南海北部海区海底沉积物中孔隙水的Cl^-和SO_4^(2-)浓度异常特征及其对天然气水合物的指示意义

报道了中国南海北部海区海底沉积物中孔隙水的Cl-和SO42-质量浓度的变化特征, 圈定了孔隙水中Cl-质量浓度的高值异常区。由于水合物形成过程中的排盐效应, 会使其上覆浅表层沉积物中孔隙水的盐度增高, 因此这些氯离子的高值异常区值得进一步的勘查。对孔隙水中SO42-的质量浓度分析表明, 研究区的一些站位表现出随深度增加SO42-的质量浓度梯度发生明显的变化, 计算的硫酸盐甲烷交接带SMI界面深度均在 10m左右, 与ODP164航次和ODP204航次有天然气水合物的钻孔的SMI界面深度基本吻合, 说明这些站位深部有天然气水合物存在的可能性。

海洋浅表层沉积物和孔隙水的天然气水合物地球化学异常识别标志

天然气水合物是一种赋存在低温、高压条件下海底沉积物中的规模巨大的新型能源。研究表明,地球化学是识别海底天然气水合物赋存的一种有效方法。国际上通过分析由大洋钻探采上来的柱状沉积物和孔隙水的地球化学异常,己建立了一套较为成熟的地球化学识别方法。但是,在没有钻井岩心的情况下,如何通过浅表层(<20m)沉积物和孔隙水及底层海水的地球化学分析来识别海底可能存在的天然气水合物,是国际国内天然气水合物勘查中面临的一道难题。通过对国际上己有数据和资料的全面总结,尝试提出了一系列在海底浅表层条件下识别天然气水合物赋存的地球化学异常标志,包括底层海水的烃类气体及其同位素组成异常,沉积物中有机碳和水的含量异常,沉积物中孔隙水的元素和同位素组成异常,沉积物中气体含量异常及沉积物中自生碳酸盐矿物的化学和同位素组成异常等。这些标志的建立将有助于在我国海域开展天然气水合物的勘查工作。

华南寒武纪海洋中沉积矿床及其古环境

寒武纪早期是华南的一个重要的沉积矿床形成阶段。在华南扬子板块下寒武统黑色岩系中产有大量的金属及非金属矿床,其中倍受关注的矿床有Ni Mo PGE多金属硫化物矿床、磷矿床与重晶石矿床。Ni Mo PGE多金属硫化物矿床的形成可能与海底热液喷流作用有关,成矿元素除海水源外,有部分来自深部热液;磷矿床形成于特定的浅海环境,成矿物质的聚集可能与有机质和含铁胶体有关;重晶石矿床的形成也与海底热液和有机质有关。这些矿床保存了大量的古海洋信息,对其进行深入研究可以揭示华南寒武纪大爆发时期的古海洋环境变化特征。

河海交互作用与苏北平原成因

苏北平原向海侧分布着大冈、上冈两列古贝壳堤以及依此而建的范公堤;西侧有低山丘陵环绕,江淮水系河流汇入平原内侧的湖泊群,发育了伸出型三角洲;兴化、里下河地区是平原的最低洼处.这一系列地貌组合与分布特点,启迪着探究平原的成因.146m深的宝应望直港钻孔,穿透了2.58Ma以来的第四纪地层.沉积相、微体古生物、古地磁测定与沉积层常量元素分析等综合研究,阐明了4次主要的海洋作用沉积环境,尤其是晚更新世3.9～2.6万年前的浅海环境沉积更为显著.河湖相泛滥平原沉积与潮滩浅海沉积交互成层,证实了苏北平原是第四纪时期由河-海交互作用,从古海湾发育堆积成宽大平原.进一步工作需探索相关时期的江-海分布变化及黄河和黄渤海通道与苏北平原发育的关系.

