黑色頁巖化學風化過程的微觀機制及演化
發(fā)布時間：2019-09-13 18:48
【摘要】：針對黑色頁巖化學風化系統(tǒng)的復雜系統(tǒng)演化問題,通過X射線衍射(XRD)試驗、掃描電子顯微鏡和X射線能譜(SEM-EDS)試驗,從風化過程的微觀結構變化和非平衡熱力學過程出發(fā),對黑色頁巖化學風化剖面中不同風化層的礦物成分和微觀結構變化進行對比分析,探討黑色頁巖化學風化的微觀機制,同時利用非平衡態(tài)熱力學理論和耗散結構原理分析黑色頁巖化學風化系統(tǒng)的耗散結構的形成過程及化學風化演化規(guī)律。研究表明:在黑色頁巖化學風化過程中酸性水的侵蝕作用下,易溶性礦物溶解、次生礦物生成及離子交換吸附作用,促使礦物成分發(fā)生轉變;同時礦物顆粒間的連接方式發(fā)生了改變,也促使巖石內部產生大量微孔隙。黏土礦物和含水硫酸鹽礦物的吸水膨脹及失水收縮過程,使巖石內部產生不均勻應力,進一步改變巖石內部的微孔隙,促進化學風化進程。黑色頁巖化學風化系統(tǒng)是一個開放的復雜系統(tǒng),利用非平衡熱力學計算認為該系統(tǒng)是不可逆過程,且經歷了近平衡階段和遠離平衡階段,最終可形成具有一定穩(wěn)定性的耗散結構。
【圖文】：
屑礦物在酸性水作用下改造成為黏土礦物；某類型黏土礦物在酸性條件下轉變?yōu)槠渌鼮榉�(wěn)定類型的黏土礦物。在本風化剖面研究中，通過掃描電子顯微鏡和Ｘ射線能譜分析可明顯看出黑色頁巖中的鈉長石、白云母顆粒邊緣模糊，邊緣已成為已蝕變的伊利石或蒙脫石；黏土礦物具有明顯的卷曲，如花瓣狀的片狀顆粒即為蒙脫石，且微觀結構表面黏土礦物顆粒呈片狀絮凝結構（圖３）。Ｘ射線衍射分析可知白云母在過渡層和半風化層下部的含量具有隨風化程度增強而增高趨勢，而在風化層中的白云母卻轉化為伊利石、蒙脫石等圖３風化層的蒙脫石微觀結構ＳＥＭ圖像Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍｅｃｔｉｔｅｉｎｒｅｇｏｌｉｔｈｚｏｎｅ黏土礦物［２２］。伊利石、蒙脫石等黏土礦物在風化過程中逐漸生成，且含量具有隨風化程度增加而升高的趨勢。方解石溶解，釋放Ｃａ２＋：ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（３）白云石溶解，釋放Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋：ＣａＭｇ（ＣＯ３）２＋４Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｍｇ２＋＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（４）鈉長石溶解，釋放Ｎａ＋并形成高嶺石：２Ｎａ（ＡｌＳｉ３Ｏ８）＋９Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋→Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋２Ｎａ＋＋４Ｈ４ＳｉＯ４（５）白云母溶解，釋放Ｋ＋并形成高嶺石：ＫＡｌ３Ｓｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋→１．５Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋Ｋ＋（６）２．２次生礦物吸水膨脹作用
屑礦物在酸性水作用下改造成為黏土礦物；某類型黏土礦物在酸性條件下轉變?yōu)槠渌鼮榉�(wěn)定類型的黏土礦物。在本風化剖面研究中，通過掃描電子顯微鏡和Ｘ射線能譜分析可明顯看出黑色頁巖中的鈉長石、白云母顆粒邊緣模糊，邊緣已成為已蝕變的伊利石或蒙脫石；黏土礦物具有明顯的卷曲，如花瓣狀的片狀顆粒即為蒙脫石，且微觀結構表面黏土礦物顆粒呈片狀絮凝結構（圖３）。Ｘ射線衍射分析可知白云母在過渡層和半風化層下部的含量具有隨風化程度增強而增高趨勢，而在風化層中的白云母卻轉化為伊利石、蒙脫石等圖３風化層的蒙脫石微觀結構ＳＥＭ圖像Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍｅｃｔｉｔｅｉｎｒｅｇｏｌｉｔｈｚｏｎｅ黏土礦物［２２］。伊利石、蒙脫石等黏土礦物在風化過程中逐漸生成，且含量具有隨風化程度增加而升高的趨勢。方解石溶解，釋放Ｃａ２＋：ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（３）白云石溶解，釋放Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋：ＣａＭｇ（ＣＯ３）２＋４Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｍｇ２＋＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（４）鈉長石溶解，釋放Ｎａ＋并形成高嶺石：２Ｎａ（ＡｌＳｉ３Ｏ８）＋９Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋→Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋２Ｎａ＋＋４Ｈ４ＳｉＯ４（５）白云母溶解，，釋放Ｋ＋并形成高嶺石：ＫＡｌ３Ｓｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋→１．５Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋Ｋ＋（６）２．２次生礦物吸水膨脹作用
