湘中黑色页岩风化元素活动性的续级提取实验分析

论文摘要

本研究在已有工作的基础上,利用续级提取实验探究湘中地区黑色页岩风化过程中元素的活动性特征和迁移转化规律,并与以往通过质量平衡方程所得到的有关元素活动性规律进行对比分析,进一步探讨并检验黑色页岩风化元素活动性特征。研究结果表明:（1）通过分析风化过程中主量元素残渣态与活化态所占比例,总结得出在风化黑色页岩中,Al2O3、MgO、Fe2O3、MnO、P2O5、CaO等主量元素风化过程中有一定的活动性,且活动性大小总体依次增强。除此之外,主量元素TiO2的赋存特征以残渣态为主,且在空间分布上无明显变化,表明该元素在风化过程中化学性质十分稳定。研究表明,风化过程中主量组分化学活动性特征的转变与其主要赋存矿物的转变有关,有机质的吸附对其活动性影响小。（2）风化过程中Sn、Tl、Cr、V等重金属元素在风化过程中明显以残渣态存在,在风化过程中不易淋滤释出,对环境影响小;而Ni、Cu、Bi、Cd、Zn、Pb、Co等重金属元素在风化过程中呈现类似的浸出机制,在剖面中部以氧化物态为主,风化过程中化学活动性复杂。（3）亲石元素中,Ga、Ge、Cs、Rb、W等元素在风化过程中明显以残渣态为主,化学性质稳定;Th、Sc、以及U元素的初始风化层部分主要存在于耐风化的硫化物矿物中,活动性较小,而在接下来的风化过程中以上元素从硫化物矿物中分解,并吸附在有机质或其他活动性较强的物质上;Sr、Ba元素则在风化过程中主要以碳酸盐结合态存在,化学性质较活泼。（4）高场强元素Zr、Hf、Nb、Ta在风化剖面上以残渣态占绝大部分,并在风化过程中始终保持稳定的化学形态,活动性弱。（5）稀土元素在湘中黑色页岩风化剖面上,主要赋存于碳酸盐、磷酸盐等次生矿物中,或被吸附于粘土矿物表面;在黑色页岩风化过程中,稀土元素有一定活性,并在初始风化后出现稀土元素的分馏,而在随后的风化过程中易发生中稀土的选择性淋失。（6）证实了黑色页岩风化过程中的三种化学反应:硫化物的氧化、难溶矿物的溶解、粘土矿物的变化。（7）根据黑色页岩风化过程中各元素的迁移转化规律和活动性特征,将风化过程中黑色页岩元素活动性分为5类:第1类元素包括Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cs、V、Rb、Ga、Sn、W、Tl、Cr等元素,为惰性元素;第2类元素包括Ca、P、Ba、Sr、REE等元素,为活泼元素;第3类元素包括Sc、Th、U等元素,风化过程中化学活动性受硫化物矿物控制;第4类元素由Mn、Co、Ni、Zn、Cd、Pb等元素构成,剖面上化学活动性复杂;第5类元素由Fe、Al、Mg、Bi、Cu等元素构成。（8）在与前人的研究分析对比发现,质量平衡方程所得的元素活动性特征与续级提取实验所得的元素活动性规律有出入,体现在部分主量（如Al、Fe）和微量元素（如Mn、Zn、V、Cr、Ga等）的活动性判别上有较大差异。表明质量平衡方程,在应用于判断黑色页岩风化过程中元素的迁移释出率时的弊端,对于许多重金属元素以及亲石元素的活动性判断与实际情况不相符。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 黑色页岩风化元素活动性研究
•     1.2.2 湘中黑色页岩风化研究概况
•   1.3 研究工作概况
•     1.3.1 研究内容
•   1.4 技术路线图
• 2 研究区概况与分析方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 自然地理概况
•     2.1.2 地质概况
•     2.1.3 剖面特征
•   2.2 分析方法
•     2.2.1 样品室内初加工
•     2.2.2 续级提取实验及元素含量测定方法
•     2.2.3 数据处理与分析
• 3 主量元素活动性
•   3.1 赋存形态及其分布
•   3.2 活动性特征
• 4 微量元素活动性
•   4.1 重金属元素
•     4.1.1 赋存形态及其分布
•     4.1.2 活动性特征
•   4.2 亲石元素
•     4.2.1 赋存形态及其分布
•     4.2.2 活动性特征
•   4.3 高场强元素
•     4.3.1 赋存形态及其活动性特征
•   4.4 稀土元素
•     4.4.1 赋存形态及其分布
•     4.4.2 活动性特征
• 5 黑色页岩风化过程中元素活动性对比分析
•   5.1 续级提取实验揭示的元素活动性特征概述
•   5.2 提取实验与剖面全岩样品分析结论对比
•     5.2.1 提取实验与以往研究结论相同点
•     5.2.2 提取实验与以往研究结论的分歧
•   5.3 黑色页岩风化元素活动性基本认识
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新性及展望
•     6.2.1 创新性
•     6.2.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谢依婷

导师: 彭渤

关键词: 黑色页岩风化,元素赋存形态,活动性,湘中

来源: 湖南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 湖南师范大学

基金: 国家自然科学基金课题“湘西下寒武统黑色页岩风化环境效益的地球化学示踪”(40572172)

分类号: P512.1

总页数: 80

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