咪唑啉类缓蚀剂在模拟沉积物层中的扩散行为研究

采用紫外-可见分光光度法(UV-Vis)和动电位极化曲线法研究了三种咪唑啉类缓蚀剂(SOIMS,SOIM和OIM)在模拟沉积物层中的扩散行为。通过SEM(扫描电镜)和压汞法试验对试验前后的模拟沉积物层进行了表征。UV-Vis法试验结果表明:缓蚀剂在溶液中的扩散行为与其水溶性密切相关,缓蚀剂的水溶性越好,其通过沉积物层的能力越强。UV-Vis法试验和动电位极化曲线试验结果表明:随着试验时间的增加,三种缓蚀剂均能通过模拟沉积物层。

海底沉积物层CO_2封存中水合物研究进展

海底沉积物层内CO2封存被认为是缓解全球气候变暖的有效途径,本文介绍了CO2封存时水合物自封机理、水合物形成条件和水合物稳定带范围,描述了水合物生成动力学研究现状,包括成核动力学、生长动力学以及水合物结晶过程驱动力,水合物的成核模型有成簇成核模型、成簇成核扩展模型、界面成核模型、Chen-Guo模型,水合物生长动力学模型有Englezos、Kvamme生长模型、指数增长模型、流体流动模型以及LB模型,水合驱动力有化学势差、温差、吉布斯自由能差、浓度差、压差或逸度差。总结了多孔介质渗透率和孔隙度随水合物成核和生长的演化关系,有KC模型、NR模型、平行毛细管束模型、渗透率下降模型和Morisdis相对渗透率模型,最后介绍了CO2水合实验情况,展望了CO2海底沉积物层内封存与水合物相关的科学问题。

海底沉积物层内CO_2泄漏渗流与水合耦合规律研究

为了探讨CO2在海底沉积物层内的泄漏渗流与水合耦合规律,将Darcy定律与水合物生成动力学方程通过质量守恒方程耦合,构建了描述海底沉积物层多孔介质中CO2泄漏渗流与水合物生成相互影响的动态演化数学模型。采用数值模拟方法研究了不同温度下多孔介质体系中CO2水合物饱和度随时间和空间的变化规律,以及CO2水合物生成对海底沉积物层渗流特性参数的动态影响。结果表明:在海底沉积物层水合区的泄漏口处,CO2水合物生成较为迅速,15a内,由于CO2水合物的生成、生长和积聚,导致近泄漏口处渗透率减小近2个数量级,由初始值1.0×10-12 m2减小到6.5×10-14 m2,有效孔隙度由初始值0.3减小到0.209 5,降幅达30%,形成了超低渗透的CO2水合物盖层;海底沉积物层水合区的温度越低,CO2水合物的饱和度越低,使得更多的游离CO2渗流泄漏入远场,当沉积物层温度为281K左右时,远场处受泄漏影响最小,CO2的饱和度也最低。

东沙海域浅层沉积物硫化物分布特征及其与天然气水合物的关系

对南海东沙海域浅层沉积物中硫化物的含量进行了分析,结果表明,沉积物中硫化物的含量与沉积物顶空气甲烷含量有密切的关系,在存在顶空气甲烷高异常的沉积物岩心中,沉积物中硫化物含量明显高于无甲烷异常的沉积物岩心,且随层位深度的增加,其含量明显增大,存在显著的变化梯度带。碎屑矿物鉴定结果表明,沉积物中硫化物主要以黄铁矿的形式存在。浅层沉积物中高含量的硫化物与天然气水合物分解形成的甲烷流有直接的关系,反映了下部沉积物中可能存在天然气水合物。

渤海浅层沉积物剪切波速与深度的相关性分析

剪切波速是工程场地地震安全性评价最重要的参数之一。本文应用大量渤海浅层沉积物的剪切波速实测数据,利用最小二乘法通过三种模型探讨了不同土质类型的剪切波速与深度的关系,给出了不同土质类型的剪切波速与深度拟合最佳的统计公式。并与《构筑物抗震设计规范》的推荐公式在某一海域工程场地的测试结果进行对比分析,结果表明:本文所建立的统计公式对剪切波速的预测效果明显好于规范所推荐的统计公式。因此本文所推荐的渤海不同土质类型的剪切波速与深度间的统计公式,可供无波速测试的渤海海洋工程场地借鉴使用。

