中国煤中砷的含量分布、赋存状态、富集及环境意义

砷是煤中有害微量元素之一,在煤加工利用过程中,砷会以各种形式释放出来,进入环境。本文在全面分析现有资料和文献的基础上,结合作者对中国煤中砷的研究成果,分析了中国煤中砷的含量与分布、赋存状态、富集因素以及环境意义。通过研究和分析可知,中国煤中砷的平均值约为5μg/g,但在不同地区、不同时代以及不同类型的煤中有较大的差异,除中国西南地区含量异常高外,一般含量均在10μg/g以内;煤中砷的赋存状态多种多样,主要以无机态的硫化物结合为主,并常与黄铁矿等矿物伴生,也存在有机态结合的砷;中国煤中砷的来源和富集主要是以陆源母岩、成煤植物、沉积环境和构造裂隙—热液作用等为主的多种因素综合控制的结果;在煤燃烧过程中,煤中的砷释放出来,并对长期生活在燃煤地区的环境和人体产生影响。本文还提出今后煤中砷研究的主要方向,以为煤中砷的研究提供参考资料。

淮北煤田二叠纪煤中稀土元素地球化学研究

从淮北煤田二叠系10,7,5,4和3煤层中采集34个样品,采用等离子体质谱(ICPMS)、中子活化(INNA)、等离子体发射光谱(ICPAES)等方法对样品中主量元素和稀土元素进行了测试,利用X射线衍射等方法对煤中矿物质及其煤质参数进行了测定。在各种测试的基础上,全面分析了稀土元素含量特征、空间分布规律、地球化学参数和分布模式,探讨了淮北煤田二叠纪煤中稀土元素的主要来源及其在煤中的主要赋存方式。研究表明:与华北和国内外其他地区相比,本区煤层中稀土元素相对富集;产于石盒子组煤中的稀土元素含量高于山西组的,在同一煤层中自下而上稀土元素含量有增高趋势,在顶底板中可能出现富集。Ce呈正异常,Eu明显负异常,不同煤层稀土元素的分布模式相似,稀土元素和灰分具有较好的正相关,∑REE与灰分、灰分中的主要元素以及典型陆源灰分中的微量元素正相关,与反映海相的低灰组分相关性较差。结合煤中矿物质的X射线衍射结果,分析获知,淮北煤田二叠纪成煤环境基本不受海水影响,稀土元素主要由陆源供给,而且主要赋存在以高岭石、伊利石为主的粘土矿物中。

淮南潘二矿太原组灰岩稀土元素特征及沉积环境的分析

选择淮南潘二煤矿石炭系太原组13层灰岩作为研究对象,在岩石学基础上对其稀土元素地球化学特征进行了分析,并探讨了灰岩中稀土元素的来源,进而对其沉积环境进行解释.结果表明:各层灰岩中Zr,Th,Sc含量较低且Y/Ho比值较高,表明各层灰岩均未受到陆源碎屑物的混染;其中轻稀土(LREE)弱亏损、La正异常、Y正异常、高Y/Ho值呈现出与正常海相碳酸盐岩相似的稀土元素特征,这反映了灰岩沉积环境具有典型海相沉积的特征;δCe反映出各层灰岩沉积时氧化还原条件不同;δEu正异常反映了整个灰岩段沉积时处于近海岸环境,并伴随有陆相有机物质分解风化,进而进入灰岩沉积水体中,从而使Eu呈现显著的正异常.

