三峡地区早寒武世海水氧化还原环境的变化——来自罗家村剖面碳同位素解耦的证据

新元古代晚期到寒武纪早期是地球历史上生命演化和环境变化的重要转折期,此期间深海被认为广泛缺氧,而表层海水存在重大氧化还原环境的波动。选取宜昌三峡地区罗家村剖面下寒武统岩家河组、水井沱组为研究对象,基于生物地层学和无机碳同位素地层学对比,岩家河组、水井沱组分别对应纽芬兰统幸运阶至第二阶和第二统第三阶。根据此时间框架,系统研究了无机碳同位素和有机碳同位素解耦对水体氧化还原环境转变的响应。研究显示,海侵过程中底部缺氧水体的上升为初级生产力提供了充足的营养元素和生物必需微量元素,净生产力的提高导致了水体氧化还原环境的变化。光合作用产生的氧气使得表层海水处于暂时充氧的环境,这部分溶解氧随着溶解有机碳(DOC)储库的氧化而逐步消耗,海洋缺氧面积逐渐增加,有利于有机质的保存。底水上涌将深部缺氧水体中的DOC输入到表层水体,此氧化环境下DOC的持续氧化,导致形成的自生碳酸盐岩贫^(13)C,而早寒武世海水中容量可观的DOC库缓冲了δ^(13)C_(org)的变化,最终表现为早寒武世第二期—第三期过渡时期的碳同位素解耦现象。

渤海沉积物中的"活性铁"与其氧化还原环境的关系

应用2001年12月航次所取得的渤海三个典型区域沉积物柱状样品,用5%HCl浸取溶解自然粒度下的沉积物,测定了其中的Fe3+、Fe2+、Fe3+/Fe2+值,探讨了其分布特征及其与沉积物氧化还原环境的关系。结果表明Fe3+在整个研究海域均是从表层向下逐渐递减的,Fe2+在辽东湾是从表层向下逐渐减小的,而在其他海域是逐渐增加的。沉积物的上层(约50cm厚)Fe2+含量变化复杂。一些柱状样Fe2+含量随深度的增加而降低,可能除与沉积物来源有关外,还与"活性铁"的总量有关,"活性铁"含量在垂直方向上随深度而降低。从"活性铁"与Fe3+/Fe2+判断,所研究的渤海区沉积环境以弱氧化环境为主,局部地区为还原环境。

弓长岭富铁矿氧化还原环境的形成机制

通过分析弓长岭二矿区铁矿中变质矿物与铁矿物的组合规律,特别是石墨、堇青石和铁铝榴石这三个矿物,分析得出该矿区中的石墨是原始泥质沉积物经区域变质作用形成的.通过物理化学计算得出铁氧化物在纯水条件下的赋存形式是赤铁矿,在石墨存在的条件下,铁氧化物的赋存形式是磁铁矿.由该地区部分赤铁矿与磁铁矿紧邻的关系得出由纯水离解产生的O2具有很低的活跃性,并由此观点解释了该矿区以及鞍本地区出现的"两头大,中间小"的有趣现象以及该矿区地下500 m假象赤铁矿产生的原因.

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。

黄河口外沉积物氧化还原环境的表征

为了评价黄河口外石油开发区沉积物的氧化还原特征,本文根据2002年9月航次所取得的黄河口外41个柱状沉积物样品,研究了该区沉积物氧化还原特征参数Fe3+,Fe2+ Fe3+/Fe2+及Eh,Es和有机碳、氧化还原度(ROD)等的分布特征,以及这些参数之间的相关关系.研究表明,Fe3+,Fe2+,Fe3+/Fe2+及Eh,Es和有机碳、氧化还原度(ROD)等在表层沉积物中各站之间的差别不大.Fe3+和Fe-在0～40 cm深度范围内变化比较复杂,40 cm以后变的相对比较稳定.而Eh和Es有随深度减小的趋势,ROD在整个研究区都小于1,有机碳的含量高于整个渤海的平均值.综合所有氧化还原特征参数的特征,可确认该区沉积物的氧化还原环境为还原性,该还原性特征主要是由有机碳控制的,而活性铁的贡献不明显.

