海洋细菌对稀土元素铈的富集矿化过程研究

采用从深海沉积物样品中分离培养的海洋微生物,分别进行几种海洋细菌(Jeotgalibacillus sp.,Paenisporosarcina sp.,Sulfitobacter sp.)对稀土元素Ce的富集成矿过程的模拟实验。实验过程中利用ICP-MS、SEM、TEM等分析测试手段考察了微生物与稀土元素的相互作用过程。结果表明,三种海洋细菌对稀土Ce都有吸附富集作用,海洋细菌吸附富集稀土元素Ce的效率主要与细菌密度和稀土元素浓度有关,不同的海洋细菌对稀土元素的富集能力也有所不同。海洋细菌吸附富集稀土Ce并矿化的过程中,稀土元素Ce首先被吸附在细胞表面形成成核点,随后在细胞表面被矿化形成含稀土Ce的非晶相结构的矿物颗粒。通过考察海洋细菌对稀土Ce的生物成矿过程,进一步探讨了海洋微生物富集稀土成矿的过程和作用机制。

海洋硅藻稳定同位素研究进展

对海洋初级生产力贡献约40%的硅藻,在全球气候与碳循环中扮演着重要的角色。硅藻稳定同位素(δ30Si和δ18O,δ13C和δ15N)测试对象分别为从海洋沉积物中提取的纯硅藻壳体的生物硅和氧及其内嵌有机质的碳和氮。联合运用各种物理分离(去有机质、碳酸盐,筛分,差异沉降,重液浮选以及微池分流重力场流分离技术)和化学纯化技术从沉积物中提纯出硅藻是其稳定同位素古海洋学应用的前提。确定硅藻δ15N两种制样过程(燃烧和湿式消解)中是否分别存在大气N2和非NO3-组分的污染;δ30Si分析中氟化剂使用的避免、制样方法的改进以及MC-ICP-MS对硅同位素分辨能力的提高;δ18O分析中硅藻壳体外层不稳定氧的完全有效去除,是其同位素古海洋学应用范围扩大和精度提高的关键。硅藻δ13C能评估大气PCO2和海洋初级生产力变化;δ15N和δ30Si可定量示踪海洋硝酸盐和硅酸等营养物利用程度;δ18O则记录了海表温度和海水氧同位素组成。硅藻稳定同位素信号单一,受后期改造作用弱,生命效应低,解译针对性强,在两极和赤道少(或缺)有孔虫海区应用广泛。在此基础上,对目前该领域中存在的问题及未来的研究方向进行了阐述。

周口店野外实践教学中如何体现海洋地质特色

周口店野外实践教学是我校海洋地质专业本科教育中的重要环节。本文以笔者的亲身带班为例,从强调"大海洋地质观"、野外路线中的引导、教学方法中的探索、室内总结报告中的强化等几方面论述了如何在周口店野外教学过程中突出"海洋地质"特色,认为要从教学思想、教学手段、教学内容等方面采取措施,全方位帮助学生建立"大海洋地质观"。

