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1.
四川黄龙沟景区钙华的起源和形成机理研究 总被引：36，自引：5，他引：36
对四川黄龙沟钙华景区的水化学测试发现，形成黄龙沟钙华的泉水具有很高的Ca^2 和HC03^-离子浓度，相应地，泉水的C02分压显著高于大气和土壤生物成因所能产生的C02分压。结合泉水出露的地质条件和泉口C02气体碳稳定同位素组成(δ^13C＝—6．8‰)的分析，进一步发现，高C02分压与深部成因的C02有关。可见，黄龙沟钙华属于热成因类钙华，而非原来普遍认为的“是气候岩溶作用的产物”。此外，黄龙沟钙华的大量出现与水中方解石的迅速沉积、Ca^2 和HC03^-浓度的大量降低有关。随着地下水自泉口出露，由于水的C02分压远高于大气，水中C02大量释放于大气，结果水的pH值迅速升高，方解石饱和指数由泉口的负值很快转变为高的正值，为方解石的沉积奠定了必要的物理化学基础。放置于水中的大理岩石片观测表明，流速较快的边石坝处的方解石沉积速率是其附近水池内的2—5倍，这清楚地显示了水动力条件对沉积速率的控制。进一步根据DBL理论模型分析发现，水动力条件对方解石沉积速率的控制在于其对固液界面间扩散边界层(DBL)厚度的影响，流速愈快，DBL厚度愈薄。且DBL厚度最终制约着沉积表面的化学组成浓度，即厚度愈小，表面H^ 浓度愈低(或pH愈高)、方解石饱和指数愈高，进而方解石沉积愈快。 相似文献
2.
项目来源：国家自然科学基金项目
项目编号： 49703047
起止时间： 1998年1月—2000年12月
项目负责人：刘再华
主要完成人：刘再华何师意曹建华
承担单位：中国地质科学院岩溶地质研究所
该项目主要是探索在水动力条件、CO2转换、溶液饱和度等耦合动态变化条件下方解石溶解、沉积速率的变化规律，以弄清方解石溶解、沉积速率水动力控制、CO2转换控制、及表面反应控制的条件和机制，最终建立方解石溶解、沉积动力学数学模型。
研究采取野外观测试验、室内模拟实验和模型计算三者相结合，最后求得统一的总体研究实验方法。获得的主要成果如下：
(1) 在野外对四川黄龙沟进行了水化学和水动力的观测研究。结果表明，水动力条件(流速)对沉积速率有明显的控制作用，快速流动水体中的方解石沉积速率是慢速流动水体中的2～5倍。
(2) 进行了室内多条件变化的方解石溶解、沉积速率控制机理实验研究。实验中的水动力控制通过使用旋转盘技术实现，即DBL厚度由旋速的改变来精确调节。实验结果表明，溶解速率与旋速有关，即旋速愈高，速率愈大，或DBL愈薄，速率愈大。另一方面，上述关系取决于系统的CO2分压。实验发现，在实验控制的旋速范围(100～3500转/分，相应于DBL厚度0.005～0.001cm)内，CO2分压愈低，旋速对溶解速率的控制愈显著，然而当PCO2>0.01atm时，速率的传输控制已很微弱。
(3) 应用DBL模型较为成功地对上述实验结果进行了预报。模型结果显示，PCO2>0.01atm且DBL厚度大于0.001cm时，速率与DBL厚度的变化几乎无关，反映出该条件下速率的CO2转换控制机理。为检验这一模型结论的正确性，我们将能显著地催化CO2转换反应的CA注入反应系统，结果发现，PCO2>0.01atm时方解石溶解速率提高约10倍，而低CO2分压时，溶解速率只有微弱增加。
(4) 上述野外和室内研究证明，DBL理论模型能以较满意的精度预测不同条件下方解石沉积或溶解的速率。预测的速率可近似地用以下线性速率定律表示：
F=±α(［Ca2+］eq-［Ca2+］)