黑色页岩与大洋缺氧事件的Re-Os同位素示踪与定年研究

地质历史中发育多次大规模的大洋缺氧事件并伴随有巨量的黑色页岩沉积, 对这些大洋缺氧事件发生时限及成因机制的研究已成为当前国际古海洋学研究的一个前沿领域。开展对大洋缺氧事件的研究,有助于了解古海洋演化、地球系统变化和地球其他圈层对生物圈的影响,以及金属成矿、油气形成及生烃环境。因此近年来人们从古海洋、古气候、古地理、古生物、大地构造和地质地球化学等学科,积极开展对大洋缺氧事件的研究。对大洋缺氧事件进行准确定年则是研究工作开展的首要任务之一;而如果用于定年的同位素体系能同时提供相关的环境变迁信息,则更加有利于我们对缺氧事件成因机制的认识。Re Os同位素作为近年来发展起来的一种新的同位素技术方法,恰好适用于对富有机质沉积岩和黑色页岩的定年,可以获得精确的地层沉积年龄,同时利用这些海洋沉积物的Os同位素比值还可获得古海水的Os同位素组成及随时间的演化规律。在中国华南地区新元古代—早古生代发育有多幕次的大洋缺氧事件和黑色页岩的巨厚沉积和广泛分布,利用Re Os同位素研究,不但可以精确厘定这些事件发生的时限,而且可以有效示踪当时的古海洋环境。

华南寒武纪早期牛蹄塘组黑色岩系中Ni-Mo多金属硫化物矿层的Mo同位素组成讨论

华南寒武纪早期牛蹄塘组黑色岩系底部赋存有一层富Ni-Mo多金属元素的硫化物矿层。Lehmann等(2007)报道Ni-Mo矿石的Mo同位素组成十分均一,δ98/95MoMOMO值为-1.24‰±0.10‰;而赋矿围岩黑色页岩的Mo同位素组成变化较大,δ98/95MoMOMO值为-1.82‰^-0.40‰,并认为Mo全部来源于海水。笔者发现,含Mo低的黑色页岩具有Mo含量与Mo同位素组成的正相关关系,可能反映了海水来源Mo(以富重Mo同位素为特征)与页岩中碎屑组分来源Mo(以富轻Mo同位素为特征)两者的混合。Ni-Mo矿石非常均一的Mo同位素组成可能反映了它们的Mo来源既不是海水,也不是碎屑组分,而很可能是第3种来源,即以海底热液占主导。有必要对含矿与不含矿的该套黑色岩系开展更详细的Mo同位素研究,以便进一步确定寒武纪早期海水的Mo同位素组成和Ni-Mo矿层的成因。

宝应钻孔沉积物的微量元素地球化学特征及沉积环境探讨

沉积物微量元素特征对指示沉积盆地演化历史、沉积环境及沉积物的物质来源具有十分重要的示踪作用。宝应沉积物的微量和稀土元素地球化学特征印证了苏北平原物质来源具有多源性,与黄河、长江具有类似的物源,并可能受基底碱性火山岩和黄土高原粉尘物质的影响。钻孔沉积物具有轻稀土适度富集、缓右倾斜型的稀土元素配分模式,呈现Ce正异常的总体特征;海侵段的稀土含量比陆相沉积段略低。δEu在陆相沉积中为1.16,呈微小的正异常;在海侵沉积中为0.99,基本不显示异常。稀土元素含量与沉积物粒度之间存在一定相关性:随着粒度由粗变细,稀土元素含量增加;ΣREE的高值段对应粘土含量较高,反之亦然。沉积物REE及Rb/Sr比值的纵向变化反映了海陆交互过渡带古气候环境的波动:ΣREE的高值段与δEu和δCe的低值段代表了冷湿的气候环境;ΣREE和δCe的低值与δEu的高值段反映了暖湿润的环境信息。结合地貌、岩性及微体古生物,综合分析表明苏北平原在第四纪曾遭受了多次海水淹覆,海-陆交互堆积作用明显,从古海湾逐渐发育堆积最后由河流冲积物覆盖成陆。

南海北部陆坡西沙海槽XS-01站位沉积物孔隙水的地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

天然气水合物是近年来国际上发现的一种新型能源,大量赋存在海底沉积物中。西沙海槽位于南海北部陆坡区,周边有多个大型深水油气田区。对该区地形地貌、地质构造和沉积条件分析以及地球物理BSR分布表明,西沙海槽是我国海洋天然气水合物资源勘查的一个有利远景区。文章主要研究了位于西沙海槽最大BSR区内的XS-01站位沉积物孔隙水的地球化学特征,发现该站位孔隙水阴阳离子浓度和微量元素组成特征变化显示出可能与天然气水合物有关的明显地球化学异常,与国际上己发现有天然气水合物地区的异常相类似。因此,认为该站位是西沙海槽区最有利的天然气水合物赋存区,值得进一步的勘查工作。

