长江水氢、氧同位素组成的时空变化及其环境意义

在2003～2007年间,在长江干流的25个水文站及主要支流的13个水文站系统采样,进行了氢氧同位素研究。观测到的D变化范围为-30‰～-112‰,变化范围为-3.8‰～-15.4‰。从长江源头到河口,不同时期的样品均显示相同的氢氧同位素沿程变化特征。从源头到攀枝花,长江干流的D与逐步下降;而由攀枝花到入海口,D与值逐渐升高。 研究发现,控制长江水的氢氧同位素组成的主要因素是大气降水。长江干流D与值所展现的从攀枝花至河口逐渐升高的趋势就是对流域大气降水的D与变化趋势的响应。长江各支流在氢氧同位素组成上的差别及其对干流的影响也反映大气降水对长江水的制约。 蒸发作用对长江水的氢氧同位素组成也有重要影响。长江源头地处青藏高原,高原湖泊和沼泽星罗棋布。由于气候干燥、日照强烈,湖沼水经过长期的蒸发,盐度逐渐加大,D和18O值也逐渐升高。这些湖水的加入对长江水的氢氧同位素组成也造成一定影响。蒸发作用在枯水期也使洞庭湖与鄱阳湖的D和18O值升高,进而提高长江相关河段的D和18O值。 冰雪融化是影响长江水的氢氧同位素组成的另一重要因素。在长江源头和所有左岸支流的源头,冰川融雪都是重要的水源之一。由于冰川水在氢氧同位素组成上的特殊性,其对河水贡献的大小将影响河水的氢氧同位素组成。 三峡大坝对于长江的水动力体系影响巨大,三峡水库对长江水资源的调控作用有待长期观测研究。从本次的研究资料来看,三峡大坝在丰水期对相应河段的氢氧同位素变化趋势影响不大。但在枯水季节,三峡水库蓄水使下游的宜昌和沙市的水源发生明显变化,导致D和18O值的显著降低。 长江水资源状况及其演变趋势是受到各方面高度关注的重要研究课题。为深入探讨这一问题,需要了解长江水资源的变化与各种气象与水文要素之间的关系,查明大气降水、地下水、冰川水、湖水与河水之间的交互作用。而氢氧同位素示踪技术在这方面可以发挥关键性的作用。由于现有资料有限,目前还无法利用氢氧同位素组成来追溯其气候条件的详细演化过程。但若能在进行系统水文测量的同时,适当开展氢氧同位素测定,将对研究长江水资源状况及其演变趋势大有脾益。     

国外沉积盆地分析研究的新进展

近年来,在沉积盆地分析方面取得了许多新进展,其中在以下几个方面进展最快并在继续发展,它们是:海相碎屑环境;三维相构形;计算机的应用;沉积旋回;海平面变化;盆地模拟;板块构造解释和定量动力地层学。     

临安一次沙尘暴过程影响气溶胶物理化学特性演变的初步分析

文章利用2002年3月29日～4月4日在浙江临安大气本底污染监测站观测的气溶胶粒子质量谱、离子与元素成分的数据,结合TOMS卫星的气溶胶指数资料和轨迹模式,重点分析在北方沙尘暴输送影响期间临安气溶胶质量浓度尺度分布的演变特点以及气溶胶化学成分与不同空气来源的关系。初步分析结果显示,受北方沙尘暴天气影响,临安气溶胶质量浓度、离子、元素浓度有明显的尺度分布演变。这种演变与污染物来源和大气污染物的气粒转化有关。沙尘影响前和结束后临安地区气溶胶主要以细粒子为主(<2.1μm),峰值粒径0.65～2.1μm,而受北方地区的沙尘暴影响,峰值粒径偏移到2.1～3.3μm,且在7～11μm间出现另一个峰值,同时临安气溶胶粗粒子中矿物元素显著增加。从离子成分看,在整个观测期间SO^2-₄与NH⁺₄在细粒子段有很好的一致性,而SO^2-₄,NO^-₃与Ca²⁺在粗粒子段有很好的相关,尤其是沙尘影响期间NO^-₃与Ca²⁺有很好的对应关系,表现出较明显的表面非均相反应特征     

