黑色页岩化学风化过程的微观机制及演化
发布时间：2019-09-13 18:48
【摘要】：针对黑色页岩化学风化系统的复杂系统演化问题,通过X射线衍射(XRD)试验、扫描电子显微镜和X射线能谱(SEM-EDS)试验,从风化过程的微观结构变化和非平衡热力学过程出发,对黑色页岩化学风化剖面中不同风化层的矿物成分和微观结构变化进行对比分析,探讨黑色页岩化学风化的微观机制,同时利用非平衡态热力学理论和耗散结构原理分析黑色页岩化学风化系统的耗散结构的形成过程及化学风化演化规律。研究表明:在黑色页岩化学风化过程中酸性水的侵蚀作用下,易溶性矿物溶解、次生矿物生成及离子交换吸附作用,促使矿物成分发生转变;同时矿物颗粒间的连接方式发生了改变,也促使岩石内部产生大量微孔隙。黏土矿物和含水硫酸盐矿物的吸水膨胀及失水收缩过程,使岩石内部产生不均匀应力,进一步改变岩石内部的微孔隙,促进化学风化进程。黑色页岩化学风化系统是一个开放的复杂系统,利用非平衡热力学计算认为该系统是不可逆过程,且经历了近平衡阶段和远离平衡阶段,最终可形成具有一定稳定性的耗散结构。
【图文】：
屑矿物在酸性水作用下改造成为黏土矿物；某类型黏土矿物在酸性条件下转变为其他更为稳定类型的黏土矿物。在本风化剖面研究中，通过扫描电子显微镜和Ｘ射线能谱分析可明显看出黑色页岩中的钠长石、白云母颗粒边缘模糊，边缘已成为已蚀变的伊利石或蒙脱石；黏土矿物具有明显的卷曲，如花瓣状的片状颗粒即为蒙脱石，且微观结构表面黏土矿物颗粒呈片状絮凝结构（图３）。Ｘ射线衍射分析可知白云母在过渡层和半风化层下部的含量具有随风化程度增强而增高趋势，而在风化层中的白云母却转化为伊利石、蒙脱石等图３风化层的蒙脱石微观结构ＳＥＭ图像Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍｅｃｔｉｔｅｉｎｒｅｇｏｌｉｔｈｚｏｎｅ黏土矿物［２２］。伊利石、蒙脱石等黏土矿物在风化过程中逐渐生成，且含量具有随风化程度增加而升高的趋势。方解石溶解，释放Ｃａ２＋：ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（３）白云石溶解，释放Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋：ＣａＭｇ（ＣＯ３）２＋４Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｍｇ２＋＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（４）钠长石溶解，释放Ｎａ＋并形成高岭石：２Ｎａ（ＡｌＳｉ３Ｏ８）＋９Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋→Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋２Ｎａ＋＋４Ｈ４ＳｉＯ４（５）白云母溶解，释放Ｋ＋并形成高岭石：ＫＡｌ３Ｓｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋→１．５Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋Ｋ＋（６）２．２次生矿物吸水膨胀作用
屑矿物在酸性水作用下改造成为黏土矿物；某类型黏土矿物在酸性条件下转变为其他更为稳定类型的黏土矿物。在本风化剖面研究中，通过扫描电子显微镜和Ｘ射线能谱分析可明显看出黑色页岩中的钠长石、白云母颗粒边缘模糊，边缘已成为已蚀变的伊利石或蒙脱石；黏土矿物具有明显的卷曲，如花瓣状的片状颗粒即为蒙脱石，且微观结构表面黏土矿物颗粒呈片状絮凝结构（图３）。Ｘ射线衍射分析可知白云母在过渡层和半风化层下部的含量具有随风化程度增强而增高趋势，而在风化层中的白云母却转化为伊利石、蒙脱石等图３风化层的蒙脱石微观结构ＳＥＭ图像Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍｅｃｔｉｔｅｉｎｒｅｇｏｌｉｔｈｚｏｎｅ黏土矿物［２２］。伊利石、蒙脱石等黏土矿物在风化过程中逐渐生成，且含量具有随风化程度增加而升高的趋势。方解石溶解，释放Ｃａ２＋：ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（３）白云石溶解，释放Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋：ＣａＭｇ（ＣＯ３）２＋４Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｍｇ２＋＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（４）钠长石溶解，释放Ｎａ＋并形成高岭石：２Ｎａ（ＡｌＳｉ３Ｏ８）＋９Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋→Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋２Ｎａ＋＋４Ｈ４ＳｉＯ４（５）白云母溶解，，释放Ｋ＋并形成高岭石：ＫＡｌ３Ｓｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋→１．５Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋Ｋ＋（６）２．２次生矿物吸水膨胀作用
