海洋沉积物微量元素地球化学特征对天然气水合物勘探的指示意义

天然气水合物与资源和全球环境变化等重大科学问题密切相关。前期关于甲烷渗漏区地球化学特征的研究主要集中于浅表层沉积物（＜20 m）,而浅层沉积物（＞20 m）地球化学特征知之甚少。为探讨海洋浅层沉积物微量元素特征与天然气水合物勘探的相关关系,对南海神狐海域沉积物进行了4个站位的钻探取样,分析了样品主、微量元素和有机碳地球化学特征,并采用氧化还原状态以及Mo与TOC相关关系的分析方法进行探讨。结果显示,沉积物主量元素特征主要受到陆源碎屑物质输入的主导,与天然气水合物富集无明显关系。水合物赋存段及附近沉积物中Ba和Mo元素高度富集,存在明显的“Ba峰”和“Mo峰”,主要是由于天然气水合物分解释放大量甲烷产生的硫化环境所导致。因此,沉积物中的Ba和Mo富集特征可作为识别可能存在天然气水合物分布的重要地球化学指标。     

南海典型断面表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布特征及其控制因素

氧化还原敏感元素在环境研究中发挥着日益重要的作用,然而对于海底表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布规律与特征的研究鲜有涉及。本文以采集自南海4条典型断面(18°N、10°N、6°N、113°E)的75个表层沉积物样品为研究对象,通过主量元素和微量元素(含氧化还原敏感元素Mo、V、U)分析,并结合沉积物粒度、元素富集系数等数据,探讨了表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布特征及其控制因素。结果表明,研究区每个断面中的V、U含量变化趋势十分相似,Mo含量变化与V、U的总体变化趋势相近,但Mo在断面上的变化波动比V、U更强烈。4条断面中Mo平均含量表现出明显富集,除了V在断面Ⅰ中表现为轻度富集外,V和U平均含量都表现为亏损。影响沉积物中Mo、V、U含量分布的因素主要包括陆源碎屑含量、生物碳酸盐含量、细粒沉积物的吸附作用和氧化还原环境等。所有断面中V和U的含量分布主要受控于陆源碎屑组分,同时也受到生物碳酸盐含量和细粒沉积物的吸附作用的影响,氧化还原环境对其含量影响较小,受环境影响的自生组分含量较低。Mo的含量分布主要受控于海底氧化还原环境,陆源碎屑组分的贡献和细粒沉积物吸附作用的影响较小,受环境影响的自生组分含量较高。西南次海盆的Mo含量及其富集系数都较低,可能是由于西南次海盆的底流活动使其海底存在氧化环境所致。     

海洋环境中氧化还原敏感性微量元素的地球化学行为及环境指示意义

依据国内外最新研究成果,初步讨论了氧化还原敏感性微量元素(RSE)Re、Cd、Mo、U、V等的地球化学行为,其中包括海洋沉积物中RSE的来源、RSE在缺氧和无氧海区的沉淀富集机理及其环境指示意义。在此基础上讨论了利用RSE研究氧化还原环境时应注意的一些问题。RSE的沉淀富集机制不尽相同,但具有以下共同特点:①对底层海水的溶解氧浓度敏感。在正常溶解氧条件下,氧化还原敏感性微量元素在海水中呈溶解态稳定存在,而当底层海水处于缺氧或无氧条件时容易发生还原。②当底层海水处于缺氧或无氧条件时,经过沉积物—海水界面过程,受缺氧程度不同的制约,海水中呈溶解态的RSE依次在沉积物中沉淀,出现不同程度的富集。③持续还原条件下,RSE在沉积物中稳定存在;受氧化作用后,容易在沉积物中发生二次迁移和重新富集。不同的RSE其氧化还原电位不同,在氧化还原序列中的位置不同,Re在U之后Mo之前发生还原。因此,RSE在海洋沉积物中的不同富集特征和富集程度可作为还原程度指标研究底层海水的缺氧程度和底质的氧化还原环境。研究RSE的氧化还原环境指示意义,必须对RSE陆源碎屑来源组分进行剔除,同时,还应充分注意到还原沉积区发生氧化后,RSE在沉积物中会发生重新迁移和二次富集。     

