古海洋研究中的地球化学新指标

有机地球化学与微量元素地球化学古环境指标及其相关的同位素指标已成为追溯古全球变化与古海洋生物地球化学演化的有力工具。从古环境替代指标的示踪原理和应用的角度，综述了有孔虫碳同位素、有机地球化学整体指标、生物标志化合物、单体有机分子同位素、微量元素等在古海洋古环境研究中的应用及相关的研究动态与进展。指出古海洋研究正从以恢复古海洋的物理参数（温度、盐度、古洋流等）为主，向着揭示古水团演化、古生产力、古营养状况、碳贮库及碳循环等古生物地球化学演化过程方向纵深发展。     

海相沉积氧化还原环境的地球化学识别指标

全球海洋在10-5.4亿年间演变成氧化环境,此后历经多次全球性的缺氧事件后演变到现在的氧化环境.海水和沉积物中多种无素的循环、分异和富集明显受氧化还原条件的影响.Mn、Mo、Cr、V和U等变价元素的溶解度随氧化还原条件的改变产生极大变化,导致沉积物中的元素含量分异:Ni、Co、Cu和Zn等在还原条件下形成硫化物沉淀,导致沉积物中对应元素的富集.这些元素的地球化学行为是古海洋氧化还原条件的灵敏指示剂,作为恢复古海洋氧化还原条件环境变化的地球化学指标.黄铁矿化程度(DOP)、生物樗化合物和Ce异常等也是沉积物氧化还原条件的常用判别指标.泥岩石研究中通常采用DOP、U/Th、自生U、V/Cr、Ni/Co和生物标志化合物等指标,碳酸盐岩则主要采用Ce异常指标.当前各种指标的定性分析都取得比较一致的结果,但是用一种或几种定量的地球化学指标来恢复整个古海洋的氧化还原环境目前还有很大的问题.     

古海洋生产力与氧化还原指标——元素地球化学综述

海洋表层初级生产力大小以及水体氧化还原条件是古海洋和古气候研究的重要内容,而元素地球化学是研究初级生产力以及氧化还原条件最常用的手段。主量元素Fe和Si是限制生物的营养元素,痕量金属元素Cu、Ni和Zn是微营养元素,而营养条件是沉积生产力的限制因素,因此这些元素的含量能反映初级生产力大小。Ba和Mo是随有机质一起沉淀下来的,与水体的有机碳通量有关,也是古生产力大小的指标。对氧化还原敏感的痕量金属元素含量(如Cr、V和U)以及元素比值(如V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th和V/Sc)常用来重构水体的氧化还原条件。     

古海洋氧化还原条件分析方法与研究进展

地史时期海洋环境曾经历过不同的氧化还原状态,与生物种群演化、烃源岩的保存以及全球气候变化等重大地质事件密切相关,因此古氧化还原条件分析是古海洋生态环境重建的一项重要内容。然而,前人的研究多集中在氧化还原单个指标分析,这样的分析结果往往存在一定的局限性。在众多学者的研究基础上,综述了国内外氧化还原研究分析方法,重点介绍了它的岩石学、古生物学、元素地球化学、同位素地球化学和黄铁矿体系指标,探讨了各项指标的优势性与局限性,为进一步开展古海洋氧化还原条件研究提供借鉴。尽管各项指标在特定地质背景下均存在自身优势,但不同沉积环境下的各项指标所反映的氧化还原条件却存在一定差异,甚至是相悖的,因此准确地识别古海洋氧化还原环境需要各个指标的综合运用。     

氧化还原敏感微量元素对古海洋沉积环境的指示意义

海洋的氧化还原条件控制着U、V和Mo等氧化还原敏感微量元素在沉积物或沉积岩中的富集程度,所以可以利用沉积物或沉积岩中这些微量元素的含量来重建古海洋的氧化还原状态和沉积环境。海洋沉积物或沉积岩中U、V和Mo的来源少,除了海水提供外,还有陆源碎屑,不过陆源碎屑提供的那部分含量能够被估计。沉积物埋藏之后这些元素（几乎）不发生迁移,保存了沉积时的组成和含量,能较好地反映沉积环境的特征,是古海洋环境的理想指示。在氧化—次氧化的海水环境中U、V和Mo不会富集,缺氧的条件下U和V富集,而在硫化（含溶解的硫化氢）的沉积环境中U、V和Mo在沉积物中都会强烈地富集。利用这种差异,可以根据沉积物或沉积岩中各种微量元素的含量变化来判别沉积时海水的氧化还原状态。但是,必须注意沉积环境的开放与否、成岩作用及重新氧化作用等对微量元素含量的影响。在利用氧化还原敏感元素进行古环境重建时,应首先评估沉积物或沉积岩中特定元素的来源和贡献,剔除非自生部分的影响,然后利用多元素指标综合判别古环境的氧化还原条件,才能获得可靠的结论。     