周口店东洞洞穴沉积物的地球化学特征及其环境指示意义

周口店地区的古环境变化研究多数研究集中在中更新世时期,而缺乏对早更新世时期环境变化的研究。这主要是由于缺少保存完好的早更新世沉积记录造成的。随着对20世纪80年代在周口地区发现的东洞剖面,发现这是一个保存完好的早更新世剖面,为研究早更新世时期的古环境变化特征提供了良好的研究材料。为了重建早更新世时期的古环境变化特征,利用XRF对东洞洞穴沉积物的主要元素（SiO₂,Al₂O₃,Fe₂O3和CaO）的化学组成进行了高分辨率分析,同时对沉积物中的FeO含量进行了测试。结果显示东洞剖面沉积物的主要化学组成为SiO₂,占41.6%～58.9%,其次是Al₂O₃和Fe₂O3,其含量的变化范围分别为13.69%～29.63%和5.00%～9.81%。Al₂O₃和Fe₂O3在剖面上与SiO₂含量成明显的镜像变化关系,显示出Al₂O₃和Fe₂O3对沉积物中SiO₂含量的稀释作用。另外,Fe₂O3与Al₂O₃在剖面上具有很好的相关性,表明Fe₂O3主要富集在富铝的矿物中。从元素含量在剖面的上分布看,东洞剖面的化学组成发生3次大的波动,主要表现为SiO₂和FeO含量增高,而Fe₂O3与Al₂O₃含量的减少。这3次波动分别出现在剖面的15.3～14.6m,11.0～9.9m和8.40～7.84m深度处。在3次化学组成的波动出现的同时,指示沉积物风化程度和温度变化的Si/Al（SiO₂/Al₂O₃）和FeO/Fe₂O3比值也发生了明显变化,比值增高,指示了3次大的干冷事件。另外,在剖面上部（10.00～7.84m,即第2次事件以后）SiO₂/Al₂O₃和FeO/Fe₂O3比值变高且波动频繁,表明自第2次干冷事件后沉积区的环境变得不稳定,逐渐向冷干气候转变。东洞剖面的地球化学记录（SiO₂/Al₂O₃和FeO/Fe₂O3）与泾川黄土剖面的粒度曲线具有较好的对比性,支持了东洞剖面记录的环境信息与黄土沉积记录的环境变化具有一致性。通过与泾川粒度曲线的对比发现,东洞剖面记录的3次干冷事件在时段上分别对应于黄土-古土壤序列中的L26,L15和L13。     

陕西秦岭翠华山泉水化学成分研究

为了研究泉水化学成分特点和在一年内的变化,文章利用pH-电导率自动记录仪对陕西秦岭翠华山地区两处泉水化学成分进行了每月2次的观测,并进行了水化学分析。翠华山泉水中HCO-3含量在76.27～152.55mg/L之间,Ca_²⁺含量在14.48～26.92mg/L之间,Mg²⁺含量在4.46～4.89mg/L之间,K⁺含量在0.60～2.75mg/L之间,Na⁺含量在0.93～1.09mg/L之间,这些成分的特点是含量低。泉水pH值在6.98～5.69之间,夏秋季低于该区雨水的pH值,具酸性特征,这是该区地层主要由片麻岩构成决定的。从1月到11月,水秋池村泉水pH值和电导率呈现由大到小再到大的变化规律,引起这种变化的主要原因是夏秋季土壤CO₂含量比冬春季高,泉水在夏秋季流动过程中吸收了较多的CO₂。翠华湖西泉水pH值和Ca²⁺,Mg²⁺,K⁺,Na⁺离子含量比水秋池泉水高,从1月到11月Ca²⁺,Mg²⁺,K⁺,Na⁺离子含量变化与水秋池泉水变化相反,这应当是两个泉水的来源不同或在流动过程中遇到了酸碱性不同的土层和地层造成的。翠华山地区泉水化学成分变化是易于观测到的规律性很强的变化。     