辫状河三角洲沉积特征与生长演变规律——水槽沉积模拟实验研究

辫状河三角洲是一类常见的沉积体系,也是一类常见的油气储层,其沉积特征、沉积演化过程及内部结构一直受到沉积学研究的关注。为明确辫状河三角洲沉积特征、演化过程及生长演变规律,笔者等通过水槽实验模拟辫状河三角洲在平缓的水下底形上逐步发育的过程,并采用三维激光扫描仪、延时拍照等手段进行精准的沉积地貌监测和定量沉积学分析。研究表明:(1)辫状河三角洲沉积演化过程中,三角洲的规模、水流分散样式、沉积体表面地貌特征及沉积物分布样式存在阶段性差异,可据此将实验辫状河三角洲的演化分为3个阶段。(2)在最初阶段,辫状河携带沉积物直接入“湖”堆积并形成朵状河口坝,入“湖”水流无明显的水道化特征,随着朵状河口坝逐渐堆积露出水面,三角洲平原初步形成,平原上河道开始分流并导致后续河口坝转变为连续的弧形坝分布于先期沉积体周缘,这一阶段三角洲平均半径快速增加;进入第二阶段后,三角洲平均半径增速减缓,供给河道进入三角洲平原后形成1~2条主干分流河道与多条次级分流河道,并在主干河道河口区形成弧形的前缘朵体;到第三阶段,三角洲平原面积已经较大,其平均半径增速进一步降低,平原上分流河道的分叉性更强、宽度更小,不同分流河道规模接近并可同时将沉积物输送到三角洲前缘多个部位发生沉积,在同一时期形成多个孤立的小规模的前缘朵体。(3)在整个沉积演化过程中,伴随着三角洲规模的逐渐增大,分流河道的宽度逐步减小、流程变长、分流河道数量逐步增加,三角洲前缘沉积由少量弧形的连续分布朵体转变为多个孤立分布的小规模朵体。(4)在第二、三阶段,分流河道表现为多个侵蚀—回填的自旋回演化过程,形成了多套自旋回沉积复合体。(5)辫状河三角洲前积层存在自下而上、由近向远表现为沉积连续性逐步减小、叠切规律逐渐复杂的特性。通过水槽实验揭示辫状河三角洲沉积演化过程及内部结构,可为露头解剖与地下储层研究提供参考。

沉积物中黑碳在古环境古气候研究中的应用

黑碳是指生物质或化石燃料不完全燃烧以及岩石风化所产生的一系列含碳物质连续体的统称。其特殊的物理化学性质可对全球气候环境造成显著影响,如加剧温室效应、影响水文循环和碳封存;由于其具有较为稳定的化学性质以及燃烧前后碳同位素分馏小的特征,又使黑碳作为一种载体被应用到地质时间尺度火历史与植被演化重建工作中。通过对黑碳的特征、来源、循环、在沉积物中的提取方法及其在不同时间尺度古环境重建中的应用进行评述,提出了目前黑碳记录在古环境重建中存在的一些问题,如黑碳的降解转化过程对黑碳沉积的影响,以及黑碳年龄具有滞后性,沉积物中黑碳来源及沉积过程的复杂性,地质时间尺度黑碳参与碳循环的角色仍不明确等。另外对未来研究进行了展望:相对于陆地土壤、湖泊、河流、冰川等载体,海洋沉积物中黑碳的研究工作还非常缺乏。自1966年以来,深海钻探计划、国际大洋钻探计划、综合大洋钻探/发现计划航次及我国自主航次在全球海洋获取了大量高质量沉积岩芯,为未来利用黑碳研究新生代以来构造、气候、植被、火乃至人类活动之间的相互作用提供了可能性。

北太平洋大洋钻探研究进展——古海洋与古气候

北太平洋作为全球大洋环流的重要组成部分,在高低纬间热量和物质的传输与再分配方面起到重要的调控作用,进而影响到地球气候系统。基于过去50多年来的大洋钻探工作,前人在北太平洋地球科学的研究上取得了一系列的成果。本文回顾了北太平洋古海洋和古气候方面的研究进展,包括:(1)东亚夏季风和西部边界流演化,以及其对高低纬热量、水汽的传输;(2)北太平洋中层水和深层水的性质变化、分布范围和驱动机制,以及冰期旋回中水体垂直交换作用的气候响应;(3)风尘输入对亚洲内陆古环境的反映,及其对北太平洋生产力的铁肥效应。尽管前人针对上述科学问题都开展了相应的研究工作,但目前在对北太平洋上述几方面的认识上仍然存在着分歧。基于对前人研究的总结概括,本文最后提出了未来北太平洋研究的关键科学问题,强调了多圈层、多系统角度对深入认识过去地球气候系统变化的重要性,并对未来大洋航次开展的理想靶区进行了展望。

