海相碳酸鹽鮞粒形成過程的模擬實驗研究

周瑤琪,張 晗,張振凱

(中國石油大學地球科學與技術學院,山東青島266580)

海相碳酸鹽鮞粒形成過程的模擬實驗研究

周瑤琪,張 晗,張振凱

(中國石油大學地球科學與技術學院,山東青島266580)

通過實驗室模擬沉積環(huán)境的方法對鮞粒進行人工合成,探索鮞粒的形成過程及影響鮞粒形成的環(huán)境條件,實驗的主要參數(shù)有體系中的藻類、體系的水動力和晶核數(shù)量。結果表明:靜水條件及藻類活躍的人造海水中鮞粒的圈層結構及表面結晶程度發(fā)育最好,說明較弱的水動力及藻類的生物作用有助于鮞粒的生長;體系中碳酸鈣晶核的數(shù)量是鮞粒能否形成的決定因素。根據(jù)晶核數(shù)量及反應活化能的不同,對海相碳酸鹽鮞粒及泥晶灰?guī)r的形成過程進行動力學分析。

鮞粒;藻類;水動力;晶核

鮞粒灰?guī)r由于具有高孔隙度、高滲透率等特征,是良好的油氣聚集場所。鮞粒作為一種包殼組成的球形碳酸鈣顆粒,其成因機制一直是沉積學研究的熱點問題之一。研究鮞粒的形成過程,不僅可以從動力學的理論角度探索其成因,也可以在微觀尺度上深入了解鮞粒內(nèi)部有機質的儲存形式、晶體排列及結晶次序等問題,這對研究鮞粒灰?guī)r內(nèi)部有機質的生排烴過程以及成巖作用對鮞?；?guī)r儲層的改造提供了微觀理論基礎。鮞粒成因的推測由最初的“滾雪球”理論[1],到后來的有機質成膜成因說[2-4]、生物骨架成因說[5-6],再到無機成因說[1,7-9],由于缺少直接證據(jù),鮞粒的成因機制仍尚無定論。目前鮞粒合成實驗有Donahue等[10]利用模擬實驗的方法人工合成了鐘乳石下方發(fā)育的鮞粒狀“濺珠”,該實驗首先向去氣的自來水中加入過量CaCO3粉末,使溶液達到CaCO3過飽和,再向其中通入過量CO2制得最終的反應液,通過將反應液從高處滴落的實驗裝置模擬鐘乳石滴水成鮞的過程。該實驗合成了具有同心鮞結構的碳酸鈣微球,然而實驗裝置簡單,所模擬的過程僅適用于分析巖洞中碳酸鈣鮞粒的形成,且該實驗利用CO2氣體逐漸從溶液中釋放的方式引入沉淀。Suess等[3]在靜水條件下用人造海水結合腐殖酸合成了鮞粒,實驗向人造海水中加入腐殖酸至腐殖酸鈉濃度為20 mg/L,隨即向溶液中加入Na2CO3生成沉淀,靜置或輕微攪動后等待沉淀結束,合成了具同心結構的鮞粒,組成圈層的碳酸鈣晶體呈放射狀排列,層與層之間夾有機質沉積層,筆者認為有機質中的腐殖酸是導致鮞粒形成的關鍵。雖然這一實驗合成出了同心鮞,但實驗設計不完全,并未進行無腐殖酸參與的陰性對照組實驗,因此不能將鮞粒的形成完全歸功于腐殖酸的作用,且影響鮞粒形成的因素較多,如晶核數(shù)量、水動力情況等,這些變量也均未在該實驗中進行討論。Davies等[2]在靜水有機物參與與動水下懸浮生長兩種條件下人工合成出了鮞粒,除了重復了Suess的靜水腐殖酸合成實驗,還設計了一種水流從下向上流動的裝置,該裝置用流水的沖力克服顆粒的重力,從而使顆粒保持懸浮的狀態(tài),并在該狀態(tài)下模擬鮞粒的形成。該實驗所設計的懸浮裝置并沒有從本質上模擬沉積環(huán)境中顆粒的懸浮狀態(tài)及顆粒懸浮時的水環(huán)境,因此并沒有形成真正意義上的鮞粒。趙震等[11]在靜水條件下人工合成鮞石,實驗在蒸餾水中加入MgCl2、CaCl2至0.034 38 mol/L、0.001 45 mol/L,引起沉淀的方法是向溶液中滴加Na2CO3,隨后靜置直到沉淀結束。該實驗的結果也是合成了具同心結構的鮞粒,并在顯微鏡下觀察到了部分生長過程。首先形成的是小于1 μm的非晶質固體和文石雛晶,隨后針狀的文石晶體開始圍繞晶核生長,形成球形的鮞粒核心,最后包殼層依次生長、包裹在鮞核之外,形成鮞粒。該實驗雖未完全模擬鮞粒形成時的海水環(huán)境,也未進行相應的陰性對照實驗或研究其他因素對鮞粒形成的影響,但是觀察到了靜水無機條件下較完整的鮞粒形成過程,對后續(xù)的實驗研究及理論分析具有一定的指導。UlrikBrehm等[5]合成了由藻類提供鈣質沉淀骨架的鮞粒,發(fā)現(xiàn)在海水培養(yǎng)基中,藍細菌、硅藻和其他異養(yǎng)細菌會形成球狀共生體,隨后碳酸鈣會沿著微生物聚集體的藻絲結晶,最終得到一個結晶沿藻絲排列的球形碳酸鈣晶體集合體。該實驗為鮞粒的微生物成因解釋開辟了新方向,但實驗中藻絲骨架的主要提供者是一種藍細菌,這種細菌本身是一種厭氧菌,生長于富營養(yǎng)化程度高的水體之中,這并不符合地質歷史時期形成鮞粒的富氧的環(huán)境,因而須對微生物在鮞粒形成過程中所起的作用進行重新探討。筆者從藻類生物作用、環(huán)境水動力及晶核數(shù)量對成鮞過程的影響這三方面問題出發(fā),通過對鮞粒形成環(huán)境的實驗室模擬,人工合成鮞粒,直觀了解鮞粒的形成過程;通過改變實驗條件,探索影響鮞粒形成的關鍵因素。

