X荧光光谱仪在实验室-调查船测定海洋沉积物元素的对比研究

运用Epsilon3系列小型能量色散X射线荧光光谱仪,选取水系沉积物、海洋沉积物等标准物质31个,采用压片法制样,建立了该仪器对海洋沉积物中34种元素定量测试的分析方法,该方法检出限低,精密度高,准确性好。在海上调查期间运用该仪器与方法,对深海沉积物样品进行了现场测试,调查船上的测定值与陆上实验室内的测定值基本一致,两者平均相对偏差基本小于10%,结果表明运用该分析方法,Epsilon3系列小型能量色散X射线荧光光谱仪能快速、准确测定沉积物中多种元素,为及时判断现场资源分布情况提供依据,减少取样的盲目性,这将为我国海洋地质调查工作提供新的技术支持。

48ka以来日本海Ulleung海盆南部的海洋沉积环境演化

晚第四纪以来伴随底层水含氧量的剧烈变化,浅色和深色沉积层的交替出现是日本海半远洋沉积物的主要特征。沉积特征分析表明,日本海Ulleung海盆南部KCES1孔的沉积物具有四种不同的沉积构造:均质、纹层、纹层状和混杂构造。深色沉积层一般具有纹层和纹层状构造,并且与我国内陆的千年尺度东亚夏季风强弱变化记录有很好的对应关系,表明纹层沉积物也具有千年尺度的变化规律,从而进一步说明了冰川性海平面变化和东亚夏季风波动应该是Ulleung海盆南部底层水溶解氧含量变化的主要原因。在暖期,在东亚夏季风降水相对增强的影响下,低温、低盐的东海沿岸水对日本海表层水体的贡献要大于对马暖流的贡献,日本海水体间的交换减弱,最终造成缺氧的海底沉积环境。在冷期,夏季风强度的减弱(冬季风增强)加快了日本海西北部深层水的生成,Ulleung海盆南部的底层水含氧量高,相应地沉积了具均质构造的浅色沉积物;在末次盛冰期最低海平面时,日本海成为一个封闭的海盆,降雨量高于蒸发量,水体出现分层,底层水处于停滞缺氧状态。自距今17.5 ka(日历年,下同)以来底层水含氧量较高,对马暖流逐渐成为影响日本海海洋沉积环境的主要因素。Ulleung海盆南部底层水的含氧量在YD期间有一定程度的降低,东海沿岸水的短暂强盛制约了深层水的流通。自距今10.5 ka以来对马暖流强盛,日本海海底处于富氧的沉积环境。

深海沉积物早期成岩过程中的Ba循环及其古海洋环境意义

深海沉积物蕴藏了丰富的古海洋环境变化信息。利用沉积物中的某种替代指标,有效地恢复古海洋环境变化历史是海洋地球化学家和古海洋学家致力研究的课题。海洋系统中Ba元素的地球化学行为及其与古海洋环境的关系研究表明,深海沉积物中Ba元素的丰度和变化特征能够很好地揭示古海洋环境变化信息。根据海洋系统中Ba元素地球化学研究的最新进展,系统归纳了深海沉积物中Ba的来源、富集相态及其在早期成岩过程中的行为,并在此基础上,探讨了沉积物中Ba元素丰度变化特征与古生产力和沉积物中甲烷释放通量的关系。

南海北部晚更新世以来的古海洋环境演化特征——来自N-31柱样的沉积记录

对南海北部N-31柱状样沉积物进行了浮游有孔虫定量分析鉴定、氧碳同位素、碳酸盐含量和粒度测试以及AMS14C测年,并采用古生态转换函数计算了表层海水古温度和温跃层深度,揭示了该海区约55ka以来的古海洋环境特征。转换函数计算的表层海水古温度结果表明,夏季温度的变化范围为27.0～29.6℃,变化幅度为2.6℃,冬季温度变化范围为18.2～27.0℃,变化幅度为8.8℃。与南海南部转换函数温度对比表明,南海南部的温度比南海北部要高,这种差异在冬季时表现更为突出。温跃层转换函数计算的温跃层深度结果表明,MIS3～MIS2期时温跃层深度没有大的变化,而从冰期向冰后期过渡时,温跃层深度逐渐增大。

