太平洋CC区西部沉积物地球化学特征及其成因

对太平洋CC区西部7根沉积物短柱样的常微量元素进行浓度测试,以了解沉积物元素时空分布特征及其来源和控制因素。与上地壳元素平均值（UCC）相比,研究区沉积物中MnO、P₂O₅、Co、Ni、Cu、Mo、Ba明显富集,Al₂O₃、K₂O、Fe₂O₃、CaO、Sr等亏损。聚类和因子分析表明研究区沉积物元素有4种来源,其中Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、MgO、TiO₂、V、Cr、Co、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th、U为陆源黏土成因;CaO和Sr为钙质生物成因;MnO、P₂O₅、B、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba为海水自生成因;Na₂O为火山—热液成因。10.2° N以北沉积物元素为陆源黏土、海水自生和钙质生物成因,而10.2° N以南沉积物元素为陆源黏土、海水自生和火山—热液成因。沉积物中陆源物质主要来自亚洲高空气流携带的风尘物质。沉积物中海水自生成因的金属元素富集,与富氧的南极底流有关。柱样中CaO、Sr含量的时空变化,与柱样所处水深、冰期生产力和碳酸钙补偿深度变化有关。柱样中Ba/Ti指示的火山—热液活动在地质时期呈减弱的趋势,其对沉积物的影响也向北减弱。     

南黄海表层沉积物的碎屑矿物、地球化学特征及物源分析

以南黄海中、西部表层沉积物的测试数据为基础,分析了表层沉积物的碎屑矿物组合特征、分布规律和能灵敏指示物源的CaCO₃、TiO₂、Cu、Sr和Ba的含量特征、分布规律,将这些特征分别与黄河和长江沉积物、黄土进行对比,探讨了南黄海中、西部的物质来源。南黄海西北部主要来源于现代黄河物质和山东半岛及邻近海域的侵蚀基岩;苏北黄河三角洲沉积物主要来源于全新世海侵期海水对古黄河沉积物的改造,其次为海水对基岩的侵蚀,现代黄河物质的影响较小;中部表现出多源性,沉积物部分来源于海侵期海水对海底基岩的侵蚀、改造、再沉积,部分来源于长江物质、黑潮物质及古黄河物质,长江物质影响大于古黄河物质;南部主要来源于长江物质。研究结果表明,现代黄河物质影响的范围小于长江物质;古黄河曾于晚更新世在苏北入海。     

太平洋调查区多金属结核的地球化学特征和成因

东太结核主要为半埋藏和埋藏型,发育于以黏土和硅质组分为主的沉积环境。东太结核的锰相矿物主要有水羟锰矿和钡镁锰矿,具有较高的REY、Cu、Ni含量和Mn/Fe比值,显示遭受间隙水的影响,落入水成成因和成岩成因两个区间范围。西太结核主体暴露在海水中,周围沉积物主要由深海黏土组成。西太结核的锰相矿物几乎只有水羟锰矿,具有较高的REY、Co含量和低Mn/Fe比值,属于典型的水成成因型。两个区域的多金属结核的稀土北美页岩标准化模式均显示Ce正异常、Y负异常和无或弱Eu异常,与海水稀土特征构成良好的耦合关系,是多金属结核对海水稀土选择性富集的结果。西太结核相对东太结核具有更高的Ce含量和δCe,Co、Ti与Ce具有良好的正相关关系。研究认为海水中溶解氧并不一定是控制结核Ce正异常程度的关键因素,Co、Ti等元素及其相关组分能够引起Ce与其他稀土元素的强烈分馏,也可能是影响多金属结核Ce正异常程度的控制因素。研究区多金属结核和富钴结壳表层样的ε_Nd范围为-6.6~-2.5,是全球最富放射性成因Nd的海洋铁锰壳层。结合稀土模式以及Eu异常特征,本研究认为多金属结核的稀土主要来自ε_Nd相对较高的周围陆壳,可以通过河流或者大气沉降等方式输送到大洋,而研究区广泛分布的海山玄武岩释放的放射性成因Nd同位素对海水的影响微弱。     

斯里兰卡普塔拉姆地区ZK593号钻孔沉积物的地球化学特征及意义

根据岩性、主微量元素特征和元素比值分析,斯里兰卡普塔拉姆地区ZK593钻孔的沉积物可分为6段。它们分别沉积于温暖潮湿、水动力较强的浅海-滨海相环境,经历了3次明显的海水进退。各层北美页岩标准化曲线平缓,轻重稀土元素没有明显的分异,Ce轻度亏损,球粒陨石标准化曲线斜率为负,轻稀土元素相对富集,各层Eu亏损明显,Ce轻度亏损,表明沉积物属于受陆源影响的陆棚沉积物。Ce负异常与碳酸盐沉积及气候环境有关。元素相关系数分析表明,Ca和Sr与生物作用关系明显;ΣREE与Al₂O₃和SiO₂等微量元素与陆源碎屑关系密切。δ¹⁸ O 的负向偏移与沉积后地下水的作用有关。     