古海洋生产力地球化学指标的研究

寻求反映古海洋生产力变化的指标是古海洋学研究的重要内容.主量元素地球化学与微量元素地球化学以及相关的同位素指标已成为追溯古海洋生产力演化的有力工具.从古生产力替代指标的示踪原理和应用的角度,综述了主量元素(A1、Fe、P),微量元素(Ba、Cu、Zn、Ni、Cd、Sr/Ca、Mo),同位素(碳、氮同位素)等在古生产力研...     

古海洋生产力指标研究进展

寻求反映古海洋生产力变化的指标是古海洋学研究的重要内容。生物沉积物、营养元素、微量元素和同位素、古生物资料等与古海洋生产力具有一定的关系,常用于古海洋生产力的重建工作:(1)生物沉积物主要包括有机碳、生物碳酸盐和生物硅质沉积等,其埋藏速率在很大程度上受到古海洋生产力的控制,常常用作古海洋生产力的替代性指标;(2)在地质时间尺度上,古海洋生产力主要受到大洋中营养元素可利用程度的控制,因此营养元素的相关记录可以提供古海洋生产力状况的重要信息;(3)海洋中某些微量元素的地球化学行为或者与有机质的改造有关,或者受到氧化还原条件变化的控制,或者受到某种浮游生物的生长的影响,从而能够直接或者间接地指示古海洋生产力的变化;(4)海相碳酸盐和有机质的碳同位素记录,海相有机物的氮同位素比值也用以再造古生产率等古海洋学参数;(5)可以利用对微体化石丰度值及其组合反映古生产力的变化。     

深穿透地球化学新进展

叙述了深穿透地球化学近年来在方法技术与理论上的新进展。列举了在国际合作项目“Deep penetratingGeochemistry”中使用中国发展的新分析技术与国外一些方法在两个隐伏矿区比较的结果。在内华达Mike隐伏金矿上方使用中国的有机结合态提取方法 (OBM )效果最好 ;Mike隐伏铜矿上方使用中国的铁锰氧化物包裹及吸附态提取方法 (FMM )效果最好。在智利GabySur隐伏斑岩铜矿上方 ,应用国外Actlabs的水提取及酶提取方法仅在隐伏矿两侧断层上方地表圈出Cu和Ag异常峰值 ,而应用中国的水提取 (WEM )及吸附态提取 (AEM)方法则在整个隐伏矿床上方地表都圈出明显的Cu及Ag异常。两者明显差异的原因正在进一步研究中。在中国“973”及地质大调查项目中例举了在新疆东天山采集弱胶结层细粒物质进行战略性深穿透填图取得的成果 ,发现多处可找到Au ,U ,Cu ,W ,Pt,Pd隐伏矿床的远景区 ,特别是两个可能发现大型隐伏铀矿的靶区 ,为在该地区找寻可地浸砂岩型铀矿提供了重要线索。在理论研究方面报道了国际项目中提出的地震泵、大气压泵、冬季呼气、CO2 发生器等驱动活动态金属向上迁移的理论将之与中国近年提出的地球气搬运活动态金属的理论相结合 ,提出了一个新的以地球气为主的活动态元素向上迁移的多营力接力搬运模型。     