高压密闭消解-电感耦合等离子体质谱法测定海洋沉积物中稀土元素

样品用HNO3-HF高压密闭消解,电感耦合等离子体质谱测定海洋沉积物中15种稀土元素。研究了消解方法、酸体系和质谱干扰对稀土元素测定的影响。结果表明,相比于电热板消解和微波消解,高压密闭消解具有酸用量少、消解完全、消解过程损失少等优点;HNO3-HF体系能有效地分解海洋沉积物样品;利用干扰离子校正方程,能有效地校正Ba和轻稀土元素所形成的多原子离子干扰。15种稀土元素的方法检出限为3～15 ng/g。使用水系沉积物标准物质GBW 07309和GBW 07311、海底沉积物标准物质GBW 07313进行验证,测定值与标准值基本吻合,相对标准偏差和相对误差均低于5%。方法用于长江口沉积物样品的测定,精密度(RSD,n=6)小于5%,加标回收率为95.8%～104%。该方法检出限低,精密度和准确度高,适用于大批海洋沉积物样品的分析。

电感耦合等离子体-发射光谱法测定海洋沉积物中的常、微量元素

采用电感耦合等离子体-发射光谱法(ICP-OES)测定了海洋沉积物中18种常、微量元素。选择了适宜的标准溶液、溶样方法和分析谱线。该方法检出限低,精密度高,准确度好。采用国家一级标准物质GSMS-1、GSD-9、GSD-11进行测试,分析结果与标准值相吻合,相对误差均小于2.0%。用于黄河口沉积物测试,研究区内沉积物以SiO2和Al2O3为主,两者含量之和在70%左右。

X-射线岩心扫描系统对海洋沉积物成分测定质量的综合评价和校正

基于采自东海内陆架泥质区的沉积物岩心，利用X-射线岩心扫描系统对其进行高分辨成分扫描，同时利用台式偏振X射线荧光光谱仪对该岩心进行元素测定，通过对比研究评价了X-射线岩心扫描系统元素扫描分析质量。研究表明：（1）X-射线岩·心扫描系统对海洋沉积物元素分析质量可以分为四类，I类元素分析结果可信度高、可以直接作为含量对待，Ⅱ类具有重要的参考价值，Ⅲ类具有一定参考价值，而Ⅳ类无参考价值。（2）海洋沉积物的X-射线岩心扫描元素分析受到压实作用的影响，其中钙、铁、钾、钛、硅等5种元素压实效应明显，通过压实校正可以有效消除压实作用造成的元素垂向上的系统波动。（3）对钙、铁、钾、钛、硅等5种元素，X-射线岩心扫描强度与传统的XRF元素含量之间具有良好的线性关系，相关系数在0．47～0．87，可以据此进行扫描强度和元素含量的换算。

高盐分海洋沉积物样品洗盐预处理方法的研究

选取不同沉积类型海洋沉积物通过3步洗盐法和连续洗盐法进行探索实验。结果表明,3步洗盐法不适用于海洋沉积物洗盐,原因在于第2步洗盐时上清液出现水溶胶,而胶体中元素在总沉积物中占一定比例。若弃去胶体,势必会对后续测定工作产生负误差。分析3步洗盐上清液中Na的质量分数,表明一步洗盐便可达到洗盐要求,且最佳浸泡洗盐时间为30h。

晚第四纪普里兹湾北部陆坡岩心沉积学记录及古海洋学意义

通过对普里兹湾北部陆坡P1-03岩心沉积物敏感粒级组分的提取和年代学分析,发现:大于>63μm的砂砾级组分可作为冰筏碎屑的指示粒级,过去52万年以来该地区共发生了8次较大的冰筏碎屑事件,出现在冰期及间冰期中相对较冷的阶段。分选级粉砂和黏土组分的含量可指示底流强弱,其旋回变化显示冰期底流较弱,有利于黏土沉降;间冰期南极绕极流主轴南移,陆架-陆坡水体交换加强,底流增大,对沉积物的搬运和簸选加强。