洪泽湖流域沉积物重金属元素的环境记录分析

以淮河中下游洪泽湖湖底沉积物为研究载体，将放射性核素计年与沉积物重金属元素含量变化分析相结合，初步探讨了近百年来洪泽湖湖底重金属元素变化特征及人类活动对湖泊环境的影响。结果表明：20世纪50年代初以前，洪泽湖沉积物中重金属元素主要为自然沉积，元素含量具有一致的变化趋势；1950-1978年，特别是1952年后各元素含量开始小幅度上升，Pb，Zn，As等元素均出现较为明显的累积峰值。原因在于1953年洪泽湖下游三河闸水利工程的修建，使部分重金属重新溶出吸附，导致沉积物中重金属元素含量发生波动，另一方面也反映出当时洪泽湖已经受到流域重金属的污染；1979-1989年间，Hg元素含量开始逐渐增加上升，系自然来源、人类污染及生物累积效应的影响；1990-2001年，大规模城乡开发活动对环境污染影响加剧，所有重金属元素均呈现逐渐增加的趋势，尤其在表层达到最高值，此阶段Hg和Cd的上升幅度较大，Hg元素平均含量为0.21ppm，Cd元素平均含量2.36ppm，超过土壤环境质量重金属评价三级标准。洪泽湖水体中Hg元素含量的上升，Cd元素含量的严重超标及其引起的生态效应问题应引起高度重视。

孔隙水中NH_4^+和HPO_4^(2-)浓度异常:一种潜在的天然气水合物地球化学勘查新指标

在海洋天然气水合物的勘查与研究中地球化学方法发挥了重大作用。利用海洋沉积物孔隙水中各种离子含量和同位素异常可以有效示踪天然气水合物的存在, 其中Cl-浓度异常、SO42-浓度梯度和氧同位素组成异常已成为指示天然气水合物存在的灵敏示踪剂。通过对比有和没有天然气水合物存在的海域浅表层沉积物中孔隙水的NH4+和HPO42-含量, 发现有天然气水合物区的孔隙水中NH4+和HPO42-浓度明显偏高, 且存在与SO42-类似的浓度梯度曲线, 认为孔隙水中NH4+和HPO42-浓度异常有可能成为一种新的地球化学示踪剂, 指示天然气水合物的存在; 探讨了引起孔隙水中NH +和HPO 2-浓度异常的可能机理及精确测定这些离子含量的方法。

苏北平原2.58Ma以来的海陆环境演变历史——宝应钻孔沉积物的常量元素记录

苏北盆地是一个以箕状断陷为特点的复合型沉积盆地。文章根据2004年夏采集的苏北盆地宝应钻孔(BY1)97m沉积物的124个样品11种常量元素S iO2,A l2O3,TiO2,Fe2O3,MgO,MnO,CaO,K2O,Na2O,P2O5和SO2的地球化学特征分析,探讨了海相沉积环境与陆相沉积环境的元素分布特点、成因、相互之间的联系和物质来源。根据沉积物常量元素含量的垂向变化,结合沉积相、岩性特征、有孔虫分析、古地磁及14C定年,分析了苏北盆地2.58M a以来不同阶段海陆交互作用下的常量元素变化特点,反映了苏北平原在第四纪曾经历了4次海水淹覆,海-陆交互堆积作用明显,经滨浅海→泻湖→湖泊→洼地,最后由河流冲积物覆盖成陆。