不同构造环境下蛇纹岩化作用的对比——以西南天山和北祁连造山带为例

蛇纹石含水量约为13%,是地球上重要的含水矿物,广泛分布于洋底、俯冲带、弧前等环境。同时,海水、俯冲带衍生流体中的活动性元素(B、Li、As、Sb、Pb、Cs、U、Sr、Ba)也可随蛇纹石化作用而富集在蛇纹石中。因此,蛇纹石可以作为流体和流体活动性元素的载体参与不同的地质过程。然而,不同的构造环境有不同的温度压力、水岩比值、流体性质、氧化还原条件。不同环境下的蛇纹石化作用,不仅会形成不同种类的蛇纹石(例如利蛇纹石,叶蛇纹石),也有可能会导致蛇纹石的元素富集特征不同,这就需要进一步研究流体活动性元素的地球化学行为和元素富集特征。基于对世界范围内不同环境蛇纹岩数据资料的整理分析,结合西南天山和祁连山两个典型造山带的蛇纹岩样品,我们发现深海蛇纹岩与俯冲带蛇纹岩,B、Ba、Cs表现出不同的富集特征:①深海蛇纹岩具有明显更高的B元素含量,可能反映了B在低温下更容易进入到蛇纹岩中;②俯冲带以及弧前环境下形成的蛇纹岩由于可能有沉积物的输入,Ba、Cs的含量相对较高。这一结论有助于以后通过蛇纹岩的元素地球化学特征反演其相对的构造环境。

海南岛西部近岸海底沙波几何参数及其与环境变量的关联性分析

在发育复杂海底沙波的海域,对整个海域沙波几何参数空间分布规律的定量研究较为少见,且沙波复杂几何参数与环境变量的关联性尚未厘清。基于海南岛西部实测水深数据、沉积物粒度数据和流速数据,量化和提取了研究区的环境变量;并利用沙丘参数自动提取和分析方法计算了复杂海底沙波的形态参数,分析了沙波几何参数之间及其与环境变量的相关性。结果表明:研究区海底沙波形态特征复杂多变,平均波长范围为64~340 m,平均波高为0.39~4.13 m。波高与陡峭度、背流面平均角度存在强正相关性,波长与对称度之间存在强正相关性,沉积物中值粒径与背流面平均角度和波高之间存在较强正相关性。研究区海底沙波的发育特征受水深的影响较小。潮流作用下沉积物运移方式以推移质运移为主,海底沙波受到的侵蚀作用较弱;沙波演化以垂向生长和迁移为主,沙波波高增长优先于波长增大。在稳定潮流背景下,区域沉积物供应以及沉积物粒度均能影响海底沙波的规模。

晚新生代西太平洋古海洋环境演化过程与机制

晚新生代西太平洋通过水文循环和碳循环两类关键过程,对区域乃至全球气候变化产生深刻的影响。本文从上新世以来西太暖池及其主流系演化、晚第四纪北太平洋中层水演化和白令海峡开合、第四纪中国东部陆架环境演化以及新生代亚太沉积物源-汇过程与碳埋藏等方面,综述了西太平洋古海洋环境演化过程与机制。上新世以来西太暖池与印尼贯穿流的演化过程伴随构造运动而阶段性地发生,但其在轨道时间尺度上演化的细节过程并不清晰,尚未形成系统性认识。北太平洋中层水以及白令海峡开合等关键高纬过程在冰期旋回中发生了显著变化,并与低纬过程之间存在遥相关。第四纪中国东部陆架环境演化主要受控于海平面变化以及与低纬过程相关联的热量与物质传输,在此背景下,中国东部陆架形成了富有机碳的泥质沉积体系。构造隆升和亚洲季风驱动下的亚洲大陆与邻洋的沉积物源-汇过程具有显著的碳汇效应,可能在大气CO_(2)浓度(P_(CO_(2)))冰期旋回和新生代气候变冷中发挥重要作用。就西太平洋古海洋环境演化过程与机制中若干关键科学问题开展深入和系统研究,不仅可为建立气候变化的低纬驱动理论提供支撑,也可为更好认识我国陆架环境变化规律以及碳汇潜力提供科学依据。

