小保当煤矿新近系保德组沉积古环境恢复

为恢复小保当煤矿新近系保德组沉积古环境,采用地球化学方法对小保当煤矿新近系保德组红土层古气候、古盐度、古氧化还原、古水深等进行沉积古环境研究。结果表明:小保当煤矿保德组修正后的CIA_(corr)指数、Al_(2)O_(3)/MgO值、MgO/CaO值、CaO/(MgO·Al_(2)O_(3))值及Sr/Cu值和Rb/Sr值指示温暖、湿润的中等风化条件,呈干旱-湿润、寒冷-温暖交替变化;Sr、Li、Ga、Rb/K_(2)O反映保德组为淡水-微咸水沉积环境;Fe^(2+)/Fe^(3+)、Ni/Co、V/Cr、V/(V+Ni)、δU、δCe和Cu/Zn反映保德组为氧化环境,局部指示贫氧环境;Co含量反映保德组古水深呈深浅交替变化。研究为小保当煤矿保德组恢复了沉积古环境,也为其他层位、其他地区古环境恢复提供依据。

Mo-U共变作为古沉积环境氧化还原条件分析的重要指标——进展、问题与展望

由于氧化还原敏感金属元素(RSM)在氧化水体中化学性质保守,而在缺氧水体中还原活化并向沉积物中转移,因而黑色页岩中的RSM富集度被广泛用于古沉积环境和水体化学条件的研究。近年来不仅建立了判定海水氧化还原(redox)状态的定量指标体系,而且成功地将RSM用于盆地古水文条件重建和大气氧化水平分析,特别是Mo-U富集机理及其共变应用研究最为迅速。沉积物的Mo-U富集度主要受海水Mo-U浓度以及水体氧化还原状态和盆地水文特征的控制。U在Fe(Ⅲ)-Fe(Ⅱ)还原带活化并向沉积物中转移,而Mo仅当海水中含有H2S时才向沉积物富集,因而可据Mo和U富集度的差别区分水体缺氧与硫化特征。沉积物中Mo/TOC比可大致反映沉积水体中的Mo浓度,故可用于判定同时代不同古地理条件下沉积水体的局限程度。利用Mo-U的差异性富集机制还可区分弱氧化-缺氧-硫化水体特征,并判断是否存在Mo的颗粒传输。作者对Mo-U共变用于古沉积环境的氧化还原条件分析的进展、问题进行评述,并对可能的发展方向提出展望。

陕南地区埃迪卡拉纪陡山沱组下部海绿石的成因机制:对古海水氧化还原条件的启示

海绿石是海洋环境中一类重要的自生矿物,在古环境研究方面具有广泛的应用。基于中国陕南地区埃迪卡拉纪陡山沱组下部海绿石的分布特征,对其开展了综合的岩相学、原位微区成分定量分析、X-射线衍射(XRD)分析等研究,旨在探讨海绿石的形成机制,剖析研究区埃迪卡拉纪早期的氧化还原环境。偏光显微镜和扫描电镜(SEM)观察结果表明,海绿石多以胶体沉淀物的形式充填于石英、长石等碎屑矿物颗粒之间的孔隙中,为早期成岩阶段自生沉淀成因。由于海绿石的形成需要Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的同时存在,Fe氧化还原界面附近(次氧化)最有利于海绿石的发育,因此研究区陡山沱组下部海绿石的形成指示了次氧化的孔隙水条件。能谱(EDS)定量分析表明,研究区陡山沱组的海绿石具有高K 2 O和Al_(2)O_(3)、低Fe_(2)O_(3)含量,该化学组分是前寒武纪海绿石的典型特征。碎屑矿物溶解及海水与孔隙水之间的物质交换提供了海绿石演化过程所需的元素。与贵州瓮安地区同时期的含海绿石地层相比,研究区海绿石的分布层位相对局限,表明古海水氧化还原环境和古地理环境对于海绿石分布位置具有共同调控作用。