白令海特征区域的表层沉积硅藻分布及其古海洋学意义

对白令海表层沉积物样品进行硅藻分析,共鉴定硅藻30属56种(含变种),并确定17种硅藻新记录,其中包括Kisseieviella carina等3种化石种。白令海表层沉积物中的硅藻优势种为Neo-denticula seminae,Fragilariopsis cylindrus和Fragilariopsis oceanica,在白令海北部陆坡深水区附近以Neodenticula seminae为主,而在白令海北部陆架以Fragilariopsis cylindrus和Fragilar-iopsis oceanica为主。对硅藻结果进行聚类分析,可以划分出3个硅藻组合,硅藻组合Ⅰ代表海冰种硅藻组合,组合Ⅱ代表受阿拉斯加流影响的大洋浮游硅藻组合,组合Ⅲ代表上述两个硅藻组合之间的过渡组合。Fossula arctica是17种硅藻新记录之一,首次记录于白令海表层沉积物中,其百分含量分布趋势与Fragilariopsis cylindrus和Fragilariopsis oceanica的相近,在白令海北部陆架为11.7%～17.1%,而在陆坡深水区附近明显减少,是继Fragilariopsis cylindrus和Fragilar-iopsis oceanica之后白令海又一海冰指示种,并有望成为一种有效的海冰变化替代物运用于晚第四纪以来白令海海冰进退历史研究。

15ka以来罗斯海陆架岩心沉积学记录及古海洋学意义

本文对取自罗斯海陆架的JB04岩心沉积物进行AMS14C测年、粒度、有机碳等测试,结合沉积物粒度组分因子分析,研究该岩心的沉积学记录,探讨其古海洋学意义。结果显示:JB04岩心沉积物的底部年龄为15ka;沉积物粒度组分因子分析提取出3个环境敏感粒级,分别代表正常冰海沉积、低能海洋沉积和高能海洋沉积;综合沉积物岩相及沉积物组成特征,可以将岩心分为4段,从底部到顶部依次为主要受冰盖刮蚀影响的冰盖下沉积、属低能海洋环境的冰架下沉积、属高能海洋环境的冰架前缘沉积和主要受冰山影响的季节性海冰区沉积。该岩心的沉积地质记录及其古海洋学研究对全面认识罗斯海的海洋环境演变具有重要的意义。

海洋粘土沉积物的组成及其增白试验

为了海洋粘土的开发应用,利用FTIR和XRD衍射对其进行了矿物成分分析。结果表明,海洋粘土样品中粘土矿物含量较高,其主要矿物组成为伊/蒙混层和伊利石并含有少量其它矿物,同时证实样品中有磁铁矿和赤铁矿存在。粘土沉积物的化学成分分析显示,粘土中Fe2O3质量分数较高,约为7%。采用酸溶氢气还原法对东太平洋的粘土样品进行了化学增白试验,并探讨了酸种类及其浓度、药剂用量、反应时间、煅烧温度等因素对除铁增白效果的影响,优选出最佳除铁增白方案,使海洋粘土的白度由原来的23.8%提高到73.1%。另外,对增白前后样品的粒度、比表面积和分散性的测试表明,在增白的同时样品的活性也得到了提高。

固相萃取-气相色谱联用测定海洋沉积物中的长链烯酮

建立了测定痕量长链烯酮的分析方法,获得了优化的前处理条件、气相色谱检测条件。对定性定量方法及实验条件必须满足的要求进行了评价。通过过程质量控制(Quality Control,QC)对整个方法进行了验证。结果显示,本研究所建立的分析方法能够满足沉积物样品长链烯酮测定的要求:仪器的检测限分别为25.75ng/g和28.54ng/g;方法的检测限分别为86ng/g和95ng/g;平均回收率介于67%～89%,回收率相对标准偏差分别为9.33%和9.39%;精密度RSD(C37∶3)=14.07%,RSD(C37∶2)=13.17%。利用此方法对部分样品进行了分析,测得的结果与布莱梅大学实验室所测的一致。

末次冰消期以来冰岛周边海域古海洋环境及海冰研究进展

冰岛位于北大西洋北部地区,是对全球气候变化最为敏感的区域之一,对其周边海域古海洋环境的深入研究是全球气候变化研究的重要组成部分。海冰的大面积分布是该地区的显著特点之一,对全球气候系统产生较大的影响意义。此外,冰岛周边海域大量火山灰沉积,也为古海洋环境研究提供了可靠的年代资料。本文以冰岛为中心,回顾了冰岛周边海域末次冰消期以来古海洋环境及海冰研究的现状,探讨了该海域不同记录之间的差异,并通过分析末次冰消期以来古环境研究的不足,提出了相应的展望。

