太平洋西部富稀土深海沉积物的地球化学特征及其指示意义

深海富稀土沉积物已成为潜在的战略资源。为探讨富稀土粘土的地球化学特征及其来源和富集机制,对太平洋西部深海区域进行底层水和深层沉积物的系统采样,分析了样品的主、微量元素和稀土元素地球化学特征,并采用氧化还原环境、稀土元素的迁移和分馏以及海洋稀土循环的分析方法对富稀土沉积物的成因进行探讨。结果显示:沉积物的∑REY与Ce/Ce*表现出负相关关系,并与生物成因的P和Ca关系密切。样品Th/U、V/Sc、(La/Yb)_N、(La/Sm)_N和(Sm/Yb)_N值呈系统的变化,沉积物均处于氧化或次氧化环境。底层海水具重稀土富集的特征,海水-沉积物界面轻、中稀土含量上升,下覆的较深层沉积物表现出中、重稀土富集。初步推断沉积物的稀土元素来源于海水,与生物相关的物质是其REY富集和Ce负异常的主要控制因素。宽的氧化或次氧化环境和生物相关氧化物的强吸附能力导致稀土元素未扩散至海水而引起了沉积物稀土元素的富集。

湘西下寒武统牛蹄塘组黑色岩系的微量元素地球化学特征

为探讨下寒武统黑色岩系在深水区域的沉积环境及其伴生的Ni-Mo多金属富集层的金属元素来源,对湘西寒武纪初期盆地相区龙鼻嘴剖面进行系统采样,分析了样品中干酪根的微量元素含量和全岩V、U、Mo与TOC含量并就微量元素比值与TOC关系进行了探讨。结果显示,干酪根中的Th/U、V/Sc和V/Cr值在剖面上均具有相似的变化规律,V、U和Mo与TOC的相关性可知剖面沉积过程中存在硫化环境,Ni-Co-Zn三角图解中多数样品分布于热水沉积区域。初步推断剖面下部的NiMo多金属富集层,其具有微量元素明显富集和碳同位素较大负值的特征,可作为地层对比的标志;寒武纪初始阶段深水区域可能处于短暂的硫化环境,伴随着沉积环境的充氧之后变为广泛的厌氧环境;黑色岩系沉积过程中有热液活动参与,Ni-Mo多金属富集层中部分元素的极度富集可能是还原的海水和海底热液共同作用的结果。

南海琼东南海域沉积物的微量元素地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

天然气水合物已成为重要的战略资源。为探讨天然气水合物富集区的微量元素特征及其指示意义,对琼东南海域沉积物进行系统采样,分析了样品主、微量元素和TOC地球化学特征,并采用氧化还原状态以及氧化还原敏感元素与TOC相关关系的分析方法进行探讨。结果显示:沉积物相较于上地壳更为富集Sr、Pb、Th、U、Zn、Cu和Mo元素,Th/U和V/Sc比值在纵向上呈系统的变化,表层沉积物处于还原的沉积状态,大量富集Mo和U。初步推断研究区部分沉积物可能处于硫化带,使其出现氧化还原敏感元素(Mo和U)的富集,这些特征或由下部天然气水合物分解释放大量的甲烷所导致。表层沉积物孔隙水中出现的硫化带以及Mo和U元素异常,可作为新的地球化学指标以识别下部可能存在的天然气水合物资源。

深海盆地底层水——沉积物系统的REE元素迁移规律

大洋盆地中发现的大量富稀土沉积物已经成为国际战略资源而被广泛关注（Kato et al.,2011）。在稀土元素物质来源和富集机制方面目前仍存在较大争议：物质来源方面,Kato et al.（2011）认为,富稀土沉积物很可能与大洋中脊的热液活动有关。

