南海神狐海域Site 4B沉积物地球化学特征及其对甲烷渗漏的指示意义

前人对Site 4B站位海底浅表层沉积物的研究显示该站位历史上可能存在甲烷渗漏事件。为研究该站位的甲烷渗漏历史,分析了Site 4B站位柱状沉积物的元素地球化学特征,及沉积物中Mg/Ca和Sr/Ca比随深度的变化规律以及自生碳酸盐矿物的分布特征。元素相关性分析表明:研究区Ca、Sr等碳酸盐相关的元素极有可能来自于与甲烷渗漏有关的自生碳酸盐。结合沉积物的粒度特征,认为Site 4B站位在15.78 ka B.P.之前泥火山活动造成甲烷渗漏,且甲烷渗漏速率具有增大—减小的周期性变化特点。研究站位在24.15 ka B.P.、27.47 ka B.P.、31.05 ka B.P.具有相对较高的甲烷渗漏速率,且在31.05 ka B.P.达到最大值。研究结果对探明南海北部的甲烷渗漏历史具有重要的意义。     

洞穴次生碳酸盐沉积的Mg/Ca与Sr/Ca比值研究进展——兼论洞穴次生沉积物Mg/Ca与Sr/Ca的影响机制

微量元素是岩溶洞穴沉积中非常重要的一类古气候环境替代指标,为近20年来国内外的一个研究热点。总结前人的研究,主要取得了以下一些重要认识:（1）洞穴上覆土壤 和围岩是洞穴次生碳酸盐沉积Mg、Sr的主要来源;（2）Mg/Ca与Sr/Ca能够指示气候环境变化,但需结合其它指标综合考虑。（3）洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca受多种气候环境因素（包括土壤和围岩的组成和性质、水-岩相互作用、先期碳酸盐沉积、分配系数等）影响,其古气候环境指示意义具有多解性;（4）矿物结晶作用对Mg/Ca与Sr/Ca有一定的影响,特别是文石在向方解石转变的过程中容易丢失Mg、Sr,此外,杂质的混入也将抑制Mg、Sr进入方解石,从而引起洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca比值的变化。今后应进一步加强对石笋中这些微量元素的影响机制研究,尤其是对一些影响因素与微量元素含量变化之间的定量关系进行探讨。      

Mg/Ca比对微生物成因的碳酸盐矿物种类和形态的影响

研究Mg/Ca比对生物成因的碳酸盐矿物种类和形态的影响是研究各种含镁方解石形成机理的关键。本文在Mg/Ca摩尔比分别为1、2、4、6和8的条件下进行了为期55d的硫酸盐还原细菌诱导碳酸盐矿物形成的实验,利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了Mg/Ca比对碳酸盐矿物种类和形态的影响。实验结果表明:①Mg/Ca比与矿物的种类之间存在密切的关系。在Mg/Ca摩尔比较低(1和2)时仅形成高镁方解石,在Mg/Ca摩尔比为4时,形成的矿物组合为含镁方解石+高镁方解石,在Mg/Ca摩尔比为6和8时,矿物组合为高镁方解石+单水碳钙石+钙白云石;②Mg/Ca比影响矿物的生长速率。Mg/Ca比越高,晶体生长速率越快;③Mg/Ca比明显影响矿物的形态。随着Mg/Ca比的增大,矿物的形态有如下发展规律:哑铃形→花菜状→光球状→刺球状。这些研究结果将有助于探讨制约含镁碳酸盐矿物种类和形态的机制。     

南海西部海底巨型麻坑活动性示踪研究

南海西部陆坡海域海底广泛发育麻坑,其规模和数量在世界范围内均属罕见,但关于它们目前的活动特征尚不清楚。通过对西沙隆起西南部麻坑区采集的两根沉积柱样孔隙水SO^2–4、K^＋、Mg^2＋、Ca^2＋、Sr^2＋以及溶解有机碳（DIC）含量随深度的变化特征的研究,揭示麻坑内与硫酸根消耗有关的生物地球化学过程,并推断麻坑目前的活动状况。采集于麻坑外的C9柱样SO^2–4浓度变化整体呈向下凹的形态降低,减少的硫酸根是被有机质硫酸盐还原作用消耗。采集于麻坑内的C14柱样SO^2–4浓度梯度呈现明显的三段式变化,0.00-0.66 m内SO2–4浓度变化主要受有机质硫酸盐还原作用控制,0.66-3.70 m受有机质硫酸盐还原和甲烷缺氧氧化共同控制,3.70 m以下部分主要受甲烷缺氧氧化作用的影响。根据C14柱样3.7 m以下孔隙水硫酸根浓度梯度计算的硫酸根-甲烷交接带（SMI）约在14.3 m处,甲烷向上扩散的通量约为0.0144 mol/（m^2·a）。此外,2个柱样沉积物孔隙水的Ca^2＋浓度均随深度明显降低,而Mg2＋浓度略微降低,主要与自生碳酸盐矿物沉淀有关。C14的Mg/Ca和Sr/Ca随深度变化指示该柱样沉积物中自生碳酸盐岩矿物主要为高镁方解石。2个柱样的孔隙水地球化学特征显示目前研究区麻坑活动不活跃, C14麻坑中含甲烷流体发生微弱渗漏,可能处于麻坑活动的衰落期。     