相山铀矿田邹家山矿床成矿流体氢氧同位素地球化学特征

<正>相山铀矿田是我国最大的火山岩型铀矿田,在我国铀矿地质领域占有重要地位。前人在不同时期对相山矿田的成矿特征进行了一系列深入研究,取得了丰硕的成果(苏守田,1982;张树明,2003;李子颖,2006;黄锡强,2008;邱林飞,2012;郭建,2014)。本文在前人工作的基础上,通过相山矿田邹家山矿床成矿三阶段脉石矿物氢氧同位素     

江西南部地区第四纪冰川遗迹

李四光教授于三十年代初,在江西庐山发现第四纪冰川遗迹以来,迄今在江西其他地区甚少有古冰川遗迹的报道。1976年笔者在工作区内,见到了不少古冰川遗迹,大约分布在东经114°50′至116°34′和北纬25°45′至28°间。它对于揭示江西南部地区第四纪冰川孕育及发展规律,提供了实际资料。     

关于时间域激电二次场的计算问题——评D.帕特拉的三篇文章

D．帕特拉于1972、1973和1977年,相继在《GeopysicalProspecting》上发表了三篇文章^[注1]。在第一篇文章里,提出了在时间域中求解激发极化法去极化电场E_p和视充电率m_a^[注2]的方法,并对层状地层推导了相应的计算公式。     

江苏宁镇山脉仑山灰岩的新认识

“仑山灰岩”标准地点在江苏南部句容县的仑山。1933年,俞建章在研究“仑山灰岩”中的头足类动物群时,曾指出:“仑山灰岩”的时代应属于早、中奥陶世。1935年,李捷等在系统研究宁镇山脉地质时,对“仑山灰岩”重新进行划分,把上部含鞘角石(Vaginoceras)动物群的灰岩归入中奥陶统,称汤山灰岩。     

贵州龙动物群产出层位碳氧同位素研究

贵州龙动物群是二叠-三叠纪大绝灭后海洋生态系统辐射发展阶段最晚期的典型代表,为了解其古环境信息,对贵州省兴义地区顶效及周边产地开展了精细剖面测量,采集碳酸盐岩进行了全岩碳氧同位素测试。测试结果显示：泥麦谷剖面δ¹³C值分布范围-6.3‰~2.6‰,δ¹⁸O分布范围在-5.7‰~-1.2‰;谢米剖面δ¹³C值分布范围在-4.5‰~2.5‰,δ¹⁸O在-5.7‰~-1.2‰;坝尾剖面δ¹³C值分布范围在0.5‰~2‰,δ¹⁸O在-6.4‰~0.1‰;顶效剖面δ¹³C值分布范围在-4.3‰~2.1‰,δ¹⁸O在-7.3‰~-2.5‰。根据碳氧同位素数据相关性分析显示泥麦谷、谢米、坝尾剖面的同位素值受后期成岩作用影响较小。在泥麦谷、谢米及顶效贵州龙动物群产出层位下段均出现明显的δ¹³C负异常,与低水位时期海洋生物快速死亡密切相关,也与火山作用存在一定的联系。由于顶效剖面受后期成岩作用影响,笔者利用泥麦谷、谢米及坝尾剖面δ¹⁸O数据对兴义地区古海水温度进行了恢复,结果显示温度分布在19~27℃,平均为23℃左右,说明当时属于温暖气候环境。     