南海北部陆坡天然气水合物区海水甲烷浓度分布特征及其影响因素探讨

2011—2015年对东沙和神狐水合物钻探区进行了连续5年7个航次的海上调查工作,获取了大量研究区海水水文、水化学及溶解甲烷含量数据,为天然气水合物勘查与试采环境评价提供了良好的基础数据及采前环境基线。调查期间,研究区海水甲烷浓度范围为0~31.4nmol·L^(-1),平均浓度为6.7nmol·L^(-1),高于全球平均海水甲烷浓度,表明南海海水甲烷浓度本底值高于全球平均水平;研究区海水溶解甲烷浓度及其分布特征不受区域海水水文特征、海水化学特征及季节等因素影响,且表层海水-大气甲烷交换并非单一的汇或者源的关系,而是根据时间的不同,海水-大气甲烷交换存在汇源转换;综合调查结果表明,研究区甲烷渗漏对海水、大气甲烷含量没有明显影响,且水合物钻探对区域环境没有明显的影响。

太平洋调查区多金属结核的地球化学特征和成因

东太结核主要为半埋藏和埋藏型,发育于以黏土和硅质组分为主的沉积环境。东太结核的锰相矿物主要有水羟锰矿和钡镁锰矿,具有较高的REY、Cu、Ni含量和Mn/Fe比值,显示遭受间隙水的影响,落入水成成因和成岩成因两个区间范围。西太结核主体暴露在海水中,周围沉积物主要由深海黏土组成。西太结核的锰相矿物几乎只有水羟锰矿,具有较高的REY、Co含量和低Mn/Fe比值,属于典型的水成成因型。两个区域的多金属结核的稀土北美页岩标准化模式均显示Ce正异常、Y负异常和无或弱Eu异常,与海水稀土特征构成良好的耦合关系,是多金属结核对海水稀土选择性富集的结果。西太结核相对东太结核具有更高的Ce含量和δCe,Co、Ti与Ce具有良好的正相关关系。研究认为海水中溶解氧并不一定是控制结核Ce正异常程度的关键因素,Co、Ti等元素及其相关组分能够引起Ce与其他稀土元素的强烈分馏,也可能是影响多金属结核Ce正异常程度的控制因素。研究区多金属结核和富钴结壳表层样的ε_(Nd)范围为-6.6~-2.5,是全球最富放射性成因Nd的海洋铁锰壳层。结合稀土模式以及Eu异常特征,本研究认为多金属结核的稀土主要来自ε_(Nd)相对较高的周围陆壳,可以通过河流或者大气沉降等方式输送到大洋,而研究区广泛分布的海山玄武岩释放的放射性成因Nd同位素对海水的影响微弱。

西太平洋维嘉平顶山沉积特征及富钴结壳资源意义

基于中国大洋36和41航次浅地层剖面数据,结合DSDP钻井及国内外相关研究,对西太平洋维嘉平顶山顶部沉积物的浅地层剖面特征、沉积环境、沉积时代、沉积物厚度分布特征等进行了研究,发现3种主要的地层反射特征,分别代表3个沉积单元;山顶沉积物的厚度分布呈现出3个沉积中心区和4个基岩裸露/沉积物稀薄区的特点;平顶山东部的沉积异常可能与始新世的第二次火山活动有关。根据富钴结壳的生长和发育特点,结合维嘉平顶山的沉积物分布特征,圈定了结壳资源潜力分布区。维嘉平顶山作为中国重要的富钴结壳合同区块,本次研究对其富钴结壳资源进一步的勘探工作具有指导意义。

东太平洋CC区WPC1101柱样沉积环境及埋藏多金属结核成因

WPC1101重力活塞柱样取自东太平洋CC区西部,其顶部见有水成多金属结核,3.4-3.5m发育埋藏多金属结核层。对该柱样的沉积物成分、磁性地层、黏土矿物及元素地球化学结果进行综合分析,以探讨柱样的沉积环境变迁;对埋藏多金属结核进行地球化学元素分析,探讨其形成环境。结果表明：该柱样成分以硅质黏土为主;蒙/伊比表明晚渐新世时期研究区海底火山、热液活动较强,自生黏土组分较高;而上新世以后则相对减弱。柱样自下而上生物成因SiO2含量逐渐增多,代表陆源碎屑物质的Al2O3含量相对稳定,P2O5、CaO、Cu、Co、Ni则由于生物SiO2含量的增加而稀释,含量降低。埋藏多金属结核发育于生物生产力旺盛、沉积间断发育期,其内稀土元素（Ce元素除外）由于受后期成岩作用发生清扫作用,转移至沉积物中,而Ce元素不参与后期成岩过程,持续在多金属结核内富集。