金属矿床Re-Os同位素示踪与定年研究

Re Os同位素是近年来发展起来的一门新兴的同位素地球化学方法 ,它在金属矿床上的应用主要有示踪和定年两个方面 .原始地幔贫放射成因同位素 ,具有较低的187Os/ 188Os比值和γOs(t) 值 .相对而言 ,地壳岩石的187Os/ 188Os比值和γOs(t) 值均较高 .由于壳、幔岩石具有不同的187Os/ 188Os比值和γOs(t) 值 ,利用硫化物矿石的Re Os同位素组成可以揭示岩浆成因Cu Ni硫化物矿床、金矿床、斑岩铜矿以及现代大洋底块状硫化物矿床的成矿物质来源 .根据硫化物矿石和赋矿超基性岩石的Os同位素组成 ,可以估测不同来源物质在各矿床中所占的份额 .利用Re Os同位素还可以对金属硫化物进行直接定年 ,不仅能对十分古老的 ,而且能对十分年轻的金属矿床进行精确的成矿年龄测定 .

东南沿海晚中生代镁铁质岩的Re-Os同位素组成

从浙东、闽东南的早白垩世“双峰式火山岩”和“复合岩体”中选择了有代表性的玄武岩和角闪辉长岩,分离出钛-磁铁矿,进行Re-Os同位素分析。角闪辉长岩的γo_s(130Ma)为-83．7～-47．1,其(^(187)Os/^(188)Os)_i过低,为0．0667和0．0205这低得不合理的(^(187)Os/^(188)Os)_i表明成岩之后Re-Os体系可能受到扰动,某些地质过程导致外加Re的进入,使岩石的^(187)Re/^(188)Os比值偏高、(^(187)Os/^(188)Os)_i及γo_s(t)值偏低。玄武岩的γo_s(130Ma)=21．4～267．8,其(^(187)Os/^(188)Os)_i为0．1531～0．4639。Re-Os、Sm-Nd同位素及微量元素地球化学研究表明,早白垩世玄武岩浆不是来自富集地慢,而是来自亏损的地幔源区,在其演化过程中经受了地壳岩石和熔体的混染。晚中生代时期,东南沿海“大陆弧”下的地幔可能不是富集的岩石圈地幔,具有亏损特性,因而是软流圈地幔。

南海北部地区海洋沉积物中孔隙水的氢、氧同位素组成特征

海洋沉积物中孔隙水的H、O同位素地球化学研究可以有效示踪天然气水合物的存在 ,中国南海地区由于地处三大板块交会处 ,地质构造特殊 ,沉积地层厚 ,沉积速率高 ,有机质丰富 ,并有指示天然气水合物存在的地球物理证据BSR存在 ,符合天然气水合物的赋存条件。本文对南海北部地区部分海域浅层沉积物中孔隙水样品进行了H、O同位素分析 ,试图探讨与天然气水合物赋存有关的地球化学异常。通过研究认为 ,①南海处于三大板块的交界处 ,具有特殊的地球物理场和构造沉积特征以及较适合天然气水合物赋存的温压条件 ,特别是南海北部地区有利于天然气水合物的生成 ;②南海北部地区部分海域的浅表层沉积物的H、O同位素测试中可以看出 ,总体上与海水的正常值一致 ,可能来自海水 ,但是在其中A14站位 8个样品表现出了与天然气水合物有关的重同位素随深度增加的趋势。

海洋沉积物孔隙水硫酸盐浓度和碳同位素对天然气水合物的指示

硫酸根离子（SO4^2-）是海洋沉积物孔隙水中的重要组分之一。硫酸盐还原菌利用孔隙水中SO4^2-作为氧化剂氧化沉积物中有机质或甲烷，造成孔隙水中SO4^2-离子浓度降低，同时使溶解在孔隙水中CO2的碳同位素组成降低。研究表明，在有天然气水合物出现的地区，强烈的甲烷缺氧氧化作用使孔隙水SO4^2-浓度急剧下降，表现为海底沉积物中硫酸盐-甲烷界面（SMI）较浅。如布莱克海台区，SMI界面为5．1～23．9m，界面附近溶解于孔隙水中CO2的δ^13C值低达-39％。笔者发现南海北部海区几个站位具有类似于布莱克海台区的较浅的SMI界面（7．5～17．2m）和极低的δ^13C值（-29％），结合其他地质、地球物理和地球化学证据，推测这些站位处可能赋存有天然气水合物，值得开展进一步详查工作。