南黄海、东海陆架及冲绳海槽北部 沉积物的10 Be和9 Be记录*

文章讨论了南黄海泥质区、东海陆架及冲绳海槽北部表层沉积物和柱状岩芯中¹⁰ Be及⁹ Be含量的水平和垂直分布,并与重金属Pb的分布进行了比较。表层沉积物中的¹⁰ Be,⁹ Be和Pb三者表现出完全不同的分布特征。¹⁰ Be的分布主要受黑潮及其支流黄海暖流所支配; ⁹ Be的分布受黄河陆源物质输入的影响,主要集中在南黄海泥质区; Pb则主要分布在长江口和琉球群岛附近,反映了人类活动的影响。冲绳海槽北部末次冰期和全新世时¹⁰ Be的沉积通量变化在整体上反映了¹⁰ Be大气生产率的变化,即地球磁场屏蔽效应的影响。03孔全新世时¹⁰ Be的沉积通量 (1.12×10⁹atoms/cm²ka)基本上等于¹⁰ Be的现代大气平均生产率,而在末次冰期时平均为4.06×10⁹atoms/cm²ka, 高于¹⁰ Be 的现代大气平均生产率3倍以上。在冲绳海槽由于黑潮的缘故,¹⁰ Be对气候的变化响应要比极地冰芯的¹⁰ Be变化响应灵敏的多,对气候变化信号起了放大的作用。冰期时冲绳海槽北部¹⁰ Be的沉积通量远远高于太平洋大洋海区,充分反映了黑潮的传送带作用和边缘海的聚焦沉积作用,并表明末次冰期时在千年尺度上黑潮仍流经冲绳海槽,且强度并未减弱。 ¹⁰ Be的通量在新仙女木时降到整个岩芯所跨时期的最低点,甚至低于¹⁰ Be的现代大气平均生产率,因此推测在新仙女木事件时,黑潮的变动特别大,有可能改向或断流。     

Chebyshev逼近滤波器在位场分离中的应用

在对经典FIR数字滤波器的设计方法进行研究的基础上,提出了一种可以用于位场分离的基于Chebyshev最佳一致逼近原理的FIR滤波器的设计方法。在理论模型实验中,采用基于Hanning窗的低通滤波器计算出的区域异常最大误差为6.266×10^-6 m/s² ,均方差为2.115×10^-6 m/s² ,最大百分比误差为22.2%,而且计算点在±9 km以外的误差均大于10.1%。而利用最佳一致逼近原理分离出的区域场和局部场与理论异常值拟合得较好,曲线基本重合。分离出的区域异常最大误差为3.101×10^-6 m/s² ,均方差为0.989×10^-6 m/s² ,最大百分比误差仅在边部的几个数据上,为7.76%,其余各点的误差均小于4.1%。实例检验中将该方法用于孙吴—嘉荫剖面布格重力异常场的分离,分离出的区域场中局部场残留少,分离彻底,效果较为理想。     

《沉积地球化学应用讲座》(五)

在一定温度下,硅质岩的氧同位素组成是水介质氧同位素组成的函数(δ¹⁸OSiO₂=δ¹⁸O_水+A,在一定温度下A为常数),而水介质的氧同位素组成在又是盐度的函数(δ¹⁸O_水=BS+C,S代表盐度,B、C是常数)。因此,根据硅质岩的氧同位素组成可以推断形成介质的盐度,进而判别形成环境类型。     

我国西南地区氮沉降量不同的森林小流域中土壤自然15N丰度的分布特征

稳定性同位素¹⁵N自然丰度法近年来在生态系统氮素循环研究中发挥了和正在发挥着极为重要的作用。在森林生态系统中,自然¹⁵N丰度值是氮循环转换的综合结果,被有的研究者用作生态系统氮饱和状态的指示指标。在本研究中,我们测定了我国西南三个典型森林小流域的植物和土壤的自然¹⁵N丰度值,并进行了比较。植物的自然¹⁵N丰度值的变化范围为-5.0‰~2.7‰,土壤自然¹⁵N丰度值的变化范围为从有机层的 -6.9‰增加到矿质土壤的6.9‰,这些值的变化范围和温带森林生态系统的自然¹⁵N值的变化范围没有明显的区别。在土壤表层,鹿冲关和铁山坪的自然¹⁵N丰度值是明显低于雷公山流域的。在缺氮的鹿冲关流域,土壤表层低的¹⁵N丰度值表明了该流域比较封闭的氮循环状态,而在氮相对饱和的铁山坪流域表层土壤并没有出现¹⁵N富化,这可能是由于大量¹⁵N贫化的氮沉降输入的结果。这些结果表明,土壤的¹⁵N丰度值在我国西南部并不一定能单独作为森林生态系统氮饱和程度的指示指标, 但土壤和植被的δ¹⁵N值对于理解当地森林生态系统的氮循环具有一定的意义。     

