冲绳海槽79站位A孔甲烷渗漏影响下的自生黄铁矿及其硫同位素特征

东海冲绳海槽中部79站位A孔发育强烈的甲烷厌氧氧化作用,表层沉积物中发育大量自生黄铁矿沉积.本文开展了该站位自生黄铁矿形貌特征及其硫同位素特征研究,研究发现自生黄铁矿主要以条状、管状以及有孔虫壳体填充状产出.通过铬还原法(CRS)实验提取黄铁矿并测试其硫同位素?34S在?41.20‰~8.92‰V-CDT之间,随着深度增加,黄铁矿硫同位素呈现34S逐渐富集的特征,278 cmbsf(17.18 ka)之上黄铁矿?34S均为负值且稳定在?32.73‰~?41.20‰,278 cmbsf之下?34S出现急剧增大并正偏的特征(?21.49‰~8.92‰V-CDT),对应的黄铁矿含量也出现突增,沉积物总硫含量(TS)则在100 cmbsf突增且在之下地层中相对稳定维持在1.04%~0.55%.278 cmbsf之上,稳定且负偏的黄铁矿硫同位素特征以及降低的TS特征指示了17.18~5.3 ka甲烷厌氧氧化活动的减弱;而之下逐渐增加的?34S特征和黄铁矿含量的增加则表明18.86~17.18 ka期间曾发育强烈的甲烷厌氧氧化活动和甲烷渗漏,18.78 ka时黄铁矿?34S最为正偏,指示了AOM活动此时达到最强烈,SMI的发育层位可能极浅,下覆地层较高的甲烷通量支撑了这一强烈的AOM活动.     

深水页岩黄铁矿特征、形成及意义

作为地球化学硫循环重要的金属载体,深水页岩黄铁矿的形态及地球化学特征记录了沉积环境的变迁.本文将深水页岩黄铁矿分为三大类(自形黄铁矿、草莓状黄铁矿和交代型黄铁矿)和六个亚类.一方面,在微观尺度上,不同类型的黄铁矿指示不同的形成过程及环境:在成矿物质分布均匀的环境中,草莓状黄铁矿通过爆发式成核形成;而自形黄铁矿通常在非均质系统中依附预先存在的“支点”形成;交代型黄铁矿则源于成矿物质对环境中先存矿物的交代.另一方面,深水页岩黄铁矿的同位素特征为追踪其成矿物质的来源、反演地球硫和铁汇的变动提供了依据.深水页岩黄铁矿微量元素含量可以作为沉积水体(以古海洋为主)微量元素丰度的指标,反演大气含氧量的变化.此外,在烃类生成、储集及对页岩储层的预测方面黄铁矿也发挥着重要的作用.     

渐新世以来南海北部陆坡区沉积演化及其对构造的响应

通过对南海北部陆坡下部ODPl148站位沉积物中陆源矿物组分的含量、堆积速率、粒度、石英氧同位素及石英扫描电镜的分析,探讨南海沉积演化及其构造响应.结果显示,根据综合指标的变化特征可将南海海盆的沉积演化划分为5个阶段:扩张初期(34～28.5 Ma)、构造活动剧烈期(28.5～23 Ma)、构造活动减弱期(23～16....     