南海北部神狐海域水合物钻探区沉积物地球化学特征

海底水合物形成分解/甲烷渗漏的甲烷以及相关的生物地球化学过程可能对海底的沉积环境产生影响,因此识别水合物的形成分解/甲烷渗漏对海洋沉积环境改造有助于了解水合物成藏特征及其形成分解过程。选取南海北部神狐海域2007年水合物钻探区的SH3钻孔沉积物为研究对象,对SH3钻孔岩心的碳硫数据、主微量元素,尤其是氧化还原敏感元素(U、Mo、U/Mo、V/Sr)进行分析测试,同时结合SH3钻孔孔隙水数据和前人对神狐水合物钻探区的研究成果等进行对比研究。结果表明南海北部神狐海域沉积物来源除河流沉积物以外,同时还有少量中国黄土以及大陆岛弧的长英质岩浆岩沉积物;通过对U、Mo、U/Mo以及碳硫数据分析,发现SH3钻孔在10~25 mbsf(meter below the seafloor)层位为硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic oxidation of methane, AOM)造成的还原沉积环境,AOM作用导致了在这一层位发生了LREE/HREE、MREE/HREE的分馏;SH3钻孔沉积物在约180~215 mbsf的含水合物层位出现了浊流沉积的次氧化的沉积环境,同时其赋存的细粒沉积环境也导致了轻重稀土元素的分馏,与水合物饱和度存在一定的相关性。     

东海季节性低氧海区柱状沉积物中氧化还原敏感元素对沉积环境变化的响应

氧化还原敏感元素(Redox Sensitive Elements,RSE)如V、Cr、Mo、U等,通常在氧化条件下呈溶解态,在还原沉积环境中除Fe、Mn外,RSE被还原成低价态转移至沉积物中富集积累,因此可以利用氧化还原敏感元素在沉积物中的富集情况反演沉积环境的氧化还原状况。本文通过研究东海内陆架季节性低氧海区Zb7沉积柱中氧化还原敏感元素V、Cr、Ni、Cu、Zn、Mo、U的垂直分布、富集特征和比值,探究沉积环境氧化还原状况;发现RSE/Al和富集系数自1978年以来呈增加的趋势,但自2009年开始有所降低,整体RSE富集系数均小于3,未见明显富集。RSE比值V/Cr<2、Ni/Co<5、U/Th<0.75、0.25<(Cu+Mo)/Zn<0.55,以及Mo_EF/U_EF比值主要分布在0.08～0.3倍海水Mo/U值之间,均指示氧化的沉积环境。RSE/Al与Fe/Al、Mn/Al具有显著的相关性,表明RSE在剔除陆源碎屑输入后,主要通过与Fe、Mn氧化物结合进入沉积物,也指示氧化的沉积环境。研究结果与该区域溶解...     

南海北部陆坡天然气水合物的沉积物孔隙水地球化学研究进展

孔隙水地球化学异常是天然气水合物勘探的重要工具之一,南海北部陆坡地区拥有良好的天然气水合物成藏潜力,孔隙水地球化学异常在南海的天然气水合物勘探中发挥了重要作用。其中与水合物直接相关的氯离子含量异常被用于识别神狐及东沙海域钻探区的水合物层和计算水合物饱和度。除直接指标外,浅表层沉积物中的硫酸盐含量及其他与早期成岩作用有关的地球化学异常作为间接指标可用于水合物的找矿预测,研究者们通过对硫酸盐还原过程的判别、硫酸盐甲烷接触界面的计算等方面对南海北部陆坡不同海域的沉积物甲烷通量进行了评估,预测出水合物可能的成藏区域。其他如碘含量、氧化还原敏感元素、氯同位素、地球化学模型等新的地球化学指标和计算机手段也被应用于南海北部陆坡区水合物成藏研究并取得了不错的成效。     

