西沙群岛中新世藻礁白云岩植物格架、储层特征和成礁模式

传统生物礁成因理论质疑钙藻形成坚固生物礁抗浪结构的能力,将钙藻归类于附礁生物群落。文章利用微焦X射线扫描成像技术(X-CT),研究“西科1井”、“西永2井”中新世红藻珊瑚藻科南海奇石藻(新种)格架岩和绿藻仙掌藻节片岩岩芯。通过三维层析成像直观透视图像,发现钙藻生物营造的藻礁抗浪结构,包括典型红藻柱状格架结构、障积结构和绿藻仙掌藻节片结构,证实钙藻植物是主要的造礁造岩生物。通过三维孔隙重构,获得总孔隙体积、面孔率、孔隙度的物性参数,验证了藻礁是南海沉积盆地中新世重要的油气储集层。提出了藻礁成因模式:造礁钙藻适应海面升降逐步演替–取代,经过钙化–埋藏化石化–白云石化,沉积生成藻礁云岩,造成中新世西沙礁纵向序列的增长。

黄色系硅化造礁石珊瑚的结构特征及颜色成因研究

近些年,黄色系硅化造礁石珊瑚以其独特的花纹和美丽的颜色受到了人们的关注和喜爱。为充分认识硅化造礁石珊瑚的结构特征及颜色成因,本文采用X射线粉末衍射仪、偏光显微镜、热场发射扫描电子显微镜、紫外-可见光分光光度计和拉曼光谱仪对3块天然黄色系硅化造礁石珊瑚进行了研究。结果表明:所研究的硅化造礁石珊瑚空腔区与隔片区石英颗粒的形态、种类及分布特征不同。当隔片和体壁所围成的空腔或是共骨之间的空腔足够大时,沿空腔内壁到中心,石英颗粒的种类和形态从不规则的细粒→他形的中粒→他形-半自形粗粒;当空腔受到挤压时,石英颗粒主要为他形或似纤维状的细粒石英。隔片区的石英颗粒主要为细粒石英。在偏光显微镜下观察到的黄色-褐红色的矿物经证实为针铁矿和赤铁矿,其中赤铁矿是黄色系硅化造礁石珊瑚的主要致色矿物。受造礁石珊瑚骨骼结构的影响,微观上针铁矿和赤铁矿总是以色素点的方式存在于极细粒或细粒石英颗粒的间隙,宏观上富集于隔片区和空腔边缘。

氧同位素3早期以来千年尺度气候事件在日本海北部的磁学记录

日本海是西北太平洋最大的边缘海,长期以来普遍认为其沉积物处于强烈的还原环境中而导致相应的磁学信号非常微弱,以致常用的磁学方法在该区的应用一直受限。为深入探讨磁学指标在日本海古环境与古海洋学研究中是否有效,本文对位于研究程度相对薄弱的北部一根626 cm长的柱状沉积物岩心(LV87-2-3孔,水深740 m)开展了系统的岩石磁学测试分析以及高分辨率的AMS14C测年和粒度分析。结果显示岩心系约48.3 ka BP以来的沉积记录,其55 cm以下层位的原生亚铁磁性矿物(主要为磁铁矿)已被大量还原而生成黄铁矿,导致磁性极弱。这与Dansgaard-Oeschger(D-O)旋回间冰阶水体分层加强和表层生产力提高等因素密切相关。然而,在此背景下仍存在4个以高矫顽力矿物(如赤铁矿和针铁矿)占比较高为明显特征的强磁性层位,即“硬磁异常”层;其很好地对应了海因里希(Heinrich)事件,指示了东亚冬季风(EAWM)增强和高盐度对马暖流(TWC)注入而导致的相对减弱的还原环境。上述变化在沉积物粒度上却未见清晰体现。因此,该研究不仅表明磁学参数对于指示末次冰期日本海古海洋与古环境演化的作用不容忽视,同时也为后续相关工作提供了新视角和新思路。