渤海南部沉积物中的活性铁及氧化还原环境

研究了渤海南部沉积物中的活性铁、沉积物粒度、氧化还原环境及其关系。结果表明 ,沉积物中的活性铁与沉积物颗粒度大小关系不大 ,河流输入物对沉积物活性铁浓度有重要影响 ,沉积物中活性铁与其氧化还原环境有密切关系。

Mo含量和Mo同位素对古海洋氧化还原环境演化的指示作用

目前大多数研究者认为太古代地球大气中缺氧，到2400-1800Ma的时候，大气中的氧含量有了巨大的增长，大气已经处于氧化环境（Canfield等，2000；Kasting，2001）。然而海洋从还原状态转变到以氧化为主的时间还有很大的争论（Arncld等，2004；Siebert等，2005）。

长江口外缺氧区沉积物中元素分布的氧化还原环境效应

对取自长江口外缺氧区及其邻近海域表层沉积物样品进行了粒度组成和元素(主要包括氧化还原敏感性元素和亲碎屑元素)丰度的分析与测试,对长江口外缺氧区缺氧环境对元素分布的影响进行了探讨,提出了长江口外缺氧区沉积物中氧化还原敏感性元素(Redox sensitive elements,简称RSE)分布的氧化还原环境效应。亲碎屑元素丰度的分布显示出明显的粒控效应,而氧化还原敏感元素的分布受粒度效应的制约很弱,主要受离岸缺氧区还原环境的制约,具有在缺氧区富集的特点。缺氧环境对RSE分布的影响超过了元素的粒控效应,从而使研究区RSE的分布呈现出典型的氧化还原环境效应。

灭菌处理对不同氧化还原环境下含硫煤矸石中污染物释放的影响

为评价微生物在不同氧化还原环境下对含硫煤矸石中污染物释放的作用,通过设置氧化处理、氧化灭菌处理、还原处理和还原灭菌处理4组处理方式对煤矸石进行连续浸提实验,并测定0、1、3、6、9d后各处理煤矸石浸出液的pH、电导率(EC)、氧化还原电位(Eh)、总溶解性固体(TDS)、金属离子(Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+)和阴离子(SO2-4、F-)等特征污染指标。结果表明:氧化环境下,灭菌处理能抑制煤矸石氧化酸化,提高煤矸石浸出液的pH,降低浸出液EC、TDS,并明显降低煤矸石浸出液中Fe3+的溶出浓度,对Mn2+、Cu2+、F-和SO2-4等特征污染离子的溶出也有一定的抑制效果,且随着浸提时间的延长,这种抑制效应日趋加强;而还原环境下,灭菌处理却在一定程度上减弱了还原环境对煤矸石中污染物释放的抑制作用。综上表明,灭菌与否对不同氧化还原环境下含硫煤矸石污染物的释放有重要影响。因此,可以通过工程手段调控矿山环境中微生物活性或类群,对含硫煤矸石污染进行有效的原位控制或治理。

氧化还原环境对污水土地处理系统的影响

不断变化的氧化还原环境,使污水土地处理系统具有了对污染物特别是氮及有机物的独特净化机理及良好的处理效果。对污水土地处理系统而言,氧化还原环境是影响甚至控制污水处理效果的一个重要因素。了解不同氧化还原环境中各种污染物的存在状态、转化机理、处理效率,通过有效途径改善土壤的氧化还原环境,有助于提高系统的处理效率,加快实现污水的无害化、资源化。

渗滤液污染地下氧化还原环境与污染物衰减研究

通过土柱实验研究垃圾渗滤液污染地下氧化还原环境的分带现象与污染物的衰减规律。实验结果表明:垃圾渗滤液污染晕中出现了3个顺序氧化还原带,依次为铁还原带、硝酸盐还原带和氧还原带,各带标志性物质Fe3+、NO2-和O2的最高质量浓度分别为14.81、1.41、5.8mg/L;COD与NH4+-N在监测区间内呈现出相似的衰减规律,随距离的增加浓度降低,随时间的推移浓度升高,COD初期最高去除率达76.8%,后期降到50.0%;NH4+-N初期最高去除率达98.1%,后期降到90.2%。

城市尾水外排长江口的氧化还原环境监测及其对重金属Hg,Cr形态的影响分析

2001-2002年对上海城市尾水排放对周边水域的影响进行研究,测量了竹园、白龙港尾水排放口水体的氧化还原电位(Eh),并分析了它对重金属形态及其毒性的影响。结果表明,目前上海市城市尾水水下排放并未改变长江口大水体的氧化还原环境,基本以氧化环境为主。重金属元素Hg、Cr主要以Hg(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)形态存在,尾水外排不会使Cr毒性增加。