氧化还原敏感微量元素对古海洋沉积环境的指示意义

海洋的氧化还原条件控制着U、V和Mo等氧化还原敏感微量元素在沉积物或沉积岩中的富集程度,所以可以利用沉积物或沉积岩中这些微量元素的含量来重建古海洋的氧化还原状态和沉积环境。海洋沉积物或沉积岩中U、V和Mo的来源少,除了海水提供外,还有陆源碎屑,不过陆源碎屑提供的那部分含量能够被估计。沉积物埋藏之后这些元素(几乎)不发生迁移,保存了沉积时的组成和含量,能较好地反映沉积环境的特征,是古海洋环境的理想指示。在氧化—次氧化的海水环境中U、V和Mo不会富集,缺氧的条件下U和V富集,而在硫化(含溶解的硫化氢)的沉积环境中U、V和Mo在沉积物中都会强烈地富集。利用这种差异,可以根据沉积物或沉积岩中各种微量元素的含量变化来判别沉积时海水的氧化还原状态。但是,必须注意沉积环境的开放与否、成岩作用及重新氧化作用等对微量元素含量的影响。在利用氧化还原敏感元素进行古环境重建时,应首先评估沉积物或沉积岩中特定元素的来源和贡献,剔除非自生部分的影响,然后利用多元素指标综合判别古环境的氧化还原条件,才能获得可靠的结论。

48ka以来日本海古生产力和古氧化还原环境变化的地球化学记录

通过对日本海Ulleung盆地KCES-1孔元素地球化学分析,探讨了过去48 ka以来日本海古生产力和古氧化还原环境的变化规律和影响因素。多种替代指标质量累积速率（总有机碳、CaCO3,磷、过剩钡、镉含量）显示日本海古生产力自48 ka以来发生了显著的变化。在48~18 ka低海平面和有限的水体交换导致表层水古生产力相对较低。在18~11 ka随着海平面的上升,富营养盐水团（亲潮和东海沿岸流水团）的流入导致古生产力逐渐增大,在12.6~11.5 ka古生产力达到最大值。在全新世对马暖流成为影响古生产力变化的重要因素,并且自5 ka以来古生产力保持相对稳定。古氧化还原替代指标（总有机碳、钼、铀、锰、碳与硫含量之比、自生铀、自生钼含量）显示在12~9 ka日本海底层水可能为无氧环境。古生产力高和底层水体有限的交换是诱发底层水缺氧的主要因素,而这又与全球气候变化和海平面变化有关。

草莓状黄铁矿的形成机制探讨及其对古氧化-还原环境的反演

【研究目的】草莓状黄铁矿广泛存在于现代沉积物和沉积岩中,其成因机制总体上分为有机成因和无机成因两种,尽管两种机制均有理论与实验的支撑,但尚未建立一种具有普遍意义的形成机制。【研究方法】本文对目前草莓状黄铁矿的形成机理、氧化还原环境的应用及后期环境变化的影响进行了系统的综合研究。【研究结果】不同氧化-还原环境下形成的草莓状黄铁矿在粒径、形态以及硫同位素之间均存在较大的差异,可做为反演古氧化-还原环境的指标。草莓状黄铁矿的微晶尽管与粒径具有一定的正相关性,但是两者在形态演化序列、生长模式、聚集因素等方面与古氧化-还原环境的关系尚不清楚。仅凭草莓状黄铁矿粒径与铬还原法测定的硫同位素反演古氧化-还原环境存在一定的局限性,需要其他指标综合判定,尚需进一步开展草莓状黄铁矿原位硫同位素值与粒径对古氧化-还原环境反演的研究。后期氧化可使草莓状黄铁矿表面化学成分发生变化,但粒径分布依然具有古氧化-还原环境的指示意义。【结论】草莓状黄铁矿的实验模拟、理论体系和多学科交叉的研究中仍存在一些问题,尚需进一步研究。

