全球海水剖面Fe同位素组成的不均一性及其影响因素

全球海水剖面Fe同位素组成存在显著不均一性.对大西洋洋中脊、大西洋近海岸带、东太平洋和西太平洋弧后扩张中心多个站位的海水剖面溶解Fe浓度和Fe同位素组成进行了综合分析,得出以下主要认识:（1）不同区域的海水剖面溶解Fe浓度和Fe同位素组成呈现不同的变化特征,海水Fe同位素的变化趋势与海水溶解氧浓度变化一致,而与海水溶解Fe浓度呈镜像变化关系;（2）不同深度的海水溶解Fe浓度和Fe同位素组成特征的主要控制因素不同.表层海水受到大气降尘、生物作用影响呈现富重Fe同位素特征,受河流的影响Fe同位素组成偏轻;深层海水主要受到深海沉积和海底热液活动的影响,其中沉积物中的非还原溶解Fe导致海水富集重Fe同位素,而受洋中脊热液流体影响的深部海水显著富集轻Fe同位素;（3）将目前已知海底热液溶解Fe通量最小值（0.5 Gmol/a）作为全球大洋的热液溶解Fe通量,利用不同来源的溶解Fe同位素与其通量间的关系估算海底热液对海洋的Fe循环的贡献为~5.5%.由于海底热液流体的Fe通量可能远大于0.5 Gmol/a,因此,海底热液活动对海洋溶解Fe的贡献可能远超过前人的估算结果（6.0%）.      

大气CO_2浓度不致影响气温和海面上升

大气温度因素复杂,现撇开太阳运动、地壳运动、大气环流、大气层下垫面等因素,来看其他因素的作用。1.气温上升,导致海水温度上升,浮游生物活动加剧,加快了碳的同化作用以及CO_2以碳酸盐形式沉积的速度,以致海水CO_2浓度剧降,使大气中CO_2渗于水,几方面作用结果是减低了大气CO_2浓度。2.大气CO_2浓度上升,绿色植物的光合作用加强,抑制了大气中浓度上升的趋势。3.石化燃料的使用,产生大量CO_2和尘埃。大气中尘埃含量的增加,加强了对太阳辐射的散射和反射,使达到地表的太阳辐射减弱,导致整个地表降温。4.水体温度上升,促使海水蒸发,使一部分水由水体进入大气层,导致海平面下     

热水沉积作用的研究历史、现状及展望

热水沉积作用的研究已经历70余年,目前初步统一了热水沉积及其沉积岩的相关概念。按照形成矿物的温度和颜色特征及类型,将热水沉积作用分为白烟囱型和黑烟囱型,前者主要是在较低温度(100～320℃)下形成硅酸盐、硫酸盐等浅色矿物,后者主要在较高温度(320～400℃)下形成硫化物、氧化物等暗色矿物。大陆的热水沉积热液与海洋热液在温度与物理化学性质方面存在明显差异,大陆热水温度比海洋低,变化范围较海洋大;pH均值比海洋高,变化范围较海洋热水小;Na+K离子浓度与海洋接近,Ca离子与Cl离子浓度比海洋高,但它们的变化范围较海洋大。初步建立了一些关于热水沉积的沉积模式,如海底热液对流模式、盆地压实卤水对流模式、洋中脊岩浆热液—海水混合循环对流模式、热液溢流—喷流—溢流模式。由于热水沉积作用及热水沉积岩的分布具有特殊性和局限性,目前的研究程度较低,对热水沉积的化学过程和热力学过程、热流体成因、物质来源、热水沉积分异、热水沉积机理还不十分清楚,有待于进一步深入系统研究。     

森林流域营养离子循环的锶同位素示踪

大气输入与岩石风化是森林系统K、Na、Ca、Mg等营养离子的主要来源,了解二者的输入比率及转化是研究森林流域内物质循环过程的关键.Sr同位素作为Ca等阳离子的有效"示踪剂",已广泛应用于流域内Ca等阳离子来源及其在系统内循环的研究.本文着重介绍了Sr同位素定量模型的建立及其在森林流域营养离子来源识别和循环通量计算研究中的应用.     

