更新世冰盖与大洋碳储库相互作用的箱式模型模拟

全球大洋深海有孔虫碳同位素(δ13C)记录中广泛发现40万年周期,这一周期可能与偏心率长周期的轨道驱动有关.1.6 Ma以来,δ13C的这一长周期拉长到50万年,且重值期不再与偏心率低值对应.目前对δ13C 40万年周期的成因及其周期拉长的机制还不明确.这里使用了包含9个箱体的箱式模型,用于研究热带过程与冰盖相互作用及其对大洋碳循环的影响.模拟结果显示当北半球高纬海区海冰迅速增大时冰盖迅速融化,进入冰消期,而当海冰快速消失后,冰盖则重新缓慢增长.冰盖变化具有冰期长,间冰期短的非对称形态.在季节性太阳辐射量的驱动下冰盖变化具有10万年冰期-间冰期旋回.当冰盖融化速率受北半球高纬夏季太阳辐射量控制时,冰盖变化的岁差周期明显加强,相位与地质记录一致,说明轨道驱动可以通过非线性相位锁定机制使冰盖变化与其在相位上保持一致.海冰的阻隔效应使大气中CO₂在冰消期时增多.冰期时大洋环流减弱使大气中CO₂逐渐减少.当模型只有ETP驱动的风化作用而不考虑冰盖变化时,模拟的δ13C记录显示极强的40万年周期,体现了大洋碳储库对热带风化过程的响应.当同时考虑冰盖变化和风化作用时,模拟的δ13C结果中40万年周期减弱而10万年周期加强,并且40万年周期上碳储库与偏心率的相位与不考虑冰盖变化时的相位也存在差异,反映了冰盖变化引起的洋流改组压制了大洋碳循环对热带过程的响应.      

从南海看第四纪大洋碳储库的长周期循环

近年来, 长尺度、高分辨率的深海和冰芯记录为第四纪研究提供了新机遇。古气候研究不再局限于单个的冰期旋回, 而是延伸到跨越多个冰期的长时间过程(≥ 105年)。1999年大洋钻探184航次在南海所得保存良好的沉积层中, 发现更新世稳定碳同位素(δ13C)有3个105年尺度的长周期, 属于全球大洋的普遍现象。随后的研究还证实水循环(冰盖变化)和碳循环(生物地球化学变化)中都有这种为期105年的长期过程, 进而提出了这两种过程是否相关的问题。研究表明, δ13C和其他生物地球化学地质记录中普遍存在长偏心率周期。第四纪之前海洋δ13C序列中的40万年旋回, 可以用"溶解有机碳假说"来解释:季风控制的营养物质输送, 改变着海水中颗粒有机碳和溶解有机碳的比例(POC/DOC), 进而引起δ13C的40万年周期变化。然而, 1.6Ma前的大洋改组将南大洋深水层隔离开来, 使得海洋δ13C的40万年长偏心率信号变得模糊。近百万年来, 地球气候系统经历了两次大改组, 一次是大约90万年前的"中更新世革命"(MPT), 一次是约40万年前的"中布容事件"(MBE)。而在MPT和MBE事件之前都发生过碳同位素的重值事件(δ13Cmax), 分别为约100万年前的δ13Cmax-Ⅲ和50万年前的δ13Cmax-II。如果将相应冰期旋回上类似的水文气候现象联系起来考虑, 可以看出无论水文还是生物地球化学的事件, 在很大程度上都是由南大洋的海洋变化所驱动的。因此我们认为, 起源于南大洋的生物地球化学长周期过程, 在第四纪冰盖的消长变化中起着关键作用。     

冷水珊瑚氧、碳同位素——古水温重建与钙化机制

冷水珊瑚是开展中—深层海水高分辨率古海洋学研究的理想载体。不同于浅水珊瑚,冷水珊瑚受到生命效应的强烈影响,其δ~(18)O亏损4‰～6‰,δ~(13)C亏损约10‰,因此利用冷水珊瑚氧、碳同位素恢复古水温时需要校正。综述了利用冷水珊瑚氧、碳同位素重建中—深层海水古温度的原理和方法,以及现有的3种冷水珊瑚钙化模型及优缺点。提出需要进行进一步的微区分析及针对性实验来阐明冷水珊瑚的钙化过程。     