南海东北部陆坡天然气水合物分解释放成因的有孔虫碳同位素轻值事件

2013年中国地质调查局广州海洋地质调查局对南海北部实施第二次天然气水合物钻探并成功钻获可视天然气水合物实物样品,共有五个站位获取沉积物岩芯.本文对其中的GMGS2-08站位沉积物开展有孔虫同位素分析研究,以了解天然气水合物地质系统有孔虫的碳同位素特征及其对甲烷释放的响应.GMGS2-08岩芯沉积物中顶空气甲烷浓度最高达到39300μmol L~(-1),气态烃δ~(13)C值在-69.4~-72.3‰PDB,明确指示其为生物成因,根据甲烷δD测试结果(-183~-185‰SMOW)可进一步判别为CO2还原型微生物气.同位素分析结果显示GMGS2-08站位所获得的岩芯中共出现5期有孔虫碳同位素轻值事件,有孔虫δ~(13)C值明显低于南海冰期-间冰期的正常变化区间,底栖Uvigerina peregrina出现-15.85‰PDB的δ~(13)C极轻值,浮游Globigerinoides ruber的δ~(13)C值同样低至-5.68‰PDB.电镜扫描发现δ~(13)C负偏层位有孔虫壳体经历后期成岩改造被自生碳酸盐所充填,有孔虫壳体的成岩矿化程度与埋深并不相关.与有机碳的相关性计算表明有机质的厌氧氧化对底栖有孔虫的δ~(13)C组成影响微弱,意味着有孔虫的δ~(13)C异常负偏可能主要来源于甲烷厌氧氧化成因的次生碳酸盐的叠加影响.GMGS2-08岩芯记录中有孔虫δ~(13)C负异常和δ~(18)O正异常的耦合性是地质历史时期研究区天然气水合物分解释放的重要证据.     

南海北部海底沉积物在温度变化下的三种声速类型

研究南海北部海底沉积物温度变化状态下声速性质,得出以下结论:(1) 南海北部海底沉积物具有声速温度正增长(STPIK)、声速温度负增长(STNIK)和声速温度波动(STWK)三种类型,后两种类型在世界其他范围内海域未见报道.(2) 声速温度正增长类型和声速温度负增长类型沉积物的温度变化对声速影响都具有十分显著的线性关系,但是原状样品由于组成不均匀性,增大了声速的非线性变化.(3)南海北部海底沉积物的孔隙度、密度等主要物理参数差异不明显,难以直接解释三类样品的温度-声速性质的不同.(4)对于STPIK类型沉积物,理论分析与实验结果的统一性,可以运用海底沉积物与海水声速比进行校正不同温度状态下的海底沉积物的声速.(5)对于STNIK和STWK类型沉积物,需要深入研究,从理论和实验角度揭开其机理和成因.海底沉积物声速-温度特性研究将为提高南海北部海域天然气水合物声学探测精度和准确度提供声速性质依据.     

大气环境的硫同位素组成及示踪研究

大气SO2和气溶胶硫酸盐是导致大气环境酸化,加剧酸沉降污染的重要因素.由于稳定硫同位素组成的"指纹"特征,硫同位素示踪技术已被广泛地应用到环境领域中的硫循环和硫源解析等研究.本文对浙江中部地区金华市的大气环境进行了连续的观测,并分析测定了大气SO2和气溶胶硫酸盐的硫同位素组成.结果表明,研究区域大气SO2的δ34S值变...     

西沙海域生物礁地球物理特征及油气勘探前景

生物礁是指由造礁生物营造的碳酸盐岩有机建造.生物礁油气藏具有储量大、产量高的特点,是全球重要油气藏类型,也是南海主要勘探对象之一.西沙海域位于南海北部,前人研究成果表明该区自中新世以来具有良好的成礁环境,生物礁大规模发育.本文在西沙海域地质背景进行分析的基础上,以地震资料为基础,以一个典型生物礁为例,综合分析了该区生物礁的地球物理响应特征.首先,生物礁具有典型的地震反射特征:丘状外形、顶界面为强振幅连续反射、底界面连续性变差、内部反射杂乱、两侧有上超、上覆地层披覆;其次阐述了生物礁具有的其它4个地球物理特征:较高的层度速、较的高波阻抗、无明显重力异常、低磁力异常.最后简要分析了西沙海域生物礁的油气地质条件,推测该区生物礁具有较好的油气资源前景,特别是临近生烃凹陷生物礁油气成藏条件最有利.     

