推测是由于岩石中其他矿物对于黄铁矿氧 化反应影响较小, 主要矿物石英和伊利石与氢离子 反应速率缓慢, 实验期间内对孔隙水 pH 值影响基 本可忽略不计。实验所得到的黄铁矿氧化速率与纯 黄铁矿颗粒在溶解氧作用下反应速率基本一致, 明该反应速率主要是指镶嵌于岩体孔隙中的黄铁矿所暴露在岩体表面部分的氧化速率。 4.3.2 硅元素释放速率 XRD矿物分析可知, 清溪组黑色页岩含有 硅元素的矿物主要为石英和伊利石。在页岩内黄铁 矿氧化形成的酸性溶液环境下, 可引起石英和伊利 石与氢离子反应发生溶解。由于无法准确获得两种 矿物的含量, 且不能确定含硅离子在渗透溶液中的 存在形式, 因此本实验中仅能获得硅元素的释放速 不能得到两种矿物分别在酸性环境下的溶解速率与机制。采用与硫酸根离子数据相同处理方法, 在去除第二阶段初始两天含硅离子浓度较高的数据 10知含硅离子浓度与反应时间呈线性 相关, 换算时间单位后得到含硅离子释放速率为 (1.140.14)10 mol/L/s。此外,由图6b 可知, 二阶段后期除铁元素外,其他金属离子浓度总和比 硅元素浓度低近一个数量级, 排除含铝元素伊利石 少量溶解作用的影响, 可推测此时硅元素主要由石 英溶解释放, 但两者在岩石中具体的溶蚀过程和机 理还有待进一步研究。 4.4 黄铁矿氧化行为对渗透率的影响作用 通过以上实验结果和分析可知, 实验中两个阶 段的水岩反应很显然是由不同的作用机理控制。在 第一阶段由于使用的是纯氮气饱和溶液, 不与黑色 页岩中矿物发生化学反应, 在岩体内部主要表现为 物理力学淋滤过程。第二阶段使用纯氧气饱和溶液, 与岩体内所含黄铁矿发生氧化反应可产生酸性水, 图10 含硅离子浓度与孔隙水溶液在岩体内反应时间关系 Fig. 10 Relationship residencetime flowingsolutions siliconconcentrations 第三十五卷因此该阶段主要为化学氧化和溶解过程, 该阶段渗 透系数的急剧降低说明黄铁矿的氧化对实验中岩样 的渗透性有相当重要的影响。结合 SEM 扫描电镜 微观形态观察, 实验前后岩样孔隙周围的微观形态 特征发生了显著变化, 由初始的平整状变成参差不 齐的阶梯状(图 与前人对含黄铁矿和有机物的黑色页岩风化的微观观察结果相一致(McKibben et al., 1986; Fischer et al., 2005)。由岩样的孔隙尺寸参 数可知(表 孔隙平均直径范围为0.01~0.02 远低于黑色页岩岩样中矿物和有机物的直径。由此可推断在酸性和氧化性溶液共同作用下, 岩样表面 的黄铁矿、有机物和粘土矿物等容易被(氧化)溶解 成为细小颗粒, 随孔隙水流动迁移。当这些分散的 微小颗粒运移进入孔隙喉颈时, 容易造成孔隙连通 性的阻塞(Bernab et al., 2003)。 4.5 岩性特征对黄铁矿氧化速率的影响