南海北部琼东南海域HQ-48PC站位地球化学特征及对天然气水合物的指示意义

南海北部陆坡琼东南海域是中国天然气水合物勘探最具潜力的区域之一。对该海域的HQ-48PC站位沉积物样品的顶空气甲烷含量、孔隙水阴、阳离子及微量元素含量等地球化学特征进行综合分析,结果显示:在硫酸盐-甲烷界面(SMI,Sulfate-Methane Interface)(推算深度约为6.05 mbsf)发生了强烈的甲烷厌氧氧化反应(AMO,Anaerobic Meth-ane Oxidation),主要表现为SO24-含量线性降低接近于0、CH4含量发生骤增、有机碳和黄铁矿含量达到最大值及形成一个"钡锋"等特征。在SMI之上,HCO3-浓度随深度的增加呈明显上升的趋势,Ca2+、Mg2+、Sr2+等离子浓度随深度的增加呈降低的趋势,Mg2+/Ca2+比值随深度的增加呈明显增加的趋势,自生碳酸盐矿物以方解石为主;在SMI之下,HCO3-浓度随深度的增加呈缓慢下降的趋势,Ca2+浓度变化不大,Mg2+、Sr2+浓度和Mg2+/Ca2+比值随深度的增加呈降低的趋势,自生碳酸盐矿物以白云石为主。沉积物孔隙水的PO34-和NH4+含量较高,它们随深度的增加呈明显升高的趋势,且这种变化趋势与SO42-含量的下降趋势大致呈镜像关系。这些地球化学异常特征与国际上已发现有天然气水合物地区的地球化学特征相类似,暗示该采样站位深部沉积物中可能赋存有天然气水合物藏。     

海南岛东部海域滨珊瑚Sr/Ca比值温度计 及其影响因素初探*

文章采用全谱直读等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的方法测定了1986~1996年海南岛东部海域滨珊瑚的Sr/Ca比值,建立了该海域月分辨率的Sr/Ca海水表面温度计方程:SST(℃)=170-16 (mmol/mol),n = 133,r=0.80,p=0.01, 此与韦刚健等在西沙海域建立的温度计方程:SST(℃)=169-16.7 (mmol/mol)一致,这表明南海中、北部海域也出现有相似的微量元素温度计。此外,文章还分析了在某些年月份SST的实测值和计算值出现的显著差别,探讨了可能造成的海洋气象环境因素。     

南海东北部岩芯沉积物磁性特征及对甲烷事件的指示

在甲烷渗漏海域,沉积物磁化率通常表现出异常的低值特征,这与硫酸盐-甲烷转换带（SMTZ）内甲烷厌氧氧化反应（AOM）的发育而导致的自生矿物的形成作用有关。通过测定南海东北部Site DH-CL11、Site 973-2、Site 973-4三个站位400个岩芯沉积物样品的磁化率,并结合三个站位自生黄铁矿丰度和硫同位素等数据探讨了南海北部天然气水合物潜在区沉积物磁化率的变化特征及其对甲烷渗漏事件的指示意义。结果表明:在甲烷异常渗漏海域,上涌甲烷与下渗硫酸盐在SMTZ内发生AOM反应生成了大量的HS-,造成亚铁磁性矿物大量溶解,同时生成大量顺磁性自生黄铁矿,导致沉积物磁化率的异常降低;但是,在HS-不足时,铁硫化物黄铁矿化不充分,会优先生成胶黄铁矿,进而出现二次磁信号。在天然气水合物潜在海域,沉积物磁化率的异常特征可以反映下部甲烷通量的变化,从而指示下伏天然气水合物藏演化,因此能够成为探测天然气水合物藏的一种间接有效的手段,将有助于我国南海北部海域天然气水合物的勘探。     

利用小半径粉晶相机测定钙镁碳酸盐矿物的含镁量

白云石和方解石是分布很普遍的造岩矿物,尤其在沉积地层中更属常见。镁方解石是现代碳酸盐沉积物和某些海洋生物介壳的一种常见矿物。一般说来,区分白云石与方解石是比较容易做到的。但是,要确切地回答一块白云岩样品是由典型的白云石(Ca/Mg克分子比值接近于1)还是由富钙白云石矿物(Ca/Mg克分子比值大于1)构成的,则比较困难。     