长江入海口浅层沉积物中典型有机氯农药分布特征

对长江入海口包括江苏启东,上海崇明岛、长兴岛、横沙岛等地区的浅层沉积物中典型有机氯农药(OCPs)的分布情况进行了研究。采用气相色谱-电子捕获检测器进行检测,方法检出限为0.10 ng/g,回收率为62.4%～116.7%,精密度(RSD)为2.7%～8.3%。调查分析结果显示,长江入海口沿岸均存在轻度和中度的OCPs污染,主要检出物总滴滴涕(DDTs)浓度范围为1.22～626.43 ng/g。深度(0～80 cm)采样检测结果表明,研究区表层及深度样品中DDTs均有不同程度检出,浅层沉积物中DDTs在0～20 cm区域占检出总量的58.1%;其次是20～40 cm区域,DDTs占总量的30.8%;40～60 cm区域DDTs占总量的8.2%;60～80 cm区域DDTs占总量的2.9%,即浅层沉积物中DDTs主要集中在0～40 cm区域,部分点位40～80 cm能够检出少量DDTs。本研究提供的数据为该地区OCPs垂直分布提供参考。

海底沉积物层镁阳极化学燃料电池构建及性能研究

研究了一种新型电池结构:海底沉积层镁阳极燃料电池。测试了镁阳极在海底沉积物层的应用性能,研究了组装电池的功率输出,阴、阳极极化性能及长期放电特征。结果表明,电池开路电压1.947 V,电池最大功率密度44.33 mW/cm2,自腐蚀速率(放电电流密度)0.009 mA/cm2,电流密度较大,电位较负,在外接负载条件下长期工作性能稳定。

基于反射法的海底浅层沉积物声学原位测量方法

开展基于反射法的海底浅层沉积物声学原位测量方法研究,针对实际海洋环境中具有分层结构的沙或泥质沉积物,建立了具有粗糙界面的层状介质中球面波的三维反射模型,根据特点优化算法并建立海底沉积物特性参数快速反演方法,设计了海底浅层沉积物声学原位测量装置,该研究结果将为海底浅层沉积物快速实时原位精确观测提供科学依据。

济南地表水浅层沉积物中重金属污染风险评价

本文对2002~2008年济南市地表水体表层沉积物样品进行了重金属元素分析,采用Hakanson潜在生态风险指数法进行了风险评价。结果表明：砷、镉和总铬含量随时间呈增加趋势;铜和铅呈趋于稳定的趋势;富集系数大小顺序为Cd〉Cr〉As〉Pb〉Cu,就平均污染程度而言,所有被测重金属元素富集系数均超过背景值。重金属平均污染程度为中等生态危害。R I顺序为：小清河〉徒骇河〉卧虎山水库〉大明湖〉黄河〉锦绣川水库。说明流域内工业和生活污染源的输入是重金属污染的重要来源。对强生态危害的小清河Cd污染应引起高度重视,避免污染进一步加剧。

南海北部深海浅层沉积物中甲烷生物地球化学过程数值模拟研究

富甲烷浅层海相沉积物中的生物地球化学过程已引起了国内外学者的广泛关注。研究采用数值模拟的方法对"海洋四号区"浅层沉积物中甲烷生物地球化学过程进行定量研究。依据研究区域实际地质资料,使用Mathematica建立起一维反应运移稳态模型。模拟结果认为研究区深层沉积物内赋存有甲烷源,释放的甲烷气以气泡的形式运移至沉积物表层,并造成气泡淋滤现象。气泡淋滤使孔隙水中SO_4^(2-)等溶质浓度在海底以下0~2.8m的范围内保持不变。甲烷气泡在浓度梯度作用下向孔隙水中溶解,溶解通量为160mmol·m^(-2)·a^(-1),溶解甲烷在微生物作用下被SO_4^(2-)氧化,氧化速率为140mmol·m^(-2)·a^(-1)。甲烷通量与氧化速率均远小于水合物脊等甲烷渗漏活跃地区,SMTZ埋藏也相对较深,故推测甲烷源埋藏较深或规模较小,也有可能是良好的圈闭条件阻止了甲烷逸出。作为AOM过程的重要自生矿物,本地区碳酸盐和硫化物矿物沉淀速率都比较低(分别为35mmol·m^(-2)·a^(-1)和70mmol·m^(-2)·a^(-1)),且碳酸盐的沉淀受到了硫化物矿物的影响。

面向城市浅层松散沉积物精细建模的格网水平粒度计算方法研究

格网水平粒度是影响城市地质三维属性模型精度的主要因素之一,但目前尚未得到足够重视。该文提出了一种与城市规划、建设及管理密切相关的城市浅层松散沉积物(沉积层)格网水平粒度的计算方法,通过误差最大化原理分别给出了不同沉积层延展状况下格网粒度的计算公式或经验值,然后综合考虑所有沉积层的权重,确定整个格网模型的水平粒度。利用淮北平原沉积相边界进行验证,证明该方法计算出的格网水平粒度可满足精度要求,可降低格网水平粒度确定过程中的主观性和随机性。