水环境中不同氧化还原条件的氢浓度特征

对氯乙烯生物降解过程中不同氧化还原条件的氢浓度特征进行了研究 ,并揭示氢浓度、氧化还原条件、以及氯乙烯降解之间的关系 .结果表明 ,反硝化、锰还原、铁还原、硫还原、产甲烷、PCE/TCE脱氯、cis DCE脱氯以及VC脱氯的氢浓度特征值分别为 0 1— 0 4nmol·l- 1,0 1— 2 0nmol·l- 1,0 1— 0 3nmol·l- 1,1 5— 4 5nmol·l- 1,5— 1 3nmol·l- 1,0 6— 0 9nmol·l- 1,1 0— 2 5nmol·l- 1和 >1 0nmol·l- 1.水环境的还原性愈强 ,对应的氢浓度特征值愈大 .此外 ,PCE/TCE脱氯表现出与反硝化及铁、锰还原相近的氢浓度特征 ,而cis DCE和VC脱氯的氢浓度特征分别类似于硫还原和产甲烷 .强还原 (如产甲烷 )条件有利于氯乙烯的脱氯 ,当环境中氢浓度水平大于 2nmol·l- 1时cis DCE/VC脱氯和产甲烷过程可同时发生 .

渤海湾盆地东濮凹陷古近系古湖盆氧化还原条件及其优质烃源岩的发育模式

通过分析东濮凹陷古近系沙河街组烃源岩样品的主微量元素含量,研究了东濮凹陷沙河街组优质烃源岩形成时的古氧化还原条件、古生产力水平及古水体的局限性,探讨了沙河街组沙三段优质烃源岩的发育模式。研究结果表明,东濮凹陷的北部沙三段优质烃源岩发育属于“深水窄盆水体分层沉积”模式。水体主要是咸水—超咸水,水体局限性较强,深度较深形成了稳定的盐度分层,从而造成底层水处于稳定的缺氧条件,有利于有机质的保存。根据主微量元素分析及古生产力的还原,沙三段沉积时水体表层富氧,发育大量有机质,生物死亡后有机质发生絮凝,在氧化还原界面吸附于铁锰氧化物的表面,沉降到底部,底部水体缺氧到还原的性质,适合保存有机质。东濮凹陷南部沙三段优质烃源岩发育属于“浅水广盆凹盆缺氧沉积”模式。湖泊水体为淡水,湖水局限性很弱,属于开阔水域,由于地表河流及洪水带来大量营养物质,表层水体古生产力较高,缺乏缺氧的保存条件,有机质生化阶段消耗较多,但是局部也可以发育弱还原水体,进而形成优质烃源岩。

古海洋氧化还原条件分析方法与研究进展

地史时期海洋环境曾经历过不同的氧化还原状态,与生物种群演化、烃源岩的保存以及全球气候变化等重大地质事件密切相关,因此古氧化还原条件分析是古海洋生态环境重建的一项重要内容。然而,前人的研究多集中在氧化还原单个指标分析,这样的分析结果往往存在一定的局限性。在众多学者的研究基础上,综述了国内外氧化还原研究分析方法,重点介绍了它的岩石学、古生物学、元素地球化学、同位素地球化学和黄铁矿体系指标,探讨了各项指标的优势性与局限性,为进一步开展古海洋氧化还原条件研究提供借鉴。尽管各项指标在特定地质背景下均存在自身优势,但不同沉积环境下的各项指标所反映的氧化还原条件却存在一定差异,甚至是相悖的,因此准确地识别古海洋氧化还原环境需要各个指标的综合运用。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段古沉积环境恢复及意义

通过对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段周缘露头剖面及盆内钻井取心共289块样品进行元素地球化学测试分析,运用CaO/MgO·Al_2O_3、Sr/Cu、Rb/Sr、B元素含量、Rb/K_2O、Th/U和V/(V+Ni)等一系列古温度、古盐度和古氧化环境判别指标,尝试恢复长7段沉积期的古气候、古盐度和古氧化还原条件等古环境特征。综合分析表明,长7段沉积期为古气温大于15℃的温暖潮湿的温带—亚热带气候,水体为陆相微咸水—淡水环境,沉积物是在强还原条件下形成的。适宜的温度、大面积深水湖盆、强还原性的古沉积环境,导致长73亚段有机质大量发育和富集保存,既形成了一套优质烃源岩,同时也为大规模页岩油的富集创造了有利条件。

