中国地质调查局舟山海洋地质灾害野外科学观测研究站进展与成果

舟山群岛地处长江口以南、杭州湾东部,为中国第一大群岛。该区域海洋地质环境条件复杂,海底地形复杂多变,海岛间最大水深达120 m。水动力环境复杂多变,最大潮差约8 m,特别是受多岛环境影响,潮流场复杂多变,最大瞬时潮流流速近5 m/s,受台风和风暴潮影响显著。同时,该区域也是巨量长江入海物质运移的必经之路,陆海相互作用强烈。研究区海底滑坡、海底侵蚀、海底浅层气等相关的海洋地质灾害问题多发、频发。

中国近海浅层气调查研究进展

随着海洋开发利用不断深入和全球气候变化持续加剧,近海沉积物中的浅层气(主要成分是甲烷)导致的灾害问题和可能产生的气候影响受到了进一步的关注,但目前为止对浅层气仍然缺乏系统的认识。在此对浅层气相关的主要认识进行了全面梳理,包括形成机理、存在形式、调查技术方法、分布特征、控制因素、主要危害等,以期为后续相关调查、理论研究和减灾防灾技术研发提供支撑。沿海三角洲平原第四纪下切河谷中充填的砂体和近海全新世细颗粒沉积物中普遍存在浅层气,以气包、分散气泡或溶解气的形式存在,近海大部分地区的浅层气主要来源于生物成因。含气沉积物的声学特性(声速、声衰减等)、孔隙水化学组成(如SO_(4)^(2-)、溶解气含量)会发生明显改变,这是支撑地球物理和地球化学探测技术应用的理论基础。浅层气的存在会改变土体力学特性,对工程建设造成较大危害;同时沉积物中的甲烷也会逸出到大气中,加剧全球变暖。基于对现有成果的总结,建议进一步加强海底浅层气形成机理、运移特性及其与气候变化的互馈机制方面的理论研究。

浙东沿海典型沉积盆地CO_(2)地质封存潜力与试点意义分析——以长河盆地为例

碳捕集利用和封存(CCUS)技术是实现全球碳中和不可或缺的技术,开展CO_(2)地质封存(CCS)工作有助于实现碳中和的目标。中国东部沿海发达城市分布众多发电厂、炼化厂等CO_(2)大排放源,对CO_(2)封存需求较高。为缓解地区CO_(2)排放压力,挖掘东部沿海地区周围具有封存潜力的中小型沉积盆地,在搜集区域地质资料的基础上,选取浙江省杭州湾南岸的长河盆地作为研究对象,计算盆地封存潜力,并分析中小盆地封存试点意义。根据沉积盆地CO_(2)地质储存潜力评价方法,计算盆地咸水层CO_(2)地质封存潜力,评价结果表明,长河盆地具有较好的咸水层CO_(2)地质封存潜力。盆地最具封存潜力的是古近系长河组二段(Ech^(2))中的第一砂岩层和长河组一段(Ech^(1))中的砂砾岩层,预期理论封存量为4.84亿t,有效封存量可以达到1 162.61万t。研究结果表明,开展中小沉积盆地CO_(2)地质封存工程试点,可在一定程度上缓解沿海地区和企业碳排放压力,为海域碳封存积累技术和经验。

固相微萃取/气相色谱/燃烧-同位素比值质谱技术测定水体中微量苯系物单体碳同位素方法研究

该文建立了固相微萃取/气相色谱/燃烧-同位素比值质谱(SPME/GC/C-IRMS)技术测定水体中7种苯系物碳同位素(δ^(13)C)的方法。实验结果表明,萃取温度30℃,萃取时间60 min条件下萃取效果最佳,萃取温度(30~60℃)和萃取时间(15~60 min)对顶空萃取(HS-SPME)过程中的碳同位素分馏无影响。最佳萃取条件下,利用HS-SPME和直接萃取(D-SPME)方法分别测试7种苯系物的δ^(13)C值,标准偏差分别为0.08‰~0.45‰和0.05‰~0.39‰,测试误差分别为-0.16‰~0.33‰和-0.41‰~0.46‰,两种SPME方式在萃取过程中均未发生明显碳同位素分馏,HS-SPME的灵敏度比D-SPME方法高1~2个数量级。通过移动平均值算法计算苯、间/对二甲苯、异丙苯的检出限为1μg/L,甲苯、乙苯、邻二甲苯、苯乙烯的检出限为2μg/L。测得江苏某废弃农药场地下水中7种苯系物δ^(13)C值的标准偏差为0.01‰~0.43‰。该方法样品前处理简单、灵敏度高、准确性好,适用于水体中痕量苯系物单体碳同位素的检测。