花津河浅层沉积物粒径营养元素特征及对水质潜在风险的探究

河流、湖泊浅层沉积物与水比邻,会直接或者间接影响水质,为探讨花津河浅层沉积物粒径营养元素特征对水体营养元素与环境的影响,测定了花津河不同位点浅层沉积物样品的粒径和相关养分元素指标,分析其对河流水质的潜在影响。结果表明:①花津河浅层沉积物pH为7.6,TC、TOC、TN、TH、TS分别为26.2、18.7、2.5、7.7、2.6 g/kg,其中C/N为10.48,H/S为3.19。浅层沉积物粒径以粉粒为主,占62%~83%,黏粒和砂粒相对较少,但砂粒在不同采样点变化明显;②花津河沉积物OM为29.39~37.24 g/kg,远大于有机污染标准,河流养分状态属中富营养水平,主要受自然水体扰动和外源有机质输入影响,存在潜在的环境风险;③浅层沉积物粒径性状对其养分状况影响较大,沉积物砂粒与TH呈极显著负相关,相关系数达0.68,仅与养分元素中的TS呈正相关;粉粒与TH呈显著正相关,相关系数达为0.62,仅与TS呈负相关;黏粒与营养各项指标均呈正相关,其中与TH呈极显著正相关,与TN呈显著正相关,相关系数分别为0.71和0.54。因此,内河浅层沉积物养分状况及粒径性状可作为水体环境管理的重要潜在指示物。

波罗的海西北部近海区和群岛区纹层沉积物中的PCB和DDT

从波罗的海西北部和斯德哥尔摩群岛采集两个年度纹层沉积物岩心,对其中所含多氯联苯(PCB)和滴滴涕(DDT)的时间趋势进行研究,研究结果表明,纹层沉积物是检测疏水性有机污染物(HOC)时间趋势的有效手段。基于干物质重量,这两个岩心的PCB和DDT含量趋势与所报道波罗的海本体西北部深海生物群内的趋势十分相似,尽管从29世纪70年代以来含量降低的量仅约为深海生物群中降低量之半。这类物质在沉积物中的累积趋势与深海生物群中的浓度趋势并不一致,但与气候相关的侵蚀/再悬浮动力过程密切相关。与波罗的海本体西北部相比,已证实群岛区的总累积速率高出8倍多(分别为885和108g/m^2·a)。因在近海区和沿岸区PCB和DDT含量相似,而且PCB和DDT的埋藏速率与总累积速率密切相关,与近海区域相比,群岛区的污染沉积物埋藏高出好几倍。群岛PCB和DDT的高埋藏量表明,污染物是由外海向群岛输入的。尽管富营养过程引起污染物的清除在波罗的海也可能发生,但自然进程使得该证据变得模糊不清。

巢湖西半湖浅层沉积物元素调查分析

2020~2021年对巢湖西半湖湖区的六个点位浅层沉积物元素进行采样检测并分析得出西半湖湖区的元素分布可分为三类区域,其中南淝河入湖区点位有显著差异,含量变化最大的一类元素为Br、Cl、Zr、Hg、Mn。各采样点位元素含量均高于董铺水库对照点,最高的点位为对照点的33倍。金属污染物元素中Pb和Zn最为严重,超对照点6倍以上。对生态环境危害最大的重金属元素是Cd和Hg,危害程度排序为Cd>Hg>As>Pb>Zn>Cu>Cr。在综合潜在生态危害生态效应方面,各点位潜在生态危害等级为中等。在重金属、类金属的生物效应上,浅层沉积物中Zn、Pb和As对生物可能会产生严重的负面影响。

南海荔湾深水重塑沉积物的静、动力特性

通过大量试验,对重塑后的南海荔湾深水浅层沉积物的静、动力特性进行了研究,得出以下结论:该深水沉积物的液限与塑性指数高,含水率高,天然容重小;其渗透系数比世界其他深水浅层沉积物渗透系数大1-2个数量级,为2.59×10-7cm/s;此类沉积物属高压缩性、中高灵敏的软土,其固结系数约为1.54×10-3cm2/s;依据k0固结不排水三轴压缩试验确定的MohrCoulomb强度参数预测k0固结不排水三轴拉伸强度,预测结果明显小于试验结果;低频循环荷载作用下,该沉积物的不排水循环强度变化规律与一般饱和软粘土的变化规律一致;地震荷载作用下,尽管它不会发生震动液化,但土层中会产生显著的震动累积孔隙水压力,且破坏时的震动累积孔隙水压力将达到上覆有效压力的90%,这表明地震荷载作用下此种深水沉积物的强度弱化与基础震陷可能是比较明显的。

天然气水合物分解对地层和管道稳定性影响的数值模拟

利用ABAQUS有限元程序,对海底管道及其附近地层的应力和位移场随着水合物分解范围逐渐扩大的变化情况进行了数值模拟计算。结果表明,水合物分解对管道、地层的变形和应力分布的影响显著,随着水合物分解范围的扩大,管道和地层的变形显著扩大,管道由小变形逐渐变化为整体倾倒变形,即失稳。在工程设计中,为保证地层中管道的安全,应严格控制管道附近水合物的分解范围。