从UB-2孔硅藻记录看末次冰期至早全新世日本海古海洋环境

日本海南部郁陵海盆的UB-2孔沉积物硅藻记录,反映了11000—28000aBP该区古海洋和古气候的变化。对比日本海和格陵兰冰芯(GRIP)δ18O数据,UB-2孔硅藻暖水种比率及淡水—海滨种含量变化清楚地记录了氧同位素3期(MIS3)、末次盛冰期(LGM)、波令—阿勒罗德暖期(B/A)以及新仙女木冷事件(YD)等古气候事件。淡水—海滨种硅藻含量在末次盛冰期阶段明显升高及暖水种数量的显著减少,表明此时日本海为低温、低盐的古海洋环境,这可归因于气候变冷、海平面下降造成的日本海当时相对封闭的海洋环境。自15200aBP起,Paraliasulcata含量逐渐上升,这可能与海平面上升引起的古环境变化有关,可以作为对马海峡开启的标志。全球气候变化引起的海平面变化是该区域古气候变化的主要控制因素。

海洋环境Fe同位素地球化学研究进展

Fe是海洋“生物泵”中限制浮游生物生长和控制海洋初级生产力的主要因素之一,也可间接影响大气中CO2含量,反馈于全球的气候变化。近年来基于多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)分析方法的改进及测试精度的提高,应用Fe同位素组成、变化及其分馏机制,为研究海水中Fe的主要来源以及示踪海洋环境中Fe的循环过程等,提供了一个有效地球化学指标,也对示踪地球不同演化阶段的海洋沉积环境变化具有指示意义。较为详细地介绍了海洋环境中不同储库的Fe同位素组成,洋中脊热液流体—玄武岩、海水—大洋玄武岩等水—岩反应影响Fe同位素分馏效应的主要因素及地球不同演化阶段古海洋沉积环境中的Fe同位素变化。认为海洋环境下Fe同位素可以产生较为明显的分馏作用,轻铁同位素具有更易活动、易迁移的特征,并进一步提出不同相态、不同矿物间Fe同位素分馏系数的确定等相关问题仍是今后Fe同位素研究的主要方向。

南极罗斯海氧化还原敏感元素沉积地球化学特征及其古海洋意义

大洋深部氧化还原环境与深部水体流通状况以及表层水体生产力密切相关。表层生产力与深部流通性变化影响着有机碳-呼吸CO_2的转化及其在海洋-大气中的转移,最终与大气CO_2分压(pCO_2)变化密切相关。故探明大洋深部氧化还原环境的变化对于解决大气pCO_2冰期旋回机制具有重要意义。本次研究以中国第31和32次南极科考获得的南极罗斯海柱状岩心ANT31-R23及表层样为研究材料。通过元素钙、钛,以及氧化还原敏感元素(RSE)锰、钼、镍、钴、镉的测试分析,以表层样中RSE与Ti的比值作为判断ANT31-R23孔中相应RSE富集程度的背景值。结果显示,Mn在沉积期均表现出富集,表明罗斯海深部在该孔沉积期为氧化环境。根据Mn在不同层位出现的富集峰识别出4次强氧化脉冲事件,可能由南大洋底层水流通性增强和/或生产力降低导致。4次氧化脉冲事件层位中Mo、Ni、Co的明显富集,是由于锰(氢)氧化物对其捕获或吸附所致。此外,推测分析认为罗斯海对冰期大气pCO_2降低似乎没有明显贡献,但很可能对冰消期大气pCO_2迅速升高起重要作用。然而这些有关南极罗斯海深部氧化还原环境与大气pCO_2变化之间关联的推测,有待后续该孔精确年代模式的构建,方可进一步验证。