镁同位素地球化学研究新进展及其应用

作为一种新兴的地质示踪剂,Mg同位素正受到国际地学界日益广泛的关注。Mg同位素地球化学研究已取得了巨大的进展,近期研究工作主要包括两个方面。首先,调查了地球各主要储库和陨石的Mg同位素组成特征,结果表明陨石和地球地幔具有均一并且相似的Mg同位素组成,平均δ26Mg值分别为-0.28±0.06‰和-0.25±0.07‰;相反,上地壳和水圈的Mg同位素组成很不均一,δ26Mg值变化范围分别为-4.84‰～+0.92‰和-2.93‰～+1.13‰。其次,对一些地质和物理化学过程中Mg同位素的分馏行为进行研究,结果表明:(1)地表风化作用可以造成大的Mg同位素分馏,导致重Mg同位素残留在风化产物中而轻Mg同位素进入水圈;(2)岩浆分异过程中Mg同位素平衡分馏很小;(3)高温化学扩散和热扩散过程中Mg同位素会发生显著的动力学分馏。基于这些研究成果,Mg同位素体系已经被初步应用于示踪早期地球形成和壳内物质再循环等过程,并有望在不久的将来应用于示踪大陆地壳的化学演化和地质温度计等研究领域。

华北中南部蚕坊和孤峰山花岗闪长岩体的地球化学特征和Sr-Nd-Pb同位素组成

花岗质岩石地球化学组成可以为研究下地壳物质组成提供有效的信息。本文报道出露于华北克拉通中部带南部地区的蚕坊花岗闪长岩体和孤峰山花岗闪长岩体同位素年代学和地球化学组成,限定研究地区下地壳地球化学特征。锆石U-Pb分析结果表明,蚕坊岩体形成于130Ma左右,与孤峰山岩体的形成时间相当。蚕坊岩体和孤峰山岩体具有高硅、低镁、富钠的主量元素特征,富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Sr等,Sr/Y值高,亏损高场强元素Nb、Ta和Ti,显示明显Pb正异常。蚕坊岩体和孤峰山岩体具有相似的Sr-Nd-Pb同位素组成特征,前者初始87Sr/86Sr比值0.7071~0.7075,初始εNd值-18.2^-15.7;后者为0.7069~0.7074和-16.5^-15.6;Pb同位素组成特征显示岩浆源区与下地壳存在亲缘性。结合地质背景和同位素混合模拟计算表明,太古代下地壳和古元古代新生的玄武质下地壳可能是岩浆源区的主要物质组成,并推断早白垩世华北克拉通太行山以西地区壳-幔相互作用主要表现为软流圈地幔上涌,导致区域热异常,引发下地壳部分熔融和成岩浆作用。

巢湖流域城市型重污染河流综合治理技术研究——以合肥市十五里河为例

在"水十条"对城市黑臭河道提出治理目标的大背景下,以巢湖流域主要入湖河流十五里河为例,提出了巢湖流域典型城市型重污染入湖河流综合治理措施。在对流域概况、水质现状和污染源现状进行调查分析的基础上,对流域主要环境问题进行了识别,结合河道现状治理情况,提出了以源头截污为核心,以过程拦截为辅助,以河道自净为补充,辅以补充生态基流的治理策略。以期为当前正在开展的十五里河综合治理提供对策措施,也为其他类似受污染的城市河流治理提供思路。

硒元素在低热值电厂燃烧残余物中的分布与环境贡献

对煤泥、煤矸石低热值电厂的不同燃料、除尘器飞灰及渣中痕量元素硒进行研究。化学分析表明,硒在颗粒较粗的除尘器飞灰中亏损,而在细颗粒飞灰中显著富集.粗、细飞灰含硒量的差异与飞灰的颗粒大小和形态有关,细小飞灰中存在较大比例的蜂窝状结构,增加了比表面积,吸附能力显著提高.由于锅炉构造和燃烧特征不同,与煤粉炉相比,循环流化床锅炉底渣中硒的亏损更加强烈.通过物质平衡计算,燃烧后的硒近80%～90%存在于除尘器飞灰当中;6.60%～15.23%的硒随气流和烟气细飞灰直接排放入大气;渣中硒含量较低,对于环境的影响很小.脱硫剂石灰粉的使用,在燃烧过程中产生的CaO不仅吸收了SO2还可与高温产生的SeO2气体进行反应,将大部分硒捕获在除尘器飞灰中,降低了硒的挥发性.然而排放入大气的硒活性最高,随着电厂的运行,排放量亦将非常显著,应进一步加以控制.