华南地区南沱冰期海洋氧化还原环境研究——来自贵州松桃南沱组白云岩稀土元素地球化学的指示

新元古代晚期地球经历了两次"雪球地球"事件,对冰期后埃迪卡拉纪的海洋氧化和多细胞生物的多样化产生了重大影响。然而由于冰期化学沉积岩的缺乏,迄今为止对南沱冰期海洋氧化还原条件了解不多。碳酸盐岩稀土元素地球化学特征能有效地反映其形成时的环境条件,已广泛用于恢复地质历史时期古环境条件。在贵州省松桃地区发现了一套南沱组自生沉积的碳酸盐岩,为探讨华南地区南沱冰期海洋古环境提供了理想的地质材料。该白云岩产于南沱组下部,厚约1.6 m,夹于两套冰碛砾岩中间。采用微钻技术钻取白云岩粉末,稀醋酸溶样,利用等离子体质谱仪(ICP-MS)进行稀土和其他微量元素分析。分析结果显示稀土元素含量较高,ΣREE为(23.0~46.6)×10^-6,PAAS标准化后稀土元素显示Ce的弱负异常或无异常(平均值0.90),可变的Eu和La异常,中稀土富集,Y/Ho比值平均为34.6。白云岩稀土配分特征与现代氧化的海水明显不同,结合样品中高的Fe、Mn含量特征,反映了南沱冰期华南地区表层海水整体处于缺氧富铁的环境,可能制约了冰期后的海洋氧化和多细胞真核生物的演化。

贵州五河南沱组形成的氧化还原环境:地球化学与矿物学证据

新元古代海洋氧化还原条件是影响这一时期生物演化的重要原因,海相沉积物记录的各种地球化学信息是研究古海洋氧化还原条件的主要方式。南沱冰期由于缺乏含铁建造等化学沉积岩及黑色页岩,极大地制约了对这一时期氧化还原环境的研究。本文通过对贵州剑河五河剖面南沱组红色富铁杂砾岩开展沉积学、矿物学和地球化学研究,认为杂砾岩中Si、Al、Fe含量与大陆上地壳组成类似,但Ca、Na、Mg显示显著的亏损特征,反映冰期大陆的氧化风化作用。杂砾岩中的氧化还原敏感元素Mo和U反映出不同程度的富集,其协变趋势指示了铁、锰氧化物在氧化还原分层的海水中的穿梭作用。杂砾岩的红色色调是其中赤铁矿的富集所致,红色富铁杂砾岩在南沱组中的不规则分布表明赤铁矿是同冰期海水中亚铁离子氧化后,经后期脱水形成。该剖面南沱组中流水波痕构造、氧化还原敏感元素Mo和U的富集特征和红色杂砾岩中赤铁矿的形成,反映华南地区南沱冰期极端缺氧的还原环境。

松辽盆地后金沟剖面上白垩统烃源岩氧化还原环境重建

松辽盆地是中国大型陆相湖盆,其上白垩统嫩江组一段(K2n1)和二段(K2n2)烃源岩沉积时期的形成环境一直备受争议。文章选取盆地后金沟剖面为研究地区,通过测定和分析烃源岩中的稳定氮同位素等地球化学指标,重建了氧化还原条件。结果表明,后金沟剖面嫩一段(H层位)和嫩二段(N2层位)具有明显的差异:嫩二段相较嫩一段而言,有机碳(TOC)值偏高、有机碳同位素(δ13Corg)值负偏,而且稳定氮同位素(δ15N)值偏小,一致指示海侵事件发生之后导致嫩二段形成了缺氧环境。结合微量元素比值分析,古生产力参数Ba/Al、Ba/Ca,反映嫩二段具有更高的生产力,这与TOC的含量变化一致;Mo/Al、V/Cr等氧化还原参数表明嫩二段沉积时的水体环境还原性更强,这与δ15N值偏小指示嫩二段形成缺氧环境的结论相符,重建了沉积时期水体的氧化还原环境。研究结果不仅可以预测优质烃源岩的沉积分布,还可以为国内其它湖相页岩沉积环境的研究提供借鉴,为油气勘探提供新的依据。

硅酸盐玻璃中铁的性质研究以及对行星岩浆海氧化还原环境的影响

铁是硅酸盐熔体中最重要的变价元素,对岩浆的物理和化学性质起着重要作用。三价铁和总铁的比例(Fe3+/ΣFe)反映了岩浆过程中的氧化还原状态。Fe3+/ΣFe不仅直接受氧逸度控制,而且还受化学成分、温度和压力的影响。本研究通过实验岩石学的方法探讨硅酸盐熔体中铁的结构变化以及Fe3+/ΣFe与压力之间的关系,进而对早期岩浆海的氧化还原环境进行模拟,从而对早期大气的组成进行制约。Fe3+/ΣFe比值可以通过穆斯堡尔谱以及X-射线吸收近边结构（XANES）进行测量。