1 鮞粒合成實驗

1.1 沉積環(huán)境模擬

本實驗使用人造海水配方參考Kester的方法[12],并經(jīng)0.1 MPa高壓蒸汽滅菌后,冷卻到室溫使用。在浮游植物培養(yǎng)過程中,分別加入NaNO3(0.075 g/L)和NaH2PO4·2H2O(0.005 65 g/L)作為浮游植物的氮磷元素補充。同時按照0.1%(體積分數(shù))分別加入微量元素螯合營養(yǎng)液(含EDTA·2Na 4.16 g/L,FeCl3·6H2O 3.15 g/mL,CuSO4·5H2O 0.01 g/L,ZnSO4·7H2O 0.022 g/L,CoCl2·6H2O 0.01 g/L,MnCl2·4H2O 0.18 g/L,Na2MoO4·0.006 g/L)和維生素補充液(含VB120.000 5 g/L,VB10.1 g/L,生物素0.000 5 g/L)[13],以促進藻類生長。兩種營養(yǎng)素補充液均經(jīng)220 nm無菌聚醚砜濾布過濾滅菌,避光保存。

實驗中所采用的浮游植物模型為亞心形扁藻,由中國石油大學(華東)生物工程與技術中心提供純種,實驗中無須進行再次純化。將所提供的濃縮藻液加入培養(yǎng)基中,團聚之前,于25℃空氣中無菌靜置培養(yǎng),12 h搖動一次至綠色均勻,以增加藻類與培養(yǎng)基間的物質交換;團聚后,采用120 r/min在25℃下回旋震蕩培養(yǎng)。培養(yǎng)過程雙面采光,光照強度為(50±5)μE/(m2·s),光暗比為14 h∶10 h[14]。實驗過程中使用熒光倒置顯微鏡(Leica DMI3000)血球計數(shù)板對藻類密度進行實時監(jiān)測,當藻類密度達到1×106個/mL時停止培養(yǎng)。