渤海海峡表层沉积物地球化学特征

通过对渤海海峡412个站位的表层沉积物粒度及123个站位的表层沉积物地球化学特征分析,探讨了其空间分布特征、元素相关性、元素组合特征、表层沉积物沉积动力环境及沉积物输运方式,揭示了沉积物地球化学特征的环境意义。结果表明：研究区表层沉积物常量元素以SiO2和Al2O3为主,随着沉积物粒径变粗SiO2含量逐渐增加,Al2O3含量逐渐减小。全区表层沉积物微量元素含量最高为Ba。各类型沉积物中元素的富集因子表明元素含量的变化服从粒度控制规律。采用聚类分析方法,将元素分布划分为5个分区：残留沉积区、老铁山水道区、水道东西两侧区、海峡中部区和海峡南部区。     

海底冷泉系统氧化还原环境重建方法研究进展

冷泉活动是现代深海极端环境系统之一，其在天然气水合物资源勘探、全球气候变化、极端环境生命活动等方面具有重要的科学研究意义。重建海底冷泉区氧化还原环境是研究其中生物地球化学过程、揭示甲烷渗漏活动特征的重要途径。近年来，大量矿物学及地球化学指标在冷泉系统氧化还原条件的恢复研究中获得了成功的应用。在前人研究的基础上，对自生矿物学标志、稀土元素、氧化还原敏感元素(Mo、U、Fe)和稳定同位素(钼同位素δ⁹⁸Mo、铁同位素δ⁵⁶Fe、硫同位素δ³⁴S)等不同指标对氧化还原环境变化的响应机制进行了系统总结，从测试分析方法、后期成岩改造、单一指标的多解性等多个方面探讨了各指标的影响因素和当前仍存在的问题，并指出了未来该领域需进一步加强的关键研究方向。     

天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应特征

综述了天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应指标的研究进展,分析了应用单一指标识别甲烷渗漏活动各自所存在的问题,包括浅表层沉积物孔隙水中CH_4、SO_4~(2–)、Cl~–等离子浓度随深度的变化;浅层沉积物全岩W_(TOC)(W表示质量分数,TOC表示总有机碳)和W_(TS)(TS表示总硫)之间的相关性及比值;自生碳酸盐岩δ~(13)C和δ~(18)O;自生矿物重晶石、黄铁矿、自生石膏的δ~(34)S;有孔虫壳体和生物标志化合物的δ~(13)C等。结果表明孔隙水中的CH_4、SO4_~(2–)浓度及溶解无机碳的碳同位素组成可以用来识别目前正在发生的甲烷渗漏活动;而沉积物中的WTS、自生矿物的δ~(34)S、钡含量及其异常峰值和生物标志化合物的δ~(13)C等指标的联合使用可以更真实准确地反映地质历史时期天然气水合物赋存区的甲烷渗漏活动。因此,在实际研究过程中,可将孔隙水和沉积物两种介质的多种指标相结合。随着非传统稳定同位素(Fe、Ca、Mg等)和沉积物氧化还原敏感元素(Mo、V、U等)等研究的发展,甲烷渗漏活动地球化学响应指标的研究也将得到拓展,而多种地球化学指标的联合使用将为天然气水合物勘探及其形成分解过程识别研究提供重要的科学依据。     

