阅读说明：本技术 一种模拟细粒碳酸盐生物成因及沉积过程的实验装置 (A kind of experimental provision for simulating particulate carbonate biogenesis and deposition process ) 是由 肖盟 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种模拟细粒碳酸盐生物成因及沉积过程的实验装置,其技术方案是：包括反应器柱体、沉积挡板、注入系统、曝气系统、温控系统和光照系统六部分。其中,反应器柱体可多个串联,以实现不同水深的模拟；曝气系统包括气泵、转子流量计和导流管,导流管用于气泡的导流；沉积挡板用于不同水深沉积物的收集和取样观察；注入系统用于模拟雨水、矿物的输入；温控系统和光照系统用于模拟自然界温度和光照强度。其优点是集合了模拟藻类的勃发、碳酸盐的生物化学形成过程和矿物的沉积过程,是生物化学作用和沉积过程的有效结合,为探究碳酸盐的生物成因提供实验依据。(The invention discloses the experimental provisions of a kind of simulation particulate carbonate biogenesis and deposition process, and technical solution is: including reactor cylinder, deposition baffle, injected system, six part of aerating system, temperature control system and illumination system.Wherein, reactor cylinder multiple can connect, to realize the simulation of different water depth；Aerating system includes air pump, spinner flowmeter and diversion pipe, and diversion pipe is used for the water conservancy diversion of bubble；Collection and sampling observation of the deposition baffle for different water depth deposit；Injected system is used for the input of Simulated rainwater, mineral；Temperature control system and illumination system are for simulating natural temperature and intensity of illumination.Its advantage is that having gathered simulation the breaking out of algae, the biochemistry forming process of carbonate and the deposition process of mineral, it is biological chemistry action and effective combination of deposition process, provides experimental basis to probe into the biogenesis of carbonate.)

一种模拟细粒碳酸盐生物成因及沉积过程的实验装置

技术领域

本发明属于生物地质学领域，具体涉及一种模拟细粒碳酸盐生物成因及沉积过程的实验装置。

背景技术

我国页岩油储量丰富，随着页岩油勘探开发力度的加大，细粒沉积岩的研究越来越受到重视。细粒碳酸盐矿物是泥页岩的重要组成部分，探究细粒碳酸盐的成因可为细粒碳酸盐沉积、纹层识别、古环境重建提供重要理论依据，以更好地服务于油气勘探开发。据文献报道，细粒碳酸盐推测为生物化学作用产生。生物成因的碳酸盐起初为悬浮状态，在重力作用下由水体表层逐渐沉降至水体底部，其形成过程、沉降过程受水体环境、微生物等物理、化学、生化作用的影响。藻类大量勃发并诱导生成碳酸盐(如方解石)的现象已得到模拟实验的验证。目前，国内外学者对生物碳酸盐的研究主要集中在微生物的生理生化条件及碳酸盐形成过程的理化条件，所用反应器为锥形瓶或较小体积的反应器，缺乏水体压力、沉降过程及环境因素的影响，不能模拟静水条件下生物碳酸盐的沉积过程。钙镁离子、黏土矿物的输入会影响藻类的生长及碳酸盐的形成及沉积。沉积水槽实验装置可以实现矿物沉积过程的模拟，但不能模拟生物化学过程。本发明将碳酸盐的生物化学形成过程与沉积过程相结合，为生物碳酸盐的成因提供理论依据。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种模拟细粒碳酸盐生物成因及沉积过程的实验装置，用于模拟静水环境及微弱水流环境中碳酸盐的生物成因及沉积过程。

本发明采取的技术方案为：

一种模拟细粒碳酸盐生物成因及沉积过程的实验装置，包括：

(1)反应器柱体：采用高透光度的材质制作反应器柱体，以保证达到足够的透光度。柱体两端设有法兰，底部设有排放阀门。两个或多个柱体可通过法兰串联连接，以实现不同高度的实验需求。

(2)加热装置：通过对柱体设置夹套利用循环水浴保持恒定温度，或者在柱体内部设置加热棒，以维持恒定的温度；

(3)沉积挡板：在柱体内部设置2-4根细立柱，立柱的顶端和底端采用圆环状挡板固定，圆环状挡板的外径与柱体内径相等。顶端和底端圆环之间可设置圆弧状挡板，将圆弧状沉积挡板固定在立柱的不同设置，待沉积实验结束后，可将柱体内液体放空后取出立柱和挡板，以实现不同深度沉积物的物质组成分析和微观形貌观察等。

(4)气升式曝气系统：包括气泵、气管、曝气头和导流管。在柱体底部中央设置曝气气头，导流管置于曝气头上部，用气泵将过滤后的无菌气体通入曝气头，上升气泡带动导流管内部液体向上流动，流出的水在柱体与导流管间向下流动，并经顶部圆环后转变为微弱水流，以模拟静水环境，避免气泡上升造成水体扰动干扰矿物沉积，也可将导流管取出，模拟微弱水流环境下矿物的沉积，水流强度的调节可通过改变气泵供气量实现；

(5)照明装置：在柱体外部设置2-6根LED灯管或日光灯管，灯管支架与柱体底座相连，可调节支架与柱体间的距离，设定光照强度，用定时器控制灯管的启闭。

本发明的有益效果为：

1)细粒碳酸盐矿物是泥页岩的重要组成部分，据文献报道，细粒碳酸盐推测为生物化学作用产生。探究细粒碳酸盐的成因可为细粒碳酸盐岩沉积、纹层识别、古环境重建提供重要理论依据，以更好地服务于页岩油气勘探开发。本发明可模拟生物化学作用的碳酸盐的形成过程，还可模拟生物碳酸盐在静水环境及微弱水流环境中由水体表层至水体底部的沉积过程，将细粒碳酸盐的形成过程与沉积过程有机结合。

2)本发明可模拟物源输入状态下的沉积过程，如模拟雨水携带钙镁离子、黏土矿物条件下碳酸盐的生物形成过程及沉积过程，可有效回答不同钙镁离子浓度或黏土存在条件下形成的生物碳酸盐的特征，结合水质理化条件及环境条件，推断生物碳酸盐与黏土矿物间的相互作用，以更好的揭示碳酸盐的生物成因。

附图说明

图1为本发明一种模拟细粒碳酸盐生物成因及沉积过程的实验装置的实施例的结构示意图。

附图标记说明

①导流筒；②取样阀；③恒流泵；④气泵；⑤黏土溶液；⑥排水阀；⑦转子流量计；⑧沉积挡板；⑨气泡石；⑩温控装置；水流方向；反应器柱体

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

(1)静水环境的模拟：将营养盐溶液注入柱体加入一定量的藻液，设定好温控装置⑩的温度，打开LED光源，打开气泵④，气体带动溶液由导流管①逐渐上升，由柱体顶部排出，转变为微弱的水流，从而不会对沉积挡板⑧上的沉积物造成影响；

(2)人工配制的模拟水样(如人工雨水、黏土溶液)可通过⑤由恒流泵③按照一定的流速注入反应器，在水流作用下注入的物质可由柱体顶部逐渐向下沉降，以模拟实际环境，实现生物碳酸盐与矿物的同步沉积，本实施例以人工雨水中添加黏土矿物为例进行模拟；

(3)通过柱体侧面取样阀②取样，测定水体溶解氧、离子浓度、藻细胞数量等物理、化学、生化指标；

(3)实验结束后，由排水阀⑥将柱体内溶液排空，取出沉积挡板⑧，取适量沉积挡板上的沉积物，观察沉积物中矿物组成及矿物微观形貌。