本實驗中以達到停止培養(yǎng)標準的藻類培養(yǎng)液為有機沉積環(huán)境;同時以未加入亞心形扁藻的培養(yǎng)基為無機沉積環(huán)境,沉積溫度為25℃。在有機環(huán)境沉積過程中,反應體系光暗比、采光方式和光照強度不變。沉積過程中適時加入人造海水,將藻類密度控制在前述水平的同時對沉淀造成的金屬離子消耗進行補充,同時按比例加入微量元素螯合液和維生素補充液。

實驗中使用恒溫水浴搖床(江蘇金壇SHA-BA型)對水動力和溫度進行控制,控溫精度為0.1℃,采用往復震蕩方式模擬淺海地區(qū)水動力環(huán)境。水動力因素作為實驗因素之一,控制水動力由0(靜水)逐級增加至120 r/min并不再增加以防止對藻的剪切破壞。動水條件下單次沉積過程保持水動力穩(wěn)定。分別控制浮游植物的有無和水動力的強弱,得到不同的模擬沉積環(huán)境進行實驗。

1.2 沉積過程模擬

利用0.1 mol/L Na2CO3溶液對上述培養(yǎng)基進行滴定,平行5次實驗確定當Na2CO3溶液加入體積為培養(yǎng)基的13.5%時,沉淀能夠以較慢速度發(fā)生,適合實驗中的取樣觀察,因而將實驗中Na2CO3溶液的加入終體積確定為培養(yǎng)基體積的13.5%。分別向各個實驗組中緩慢加入指定體積溶液,加入過程中以120 r/min不斷晃動,保持體系中濃度均一,防止局部濃度過高造成的假象。同時設置投入晶核與無晶核對比組,觀察晶核對于沉淀產(chǎn)生的影響。實驗中選用的晶核為磨碎的冰洲石顆粒,直徑不大于14.8 mm。沉淀時間為7 d。

1.3 鮞粒表面特性表征

在沉積過程中,使用熒光倒置顯微鏡(Lecia DMI3000)對實驗中產(chǎn)生的沉淀在可見光下和紫外光下觀察,以確定其形貌特征及有機物。實驗中收集沉積物采用沉淀法,取樣靜置沉淀后,以純水洗滌3次沉淀,后重懸于純水中防止干裂。對每一沉淀環(huán)境平行取樣5次進行拍照后擇優(yōu)選用。對最終得到的沉積物樣品,以同樣方法收集沉淀后一部分留樣觀察,另一部分進一步過濾并用純水洗滌沉淀,至濾液滴入0.1 mol/L AgNO3溶液不沉淀為止。室溫初步干燥至表面無水后,30℃熱風干燥24 h,置于導電膠帶上噴金后使用掃描隧道顯微鏡(日立S-4800,加速電壓5.0 kV,不疊加背散射相)對樣品表面進行觀察。

為解釋表面過程機制,實驗中使用原子力顯微鏡(Bruker Multimode VIII型)對方解石[104]面上藻類產(chǎn)生的有機物的吸附行為進行研究。將方解石破碎洗凈后,尋找暴露的[104]晶面,將經(jīng)過220 nm過濾的藻培養(yǎng)基滴加在晶面上隨即使用氮氣吹干,在輕敲模式下以1 Hz速率完成掃描,掃描分辨率為512點/行。對同一樣品多次掃描,擇優(yōu)選用。

2 結果分析

對于鮞粒形成過程,傳統(tǒng)理論分為有機質成膜成因說、生物骨架成因說、無機成因說3類。然而上述理論均沒有給出直接實驗證據(jù),本文中將3種理論的變量逐個抽離,著重考察生物作用、水動力強弱以及晶核數(shù)量對鮞粒形成過程的影響,并對其作用機制進行探討。