自制氢化物发生装置与电感耦合等离子体质谱仪联用测定地质样品中的稀散元素锗和碲

铌、钽在氢氟酸介质中能够形成稳定的溶液,使用耐氢氟酸进样系统的电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)有利于提高分析的准确性。本文采用模块化的小罐型、多罐体组合(70罐/组)酸溶罐体的微波消解溶样模式,结合ICP-OES仪器的耐氢氟酸进样系统,建立了测定铌钽矿中铌、钽的分析方法。本方法加快了酸溶的溶样速度,溶样时间从原来的48 h减少至1 h,且在氢氟酸介质中测定,避免了高含量铌、钽在低酸度介质中容易水解的影响。方法检出限为铌5.58 μg/g,钽5.87 μg/g。本方法应用于测定铌钽精矿(19%Nb₂O₅,27%Ta₂O₅)的分析结果与碱熔方法一致,能够测定Nb₂O₅含量在42 μg/g~19%和Ta₂O₅含量在86 μg/g~27%高低品位的铌钽矿,尤其对于铌、钽在百分含量以上的铌钽矿具有优势。     

冀北东坪金矿床深部-外围的构造-蚀变-流体成矿研究

冀北东坪金矿田是我国首次在碱性杂岩体内发现的金矿床,曾被认为是与碱性岩有关的金矿床。近年来年代学数据表明,东坪-后沟一带金矿的赋矿碱性杂岩体形成于海西期,而成矿却主要发生在燕山期。金矿床严格受构造裂隙控制,构造-蚀变-流体成矿作用显著,钾长石化是最重要的蚀变。由未蚀变岩石向矿体和断裂带中心方向,典型的构造-蚀变-矿化分带依次为:0-原岩(二长岩、正长岩)带,I-微斜长石化带,II硅化绢云母化微斜长石岩带,III碎裂微斜长石岩带,及IV断层泥。从0带到III带,Au含量增加,Ag、Cu、Pb、Zn、Mo也略有增加。东坪金矿构造-蚀变-矿化阶段可分为4个:Ⅰ钾长石-石英脉阶段;Ⅱ黄铁矿-白色石英阶段;Ⅲ多金属硫化物-烟灰色石英脉阶段;Ⅳ晚期碳酸盐阶段。深部中段各阶段脉石英的流体包裹体研究表明, 在I、II、III阶段均发育富CO₂包裹体。第Ⅰ阶段钾长石石英脉L-V型包裹体均一温度(Th)为220.3~359℃,盐度1.1%~3.1% NaCleqv;H₂O-CO₂型包裹体Th在346.5~383.5℃。第Ⅱ阶段黄铁矿白色石英脉中L-V型包裹体Th范围是217.2~372.5℃,盐度在1.1%~5.7% NaCleqv;H₂O-CO₂型包裹体Th在241.2~396.7℃,盐度为2.2%~6.2% NaCleqv。第Ⅲ阶段的烟灰色石英脉中L-V型包裹体Th范围为158.2~350.5℃,盐度在0.7%~5.5% NaCleqv;H₂O-CO₂型包裹体Th范围在215.2~378℃之间,盐度范围在3.0%~6.0% NaCleqv。第Ⅳ阶段晚期石英脉L-V型包裹体Th范围为151.2~249.8℃,盐度在0.9%~8.3% NaCleqv。矿区外围转枝莲矿段的II阶段白色石英脉中包裹体的Th范围为220~416.2℃,III阶段烟灰色石英脉的Th范围为195.3~425℃。富金石英脉形成于中高温(＞300℃,可达400℃以上)、中深压力(70~160MPa以上)条件下。其成矿背景、热液蚀变、矿物共生组合及流体性质与典型的造山型金矿有一定的差别,归属于"与侵入岩有关的金矿床"更合理。     

地球物理异常的分区与分类

在进行区域物探工作时,为了解决填图、构造分区和矿产预测等问题,常常需要将地球物理场的异常进行分区和分类。利用图象识别的有关分法实现综合标志的分区与分类,能够把这一工作引向定量分析的阶段。图象识别又分为“学习”的和“自学的”方法。但无论是需要在已知标准体上进行“学习”的识别方法,还是“自学”识别的方法,都在不同方面提供了新的解释结果。文中还以承德一沈阳和江苏等地为例,阐明了图象识别的方法在区域物探资料解释中的有效性。     