昆仑山Ms 8．1级地震震后变形场数值模拟与成因机理探讨

2001年11月14日,在青海和新疆交界处发生了昆仑山Ms8.1级强烈地震,GPS后观测显示,此次地震震后形变不仅在断裂南北两侧存在很大的差异,而且在短时间调整后断裂南北两侧表现为同向运动.本文以观测的地震形变为约束,通过有限元数值模拟分析昆仑山地震震后形变的物理机制.建立有关的有限元虚功方程,通过有限元数值方法模拟震后形变,从理论上分析介质的非均匀性、黏滞性松弛、流体调整对震后形变的影响.采用网格搜索确定昆仑断裂南北两侧下地壳的黏滞系数分别为5.0×1017Pa.s,9.0×1018Pa.s左右,正是这十余倍的差异引起了断裂两侧震后形变的非对称性和同向运动,这一差异既是长期地质作用的结果,又是现代地球动力学环境的决定因素之一.通过数值模拟定性讨论了断裂北侧地表形变在震后短期内的调整,对于靠近断裂附近的测点可能是黏弹性松弛和孔隙流体调整共同作用的结果,所以在分析短期震后形变时综合考虑黏弹松弛和孔隙流体调整是很有必要的.

巢湖表层沉积物与上覆水体中重金属分配特征及其相关性研究

采集巢湖3个主要支流(南淝河、裕溪河与杭埠河)的河口处表层沉积物和水样各27个,利用ICP-OES及AFS等仪器测试了沉积物中重金属(Cd,Cr,Cu,Pb,Zn,As,Hg)的含量、水体可溶性的重金属含量,并检测了各河流水体理化指标;计算重金属在表层沉积物与水体中的分配系数;分析每个河口处各元素的相关性.结果表明,南淝河口处总氮总磷超过地表水环境质量标准的Ⅴ类,水体中重金属除元素汞以外,含量基本低于Ⅰ类地表水质标准,大部分沉积物样品中重金属的含量均超过背景值.南淝河口处污染最为严重,元素Cr,Cu,Pb,Zn,As的分配系数远低于其他两河口处;杭埠河口的Cd、Hg两元素的分配系数相对较低,且Cu、Cd、Hg三元素的相关性很高.

淮北煤田煤中汞的赋存状态

系统采集淮北煤田10、7、5、4和3煤层的29个煤样品,采用逐级化学提取方法研究了煤中汞的赋存状态,根据提取步骤和汞的特性,将煤中的汞分为水溶态、离子交换态、有机态、碳酸盐结合态、硅酸盐结合态和硫化物结合态,利用FlowInjectionMercurySystem(FIMS)分析了样品中总汞和不同形态中汞的含量.测试结果表明,与华北石炭-二叠纪煤、中国煤以及美国煤含量相比较,淮北煤田煤中汞的含量明显富集.逐级化学提取实验结果和煤中汞与硫、灰分的相关分析结果表明,岩浆的侵入对煤中汞的赋存状态有较大的影响,不受岩浆侵入影响的10、4和3煤层煤中的汞主要以有机态和硫化物结合态存在,受岩浆侵入影响的5和7煤层中的汞主要以硅酸盐结合态存在.