珠江口盆地恩平21洼文昌组泥岩元素地球化学特征及其与有机质富集的关系

泥岩的元素特征能够较好地保存于原始沉积记录。为了明确恩平21洼文昌组泥岩元素地球化学特征及其与有机质富集的关系,选择YJ-1井文昌组10个泥岩岩屑样品,开展有机碳、常量元素和微量元素测试。在分析常量、微量元素地球化学特征的基础上,利用元素地球化学方法,系统分析洼陷文昌期古气候、古水深、古氧相和古生产力等古环境指标。文昌组泥岩元素平均含量对UCC(Upper Continental Crust)做标准化处理,恩平21洼文昌组泥岩具有富集Al2O3、K2O和MnO,贫CaO、MgO和Na2O;富Li、Be、Zn、Rb、Cs、Ba、Pb、Th和U,贫Sr、V和Cr的特征。古环境指标显示恩平21洼文昌期气候属于温暖湿润-温热潮湿,湖泊水深相对较深,纵向水深变化小,水体分布稳定,水体以还原环境为主,古生产力相对较高,但纵向差异大。泥岩有机碳含量与古生产力参数相关性较差,而与水体还原性之间具有较好的正相关关系,表明有机质富集受控于水体的氧化还原程度,水体还原条件有利于有机质的保存,有机质富集属于“保存模式”。进一步分析显示,古气候条件是文昌组有机质富集的关键性因素,温热潮湿的气候对湖泊生产力有一定的积极影响,同时降水量较大,湖泊水体较深,有利于湖底还原环境的形成和保持,进而有利于有机质的保存。     

长江口外缺氧区柱样沉积物元素的分布及其百年沉积环境效应

在210Pb定年的基础上,对取自长江口外缺氧区内外的柱样沉积物开展了10种常量元素、13种微量元素和粒度的测定分析,研究了其物源及分布特征。结果表明,缺氧区外柱样沉积物主要来源于老黄河口海岸泥沙,大部分元素具有"粒度控制"规律。缺氧区内沉积物主要来源于夏季长江陆源的输入和海洋自生生物死亡后的沉降,部分氧化还原敏感元素(RSE)和亲生物元素不受控于"粒控效应",其中Mo、Cd、As等氧化还原敏感元素自20世纪70年代以来明显富集,分别增加了83%、73%和50%,而Mn出现贫化,指示了缺氧区水体富营养化加剧和底层水体季节性缺氧,引起底层水-沉积物界面氧化还原环境变化;亲生物元素Ca、Sr、P含量自20世纪70年代起分别增加了129%、65%和38%,反映了受化肥使用等人类活动影响,近40年来长江口外水体生产力提高和生物量增加。     

冲绳海槽中南部柱状沉积物氧化还原敏感元素赋存机理与环境指示意义

沉积物中氧化还原敏感元素（Redox Sensitive Element,RSE）含量变化是上覆水体氧化还原环境良好的替代指标。本文通过冲绳海槽中南部两个柱状沉积物（深度：30 cm）粒度、总有机碳、总氮及其同位素含量和氧化还原敏感元素含量等指标,探究复杂环境背景下冲绳海槽柱状沉积物中RSE的赋存机理与环境指示意义。研究发现,柱状沉积物中除了Cr亏损,其他RSE均显示有不同程度的富集。“粒控效应”对冲绳海槽柱状沉积物的RSE含量影响较小;分析可知,海水表层生产力是影响沉积物氧化还原环境的主要因素,通过Mn（氢）氧化物的吸附或解吸附作用实现RSE的富集与亏损。δCe、V/Cr、Ni/Co和V/（V+Ni）等指标指示沉积物整体处于氧化−弱氧化环境。沉积物中Mn元素通过还原作用以Mn²⁺形式向上扩散,在25～30 cm处被含氧间隙水氧化富集形成锰峰,指示柱状沉积物0～25 cm处为氧化环境,25～30 cm处为弱氧化环境。     