C/M及TCE初始浓度对有机-矿物质复合体中有机质的吸附行为影响

有机污染物在有机-矿物质复合体上的吸附行为,是直接影响有机污染物在地质环境中迁移、转化及归宿的重要因素。为研究有机-矿物质复合体的形成及对有机污染物的吸附机理,以蒙脱石和腐植酸分别模拟地质吸附剂中的粘土矿物和有机质,制备成不同有机质含量与粘土矿物比率(C/M)的有机-矿物质复合体,对TCE进行吸附批实验。实验结果表明,腐殖酸与蒙脱石结合后提高了有机-矿物质复合体的界面疏水性,同时两者之间的相互作用也可能使得复合体中部分腐殖酸变的更加紧密,从而在一定程度上影响了整个固相介质的吸附行为;源腐植酸的K_om值为0.587 1 L/g,形成有机-矿物质复合体后K_om值均大于源腐植酸,随着复合体中C/M值的增加K_om值变化较小;TCE初始浓度的高低影响K_om值,以液相初始浓度500 μg/L为分界线,在低浓度段K_om值随着浓度的增加而减小,在高浓度段K_om值随着浓度的增加基本趋于稳定,此时TCE初始浓度对有机-矿物质复合体吸附行为的影响较小。     

黄土高原西段表层土壤有机碳储量及时空变化规律

黄土高原表层土壤有机碳在土壤碳循环中具有重要地位,通过土地质量地球化学调查获得的黄土高原甘肃省境内表层土壤有机碳数据,总结了表层土壤有机碳在不同土壤类型、土地利用方式及地形地貌中的分布特征,分析了研究区土壤有机碳密度与全国其他典型地区的差异,并与全省第二次土壤普查成果进行了比较。结果表明:在不同土壤类型中有机碳密度呈灰褐土>高山草甸土>黑钙土>栗钙土>红黏土>灌漠土>灌淤土>黑麻土>黑垆土>黄绵土>灰钙土>风沙土的分布趋势;在不同土地利用方式下土壤有机碳密度呈林地>建设用地>耕地>园地>草地>未利用地的分布趋势;在不同地形地貌单元间土壤有机碳密度呈塬面>梯田>坡地>沟道的分布规律。黄土高原西段表层土壤有机碳密度在全国各典型地区最低,为1.87 kg/m²;有机碳储量为78.56 Mt,较1990年增幅10.54%,近年来土壤有机碳储量呈不断上升趋势。     

安徽马头斑岩型钼铜矿床蚀变带常量元素迁移规律及其定量计算

文章对安徽马头斑岩型钼铜矿床花岗闪长斑岩体和粉砂岩在矿化蚀变过程中常量元素的迁移规律进行了探讨。马头矿床元素质量迁移计算结果表明,在钼铜矿化蚀变过程中常量元素均发生不同程度的带入带出,迁移规律明显。在花岗闪长斑岩中,从钾化带、绢英岩化带到青磐岩化带,均为带入的常量元素有K₂O、CaO、SiO₂、H₂O⁺,而Na₂O明显带出,说明矿化与去钠化、钾长石化等蚀变密切相关。在粉砂岩中,蚀变岩明显带出的有Na₂O、CaO、MgO、Fe₂O₃、H₂O⁺等,而且黄铁辉钼矿化粉砂岩在常量元素的迁移程度远比青磐岩化粉砂岩大。马头矿床成矿系统质量变化定量计算结果表明,花岗闪长斑岩和粉砂岩系统的质量变化整体上表现为净带入与净带出,且净带出量大于净带入量,因此马头矿床成矿系统总体上是净带出的,即马头矿床钼铜矿化产出在元素总体负异常体系中。该项研究成果为揭示矿化蚀变过程中元素的作用机制提供了线索,并且可能成为深部成矿潜力定量评价的有效途径之一。