其中+和-分别指方解石溶解和沉积；［Ca2+］eq为与方解石平衡的钙浓度；［Ca2+］为溶液中钙浓度；α为速率常数，取决于系统温度、CO2分压、DBL厚度和流动水层厚度。
(5) 研究成果的科学意义在于首次在野外定量发现了水流速对方解石溶解和沉积速率的显著控制，并在室内进行了成功的模拟，这对于解释自然界诸如四川黄龙国际自然遗产的重要组成部分——多姿多彩的钙华景观的成因及保护类似景观具有重要的理论和指导价值。更重要的是，研究过程中生物高分子催化剂碳酸酐酶对方解石溶解沉积速率具有显著控制的发现，不仅在揭示岩溶作用机理方面具有重要的学术意义，其进一步研究可能揭示某些生物岩溶之谜，并进而在解决与我国西部开发密切相关的岩溶石漠化的生物技术措施方面具有广阔的应用前景。此外，研究获得的数学模型对于定量评价岩溶作用在全球碳循环中的贡献也是非常重要的。
(6) 研究过程中共发表相关论文11篇，涉及国际核心期刊(SCI期刊)有“Environmental Geology”(美国)、科学通报、中国科学和地质学报等，在学术界产生了较大的反响。
(7) 项目执行过程中前往美国参加了两次学术会议，并宣读了论文，同时利用野外考察和会间讨论的机会与国际相关知名学者进行了广泛的学术交流，产生了良好的反响，并达成了与德国不莱梅大学、日本九州大学和澳大利亚纽卡斯尔大学进行国际合作交流的意向，前两项已分别于1999年和2000年完成，后一项计划于2001-2002年进行，并签订了合作协议。 相似文献
3.
黄龙嗜冷细菌两种胞外单糖对碳酸钙矿化影响 总被引：2，自引：0，他引：2
为了探究黄龙水体中嗜冷细菌的胞外代谢产物对钙华沉积速率及沉积产物的影响,本文从黄龙钙华水体中分离到优势土著嗜冷细菌,并以其标志性胞外代谢产物D-葡萄糖和D-核糖作为研究对象,研究了两种单糖组分在低温环境下对钙华沉积的影响,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FT-IR)等分析手段对碳酸钙晶型、形貌以及结构组成进行了表征。实验表明:D-葡萄糖在低温条件下能促进方解石型碳酸钙的沉积,并加快沉积速率。低浓度下(20 mg/L和40 mg/L)的沉积产物均为方解石型碳酸钙并对其形貌有一定的影响;高浓度下(80 mg/L和160 mg/L)能诱导少量的文石型碳酸钙的合成。D-核糖在低温条件下能促进碳酸钙的沉积,加快沉积速率。与D-葡萄糖不同,D-核糖仅能合成方解石型碳酸钙,但对方解石晶面的生长表现为抑制作用,且随浓度增大抑制作用益明显。此结果可为黄龙钙华生物成因的探究提供一定的理论研究基础。 相似文献
4.
认识不同条件下岩溶水释放或吸收CO2的反应过程是研究碳酸盐岩对碳循环响应的前提和基础。本文从吉布斯自由能的热力学原理出发,对全球不同岩溶地区162组岩溶水(河水、溪水、湖水等)进行了热力学研究,结果显示:1)河水、溪水、湖水和洞穴滴水等岩溶水所处的环境因方解石矿物沉积而释放CO2成为大气CO2一个潜在的源;2)地下水在所处的环境下由于方解石的溶解而吸收CO2,成为大气CO2一个潜在的汇;3)少数出露点的泉水所处的环境既可发生方解石的溶解而吸收CO2,成为大气CO2的潜在汇,也可发生方解石的沉积而释放CO2,成为大气CO2的潜在源;4)在洪水期,泉水的水化学特征变化并未导致对大气CO2潜在贡献在源汇之间的跨跃性转变。162组岩溶水数据中,所有河水与溪水皆无一例外地在释放CO2。结果表明,从吉布斯自由能的热力学原理出发,研究岩溶水系统对大气CO2潜在源汇的贡献,没有条件约束,是一种较好的途径。 相似文献
5.
