《COMMUN EARTH ENVIRON:粘土颗粒在沉积初期的排列机制研究》

  • 来源专题:岩土力学与工程信息资源网
  • 编译者: 李娜娜
  • 发布时间:2024-12-18
  • 粘土矿物是具有高长径比、小粒径和带电粒子表面的层状硅酸盐。这些特性引导粒子间的相互作用,从而导致特征微结构的形成。粒子的适当排列会导致显著的平面各向异性。这种排列的发展始于粘土的沉积,其强度通过晶体学上的择优取向来衡量。为了更好地理解粘土颗粒在沉积初期的排列机制,德国、瑞士和挪威等国的研究人员开展了原位同步辐射X射线衍射(XRD)实验,以观察黏土在水中的沉积过程。在沉积实验的不同阶段,以亚毫米分辨率测量晶体的优选取向分布(CPO)。

    研究人员提出了使用同步辐射衍射技术在四个维度(时间和方向,作为覆盖层和组成的函数)观察粒子沉降实验。实验表明,沉降的高岭石和“高岭石+伊利石”的CPO强度取决于水柱中粒子间的相互作用以及初始沉积过程。在CPO的演化过程中,黏土矿物的种类和沉降物的特定结构是主导参数。最终的CPO是沉积物表面2mm范围内建立的初始CPO的函数。初始CPO是盐度、pH和矿物种类参数的函数。以高岭石为例展示了这些影响只需要少量的覆盖层,在约10mm沉积物深度处,CPO基本恒定。控制水柱中颗粒相互作用的电化学过程影响沉积过程中粒子的排列,但这些作用在最初的几毫米内可以被重力和覆盖层压力所克服,因此,在水柱和沉积物中形成了不同的粘土微观结构。

    观察到的CPO发展控制着粘土、泥浆、粘土岩和页岩以及人工沉积粘土材料的物理和化学性质。研究证明了由重力驱动的压实和脱水过程控制着沉积物表面的粘土排列,而压缩的双层或电化学力似乎可以忽略不计。相关研究成果发表于《Communications Earth & Environment》[1]。






    [1] Clay

    Alignment Takes Place During Early Stages of Sedimentation



  • 原文来源:https://doi.org/10.1038/s43247-024-01866-x
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