安徽女山新生代玄武岩中橄榄岩包体矿物的含水性研究

本文对15个来自安徽女山新生代玄武岩的橄榄岩包体矿物(橄榄石、单斜辉石和斜方辉石)进行了详细的微区傅立叶变换红外光谱(Micro-FTIR)分析。结果显示,所有被测的橄榄石颗粒都没有明显的OH吸收峰,这表明橄榄石要么不含结构水,要么结构水含量＜2ppm(H_2O wt．下同);所有的单斜辉石和斜方辉石颗粒都含有以OH形式存在的结构水。辉石矿物颗粒内部的结构水含量要么是均一的,要么表现出中心高边缘低的不均一分布。这种不均一分布的特征应该来自于包体上升过程中由于压力降低而引起的H扩散。如果用每个样品多个测定颗粒的中心部位的平均值来代表该样品的话,15个样品的单斜辉石水含量为6～356ppm,斜方辉石水含量6～139ppm。单斜辉石与斜方辉石之间水含量的比值为-2．5,和文献中报道的分配系数吻合,表明女山单斜辉石和斜方辉石之间达到了H平衡。女山的橄榄岩分成低温(＜950℃)和高温(＞1050℃)两组,所有的含角闪石的样品都在低温组。高温组的斜方辉石和单斜辉石表现出H_2O含量和Al含量的正相关、和Mg含量的负相关,表明Al^(3+)+H^+(?)Si^(4+)和Al^(3+)+H^+(?)2Mg^(2+)是辉石中H的主要结合机制,同时也表明这些样品有效地保存了其在源区的原始结构水含量。而低温组的辉石偏离了相关趋势,结合该组部分样品含有角闪石的特征,我们提出一个流体(本文中采用广义的概念,即包括熔体和流体)上升交代的模式来解释女山橄榄岩的特征:流体从下向上运移,与高温组(下部)橄榄岩先发生反应,由于水含量较低,既没有影响橄榄岩矿物的原始水含量,也没有能形成角闪石,在上升的过程中由于发生名义上无水矿物(橄榄石,辉石等巨晶)的结晶分离,流体中的水含量不断增加,积累到一定程度,即与低温组(上部)橄榄岩反应时,不仅影响了橄榄岩矿物的原始水含量。也在部分样品中形成了角闪石。

淮北煤田煤中有机硫的测定与分析

以淮北煤田16个煤样品为研究对象,对每个样品均进行了元素分析,并进行了索氏抽提实验,采用气相色谱-质谱仪对提取液进行测试分析.结果表明,淮北煤田4煤层和5煤层是以低硫煤为主的烟煤,煤中的有机硫主要为含硫多环芳烃(PASHs),其中又以二苯并噻吩及其甲基取代物和苯并萘并噻吩及其甲基,二甲基取代物为主.通过比较相对含量,发现5煤层的PASHs普遍比4煤层高,且PASHs的含量与O/C值成反相关,与煤的变质程度关系密切,煤化程度愈高,煤组成的芳构化程度也愈高,PASHs含量亦愈高.同时还发现当煤中硫含量在0.5%左右时,煤中PASHs含量达最高.

震后短期和长期形变模拟-以1960年智利Mw9.5地震为例

以1960年5月智利瓦尔迪维亚(Valdivia)MW9.5地震为例分析震后不同时期的形变,实现了以Burgers体为粘弹介质模型来模拟震后粘弹松弛效应有限元数值模拟.计算结果表明,该粘弹介质模型可以模拟地震引起的瞬时同震弹性响应及震后粘弹松弛的短期和长期响应.由1960智利MW9.5地震震后模拟的应变率显示以Burgers体为粘弹介质模型可以解决Maxwell体在模拟震后短期和长期形变不协调问题.

加勒比海小安德列斯岛弧Kick’emJenny海底火山岩的斜长石成分环带:示踪大洋岛弧岩浆房的演化

我们对采自于加勒比海地区小安德列斯岛弧(Lesser Antilles Arc)Kick’em Jenny(KEJ)海底火山玄武岩中的斜长石斑晶进行了矿物形态和成分分析。利用电子探针(EMPA)和LA-ICP-MS测定了具有环带结构的斜长石斑晶中主量元素的空间分布,同时也利用LA-ICP-MS分析了斜长石中Sr的分布。结果表明,在不同的矿物斑晶中,元素含量均表现出和环带结构相联系的空间分布变化。斜长石斑晶中最主要的结构为韵律环带以及熔蚀结构,所测定的矿物边缘都存在An值从由内向外迅速降低的致密韵律环带,可能反映了快速结晶时的不平衡;而晶体内部的稀疏韵律环带结构是由岩浆填充或对流活动导致的。部分斜长石的熔蚀层An值由内向外升高,反映了高Ca岩浆填充的过程。这说明斜长石斑晶的矿物形态和元素环带可以用来制约俯冲带海底火山岩浆从源区上升到岩浆房再到喷发的复杂过程,包括岩浆演化、熔体多次填充、熔体与结晶矿物之间的反应、以及矿物再熔融等。这对于理解海底火山的喷发以及岛弧岩浆岩的演化有重要意义。