波长与能量色散复合式X射线荧光光谱技术测定海洋沉积物元素

波长与能量色散复合式X射线荧光光谱仪(WD-EDXRF)是一种先进的双核X射线分析技术,可对样品进行波长色散和能量色散同时测定。本研究优化了各元素波谱和能谱的条件,采用粉末压片法制样,使用α经验系数法及Rh靶Kα线的康普顿散射内标法校正基体效应,部分元素用多元回归进行谱线重叠干扰校正,建立了WD-EDXRF对海洋沉积物进行多元素同时定量分析的方法。本方法对稀土元素La、Ce、Nd、Y及其它微量元素的检出限均小于18μg/g,轻元素Na、Mg的检出限小于15μg/g,适用于绝大多数海洋地质样品的分析;对沉积物标样GBW07309进行精密度考察,除Cl和含量接近检出限的Mo元素外,其它元素的精密度(RSD,n=10)都低于9.4%;利用测量不确定度的评定方法,比较了标准样品的分析数据的扩展不确定度,大部分元素|En|≤1。对不同类型深海沉积物样品进行测定,测定结果与实验室电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析结果基本一致。结果表明,本方法能充分发挥波谱与能谱各自的优势,快速、准确分析海洋沉积物中多种元素,可满足大批量海洋沉积物样品测试的需求。

东海内陆架泥质区表层沉积物常量元素地球化学及其地质意义

通过分析东海内陆架泥质区表层沉积物的粒度、有机质(TOC)、常量元素氧化物(SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO,CaO,Na2O,K2O,P2O5,TiO2,MnO),探讨东海内陆架泥质区常量元素空间分布特征及其地质意义。结果表明,东海内陆架泥质区表层沉积物中常量元素氧化物组成较为稳定,含量最高的2种组分为SiO2和Al2O3,两者组分占沉积物总量的72%左右。常量元素氧化物的含量与沉积物类型密切相关,SiO2,CaO,P2O5倾向于富集在粗颗粒沉积物中;Al2O3,K2O,MnO则倾向于富集在细颗粒沉积物中;而MgO,Na2O,Fe2O3和TiO2基本不受沉积物类型影响。R型因子分析结果表明,东海内陆架泥质区表层沉积物的常量元素氧化物可以分为3组,第1组包括SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO,TiO2,P2O5和MnO;第2组包括CaO,K2O,CaCO3和TOC;第3组包括Na2O,可能分别代表了陆源碎屑沉积、海洋生物沉积和海洋化学沉积。

东海闽浙沿岸泥质区沉积特征与古环境记录

2007—2009年执行"我国近海海洋综合调查与评价"专项过程中,对东海闽浙沿岸泥质区进行了系统的底质调查,取得表层沉积物样品2949个、柱状沉积物样品148个。基于上述样品的研究,得到以下认识:(1)以6.5Φ粒径为界线详细划分出泥质区的分布范围,主要位于26°～29°N之间,水深90m以浅的区域。(2)粒径趋势分析结果表明泥质区现代沉积物总体趋势是由东北向西南运移,但研究区的两侧又稍有不同,均表现出明显的向外偏转趋势;南部闽江河口外沉积物运移模式大致表现为由河口向周围呈散射状的输运趋势,最北影响可到27°N附近。(3)泥质区黏土矿物可明显划分为2个组合区,Ⅰ区覆盖了从长江口到南部闽江口外的大片海域,富集伊利石(平均含量为64%),沉积物主要来自于长江;Ⅱ区主要集中在闽江口附近的小区域,富集高岭石和绿泥石(两者平均含量之和为50%),推断其沉积物可能主要来自于闽江。(4)常量元素的R型因子分析表明闽浙沿岸泥质区沉积主要以陆源碎屑沉积为主,伴有少量生物沉积。(5)利用210Pb法测试了研究区百年来沉积速率,结果表明闽浙沿岸泥质区近百年来沉积速率介于0.79～3.34cm/a之间,平均值为1.97cm/a,属于东海次高沉积强度区,明显低于长江口泥质区沉积速率。(6)对闽浙沿岸泥质区南部的MZ01孔进行了综合分析,恢复了中全新世以来泥质区的古环境演变过程,识别出10次极值事件,可能主要由东亚冬季风的增强所引起,推测中全新世以来泥质区东亚冬季风演化过程大致可以分为4个阶段:8400～6300aBP为季风较强且波动期、6300～3800aBP为季风较弱且稳定期、3800～1400aBP为季风高波动期、1400aBP以来为季风稳定增强期。