太平洋铁锰结核与富Co结壳的矿物地球化学比较研究

本文对采自东太平洋CC区的2块不同类型的铁锰结核及中太平洋麦哲伦海山的1块富Co结壳,采用XRD和ICP-MS(AES)等分析研究方法,进行了矿物地球化学的比较研究。结果表明:铁锰结核主要由水羟锰矿及钡镁锰矿组成,富Co结壳主要以水羟锰矿为主。与2块铁锰结核相比,富Co结壳总体上Cu、Al、Na含量较低而Co含量较高;两块不同类型的结核相比较,水成型铁锰结核的P、Ti含量较高,而成岩型铁锰结核的Cu、Ni含量较高。3块样品的稀土元素含量均较高,为(521.8~1 424.15)×10-6。REE分布型式总体呈平缓型,(La/Yb)N为0.72~1.01,并具程度不同的Ce、Eu正异常。经估算,富Co结壳的生长速率为1.92~4.24mm/Ma,水成型铁锰结核的生长速率为1.31~14.29 mm/Ma,成岩型铁锰结核的生长速率为11.24~76.32mm/Ma。并根据铁锰结核的化学成分变化推测了其生长环境的变化。     

西盘古海盆锰结核的元素地球化学特征及生长机制

通过对西盘古海盆(Cipangu Basin)15个锰结核样品开展系统的形态结构、显微构造、矿物组成、常微量元素和稀土元素含量特征差异性研究，进而探讨该区锰结核的成因类型和生长机制。西盘古海盆锰结核外观为椭球状或连生体状，表面光滑，组成矿物主要有水羟锰矿、石英、钙长石和石盐；其稀土元素配分模式图表现出明显的Ce正异常、Y负异常和轻稀土富集特征。样品Mn/Fe比值均<2.5，与Ni、Cu正相关，且Mn与Cu、Co和Ni高度正相关，这表明因Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺更易占据层板结构锰氧八面体MnO₆的空位而在锰矿物表面富集。锰结核显微构造区域可划分为Type-Ⅰ型和Type-Ⅱ型，其中Type-Ⅰ型为结构致密高反射率的层纹状、柱状、叠层状构造的显微构造区域，Type-Ⅱ型为结构疏松低反射率的掌状、混杂状、环状构造的显微构造区域；Type-Ⅰ型区域的Mn/Fe比值和Ni、Ni+Cu、Co含量均高于Type-Ⅱ型区域。构造致密的Type-Ⅰ型区域代表沉积环境变化较小，生长速率较小；构造疏松的Type...     

铁锰结核的红外光谱分析及其意义

由于大洋铁锰结核含有30多种有用的金属元素,是潜在的矿产资源,因而越来越受到人们所重视.关于铁锰结核的矿物组成,国内外学者已有大量的报道.尤其是Piper(1984),Usui(1979)、Burns(1977)等,他们根据各自的分析结果,指出了大洋铁锰结核中的锰矿物主要由1×109m水锰矿δ-MnO₂、7×10-10m钠水锰矿及针铁矿组成.并从地球化学、沉积地球化学角度指出了上述矿物的可能成因.然而,由于铁锰结核中锰矿物结晶程度很差和无定形性,用一般手工方法和仪器对单矿物很难分离和辨认.因此,用单一方法来确定某种结核的矿物组成及其相对含量就有一定的困难.为此,我们试用红外光谱分析结合X衍射、电子探针及化学分析结果,探讨红外光谱分析法应用于分析太平洋铁锰结核的矿物组成及结核中Mn含量的可能性.     