西太平洋中国富钴结壳勘探合同区矿床地质

利用我国富钴结壳勘探合同区多年航次调查资料和大量样品测试分析结果,对合同区结壳矿床地质进行了系统研究。结果表明:板状结壳是合同区主要结壳类型,主要连片发育在海山平顶边缘及海山斜坡基岩之上;砾状结壳和钴结核零星分布于海山山顶、斜坡平缓处、斜坡坡脚等平坦地形处。合同区结壳主要由水羟锰矿与铁相矿物(FeOOH)组成,还可见微量自然金、自然银、自然铜、自然锡等单质矿物及铜锡合金矿物;结壳中Co平均含量为0.40%,ΣREE平均含量为2158μg/g。成因类型属水成型大洋铁锰沉积矿床,主要生长期包括79~66 Ma、54 Ma、41 Ma、35~28 Ma、18~10 Ma和6~0 Ma,平均生长速率为3.69mm/Ma。结壳成矿经历了铁锰矿物相形成、微量元素富集和后期改造三个主要过程;结壳中有用元素的富集与铁锰矿物表面能有关,磷酸盐化事件促进了钇的富集。

马里亚纳海沟挑战者深渊初期多金属氧化物的矿物学、地球化学特征及其成因环境研究

对大洋27航次在西太平洋马里亚纳海沟挑战者深渊获取的3个多金属氧化物样品进行了X射线矿物衍射分析、穆斯堡尔谱分析及地球化学元素分析,研究其矿物、地球化学特征差异。结果表明,所取样品处于多金属氧化物发育的初始阶段,具有独特的矿物地球化学特征:(1)相较于太平洋CC区及中太平洋海盆获取的多金属结核样品,本研究样品的矿物组成中含有异常高的石英、斜长石以及黏土矿物,而水羟锰矿和钙锰矿含量较低。(2)样品中铁相矿物主要为正方针铁矿(91.6%),另含少量纤铁矿(8.4%),推测是纤铁矿向更加稳定的正方针铁矿衍变的结果。(3)由于样品中深海黏土组分以及氧化物核心物质的混入,加上吸附金属氧化物时间较短,导致SiO2和Al2O3含量均高于正常结核,而Fe、Mn、Cu、Co、Ni等其余金属元素含量较低。(4)由于形成时间较短,样品中稀土元素含量相对较低,ΣREE仅约为0.4×10-3(一般太平洋CC区及中太平洋结核中稀土含量均大于1.0×10-3);加之海水氧化还原作用的降低以及研究区海底热液活动的影响,Ce元素未表现出多金属结核中常见的正异常。

西太平洋深海沉积物孔隙水稀土元素地球化学特征及 意义

为探索深海孔隙水中稀土元素的生物地球化学循环过程,对太平洋菲律宾海九州-帕劳海脊东、西两侧的两个钻孔沉积物进行了高精度的孔隙水采样工作,分析了主、微量元素和稀土元素的地球化学特征,并对稀土元素的浓度、配分模式以及分馏特征进行了详细的讨论。结果表明:这两个钻孔沉积物均处于氧化环境,表现出海水-沉积物界面和浅层孔隙水(2.5~20 cm)中相对富集轻稀土和中稀土,而中层(25~60 cm)和深层沉积物(>65 cm)孔隙水中则相对富集重稀土元素的特征。初步推断有机质和锰(氢)氧化物的分解和吸附作用是造成孔隙水中稀土元素分馏的主要因素。相比于九州-帕劳海脊的东、西两侧海域,孔隙水中的稀土元素浓度和分馏程度存在一定的差异,周围环境中的矿物组成和锰(氢)氧化物等是其主要的控制因素,但是研究区域深海孔隙流体并不能为海洋贡献稀土元素。