黄河三角洲不同气候条件下沉积物中胶黄铁矿的形成

胶黄铁矿的形成和保存可以指示沉积环境的理化特征.对黄河三角洲钓口叶瓣钻取的一根长30.4 m高取芯率岩芯ZK30孔进行了粒度和磁学性质测试,并对提取的磁性颗粒进行了扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析.研究结果表明,该岩芯在浅海相向河湖相转换处(29.4~29.7 m)以及河湖相向盐沼相转换处(26.1~27.1 m)的沉积物,具有显著高于其他层位沉积物的饱和等温剩磁(SIRM)及其与磁化率(x)的比值(SIRM/x),反映了这两层沉积物中存在胶黄铁矿的可能性,这一磁学性质的判断得到了SEM和XRD分析的支持.在河湖相底层处(29.4~29.7 m),沉积物较粗,胶黄铁矿与黄铁矿共存,但分布厚度较薄;而在河湖相顶层处(26.1~27.1 m),沉积物颗粒较细,黄铁矿少见,胶黄铁矿层分布厚度较厚.这一胶黄铁矿和黄铁矿存在方式的差异,反映了不同气候条件和沉积环境对胶黄铁矿赋存的控制.     

南海天然气水合物潜在海域自然铝的发现及其特征与形成机理

Al是非常活泼的两性元素, 但单质形式的自然铝也可形成和保存在特殊环境中, 具有特征的地质意义. 对南海269个表层样、4个柱样(165个层位)的样品进行了碎屑颗粒鉴定和统计, 在5个表层样和2个柱样(3个层位)的样品中发现自然铝颗粒. 自然铝颗粒为灰白色至银白色, 具有强金属光泽和延展性, 其形状呈不规则片状、长条状和球状. 测定的自然铝为等轴晶系, Fm3m空间群, 晶胞参数a值为(4.028~4.059)×10^-1 nm, 主要由Al元素组成(95.07%~99.84%). 研究揭示, 自然铝是海底冷泉环境原地形成的自生矿物, 是一种尚未报道的产出形式, 其形成成因可能是: 在冷泉区强还原和碱性的微环境下, 由于微生物活动和生化酶的作用, 沉积物中的Al³⁺被H₂还原成其单质形式. 因此, 南海自然铝是冷泉环境中的特殊产物, 填补了在冷泉区尚未发现自然铝的空白, 提出的自然铝形成机理为进一步研究冷泉区特殊环境下微生物生物地球化学过程提供了基础.     

中国南海北部陆架区更新世晚期沉积物年代学及古环境研究——以DG钻孔为例

大陆架作为海陆相互作用的关键地区,对于研究大陆的构造演化、海陆变迁、海平面升降以及气候变化具有重要意义。然而由于不同研究方法的局限性,目前对大陆架沉积物年代学及其蕴含地质信息的认识仍然不足。南海是西太平洋最大的边缘海,是全球海洋沉积作用最为活跃的地区之一,也是海陆相互作用最为典型的区域。作为东亚大陆物质的主要沉积区,南海已经受到了学术界越来越多的关注。然而,目前的研究工作主要集中于沉积连续、信号记录稳定但沉积速率较慢、总体分辨率较低的深海区沉积物。相对而言,沉积速率较快、分辨率较高的浅海大陆架沉积为高分辨率年代学和古环境的研究提供了重要的地质材料,但由于大陆架沉积环境动荡导致沉积信号记录不稳定甚至缺失。针对南海大陆架沉积,尤其是对钻孔沉积物高分辨率年代学研究仍相对较少,限制了对南海构造与气候演化过程的认识。为了更好地限定南海北部陆架区更新世晚期沉积物的年代,研究其中蕴含的古环境信息,探讨东亚地区气候变化的驱动机制问题,同时为南海海域活动构造研究提供年代学框架,文中以南海北部DG钻孔为研究对象,在微体古生物化石和碳同位素年龄(¹⁴C)数据的基础上,利用大陆架沉积物磁...     