淮北芦岭矿区土壤中PAHs的分布特征及分析

在运用气相色谱-质谱方法对淮北芦岭煤矿区17个代表性土壤样品和一个煤矸石样品进行28种PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbons)测试和分析的基础上,研究了PAHs在矿区土壤中的分布特征及迁移行为,评价了PAHs在矿区的环境影响.结果表明,研究区28种PAHs,总含量(干重)∑28PAHs从0.35μg/g到6.21μg/g,平均值为1.69μg/g.其中16种是USEPA规定的优控PAHs,总含量(干重)∑16PAHs从0.23μg/g到3.53μg/g,平均值为1.00μg/g.按相关评价标准,该区部分土壤受到PAHs中度到重度污染,且该区PAHs污染来源是煤矸石堆和生物质燃料燃烧.通过毒性评价可知,PAHs污染土壤的环境风险主要是苯并[a]芘,TEQ达60.68%.

鄂东南铜绿山矿床石榴子石显微结构及微区成分对成矿过程的指示

鄂东南矿集区铜绿山矿床是典型的矽卡岩型铜铁多金属矿床,矿体产出在铜绿山岩体与三叠系碳酸盐地层的接触带。尽管本矿床的研究程度很高,但对早期成矿流体的成分与演化及矿质富集沉淀等过程的精细制约依然比较欠缺。石榴子石在铜绿山矿床中分布广泛,本文对不同产状的石榴子石利用SEM显微结构、EPMA主量元素和LA-ICPMS微量元素分析,去探讨石榴子石的生长动力学及其对成矿过程的指示。大理岩和镁质外矽卡岩中的石榴子石均以钙铝榴石为主,端元成分比较均一,∑REE含量低(3. 01×10^(-6)～14. 34×10^(-6)),具有弱的Eu异常、轻微富集LREE的模式。钙质外矽卡岩和内矽卡岩中的石榴子石以钙铁榴石为主,端元成分变化较大,单颗粒从核部到边部Fe含量具有增加的趋势,其∑REE含量较高(22. 71×10^(-6)～806. 8×10^(-6)),具有明显的正Eu异常、极度富集LREE亏损HREE的模式。大理岩中的钙铝榴石环带不发育,表明在晶体生长过程中,界面反应速率很慢且物质迁移以扩散为主;而镁质外矽卡岩中的钙铝榴石可见振荡环带,表明界面反应速率比以扩散为主要方式的物质迁移快,这与白云石相对于方解石具有较低的反应吉布斯自由能,因此较难被热液消耗有关;钙质外矽卡岩中的钙铁榴石振荡环带清晰,该类石榴子石只有在界面反应速率较快且物质迁移方式以对流为主的情况下才能形成;内矽卡岩中的钙铁榴石的环带杂乱,尽管其形成的动力学模式与钙质外矽卡岩中的类似,但由于其距离岩体更近,热量迁移困难,在结晶生长受阻的同时由于对流提供的充足物质使得原先的环带发生溶解再沉淀进而形成结构混乱的再吸收环带。上述生长动力学模式也能够很好的对应Nb、Ta含量的脱耦和轻重稀土分异的特征。铜绿山不同产状的石榴子石中,外矽卡岩带中钙铁榴石Eu含量最高,而Eu^(2+)与成矿金属元素一样可被Cl-络合的,其含量的高低可能指示了对应的成矿元素在成矿热液中的浓度。石榴子石环带自核部向边部Fe含量具有逐渐增加的趋势,反应干矽卡岩阶段从早到晚,热液中的金属成矿元素含量增加。

