煤系含水裂隙中产黄铁矿的水文地球化学机理实验研究

摘要

黄铁矿是富含有机质地区沉积的特征矿物，是恢复沉积环境的重要指标。在我国南黄淮平原地区的二叠系煤田中，矿井内煤系导水裂隙中黄铁矿附壁结晶生长现象广泛存在。研究煤田区地层含水裂隙中黄铁矿的形成，既具有一定的成矿分析意义，也对认识煤系地层水文地球化学过程、乃至分析导水性裂隙沉淀物充填闭合作用，有重要的理论和实践意义。
　　通过对具有代表性矿区的地下水水质进行常规水化学分析发现，黄铁矿结晶生长的地方，地下水水质特点为K++Na+、HCO3-离子含量高，SO42-离子含量低。对取自淮南矿区张集矿的水样进行基因测序发现，水样中含有脱硫肠状菌属及硫杆状菌属。结合两种菌的生理特性，分别对水样进行富集培养，发现两种细菌的代谢产物分别为硫化亚铁与单质硫。
　　为了弄清煤系导水裂隙内黄铁矿生长的机理，分别开展了微生物实验及模拟矿井内实际条件的纯化学实验。由微生物实验及纯化学实验，可以得出结论:矿井内导水裂隙中黄铁矿的产生是纯化学成因，反应所需的硫化亚铁、单质硫都是由微生物代谢提供的。煤系导水裂隙中黄铁矿的形成经历了三个阶段，该过程共有两类细菌参加。具体表现为:第一阶段:SRB类细菌通过脱硫酸作用将煤田地下水中硫酸盐中的+6价硫还原为-2价的FeS与H2S;第二阶段:SOB类细菌通过氧化作用再将-2价硫氧化为0价单质硫。第三阶段:细菌作用产生的FeS与单质硫通过单纯的化学反应产生-1价的黄铁矿。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及研究背景与研究意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景与研究意义

1．2 问题的提出

1．3 国内外研究现状

1．3．1 地质环境封闭性状况的判别方面的研宄现状

1．3．2 硫化氢、FeS、单质硫来源研究现状

1．3．3 黄铁矿研究现状

1．4 研究内容

2 煤系地下水常规水化学特征

2．1 煤系主要含水层

2．1．1 基岩地层主要含水层

2．1．2 新生界松散沉积物孔隙含水层

2．2 常规水化学特征

2．3 地下水化学成分的形成作用

2．4 水化学分析

2．5 讨论

3 煤系地下水中微生物种类检测以及FeS、S来源

3．1 实验材料

3．1．1 实验药品

3．1．2 实验仪器

3．1．3 主要实验器皿及实验耗材

3．2 水样来源

3．2．1 细菌基因序列测定

3．2．2 细菌基因序列

3．3 FeS来源

3．3．1 硫酸盐还原菌简介

3．3．2 硫酸盐还原菌的培养

3．3．3 场发射扫描电子显微镜检测

3．3．4 X射线光电子能谱检测

3．3．5 测试结果

3．3．6 讨论与分析

3．4 单质硫(S)来源

3．4．1 硫氧化细菌简介

3．4．2 硫氧化细菌的培养

3．4．3 产物分析

3．4．4 测试结果

3．4．5 讨论与分析

4 微生物实验及纯化学实验

4．1 微生物模拟实验

4．1．1 富集培养基

4．1．2 实验过程

4．2 生成物分析

4．2．1 X射线光电子能谱测试

4．2．2 场发射扫描电子显微镜测试

4．3 测试结果与分析

4．3．1 测试结果

4．3．2 分析

4．4 纯化学实验

4．4．1 实验部分

4．5 生成物分析

4．5．1 X射线衍射检测

4．5．2 X射线光电子能谱测试

4．5．3 场发射扫描电子显微镜测试

4．6 测试结果与分析

4．6．1 测试结果

4．6．2 分析与讨论

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况