有孔虫对南海神狐海域细粒沉积层中天然气水合物形成及赋存特征的影响

海域天然气水合物多富集于渗透性较好的粗粒砂层中,而中国南海神狐海域细粒沉积层中却发现了高饱和度的天然气水合物,其高丰度的有孔虫壳体是重要影响因素之一.本文通过对南海有孔虫壳体进行分析和水合物生成模拟实验,从微观角度研究了有孔虫对南海水合物富集的贡献.分别以南海纯有孔虫壳体和南海沉积物作为介质进行水合物生长模拟实验,通过微焦点X射线计算机断层扫描(CT)和扫描电子显微镜(SEM)观测了典型有孔虫的孔隙结构,并在线观测了水合物在有孔虫壳体中的生长和赋存特征.研究结果表明,有孔虫壳体的存在显著提升了沉积物的有效孔隙度,水合物优先生长于较大颗粒的有孔虫房室中,并且主要以在有孔虫壳体内壁附着的模式生长,而细砂粒或泥质沉积物中则未见明显的水合物富集.研究成果可为南海水合物成藏机理和储层物性参数研究提供依据.     

南海北部神狐海域甲烷水合物BHSZ与BSR的比较研究

天然气水合物(主要是甲烷水合物)因其重要的资源、环境意义越来越受人们关注.其在海底沉积物中的稳定存在及分布受温度、压力、甲烷供应量等因素的控制,勘探工作中,经常把似海底反射层(BSR)对应于甲烷水合物的稳定带底界(BHSZ).通过对南海北部地区甲烷水合物BHSZ与BSR的对比研究,我们发现在南海北部部分地区二者并不一致,二者之间的误差较大且呈一定的规律性分布,在神狐地区北部,水深较浅、沉积速率较快,BHSZ与BSR的误差为负,绝对值达192%;而在水深较深、基底为隆起的、沉积速率相对慢的神狐东南部,BHSZ与BSR的误差逐渐过渡到为正值,误差约为45%,我们综合分析了由速度-深度关系、BSR深度处反射时间、海底温度、平均热导率、静水/静岩压力模型、水合物稳定P-T方程等参数、流体活动性等计算参数可导致的的误差范围,最后认为导致BHSZ与BSR之间误差的主要因素可能是对BSR的理论认识上,在南海北部地区地震反射识别的部分BSR对应的可能是游离气带顶界(TFGZ)或古BSR或仅仅是由近水平地层或不整合面封存的含气层,而非传统意义上对应于BHSZ的BSR.而造成BHSZ与BSR规律性分布的基础地质因素则可能为在张裂基底上不同构造部位发育的不同的沉降、沉积过程及其热响应,进而造成不同的甲烷生成量、聚集量以及不同的水合物系统相对沉积物的迁移速率,最后产生不同深度的游离气顶界或不同深度的残留异常"古BSR"或含气层.     

飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱分析硫化物中Pb同位素组成研究

开展了利用飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱进行硫化物矿物中Pb同位素原位微区分析技术研究,采用高温活化活性炭过滤载气中的Hg,使得Hg背景信号降低了48%,进一步降低检出限,分析过程的分馏效应及质量歧视效应校正采用内标Tl和外标NIST SRM 610相结合方式进行.利用研究建立的方法分析了都龙锡锌铟多金属矿带中的黄铜矿、黄铁矿和闪锌矿中Pb同位素组成.结果表明,该矿区不同硫化物矿物间及同一种硫化物不同颗粒间的Pb含量差异可达1000多倍,黄铁矿具有相对较高的Pb含量,而闪锌矿的Pb含量则偏低.高Pb含量的黄铁矿具有变化小且相对均一的Pb同位素组成,而低Pb含量的闪锌矿的Pb同位素组成变化极大,一方面它可能较易受后期热液叠加作用而改变,另一方面由于闪锌矿中铅含量较低,则其中所含微量铀的影响显著加大,因而由铀放射性衰变随时间积累起来的放射成因铅也可能是造成其Pb含量和同位素组成分布范围较大的原因之一.Pb含量高于10 ppm的黄铜矿和闪锌矿颗粒显示了一致的Pb同位素分布,而Pb含量高于100 ppm的所有硫化物颗粒均具有误差范围内一致的Pb同位素组成,且与化学法得到的结果误差范围内吻合,表明本研究方法的数据可靠.本研究还表明,只有Pb含量相对较高的硫化物矿物中的Pb同位素组成才能较真实地记录其成矿物质来源.而Pb含量偏低的硫化物矿物中的Pb同位素组成则可能受样品中微量铀的影响而具有高放射成因铅同位素比值,也可能代表了后期交代流体改造后的Pb同位素组成.     