东南太平洋秘鲁海盆DEA区浅层埋藏型铁锰结核的矿物学和地球化学特征及成因类型

本文通过对秘鲁海盆DEA区浅层埋藏型铁锰结核开展地球化学和矿物学研究,探讨了埋藏型大洋锰结核的有用组分的富集、清扫机制及成因类型。该区铁锰结核致密层和疏松层互层具有明显的多孔树状微结构,结核主要由10?锰矿相、7?锰矿相(水钠锰矿)和δ-MnO₂(水羟锰矿)等锰相矿物组成,成分上具有高Mn、低Fe和中等Ni+Cu、Mo(分别为44.79%、0.55%、0.46%、0.05%)的亚氧化成岩型特征和低的Co、Ti、Zn和REY元素(REY_SN均小于1)含量。铁锰结核中低含量的Mo和大部分的Ni与Mn氧化物清扫有关,其中Mo与Mn相关系数R=0.65,高Mn/Fe(>300)中Ni含量同样很高(0.34%),其他元素如Cu、Ti和REY均与Fe的羟基氧化物及铝硅酸盐相关性较高(R>0.8)。铁锰结核Fe、Ni+Cu、Mo、REY元素含量和Mn/Fe比值在分层上呈现规律性变化,致密层的Ce_SN负异常和疏松层的Ce_SN正异常进一步表明,铁锰结核的生长过程经历亚氧化-氧化成岩作用的环境条件变化,该变...     

海底铁锰结核和结壳物质组成特征及其形成控制因素

比较研究了铁锰结核和结壳矿物及其元素组成。结核的锰矿物主要有δ-MnO2、钡镁锰矿和钠水锰矿，结壳则主要是δ-MnO2。相对结核，磷灰石含量在结壳中明显增加。矿物组成的变化造成了结核和结壳元素组成的差异。最明显的是Co和稀土元素含量在结壳中显著升高，Mn、Ni和Cu等降低。这与其形成环境及所经受的海底地球化学作用性质的强度不同有关。     

铁锰结核中锰矿物的相变研究

铁锰结核由于其潜在的经济价值，近年来研究的程度日益提高．至今为止，虽然有许多学者对其矿物组分进行了测试分析（如Easton1986；Boldton等，1988；Meanceau1992），但铁锰结核中锰矿物相类型、化学成分、晶体结构等均未研究清楚．本项研究分析了在海洋环境下形成的初始锰矿物相和铁锰结核矿物的相变及其成因解释，以期为了解铁锰结核的形成和矿物相的变化提供更进一步的参考资料．研究的天然铁锰结核样品是《海洋四号）｝HY4－861、871、881H个航次从太平洋中部7”N－12”N，176”E一178”E采集的．根据结核的形态和产出特征，将其…     

中太平洋C海山富钴结壳铁锰矿物的组成、成分特征及其成因意义

采用X射线衍射和微区电子探针法,对2006年"大洋一号"考察船在中太平洋C海山取得的典型富钴结壳样品进行了铁锰矿物的组成和成分特征分析,结果显示:(1)结壳的老壳层中铁锰矿物具有水羟锰矿、钡镁锰矿和钠水锰矿的特征组合,其相对含量分别为45.5%、30.1%和24.4%;中间壳层和年轻壳层中铁锰矿物为水羟锰矿,表明结壳各层生长的环境条件不同.(2)铁锰矿物集合体中Mn/Fe值从老壳层到年轻壳层具有明显降低的趋势,老壳层Mn/Fe值大于20,最高达90;中间壳层Mn/Fe值在2～5之间,年轻壳层Mn/Fe值在1～2之间.铁锰矿物集合体探针测得的结壳老壳层元素的总百分含量稳定在75%左右,中间壳层和年轻壳层为50%～80%.Si、Ti元素含量从老壳层到年轻壳层有增加的趋势,在中间疏松层中百分含量均达到最高值,分别为3.17%和1.53%,表明自老壳层到年轻壳层,碎屑物质或有机质等对结壳的影响程度有增大的趋势.由此可见,研究区富钴结壳主要为水成成因,主要发育了水羟锰矿;老壳层生长期间受到局部海水氧化还原条件变化的影响,铁锰相矿物发生重结晶或重组而形成了水羟锰矿、钡镁锰矿和钠水锰矿特征组合,这种特征铁锰矿物组合的研究对于全面理解海水环境条件变化与结壳成因的关系具有重要的意义.     

