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湘中黑色页岩风化元素活动性的续级提取实验分析

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湘中黑色页岩风化元素活动性的续级提取实验分析

作者：谢依婷湖南师范大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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,AlO、MgO、FeO、MnO、PO、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TiO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。

关键词：黑色页岩风化元素赋存形态活动性湘中

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湘中下寒武统黑色页岩风化的地球化学特征

湘中下寒武统黑色页岩风化的地球化学特征

作者：吴蓓娟湖南师范大学

学位级别：硕士

本次研究系统分析了湘中地区下寒武统黑色页岩风化的地球化学特征。通过分析新鲜岩石和风化岩石主微量元素的化学组成变化,建立了厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数、探讨了元素的活动性以及重金属富集与稀土元素的关系,得出以下几个... 详细信息

本次研究系统分析了湘中地区下寒武统黑色页岩风化的地球化学特征。通过分析新鲜岩石和风化岩石主微量元素的化学组成变化,建立了厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数、探讨了元素的活动性以及重金属富集与稀土元素的关系,得出以下几个结论:(1)建立在化学组成相对均一的岩浆岩风化研究基础之上的各种化学风化指数如CIA(MIA)、CIW、CIX、PIA、STI、R、WIP、V、W等,在用于厘定黑色页岩风化程度时,更多地是母岩化学组成变化的反映。不适合用于厘定黑色页岩的风化程度。在建立新鲜和风化黑色页岩化学组成差别的主量元素典型判别函数的基础上,构建厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数WB,其计算方程为:WB=28.8×ln(SiO2)+16.67×ln(TiO2)+10.52×ln(Al2O3)+5.62×ln(Fe2O3)﹣2.01×ln(MgO)+4.10×ln(Ca O)﹣4.24×ln(K2O)﹣5.06×ln(Na2O)+5.07×ln(LOI)﹣158.13。该化学风化指数能克服已有风化指数的不足,适合用于厘定黑色页岩的风化程度。(2)微量元素中,Mn、Sr、Cs、Ba、Pb、U、V、Cr、Co、Ni、Cu和Zn易风化淋失,而Th、Rb和Sc相对Zr活动性较小。稀土元素在风化过程中并未发生显著分异,其配分模式与新鲜岩石相一致。稀土元素的活动性与pH值相关,且随着风化程度的加大淋失越大。微量元素总是保留在原生矿物及其形成的次生矿物中,这些元素通常随着原生矿物的分解而活动。当受到pH值、风化强度和次生矿物相,尤其是Fe/Al/Mn的氧化物或者氢氧化物的影响时,微量元素在风化过程中的地球化学行为也发生变化。(3)富集因子计算显示湘中地区黑色页岩风化可能导致Mo、Cd、Sn、Sb、U、Ba、V、Cu等重金属的污染。通过主成分分析、方差分析及相关性分析可知,稀土元素指示黑色页岩风化导致的重金属污染时,δCe的指示效果最好,可用于指示Mo、Sb、U、Sn、Ba、Cu、V的污染状况;δEu可用于指示Mo、Ba、Cu的污染状况;(La/Yb)n和(La/Sm)n可用于指示Cu的污染状况。

关键词：黑色页岩风化化学风化指数新鲜和风化黑色页岩重金属污染湘中

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湘西下寒武统黑色页岩风化地球化学作用

湘西下寒武统黑色页岩风化地球化学作用

作者：杨梓璇湖南师范大学

学位级别：硕士

本研究以湘西下寒武统黑色页岩风化剖面为研究对象,利用X-射线衍射仪(XRD)、等离子质谱仪(ICP-MS)、X射线荧光光谱仪(XRF)等分析技术,对新鲜黑色页岩、风化黑色页岩、土壤等的矿物组成,及主量元素、微量元素含量进行分析。在分析黑色页... 详细信息

本研究以湘西下寒武统黑色页岩风化剖面为研究对象,利用X-射线衍射仪(XRD)、等离子质谱仪(ICP-MS)、X射线荧光光谱仪(XRF)等分析技术,对新鲜黑色页岩、风化黑色页岩、土壤等的矿物组成,及主量元素、微量元素含量进行分析。在分析黑色页岩风化过程中元素活动规律的基础上,探讨黑色页岩风化的地球化学作用。研究结果表明:(1)湘西黑色页岩风化剖面上风化岩石、土壤与新鲜岩石有不同的矿物组成;钠长石、方解石等矿物随着风化强度的提高而含量降低,高岭石等黏土矿物的含量逐渐增加。(2)黑色页岩风化过程中 Mg、Ca、Na、P、Ba、Si、LOI、V、Ni、Cu、U、Ge等元素随风化进行而趋于淋失,为活泼元素;Al、Mn、Fe、K、Co、Zn、Pb、Rb、Cr、Cs、Th、Ga等元素即可被淋失迁移,又可产生次生富集;而Zr、Hf、Nb、Ta、Ti等既不被淋率释出,也不产生次生富集。(3)多数亲石元素的τi,j值与WB值出现负相关,说明随着风化程度的加强,这些元素淋失趋势增加。大多数重金属的τi,j值与WB值之间的线性关系不明显,说明黑色页岩风化过程中重金属的活性受风化程度的影响较小,而可能与其他多种因素有关。(4)黑色页岩风化的地球化学作用主要为:初始风化层以硫化物和有机质的氧化为主,中度风化层和强度风化层以硫化物氧化、易分解矿物分解以及硅酸盐矿物分解为主,完全风化层和黑色页岩土壤层则包括了硫化物分解、易分解矿物及难分解的硅酸盐矿物分解和黏土矿物的转变等过程。风化过程中的化学分异作用与上述过程有关,成土过程中的化学均一化作用则受土壤有机质、铁氧化物矿物、黏土矿物、含磷矿物和铁氧化物等影响。