鄱阳湖流域水化学特征及影响因素分析

在地球表生系统中,化学风化作用强烈改变着岩石、水体、土壤和大气成分,是元素地球化学循环的最主要驱动力。河水溶解物质主要来源于流域内岩石化学风化,同时受到降水、人类活动的影响。文中通过对鄱阳湖流域河水样品的采集和化学成分分析,结合流域地质背景,研究了河水化学成分特征及其影响因素。结果显示,与20世纪80年代相比,本区河水Cl-、SO24-所占比例显著增高,有逐渐酸化趋势;与世界上其他主要河流相比较,该区Ca2+/Na+、Mg2+/Na+、HCO3-/Na+等比值偏低,反映了较强的蒸发岩溶解及人类活动影响特征。该区河水离子特征主要由岩石风化所控制,降水对该区河水溶解物质贡献率为10.3%,农业生产活动对鄱阳湖水溶解物质贡献率为4.9%,矿山活动对饶河丰水期、枯水期离子总量贡献率分别为8.9%、14.6%。     

希望铀矿床物质来源探讨

希望铀矿床为热液铀矿床。本文中主要探讨了热液中水、铀和∑CO_2的来源。研究表明,水、铀和∑CO_2各有不同的来源:初始热液中的水是花岗岩浆分异出的岩浆水(后有大量大气降水混入);成矿热液中的铀主要取自自云母花岗岩中的活性铀;成矿热液中的∑CO_2主要由煌斑岩岩浆提供。     

晚新生代海洋磷循环模拟

理论分析表明,海水磷浓度控制了海洋自生磷沉积和热液磷沉积通量,并以此调节长尺度海洋磷循环的动态平衡.运用质量平衡原理,研究恢复了控制晚新生代海洋磷循环的各种通量,并据此模拟出海水磷浓度的演化.海水磷浓度演化与碳同位素分馏记录的浮游光合生物生长速度的变化一致,揭示在长时间尺度上,浮游光合生物的生长受海水磷含量控制.1500万年以来,大陆风化磷通量急剧增加,致使海洋磷浓度和磷沉积通量增加.海洋磷浓度增加促进了海洋生物生产力,导致海洋大气中生物气溶胶浓度升高,最终通过气溶胶的直接和间接辐射效应驱动晚新生代全球变冷.     

广西来宾铁桥剖面二叠系生物地球化学信号的解读

二叠纪被认为是全球生物繁盛的重要时期,其大气含氧量、温度等条件和现代地球极为相似,因此,二叠纪古海洋生物和环境的研究对当代环境和气候变化研究具有重要的启示作用。通过分析广西来宾铁桥剖面二叠系的275个海相碳酸盐岩样品的地球化学组成,考察Ca、Mg、Al、Ti及其比值的变化特征,研究它们的生物和环境意义。结果发现,从栖霞组沉积时期到吴家坪组沉积时期,海水中Mg/Ca值总体上呈单调下降趋势,表明海底洋中脊扩张,洋中脊热液循环加快,全球海平面上升;Al/Ti值在栖霞组沉积时期到吴家坪组沉积时期呈现一种起伏式的变化,其中栖霞组沉积中期和茅口组沉积后期表现出与其他时段有显著差异的高值,表明这两个阶段海洋生产力繁盛;在瓜德卢普统—乐平统界线,Al/Ti值低,与玄武岩(Al/Ti值约为6)相近,指示火山活动强烈,为火山活动导致生物灭绝说提供了地球化学新证据。     