【作者单位】： 西南交通大学地球科学与环境工程学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(41172261,41472256,41502269) 四川省科技支撑计划项目(2012SZ0051) 西南交通大学博士创新基金(SWJTU2015-40) 轨道交通行业拔尖创新人才项目(SWJTU2012-19)
【分类号】：P512.12
【图文】：
屑矿物在酸性水作用下改造成为黏土矿物；某类型黏土矿物在酸性条件下转变为其他更为稳定类型的黏土矿物。在本风化剖面研究中，通过扫描电子显微镜和Ｘ射线能谱分析可明显看出黑色页岩中的钠长石、白云母颗粒边缘模糊，边缘已成为已蚀变的伊利石或蒙脱石；黏土矿物具有明显的卷曲，如花瓣状的片状颗粒即为蒙脱石，且微观结构表面黏土矿物颗粒呈片状絮凝结构（图３）。Ｘ射线衍射分析可知白云母在过渡层和半风化层下部的含量具有随风化程度增强而增高趋势，而在风化层中的白云母却转化为伊利石、蒙脱石等图３风化层的蒙脱石微观结构ＳＥＭ图像Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍｅｃｔｉｔｅｉｎｒｅｇｏｌｉｔｈｚｏｎｅ黏土矿物［２２］。伊利石、蒙脱石等黏土矿物在风化过程中逐渐生成，且含量具有随风化程度增加而升高的趋势。方解石溶解，释放Ｃａ２＋：ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（３）白云石溶解，释放Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋：ＣａＭｇ（ＣＯ３）２＋４Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｍｇ２＋＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（４）钠长石溶解，释放Ｎａ＋并形成高岭石：２Ｎａ（ＡｌＳｉ３Ｏ８）＋９Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋→Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋２Ｎａ＋＋４Ｈ４ＳｉＯ４（５）白云母溶解，释放Ｋ＋并形成高岭石：ＫＡｌ３Ｓｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋→１．５Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋Ｋ＋（６）２．２次生矿物吸水膨胀作用
屑矿物在酸性水作用下改造成为黏土矿物；某类型黏土矿物在酸性条件下转变为其他更为稳定类型的黏土矿物。在本风化剖面研究中，通过扫描电子显微镜和Ｘ射线能谱分析可明显看出黑色页岩中的钠长石、白云母颗粒边缘模糊，边缘已成为已蚀变的伊利石或蒙脱石；黏土矿物具有明显的卷曲，如花瓣状的片状颗粒即为蒙脱石，且微观结构表面黏土矿物颗粒呈片状絮凝结构（图３）。Ｘ射线衍射分析可知白云母在过渡层和半风化层下部的含量具有随风化程度增强而增高趋势，而在风化层中的白云母却转化为伊利石、蒙脱石等图３风化层的蒙脱石微观结构ＳＥＭ图像Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｓｈｏｗｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｍｅｃｔｉｔｅｉｎｒｅｇｏｌｉｔｈｚｏｎｅ黏土矿物［２２］。伊利石、蒙脱石等黏土矿物在风化过程中逐渐生成，且含量具有随风化程度增加而升高的趋势。方解石溶解，释放Ｃａ２＋：ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ（３）白云石溶解，释放Ｃａ２＋和Ｍｇ２＋：ＣａＭｇ（ＣＯ３）２＋４Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｍｇ２＋＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ（４）钠长石溶解，释放Ｎａ＋并形成高岭石：２Ｎａ（ＡｌＳｉ３Ｏ８）＋９Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋→Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋２Ｎａ＋＋４Ｈ４ＳｉＯ４（５）白云母溶解，，释放Ｋ＋并形成高岭石：ＫＡｌ３Ｓｉ３Ｏ１０（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ＋→１．５Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４＋Ｋ＋（６）２．２次生矿物吸水膨胀作用
【作者单位】： 西南交通大学地球科学与环境工程学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(41172261,41472256,41502269) 四川省科技支撑计划项目(2012SZ0051) 西南交通大学博士创新基金(SWJTU2015-40) 轨道交通行业拔尖创新人才项目(SWJTU2012-19)
【分类号】：P512.12
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7 J．Pa
本文编号：2535746
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