金属矿物与造岩矿物共存时的溶解度与硫化物金属成矿作用

提出了金属矿物和成岩矿物共存时溶解度的概念及其计算的理论和方法.以铜陵天马山铜金硫化物矿床为例,分别计算了黄铁矿或黄铜矿和石英(砂岩环境)或方解石(灰岩环境)的共存矿物溶解度.计算结果表明,成矿流体流经砂岩并溶解砂岩中的原生黄铁矿最终流到砂岩和碳酸岩界面沉淀的溶解、流动输运和沉淀的成矿机制.     

扬子地台南缘早寒武世黑色岩系中形态硫特征及成因意义

对扬子地台南缘早寒武世黑色岩系中黄铁矿硫和有机硫进行了分析和测试. 结果显示, 其含量和同位素组成在横向和纵向均有明显的变化规律. 靠近陆源区的西部剖面, 样品黄铁矿含量高、有机质含硫少, 剖面从下向上, 前者表现为由高变低; 后者由低变高. 此剖面的硫同位素组成相对较轻, 并且从下向上黄铁矿硫和有机硫均显示不断变重的趋势. 远离陆源区的东部剖面中, 形态硫的富集规律与此相反, 即黄铁矿的数量减少、有机质富集了更多的硫, 尽管两者在剖面纵向上的变化与西部剖面的相似. 东部剖面的形态硫同位素组成明显富集重硫, 并且在剖面中由下向上逐渐变轻. 结合样品的铁含量、有机碳含量数据及岩石学特点, 推断控制黑色岩系中形态硫具如此变化规律的因素包括海平面变化、金属离子(主要是铁离子)供给、大地构造背景及海洋化学特点.     

南海北部末次冰期以来深水沉积物组成及其堆积速率的时空变化特征

通过对南海北部深水断面上MD12-3428(水深903m)、MD12-3433(水深2125m)和MD12-3434(水深2995m)三个岩芯的沉积物成分及其堆积速率分析,研究末次冰期以来南海深水沉积物组成和堆积速率的时空变化特征及其控制因素.研究结果显示,南海北部末次冰期以来的深水沉积物主要由陆源碎屑(59~89%)和碳酸盐(6~38%)组成,并含有少量蛋白石(1.6~9.4%)和有机质(0.7~1.9%).陆源碎屑和碳酸盐的堆积速率分别达到2.4~21.8和0.4~6.5g cm~(–2) ka~(–1)范围,比蛋白石和有机质堆积速率高出1~2个数量级.在末次冰期以来的时间序列变化上,沉积物各成分含量及其堆积速率都具有冰期-间冰期的旋回变化,陆源碎屑、蛋白石和有机质的含量及其堆积速率在氧同位素2期显著增加,而碳酸盐的含量及其堆积速率则呈反向变化或增幅不明显,表明南海深水碳酸盐含量在低海平面时期受到陆源碎屑稀释的影响.在从陆坡向深海盆的空间变化上,陆源碎屑的含量在同时期随水深的增加而增加,但其堆积速率锐减;碳酸盐含量及其堆积速率则随水深的增加而递减;而有机质和蛋白石的含量及其堆积速率随水深增加呈现复杂的变化特征.本文研究认为,南海北部末次冰期以来深水沉积物的组成及其堆积速率受到海平面变化的强烈控制,季风降雨引起的陆源物质供给、海洋初级生产力、以及陆源碎屑和海洋生源物质的相互稀释作用,共同影响了南海深水沉积物的堆积过程.     