2.1 鮞粒合成過程中藻類的生物作用

現(xiàn)有的生物骨架成因說指出:由藍細菌、硅藻等形成的球形微生物球形聚集體可作為碳酸鈣沉積的骨架,經(jīng)歷一定時間的沉淀結晶后便形成了鮞粒。而在本文研究中,藻類生物在模擬沉積環(huán)境下并未出現(xiàn)明顯的團聚現(xiàn)象,因而難以通過形成球形聚集體從而對碳酸鹽的沉積起到骨架作用。

如圖1所示,在含藻類植物的模擬沉積環(huán)境(圖1(c))與不含藻類植物的沉積環(huán)境(圖1(a))中,均能夠在無水動力的條件下得到較好的球狀結構。表觀看來,無藻類植物實驗組得到的沉積物結構松散,表面結晶不規(guī)整(圖1(b));在含有藻類植物的沉積環(huán)境中形成的鮞粒結構致密,表面結晶較好,多成平行六面體型(圖1(d))。從剖面SEM結果來看(圖1(e)、(f)),同樣存在上述規(guī)律。本實驗中在含藻實驗環(huán)境中合成的鮞粒表面發(fā)現(xiàn)了明顯的生物痕跡(圖1(c)),說明藻類植物在鮞粒沉積中作用的多樣性。

鮞粒形成的本質在于晶體的產(chǎn)生、長大、聚并以及融合過程。在晶體生長過程中,環(huán)境中覆蓋劑空間匹配和晶體本身表面能的作用不容忽視。而鮞粒的形成可認為是兩者的平衡-平衡打破-再平衡的過程。在引入藻類植物后,藻類植物代謝產(chǎn)生的小分子有機物及死亡藻類產(chǎn)生的細胞碎片等均能夠吸附在產(chǎn)生的晶體表面,尤其是臺階、位錯等高表面能部位以及高晶面指數(shù)的不穩(wěn)定晶面,使得整個體系能量降低,處于亞穩(wěn)定狀態(tài),溶液中的無機離子能夠繼續(xù)沿著未被覆蓋的晶面繼續(xù)生長。這一生長過程實質為晶體長大的過程,必然同時擴大不穩(wěn)定晶面的面積,當體系中這類晶面的面積達到一定閾值后,有機物的簡單吸附、覆蓋等將不能滿足體系穩(wěn)定的要求。此時降低體系能量的最有效方式是高能晶面間的直接聚并,這一過程在消除高能晶面的同時降低了體系的表面積,因而在存在藻類植物的條件下,鮞粒的形成將按照這一過程循環(huán)進行,得到較為規(guī)整、緊密的晶體排列。

反之,在沒有藻類植物的沉積環(huán)境中,藻類代謝產(chǎn)物及細胞碎片的缺失使得這一過程向相反的方向進行。在微晶體長大的過程中,沒有對高能位點及晶面的保護,產(chǎn)生的微晶體將無法按照高能晶面相互聚并的過程進行,而是以熱運動的方式進行隨機聚并、融合。這一隨機過程當晶體尺寸較小,過大的比表面積引起的高表面能使其表面接觸后難以重新分離,本身結構的無序和無規(guī)的晶核形貌使得晶體的自范性無法表現(xiàn),因而得到的鮞粒表面和內(nèi)部松散,組成鮞粒的晶體形狀多樣,不存在較好的晶體結構。

圖1 不同模擬沉積環(huán)境下得到的鮞粒及其表面特征Fig.1 Ooids from different synthesis conditions and their surfaces

綜上所述,培養(yǎng)基中各類或大或小的有機物對晶體表面的吸附及調(diào)控行為是鮞粒生長的重要影響因素之一。趙康等[16]指出,方解石生長過程中,有機添加劑對生長的調(diào)控分為2種:當分子較小時,分子中羥基、羧基等配位基團與暴露晶面的空間匹配為主要控制因素,在這一過程中,可存在配位鍵的形成過程;而當分子較大時,通過靜電作用、親疏水作用等實現(xiàn)的分子在晶面上的可逆物理吸附。參考以上方法,對過濾后的含浮游植物培養(yǎng)基在方解石[104]面上的吸附行為使用原子力顯微鏡進行研究,結果見圖2。