西太平洋某海域锰结核的矿物学及矿物化学研究

锰结核中的矿物是对结核生长环境反映。对结核进行X射线衍射分析表明:结核中锰矿物主要为水羟锰矿,并含有石英、钙十字沸石、斜长石、以及绿脱石、辉石、方解石和少量的蒙脱石、伊利石、角闪石、绿泥石、白云石、锐钛矿等。锰矿物表明该区为氧化环境,且受到火山、热液活动的影响。定量分析结果表明结核各矿物的含量变化很大,说明结核的生长过程中环境发生了变化。电子探针分析结果表明:结核锰矿物的组分含量变化较大,表明结核的元素来源的不稳定性。     

西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素（镧系元素加钇,简称REY）等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层（C8-5）、黑色铁锰致密层（C8-2、C8-3和C8-4）和发育葡萄状球体的粗糙表面（C8-1）。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高,说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16～1.85,且各...     

北极海域铁锰结核和结壳的分布与成因

对公开发表的有关北极海域铁锰结核和结壳的分布区域、化学成分,矿物类型以及年代学等数据资料进行搜集整理后发现,目前已知的浅水铁锰样品主要分布在喀拉海和楚科奇海域内,而深水铁锰样品主要位于楚科奇海台、加拿大海盆、门捷列夫海岭和阿尔法海岭内。深水铁锰样品主要为水生成因,除Mn外,主要有用金属含量均远高于浅水样品,且多种金属与全球重要结核和结壳成矿带内的样品含量相当,展示出一定的资源潜力。深水铁锰样品生长时间长达1 500万a,对应着中新世弗拉姆海峡开启,北冰洋开始与北大西洋进行深水交换时期。浅水铁锰样品主要为成岩成因,周边陆源非金属物质的供给量较大,资源潜力低。     

多波束水体数据中旁瓣干扰处理方法研究

多波束水体数据是水下物体后向散射强度数据,也是国内外的研究热点之一。本文系统的分析了旁瓣干扰对水体数据的影响,发现接收旁瓣干扰是影响多波束水体数据质量的关键因素。基于平坦海底情况下旁瓣干扰具有相同分布规律的特性,提出了一种适用于平坦海底的多波束水体数据处理方法。该方法在保留最小倾斜距离(Minimum Slant Range,MSR)内水体数据的基础上,可有效剔除MSR以外接收旁瓣干扰。通过模拟水体数据处理验证以及实测水体数据处理分析,发现该方法提高了水体数据中目标的识别能力。     

海水运动感应磁场的数值计算方法

海水是一种高导电率的流体,处于不停的运动之中。海水运动因切割地磁场而产生感应电流,从而产生感应磁场。本文从毕奥-萨伐尔定律出发,推导出了二维海水运动磁场方程,并利用形函数将其转换成二维离散速度场感应磁场积分表达式,采用高斯数值积分方法计算二维离散速度场感应磁场响应。算例表明,本文计算方法具有较高计算精度。文章还分析了海水运动频率、振幅和水深对感应磁场的影响。     

西沙群岛东岛浮岩矿物地球化学特征及成因探讨

本文对采自西沙群岛东岛的2件浮岩样品进行了岩石学和矿物地球化学研究,研究表明,东岛浮岩样品属于中性火山岩,SiO_2含量在60%左右,化学组成相当于粗面岩,斑状结构,斑晶主要为斜长石、单斜辉石和少量橄榄石,基质为玻璃质。斜长石及辉石斑晶矿物具有中心熔蚀结构,斜长石形成温度为1030℃-1080℃;单斜辉石属均为普通辉石,斑晶Al_2O_3含量较低;橄榄石属于透铁橄榄石,橄榄石斑晶Fo值为55.40-60.53,从核部到边部各化学成分略有降低,且具有轻微的化学成分环带。从核部到边部Fo值略有降低。东岛浮岩岩浆是西沙地块受到拉张作用,中地壳物质减压熔融形成粗面质岩浆,并经历短暂的岩浆房冷凝时期,拉张减薄作用形成裂谷后,由于压力突然释放,粗面质岩浆沿裂谷快速上升在水下喷发形成浮岩。     