地球圈层之间相互作用对白垩纪大洋缺氧与富氧过程的制约

白垩纪诸多地质事件中,以黑色页岩为特征的大洋缺氧事件和以红层为特征的大洋富氧环境尤其引人关注。本文探讨了白垩纪大洋从缺氧到富氧转化的过程与机制,认为上述沉积事件是地球圈层之间相互作用的结果。白垩纪岩石圈剧烈的岩浆活动,是缺氧、富氧事件发生的源动力,水圈、大气圈、生物圈的共同作用是沉积事件发生的结果。具体过程为:白垩纪大规模的火山喷发,改变了海陆面积的对比,并引起地球内部大量热能释放和大气中CO_2气体浓度的升高,最终导致大气温度的升高。海水温度的升高和CO_2浓度的增加导致海洋环境中溶解O_2的降低,缺氧事件随之而产生。同时,海底岩浆喷发在海底产生大量的富含铁元素的基性和超基性岩石,通过海底风化和热液活动,铁元素从岩石圈进入水圈。海水中的铁元素是海洋浮游植物宝贵的营养盐类,其含量的增加可激发浮游植物的大规模繁盛,而这一生命过程可以吸收海水中大量的CO_2,并且产生等量的O_2。随着海水中O_2浓度的不断升高,以富含Fe3+的红色沉积物为特征的海洋富氧环境出现。藏南和深海钻探、大洋钻探典型剖面的数据证实大洋缺氧和富氧发生的韵律性,即缺氧事件之后往往伴随富氧环境的出现。研究认为,白垩纪大洋缺氧和富氧事件是同一原因导致的不同结果,地球圈层相互作用是其根本制约因素。由岩浆活动引起的缺氧事件和同样由其造成的富氧环境,其机制存在明显的差异,前者以物理、化学过程为主,后者除此之外还演绎了更为复杂的生物-海洋地球化学过程。     

I/(Ca+Mg)作为指示碳酸盐沉积氧化还原条件的重要指标:研究进展与问题评述

海水氧化还原条件显著影响真核生物的起源与早期演化,但以往有关早期海水氧化还原条件研究的对象,主要依赖相对深水的细粒碎屑岩沉积(如黑色页岩),而对真核生物集中分布的浅水环境中的碳酸盐岩关注不够且手段缺乏。这显著制约了对真核生物起源与早期演化机理的认识。近年来,有学者提出碳酸盐岩的I/(Ca+Mg)值可作为反映海洋氧化还原条件的重要指标,并将其广泛应用于海相碳酸盐岩的古氧相研究中。该指标的提出主要基于对现代海洋碘组分的观测以及室内方解石合成实验结果:观测结果表明,海水中的碘主要以氧化态(IO_3~-)和还原态(I~-)2种形式存在,随着氧含量的下降(如在氧极小带),氧化态的碘被逐步转换为还原态的碘,且海水中的IO_3~-浓度与海水氧含量大体呈正相关。实验研究证明,IO_3~-可按一定的分配系数进入到碳酸盐矿物晶格中,但I~-则不能。由于IO_3~-/I-的还原势能与O_2/H_2O的还原势能接近,因此I/(Ca+Mg)值是最早响应海洋氧含量下降的指标之一,可用于表征深时(如前寒武纪)次氧化环境中表层海水的氧含量波动。此外,学者们也尝试建立I/(Ca+Mg)值与氧含量之间的半定量关系,如I/(Ca+Mg)值大于0和2.5μmol/mol这两个临界值所对应的海水氧含量。结合大量现代缺氧水体和氧极小带中碘组分与溶解氧浓度相关关系的研究,作者提出I/(Ca+Mg)=1.5μmol/mol为重要的临界值之一,可用于限定初级生产力在表层海水中所能产生的最大氧浓度值(~10μM),并能进一步区分海水和大气的氧化。此外,对I/(Ca+Mg)值的应用进展及潜在问题进行评述,并对可能的发展方向进行展望。     