喀麦隆西南部Mamelles条带状铁建造元素地球化学特征

Mamelles铁矿床位于喀麦隆南部刚果克拉通西北缘,距离克里比地区东南方向约20km。该矿床由大规模、高品位磁铁矿矿体组成,赋存于Nyong杂岩体的条带状铁建造(BIF)中。该矿床中的BIF与角闪岩和片麻岩相伴生。在详细的野外调查基础上,我们获取了BIF的全岩地球化学数据,并用以约束它们的物质来源和沉积环境。弱正铕(Eu)异常(δEu=2.14~3.55)表明高温热液流体对MamellesBIF的贡献是通过海底火山岩蚀变作用的方式,并有少量碎屑物质输入。正铈(Ce)异常的缺失表明,这些BIF可能沉积在缺氧的深海环境中,如火山弧或弧后盆地深水区。

基于机器学习的大洋玄武岩构造环境判别研究

玄武岩的地球化学成分与其产出构造环境密切相关,是研究地球深部物质组成与动力学过程的重要岩石。为了判别玄武岩形成的构造环境,前人根据玄武岩的地球化学特征建立了一系列构造判别图,然而这些判别图仅限于二维或三维判别。随着全球玄武岩样品地球化学数据的爆发性增长,这些构造判别图逐渐暴露出其局限性强、准确率较低的缺点。在地学与大数据结合发展的背景下,利用机器学习方法有利于更全面和深入分析数据,建立高准确率和高效率的构造环境判别模型。因此,本文利用GEOROC和PetDB数据库,经过一系列数据下载、处理等步骤,建立了全球现代大洋玄武岩数据集。通过支持向量机(SVM)和随机森林(RF)机器学习算法,训练出高准确率的高维判别模型。本文分析了不同机器学习算法和不同地球化学成分数据集对现代大洋玄武岩构造环境判别的影响,并将各个判别模型应用于蛇绿岩数据当中,探讨机器学习模型在判别古老大洋岩石圈(蛇绿岩)形成构造环境下的应用前景。这项工作为大洋玄武岩形成的构造环境判别提供了更高维度的判别手段,是大数据时代下机器学习如何在地球科学领域应用的一次有益尝试。

浙江海岸带泥质滩涂物源示踪研究:来自矿物包裹体中磁性矿物的证据

土地资源是浙江沿海地区发展的重要限制性因素。丰富的滩涂资源一直被视为当地最重要的后备土地资源。准确示踪其物质来源,是科学管理滩涂的重要基础。由于在海水中的长期浸泡,矿物被部分溶解,进而影响沉积物的地球化学和矿物学性质,增加示踪结果的不确定性。通过矿物包裹体的磁学特征研究浙江沿海滩涂的物质来源,由于不受海水溶蚀影响,其结果更可靠。对浙江滩涂沉积物中矿物包裹体的环境磁学研究发现:(1)样品的主要载磁矿物依然是磁铁矿;(2)磁铁矿的含量明显降低,饱和等温剩磁(SIRM)值为9.1×10^(-5)—28.6×10^(-5)A·m^(2)·kg^(-1),仅是原样的2%—8%;(3)样品的赤铁矿与磁铁矿比重较原样明显降低。酸处理后样品的磁化率值(χ)仅为1.0×10^(-8)—2.3×10^(-8)m^(3)·kg^(-1),极易受到测量误差的影响,因此无法准确反映样品中磁铁矿含量的空间分布特征,而在强磁场下获得的磁学参数更适合于矿物包裹体的环境磁学研究。基于非磁滞剩磁磁化率(χ_(ARM))、SIRM及饱和等温剩磁退磁参数的散点图和模糊聚类方法可以区分长江和浙江当地河流的物质,是可信赖的物源示踪手段。根据矿物包裹体的磁学特征,提出浙江滩涂沉积物主要来源于当地河流的悬浮颗粒物。

东沙海域浅层沉积物硫化物分布特征及其与天然气水合物的关系

对南海东沙海域浅层沉积物中硫化物的含量进行了分析,结果表明,沉积物中硫化物的含量与沉积物顶空气甲烷含量有密切的关系,在存在顶空气甲烷高异常的沉积物岩心中,沉积物中硫化物含量明显高于无甲烷异常的沉积物岩心,且随层位深度的增加,其含量明显增大,存在显著的变化梯度带。碎屑矿物鉴定结果表明,沉积物中硫化物主要以黄铁矿的形式存在。浅层沉积物中高含量的硫化物与天然气水合物分解形成的甲烷流有直接的关系,反映了下部沉积物中可能存在天然气水合物。

