《流體中鎂離子性狀與行為及其對白雲石形成的制約》是依託南京大學，由王小林擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：流體中鎂離子性狀與行為及其對白雲石形成的制約
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王小林
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
流體中鎂離子與硫酸根離子之間的絡合作用和鎂離子的水合作用是當前白雲石成因研究的關鍵科學問題。本項申請，擬以塔里木盆地柯坪地區上震旦統-寒武系白雲岩為地質實例，首先解剖白雲石形成流體的性質與組成。在此基礎上，套用熔融矽管合成包裹體技術合成一系列富鎂流體包裹體，採用雷射拉曼光譜原位測試技術，分析在地質複雜條件下，硫酸根離子對鎂離子的束縛作用規律，著重解決不同溫壓條件下無機離子以及有機質對這一束縛作用的影響，探討有機質對鎂離子水合作用的影響機理與規律，進而剖析白雲石成因機理。研究結果可望澄清長期關於硫酸根離子是否抑制白雲石沉澱的爭論，另一方面為有機質作用下的白雲石成因機理研究提供理論基礎。此外，研究結果對硫酸鹽熱還原反應和油氣保存方面的研究也具有一定的啟示意義。
結題摘要
白雲岩成因一直是沉積學界乃至地質學界的熱點和難點問題之一。現代海水對白雲石過飽和，但白雲石卻難以從中沉澱出來。另外，室溫條件下難以通過無機合成的方式製備出白雲石。因此，動力學因素的制約是限制白雲石形成的主要原因。其中，前人高溫實驗表明SO42-的存在會抑制白雲石形成。然而，SO42-在地表條件下是否抑制白雲石形成卻得到了廣泛質疑。本項研究從Mg2+-SO42-絡合作用角度出發，通過分析溫度和流體組成對Mg2+-SO42-絡合作用的影響，探討SO42-是否阻礙白雲石形成。結果顯示，Mg2+-SO42-在高溫條件下傾向於形成緊密的接觸離子對。換言之，高溫條件下，SO42-束縛Mg2+的能力較強，會阻礙Mg2+進入白雲石晶格。而室溫條件下，Mg2+-SO42-主要形成水分子分隔的較弱的離子對。因此，高溫實驗得出的SO42-抑制白雲石形成的結論不能外推到地表條件，SO42-抑制白雲石形成的作用被誇大了。 在項目研究過程中首次發現了MgSO4-H2O等體系的液-液不混溶現象，均一溶液相在高溫條件下分離出富集硫酸鹽和貧硫酸鹽的兩個液相。結合原位雷射拉曼分析，認為金屬離子和SO42-之間複雜的絡合作用是導致液-液不混溶發生的原因。此外，以C2H5OH為例，探討了有機組分對液-液不混溶發生溫度的影響。結果顯示，有機組分的加入會導致水的介電常數降低，有利於加強離子間的絡合作用，大幅度降低液-液不混溶發生溫度。因此，微生物或有機白雲岩模式中，有機分子的存在有利於Mg2+、Ca2+等離子的局部富集，產生對白雲石超飽和的微觀環境。同時，Mg2+、Ca2+與無機和有機組分之間的絡合作用會弱化Mg2+的水合作用，有利於促進裸露的Mg2+進入白雲石晶格。 此外，在該項目資助下，開展了其他一些相關研究工作。首先，由於碳酸鹽岩雙折射率較高，且流體包裹體較小，限制了常規顯微測溫法分析流體包裹體組分的套用。本項研究探索了套用雷射拉曼光譜原位分析流體中氯濃度的方法，效果較好；其次，以江蘇宜興葛山周沖村組剖面和四川盆地盤龍洞長興-飛仙關組剖面為例，開展了碳酸鹽岩海水標準化REE特徵示蹤白雲岩化和成岩流體性質的研究，認為碳酸鹽岩REE組成可以有效區分海源流體、大氣降水和熱液流體，同時還能示蹤重結晶作用的強弱。