九州-帕劳海脊南段及邻近海域表层沉积物元素地球化学特征及其地质意义

菲律宾海地理位置特殊,蕴含着丰富的前沿地球科学问题,是研究地球多圈层相互作用的天然实验室。近年来,菲律宾海中部九州-帕劳海脊南段已成为研究热点,但对其表层沉积物物质来源和沉积环境了解尚存在不足。本文通过对采集于九州-帕劳海脊南段水深为3 900～6 100 m的69个站位样品开展沉积地球化学研究,旨在判别沉积物的物质来源和沉积环境空间变化特征。结果表明：研究区底质类型为远洋黏土和硅质软泥,不同类型沉积物的碎屑组分化学风化程度均较低,受分选和再循环的影响较小,是亚洲风尘物质和岛弧火山物质的混合产物,且以亚洲风尘物质为主;研究区不同类型站位的沉积环境基本一致,整体处于氧化沉积环境,底层水体氧化还原条件不是研究区沉积物中过渡金属（如Mo）元素富集的控制因素,铁锰（氢）氧化物是连接水体-沉积物中过渡金属元素源-汇过程的重要纽带。此外,底部氧化还原条件可能不是该海域硅藻席沉积保存的必要条件。     

南海深水底质中氧化还原带的有孔虫壳体沾染

海洋底质表层沉积物中的有孔虫壳体沾染上锰质微粒是沉积介质化学条件的反映。南海深水底质沉积物的四个沉积带中分别峭同量有孔虫沾染壳,有孔虫沾染壳的比例在垂向上的分布存在着这样一个规律：最上部的氧化带中较少;其下覆的氧化还原接触带中最多;至氧化还原过渡带和还原带中又变少。这说明有孔虫壳体在埋葬过程中经历了一个无沾染白色壳→沾染壳→无沾染白色壳的变化,也反映了表层沉积物孔隙中锰的生物地球化学过程。沉积物中     

海洋浅表层沉积物和孔隙水的天然气水合物地球化学异常识别标志

天然气水合物是一种赋存在低温,高压条件下海底沉积物中的规模巨大的新型能源,研究表明,地球化学是识别海底天然气水合物赋存的一种有效方法。国际上通过分析由大洋钻探采上来的柱状沉积物和孔隙水的地球化学异常,已建立了一套较为成熟的地球化学识别方法。但是,在没有钻井岩心的情况下,如何通过浅表层（＜20m）沉积物和孔隙水及底层海水的地球化学分析来识别海底可能存在的天然气水合物,是国际国内天然气水合物勘查中面临的一道难题,通过对国际上已有数据和资料的全面总结,尝试提出了一系列在海底浅层条件下识别天然气水合物赋存的地球异常标志,包括底层海水的烃类气体及其同位素组成异常,沉积物有机碳和水的含量异常,沉积物中孔隙水的元素和同位素组成异常,沉积物中气体含量异常及沉积物中自生碳酸盐矿物的化学和同位素组成异常等。这些标志的建立将有助于在我国海域开展天然气水合物的勘查工作。     

海坛岛海域表层沉积物中9种微量元素的地球化学

本文对海坛岛海域３３个表层沉积物９个微量元素的含量特征，含量变化和区域平面分布了描述和分析，主量化学成分和微量元素的Ｑ型和Ｒ型聚类分析结果表明，沉积物可分为三个地球化学分区，元素聚集为三类元素组合。     

长江与黄河黏土粒级沉积物地球化学特征及其物源指示意义

本文对长江与黄河口黏土粒级沉积物主微量元素的地球化学特征进行了研究。结果表明:长江相对富集Al、K、Fe、Ti等常量元素以及Cr、V、Li、Zn、Ni和Rb等微量元素,黄河以高Ca、Sr和Ba为特征;长江沉积物中稀土元素含量高于黄河沉积物,长江与黄河黏土粒级沉积物中稀土元素的分馏程度相同,均具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾的球粒陨石标准化配分模式,上陆壳标准化配分模式为中稀土元素富集,黄河沉积物的Ce负异常和Eu正异常程度较长江沉积物偏弱。长江沉积物中元素含量变化较大,而黄河沉积物中元素含量较为稳定。黏土粒级沉积物的稀土元素更接近其物源区,<2μm的黏土粒级沉积物中的REE可以作为判识长江与黄河沉积物的地球化学指标。ΣREE、δCe可以作为长江、黄河入海沉积物的判别指标。长江与黄河黏土粒级沉积物的地球化学特征受源区岩石类型、化学风化、水动力分选等因素的控制。化学风化引起河流沉积物相对其源岩发生地球化学分异,水动力分选使矿物在不同粒级沉积物中富集,从而引起地球化学组成在不同粒级沉积物中的分异。     