东胜矿区深部直罗组氧化还原环境与砂岩型铀矿特征

鄂尔多斯盆地北部东胜地区中侏罗统直罗组下段古层间氧化型砂岩铀矿较为发育,铀矿化主要发育于层间氧化带氧化前锋附近(灰绿色砂体与灰色砂体的过渡部位)。通过对测井资料的解释发现,东胜矿区深部西南部乌审旗西南和北部杭锦旗附近直罗组下段砂体中也存在放射性异常。通过对东胜深部矿区50多个钻孔的数据统计与分析,重现了直罗组下段(下亚段、上亚段)的古层间氧化-还原砂体的分布。古氧化带大致呈NW-SE向展布,主要分布在研究区中北部;放射性异常主要出现在氧化-还原过渡带部位。研究区目的层砂体内放射性异常总体呈现出厚度较小(下亚段异常层平均厚度2.67 m、上亚段异常层平均厚度2.33 m)、埋深较大(下亚段异常层平均埋深1 025 m、上亚段异常层平均埋深921 m)的特征。

松辽盆地南部油页岩微量元素特征及其成矿期古环境恢复

油页岩成矿期的古环境控制着油页岩有机质类型与丰度,而油页岩的有机质类型和丰度对于研究油页岩成因及富集规律具有重要的意义.松辽盆地南部含油页岩层段总体为深湖-半深湖相稳定沉积,微量元素特征对古环境的变化敏感,可利用油页岩微量元素含量的测试及其比值分析的方法恢复油页岩成矿期的古环境.通过对松辽盆地南部油页岩样品中20余种微量元素含量的测试及其比值的分析,恢复了青山口组与嫩江组油页岩成矿期的古环境.研究结果表明,油页岩成矿期的古气候为温暖湿润-半湿润半干热的气候,水介质为微咸水—半咸水的还原环境.青山口期相对嫩江期气候和盐度变化较稳定,气候略为干热,盐度也略高.

基于硫元素化学种等指标的页岩氧化还原条件判识——以N208井筇竹寺组和龙马溪组为例

氧化还原条件是控制页岩岩性特征和有机质保存的重要因素之一,可以使用多种地球化学方法对其进行评估。为了探讨相关地球化学指标对海相页岩沉积环境氧化还原条件的适用性,对四川盆地长宁地区N208井筇竹寺组和龙马溪组20个岩心样品进行的总有机碳含量(TOC)、硫元素化学种和主微量元素含量测试结果显示:筇竹寺组和龙马溪组底部层段的有机碳含量总体较高,平均值分别为3.73%和3.50%;向上有机碳含量普遍变低,平均值分别为0.410%和1.70%。筇竹寺组页岩的硫元素化学种以还原态硫为主,揭示其沉积水体还原程度高;相较而言,龙马溪组页岩的还原态硫含量相对较低,表明其沉积水体的还原性比筇竹寺组弱,为相对的弱还原环境。结合微量元素富集系数构建的S-Mo_(EF)-TOC体系判识结果显示:筇竹寺组页岩整体上属于贫硫酸盐的厌氧环境,其底部为厌氧环境,向上还原程度变低;龙马溪组页岩总体为含硫酸盐的厌氧—贫氧环境,向上还原程度变低,表现为贫氧环境。这些分析结果可以为加深认识筇竹寺组和龙马溪组页岩层系的地球化学特征及页岩气资源潜力评价提供新的参考。