鲕粒原生矿物识别及对海水化学成分变化的指示意义

鲕粒是碳酸盐沉积过程中一类非常特殊的颗粒类型, 为研究当时的沉积背景、水动力条件、气候环境, 甚至储层特征提供了重要线索。然而, 鲕粒的矿物组成及控制因素问题, 长期受到忽视。组成鲕粒的原生矿物类型在地质历史时期呈周期性变化, 在显生宙表现为三个以文石和高镁方解石占主导的时期以及两个以低镁方解石占主导的时期, 这也被称作“文石海”和“方解石海”时期。原生矿物的组成, 制约着鲕粒的纹层结构、保存程度以及成岩特征, 还蕴含着海水化学成分变化的线索。鲕粒原生矿物识别主要依据:①原生纹层结构;②保存程度;③微量元素浓度, 尤其是Sr-Mg的浓度。文石质鲕粒受文石不稳定性的影响, 原生结构保存程度较差;一般保存有典型的文石残余纹层结构(例如砖砌结构、溶解变形结构以及偏心结构等);在封闭成岩环境下原生矿物为文石质的鲕粒Sr浓度往往大于2 000 ppm;纹层结构主要为切线状(占主导)和放射状。方解石质鲕粒包括低镁方解石和高镁方解石两种类型:低镁方解石为稳定矿物, 原生结构一般保存良好。尽管高镁方解石也为亚稳定矿物, 但成岩转换后的保存程度好于文石。两者Sr含量一般均低于1 000 ppm, Mg含量一般在0~20 mol % MgCO₃(两者以4 mol % MgCO₃为界)。高镁方解石受成岩作用影响, 在纹层中往往保留有微粒白云石包裹体;海相地层中保存的方解石质鲕粒为放射状或同心-放射状结构。另外还存在一类由两种矿物共同构成的双矿物鲕粒, 可以通过分析两类纹层在结构和保存特征上的差异进行区分。鲕粒原生矿物成分随时间的波动变化受到海水化学条件, 尤其是Mg/Ca比值, 大气二氧化碳分压以及碳酸盐饱和度的控制。Mg/Ca比值的波动决定着鲕粒原生矿物类型的长期变化规律。一些突发性事件可能会扰动(区域)短时间尺度下鲕粒原生矿物的组成, 造成鲕粒原生矿物的转换。通过研究碳酸盐鲕粒原生矿物特征以及控制因素进而了解海水的化学特征, 是独立于古生物学和地球化学分析之外的一种较为可靠的沉积学方法。     

南海北部神狐水合物赋存区浅表层沉积物自生矿物特征及其成因探讨

通过对南海北部神狐海域Site5B和Site4B站位岩心柱沉积物中自生矿物的类型、形貌特点、丰度和稳定同位素特征的研究,探讨了自生矿物的成因机制。研究表明,沉积物中主要发育黄铁矿和碳酸盐类自生矿物。两个站位中发育的自生矿物的丰度、分布位置、晶体形貌和个体大小等存在明显差异,可能与不同站位中甲烷通量和深部构造有关。自生黄铁矿可能是硫酸盐与甲烷等烃类气体或有机质的厌氧氧化作用的产物,极低负值的硫同位素值可能与硫酸盐还原菌和单质硫歧化菌共同参与有关。自生碳酸盐矿物的成因则相对复杂,其形成过程受多种因素的综合影响。碳同位素值未表现出极低负值,可能是甲烷、有机质和正常海水等碳源混合的结果。     

南海台西南区碳酸盐岩矿物学和稳定同位素组成特征——天然气水合物存在的主要证据之一

南海台西南区是中国南海中天然气水合物赋存的最有利场所。研究表明,该区的碳酸盐岩主要以结壳、烟囱的形式出现,结壳的裂隙或孔洞中常常充填有淡黄-白色的文石晶体。碳酸盐岩中自生碳酸盐矿物主要为文石、高镁方解石,少量白云石、铁白云石和菱铁矿。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,文石主要呈针状、长柱状、放射束状,高镁方解石呈颗粒状。碳酸盐岩的碳同位素δ13C值主要在-56·878‰~-32·829‰PDB之间,大多数小于-40‰PDB,显示了生物甲烷成因碳源的特征;氧同位素δ18O值在2·1875‰~5·045‰PDB之间,主要在4‰PDB以上,这种较重的氧同位素比值表明,天然气水合物分解产生的富18O水体可能是碳酸盐岩沉淀的流体源。矿物学和碳氧稳定同位素研究表明,南海台西南区的碳酸盐岩为细菌性甲烷成因碳酸盐岩,可能与天然气水合物有关,显示了该区水合物存在的可能性很大。     

