Question

化学搬运与沉积作用

Answer 1

溶解物质可以呈胶体溶液或真溶液被搬运，这与物质的溶解度有关。低溶解度的金属氧化物、氢氧化物和硫化物常呈胶体溶液被搬运。胶体溶液与悬浮液或真溶液相比较，具有胶体粒子因细小而受重力影响极微弱，扩散能力也很弱。表面带有电荷的胶体，可分为正胶体和负胶体两类，天然胶体普遍具有吸附现象等特点。

1.胶体溶液的搬运与沉积

低溶解度的金属氧化物、氢氧化物和硫化物常呈胶体溶液被搬运。胶体溶液的性质介于粗分散系（悬浮液）和离子分散系（真溶液）之间，胶体粒子直径介于1～100nm之间，在普通显微镜下不能识别。

当条件发生变化时，胶体溶液失去稳定性，胶粒就会凝聚成较大粒子，进一步凝聚成絮状物，因重力作用而下沉，称为凝聚（胶凝）作用或聚沉作用。促使胶体凝聚和沉积的因素主要有：

（1）带有相反电荷的两种胶体相遇，因电荷中和而发生凝聚，物理化学中称为“相互聚沉”。

（2）电解质作用。加入电解质后可使胶粒表面吸附的带相反电荷的离子中和，从而使扩散层的厚度变薄，即降低了胶粒的电动势，使得胶体失去稳定性而凝聚。由于海水中含有大量电解质，因此，当河流携带的胶体与海水相遇时，就可形成凝胶沉淀，导致三角洲和海岸沉积中常可见到大量黏土和氧化铁等胶体沉积物，有时可聚集成铁、铝、锰等特大型沉积矿床。

（3）蒸发作用促使胶体溶液浓度增大而引起胶体凝聚。一方面是因浓度增大造成胶粒碰撞机会增多，另一方面也增大了原先存在于胶体溶液中的电解质浓度。

（4）穿透能力较强的辐射线可使某些胶体凝聚，如带负电荷的β射线可使正胶体凝聚。其他如剧烈的振荡、大气放电、毛细管作用等也可促使胶体凝聚。

除上述促使胶体凝聚的主要因素外，还有其他影响因素，例如溶液的pH。

由胶体凝聚生成的沉积物和岩石具有如下特点：①未脱水硬化的凝胶呈胶状、糊状或冻状，固结成岩后常具贝壳状断口；②胶体沉积颗粒细小，孔隙度较大，因而有较强的吸收性；③由于胶体陈化脱水而常出现收缩裂隙，易敲击成尖棱角状碎块；④一般有微晶、放射状、鲕状、球粒状、扇状集合晶等结构；⑤胶体沉积可以呈巨厚层产出，也可呈透镜体、结核产出；⑥由于胶体有较强的离子交换和吸附能力，常吸附有不定量的水分、有机质，以及各种金属元素，其化学成分常不固定。

2.真溶液的搬运和沉积

溶解物质中的氯、硫、钙、钠、钾、镁等成分都呈离子状态存在于水中，即呈真溶液搬运，有时铁、锰、铝和硅也可呈真溶液搬运。

可溶物质的搬运（溶解）与沉淀主要取决于溶解度，在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，离子浓度的乘积（相应方次）为一常数，称为难溶电解质的溶度积。当溶液中某物质的离子浓度乘积超过了该物质溶度积时，表明处于过饱和状态，该物质即可沉淀析出，反之则要溶解。

可溶物质的搬运（溶解）除了受主要因素——溶解度控制外，还受介质pH，E_h，温度，压力，CO₂含量等因素的影响。

pH值对大部分溶解物质的沉淀有显著影响，但对易溶盐的影响不大。pH的影响因溶解物质而异，有些物质的溶解度随pH 增大而增加，如SiO₂；但有些物质恰恰相反，如CaCO₃。各种矿物悬浮液的pH见表2-4。

表2-4 各种矿物悬浮液的pH

（据姜在兴，2003）

E_h值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大，而对有些元素，如铝、硅等几乎毫无影响。铁、锰等元素在氧化条件下，呈高价的赤铁矿、软锰矿沉淀；在弱氧化-还原条件下，则形成海绿石、鲕绿泥石；在还原条件下，呈低价的菱铁矿、菱锰矿沉淀；在强还原条件下，则生成黄铁矿、硫锰矿。而且，低价的铁、锰矿物的溶解度比高价的要大数百倍以至数千倍，所以不易沉淀而有利于搬运；高价的铁、锰矿物就易于沉淀而难以呈溶液搬运。

温度对物质的溶解度随温度的增高而加大。温度对钙、镁硫酸盐，钾、钠碳酸盐、硫酸盐和氯化物等易溶物质影响较大。但总的来说，由于地表温度变化不大，对溶解度的影响最多增加几倍。温度还可改变反应方向，降低温度有利于化学平衡向放热方向移动，反之则相反。

溶液中的CO₂含量对碳酸盐的沉淀和溶解有着很大影响。另外，某些元素可通过离子吸附作用而沉淀下来，这就使得溶液中浓度不高的元素，以及某些不易富集的极为稀散的元素得以沉淀，甚至富集达到工业品位。

3.化学沉积作用的常见构造

化学作用主要包括结晶、溶解、沉淀等作用，它们在沉积期和沉积后，在沉积物面上或沉积物中形成了特殊的沉积构造，将在后面部分进行详细论述，这里仅作原理分析。

化学结晶作用常形成结晶构造，包括晶体印痕和假晶、鸟眼构造、示底构造（表2-5）。压溶作用常形成压溶构造，包括缝合线、叠锥等（表2-5）。

化学成因的矿物沉淀、凝聚，或交代母岩，常形成增生与交代构造，包括结核、皮壳及葡萄状构造等（表2-5）。

表2-5 化学沉积与常见的构造