圖2 方解石[104]面吸附前后形貌Fig.2 Lattice plane[104]of calcite before and after absorption

經(jīng)過過濾培養(yǎng)基吸附的方解石表面上可明顯看出吸附后的有機物形成的斑跡(圖2(b),膜狀吸附物沿臺階方向分布,表面吸附強烈,高亮處為培養(yǎng)基海水晶出的無機鹽晶體),同時通過對比未經(jīng)吸附的方解石表面(圖2(a),方解石晶體特征的菱形臺階,表面潔凈,無吸附物),有機物吸附成膜時將優(yōu)先選擇臺階、位錯等高能位置,因而產(chǎn)生了明顯具有方解石[104]面特征形狀的吸附膜。同時,除在高能位置的吸附外,晶面各處均存在吸附現(xiàn)象。由于通過添加藻類植物產(chǎn)生的有機物具有多樣性,這些有機物在晶面上的吸附將同時體現(xiàn)出上述2種作用,因而吸附、調(diào)控能力較吳聰孟等[17-21]報道的簡單有機物更強。實驗時,減小吸附時間、減小濃度等方法并不明顯影響成膜、表面吸附的效果,亦從側面證明了兩類調(diào)控作用的同時存在。

2.2 水動力對鮞粒形成過程的影響

鮞粒成因機制中水動力的強弱是重要的參數(shù)之一。鮞粒的無機成因說認為鮞粒的形成是水動力作用的結果:當水動力較強、鮞粒被波浪揚起時,無定型碳酸鈣(ACC)顆粒圍繞顆粒形成圈層狀沉淀;當水動力減弱時,鮞粒位于水底,圈層生長停止,表面的無定型碳酸鈣在此時發(fā)生重結晶,產(chǎn)生晶體包殼,如此反復形成鮞粒的環(huán)狀圈層。

然而,實驗得出的結果表明,強的水動力并不利于碳酸鈣沉淀初期的成球結晶并進一步形成鮞粒,而在于對先期靜水條件下形成的鮞粒表面結晶的晶體形態(tài)和排列方向的改造,靜水條件下合成鮞粒的表面結晶(有藻參與的實驗),沉淀后立即取出觀察,未再放入人造海水中進行改造,裂縫處可見晶體垂直鮞粒表面縱向生長,排列較緊密(圖3(a))。將已形成的合成鮞粒放入人造海水中并施加水動力,一定時間后取出觀察,鮞粒表面晶體形貌及排列方向均發(fā)生變化(圖3(b))。水動力的存在增強了結晶表面離子的運動,從而有利于鮞粒的重結晶過程,使得先期形成的鮞粒進一步趨向熱力學平衡狀態(tài),即常溫下最穩(wěn)定的方解石晶型。其次,水動力的存在在客觀上對表面結構相對松散的晶體層中的晶體產(chǎn)生再定向作用,使得晶體重新沿切向排列,在客觀上降低了鮞粒在動蕩水體中的流體力學阻力。這兩方面均降低了整個體系的能量,也使鮞粒進一步處于相對穩(wěn)定的環(huán)境中繼續(xù)生長。