室温常压下 Ca2+-Mg2+-HCO31--H2O 体系的试验研究

世界上很多海域中的现代碳酸盐沉积正在形成,如巴哈马滩、美国的佛罗里达湾、古巴的巴塔诺湾、中东的波斯湾等地,以及丹麦的某些近海地区。产于这些海域中的现代碳酸盐沉积物,其矿物组成主要是文石,其次为镁方解石,纯方解石较少,现代白云石沉积更为少见。我国的现代碳酸盐沉积见于南海诸岛及海南岛的沿海地带。作者曾利用粉晶照相鉴定了采自我国南海二十余种珊瑚、瓣鳃类、腹足类、有孔虫等现代海相生物壳体的物相,发现除有孔虫和海胆壳是由镁方解石构成外,其余生物壳体皆由文石构成。     

Effects of secular variation in seawater Mg/Ca ratio (calcite–aragonite seas) on CaCO3 sediment production by the calcareous algae Halimeda, Penicillus and Udotea– evidence from recent experiments and the geological record

Independent lines of geological evidence suggest that fluctuations in the Mg/Ca ratio of seawater between 1.0 and 5.2 have caused the oceans to alternate between favouring the precipitation of the aragonite and high-Mg calcite polymorphs of calcium carbonate ( m Mg/Ca > 2; aragonite seas) and the low-Mg calcite polymorph ( m Mg/Ca < 2; calcite seas) throughout Phanerozoic time. The rise of aragonite-secreting bryopsidalean algae as major producers of carbonate sediments in middle Palaeogene time, a role that they maintained through to the present, has been attributed to a transition from calcite-to-aragonite seas in early Cenozoic time. Recent experiments on the modern, carbonate-sediment-producing bryopsidales Halimeda , Penicillus and Udotea reveal that their rates of calcification, linear extension and primary production decline when reared in experimental calcite seawaters ( m Mg/Ca < 2). These normally aragonite-secreting algae also began producing at least one-quarter of their CaCO₃ as calcite under calcite sea conditions, indicating that their biomineralogical control can be partially overridden by ambient seawater chemistry. The observation that primary production and linear extension declined along with calcification in the mineralogically unfavourable seawater suggests that photosynthesis within these algae is enhanced by calcification via liberation of CO₂ and/or H⁺. Thus, the reduced fitness of these algae associated with their low rates of calcification in calcite seas may have been exacerbated by concomitant reductions in tissue mass and algal height.     

湘南泥盆系碳酸盐岩中锶的分布特点及其环境意义

湘南泥盆系碳酸盐沉积环境,可分为台地和台盆两大类和六种相类型.250块岩样的分析结果表明,Sr和Sr/Ca×1000的含量比值变化与沉积环境密切相关,即由浅水台地相到深水台盆相,其比值从0.27增至2.37.其原因是由于不同沉积环境中碳酸盐矿物组份不同.影响了锶的分布.因此锶的含量可作为相分析的工具.     

Variation in production,input and preservation of metastable calcium carbonate off Somalia during the last 90,000 years

To improve our understanding of the Late Pleistocene and Holocene carbonate system of the western Arabian Sea a high-resolution sedimentary record off Somalia has been analysed. The 15.26-m-long piston core 905 comprises a complete record of the last 90,000 years. We have measured concentrations of carbonate minerals, i.e., aragonite, calcite, Mg-calcite, and element ratios (Sr/Ca) together with pteropod counts and an estimation of the preservation state of pteropod shells to trace temporal changes in carbonate production and preservation.The Sr/Ca ratio shows strong similarities to the aragonite percentage and the δ¹⁸O record of the planktic foraminifer Neogloboquadrina dutertrei. High Sr/Ca ratios together with fragments of corals found in the coarse fraction indicate that most of the aragonite is of shallow water origin (high-Sr aragonite) and pteropods contribute much less than expected. High resuspensional input of shallow-marine aragonite occurs during sea-level highstands (interglacials) and low input during lowstands (glacials).The Mg-calcite concentration record resembles the whole pteropod abundance and pteropod shell preservation records confirming the use of Mg-calcite in combination with pteropod preservation proxies to reconstruct past fluctuations in carbonate dissolution. Preservation of aragonite and Mg-calcite increases during stadials, H-equivalents, YD and late Marine Isotope Stage (MIS) 3. During late MIS 5/early MIS 4 and in the Late Holocene absence of few pteropods as well as low Mg-calcite weight percentages point to strong dissolution of aragonite and Mg-calcite.     

海相碳酸盐矿物的阴极发光性与其成岩蚀变的关系

引言众所周知,原始的海相碳酸盐矿物为文石、高镁方解石和低镁方解石,但它们对成岩蚀变极度敏感,在大气淡水成岩环境中,文石和高镁方解石都会转变为成岩低镁方解石,同时,原始的低镁方解石也会有不同程度的蚀变。在进行古代碳酸盐岩的沉积环境和古海洋学研究时,往往需要测定岩石中的微量元素及氧、碳、锶等同位素组成,用以判断古海水