黄龙景区高寒冷水型钙华沉积地貌环境中生存着大量的嗜冷微生物。为了探究这些微生物在低温及高浓度Ca~(2+)和HCO_3~-水环境中的代谢产物对钙华沉积的影响,本实验选取黄龙嗜冷细菌的两种特征代谢产物L-苯丙氨酸和L-半胱氨酸,通过模拟低温、含较高浓度的Ca~(2+)和HCO_3~-的实验环境,并利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等分析方法,来探讨氨基酸对矿化体系中碳酸钙沉积速率及其晶型和形貌的影响。实验结果表明:在特定模拟环境条件下,(1)L-苯丙氨酸和L-半胱氨酸均能促进碳酸钙的沉积。L-苯丙氨酸对晶型影响不大,产物均为方解石型碳酸钙,但是L-苯丙氨酸能抑制方解石晶面棱边的生长,使得晶体出现多面不规则的立方体形态;(2)L-半胱氨酸除诱导并促进方解石型碳酸钙的合成外还可以诱导文石型碳酸钙的合成。该结果可为黄龙地区钙华的生物成因研究提供一定的基础数据。 相似文献
6.
石灰岩和白云岩都是海相地层中化学沉积岩。现代海水中每公升含钙400毫克,含镁1．35毫克,当它们与溶入水中的CO2结合时,钙就会以方解石CaCO3形式沉淀下来,而镁则以碳酸镁钙[CaMg（CO3）2]即白云石矿物沉积下来。由于海水中Mg很低,所以正常海水沉积中要沉积白云石就很困难了,正常开放水域的海水是难以沉积白云石的,只有在封闭一半封闭的海湾中,受太阳暴晒,海水被剧烈蒸发,海水中钙镁成分在高度浓缩环境下,才可能沉积白云石。因此旱古生代的地层中凡属白云岩为主的沉积地层,必定是不正常的泻湖（封闭一半封闭海湾的地理名称）环境。山西寒武系的上部,奥陶系的下部就是这样的沉积环境。 相似文献
7.
溶液中的金属离子对方解石的生长和溶解均有影响,但关于方解石中固有的杂质离子对其溶解的影响还了解甚少.本研究利用原位原子力显微镜(AFM)考察了室温下方解石(10(-1)4)晶面在含Mn2+及含Cd2+溶液中的生长过程,并对其新生长面直接进行原位溶解观察.实验表明,溶液中的Mn2+和Cd2+可参与方解石的生长,分别形成(Ca,Mn)CO3固溶体和(Ca,Cd)CO3固溶体.新生成的含Mn、Cd方解石的溶解速率仅为纯方解石的14.3％～60.3％,说明晶体中的Mn和Cd可抑制方解石的溶解.因此方解石生长阶段可通过在(10(-1)4)晶面形成含重金属固溶体从而固定Mn和Cd,由于新生长的固溶体溶解速率小于纯方解石,从而延缓Mn和Cd的迁移,并降低其环境污染的风险. 相似文献
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溶液中的金属离子对方解石的生长和溶解均有影响,但关于方解石中固有的杂质离子对其溶解的影响还了解甚少.本研究利用原位原子力显微镜(AFM)考察了室温下方解石(10(-1)4)晶面在含Mn2+及含Cd2+溶液中的生长过程,并对其新生长面直接进行原位溶解观察.实验表明,溶液中的Mn2+和Cd2+可参与方解石的生长,分别形成(Ca,Mn)CO3固溶体和(Ca,Cd)CO3固溶体.新生成的含Mn、Cd方解石的溶解速率仅为纯方解石的14.3％～60.3％,说明晶体中的Mn和Cd可抑制方解石的溶解.因此方解石生长阶段可通过在(10(-1)4)晶面形成含重金属固溶体从而固定Mn和Cd,由于新生长的固溶体溶解速率小于纯方解石,从而延缓Mn和Cd的迁移,并降低其环境污染的风险. 相似文献
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成岩作用中的地下水碳酸体系与方解石溶解度 总被引：4，自引：1，他引：4
方解石在沉积岩成岩环境中的溶解度与地下水化学特征、温度等有着极为密切的关系。地下水碳酸体系中各碳酸组分的比例是溶液pH值的函数,可溶性CO2、HCO3-和CO32-分别在pH≤pK1的酸性介质、pK1≤pH≤pK2的弱酸至中性介质和pH≥pK2的碱性介质中具有绝对数量。而地下水体系中碳酸总量及各组分的变化受到pH值、气相CO2分压PCO2及固相方解石的溶解-沉淀效应的控制。通过限定溶液中离子的电价平衡和质量守恒约束条件可以确定各种温压环境中的地下水组成及方解石的溶解度特征。溶液pH值和温度是方解石溶解度的最直接的控制因素,且方解石的溶解随pH值不同分别在强酸、弱酸和碱性介质中表现出不同的反应方式。基于质量守恒条件,溶液中初始[ΣCO2]-[Ca2+]值对中性至碱性介质中的方解石溶解度带来很大的影响,当[ΣCO2]0<[ca2+]0有利于方解石的溶解,当[σco2]0>[Ca2+]0时有利于方解石的沉淀。如果CO2—H2O—CaCO3体系同时受到电价平衡和质量守恒条件的约束,则方解石只在酸性介质中溶解,碱性介质中沉淀。新疆塔里木盆地库车坳陷克拉2气田及相关储层中方解石分布特征表明,该区碎屑岩储层中方解石的大量沉淀发生于重碳酸钠型地下水环境中,而孔隙度极好、次生孔隙发育的储集段则出现于氯化型的地下水环境,从而验证了成岩作用中地下水类型对方解石溶解—沉淀的控制机制。 相似文献