冲绳海槽沉积物稀土和微量元素的某些地球化学特征

本文采用等离子体光谱和原子吸收光谱,分别测定了冲绳海槽表层沉积物的15个稀土元素和12个微量元素(其中U、Th、Sc采用化学法)的含量,在此基础上讨论了这些元素的地球化学特征.研究结果表明,随着样品的分布由西向东,Li、Rb、Cu、Ni、V、Cr、Zn等微量元素的含量呈现由低变高、再由高变到低的峰形变化趋势,从属于元素的粒度控制规律;而Th、Sc、稀土等则呈现逐渐降低的单一变化趋势,表明这些元素可能主要赋存于陆源碎屑矿物中.此外,冲绳海槽沉积物的球粒陨石标准化稀土元素分布模式类似于陆壳物质,而在页岩标准化稀土元素分布模式图上,海槽底部及东坡的样品呈现铈的明显亏损,反映了海水独特的稀土配分特点.     

南海西南海域表层沉积物微量和稀土元素地球化学特征及其意义

分析了南海西南海域表层沉积物的微量元素和稀土元素组成,结果表明,这些沉积物与大陆上地壳相比,具有相对低的Zr、Sc、V、Nb、Hf、Th、REEs含量,而Co、Cu、Ni、Ta、Rb、Cs、Sr、Ba的含量稍高;深海区表层沉积物比陆坡区具有较高的Co、Zr、Sc、V、Nb、Hf、Ta、Th和REEs,陆坡区表层沉积物相对高的生物碎屑组分对这些元素起到了一定程度的稀释作用。因子分析和相关分析显示绝大部分微量元素和稀土元素主要受陆源组分的控制,Th、Cr、Co、Sc、Nb、Zr、Hf和REEs等不活动元素之间的比值特征,并没有受到风化作用、海流搬运作用和海洋自生组分稀释作用的影响,较好地保存了源岩的化学组成特征。因此,南海西南海域表层沉积物的La/Sc、Th/Sc、Th/Cr、Th/Co比值和稀土配分曲线特征,指示这些沉积物的源岩具有陆壳成分的特点,以长英质岩石为主,缺乏深源的基性和超基性岩,火山碎屑物质成分很低,其源区主要为南海西部的印支大陆。陆架区和深海区表层沉积物具有十分相近的微量元素和稀土元素组成特征,指示它们的碎屑物质来源较为相同。     

长江口南支沉积物元素地球化学分区与环境指示意义

对采自长江口南支的130个表层底质沉积物样品采用X射线荧光光谱法进行了20种常、微量元素的地球化学分析。在此基础上,应用系统聚类法对该区域进行了元素地球化学分区。研究结果表明,研究区主要可以分为两大地球化学分区:Ⅰ区以相对富集SiO2,Sr,Zr元素为典型特征,主要涵盖5 m等深线以浅的长江三角洲前缘区;Ⅱ区以相对富集Al2O3,TFe2O3(全铁),MgO,Pb元素为典型特征,涵盖了前三角洲的广大区域。从地球化学分区的空间分布来分析,这两个分区元素之间的差异反映的是沉积水动力条件与沉积介质物化性质这两个环境要素空间分布的差异性,即在研究区内,表层沉积物元素地球化学空间分布的差异性实质上反映了沉积环境空间分布的差异性。