發(fā)布時間：2016-09-15 10:04

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

《西南交通大學(xué)》 2013年

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

廖昕  

【摘要】：在漫長的地質(zhì)歷史發(fā)展長河中,巖石風(fēng)化作用始終存在于各種地質(zhì)體的轉(zhuǎn)化過程。自上個世紀以來,世界各國地質(zhì)學(xué)者對于因巖石風(fēng)化作用產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害、工程破壞和環(huán)境污染等都作過大量研究報道。其中關(guān)于黑色頁巖巖石風(fēng)化作用的災(zāi)害調(diào)查結(jié)果表明：黑色頁巖的風(fēng)化過程主要體現(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礦物,可以對黑色頁巖本身和周圍巖體造成溶蝕、擠脹等破壞效應(yīng),即黑色頁巖風(fēng)化以化學(xué)風(fēng)化為主要形式對巖體結(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)了黑色頁巖的化學(xué)風(fēng)化特征。隨著我國建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展,人類工程活動日益頻繁,黑色頁巖在自然條件下化學(xué)風(fēng)化所導(dǎo)致的地質(zhì)工程問題越來越突出,而對于黑色頁巖化學(xué)風(fēng)化特征及其硫化礦物氧化動力學(xué)速率尚缺乏深入的理論、實驗研究。 黑色頁巖在我國分布廣泛,其中以下寒武系黑色頁巖為代表的地層主要分布于我國南方湘黔地區(qū)和揚子地臺,其它分布區(qū),如新疆、浙江和川渝地區(qū)的研究主要針對黑色頁巖的地球化學(xué)元素特征。因此,對于黑色頁巖的化學(xué)風(fēng)化行為特征以及動力學(xué)速率展開研究,對地質(zhì)工程災(zāi)害和環(huán)境安全的評價及其預(yù)測具有重大意義。 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巖作為對象,圍繞黑色頁巖的化學(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)、動力學(xué)角度對黑色頁巖化學(xué)風(fēng)化過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力學(xué)速率等問題進行了系統(tǒng)的研究,得到以下幾點研究成果和主要認識： (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)特征等測試結(jié)果,對研究區(qū)黑色頁巖的沉積環(huán)境、風(fēng)化程度進行分析,分析結(jié)果表明研究區(qū)黑色頁巖風(fēng)化沉積環(huán)境屬于還原性較強的陸緣海相沉積環(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)化趨勢圖解,顯示研究區(qū)黑色頁巖經(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,分析了黑色頁巖在水和氧氣的共同作用下,所表現(xiàn)出來的化學(xué)風(fēng)化地球化學(xué)行為,著重探討了外界條件對于黑色頁巖風(fēng)化產(chǎn)物種類的影響,以及硫酸鹽共生產(chǎn)物的時空序列特征。 (3)運用化學(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,對酸性條件下黑色頁巖化學(xué)風(fēng)化過程所涉及的水巖化學(xué)反應(yīng)進行方向和限度進行分析,通過pe-pH圖解形象的闡述了黃鐵礦氧化產(chǎn)物以及黑色頁巖風(fēng)化產(chǎn)物的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)域及生成條件,并通過非平衡熱力學(xué)理論解釋了黑色頁巖化學(xué)風(fēng)化的不可逆性以及風(fēng)化現(xiàn)象形成機制。 (4)針對黃鐵礦在黑色頁巖中的氧化行為,設(shè)計了一套研究黃鐵礦氧化動力學(xué)水巖作用流通實驗裝置。通過分析黃鐵礦與溶解氧反應(yīng)對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程中主要的化學(xué)反應(yīng)類型,重點探討了巖體內(nèi)黃鐵礦在溶解氧作用下的動力學(xué)氧化速率和酸性環(huán)境中硅元素釋放速率,推導(dǎo)出實驗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模擬了實驗水樣和研究區(qū)采集水樣的礦物溶解析出過程,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)境中的氧化動力學(xué)行為,重點闡述了白鐵礬、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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：P512.1;P578.292
【目錄】：

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