Mo 含量和 Mo 同位素对古海洋氧化还原环境演化的指示作用

目前大多数研究者认为太古代地球大气中缺氧，到2400～1800Ma的时候，大气中的氧含量有了巨大的增长，大气已经处于氧化环境（Canfied 等，2000；Kasting，2001）。然而海洋从还原状态转变到以氧化为主的时间还有很大的争论（Amold等，2004；Siebert 等，2005）。Mo 元素在氧化条件下主要呈稳定的溶解态 MoO42－形式存在，故在现代氧化海洋中 Mo 有很长的存留时间（0.8 Ma；Morford 等，1999），但在还原条件下特别是在有 H2S 存在的条件下，Mo 呈硫化物形式迅速沉淀。因此，Mo 元素能够很灵敏地反映海洋的氧化还原状态（Emerson 等，1991；Crusius 等，1996；Helz等，1996；Morford 等，1999）。随着同位素分析技术的发展，Mo 同位素的分析精度可达0.2‰（Wieser等，2003；2005；Arnold 等，2004）。现代大洋海水的 Mo 具有均一的同位素组成，δ97Mo/95Mo 值为（1.56±0.13）‰。海洋沉积环境依据氧化还原状态可以分为3个部分，即氧化部分、缺氧部分和还原部分。氧化部分的代表样品为铁锰结壳，铁锰结壳吸附的 Mo 的δ97Mo/95Mo 值为（－0.47±18）‰，与海水溶解的 Mo 同位素［（1.56±0.13）‰］之间存在稳定的、很大的同位素分馏；还原部分的代表为现在黑海沉积物，δ97Mo/95Mo 值为（1.28±0.42）‰，还原性沉积样品 Mo 同位素组成变化较大，与还原程度有关，强还原条件下（存在游离 H2S），进入海水的 Mo 几乎全部沉淀，其 Mo 同位素组成与海水的相接近，弱还原条件下，沉积物与海水 Mo 同位素有一定的分馏。因此，可以用其来推测古海水 Mo 同位素的变化；缺氧环境的样品比较复杂，其δ97Mo/95Mo 同位素值约为介于海水值和大陆岩石样品值之间。在地质历史上某个时期，随着海洋的氧化δ97Mo/95Mo 值升高。虽然有研究者尝试用二元模型来研究中元古代的海洋（Arnold 等，2004），但是，目前 Mo 同位素的测试精度以及样品性质决定了仅仅使用 Mo 同位素进行海洋的氧化还原状态的研究还存在很大困难，甚至得出错误的结论。最近有研究者（Sibert 等，2005）在进行 Mo 同位素研究的同时，测定了样品的 Mo 含量，对于揭示海洋氧化还原状态的改变提供了较为可靠的信息。在太古代的黑色页岩等样品中，Mo 的含量范围 为（0.62～6.01）×10－6，但大多数样品都低于3.5×10－6，δ97Mo/95 Mo 值为（－0.14～＋0.60）‰；早元古代的黑色页岩样品中 Mo 含量范围为（0.56～3.72）×10－6，δ97Mo/95 Mo 值为（－0.22～+0.40）‰；1700 Ma 的黑色页岩样品 Mo 含量突然增大到（42～52）×10－6，δ97Mo/95 Mo 值为（＋0.4～＋0.6）‰；1400 Ma 的黑色页岩样品中 Mo 含量为（11～60）×10－6，δ97Mo/95 Mo 值为（＋0.3～＋0.6）‰；现在黑海的海相页岩中的 Mo 含量为（1～127）×10－6，δ97Mo/95 Mo 值为（1.14±0.08）‰ 至 （1.52±0.23）‰ （Arnold 等，2004）。从以上 Mo 含量及同位素的分析可邮（图1），早元古代样品的 Mo 含量及同位素特征与太古代的样品类似，既没有 Mo 元素的富集，也没有产生明显的 Mo 同位素分馏，推测在早元古代的时候，海洋还基本处于还原状态，到1700Ma 左右时，由于空气已经处于氧化状态，所以大陆风化过程中，氧化态 Mo 开始大量进入海洋中，此时海洋也已经不是大面积处于还原状态，其中的 Mo 含量已经升高，可是局部沉积的黑色页岩提供充足的 Mo，因此此后沉积的黑色页岩中 Mo 的含量明显升高，当然，沉积速率也会影响黑色页岩 Mo 含量，但这是相对次级的因素；与此同时，海洋中开始出现铁锰氧化物等氧化性沉积物，它们携带轻 Mo 同位素从海水中沉淀出来，导致海水中的 Mo 同位素变重，δ97Mo/95 Mo 值升高，并且这种升高趋势持续今。由此，可以推断，大气氧化主要发生在1700Ma 以前，而海洋氧化似乎是一个从1700Ma 或1400Ma 至今的持续的过程。     

寒武纪第4期古海洋氧化还原条件与生物协同演化研究进展

寒武纪生物与古海洋环境演化的成因联系是追溯生命起源、发展及地球环境变迁和两者协同演化的前沿科学问题之一。寒武纪第4期是其中重要的时间节点,华南板块是寒武纪相关问题研究的重要窗口,而古海洋氧化还原条件是分析论证古生物种属及数量巨变地质成因的关键切入点。据此,在大量文献调研基础上,对华南板块寒武纪第4期的沉积古地理背景、古海洋环境条件、生物发育情况、突发性地质事件等进行系统的梳理与总结,认为陆源水体注入、风暴作用等区域性地质作用以及突发性火山活动、海侵等全球性地质事件对古海洋氧化还原条件影响显著,而生物消亡与地质突变事件所引发的海洋缺氧密切相关;但氧化还原条件不同波动阶段的生物丰度差异和不同古生物丰度点位的氧化还原条件差异尚不明确,古海洋氧化还原条件与可诱发其产生波动的地质事件精确时限对应关系仍存在争议,古海洋氧化还原条件波动以何种速度、幅度突破古生态系统耐受阈值仍然未知,难以探索三者之间更深层次的内在联系,可作为后续研究工作重点以进一步揭示寒武纪突发性地质事件、古海洋氧化还原条件和生物演化间的成因联系。     