海洋纹层硅藻席古海洋学与生物地球化学研究进展

海洋大型硅藻的勃发及其在海底的纹层硅藻席沉积代表大规模的有机碳和生物硅输出通量,该生物堆积事件或过程对海洋酸化和全球变暖产生负反馈,因而在气候变化中的地位不容小觑。本文在融入作者研究成果的基础上总结了国内外关于海洋纹层硅藻席的研究现状,认为大型硅藻勃发不能直接和上涌活动相关联,在热带海区一般与成层化相关,在亚热带海区总体上与锋面作用相关。大型硅藻勃发时,表层水不一定贫养,也可以是富养的,也不总是需要借助浮力下沉到营养跃层吸收营养物,可直接吸收海洋表层中的营养物(如风尘溶解来源的硅酸)。大型硅藻通过高的初级生产力吸收大气中的CO_2,尔后在海洋深部降解形成的CO_2在海洋成层化条件下以巨大"呼吸CO_2库"得以封存,代表促使冰期大气pCO_2降低的一种重要机制。海洋纹层硅藻席的保存环境由多种因素制约,可以是氧化的也可以是亚氧化的,因而对用纹层沉积物来指示缺氧底层水条件应持谨慎态度。另外,提出了解释大型硅藻勃发和硅藻席形成机制的新模式"风尘触发硅藻席沉积",极大地促进了硅藻席沉积成因谜团的解决。最后,指出了目前海洋纹层硅藻席研究中存在的问题并阐述了未来可以开展的研究方向。

南海北部晚中新世红绿韵律层成因的矿物学和地球化学约束

沉积物颜色是其物质组成和形成环境的重要标志,对古海洋古环境重建有特殊指示意义。国际大洋发现计划(IODP)368航次在南海北部钻取的U1502站沉积岩心中发现了上百米红褐色-绿灰色韵律沉积层,但其成因不明。为探究其物源和红绿韵律沉积层的成因,我们对该站位岩心样品开展了矿物学和地球化学分析,包括粒度、黏土矿物、常微量元素和Sr-Nd同位素组成、有机碳含量及碳酸盐碳氧同位素组成分析。物源分析表明,U1502站沉积物陆源输入以珠江为主而吕宋次之,红层相对绿层有稍多的吕宋物质贡献。地球化学指标指示红绿沉积层的形成没有遭受热液、冷泉流体的影响,其形成是南海晚中新世构造演化和冰期-间冰期旋回中水体通风、底层水氧化还原环境改变及早期成岩作用共同影响的结果。结合以前南海北部沉积物源研究及沉积物颜色频谱分析,推测红绿层可能分别对应了间冰期-冰期时间尺度。指标重建指示了红绿层分别形成于偏氧化和偏还原的底层水氧化还原环境。自中中新世以来随着吕宋岛弧与欧亚板块碰撞,南海海盆从开放的环境变得相对封闭,其深部通风和氧化还原条件开始呈现典型的冰期-间冰期旋回模式。红层对应了间冰期高海平面时期南海深层水通风良好、水体偏氧化的沉积环境,而绿层则指示了冰期低海平面时期南海层化加强、水体偏还原的环境。不同的氧化还原条件控制了早期成岩作用中致色含铁自生矿物如赤铁矿的形成与转化,最终引起沉积层颜色韵律变化。

枕状层——种新型的地震岩？

近年发现一种称为“枕状层”的新型软沉积物变形层，经研究原先是一套砂屑石灰岩质的浊积岩。该变形层显示出具有平坦的上平面和下平面，而且有砂中装砂的现象。枕状层同球状和枕状构造有些相似，曾有人认为它们是因脱水作用而形成。通过分析，大概可有三种解释，即超载、滑动和地震震动。根据枕状层平坦且未变形的下表面；

碳源对潜流带中氮素迁移转化影响的实验研究

潜流带中反硝化作用是去除硝态氮的主要机制,而碳源则是反硝化过程必不可少的物质之一。为了研究不同碳源的反硝化作用,开展了模拟柱实验,研究潜流带沉积物层中不同碳源(葡萄糖、柠檬酸、腐殖酸及混合碳源)对氮素迁移转化的影响,重点研究了不同含量腐殖酸的影响。结果表明:①混合碳源模拟柱中硝态氮的减少量最多,其次依次为葡萄糖、腐殖酸和柠檬酸;各模拟柱中反硝化作用均强于异化还原作用,说明硝态氮的减少以反硝化作用为主;②腐殖酸含量越高,模拟柱中硝态氮浓度下降越大,随碳源含量的增加,反硝化作用及异化还原作用均增强,但仍以前者为主。