镁同位素示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程

镁（Mg）作为主要的造岩元素及生物营养元素,是连接大陆、海洋和地球内部循环的重要纽带。碳酸盐岩作为Mg的主要储库,是全球Mg循环的重要组成环节,利用Mg同位素示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程是有效反演深时海水Mg同位素组成（δ26Mg_海水）、恢复全球Mg循环的基本前提。近二十年来,Mg同位素在示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程研究中取得了较大进展:1）不同类型碳酸盐矿物形成过程中的Mg同位素分馏及其影响因素的研究得到完善;2）建立了Mg同位素地球化学模型,对不同白云石化过程进行半定量—定量模拟;3）初步探索了利用Mg同位素反演早期成岩流体体系的方法。以上研究进展为利用碳酸盐岩恢复δ26Mg_海水奠定了理论基础,在选择有效的碳酸盐岩载体恢复δ26Mg_海水时,需充分考虑碳酸盐岩的沉积—成岩过程及其对Mg同位素组成的影响,并适当结合地球化学模型,消除沉积—成岩因素的影响,进而恢复δ26Mg_海水。     

甲烷水合物生成过程中海水常量离子浓度的变化规律

本文自行研制了一套甲烷水合物合成装置,模拟海洋环境甲烷水合物的生成过程,对该过程水合物生成位置、形态、反应时间、环境温压条件进行观测,同时连续测试体系海水中常量离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、C1-、SO42-的浓度及海水盐度,探讨水合物生成过程的温压变化及离子浓度变化之间的关系和离子浓度的变化规律.结果表明,海水中甲烷水合物生成具有很大的随机性,在相同的初始条件下可能有不同的水合物成核、聚集过程;甲烷水合物在生成过程中,耗气量不断增加,孔隙水的盐度和海水中常量阴阳离子的浓度也在不断增加,这种变化具有较高的线性相关性(相关系数为0.9848～0.9950),且不受甲烷水合物生成位置及状态的影响;在水合物生成过程的微环境下耗气量相同时,离子浓度存在细微的差异.这些特征为通过测定海底水合物周围孔隙水中常量离子的浓度初步推算水合物的甲烷耗气量提供了依据.     

川东北地区三叠系飞仙关组白云化流体的Ca/Mg比定量估算

作为川东北地区三叠系飞仙关组天然气气藏最重要储集岩的粒屑白云岩和结晶白云岩的成因始终是沉积和石油地质学家高度关注的研究热点之一.在总结川东北地区三叠系飞仙关组不同类型白云岩形成温度的基础上,通过已有的白云化流体Ca/Mg值和温度之间关系式获得了川东北地区三叠系飞仙关组白云化流体的Ca/Mg值的主要分布范围.结果表明:不同类型白云岩对应的白云化流体具有不同的Ca/Mg值,同时证实了三叠纪海水或与之有关的海源流体、三叠纪海水与大气淡水混合流体的Ca/Mg值都符合在40～130℃区间、甚至更高温度下白云化(白云石沉淀)作用的要求,微晶白云岩和具原始结构的粒屑白云岩可能与地表—近地表的低温、小Ca/Mg值混合流体中相对快速的白云石沉淀作用有关,并形成了相对细的他形白云石;结晶白云岩(包括结构类似的过渡岩石类型、白云石胶结物)可能与埋藏的高温、大Ca/Mg值三叠纪海水或与之有关的海源流体中相对缓慢的白云石沉淀作用有关,并形成了相对粗的自形白云石.白云化流体的Ca/Mg值估算,可望为川东北地区三叠系飞仙关组优质储层白云岩的成因研究提供一些有价值的基础资料.     