东海内陆架泥质区中全新世环境敏感粒度组分的地质意义

尝试恢复了中全新世东亚冬季风表现出的太阳活动以及ENSO周期变化。通过对东海内陆架泥质沉积区EC2005孔进行粒度分析以及AMS碳-14测年,对高分辨率敏感粒度资料揭示的中全新世近700 a（距今5.2~5.9 ka）东亚冬季风记录与GRIP冰心氧同位素记录的气候变化进行了对比,良好的对应关系说明,东亚冬季风变化与格陵兰冰心揭示的古气候变化有某种内在联系,期间东亚冬季风的增强得到了良好的区域性响应,同时又具有全球性背景。中全新世东亚冬季风具有明显的周期变化,主要表现为62,11 a的太阳活动周期以及与现代ENSO周期相似的6,5 a周期。东海内陆架EC2005孔泥质沉积物揭示的中全新世东亚冬季风变化与格陵兰冰心氧同位素记录的良好对应说明两者有相似的发生机制,可能是太阳活动以及古ENSO对全球气候系统的影响所致。

南冲绳海槽7000aB．P．以来基于长链不饱和烯酮指标的古海洋生产力变化及其与气候的关系

古生产力的精确重建对于了解地质历史时期的碳循环具有非常重要的作用,高分辨率有机地球化学记录在重建古海洋生产力上有独到的优势。基于17个AMS14C年代分析数据,本文分析了冲绳海槽南端MD05-2908孔(24°48.04′N,122°29.35′E)沉积柱状样中的长链不饱和烯酮含量以及物质通量,并结合沉积物有机碳同位素数据恢复评价了南冲绳海槽古海洋生产力的变化。结果显示近7000aB.P.以来南冲绳海槽古生产力存在着显著波动。将海洋古生产力指标与全新世ITCZ南北移动记录的对比分析,发现其变化与ITCZ的南北移动有密切的关系,一方面ITCZ南北移动影响陆源物质的输入,从而改变海洋营养物质的供应状况,造成生产力的高低变化;另一方面,ITCZ南北移动所造成的陆源物质输入冲淡了海洋生产力输入对沉积有机质的贡献,因此在高陆源物质影响区单用生物标志化合物相对有机碳的丰度评价古海洋生产力存在着一定的不可靠性。此外,通过与高纬度气候记录的对比发现,南冲绳海槽海洋生产力的低值变化与北半球高纬度地区的气候冷事件基本一致,显示出高低纬度气候环境变化之间的强相关性。

渤海海峡海域灾害地质研究

渤海海峡是黄渤海物质交换的通道,地质环境复杂,存在多种灾害地质因素。通过高分辨率浅地层剖面资料精细解译,结合前人研究成果,系统研究了渤海海峡海域的主要灾害地质的分布规律及其与环境演变的关系。研究表明,渤海海峡海域灾害地质类型复杂多样,包括潮流沙脊、潮流冲刷槽、浅层气、埋藏古河道、活动断层、不规则基岩等,它们在分布和成因上既有区别又有联系。晚更新世以来的渤海海峡海域的构造运动与"海侵-海退-海侵-海退-高水位"的沉积环境演变,共同决定了该区域海洋灾害地质的发生与发展。研究圈定了海底灾害地质类型及浅埋藏灾害地质类型的分布规律,对渤海海峡海域未来的工程建设和防灾减灾提供了理论基础。