【作者單位】： 西南交通大學地球科學與環(huán)境工程學院;
【基金】：國家自然科學基金項目(41172261,41472256,41502269) 四川省科技支撐計劃項目(2012SZ0051) 西南交通大學博士創(chuàng)新基金(SWJTU2015-40) 軌道交通行業(yè)拔尖創(chuàng)新人才項目(SWJTU2012-19)
【分類號】：P512.12
【圖文】：
屑礦物在酸性水作用下改造成為黏土礦物；某類型黏土礦物在酸性條件下轉變?yōu)槠渌鼮榉�(wěn)定類型的黏土礦物。在本風化剖面研究中，通過掃描電子顯微鏡和Ｘ射線能譜分析可明顯看出黑色頁巖中的鈉長石、白云母顆粒邊緣模糊，邊緣已成為已蝕變的伊利石或蒙脫石；黏土礦物具有明顯的卷曲，如花瓣狀的片狀顆粒即為蒙脫石，且微觀結構表面黏土礦物顆粒呈片狀絮凝結構（圖３）。Ｘ射線衍射分析可知白云母在過渡層和半風化層下部的含量具有隨風化程度增強而增高趨勢，而在風化層中的白云母卻轉化為伊利石、蒙脫石等圖３風化層的蒙脫石微觀結構ＳＥＭ圖像Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍｅｃｔｉｔｅｉｎｒｅｇｏｌｉｔｈｚｏｎｅ黏土礦物［２２］。伊利石、蒙脫石等黏土礦物在風化過程中逐漸生成，且含量具有隨風化程度增加而升高的趨勢。方解石溶解，釋放Ｃａ２＋：ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（３）白云石溶解，釋放Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋：ＣａＭｇ（ＣＯ３）２＋４Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｍｇ２＋＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（４）鈉長石溶解，釋放Ｎａ＋并形成高嶺石：２Ｎａ（ＡｌＳｉ３Ｏ８）＋９Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋→Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋２Ｎａ＋＋４Ｈ４ＳｉＯ４（５）白云母溶解，釋放Ｋ＋并形成高嶺石：ＫＡｌ３Ｓｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋→１．５Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋Ｋ＋（６）２．２次生礦物吸水膨脹作用
屑礦物在酸性水作用下改造成為黏土礦物；某類型黏土礦物在酸性條件下轉變?yōu)槠渌鼮榉�(wěn)定類型的黏土礦物。在本風化剖面研究中，通過掃描電子顯微鏡和Ｘ射線能譜分析可明顯看出黑色頁巖中的鈉長石、白云母顆粒邊緣模糊，邊緣已成為已蝕變的伊利石或蒙脫石；黏土礦物具有明顯的卷曲，如花瓣狀的片狀顆粒即為蒙脫石，且微觀結構表面黏土礦物顆粒呈片狀絮凝結構（圖３）。Ｘ射線衍射分析可知白云母在過渡層和半風化層下部的含量具有隨風化程度增強而增高趨勢，而在風化層中的白云母卻轉化為伊利石、蒙脫石等圖３風化層的蒙脫石微觀結構ＳＥＭ圖像Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍｅｃｔｉｔｅｉｎｒｅｇｏｌｉｔｈｚｏｎｅ黏土礦物［２２］。伊利石、蒙脫石等黏土礦物在風化過程中逐漸生成，且含量具有隨風化程度增加而升高的趨勢。方解石溶解，釋放Ｃａ２＋：ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（３）白云石溶解，釋放Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋：ＣａＭｇ（ＣＯ３）２＋４Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｍｇ２＋＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（４）鈉長石溶解，釋放Ｎａ＋并形成高嶺石：２Ｎａ（ＡｌＳｉ３Ｏ８）＋９Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋→Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋２Ｎａ＋＋４Ｈ４ＳｉＯ４（５）白云母溶解，，釋放Ｋ＋并形成高嶺石：ＫＡｌ３Ｓｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋→１．５Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋Ｋ＋（６）２．２次生礦物吸水膨脹作用
【作者單位】： 西南交通大學地球科學與環(huán)境工程學院;
【基金】：國家自然科學基金項目(41172261,41472256,41502269) 四川省科技支撐計劃項目(2012SZ0051) 西南交通大學博士創(chuàng)新基金(SWJTU2015-40) 軌道交通行業(yè)拔尖創(chuàng)新人才項目(SWJTU2012-19)
【分類號】：P512.12
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7 J．Pa
本文編號：2535746
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