I/(Ca+Mg)作为指示碳酸盐沉积氧化还原条件的重要指标: 研究进展与问题评述*

海水氧化还原条件显著影响真核生物的起源与早期演化,但以往有关早期海水氧化还原条件研究的对象,主要依赖相对深水的细粒碎屑岩沉积(如黑色页岩),而对真核生物集中分布的浅水环境中的碳酸盐岩关注不够且手段缺乏。这显著制约了对真核生物起源与早期演化机理的认识。近年来,有学者提出碳酸盐岩的I/(Ca+Mg)值可作为反映海洋氧化还原条件的重要指标,并将其广泛应用于海相碳酸盐岩的古氧相研究中。该指标的提出主要基于对现代海洋碘组分的观测以及室内方解石合成实验结果: 观测结果表明,海水中的碘主要以氧化态(IO₃^-)和还原态(I^-)2种形式存在,随着氧含量的下降(如在氧极小带),氧化态的碘被逐步转换为还原态的碘,且海水中的IO₃^-浓度与海水氧含量大体呈正相关。实验研究证明,IO₃^-可按一定的分配系数进入到碳酸盐矿物晶格中,但I^-则不能。由于IO₃^-/I^-的还原势能与O₂/H₂O的还原势能接近,因此I/(Ca+Mg)值是最早响应海洋氧含量下降的指标之一,可用于表征深时(如前寒武纪)次氧化环境中表层海水的氧含量波动。此外,学者们也尝试建立I/(Ca+Mg)值与氧含量之间的半定量关系,如I/(Ca+Mg)值大于0和2.5μmol/mol这两个临界值所对应的海水氧含量。结合大量现代缺氧水体和氧极小带中碘组分与溶解氧浓度相关关系的研究,作者提出I/(Ca+Mg)=1.5μmol/mol为重要的临界值之一,可用于限定初级生产力在表层海水中所能产生的最大氧浓度值(~10 μM),并能进一步区分海水和大气的氧化。此外,对I/(Ca+Mg)值的应用进展及潜在问题进行评述,并对可能的发展方向进行展望。     

海洋环境Fe同位素地球化学研究进展

Fe是海洋“生物泵”中限制浮游生物生长和控制海洋初级生产力的主要因素之一,也可间接影响大气中CO2含量,反馈于全球的气候变化。近年来基于多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC ICP MS)分析方法的改进及测试精度的提高,应用Fe同位素组成、变化及其分馏机制,为研究海水中Fe的主要来源以及示踪海洋环境中Fe的循环过程等,提供了一个有效地球化学指标,也对示踪地球不同演化阶段的海洋沉积环境变化具有指示意义。较为详细地介绍了海洋环境中不同储库的Fe同位素组成,洋中脊热液流体—玄武岩、海水—大洋玄武岩等水—岩反应影响Fe同位素分馏效应的主要因素及地球不同演化阶段古海洋沉积环境中的Fe同位素变化。认为海洋环境下Fe同位素可以产生较为明显的分馏作用,轻铁同位素具有更易活动、易迁移的特征,并进一步提出不同相态、不同矿物间Fe同位素分馏系数的确定等相关问题仍是今后Fe同位素研究的主要方向。     

广西来宾铁桥二叠系剖面生物地球化学信号的解读

二叠纪被认为是全球生物繁盛的重要时期,其大气含氧量、温度等条件和现代地球极为相似,因 此,二叠纪古海洋生物和环境的研究对当代环境和气候变化研究具有重要的启示作用。通过分析广西来宾铁桥 二叠系剖面的275个海相碳酸盐岩样品的地球化学组成,考察Ca,Mg,Al,Ti 及其比值的变化特征,研究它们 的生物和环境意义。结果发现,从栖霞组沉积时期到吴家坪组沉积时期,海水中Mg/Ca值总体上呈单调下降趋 势,表明海底洋中脊扩张,洋中脊热液循环加快,全球海平面上升;Al/Ti值在栖霞组沉积时期到吴家坪组沉积 时期呈现一种起伏式的变化,其中栖霞组沉积中期和茅口组沉积后期表现出与其他时段有显著差异的高值,表 明这两个时期海洋生产力繁盛;在瓜德卢普统-乐平统界线,Al/Ti值低,与玄武岩(Al/Ti 值约为6)相近, 指示火山活动强烈,为火山活动导致生物绝灭说提供了地球化学新证据。     

