鄂尔多斯盆地白垩系中广泛分布有方沸石矿产资源,分布面积约12万km2,储量巨大。前人研究表明该地区方沸石具有离子吸附能力,可作为净水材料进行开发和利用。然而,该方沸石具有吸附能力的原因尚不清楚,方沸石的成因也有待深入研究。论文依托国土资源调查重大项目《鄂尔多斯盆地地下水勘查》(项目编码：121201331302)中的专题《鄂尔多斯盆地白垩系沉积岩岩石孔隙度和地下水关系》和中国地质大学(武汉)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目《鄂尔多斯盆地方沸石的晶体结构研究》,首先对系统采集于鄂尔多斯盆地白垩系的钻孔岩芯,开展了详细的方沸石资源调查工作,初步认识了鄂尔多斯盆地白垩系方沸石资源的分布规律和含量特征,总结了白垩系方沸石的主要产状,这些成果可为该地区方沸石矿产资源的勘查与开采提供重要的资料。在此基础上,笔者挑选出珍贵的、可以开展系统的矿物学研究的样品——B8钻孔岩芯内方沸石岩的方沸石(样品编号B8-50)。对该方沸石开展系统的岩相学、矿物化学、晶体结构学、拉曼光谱学和高温热行为学的研究,判定了该岩石中沉积物的沉积顺序,测定了方沸石的化学成分,精修了方沸石的晶体结构,掌握了方沸石在加热过程中的主要相变过程和相变温度,这些研究成果可为探索鄂尔多斯盆地方沸石的吸附机理和矿物材料热加工工艺,探讨方沸石岩的沉积环境提供重要的依据。该研究具有重要的理论和实践指导意义。通过系统的矿物学研究,论文取得的主要认识如下：1.测定了鄂尔多斯盆地白垩系方沸石的晶体结构,并探讨其可能引起的物理性质变化1)电子探针分析结果表明,与理想方沸石相比,原生方沸石的化学成分具有Si高、A1偏低和Na减半的特征,方沸石还含有微量的Fe3+、Ca2+Mg2+等离子。通过晶体化学计算,发现单位分子式中高电价阳离子(Si+Al+Fe)的系数达到6.2,超过了骨干中阳离子的系数6,故认为部分A1需要进入孔道中,占据Na的位置,并据此计算出对应的晶体化学式：Ca0.001Na0.95Mg0.003Fe0.021Al0.175)1.155[Al1.55Si4.45O12]·2H2O.2)对方沸石单晶X-射线衍射数据进行解析和精修,获得了稳定的、少量A13+占据孔道中24c位置的方沸石晶体结构模型。方沸石的晶体结构数据为：空间群Ia 3 d,单位轴长a0=13.6927(15)A,晶胞体积2567.25(50)A3,简化的晶体化学式：(Na1.00Al0.20)1.20[Al1.60Si4.40O12] ·2H2O, Z=8,计算密度2.200 g/cm3,结构因子R1=0.059。3)所获方沸石的拉曼光谱主要可用于鉴定方沸石的物相,而其用于解释方沸石的晶体结构,则有待进一步研究。该光谱可以确定的振动模量有2个,其分别为483cm1谱峰对应O-Si-O弯曲振动和1105cm-1峰对应Si-O伸缩振动,而且对于沸石骨干中Si/A1值的变化的表征,Si-O伸缩振动更为敏感。4)与理想方沸石晶体结构对比,鄂尔多斯盆地方沸石具有如下特点：(1)方沸石中大部分Al和全部的Si以四次配位的形式位于沸石骨干内48g等效点系位置,少量A1以六次配位的形式占据孔道中24c位置。(2)由于A1替代Na进入沸石孔道,孔道中24c等效位置的阳离子占位率由理想状态的0.66降低至0.40。这样导致与之配位的H20成为自由水的几率增加,计算密度降低。孔道中A1的出现可能会引起方沸石的孔穴容量增加和吸附能力增强,且孔道中Na的含量降低,替代Na的A1的离子交换能力很弱,导致该方沸石的可交换阳离子数量减少,可能造成其阳离子交换能力的下降。(3)与理想方沸石对比,方沸石骨干中Si含量增加,A1含量降低,会引起晶胞体积缩小,可能增强方沸石骨干的热稳定性。