南海西沙海槽的碳酸盐结壳及其对甲烷冷泉活动的指示意义

冷泉碳酸盐岩是指示南海北部可能发育天然气水合物的重要证据之一。对在西沙海槽采集到的冷泉碳酸盐结壳颗粒进行了形貌、稳定同位素等的研究,讨论和揭示了冷泉碳酸盐结壳的形成机理及其与甲烷冷泉活动的关系。结果表明,碳酸盐结壳具有多孔结构,冷泉矿物为文石和重晶石,文石呈针状,含量为39.5%—46.6%,重晶石呈矮柱状,含量为15.6%—21.2%,它们均是从流体中沉淀出来的。重晶石的δ34S值为23.47‰—26.32‰,表明硫同位素发生正漂移,属于与冷泉流体有关的成岩成因重晶石。文石的碳同位素轻度亏损,δ13C值为-13.30‰—-29.59‰,主要来源于热解成因气,但结合了少量正常海水的溶解碳,δ18O值为2.32‰—3.74‰,指示碳酸盐结壳形成时的温度为3.5—9.7℃。研究表明,碳酸盐结壳形成于流体活动缓慢的环境,是深部富含Ba2+的甲烷冷泉流体向上排放和喷溢,在近海底遇到向下渗漏的富含SO42-海水,发生缺氧甲烷氧化反应沉淀出文石,流体中剩余的重34S的SO42-与Ba2+形成重晶石,因此,碳酸盐结壳是西沙海槽存在甲烷冷泉活动的证据。研究结果为进一步开展该海域潜在天然气水合物的调查和研究提供了新证据。

南海ODP1148站深海相渐新统硅质成岩作用

南海 ODP114 8站分析结果显示 ,井深 4 75～ 6 0 0 m的硅质化石主要表现为蛋白石 - CT。随着深度增加 ,硅质化石破壳率增大 ,蛋白石 - CT的 X射线衍射峰强度减弱 ,自生石英的衍射峰则相应增强 ,反应了蛋白石 - CT向石英的转变。井深 6 2 0 m附近 ,硅质化石完全溶解 ,蛋白石 - CT衍射峰消失 ,蛋白石 - CT全部转变为石英。样品取心率从 4 70 m处的近 10 0 %降到 4 85 m处的 8% ,可能是硅质成岩作用 ,尤其是蛋白石 - A向蛋白石 - CT的转变影响所致。而取心率的降低 ,则是此井未能观察到蛋白石 - A /蛋白石 -

南海北部神狐海区的自生碳酸盐岩烟囱——海底富烃流体活动的记录

大陆边缘海的流体喷流活动或水合物分解都会导致自生碳酸盐岩的形成。南海北部神狐海区出现的自生碳酸盐岩主要为烟囱状,以铁白云石、文石、方解石碳酸盐矿物为主;稳定同位素研究显示,烟囱的δ13CPDB值在-40.18‰^-38.69‰、δ18OPDB值在3.75‰~4.31‰之间变化,显示了导源于甲烷厌氧氧化作用的特征,是海底富含甲烷的流体活动的最终产物。持续或间断的流体喷流活动,使神狐海区碳酸盐岩烟囱发生单阶段或多阶段沉淀。

东太平洋CC区多金属结核物质来源和分布规律

对东太平洋CC区(Clarion-Clipperton Zone)多金属结核丰度、品位、多波束地形测量、深拖光学覆盖率探测、地震勘探等一系列调查资料综合研究表明:①东区和西区结核在其化学成分和形态上有差异,但是聚类分析结果表明不能按区域断然分开;②因子分析得出东、西两区结核4种主因子是Mn组元素Mn、Cu、Ni、Zn,Fe组元素Fe、Co、Ti、Sr,岩源组元素Si、Al、K,生物元素Ca、P;③西区结核成矿物质主要来源于上覆海水中金属元素的化学沉淀,火山成矿作用使结核富集和丰度增加,趋势面和人工神经网络分析表明结核主要分布在海底坡度≤5°地区,该地区的结核量占总结核量的89.62％,坡度>5°地区结核量占10.38％;④东区结核丰度、覆盖率、地形三者变化一致,重大相变距离为10～15km,来自地幔成矿物质通过玄武质洋壳裂隙和断层,为多金属结核的形成和生长提供了丰富的物质来源,地球深部地质作用过程如基底岩浆房活动可能对结核分布产生重要影响;⑤东太平洋CC区多金属结核矿带的形成应归于海底板块扩张活动的一种资源效应和经后期表生地质作用改造的结果。