海洋沉积物微量元素地球化学特征对天然气水合物勘探的指示意义

天然气水合物与资源和全球环境变化等重大科学问题密切相关。前期关于甲烷渗漏区地球化学特征的研究主要集中于浅表层沉积物(<20 m),而浅层沉积物(>20 m)地球化学特征知之甚少。为探讨海洋浅层沉积物微量元素特征与天然气水合物勘探的相关关系,对南海神狐海域沉积物进行了4个站位的钻探取样,分析了样品主、微量元素和有机碳地球化学特征,并采用氧化还原状态以及Mo与TOC相关关系的分析方法进行探讨。结果显示,沉积物主量元素特征主要受到陆源碎屑物质输入的主导,与天然气水合物富集无明显关系。水合物赋存段及附近沉积物中Ba和Mo元素高度富集,存在明显的"Ba峰"和"Mo峰",主要是由于天然气水合物分解释放大量甲烷产生的硫化环境所导致。因此,沉积物中的Ba和Mo富集特征可作为识别可能存在天然气水合物分布的重要地球化学指标。

首次揭示深海稀土成矿物质循环和超常富集机制

习近平总书记2019年在江西考察时指出,稀土是重要的战略资源,也是不可再生资源,要加大科技创新工作力度.随着绿色能源和新兴材料需求的不断增加,迫切需要多样化的稀土资源供应,深海富稀土沉积物被认为是可能的替代资源.

长江流域水环境碳循环研究进展

碳循环是地球系统中最重要的物质循环之一,对全球气候变化和人类生存发展具有根本性的意义。河流中的碳物质常常反映了流域气候与环境的变化,是全球碳循环的关键组成部分。长江流域是我国最大的流域,广泛分布碳酸盐岩,具有巨大的生态系统固碳潜力。由于长江流域的自然环境变化的复杂性,我们对全球变化背景下长江流域水环境碳循环的认识还十分有限。本文对长江流域水环境碳物质的时空分布与来源以及流域岩石风化碳汇等资料进行了回顾和梳理,发现有机碳的来源和分布主要受人类活动的影响,而无机碳主要来源于长江流域岩石的化学风化,同时岩石风化具有巨大的碳汇潜力。在全球变化影响下,这些碳物质发生迁移转化,可能引发新的生态环境问题,这对预测未来的环境变化具有重要意义,也为长江流域碳循环研究提供了基础。

湘西寒武纪早期黑色岩系中干酪根的稀土元素地球化学特征

湘西寒武纪早期黑色岩系中富含源于上层海水生物体的有机质,其稀土元素(REE)特征不被碎屑物质干扰,能有效地反映海洋上层水体的古环境特征.样品中作为有机质主体的干酪根的重稀土富集、Ce负异常、Y正异常和Eu无明显异常等特点与现代海水一致,其特征可能反映古海洋上层水体的氧化还原信息.扬子地台各相区沉积剖面底部可能出现滞流(或硫化)环境,随后沉积环境逐渐氧化.全岩样品中Ce的负异常可能由有机质提供,Ce/Ce*值由剖面底部的较低值向上逐渐升高可能意味着海洋上层水体含氧量的逐渐上升,而海水含氧量逐渐升高或许是由寒武纪早期海洋底部硫化环境的减弱所导致.