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从大直径桩的荷载传递特性、在竖向荷载作用下承载特性的试验和理论、在水平向荷载作用下承载特性的试验和理论方面评述大直径桩承载特性的研究进展。同时指出各种研究中存在的问题,以及各种研究方法的优点和不足。 相似文献
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本文分析了三组结构面产状模型力学实验结果, 揭示了这种组合条件岩体中产生压剪区、张剪区及结构面、结构体的多种变形成分, 也揭示了压剪区和张剪区形成机理、及三组结构面组合下结构面产状的力学效应。 相似文献
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观赏石是一种可开发利用的经济矿产资源,安徽复杂的地质背景造就了丰富多样的观赏石资源,为了合理开发和利用安徽的观赏石资源,本文对安徽观赏石资源的品种、分布、开发利用现状与前景、存在的主要问题进行了初步研究,并提出合理开发和利用观赏石资源的建议. 相似文献
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黄钇钽矿形成条件的实验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
本文实验表明,黄钇钽矿需要在温度≥500℃,溶液pH≈4.0-7.5,压力500—1500bar的范围内形成,与褐钇铌矿相比,其形成条件的范围要窄得多。 不同的稀土元素在形成黄钇钽矿时的成矿温度亦不同。钇族稀土成矿温度相对较低且相互接近,铈族稀土的成矿温度比钇族稀土高得多,并随原子序数减小而迅速增高,以致La、Ce、Pr、Nd在一般的地质条件下难以形成这种结构的矿物,这就是至今在自然界发现的黄钇钽矿均为钇族稀土占优势的原因之一。实验还表明,大量F、P等组分的存在,对黄钇钽矿的形成是不利的。 相似文献
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导水裂隙带高度探测新方法综述 总被引：9，自引：0，他引：9
确定导水裂隙带高度的方法主要有两类：一类是实际探测法；另一类是理论计算和经验公式计算法。随着科技技术的发展，近年来又产生和发展了许多新的探测技术和方法。本文主要介绍了几种探测新方法的工作原理和方法，并对其进行了分析比较。为准确地探测导水裂隙带高度，实际应用中应根据实际情况具体分析，合理地选择探测方法和手段。 相似文献
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中国沉积盆地复杂性的表现形式及其成因剖析 总被引：2，自引：0，他引：2
本文从9个方面阐述了中国沉积盆地的复杂性,主要表现为:①数量多,规模小,分布广;②盆地类型多样;③多期盆地叠合和盆地复合现象普遍;④陆相沉积盆地的复杂性;⑤断层数量众多,活动强烈;⑥后期改造强烈;⑦岩浆活动频繁,分布广泛;⑧充填速率较快,沉积中心多有迁移;⑨地热场空间不均。在此基础上,对中国沉积盆地复杂性的成因进行了剖析,指出中国特殊的大地构造位置,陆块面积小、稳定性差,活动带规模大、活动性强,复杂的板块构造格局和构造演化历史是造成中国沉积盆地复杂性的根本原因,并造成了中国沉积盆地与众不同的油气赋存特征。 相似文献
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泸水新城区地质灾害危险性评估 总被引：1，自引：0，他引：1
泸水新城区地质灾害危险性分为三类:危险大(Ⅰ类)占11.04%,危险中等(Ⅱ类)占41.8%,危险小(Ⅲ类)占47.16%。提出防治对策。 相似文献