本文關(guān)鍵詞：黑色頁(yè)巖化學(xué)風(fēng)化特征及其黃鐵礦氧化動(dòng)力學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《西南交通大學(xué)》 2013年

黑色頁(yè)巖化學(xué)風(fēng)化特征及其黃鐵礦氧化動(dòng)力學(xué)研究

廖昕  

【摘要】：在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史發(fā)展長(zhǎng)河中,巖石風(fēng)化作用始終存在于各種地質(zhì)體的轉(zhuǎn)化過(guò)程。自上個(gè)世紀(jì)以來(lái),世界各國(guó)地質(zhì)學(xué)者對(duì)于因巖石風(fēng)化作用產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害、工程破壞和環(huán)境污染等都作過(guò)大量研究報(bào)道。其中關(guān)于黑色頁(yè)巖巖石風(fēng)化作用的災(zāi)害調(diào)查結(jié)果表明：黑色頁(yè)巖的風(fēng)化過(guò)程主要體現(xiàn)在其硫化礦物(以黃鐵礦為主)的氧化作用方面,生成的酸性水和具有膨脹性的礬類(lèi)礦物,可以對(duì)黑色頁(yè)巖本身和周?chē)鷰r體造成溶蝕、擠脹等破壞效應(yīng),即黑色頁(yè)巖風(fēng)化以化學(xué)風(fēng)化為主要形式對(duì)巖體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)工程、環(huán)境安全產(chǎn)生作用。在黑色頁(yè)巖化學(xué)風(fēng)化作用的不同階段,由于受到外界條件和風(fēng)化速率的影響,其風(fēng)化產(chǎn)物組合特征和生成序列,體現(xiàn)了黑色頁(yè)巖的化學(xué)風(fēng)化特征。隨著我國(guó)建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展,人類(lèi)工程活動(dòng)日益頻繁,黑色頁(yè)巖在自然條件下化學(xué)風(fēng)化所導(dǎo)致的地質(zhì)工程問(wèn)題越來(lái)越突出,而對(duì)于黑色頁(yè)巖化學(xué)風(fēng)化特征及其硫化礦物氧化動(dòng)力學(xué)速率尚缺乏深入的理論、實(shí)驗(yàn)研究。 黑色頁(yè)巖在我國(guó)分布廣泛,其中以下寒武系黑色頁(yè)巖為代表的地層主要分布于我國(guó)南方湘黔地區(qū)和揚(yáng)子地臺(tái),其它分布區(qū),如新疆、浙江和川渝地區(qū)的研究主要針對(duì)黑色頁(yè)巖的地球化學(xué)元素特征。因此,對(duì)于黑色頁(yè)巖的化學(xué)風(fēng)化行為特征以及動(dòng)力學(xué)速率展開(kāi)研究,對(duì)地質(zhì)工程災(zāi)害和環(huán)境安全的評(píng)價(jià)及其預(yù)測(cè)具有重大意義。 本論文的研究選題是以廣西三江地區(qū)下寒武系清溪組黑色頁(yè)巖作為對(duì)象,圍繞黑色頁(yè)巖的化學(xué)風(fēng)化行為及其風(fēng)化產(chǎn)物的巖石學(xué)、地球化學(xué)、微觀形態(tài)學(xué)等特征,從化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)角度對(duì)黑色頁(yè)巖化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中涉及的水巖反應(yīng)熱力學(xué)穩(wěn)定性和黃鐵礦氧化動(dòng)力學(xué)速率等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,得到以下幾點(diǎn)研究成果和主要認(rèn)識(shí)： (1)根據(jù)研究區(qū)野外地質(zhì)調(diào)查和收集資料,結(jié)合地質(zhì)樣品的室內(nèi)礦物組分、化學(xué)成分和形態(tài)特征等測(cè)試結(jié)果,對(duì)研究區(qū)黑色頁(yè)巖的沉積環(huán)境、風(fēng)化程度進(jìn)行分析,分析結(jié)果表明研究區(qū)黑色頁(yè)巖風(fēng)化沉積環(huán)境屬于還原性較強(qiáng)的陸緣海相沉積環(huán)境,根據(jù)化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)等化學(xué)風(fēng)化參數(shù)及A-CN-K化學(xué)風(fēng)化趨勢(shì)圖解,顯示研究區(qū)黑色頁(yè)巖經(jīng)歷了中等程度的化學(xué)風(fēng)化,原巖的剝蝕狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定,仍較好的保存了原巖化學(xué)成分特征。 (2)基于黑色頁(yè)巖風(fēng)化產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)、分布特征以及形成條件,采用室內(nèi)半浸泡模擬試驗(yàn),分析了黑色頁(yè)巖在水和氧氣的共同作用下,所表現(xiàn)出來(lái)的化學(xué)風(fēng)化地球化學(xué)行為,著重探討了外界條件對(duì)于黑色頁(yè)巖風(fēng)化產(chǎn)物種類(lèi)的影響,以及硫酸鹽共生產(chǎn)物的時(shí)空序列特征。 (3)運(yùn)用化學(xué)熱力學(xué)理論和反應(yīng)模型,采用吉布斯自由能增量和平衡常數(shù)法,對(duì)酸性條件下黑色頁(yè)巖化學(xué)風(fēng)化過(guò)程所涉及的水巖化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向和限度進(jìn)行分析,通過(guò)pe-pH圖解形象的闡述了黃鐵礦氧化產(chǎn)物以及黑色頁(yè)巖風(fēng)化產(chǎn)物的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)域及生成條件,并通過(guò)非平衡熱力學(xué)理論解釋了黑色頁(yè)巖化學(xué)風(fēng)化的不可逆性以及風(fēng)化現(xiàn)象形成機(jī)制。 (4)針對(duì)黃鐵礦在黑色頁(yè)巖中的氧化行為,設(shè)計(jì)了一套研究黃鐵礦氧化動(dòng)力學(xué)水巖作用流通實(shí)驗(yàn)裝置。通過(guò)分析黃鐵礦與溶解氧反應(yīng)對(duì)孔隙水溶液離子濃度、巖體滲透性能以及反應(yīng)前后巖體表面微觀形態(tài)變化,得出孔隙水溶液飽和特征和水巖作用過(guò)程中主要的化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型,重點(diǎn)探討了巖體內(nèi)黃鐵礦在溶解氧作用下的動(dòng)力學(xué)氧化速率和酸性環(huán)境中硅元素釋放速率,推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)條件下黃鐵礦氧化速率公式。 (5)采用地球化學(xué)數(shù)值軟件PHREEQC模擬了實(shí)驗(yàn)水樣和研究區(qū)采集水樣的礦物溶解析出過(guò)程,以及黃鐵礦在溶解氧和鐵離子作為氧化劑條件下,在不同水環(huán)境中的氧化動(dòng)力學(xué)行為,重點(diǎn)闡述了白鐵礬、葉綠礬等各種風(fēng)化產(chǎn)物,在黃鐵礦不斷氧化或水分蒸發(fā)作用下酸性溶液濃度不斷升高后的溶解析出特征,以及黃鐵礦分別在溶解氧和鐵離子作用下溶液中離子變化規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：P512.1;P578.292
【目錄】：

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