蒲阳河流域地下水水化学及同位素特征

保定西部山前地区位于太行山及华北平原交界带,为缓解极端气候灾害对生产生活的影响,维持地下水资源的可持续开发利用,开展相关的地下水水化学及同位素特征研究。研究区地下水化学类型以HCO3—Ca·Mg、HCO3·SO4—Ca·Mg及SO4·HCO3—Ca·Mg为主,区内地下水主要来源于大气降水,流域内地表水补给地下水;地下水中化学成分为Ca2＋、Mg2＋、HCO-3、SO2-4,主要来源于岩石风化作用,同时受到人类活动的影响,地下水中硝酸盐含量明显升高;由于受到褶皱构造的控制,流域的上游及平原区均出现年龄大于60年的地下水,多数岩溶水年龄较复杂,从现代水到大于60年的水均有分布。研究成果为流域内水资源的合理开发利用提供建议,区内岩溶地下水的开发将在一定程度上缓解极端天气的影响。     

乌鲁木齐河源区水体和大气气溶胶化学成分研究

对天山乌鲁木齐河源区采集的大气气溶胶、大气降水、积雪和径流样品中的主要离子(Cl-, NO+-3, SO+2-4, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH++4, 其中降水中未测定NH++4)的测定结果进行分析和讨论. 结果表明, 所测阳离子当量浓度总和为所测阴离子当量浓度总和的2～8倍,认为缺失阴离子主要为HCO+-3,因此, HCO+-3, Ca2+是各种水体及气溶胶的主导阴、阳离子. 在采样时段各种水体中的离子浓度顺序为乌鲁木齐河源1号冰川径流>总控径流>空冰斗径流>降水>积雪, 积雪和降水样品的pH值接近中性,径流样品明显偏碱性. 通过比较不同水体中的离子浓度,了解到干、湿沉积、积雪淋溶对不同水体中离子浓度的改变及影响.     

云南者桑卡林型金矿成矿流体特征及其对Au成矿的指示意义

为探讨者桑金矿床的成矿流体特征、Au的沉淀机制及基性岩浆活动与Au成矿的关系,对该矿床热液成矿期的流体包裹体进行了显微测温研究,并对热液矿物进行了H、O、C同位素分析。结果表明,矿床中包裹体有气液H_2O、CO_2-H_2O和纯CO_2包裹体3种类型,成矿流体温度从早阶段到晚阶段逐渐降低、主成矿阶段盐度高于早晚两个阶段;热液成矿期早阶段成矿流体以岩浆水为主,主成矿阶段为岩浆水和大气降水混合,成矿晚阶段以大气降水为主;成矿晚阶段热液方解石中的碳质主要来自幔源碳的低温蚀变。研究认为,者桑金矿床成矿流体为岩浆水和大气降水的混合流体,Au的沉淀与NaCl-H_2O-CO_2流体不混溶作用密切相关,基性岩浆侵入活动为成矿流体提供热源、H_2O、CO_2和Au。     

典型草原露天煤矿区地下水环境演化机理研究

伊敏露天煤矿位于中国东北部呼伦贝尔草原上,多年来的矿业活动对区域地下水环境造成严重影响,同时也给原本脆弱的草原生态环境带来威胁。文章以伊敏煤矿区地下水为研究对象,对比煤矿开采前（1973年）后（2016年）地下水系统的变化特征,运用流场对比、数理统计、Piper三线图、库尔洛夫式等对矿区地下水流场和水化学场的时空演化规律进行研究,以揭示强烈人工干预下草原矿区地下水与环境的相互作用机制。结果表明:露天煤矿开采活动使矿区地下水原生的还原环境变为氧化环境,煤层中的黄铁矿(FeS 2)被氧化、产酸并引发后续一系列反应,其结果导致矿区地下水pH值降低,总硬度(TH)、SO 2- 4、Fe 2+、Fe 3+、Ca 2+、Mg 2+离子浓度升高;水化学类型由以HCO 3—Na ·Ca ·Mg型为主演化为以HCO 3 ·SO 4—Na ·Ca ·Mg型为主;煤矿开采强烈疏排地下水加速了区域地下水循环速度,使地下水向着淡化方向发展,TDS、COD、Na ++K +等均呈降低趋势。