不同氧化还原环境对煤矸石污染物质释放的影响

为评价不同氧化还原环境对煤矸石污染物质释放的影响,设置处理1(充氧饱和的曝气去离子水,Eh=229mV)、处理2(煮沸30min的去离子水,Eh=250mV)两种氧化环境及处理3(添加富含有机质的过滤养殖废水,Eh=14mV)一种还原环境的水溶液做浸提剂,对煤矸石进行0～9d的连续振荡浸提试验.结果表明:在浸提初期(0～1d内),煤矸石表面已形成的氧化产物迅速溶出,使得两种氧化环境和还原环境下的煤矸石浸出液pH都迅速降低,EC、Eh及多种溶出离子浓度迅速升高,但还原环境下煤矸石浸出液中Cu、F-浓度变化不显著,且还原环境下浸出液中其他离子虽有上升但显著低于氧化环境下.随浸提时间延长(1～9d),两种氧化环境下煤矸石浸出液pH继续降低,浸出液中Fe、Mn、Cu、Zn和SO2-4、F-多种污染物质溶出数量明显增加并呈现典型的持续氧化产酸过程;而还原环境下煤矸石浸出液的pH随时间延长降低不明显,Fe、Mn、Zn等污染物质溶出数量显著低于两种氧化环境下,Cu和SO2-4的释放也受到明显抑制.说明还原环境能有效抑制煤矸石氧化产酸及多种污染物质的溶出,且显著低于氧化环境.因此,在煤矸石堆场投加有机质形成还原(厌氧)环境可进行矸石污染的原位控制及治理.

长江口及其邻近海域表层沉积物中氧化还原敏感性微量元素的环境指示意义

对长江口及其邻近海域表层沉积物和底层悬浮体中氧化还原敏感元素分布规律和富集特征进行了分析与研究。结果表明氧化还原敏感元素在研究区具有明显的"离岸富集"特征,去除粒度效应、陆源碎屑来源组分和有机质的吸附作用等因素的影响之后,氧化还原敏感元素仍显示出在缺氧区的富集。通过同一站位底层悬浮体和沉积物中氧化还原敏感元素含量的分析比较,发现底层水缺氧是导致氧化还原敏感元素Mo、Cd、V等在沉积物中富集的主要原因。Mo、Cd、V等元素的不同富集程度可用来反映缺氧区的缺氧程度。因此,Mo,Cd,V等RSE在长江口外缺氧区及其邻近海域具有氧化还原环境指示意义,可以指示长江口外缺氧区的存在与大体范围,并可在一定程度上用来衡量缺氧区的缺氧程度。U理论上虽然也对环境的氧化还原条件敏感,但由于受陆源碎屑来源组分的影响较大,在长江口外缺氧区的富集并不明显,因此U在研究区不具有氧化还原环境指示意义。

康滇古陆西侧早志留世古海洋氧化-还原环境及优质烃源岩发育模式--以盐源地区CYD2井为例

在系统的地质调查和沉积学、地球化学研究的基础上,以康滇古陆西侧盐源盆地南缘CYD2井龙马溪组为研究对象,探讨早志留世古氧化还原环境、古水文条件、热液影响及有机质富集因素,总结优质烃源岩发育模式,为该区优质烃源岩预测提供基础。研究表明:盐源地区优质烃源岩发育于龙马溪组下部(L1~L3),经历了由初期(L1)滞留程度较高的硫化环境到晚期(L5)较开阔氧化环境的演化过程;且在志留纪早期古海洋遭受了强烈的热液活动影响,表现为轻稀土元素显著富集,Ce略有亏损,Eu显著富集。康滇古陆早期构造演化造成了强烈的热液活动和差异隆升,控制盐源地区龙马溪初期古海洋氧化还原特征及海盆局限程度,与海平面持续上升共同控制了盐源地区志留纪龙马溪期古海洋环境及优质烃源岩的形成和分布。

海洋环境中氧化还原敏感性微量元素的地球化学行为及环境指示意义

依据国内外最新研究成果,初步讨论了氧化还原敏感性微量元素(RSE)Re、Cd、Mo、U、V等的地球化学行为,其中包括海洋沉积物中RSE的来源、RSE在缺氧和无氧海区的沉淀富集机理及其环境指示意义。在此基础上讨论了利用RSE研究氧化还原环境时应注意的一些问题。RSE的沉淀富集机制不尽相同,但具有以下共同特点:①对底层海水的溶解氧浓度敏感。在正常溶解氧条件下,氧化还原敏感性微量元素在海水中呈溶解态稳定存在,而当底层海水处于缺氧或无氧条件时容易发生还原。②当底层海水处于缺氧或无氧条件时,经过沉积物—海水界面过程,受缺氧程度不同的制约,海水中呈溶解态的RSE依次在沉积物中沉淀,出现不同程度的富集。③持续还原条件下,RSE在沉积物中稳定存在;受氧化作用后,容易在沉积物中发生二次迁移和重新富集。不同的RSE其氧化还原电位不同,在氧化还原序列中的位置不同,Re在U之后Mo之前发生还原。因此,RSE在海洋沉积物中的不同富集特征和富集程度可作为还原程度指标研究底层海水的缺氧程度和底质的氧化还原环境。研究RSE的氧化还原环境指示意义,必须对RSE陆源碎屑来源组分进行剔除,同时,还应充分注意到还原沉积区发生氧化后,RSE在沉积物中会发生重新迁移和二次富集。