冷水柳珊瑚骨骼化石重建的早全新世南海中层水十年际变化

冷水珊瑚可以提供其生长期内周围环境变化的信息, 有望填补中-深层海洋高分辨率重建材料的空缺。本文利用“深海勇士”号载人深潜器在甘泉海台西南角海山上(16.55°W, 110.89°E; 水深1119.3m)采集的柳珊瑚样品(SY185-9)开展探索性研究, 检验冷水珊瑚高分辨率古环境重建的应用价值。X射线衍射(XRD)分析结果表明SY185-9的矿物成分主要为镁方解石(Mg_0.06Ca_0.94CO₃); 骨骼横切面的¹⁴C测年结果显示SY185-9生长于早全新世, 时间跨度为9621±135~8922±114a B.P.; 利用环境扫描电子显微镜结合能谱仪和电子探针, 分析SY185-9骨骼横切面的元素组成和变化, 其中Mg/Ca比值指示了SY185-9生长时期平均海水温度为4.7±0.9℃, 较现代相同位置处的平均海水温度高约0.9℃, 可能反映早全新世南海中层水温度较现代略高的特征, 但也需注意冷水珊瑚Mg/Ca温度计算公式的区域适用性和珊瑚生命效应问题; Mg/Ca记录的频谱分析结果揭示显著的十年-百年际尺度波动, 可能反映中层水温度的自然变率, 或因局地海山地形而造成的中层海水与海表气候之间的密切联系。

     

大洋多金属结核测碳方法——流动注射电导法探讨

测碳方法的研究在大洋多金属结核调查研究及其开发利用工作中占有重要地位。目前对多金属结核测碳方法的研究尚无报导,一般多援引土壤或沉积物化学分析中的测碳方法,方法较多,各有利弊,但都不甚适合于多金属结核中碳的测定。本文收集文献31篇,就目前实用的几种主要测碳方法作初步探讨,并推荐流动注射电导法。     

浙江中深层水热型地热资源评价与勘查方法优选

浙江省中深层水热型地热资源较为丰富,但热储类型以受区域断裂控制的带状或脉状为主,勘探风险高,成功率低。全面评估不同类型地热资源区划及勘查技术方法的适宜性,建立适合浙江地热勘探的方法体系是降低勘查风险的有效途径。本文由面及点,从区域成矿有利区评价、潜力区地热资源勘探开发等两个维度出发,通过省内已有地热勘查案例的分析和方法应用的研究,总结出基于层次分析法和综合指数模型的有利区评价体系、基于地质—水文地质的综合地热地质调查方法、以电磁法、微动探测等为主的综合地球物理勘查方法、以潜孔锤和气举反循环为主的无污染地热钻探方法。该类方法组合在浙江省地热资源勘查空白区中深层水热型地热勘查中取得较好成果,累计探得可开采地热流体达21256 m³/d,大大降低地热勘查风险,极大提高了勘查效益。     

关中盆地深层地热水~(36)Cl测年研究

前期同位素水文地球化学的研究成果显示,关中盆地深部地下热水存在地质历史时期残余的沉积水,这直接关系到地热水资源的可持续开发利用。为此本文运用~(36)Cl测年法对其深层地下热水的年龄进行尝试性研究。~(36)Cl测年结果表明,关中盆地深层地热水最大的~(36)Cl年龄范围为988.69~1 123.98 ka,不同构造单元、不同热储封闭条件、不同成因类型的地下热水具有不同的~(36)Cl年龄。其中,文热4、渭热4两样点的~(36)Cl年龄分别为988.69~1 123.98 ka、675.69~809.77ka,在一定程度上分别代表了咸礼断阶和固市凹陷深层地热水的赋存年龄,提供了关中盆地残存沉积水的~(36)Cl年龄证据。由于这2个样点的地下热水仍存在一定量的入渗水混入,所以计算年龄小于实际年龄,此~(36)Cl测年结果应视为沉积水的下限年龄,估计关中盆地原始沉积水的年龄至少在百万年以上。     