关键词：黑色页岩风化地球化学作用下寒武统黑色页岩湘西

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黑色页岩风化微量元素活动性研究

商丘师范学院学报 2022年第12期38卷 29-32页

作者：刘静彭渤戴亚南湖南师范大学地理科学学院湖南长沙410081

为了探究黑色页岩风化过程中微量元素的活动规律,利用富集系数分析了微量元素在基岩、风化黑色页岩、黑色页岩土壤中元素组成特征,借助质量迁移系数分析了微量元素的活动性特征.结果表明,基岩中更富集V、U,Ge、Sr,亏损Mn;Ni、Zn、Pb、Ba... 详细信息

为了探究黑色页岩风化过程中微量元素的活动规律,利用富集系数分析了微量元素在基岩、风化黑色页岩、黑色页岩土壤中元素组成特征,借助质量迁移系数分析了微量元素的活动性特征.结果表明,基岩中更富集V、U,Ge、Sr,亏损Mn;Ni、Zn、Pb、Ba、Cs、Sc、Th、Rb在风化岩石中更富集;高场强在基岩中轻微亏损;Cr、Co、Cu、Ga等在基岩、风化黑色页岩、黑色页岩土壤中无明显差异.U、Pb、V、Ni等元素在黑色页岩风化过程中活动性较强;Co、Cu、Zn、Mn、Ge等活动性中等;Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr、Ga、Cs、Sc、Th等活动性较弱.

关键词：黑色页岩风化微量元素活动性

湘中下寒武统黑色页岩风化主元素活动性逐级分离实验分析

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商丘师范学院学报 2019年第6期35卷 52-56页

作者：谢依婷彭渤湖南师范大学资源与环境科学学院湖南长沙410081

以湘中下寒武统黑色页岩风化-成土剖面为研究对象,分析其风化成土过程中主量元素的活动规律.本文针对性地采用6级不同形态的续级浸提方法来分析下寒武统黑色页岩主量元素的物相分布,探讨其在风化过程中的活动规律.研究表明,主量元素活... 详细信息

以湘中下寒武统黑色页岩风化-成土剖面为研究对象,分析其风化成土过程中主量元素的活动规律.本文针对性地采用6级不同形态的续级浸提方法来分析下寒武统黑色页岩主量元素的物相分布,探讨其在风化过程中的活动规律.研究表明,主量元素活动性程度为:CaO> P_2O_5> MnO> MgO> Al_2O_3> Fe_2O_3> TiO_2.剖面上矿物的种类、含量以及有机质的络合作用对元素的赋存形态产生重要影响.同时有效地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、难容矿物的溶解、粘土矿物的变化.

关键词：黑色页岩风化主量元素元素活动规律续级提取

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黑色页岩化学风化程度指标研究

地质学报 2016年第4期90卷 818-832页

作者：吴蓓娟彭渤张坤匡晓亮涂湘林方小红曾等志湖南师范大学资源与环境科学学院长沙410081 湖南师范大学环境重金属污染机理与生态修复实验室长沙410081 中国科学院广州地球化学研究所广州510640

黑色页岩是一套化学组成变化大、成份分布极不均一的岩石。建立在化学组成相对均一的岩浆岩风化基础之上的化学风化指数如CIA(MIA)、CIW、CIX、PIA、STI、R、WIP、V、W等,因不能较好地把母岩化学组成变化与风化反应引起的化学变化区分开... 详细信息

黑色页岩是一套化学组成变化大、成份分布极不均一的岩石。建立在化学组成相对均一的岩浆岩风化基础之上的化学风化指数如CIA(MIA)、CIW、CIX、PIA、STI、R、WIP、V、W等,因不能较好地把母岩化学组成变化与风化反应引起的化学变化区分开来,用于厘定黑色页岩的风化程度时,存在灵敏度低、与实际风化程度不相符等问题。故需要建立新的风化指数来厘定黑色页岩的风化程度。本文以湘中地区下寒武统新鲜和风化黑色页岩的主量元素分析为基础,利用单因素方差分析和多变量判别分析等方法,确定引起新鲜和风化黑色页岩化学组成差别的关键化学组分,并甄别其影响程度。建立影响黑色页岩风化程度的主量元素判别函数,进而构建厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数。研究表明,引起新鲜和风化黑色页岩化学组成差别的主量元素,其影响程度依TiO_2>Al_2O_3>Fe_2O_3>LOI>MnO>CaO>SiO_2>MgO>K_2O>Na_2O>P_2O_5顺序而降低。以此为基础,构建厘定黑色页岩风化程度的化学风化指数为:WB=28.8×ln(SiO_2)+16.67×ln(TiO_2)+10.52×ln(Al_2O_3)+5.62×ln(Fe_2O_3)-2.01×ln(MgO)+4.10×ln(CaO)-4.24×ln(K_2O)-5.06×ln(Na_2O)+5.07×ln(LOI)-158.13。该风化指数(WB)能克服现有各风化指数的不足,适合用于厘定黑色页岩风化程度。

关键词：黑色页岩风化风化程度化学风化指数主量元素新鲜和风化黑色页岩湘中