生物体中氨基酸单体碳稳定同位素测试方法研究

氨基酸作为蛋白质的基本组成单位,是重要的生命物质,其单体碳同位素研究在生物地球化学、生态学、生物体代谢和环境科学等领域具有重要意义。该文优化了海参和海藻氨基酸提取和纯化流程,通过N新戊酰基-O-异丙酯(NPP)方法衍生化后,分别用气相色谱-质谱(GC-MS)和气相色谱-燃烧-同位素比值质谱(GC-C-IRMS)测试其浓度和碳同位素组成。结果显示,15种氨基酸单体的分离效果较好,回收率为46.4%~96.3%,各氨基酸在1.0~16.0µmol/L范围内线性关系良好(r^(2)为0.987~0.999)。15种氨基酸单体衍生物δ^(13)C值的标准偏差均小于0.30‰(n=10),在0.6~2.0 mmol/L浓度范围内δ^(13)C的平均误差为±0.24‰,方法检出限为0.6 nmol。海参和海藻样品各氨基酸单体δ^(13)C值的范围分别为-31.10‰~-8.58‰和-30.53‰~-13.76‰,标准偏差均在0.33‰以内,可满足生物体氨基酸单体碳同位素的测试精度需求。

南海神狐海域天然气水合物微观赋存特征的超分辨率CT图像识别

南海神狐海域是我国天然气水合物资源勘探开发的主要目标区之一,2017和2020年先后两次现场试验性开采证实了水合物资源的利用前景。目前,对该地区含水合物储层的精细评价还有待进一步提升,水合物在沉积物孔隙空间中的微观赋存形态是其中的重要影响因素。针对水合物微观赋存形态CT图像表征存在的分辨率不足的问题,建立了一种基于自监督学习的数字图像超分辨率重建算法,实现了CT扫描图像空间分辨率的2倍和4倍提升。在此基础上,对南海神狐海域含水合物沉积物孔隙结构演化规律和水合物微观赋存特征进行了形态表征。由于南海沉积物中存在大量有孔虫壳体,水合物主要占据有孔虫壳体内部空间并堵塞了空隙间的连通喉道,显著降低了沉积物的气、水渗透能力;然而,水合物未能全部占据整个孔隙空间,仍然会有少量的气体和水残留,气体则主要分布于水合物颗粒内部,而水则主要分布在水合物颗粒表面,上述实验结果对地震、测井等现场勘探数据解释具有一定的指导意义。

优化次溴酸盐-叠氮化钠化学法测定海水中铵态氮同位素

利用次溴酸盐将海水样品中的NH_(4)^(+)氧化为NO_(2)^(−)并与叠氮化钠反应转化为N_(2)O,测试其氮同位素组成,探讨转化过程中试剂添加量、NH_(4)^(+)浓度、溶解有机氮(DON)含量及高浓度样品稀释对测试结果的影响,确定最佳实验条件,同时绘制不同丰度铵态氮同位素标样校准曲线。结果表明,在最佳反应条件下,NH_(4)^(+)浓度范围在5~50μmol/L之间,其NH_(4)^(+)-N_(2)O转化率均在92%以上,且水样中DON含量对NH_(4)^(+)-N_(2)O转化率和δ^(15)Nair值准确度无显著影响。4种丰度铵态氮同位素标样校准曲线斜率为0.465,相关系数R^(2)为0.999,相关性良好。铵态氮同位素标样δ^(15)Nair值标准偏差为0.35‰(n=5),测量值与参考值的差值为0.26‰,精密度与准确度符合环境样品测试要求。5个海水样品铵态氮δ^(15)Nair值范围为11.46‰~22.31‰,标准偏差在0.20‰~0.62‰(n=5)之间。