大洋沉积物中有机碳含量制图对研究油气成因的意义

中大西洋和墨西哥加勒比海地区(不属于古特提斯海残余)列为具有科学研究价值的对象。由于这些地区涉及地壳碰撞与生油岩沉积形成作用的关系。这个巨大水域中的中生代地层富含具高生油潜能的黑色页岩。在下伏年代不一     

非水比色法测定钢中微量碳

在非水滴定的基础上，用百里酚酞的工业酒精－乙醇胺溶液，试验了非水比色测定微量Ｃ的方法，可以测定钢铁中０．９ｍｇ－２．４ｍｇＣ，ＲＳＤ（ｎ＝７）为４．８３％。     

大洋中脊热水探测与新型传感器

对大洋中脊的探测带来了大量科学发现。在大洋中脊热水喷口的极端条件下,在大的温度梯度范围内,一方面在喷口（黑烟囱）周围形成巨量金属硫化物快速堆积;另一方面在喷口周围由内向外形成一个生物晕。为了研究洋中脊极端条件下的水热过程,模拟洋中脊水-岩相互作用条件下生命过程,需要在高温高压环境中原位获取数据,必须利用先进、灵敏的化学传感器。由于新材料技术的发展,美国和西方国家深海探测时广泛使用YSZ电化学传感器（氧化钇稳定的氧化锆陶瓷,YSZ：Yttria Stabilized Zirconia）,这种传感器的优点是在温度大于200℃的高温时性能良好,在低于200℃条件下灵敏度降低,而且在国际市场上没有这些高温高压化学传感器出售。“十五”期间,科技部863计划,首次将发展深海高温高压传感器的海底多参数检测技术之一列入我国计划。根据863计划,中国科学家通过努力研制成功一系列具有中国自主知识产权的高温高压化学传感器,在自主研制了YSZ传感器的同时,发明了国际上首次可以在大温度范围、在海上实用的Zr／ZrO2高温化学传感器,可部分替代YSZ传感器。这两类集成式化学传感器可以探测大洋中脊400℃／40MPa热水的pH、H2、H2S、Eh等,并在2004年的南海的海试中取得成功。     

福建龙岩大洋花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、Hf同位素组成及其地质意义

对福建龙岩大洋花岗岩的两期岩相进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和锆石Hf同位素研究。结果表明:大洋花岗岩的早期黑云母正长花岗岩年龄为(144.8±0.9)Ma,εHf(t)值为-5.58～-2.00,二阶段Hf模式年龄为1 313～1 530 Ma,晚期微斜长石花岗岩的年龄为(127.5±0.4)Ma,εHf(t)值为-7.57～-0.90,二阶段Hf模式年龄为1 246～1 668 Ma。同位素特征表明,大洋花岗岩两期岩体都形成于早白垩世,是在岩石圈伸展的底侵作用下形成的,物源主要是中元古代地壳物质,但晚期有少量幔源组分的加入。     