加里曼丹岛西南部Lamandau地区辉石闪长玢岩全岩Sr-Nd和锆石Hf同位素研究

Lamandau地区位于加里曼丹岛西南部巽他陆块,该区辉石闪长玢岩与铁铜金多金属矿床的形成密切相关。全岩Sr-Nd同位素分析结果表明,该区辉石闪长玢岩具有正的εNd(t)值(2.08~3.15)和较低的(87Sr/86Sr)i值(0.704230~0.704296),指示其来自亏损地幔源区,具有相对年轻的单阶段Nd模式年龄(0.67~0.74 Ga)。锆石Hf同位素组成与高温橄榄岩接近,进一步表明岩浆源区为新生的年轻岩石圈地幔。辉石闪长玢岩中锆石具有较低的εHf(t)(-2.80~2.20)值,低于全岩εNd(t)值,出现Nd-Hf同位素解耦现象,是受"石榴子石效应"影响的结果。岩石的Nd-Hf模式年龄属于新元古代,表明岩浆源区中可能有俯冲再循环的大洋沉积物加入。

青海东昆南构造带苦海辉长岩和德尔尼闪长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄及痕量元素地球化学——对“祁-柴-昆”晚新元古代—早奥陶世多岛洋南界的制约

东昆南构造带苦海-阿尼玛卿地区出露的中-基性岩浆岩的时代存在争议.报道了苦海辉长岩和德尔尼闪长岩中岩浆锆石的SHRIMPU-Pb年龄分别为(555±9)Ma和(493±6)Ma.地球化学研究表明苦海辉长岩和德尔尼闪长岩分别具有类似于洋岛玄武岩(OIB)和岛弧玄武岩(IAB)的痕量元素特征.据此,苦海辉长岩的发育时代(555±9)Ma及具有的OIB特征与北祁连的玉石沟洋壳成因蛇绿岩相似;德尔尼闪长岩的发育时代(493±6)Ma及具有的IAB特征与柴北缘的岛弧火山岩相似.苦海-阿尼玛卿地区存在晚新元古代—早奥陶世的中-基性岩浆岩,表明这一时期"祁-柴-昆"多岛洋的南界可达到东昆南构造带.早古生代时,东昆南构造带与秦岭造山带的勉略构造带不能对比.

柴达木盆地白钠镁矾的矿物学和稳定同位素特征

白钠镁矾是卤水演化过程中的次生硫酸盐矿物,含水蒸发盐矿物的镁等稳定同位素特征少有报道。实验选择柴达木盆地西部干盐湖钻孔SG-1中的白钠镁矾,对其进行了矿物学、结晶水氢氧同位素、镁同位素等的研究。柴达木盆地白钠镁矾的晶胞参数为a(nm)=0.553 76,b(nm)=0.824 7,c(nm)=1.111 7,β=100°45′。结晶水失水温度为135℃～180℃和200℃～298℃,Mg^(2+),Na^+和SO_4^(2-)含量分别为63.99×10^(-3)～82.8×10^(-3),134.33×10^(-3)～162.21×10^(-3),567×10^(-3)～641.62×10^(-3)。δ^(26)Mg为-1.163‰～-0.072‰,结晶水的δD为-12.10‰～3.72‰,δ^(18)O为13.07‰～15.34‰,浅部白钠镁矾的镁同位素及结晶水氢氧同位素值均比深部的值偏正,与研究区气候干旱化趋势一致,古湖水受到强烈的蒸发作用,Mg同位素的变化也具有环境指示意义。结晶水氢氧同位素线明显不同于大气降水线,也说明盐类矿物中氧同位素比该钻孔中石膏结晶水氧同位素明显偏正,说明白钠镁矾结晶水来源于大气降水,但受到强烈的蒸发作用影响。