象山湾大气中CH_(4)和CO_(2)时空分布及其同位素组成特征

海湾区域的温室气体排放对于全球变暖具有重要影响,因此本研究选取中国东部典型海湾-象山湾作为研究对象,通过对CH_(4)和CO_(2)的浓度与同位素的时空变化特征分析来揭示海岸带对全球气候变化的影响.象山湾海域低层大气中CH_(4)浓度变化范围为(1.72~2.17)×10^(-6),平均浓度为1.82×10^(-6);δ^(13)CCH_(4)的变化范围为-60.69‰~-41.10‰,平均值为-50.261‰;CO_(2)浓度变化范围为(410.3~640.3)×10^(-6),平均浓度为433.294×10^(-6);δ^(13)CCO_(2)的变化范围为-16.79‰~-2.33‰,平均值为-6.83‰.CH_(4)含量整体上呈湾内大于湾外、从陆地向海方向逐渐减少的趋势,表明近浅海区域是大气甲烷的源;而CO_(2)含量变化湾内整体呈现偏低的趋势,证明是CO_(2)的汇.CH_(4)和CO_(2)的浓度变化受人为因素影响较大,建筑用地和林地、耕地区域温室气体明显偏高;相反,光滩和水产养殖区域温室气体的浓度较低.同时CH_(4)和CO_(2)的浓度昼夜变化基本一致,均呈现夜间大于白天的趋势,且同位素组成与其浓度呈负相关.CH_(4)和CO_(2)的浓度昼夜变化受温度、潮汐作用、大气源汇强度等影响显著.

杭州湾沉积物中甲烷的垂向分布及控制因素

近海特别是河口三角洲地区的沉积物中蕴藏着大量的甲烷。作为一种温室气体和海洋地质灾害因素,研究近岸海底沉积层中甲烷气体的赋存特征,可为海底浅层气的灾害防控、生态环境效应研究等提供理论支撑。通过对杭州湾YS3、YS4、YS6和YS7四个沉积物钻孔(长约60 m)的地质与地球化学参数的分析,探讨了研究区沉积层中CH4气体的垂向分布特征及影响因素。结果表明:YS3和YS6孔均存在一个含甲烷气层,分别位于海底1.5~22.5和8~42 mbsf,而YS4和YS7孔均存在两个含甲烷气层,分别位于约5~11和23~47 mbsf。四个钻孔中甲烷主体埋藏于粉砂和黏土为主的沉积层中,CH4最高含量分别为5.66、1.73、1.96和2.12 mM,均为CO_(2)/H_(2)还原途径生成,生成后在海底原位沉积层中甲烷的扩散迁移和厌氧氧化作用达到了动态平衡。沉积物孔隙度、黏土含量、有机碳含量、沉积速率等是海底甲烷的含量、分布层数、分布深度和赋存厚度的重要影响因素。

浙江中部近岸泥质区台风沉积记录

0引言探求强台风活动加强是自然气象波动还是全球变暖所致,需要拓展台风记录年限、历史台风地质记录识别能力和规律分析。浙江省位于我国东南沿海,每年7−9月常遭受台风影响,平均每年约5.1个,台风及其引发的风暴潮、暴雨灾害成为浙江省的主要自然灾害之一。浙江中部近岸泥质区是长江远端细粒泥质区的一部分,在近2 ka来具有沉积环境稳定、沉积相对连续和沉积速率较高的特点。

原位高分辨微区元素分布特征检测技术的应用进展

样品中各元素原位、微区、高分辨率的空间分布特征具有现实而重要的研究意义.在生物样品中,元素原位空间分布特征可以作为生理过程的指示指标,揭示代谢途径,并可反映周围环境特征对生物体的影响方式.在地质样品中,元素原位空间分布特征可以作为矿产评估依据,也可作为研究环境地球化学变化过程的重要指标.目前常用的几种微区元素原位分布特征测试技术包括:微区XRF技术(µXRF)、同步辐射技术(SR)、能谱电子显微镜联用技术(EM-EDS)、电子探针技术(EP)、激光剥蚀联用电感耦合等离子体质谱技术(LA-ICP-MS)、激光诱导击穿等离子发射光谱技术(LIBS)等.根据其测试原理,这些技术在是否无损、是否定量检测、适合样品类型和大小、前处理方式复杂程度、检出限高低、分辨率大小等方面存在差异.介绍和总结了当前主流的微区原位元素分布检测技术,分析比较了各种技术的优缺点及其适用的样品类型和应用范围,对标准样品的选择、数据校准处理及可视化成图等方案进行初步探讨,为相关的科研分析工作提供技术参考.