西太平洋深水盆地海水及孔隙水的微量元素地球化学特征

关于西太平洋海山区深水盆地海水和孔隙水的地球化学特征,及其对该海域多金属结核生成的影响的研究至今仍比较缺乏.对西太平洋海山区的深海盆地进行海水和孔隙水的系统采样,分析了海水的化学特征以及海水和孔隙水的微量元素特征.结果显示:海水的DO和pH随水深增加呈逐渐下降再上升的趋势,而SiO32-、NO3-和PO43-的变化特征与其相反;微量元素在海水中的变化特征与上述营养盐相似,海水-沉积物界面表现出溶解态微量元素含量的极大富集,而在3~5 cm处的微弱上升可能与自生物质分解有关.以上表明大洋底层海水金属元素的富集与生物作用相关,是导致普遍氧化的表层沉积物之上多金属结核富集的主控因素;相对于其他海域,研究区域碎屑物质溶解产生的Sc、Cr、Ni、Pb以及大量的Cu、Co等金属元素可能对结核的生长起到重要的促进作用.

黔北桐梓五峰组观音桥段双壳类和腹足类的生态意义

黔北桐梓红花园地区的五峰组是华南地区奥陶系的重要剖面之一,在其以泥质灰岩为特征的五峰组观音桥段下部黑色含炭质钙质页岩和褐色粉砂岩中分别产有较为丰富的双壳类Modiolopsis和腹足类Holopea。产双壳和腹足类的地层中岩性和生物具有差异性,表明观音桥段沉积早期的沉积环境具有多变的特征。横长卵形、较膨凸的Modiolopsis和其两瓣壳相连保存的标本表明为近原地埋藏,为弱水动力、有氧的、较浅水环境的软质基底。丰度较大的低圆锥形Holopea的不规则的壳顶指向指示了具一定水动力的、沙性基底的浅水环境。

中国富钴结壳合同区海水的稀土元素特征及其意义

通过对西太平洋34件海水样品的稀土元素(REY:REE+Y)测试及其与研究区富钴结壳稀土耦合特征分析,揭示了海水稀土特征及其成因.海水的稀土含量随水深呈现逐渐增加的趋势,ΣREY范围为14.0×10^-12~65.5×10^-12,平均值为31.9×10^-12,其中Y的绝对值(均值为6.0×10^-12~24.1×10^-12)和相对值((Y/Ho)N均值为1.98)均较高,La含量次之(均值为1.8×10^-12~11.6×10^-12),Ce含量相对较低(均值为2.4×10^-12~8.8×10^-12),δCe范围为0.33~1.03(均值为0.66),(La/Yb)N平均值为0.71.海水稀土元素北美页岩标准化后显示左倾模式,具有显著的Ce负异常、Y正异常和无明显的Eu异常特征.研究区普遍发育水成成因的富钴结壳,即其稀土元素和其他组分均源自海水.富钴结壳的稀土含量相对海水富集6~7个数量级,其Ce正异常和Y负异常的稀土模式与海水构成良好的耦合关系,指示富钴结壳类组分对海水稀土清扫具有选择性,是造成海水稀土模式的重要因素.海山上发育的磷块岩以及周围盆地深海泥中的磷酸盐组分,它们具有较高的稀土含量和类似于海水的稀土模式,指示海洋磷酸盐消耗稀土时并未分馏而是继承海水模式.海水独特的稀土模式特征是补给与消耗平衡作用的结果,铁锰氧化物和海洋磷酸盐是两种典型的海洋自生组分,它们对海水稀土特征的形成至关重要.

长江流域沉积物和土壤重金属分布规律研究进展

长江流域是一个贯通串联起我国西部、中部、东部的辽阔地域。在全球变化的大背景下,该地区工业化、城市化进程不断加快,由此引发的重金属污染问题愈来愈被人们所重视。本文分析了目前长江流域沉积物和土壤重金属污染的现状,以及长江流域沉积物和土壤重金属整体分布规律、分布特征以及污染来源,讨论了重金属的迁移规律、存在形态以及全球变化可能会对长江流域重金属分布造成的影响。在此基础上,提出目前长江流域沉积物和土壤重金属研究的不足,并对未来需要开展的研究工作进行展望。