这种成分的变化,在拉曼光谱中也有所显示。2.刻画了鄂尔多斯盆地方沸石的热行为过程,探讨高温方沸石晶体结构变化规律1)主要相变方沸石在升温过程中主要发生两个相变,它们分别为沸石失水相变和非晶化相变,其中失水相变是可逆的,非晶化相变则具有不可逆性。2)相变温度与两个相变对应的相变温度的特征分别为：失水相变发生在120-450-C之间,相变吸热谷底的温度位于306℃附近；非晶化相变发生的温度范围为900～250℃,其谷底温度位于1180℃附近。失水方沸石的稳定温度范围为450～900℃。3)失水相变过程失水相变是方沸石热行为过程中最重要的相变。该相变吸热谷宽缓,失水过程周期长可能与其结构中一维孔道,且孔径小(仅2.6A)有关。相变的吸热谷温度低于H型(水热合成成因)方沸石可能是由于其孔道中阳离子数量较少造成。其孔道中阳离子的数量低于H型方沸石,可以导致更多自由水的产生,而自由水更容易失去,故其失水温度相对较低。4)沸石水含量在失水相变过程中,样品的失重的重量为其沸石水的含量。热重分析测量出的方沸石水的含量为8.13-8.16%,其与电子探针分析计算出的沸石水的含量吻合。5)加热过程中晶体对称性的变化趋势在常温下,方沸石为等轴晶系,格子类型为体心格子。失水之后,其对称性降低为四方晶系,格子类型仍为体心格子。在晶体破坏过程中,对称性继续降低为单斜晶系,格子类型变化为原始格子。3.通过对方沸石岩的薄片研究,分析其中沉积物的沉积特征,探讨成岩环境1.鄂尔多斯盆地白垩系方沸石岩中方沸石为原生矿物,呈等轴状、粒状集合体自形产出,晶体常见四角三八面体单形{hkk},少量可见{hkk}与立方体{100}的聚形。粒径以10-20um为主,>30um的少见。偏光镜下,无色透明,负低突起；正交偏光下,全消光。2.通过岩石中自生方沸石和陆源碎屑物的分布规律和结构特点,可以推断出其中自生方沸石通过化学沉积作用持续不断地沉积,而碎屑则间歇性地沉积。3.根据方沸石岩中沉积物的沉积特征,结合鄂尔多斯盆地洛河期的气候和水介质条件,可以推断方沸石岩碎屑的沉积环境可能为干旱环境下间歇性河流补给的湖泊。4.初步掌握了鄂尔多斯盆地白垩系中方沸石矿物资源的分布规律、主要产状和矿物含量矿物学调查表明方沸石的分布规律如下：1)盆地北部地区岩石中方沸石的含量较高,分布也更为广泛,南边地区相对而言分布较为局限,含量也较低。2)在白垩系各组中均有出现,其中以环河组中下部较为稳定,在罗汉洞组的局部层位也有稳定产出,在北部的B8钻孔中洛河组的下部发现了方沸石含量超过50%的“方沸石岩”。3)含有方沸石的岩石主要为粉砂质泥岩和泥质粉砂岩,也少量为粉砂岩。4)岩石中各种方沸石均为自生矿物,其成因主要分三类：a.交代基质的方沸石,以胶结物形式出现,其含量一般在5-10%；b.交代碎屑的方沸石,与自生的钠长石、钾长石共同交代先存碎屑矿物,其含量一般在10-15%,少量可达20%；c.原生方沸石,发育于B8钻孔洛河组下部紫红色砂质粉砂岩中,方沸石含量超过50%。上述研究成果可为鄂尔多斯盆地的方沸石资源勘查和开采提供重要的资料。5.通过净水实验,结合鄂尔多斯盆地方沸石的晶体结构特点,探讨其净水机理根据鄂尔多斯盆地方沸石的晶体结构特征,结合净水实验,提出主要设想如下：1)方沸石通过静电吸附S042-和F-来实现净化高氟水、高矿水。2)方沸石吸附S042-的机理可能是高矿水中的阳离子进入到方沸石中,占据孔道中24c等效位置,造成方沸石对外显正电性,使得带负电的S042-被吸附在方沸石外表面。3)方沸石可能通过其孔道中的Al(H2O)2+基团吸附F-,达到除氟的目的。4)再生的硫酸铝钾溶液可能通过溶液中的A1(OH)2+结合方沸石吸附的F-,使其脱离方沸石进入溶液,从而造就方沸石的再生。