碳酸钙含量和无侧限抗压强度分别提升了25.48%和22.83%;(3)非离子表面活性剂Triton X-100增大了巴氏芽孢杆菌的细胞膜通透性,一方面使得更多的胞内脲酶释放到细胞外,同时更多的尿素分子进入到细胞内,促进了尿素水解,提升了碳酸钙的生成速率;另一方面使得以细菌为核点生成的碳酸钙胶凝体的结构更为致密,在这两方面作用下,MICP效能得到有效提升。相关思路和研究结果可为MICP加固效果的提升提供新的参考和思路。

MICP技术对Mn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)污染土壤的修复效果

利用微生物诱导碳酸盐沉积(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术处理Mn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)污染土及Mn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)混合溶液,研究MICP技术对重金属污染土的修复效果,重金属离子在土壤修复过程中的竞争关系,以及pH值对已修复土壤稳定性的影响.实验结果表明:经微生物矿化修复后,单一重金属污染土中可交换态锰、铬离子的去除率分别为85.64%和77.56%;经修复的Mn(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)混合污染液中可交换态锰离子的去除率大于铬离子;酸性条件影响污染土的修复稳定性,土壤中可交换态锰、铬离子含量随pH值减小而增加.

生物修复Cu2+、Pb2+污染土的稳定性

微生物诱导碳酸盐沉积（MICP）技术可用于地基加固和污染土修复,由于其良好的效果,日益受到了人们的关注。MICP过程中通过吸附固定重金属,对污染土起修复作用,但实践中对MICP修复污染土的长期稳定性还研究较少。通过测定不同酸液、冻融循环条件下修复土中可交换态重金属的改变量发现：污染土经3次生物修复后,铜、铅可交换态含量分别降低了74.8%-79.4%和91.3%-93.2%;在冻融循环下,可交换态重金属含量仅有小幅增加,但在酸性溶液中,修复土中可交换态重金属的含量随pH值的减小而增大,在pH值为2.5的模拟硝酸型酸雨溶液中,可交换态铜、铅含量分别平均增加了27.2%和23.6%,故强酸环境对修复土的稳定性影响较大。