“海底黑烟囱”与生命起源述评

海底黑烟囱及相关生物群体的发现是近 2 0年来全球海洋科学取得的最重要的科学成就之一。在海底黑烟囱周围高温、高压、黑暗、缺氧、含硫等极端环境中 ,生活着特殊的深海生物群落 ,它们的初级生产者嗜热细菌和古细菌 ,在基因组序列上最接近地球上原始的祖先 ,生活环境也与生命起源时地球上的高温、缺氧环境非常类似。地球历史早期热液系统曾经在地球表面广泛分布 ,因而嗜热微生物有着广泛的生存空间。通过对生命起源必须具备的物质条件、环境条件、能量条件、安全条件等方面考虑 。

海洋沉积环境和物源的元素地球化学记录释读

在海洋沉积环境和物源示踪研究中,元素地球化学方法起着非常重要的作用。保存在沉积物(岩)中的环境和物源信息,可以用多种元素地球化学方法进行释读,如研究元素的组成、相对含量和元素分布,元素间的比值关系,元素的组合、多元图解和配分模式以及研究元素与同位素关系等。充分研究元素在表生环境下的地球化学行为,其多种指标可作为古环境的替代性指标,在示踪古气候、沉积物来源、沉积环境和古海洋学事件等领域显示出有效的指示作用。冲绳海槽沉积物元素地球化学研究表明,冲绳海槽元素地球化学分区与沉积环境和物质来源是紧密对应的,由化学组分判识的物源在该区有陆源、生物源、火山热液源和自生源,第四纪以来冲绳海槽的沉积环境曾发生过很大的变化,是火山活动的高发区。

世界海底多金属结核调查与研究进展

随着全球经济的发展,世界各国都面临着严峻的资源危机,而开发利用深海固体矿产资源已成为许多国家的重要选择。人们越来越意识到,海洋已经成为实现新世纪人类社会经济可持续发展的重要空间。随着中国大洋调查的进展,有必要系统梳理世界国际海域深海多金属结核资源调查历程、研究现状及进展。深海多金属结核资源作为可能是海底分布最广、储量最大的金属资源,历来得到国际和国内学者的广泛关注。近几十年的调查和估算表明,全球海洋中大约覆盖了54×106km2的多金属结核,有商业开采潜力的资源量达75×109t。但是很多海域涉及到具体区域性的资源调查工作还有待开展,同时在新的理论认识如热液成因和生物化学作用在多金属结核形成过程中的影响以及如何使金属提取过程更加绿色环保和科学高效等学科已经逐渐成为各国学者关注的新方向。中国应该合理有效开展具有针对性的多金属结核调查,争取使中国在深海海域矿产资源的调查和开发工作中走在国际前列。

世界大洋地质与矿产标准物质评介

自20世纪80年代中以来,中国相继研制了4批共11个大洋地质与矿产标准物质,形成了多金属结核(GSPN-1～3)、海山富钴结壳(GSMC-1～3)、富钴结壳的铂族元素(MCPt-1,2)和深海沉积物(GSMS-1～3)4个标准物质系列。笔者简介了这些标准物质的研制背景,评介了中国和世界其他国家(美国、俄罗斯、印度和日本等)研制的大洋地质与矿产各标准物质系列,对比了其定值数据、特点及应用。虽然中国的研制工作起步较晚,但由于采用了更先进的分析测试技术和国内外多实验室合作定值方式,使这些标准物质定值组分多、系列性好,也有较大国际影响。

东菲律宾海表层沉积物常量元素组成及地质意义

为系统了解东菲律宾海表层黏土沉积物的常量元素组成特征与地质意义,对其在53个样品中的含量及在3个典型样品中的赋存状态进行了综合性分析。结果表明:沉积物中的主要常量元素组分包括SiO2、Al2O3和Fe2O3,它们绝大部分赋存于碎屑成因的残渣态中;沉积物中金属元素锰含量相对附近边缘海为高,且主要赋存于水成成因的铁锰氧化物态中。所研究海区表现出接近于大洋属性的深海沉积环境特点,其物质来源主要为附近火山碎屑物质及火山热液活动,而陆源黏土矿物及生物作用的影响较小。