在持續(xù)水動力較強的實驗中,膠體中的碳酸鈣顆粒一直處于震蕩之中,膠粒在水體的帶動下迅速碰撞聚沉。這種條件下產(chǎn)生的碳酸鈣沉淀多為無規(guī)則聚沉物,并不形成規(guī)則的球狀晶粒聚集,這些無規(guī)則聚沉物在隨后一段時間的重結晶過程中轉化為具有晶體形態(tài)的方解石微粒。而在水動力較弱、擾動較小的實驗中,溶液從反應初始的膠體懸濁液狀態(tài)逐漸形成絮狀的沉淀物,在重力的作用下發(fā)生沉降。非晶質的膠體微粒在溶液中聚集,形成球形生長核心,這是實驗中鮞粒生成的第一步。對于野外形成的鮞粒,生長核心可以是陸源碎屑、內(nèi)碎屑或生物碎屑等多種顆粒,無論核心是否處于懸浮狀態(tài),只要水體動蕩程度較弱,碳酸鈣膠粒便減少膠粒之間的碰撞聚沉,進而被核心吸附,逐漸形成鮞粒包殼。

圖3 水動力對鮞粒表面的結晶的改造Fig.3 Ooid surface before and after water agitation

鮞粒圈層的形成同樣反映了連續(xù)水動力作用的兩面性(圖4,靜水無晶核實驗中合成的鮞粒,自然光)。在安定水體的成鮞過程中,晶體表面附近的溶液由于Ca2+,Mg2+,Sr2+,CO32-在圈層的形成過程中不斷消耗,溶液中離子濃度、顆粒的表面能等參數(shù)均發(fā)生變化,當這種變化達到一定程度時,反應中止,一層包殼的生長結束。此時將已形成的晶體作為整體考慮時,水動力的存在將有效增強擴散作用,并降低顆粒表面的離子氛厚度。使得傳質過程順利進行,使得新一層圈層能夠繼續(xù)生長。

2.3 沉積環(huán)境中晶核數(shù)量對鮞粒形成的影響及形成機制

天然鮞粒中均存在一定數(shù)量的核心,充當核心的大都為生物碎屑、礦物顆粒等微小顆粒,碳酸鈣圍繞核心生長形成鮞粒。在討論海相碳酸鹽鮞粒的形成過程時,作為鮞粒生長核心的晶核數(shù)量也是影響該過程的一個重要參數(shù)。實驗中設立由0開始的生長核心晶核濃度梯度,發(fā)現(xiàn)當晶核的濃度趨近于0時,能夠形成具有較好圈層結果的鮞粒,其形貌接近天然樣品。而當晶核濃度逐漸增加時,形成的沉積物形貌逐漸多樣化,晶態(tài)碳酸鈣逐漸增多,如圖5所示。圖中虛線框出的部分分別體現(xiàn)了3種主要形貌,其中a為沿晶核生長的菱面體方解石顆粒,b為形成的針狀文石晶體,c為灰泥沉積物,圓形孔洞為先前形成的鮞粒印模。

圖4 人工合成鮞粒的圈層結構Fig.4 Concentric structure in synthesized ooid

圖5 加入核心后產(chǎn)生的碳酸鈣晶體Fig.5 Calcium carbonate crystals grown from additional nucleus

圖6 海相碳酸鹽鮞粒形成的動力學過程示意圖Fig.6 A kinetic model of formation of marine calcium carbonate ooid