新近纪南海深层水的增氧与分层

综合南海ODP1148站、1146站和1143站沉积物物性、底栖有孔虫、同位素等资料, 探讨早中新世以来南海深层水的演化特征.结果表明, 在21~17Ma、15~10Ma和1~5Ma3个时间段分别对应3个富含红褐色粘土的岩性单元, 其红色参数(a*) 增高指示南海深层水中溶解氧含量的增加.对比发现, 前两阶段的深层水增氧与南极底层水和北大西洋组合水增强有关, 说明10Ma前南海与外地的底层水基本是相互连通的.10Ma以后, 南海深层水溶解氧降低, 同时分别处于下深层水的1148站和上深层水的1146站之间的CaCO₃含量变化加大, 喜氧底栖有孔虫减少, 底栖δ13C在10Ma大幅度减轻, 说明南海当时的深层水受大洋深层水的控制减弱.推测主要是南海海盆自16~15Ma停止扩张以后, 南海逐渐关闭引起本地深层水开始形成的缘故.从6Ma左右开始出现大量的太平洋底层水和深层水的底栖有孔虫标志种, 1148站和1146站在5~3Ma期间的CaCO₃含量之差达到40%, 标志南海深层水最大分异期.除了全球气候变冷、北半球结冰引起太平洋深层水扩张的影响之外, 南海海盆由于更强烈向东俯冲而进一步下沉也可能是原因之一.3Ma以来南海深层水演化进入现代模式, 两站之间的CaCO₃含量之差稳定在10%左右, 厌氧底栖种丰度增加.太平洋底层水和深层水的标志种相继在1.2Ma和0.9Ma大量减少, 底栖δ13C也同时大幅度变轻到新近纪的最低值, 表明太平洋底层水的影响基本消失, 太平洋深层水的影响也大大减弱.因此, 标准现代模式的南海深层水, 推测主要由于“中更新世气候转型”时期巴士海峡下面的海槛抬升到接近目前~2600m的深度时, 才开始形成.      

深层水漏斗区开采量组成变化特征与机制

为阐明强烈开采条件下华北平原深层水的开采水量来源及组成问题,以德州地区深层水漏斗分布区为重点研究区,通过基于大量钻孔资料对含水层组及其粘性土夹层或透镜体的分析和野外地下水采样、动态监测及地面沉降测量资料等分析,采用分层、分区计算方法对漏斗中心至外围的各分区弹性释水量、粘性土压密释水量、侧向流入和越流补给量进行均衡计算。结果表明:在强烈开采条件下,深层水开采量中弹性释水量和压密释水量所占比率不是常量,随着深层水位下降的幅度和深度增大、超采释压持续时间愈长、开采层中粘性土夹层或透镜体愈多,则区内弹性释水和压密释水的强度及累积地面沉降量愈大;愈靠近漏斗中心,弹性和压密释水强度愈大,相同降深下平均单位降深的地面沉降量愈小。在深层水开采量中粘性土压密释水占35.5%~61.9%,与地面沉降密切相关。     

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生碳酸盐岩碳、氧稳定同位素特征

为了探索水合物背景下沉积物中自生矿物响应,对采自综合大洋钻探计划（IODP）311航次沉积物中自生碳酸盐岩颗粒进行了矿物组成、形貌特征和碳、氧稳定同位素特征等研究。X光粉晶衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）结果显示碳酸盐岩颗粒的主要矿物成分是铁白云石和方解石,呈多孔状结核和不规则状集合体产出。碳酸盐岩颗粒的碳稳定同位素δ¹³C_PDB低至-41.50‰,证实其碳源源自甲烷,其成因与甲烷厌氧氧化过程有关,印证了研究区存在海底甲烷渗漏现象,是甲烷水合物赋存区重要的识别标志之一。碳酸盐岩颗粒的氧稳定同位素δ¹⁸O_PDB总体上随着沉积物深度增加而减小,可能指示沉积物的背景温度由下而上（从早到晚）逐渐降低。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生碳酸盐岩的碳、氧稳定同位素记录,对于寻找我国海域天然气水合物资源,探索地史时期古海洋沉积物中类似的甲烷事件记录具有重要的理论和实践指导意义。     

冲积物中石英ESR测年的研究

使用电子自旋共振(ESR)技术用冲积物中石英的Ge心信号测定冲积物进埋藏年龄取得成功,由Ge心测得的ESR年龄和热释光年龄一致,与层位相应,符合地质背景,个个有使用价值.同时,对天然辐射总剂量的求取和Ge心ESR年龄的可靠性等问题也作了一些讨论.     