大连湾近海表层沉积物矿物组合分布特征及其物源环境

对大连湾、大窑湾外近海表层沉积物进行了黏土矿物X射线衍射分析以及轻矿物的分离和鉴定,根据其组合分布特征,探讨了该区沉积物中黏土矿物和轻矿物的来源,并对沉积环境及其主控因素进行了初步分析。结果表明:研究区黏土矿物主要由伊利石(59%)、蒙皂石(20%)、绿泥石(16%)和高岭石(5%)组成,研究区西部伊利石较高,而东部绿泥石较高,蒙皂石有向湾内富集的趋势。轻矿物由斜长石(45%)、石英(34%)、钾长石(10%)、绿泥石(8%)、白云母(2%)和方解石(0.4%)组成,呈东西向条带状分布,与沉积物粒度分布特征较为一致。矿物分布受潮流、地形影响明显,研究区北部近岸水下岸坡区,水动力条件较强,沉积物粒度较粗,矿物组合以长石、石英富集为特征;向南水深增加,东部为一水下台地,矿物组合以白云母、绿泥石含量高为特征;研究区南部水深增加,又出现一水下岸坡,其下地形趋于平坦,因受出入渤海的潮流和进入渤海的黄海暖流的影响,水动力条件最强,沉积物粒度较粗,长石含量最高,轻矿物含量高。研究区潮流、地形对矿物组成、组合和含量具有控制作用。北部水下岸坡及以内近岸浅水区沉积物粒度较粗,轻矿物含量低,石英、长石含量高,物质主要来自沿岸侵蚀及周边河流注入。其外侧的水下台地上沉积物粒度较细,白云母、绿泥石含量高,主要为通过东部海域自西向东进入研究区的远源物质;离岸较远的深水岸坡之下,沉积物粒度最粗,轻矿物含量高,石英、长石含量富集,可能在潮流作用下接纳了较多的近岸和邻近区域的物质。

东海DGKS9617岩心重矿物及自生黄铁矿记录

对东海DGKS9617岩心重矿物进行了详细研究.结果表明闪石类、帘石类、片状矿物、自生黄铁矿和金属矿物为优势重矿物.根据重矿物的稳定性,将该岩心的重矿物划分为4种组合类型,并在极稳定矿物组合、自生黄铁矿和榍石含量的时间序列分析基础上,将岩心自下而上划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4个重矿物韵律层,各韵律层的优势矿物和特征矿物存在着明显的差异.根据矿物韵律曲线的变化与孢粉组合及竺可桢温度曲线的对比可推断出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ层的底部年龄分别为6 000、5 000、2 800和1 300 aBP左右,各韵律层平均沉积速率分别为0.1、0.11、0.27和0.08 cm/a.自生黄铁矿含量变化指示出在2 900～1 800 aBP和1 300～850 aBP存在两个快速沉积期,其平均沉积速率分别约为0.14和0.13 cm/a,反映了当时河流物质输入量增大,为温暖湿润的气候期.

南极无冰区古海蚀龛石英颗粒表面结构特征及其环境意义

石英砂表面结构特征组合能指示沉积物的搬运历史和沉积环境。利用电镜扫描方法分析了南极法尔兹半岛上海蚀成因的古海蚀龛沉积物中的石英砂表面结构特征组合。结果表明 ,在所有的石英砂表面上均表现出冰川和水流共同作用的结构特征组合 ,龛中沉积物是冰水沉积环境下的产物 ,在沉积过程中 ,沉积物先经过较薄的冰川搬运 ,后经历了不同能量的流水改造作用 ,但冰川和流水的搬运距离有限。上述研究结果表明 ,南极法尔兹半岛上的冰盖解体并退出长城站区的时间应早于 46 0 0 a

冲绳海槽中段沉积岩芯碳酸盐和烧失量的古环境意义

对冲绳海槽中段 3个沉积岩芯碳酸盐和烧失量的系统分析得知 ,岩芯沉积物的CaCO3含量一般 >1 0 % ,最高含量接近 30 % ,烧失量大都在 1 0 %～ 30 %之间变化 ,反映了该海区处于溶跃面之上钙质生物极为发育的生物地球化学环境。结合δ1 8O曲线所反映的气候环境变化 ,探讨了 1 2 0kaB .P .以来碳酸盐旋回的“大西洋型”演变特点 ,同时对该区沉积地层中的火山热液活动印记作了一定的探讨。