湿碱消解-等离子体发射光谱法测定海洋沉积物中的生物硅

利用湿碱式化学提取技术和电感耦合等离子体发射光谱仪,优化样品碱式消解方法,确定仪器最佳工作条件,建立了测定海洋沉积物中不同含量级别生物硅的方法。结果表明,仪器检出限为0.724μmol/L,方法检出限为0.942μmol/L。用于测定硅酸盐-硅溶液成分分析国家一级标准物质(GBW08648和GBW 08649,标准值分别为50.0μmol/L和100.0μmol/L),测定值分别为(49.888±0.275)μmol/L、(99.578±0.651)μmol/L,相对标准偏差为0.443%、0.527%;对于不同生物硅含量级别海洋沉积物样品的平行、独立测量,其相对标准偏差<8.9%。方法快速、简便、准确,可满足古海洋学不同时空尺度气候和环境分析的应用。

从层序地层学到地震沉积学:三维地震技术广泛应用背景下的地震地质研究发展方向

随着三维地震采集、处理、解释技术水平的提高及其广泛应用,在高精度等时层序地层格架内利用三维地震的属性切片技术刻画沉积体的三维几何形态及其沉积演化过程,已成为地震地质研究越来越受到关注的一个研究方向,并逐渐衍生为一门新的学科──地震沉积学。地震沉积学的应用一方面要充分理解地下沉积体宽厚比的"不均衡性",另一方面又要客观辩证地评价地震沉积学对于"薄层"沉积体的分辨能力。陆相地层地震沉积学应用要比海相地层复杂,陆相地震沉积学研究应该形成其自身的特点和技术方法体系。地震沉积学应用的关键是建立高精度等时层序地层格架、以正确的沉积相模式为指导及精细标定地震属性的地质含义,要强调多学科、多因素、多技术手段的联合应用与约束。

海底松散沉积物声学性质原位测量实验研究

分析研究了国内外海底松散泥沙的声速和声衰减系数测量的研究现状,并据此研制了海底表层沉积物声速声衰减系数原位测量系统。利用原位测量系统分别在实验室和海滩对不同粒度的沉积物进行了测量分析,得到了不同粒度沉积物的声速和声衰减系数。数据分析表明,沉积物的声速和声衰减系数与沉积物的粒径有密切的关系,粒径越粗,声速越高,声衰减系数越大。通过沉积物声学性质研究,可以开发海底浅层沉积物声学性质原位测量技术,提高相关海洋调查的速度和效率。

KSS31 M型海洋重力仪动态性能的分析

采用海上实测数据对KSS31M(SN 036)海洋重力仪的阻尼延迟时间和可靠性做了分析,提出采用船只机动转向时重力数据和定位数据、厄特渥斯值的响应时间差来确定在该海况和仪器滤波系数时重力仪的阻尼延迟时间。得到的2级海况滤波系数下的阻尼延迟时间为60 s,比厂方提供的理论值更接近实际。本方法有助于提高海洋重力测量的精度。同时重力读数与厄特渥斯值变化的相位和振幅吻合,表明KSS31M海洋重力仪具有很高的可靠性和准确性。

西太平洋边缘MIS6期以来钙质超微化石的氧同位素记录及其古海洋学意义

对西太平洋边缘不同纬度带的WP7、Ph05-5和Z14-63个柱状岩心进行了超微化石氧同位素分析。结果表明,MIS6期以来这3个岩心中超微化石δ18O值都呈现明显的冰期-间冰期旋回变化特征,冰期δ18O平均值重于间冰期(Z14-6岩心倒数第二次冰期旋回除外),这与冰期时表层海水温度低于间冰期相对应。MIS6—1期超微化石δ18O平均值从WP7岩心到Ph05-5岩心再到Z14-6岩心依次变重,对应于3个岩心所在海区位置年平均SST依次降低。同一岩心样品中浮游有孔虫温跃层种Neogloboquadrina dutertrei δ18O平均值重于超微化石δ18O平均值,这与超微化石和浮游有孔虫N.dutertrei δ18O值各自所代表的不同水层温度特征相吻合。MIS6期以来从WP7岩心到Ph05-5岩心再到Z14-6岩心,超微化石与浮游有孔虫N.dutertrei δ18O平均值之间的差值越来越小,这与3个岩心所在位置上部水体扰动越来越强对应。WP7和Ph05-5两个岩心中超微化石和浮游有孔虫N.du-tertrei氧同位素差值与超微化石下透光带属种Florisphaera profunda百分含量变化特征共同表明MIS6期以来西太平洋暖池核心区和西菲律宾海黑潮源区的温跃层间冰期比冰期深。