用于海洋沉积物中厌氧氨氧化细菌分子生态学研究的引物比较

为比较厌氧氨氧化细菌16SrRNA基因的2对特异性引物(Amx368F/Amx820R、Brod541F/Amx820R)在其分子生态学研究方面的优点与不足,本研究采用高通量测序和qPCR技术对长江口及其邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌细菌的群落组成、多样性和丰度进行比较分析,结果表明,引物Amx368F/Amx820R特异性较高,能够较为完整地反映沉积物中厌氧氨氧化细菌的多样性信息,且其覆盖的厌氧氨氧化细菌丰度与功能基因hzo丰度正相关(P<0.01);而引物Brod541F/Amx820R特异性较低,覆盖部分厌氧氨氧化细菌及其他多个门的细菌,其量化的厌氧氨氧化细菌与功能基因hzo丰度无明显相关关系(P>0.05)。因此,引物Amx368F/Amx820R能够更加真实地反映厌氧氨氧化细菌在海洋沉积物中的群落特征,在其分子生态学研究中更具优势。     

南黄海底栖有孔虫组合对1855年黄河改道的响应

黄河改道是中国东部陆架沉积物源汇过程的特有现象,对包括南黄海在内的东部海域的沉积环境具有重要的影响。本研究通过南黄海YSL04柱的底栖有孔虫的分析,结合岩心粒度数据和放射性核素210Pb的年代标定,揭示了1855年黄河改道事件在南黄海中部泥质区西南边缘的沉积记录,探讨了有孔虫对黄河改道事件的响应。研究表明:改道之前,研究区形成了相对细颗粒沉积,有孔虫的丰度、分异度均较低,以广盐的近岸浅水冷水属种为主,研究区受河流作用和黄河入海淡水的影响,水体盐度较低;改道之后,废黄河三角洲发生快速侵蚀,岸线后退,沉积颗粒变粗,有孔虫丰度、分异度均相对较高,有孔虫组合中喜冷、窄盐的陆架浅水种含量增加,研究区波浪作用增强,失去黄河淡水注入,但是受黄海沿岸流的影响,表现为研究区水体盐度升高而水体温度降低。该研究显示1855年黄河北归渤海对南黄海沉积环境具有显著的影响。     

镀镍多壁碳纳米管对序批式反应器性能及其微生物群落的影响

本文研究了长期暴露条件下镀镍多壁碳纳米管(MWCNTs-Ni)对序批式反应器(SBR)性能、微生物酶活性和微生物群落的影响。研究结果表明,10mg/LMWCNTs-Ni的长期暴露未对SBR去除有机物产生影响,而NH+4-N的去除率由(99.10±0.60)%明显降至(39.04±1.61)%。与进水中未加入MWCNTs-Ni时的第32天相比,活性污泥比耗氧速率(SOUR)和脱氢酶(DHA)活性在第148天时分别降低了17.43%和24.32%;而脱氮速率和与脱氮相关的微生物酶活性均降低了60%以上,从而导致SBR对氮的去除效果明显降低。MWCNTs-Ni的长期暴露导致活性污泥活性氧(ROS)产生量和乳酸脱氢酶(LDH)释放量在第148天时分别增加了67.23%和65.33%,表明MWCNTs-Ni的长期暴露能够诱导活性污泥中微生物产生氧化应激和细胞膜损伤。高通量测序结果表明,长期暴露于10mg/L的MWCNTs-Ni条件下,活性污泥中与硝化过程相关菌属(Nitrosomonas、Nitrosospir、Nitrospira)和与反硝化过程相关菌属(Dokdonella、Dechloromonas、Steroidobacter、Devosia、Thermomonas)的相对丰度明显降低,进而影响到SBR对氮的去除。该研究结果可为评价MWCNTsNi对污水生物处理系统的潜在影响提供一定的理论基础和技术依据。     