应用地球化学模式恢复准噶尔盆地东部浅层地下水的氧化-还原环境

地下水的ＥｈＷ值是反映其氧化还原能力的水文地球化学参数,是确定铀氧化还原环境必不可少的参数之一。在准噶尔盆地东部进行１∶５０万层间氧化带砂岩型铀矿床区调时,受工作条件限制,没能对所采集到的水样进行ＥｈＷ值测定,因而影响了对水的氧化还原能力的评价,但是这批水样分析资料中的Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋是非常有用的氧化还原电对,可用来模拟计算地下水环境的ＥｈＷ值。详细讨论了应用地球化学模式来模拟计算地下水ＥｈＷ值的原理和结果。     

基于硫元素化学种等指标的页岩氧化还原条件判识

氧化还原条件是控制页岩岩性特征和有机质保存的重要因素之一,可以使用多种地球化学方法对其进行评估。为了探讨相关地球化学指标对海相页岩沉积环境氧化还原条件的适用性,对四川盆地长宁地区N208井筇竹寺组和龙马溪组20个岩心样品进行的总有机碳含量（TOC）、硫元素化学种和主微量元素含量测试结果显示:筇竹寺组和龙马溪组底部层段的有机碳含量总体较高,平均值分别为3.73%和3.50%;向上有机碳含量普遍变低,平均值分别为0.410%和1.70%。筇竹寺组页岩的硫元素化学种以还原态硫为主,揭示其沉积水体还原程度高;相较而言,龙马溪组页岩的还原态硫含量相对较低,表明其沉积水体的还原性比筇竹寺组弱,为相对的弱还原环境。结合微量元素富集系数构建的S-Mo_EF-TOC体系判识结果显示:筇竹寺组页岩整体上属于贫硫酸盐的厌氧环境,其底部为厌氧环境,向上还原程度变低;龙马溪组页岩总体为含硫酸盐的厌氧—贫氧环境,向上还原程度变低,表现为贫氧环境。这些分析结果可以为加深认识筇竹寺组和龙马溪组页岩层系的地球化学特征及页岩气资源潜力评价提供新的参考。     

地球自转研究新进展

对８０年代以来关于地极移动、日长变化以及它们的地球物理激发机制的研究进展作了较为全面的评述，其中也包括了我国学者的大量研究工作。从中可以看出，现代天文测技术和多学科交叉的综合研究对天文地球动力学和地球科学进展的深远影响。     

地球热力学研究新进展

近十年来,热力学在矿物、岩石和地球化学中应用研究取得了很大的进展。平衡热力学的研究趋于成熟。表现在发展了多种获取矿物热力学常数的方法,常见矿物及其固溶体已有了可用的数据,发展了多种     

应用于油气勘探的石油地球化学新进展

本文概述了石油形成、成熟和运移研究中的最新进展.不同的油气源岩形成烃类的潜能取决于干酪根的类型.除了典型的Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类以外,还研究了残余的、氧化的有机质,这些有机质不可能产烃.一般认为煤是可能的气源岩,但是有一些煤同样可以形成相当数量的石油.日常分析手段,尤其是热解技术的发展使我们可以编绘地球化学曲线,以此为基础筛选试样和解释其它分析资料.在光学技术中,主要讨论的课题是无定形有机质的特征(这类有机质可能包含了不同化学类型的干酪根)及镜质体反射率技术对Ⅰ类和Ⅱ类干酪根的适用性.当鉴定沉积物和原油中的生物标志化合物取得重要进展后,它们可应用于对比油一油源岩,有人提出可以将其用于恢复沉积环境及演化历史.目前对烃类运移的认识也更加深了一步,人们普遍认识到烃相运移的重要性.孔隙流体的剩余压力是石油排驱的主要动力.盆地演化的地质模式(下降、压实、热历史)和地化模式(烃类形成及运移)逐渐得到应用.未来石油勘探重大进展之一肯定是将这两个模式结合起来,形成一个综合模式.