晶體生長的基本理論[15]指出,晶體的生長不僅受熱力學控制,還受動力學因素控制,復雜環(huán)境下生長的晶體,受成核、生長和相變的活化能影響,往往不直接形成熱力學上的穩(wěn)定狀態(tài),而是體現(xiàn)出動力學反應過程。反應的活化能越大,則反應的速率越低,經(jīng)過相同時間積累產(chǎn)生的產(chǎn)物則越少。結合實驗結果,筆者認為鮞粒形成的動力學過程如圖6中所示。其中,黑線為溶液中無碳酸鈣生長核心時,無定型碳酸鈣向碳酸鈣的最終態(tài)轉化的路徑,所需活化能EaC最高,難以一步實現(xiàn);紅線為溶液中無碳酸鈣生長核心時,無定型碳酸鈣向鮞粒亞穩(wěn)態(tài)轉化的路徑,所需活化能EaO＜EaC,因此當溶液中無生長核心時則優(yōu)先形成鮞粒;藍線為鮞粒亞穩(wěn)態(tài)向最終態(tài)轉化的路徑,所需活化能EaO-C較大,難以實現(xiàn)或所需時間較長,因而保證了鮞粒存在的穩(wěn)定性;綠線為溶液中碳酸鈣生長核心充足時,無定型碳酸鈣向碳酸鈣的最終態(tài)轉化的路徑,此時活化能EaC’最低,最易實現(xiàn)。對圖中3種途徑即無核心的熱力學控制途徑(活化能為EaC)、大量核心的泥晶灰?guī)r形成動力學控制途徑(活化能為EaC′)和無核心的鮞粒亞穩(wěn)態(tài)途徑(兩步活化能分別為EaO和EaO-C)來說,活化能順序為EaC＞EaO＞EaC′。因而在無晶核加入的熱力學控制過程下,難以得到晶態(tài)碳酸鈣;此時ACC傾向于經(jīng)過圖中紅線所示的過程,先形成需要活化能較小的鮞粒亞穩(wěn)態(tài)。而由于由鮞粒向晶態(tài)碳酸鹽巖轉變所需的活化能EaO-C較大,因此這一過程難以發(fā)生,或所需時間較長、條件苛刻,進而造成了鮞粒熱力學不穩(wěn)定而動力學上穩(wěn)定的狀態(tài)。當體系中存在充足核心時,ACC傾向于經(jīng)過綠色箭頭所示路徑直接形成晶態(tài)碳酸鈣。

3 結 論

(1)核心數(shù)量決定了無定型碳酸鈣的沉積動力學路徑。由于不同反應路徑活化能的大小關系,當核心較少時有利于鮞粒的發(fā)育,較多或者無核心時均難以形成鮞粒。

(2)通過代謝產(chǎn)物及活體的參與,藻類的存在對鮞粒的形成有著重要的調(diào)控作用,增強了碳酸鹽晶體間的粘結和聚并,從而使合成鮞粒表面晶體排列緊湊,晶形完整。

(3)藻源有機物對晶體有著明顯的吸附作用,進一步調(diào)控晶體生長。

(4)鮞粒的形成需要擾動較小的安靜水體,以保證其能夠形成穩(wěn)定的圈層結構,動蕩的水體將直接影響碳酸鹽膠體的穩(wěn)定性,進而造成結晶的無序化,難以形成鮞粒。

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(編輯 劉為清)

Experiment study of synthesis for marine carbonate ooids genesis

ZHOU Yaoqi,ZHANG Han,ZHANG Zhenkai
(School of geosciences in China University of Petroleum,Qingdao 2266580,China)

The ooids were synthesized using the laboratory simulation of sedimentary environment,through which the process of the ooids formation and the environmental factors of influencing the ooids formation were studied.Three parameters were considered in the experiment,which are algae type,water agitation,and nucleus amount.It is found that synthesized ooids tend to have the best concentric structure and the most compact surface under hydrostatic condition and the presence of algae,indicating that quite water and the biological effect of alga are favorable conditions for ooid growth.The number of calcium carbonate crystal nucleus is also a decisive factor for the ooids formation.Based on the difference of nucleus quantity and activation energy,a kinetic study of the formation of marine calcium carbonate ooid and micrite wwas conducted as well.

ooid;algae;water agitation;nucleus

P 736.21

:A

周瑤琪,張晗,張振凱.海相碳酸鹽鮞粒形成過程的模擬實驗研究[J].中國石油大學學報(自然科學版),2017,41(3):23-30.

ZHOU Yaoqi,ZHANG Han,ZHANG Zhenkai.Experiment study of synthesis for marine carbonate ooids genesis[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2017,41(3):23-30.

1673-5005(2017)03-0023-08doi:10.3969/j.issn.1673-5005.2017.03.003

2016-10-15

國家自然科學基金項目(41272123)

周瑤琪(1963-),男,教授,博士,博士生導師,研究方向為地球化學和地球動力學。E-mail:zhouyq@upc.edu.cn。