伊犁盆地南部郎卡地区含铀岩系古沉积环境恢复及成矿意义

郎卡地区是伊犁盆地南缘近几年来新发现的砂岩型铀矿有利成矿地段,该地区处于盆地南缘东段构造活动区域,毗邻蒙其古尔大型砂岩型铀矿床。目前,该地区揭露的工业铀矿体分别赋存于中下侏罗统三工河组和西山窑组,埋深约500~1000m,局部超过1000 m,品位较高,具有良好的勘探前景(张鹏飞等,2018)。郎卡地区铀成矿作用的现阶段研究多集中在含矿目的层岩石学、矿物学和沉积相等方面,而古沉积环境恢复(古气候、古水体)与铀成矿关系未足够重视。

厦门港湾氧化-还原沉积环境的划分

据1980—1981年厦门港湾环境综合调查资料,报道了该港湾表层沉积物Eh,Fe^(3+)/Fe^(2+)值和有机质含量的分布,并据此将该港湾划分为强氧化、弱氧化、弱还原和还原四个氧化—还原沉积区。

羌塘盆地那底岗日地区上侏罗统—下白垩统碳酸盐岩微量元素与古环境

那底岗日剖面是羌塘盆地发育最完整的上三叠统-下白垩统剖面之一。采用V/Cr、V/Sc、V/(V+Ni)、Th/U、Ni/Co和Fe2+/Fe3+的比值作为判断氧化还原环境的指标,Mn、Ti、P的富集程度推断古气候,Sr/Ba、Sr/Ca、Rb、V/Ni反映古盐度变化,结合沉积相的分析,研究那底岗日地区晚侏罗世-早白垩世的古环境变化。结果表明:上侏罗统索瓦组为开阔台地相,形成于贫氧的干旱炎热高盐度环境;下白垩统索瓦组经历了局限台地相和三角洲相沉积环境,形成于氧化-贫氧的潮湿-干旱炎热高盐度环境,且盐度高于上侏罗统。剖面中页岩产出层位与下白垩统海相油页岩的产出层位相当,均为潟湖相沉积;该时期气候温暖潮湿,有利于生物的大量繁殖,导致区域上大规模油页岩的沉积。

廊固凹陷古近系沙河街组古湖泊环境与有机质富集机制

通过对廊固凹陷古近系沙四—沙三下亚段泥岩样品的元素地球化学、有机地球化学和同位素地球化学分析,结合湖泊的发育演化和古气候变化特征,探讨湖泊演化过程中水体盐度、氧化还原条件和生产力变化及其有机质富集机制。廊固凹陷在湖泊形成期(沙四段)湖盆构造活动弱,气候干热,湖泊水体盐度高,易形成盐跃层,使底层水处于稳定的缺氧条件,表层水体古生产力较低,有机质富集程度低;在湖泊鼎盛阶段(沙三下亚段)盆地强烈下陷,气候暖湿,湖泊水体为淡水,底层水体为弱还原环境,由于地表径流带来大量营养物质,表层水古生产力较高。湖相沉积物中有机质的富集程度受古湖泊不同演化阶段生产力和氧化还原条件的控制。沙四段有机质富集主要受底层水缺氧环境控制,沙三下亚段有机质富集与表层水的高生产力密切相关。

黔北地区高成熟烃源岩地球化学的古海洋环境指示意义

中国南方中上扬子地区发育多套烃源岩,其中震旦系和下寒武统黑色页岩分布广泛,厚度大、有机质含量丰富、生烃潜力好。研究表明:有效烃源岩形成及发育主控因素的研究是预测优质烃源岩的基础;古生产力及氧化还原条件是全球气候变化和海洋环境研究的重要内容,也是重建有效烃源岩发育环境的主要参数。作者通过对控制海洋氧化还原条件的[U,V,Mo,Tu/U,V/Sc,V/(V+Ni)]等氧化还原敏感痕量元素在沉积物或沉积岩中的富集程度的研究,利用沉积物或沉积岩中这些痕量元素的含量来重建古海洋的氧化还原状态和沉积环境。从无机地球化学角度分析发育有效烃源岩的沉积环境。结果显示:下寒武统牛蹄塘组早期为较深水弱还原环境,之后逐渐演变为深水盆地严重缺氧的还原环境,可能受热液作用的影响,富集了V和Mo等金属的含矿层,最后又逐渐演变为水体变浅的弱还原环境。

