CEE解译|XRD观察黏土CPO强度揭示沉积初期排列机制

主要观点总结

本文研究了黏土矿物在沉积过程中的动态定向排列机制，利用同步辐射原位观测技术揭示了沉积初期的复杂过程。文章讨论了不同水化学环境和矿物组成对结晶学优选取向（CPO）强度的影响，并强调了重力作用在克服静电效应、促进颗粒排列中的主导作用。该研究对页岩气储层、核废料处置和地质灾害防治等领域具有实践意义。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

黏土矿物广泛分布于沉积物中，其独特的层状结构和表面电荷特性在解决核废料处置、地热能开发等问题中具有关键作用。当前研究受限于样品制备困难和尺度依赖性，对沉积初期的颗粒排列动态机制认识模糊。

关键观点2: 研究方法

本文通过创新性地结合同步辐射X射线衍射（XRD）原位观测与可控沉积实验，实现了对黏土沉积过程四维（时间-空间-取向-压力）动态解析。选用两种黏土矿物高岭石和伊利石进行研究，配置去离子水和人工海水两种流体环境进行实验。利用欧洲同步辐射中心（ESRF）进行原位测量，通过数据分析提取CPO强度，分析CPO随时间、上覆压力和流体环境的变化规律。

关键观点3: 实验结果

实验发现CPO强度在沉积物表层2–3mm内快速增强，随后增速减缓并趋于稳定。去离子水和海水中高岭石的CPO强度随覆压增加均呈现上升趋势，但海水中CPO总体强度低于去离子水环境。伊利石的加入使高岭石的CPO强度降低，表明伊利石的存在可能阻碍了高岭土颗粒的排列。研究发现重力作用在克服静电效应、促进颗粒排列中起主导作用。

关键观点4: 研究意义

本文突破了传统静态分析的局限，明确了黏土结晶学优选取向（CPO）形成的关键阶段和主导因素，为沉积岩各向异性的成因提供了微观力学解释。研究对页岩气储层预测和开采、核废料处置库屏障材料设计、海底沉积物失稳机制理解等领域具有实践指导意义。同时，研究所开发的新技术范式为后续细粒沉积物研究提供了新的思路和方法。

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