帕隆藏布江中坝段河岸沉积ESR测年

河岸阶地的沉积组成序列分析对于认识研究区演化历史意义重大[1～7].帕隆藏布江为雅鲁藏布江北侧最大的支流,位于青藏高原东南部,冈底斯-念青唐古拉地质构造区的东端,新构造活跃[8,9].受到沿雅鲁藏布江北上西南季风气流的影响,降水丰富,海洋性冰川发育.地质气候条件造就了帕隆藏布的深切峡谷的地貌,并且泥石流、滑坡和溜砂坡等多种山地灾害频发[10].河谷两岸的巨厚沉积物除了冰碛物、冲洪积物之外,泥石流堆积体、崩滑堆积物、溜砂坡堆积物等随处可见[11,12],这些沉积物不仅是历史时期灾害的忠实记录,而且由于较为松散还容易引发新的山地灾害.特别是该段溜砂坡灾害广泛发育,因此,分析这些沉积物的形成时代及其与气候之间的关系,对于认识研究区山地灾害形成机理及其对全球变化的响应具有重要意义.     

2013年后的大洋钻探——从INVEST会议看学科前沿

在德国布莱梅举行的"INVEST"大会上,讨论了2013年后10年内综合大洋钻探的学术研究方向.报道了会议概况,从深部与表层相互作用、暖室气候、深部生物圈与碳、观测系统、地球和人等5个主题,介绍了大洋钻探未来的学科前沿,并分析了大洋钻探今后发展的特点.     

沧州市深层水中氟离子变化与地层释水估算

沧州市地面沉降过程中地层压密释水导致水资源组成发生变化,这部分释水量是水均衡计算中必须要考虑的,但现有的调查数据并不明确。通过地下水中氟离子浓度的变化来解释地面沉降与弱透水层释水机理,并采用二元混合模型估算地下水开采资源组成中越流与释水所占份额。结果显示:沧州市承压含水层中氟离子浓度与地面沉降量存在着对应关系,在压缩释水阶段,开采量中有56%来自黏性土压密释水;在越流发生阶段,开采量中有36%来自越流补给。这表明压密黏性土释水是水资源评价的重要组成部分。     

京津冀德平原区深层水开采与地面沉降关系空间分析

京津冀德地区是我国重要城市集中区和农业生产基地,由于深层地下水的过量开发利用,产生了严重地面沉降问题。部分学者认为,深层地下水累计开采量基本上相当于地面沉降累计量,认为京津冀德平原区深层水属于储存资源,基本得不到补给和更新。本文利用GIS空间分析方法,对开发利用深层地下水的京津冀德平原区大约八万平方千米范围,进行了累计地面沉降体积分布、深层水水位变差分布的空间分析,结合对深层地下水开采量的研究,初步探讨了深层水开采利用与地面沉降宏观关系的定量特征,结论是多年平均深层水开采量为25×108~27×108m3,多年平均地面沉降体积量为11.2×108m3,年均地面沉降体积大约相当于41%~44%的年均深层水开采量体积,还有56%~59%的深层水开采未导致直接的地面沉降响应,说明在高强度开采激励条件下深层水的动力场可能已经发生巨大变化,对深层水开采引起地面沉降的关系、深层水的组成与循环更新机制应进一步研究。     

西藏南部中白垩世黑色页岩的碳氧同位素组成及大洋缺氧事件的讨论

本文对西藏南部中白垩世黑色页岩中的氧同位素组成特征和两次大洋缺氧事件的形成、发展过程作了较为详细的分析讨论。西藏南部中白垩世期内,在仲玛期及其稍后的沉积时期存在两次大洋缺氧事件,定两次缺氧事件在时间上可与国际上的Ｃｅｎ－Ｔｕｒ和Ｃｏｎ－Ｓａｎｔ时期的全球大洋缺氧事件相对应;该区这两闪大洋缺氧事件的形成、发展,是与当时全球特定的的生态环境和全球性的地壳构造运动、大规模的海侵、火山喷发等重大地质灾变事