盐度对序批式生物膜反应器性能及微生物活性的影响

本文研究了盐度变化对序批式生物膜反应器(SBBR)性能及微生物活性的影响。研究结果表明,进水盐度不超过1.5%时,SBBR对COD的平均去除率高于88.63%,但进水盐度为2.5%时,对SBBR的COD去除产生抑制。当进水盐度由0%增加到2.5%时,NH^+_4—N去除未受到影响,出水NO^-_3—N浓度在0.30～3.30 mg/L范围内变化,然而出水NO^-_2—N浓度从0 mg/L逐渐增大到(4.35±0.02) mg/L。比耗氧速率由进水盐度为0%时的(27.39±1.16) mg O_2/(g MLSS·h)增大至进水盐度为1.5%时的(83.41±1.17) mg O_2/(g MLSS·h),而在盐度为2.5%时比耗氧速率降低至(38.62±1.08) mg O_2/(g MLSS·h)。比氨氧化速率、比亚硝酸盐氧化速率、比硝酸盐还原速率和比亚硝酸盐还原速率均随着进水盐度从0%增加到2.5%而逐渐降低。当进水盐度为2.5%时,氨单加氧酶、亚硝酸盐氧化还原酶、硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶和脱氢酶的活性与盐度为0%时相比分别降低了41.48%、95.86%、28.57%、27.85%和48.13%,表明盐度增加抑制了微生物酶的活性。     

2016年夏季胶州湾表层海水pCO_2的分布及控制机制

根据胶州湾2016年夏季6月末和7月初两个航次调查得到的碳酸盐数据和相关水文参数,探讨了两个航次下表层海水pCO_2分布的主要控制机制。结果表明:6月末表层海水pCO_2处于478～1 043μatm之间。其中在湾东北海域,处理后污水DIC直接输入和好氧呼吸使得DIC明显盈余,这是造成这一区域pCO_2最高的主要原因。而在湾西部和湾中海域,初级生产和碳酸钙沉淀引起DIC明显亏损,但由于碳酸钙沉淀释放CO_2强于初级生产消耗,该区域pCO_2最低仍高达500μatm左右,表现为CO_2的源。而到了7月初,降雨过程发生后,湾内初级生产显著增强,pCO_2下降至298～570μatm。但由于同时伴随的碳酸钙沉淀释放CO_2,使得CO_2的汇区主要出现在DO%大于140%的李村河口和湾西部部分区域。7月初初级生产的显著增强可能与湿沉降带来的营养盐输入有关。     

大沽河下游地区地下咸水的水化学特征及成因

大沽河下游地区存在大面积咸水体,为了查明咸水体盐分的来源,揭示地下水咸化机理,于2017年4、8和10月在大沽河下游地区采集地下水样品,对其进行研究。现场原位监测地下水的水位、水温、电导率和总溶解性固体等,并采集水样进行主要水化学离子测定。用数理统计法、吉布斯图解法、主要水化学离子比值法以及卤族元素比值法对地下水样进行综合分析,分析地下水化学分布特征,识别出地下咸水的盐分来源;并结合古地理、地质和水文地质资料,研究其咸水形成机理。结果表明:(1)研究区由西北向东南方向,TDS和Cl浓度均逐渐升高,水质由淡水逐渐向盐水转化,地下水的优势阴离子类型沿着HCO_3型→HCO_3·Cl型→Cl·HCO_3型→Cl型变化,大部分地区的阳离子以Na^+占主导地位。(2)研究区内地下淡水受到岩石风化-溶滤和蒸发浓缩的共同影响,地下咸水的形成主要受到与海水的混合作用控制,还受到阳离子的交换吸附和矿物溶解作用的影响。(3)综合Br/Cl和I含量,证实了研究区存在着海相沉积地层的溶解作用,这是研究区东南部地下咸水的重要盐分来源。     

深海滑坡灾害的物质点法模拟

深海滑坡可以沿着斜坡搬运大量沉积物,是危害巨大的海洋地质灾害之一。评估深海滑坡的流滑机制并量化分析其对海底结构物的冲击对海洋资源的开发利用至关重要。采用物质点法对滑坡的滑动特性进行了总应力分析。设计了三组不同的土体、海床参数,展现了三种不同的滑动形态:延展、块体和扩张。随后复现了流滑体对部分暴露管线的冲击过程,并对冲击力的稳定值进行了分析,分析中考虑了流滑体的惯性、抗剪强度和静压力的影响。研究表明,物质点法能够用于模拟深海滑坡的流滑过程及其对海底结构物的冲击,可以为海洋工程中的实际设计工作提供服务。