自动电位滴定仪测定海洋沉积物中碳酸盐百分含量

基于容量法原理,探讨了海底沉积物中碳酸盐的自动电位滴定法,配合tiamo软件,自动计算并输出测定结果。该法简单快速,且可以批量测试,经深海沉积物等国家标准物质验证,结果与标准值相符。对同一样品进行7次测定,其结果的相对标准偏差小于0.9%。该方法应用于西菲律宾海岩心MD06-3050的部分样品,测试结果与ICP-OES方法得到的结果具有一致性,该方法再现性良好,准确可信。

澳大利亚古季风演化过程、主要控制因素及其海洋生物生产力效应

新生代以来澳大利亚板块向北漂移了~20°,气候也随之发生了明显改变,即其北部逐渐进入了热带辐合带的影响范围,与亚欧大陆间的联系越来越紧密。上新世时印度尼西亚贯穿流的流通性受到限制,这可能直接促成了澳大利亚季风的形成。海洋沉积记录显示,澳大利亚气候的季节性特征最早出现于~3.5 Ma,而现代意义上的澳大利亚季风则形成于~2.4 Ma。第四纪阶段的澳大利亚季风表现出明显的轨道周期:冰期(间冰期)时夏季风减弱(加强),其演化主要受控于北半球日射量、东亚冬季风的跨赤道作用、表层海水温度与海平面高度变化。在更短的时间尺度上,末次冰期以来的澳大利亚季风则具有与北半球高纬度地区典型气候事件相似的千年周期,大致表现为:北半球的丹斯伽阿德—厄施格尔(Dansgaard/Oeschger)暖期对应着澳大利亚夏季风强度的减弱,而北半球的海因里希(Heinrich stadials)与新仙女木(Younger Dryas)冷事件时澳大利亚夏季风增强。但马来群岛不同地区的上述古气候记录之间存在差异,这可能与区域性因素的影响有关。季风降水的千年尺度变化与热带辐合带的位置密切相关,且其相位变化与同纬度的非洲和南美洲古季风截然不同,明显响应了北半球日射量,这可能与亚洲季风系统的跨赤道作用有关。末次冰期古生产力研究表明,在班达海与澳大利亚西北沿海,澳大利亚季风可以通过影响洋流模式、陆表降水与径流,来控制陆源物质向海洋的输送、海水结构的稳定性以及表层海水过程,进而影响海洋生物生产力。

琼东南盆地陵水研究区海底地质灾害类型、分布和成因机制

琼东南盆地陵水研究区位于西沙海槽北部的陆架边缘和陆坡区,地质灾害广泛分布。利用三维反射地震数据,在琼东南盆地陵水研究区识别了海底滑坡、麻坑、丘状体、流体管道、天然气水合物(BSRs)、活动断层等海底地质灾害体,并分析了各类地质灾害体的地震反射特征和分布规律。结合区域构造和沉积演化过程,分析了地质灾害体的成因机制。研究表明,灾害体的分布面积总计超过2000km^2,各类灾害体相互叠置。构造断层活动、充足物源供给和海平面变化是导致该地区海底地质灾害广泛分布的重要原因。第四纪晚期高沉积速率导致陆架边缘和陆坡区沉积了较厚地层,有机质丰富,为水合物成藏提供了潜在气源。陆坡区的滑坡主要分布在加积层序较发育的陡坡区。在陆架边缘和滑坡不太发育的陆坡缓坡区,超压流体释放形成流体管道、丘状体和麻坑。高沉积速率、埋藏的古滑坡和区域的构造不稳定性是诱发超压流体释放的重要因素。