南沙群岛海域浅层沉积物物理性质的初步研究

通过对南海南沙群岛海域浅层沉积物的物理性质(物理-力学性质、工程特性、声学参数)的初步研究,揭示了南沙群岛海域的海底沉积环境是制约沉积物物理性质的重要因素,它们之间的关系互相影响.同时给出了沉积物物理学参数之间的相关图解,导出一些经验关系,以利于今后的调查考察和深入研究.     

渤海BH08孔磁学参数变化机制与环境指示

边缘海-陆架区是研究海陆交互作用的理想区域,该区沉积物记录了海平面、气候与构造变化的重要信息.渤海作为我国的内海,前人对该区虽然进行了环境磁学方面的研究,但是受复杂的沉积环境影响,渤海沉积物的磁性变化机制十分复杂,因而需要对该区沉积物磁学性质及变化机制进行深入研究.针对这一问题,本文详细研究了渤海BH08孔岩芯沉积物的磁学性质,结果表明：①沉积物中主要载磁矿物是磁铁矿,部分层位含有高矫顽力的矿物;②岩芯整体磁学性质变化复杂,各项磁学参数变化剧烈,其总体波动与S/Cl值、沉积物红度a^*和深海底栖有孔虫δ¹⁸O相关性较好;③在主要的海陆交替边界层位发现胶黄铁矿,表明是富硫的弱还原环境,而快速变化的沉积环境和较高的沉积速率是胶黄铁矿得以保存的重要因素,因而胶黄铁矿可作为沉积环境发生转变的一种特征矿物.这些新认识为深入开展渤海地区,乃至陆架-边缘海区古环境研究提供了新的思路和方法.     

深时镁同位素风化指标的验证与新解释

沉积岩碎屑组分镁同位素被广泛应用于恢复深时大陆风化强度.现有深时镁同位素风化指标基于风化残余物镁同位素随化学风化强度提高的一阶段风化模式.但是,近期实验与现代风化剖面研究发现了优先利用轻镁同位素的次生黏土矿物,挑战了深时镁同位素指标的理论基础.本研究测试了华南地区晚古生代沉积岩与中国南海沉积物样品的矿物、元素与镁同位素组成.通过对比深时镁同位素风化指标与化学蚀变指数(CIA)、镁损失量和矿物组成等风化指标来验证深时镁同位素风化指标.结果表明,在较高风化强度下镁同位素随风化强度提高而降低,而在较低风化强度下镁同位素随风化强度的提高而增加.该结果表明在不同风化强度下存在不同的镁同位素行为,以往的一阶段镁同位素风化模式无法准确追踪大陆风化强度的变化.结合深时样品数据、现今风化剖面与实验研究,我们建立了三阶段的镁含量-镁同位素风化模型.在风化初期,原生矿物的溶解与次生黏土矿物的形成造成镁含量的快速降低与镁同位素轻微提高.转换阶段土壤底层绿泥石、蛭石等富镁黏土矿物大量生成造成镁含量和镁同位素的跃升.在进阶风化阶段中,具有较重镁同位素的富镁黏土矿物优先风化,造成镁含量与镁同位素的同步降低.     

南海北部琼东南盆地HQ-1PC沉积物孔隙水的地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

HQ-1PC站位位于琼东南盆地中部,对该站位沉积物孔隙水的地球化学分析发现其3～4m处有明显的盐度异常,说明该站位在沉积物浅表层有明显的高盐度流体加入.其他地球化学特征也显示在该深度有一亏损硫酸盐、富含碘的流体加入,这种流体特征与水合物形成时排放的高盐流体相似.在4m以下,HQ-1PC站位则表现出了明显的甲烷厌氧氧化特征,主要表现为浅的硫酸盐还原界限、高硫酸盐通量、高自生碳酸盐沉积等特征,同时在该深度以下碘也表现出了异常高的通量,暗示HQ-1PC站位所在区域具有高的有机质含量,微生物活动强烈,可为水合物的形成提供充足的气源.再结合明显的盐度异常特征,推测在该站位浅表层附近很有可能有天然气水合物生成,水合物在形成过程中排出的高盐流体及散逸出的甲烷气引起了一系列的地球化学异常现象.