中上扬子地区震旦纪末期古海洋环境研究的若干问题

本文通过调研大量文献，系统梳理了前人关于中上扬子地区震旦纪灯影期古海洋环境特征的研究方法和主要认识，特别是关于古海水的氧化还原条件、古温度和古盐度等3个要素。结果表明，震旦纪灯影组沉积时期，中上扬子地区的古海洋是一个水深较浅、并逐渐趋于氧化的浅海水体环境；古海水温度为7．0℃-38．6℃，且在灯影组晚期升高，主要为亚热带气候；海水盐度较新元古代早期有降低的趋势，但仍为海相环境，且灯影组二段和灯影组四段时期盐度相对更大。震旦纪灯影组沉积时期的古海洋环境在地质演化历史中具有重要的时空意义，能够为解释当时地球的气候条件和生物演化等方面的重大变化提供依据。现阶段研究中的问题包括：1）缺乏同时期古海洋氧化还原环境的区域对比；2）古海水绝对深度的研究十分薄弱；3）缺乏古海水盐度的直接指示依据。建议开展高分辨率古环境指示参数垂向序列和多剖面横向对比的研究，尝试定量分析氧气浓度随古海水绝对深度的变化规律，探索指示古海水盐度的直接依据。

商用氧化铟锡玻璃:室温高效还原氮气的催化剂电极

NH_(3)作为一种必需的活化氮源,在化肥、染料、爆炸物和药物等的制造中起到了关键作用;同时,它也是一种在交通运输领域具有吸引力的无碳能源载体.工业上生产氨气使用典型的哈伯-博世工艺,但是此工艺涉及大量的能源消耗和碳排放,给环境带来巨大的压力.电化学氮还原反应(NRR)能够在温和环境下实现环境友好、节能的氨合成,但此过程需要高效的电催化剂.高效的NRR催化剂(Au、Ag、Pd和Ru)储量少、成本高,阻碍了它的实际应用.因此,设计和开发由地球上丰富的元素制成的具有成本效益的催化剂来代替NRR催化剂意义重大.本课题组最近的研究(Chem.Commun.,2018,54,12966-12969)表明,SnO2在环境条件下具有电催化氧化活性,但其低电导率限制了其性能,可通过氟掺杂或石墨烯杂化予以解决.氧化铟锡(ITO)作为一种含SnO2的材料,导电性好,可望用于NRR的高效电催化剂中.因此,本文采用商用氧化铟锡玻璃(ITO/G)作为催化剂电极,在温和环境条件下进行N_(2)-NH_(3)的电化学转化,并呈现出对生成氨气有较高的选择性.XRD和XPS结果表示,商用ITO/G中存在In,Sn和O元素;SEM显示ITO/G具有清晰的纳米薄膜结构和267 nm的截面厚度;相应的EDX谱图显示In,Sn和O元素分布均匀,且原子比为32.11:3.16:64.74.采用紫外-可见光谱及线性扫描伏安和恒电位极化等电化学测试研究了商用ITO/G的NRR活性.在0.5 M LiClO4电解液中测试时,于-0.40 V vs.RHE条件下,ITO/G的NH_(3)产率为1.06×10^(-10) mol s^(-1) cm^(-2),其法拉第效率为6.17%.15N同位素标记实验证实了所测到的NH_(3)是由ITO/G催化的N_(2)电还原反应生成的.利用第一性原理计算探讨了在ITO催化剂上可能的NRR反应机理,确定了ITO催化剂的NRR活性位点、N_(2)化学吸附活性位点以及NRR的反应途径.此外,24 h恒电位(-0.40 V vs.RHE)极化测试和2 h恒电位极化(-0.40 V vs.RHE)测试后的XRD和SEM结果表明,该催化剂具有较高的电化学稳定性.综上所述,商用ITO/G用作在环境条件下将N_(2)转化为NH_(3)的有效催化剂电极,将为开发人工固定氮气的ITO基纳米结构提供一种研究途径.