海洋沉积物孔隙水中溶解无机碳（DIC）的碳同位素分析方法

海水中往往含有一定量的溶解CO2（以HCO3^-存在），其δ^13C值组成十分恒定，一般在0‰值附近。赋存在海底沉积物中的孔隙水往往含有比海水更高的溶解CO2含量，且其碳同位素组成变化极大。对这些溶解CO2的碳同位素组成进行分析，能够为我们了解海底沉积物沉积一成岩过程和生物地球化学过程提供十分丰富的信息。为此，开展了沉积物孔隙水中溶解CD2（DIC）的碳同位素分析方法的研究。

用地球化学方法勘查中国南海的天然气水合物

天然气水合物是一种未来新型能源 ,赋存于低温高压环境下的海洋沉积物中 ,但也可形成于大陆永久冻土带中。天然气水合物资源量巨大 ,具有经济和环境上的研究意义。近年来 ,国际上己对天然气水合物的产况、分布和形成机理开展了大量研究 ,但国内这方面的工作还刚刚开展。对中国南海的调查表明该区存在天然气水合物赋存的有利地质条件、温压条件和富含有机质的沉积条件。在南海的许多海区还发现了指示天然气水合物存在的地震标志 (BSR)。介绍了在南海天然气水合物勘查中的地球化学异常标志。这些地球化学异常的产生可能与天然气水合物的形成或分解过程有关。研究内容包括沉积物中气体含量 (主要为甲烷和乙烷 ) ,甲烷的碳同位素 ,孔隙水中阴离子 (Cl- 、SO2 - 4等 )、阳离子 (Ca2 + 、Mg2 + 、Ba2 + 、Sr2 + ,B3+ 和NH+ 4等 )浓度和δ18O ,δD ,δ11B ,及87Sr/ 86 Sr等同位素组成 ,此外还对海底沉积物的热释光特征和紫外、可见、近红外反射光谱特征开展了探索性研究。通过进一步加强理论和实验研究 ,结合地球物理和地球化学资料 ,在不远的将来将会在南海发现和圈定天然气水合物矿藏。

秦岭大巴山地区紫阳毒重石矿床成因:矿石组构、氧化还原敏感元素和碳-氧同位素证据

秦岭大巴山地区钡矿资源极为丰富,以蕴含世界罕见的层状毒重石矿床为特色。本研究在紫阳毒重石矿床中发现了玫花瓣状结构,经显微镜观察和电子探针分析表明,玫花瓣体由板柱状重晶石呈放射状排列而成,与前人报道的矿物组成明显不同。紫阳灰黑色毒重石矿石有较高的V、Ni、Cr、U、Mo含量,较低的Th/U比值(<0.04),较高的V/(V+Cr)比值(>0.8)和V/(V+Ni)比值(>0.9),指示寒武纪紫阳毒重石矿床的沉积环境为较还原的环境。紫阳毒重石矿石的C同位素分布在-10.9‰～-16.0‰,O同位素分布在18.1‰～22.3‰之间,表明毒重石中CO32-是有机质通过氧化作用或脱羧基(生物有机质降解)作用提供的低13C的碳与同期海水提供的高13C的水溶性HCO3-或CO32-的混合来源。综合研究表明,该区毒重石矿床的形成可能与寒武纪早期的海底热液成矿作用有关。

连续流同位素质谱测定水中溶解无机碳含量和碳同位素组成的方法研究

用连续流同位素质谱对水样中溶解无机碳含量和碳同位素组成的测量方法进行了研究,使用德国Finnigan公司DeltaPlusXP同位素质谱仪和GasBenchⅡ在线制样装置对实验室制备的四个实验室标准进行了反应流程、平衡时间、信号强度、数据精度、标准稳定性等检测,结果显示平衡时间大于4h检测信号达到稳定,同时发现44CO2信号强度和水样中溶解无机碳(DIC)浓度具有很好的相关性,因此可以利用信号强度来计算原样品中的DIC浓度。在四个实验室标准中,由NaHCO3配置的标准具有非常好的稳定性和精度,可以作为测试的工作标准。本方法测量水样中溶解无机碳的δ13C分析精度为0.1‰。本方法可以广泛应用于自然界各种水体中溶解无机碳(DIC)含量及其稳定碳同位素组成的分析。