湿地沉积物-水界面营养盐交换的定量估算

为有效控制湖泊内源营养盐的释放,探讨了不同物理改良措施(覆沙、底质疏松)对沉积物-水界面营养盐的释放通量控制效果。利用原位孔隙水采样技术(Peeper)来获得沉积物孔隙水剖面,对改良后湿地沉积物孔隙水营养盐的垂向分布及其扩散通量进行了研究。结果发现,改良后沉积含水率、孔隙率分别提高了91%和54%。水土界面附近,随剖面深度增加,孔隙水中PO₄3-、NH₄+、NO₃-及NO₂-浓度分布符合指数关系,PO₄3-、NH₄+在8 cm左右达到最大值。种植芦苇后沉积物孔隙水中PO₄3-、NH₄+均有不同程度的下降,改良措施能有效降低表层弱结合态磷在总磷中比例但增加铁磷的比例,种植芦苇可强化这一效应。运用Fick第一定律对剖面孔隙水营养盐的扩散通量进行估算,发现沉积物经疏松后,NH₄+、PO₄3-的扩散通量由57.47~72.19μg/(m2·d)和2.55~3.21μg/(m2·d)变为-95.54~-130.94μg/(m2·d)和1.50~2.05μg/(m2·d),可考虑疏松沉积物-水界面附近沉积物来作为控制湖泊内源污染的有效手段之一。     

冲绳海槽南部表层沉积物地球化学特征及其物源和环境指示意义

对冲绳海槽南部陆架、陆坡和海槽 33个表层沉积物进行了元素地球化学分析,结果表明研究区沉积物的主要化学组成为SiO₂ 、Al₂ O₃ 和CaO,这三种组分占沉积物总量的 6 8%左右。多数元素在陆架和陆坡的变化范围较大,在海槽区相对稳定。向海槽方向随沉积物粒径变细,SiO₂ 和CaO减少、Al₂ O₃ 和其它多数元素含量增加。常量元素和Al₂ O₃ 的比值分布特征表明,本区沉积物由物源区经由陆架向海槽输送,沉积物主要由陆源碎屑沉积组成,此外还有生物碎屑沉积和自生沉积。陆架区部分微量元素富集因子 (EF)与长江和黄河沉积物的富集因子对比结果表明,本区的沉积物与长江沉积物的关系更为密切。陆坡区Cu、Pb、Zn、Co、Ni和Cr的富集因子较高是由于生物的富集作用造成的,Mn的富集主要是自生沉积的结果。用R型因子分析方法对沉积物的化学组成进行了分析,结合元素的分布特征,给出了四个主因子所对应的沉积环境和特征元素组合,分别为 1)陆架型的元素组合 :SiO₂ 、TiO₂ 、Zr、CaO和Sr,2 )陆坡型的元素组合Fe₂ O₃ 、MgO和P₂ O₅,3)海槽型的元素组合 :Al₂ O₃ 、K₂ O、Cu、Zn、Co、Ni、Cr和Ba,4 )反映沉积环境氧化-还原属性的元素组合 :MnO和FeO。     

太平洋西部富稀土深海沉积物的地球化学特征及其指示意义

深海富稀土沉积物已成为潜在的战略资源。为探讨富稀土粘土的地球化学特征及其来源和富集机制,对太平洋西部深海区域进行底层水和深层沉积物的系统采样,分析了样品的主、微量元素和稀土元素地球化学特征,并采用氧化还原环境、稀土元素的迁移和分馏以及海洋稀土循环的分析方法对富稀土沉积物的成因进行探讨。结果显示:沉积物的∑REY与Ce/Ce*表现出负相关关系,并与生物成因的P和Ca关系密切。样品Th/U、V/Sc、(La/Yb)_N、(La/Sm)_N和(Sm/Yb)_N值呈系统的变化,沉积物均处于氧化或次氧化环境。底层海水具重稀土富集的特征,海水-沉积物界面轻、中稀土含量上升,下覆的较深层沉积物表现出中、重稀土富集。初步推断沉积物的稀土元素来源于海水,与生物相关的物质是其REY富集和Ce负异常的主要控制因素。宽的氧化或次氧化环境和生物相关氧化物的强吸附能力导致稀土元素未扩散至海水而引起了沉积物稀土元素的富集。     

神狐海域沉积物孔隙水卤素浓度及碘同位素特征对天然气水合物成藏的示踪研究

对南海北部神狐海域SC-02钻孔沉积物孔隙水开展卤族元素浓度和I同位素研究。根据沉积物孔隙水中Cl^-、Br-和I-浓度特征,该钻孔可分为2层:上层沉积物孔隙水中卤族元素浓度随深度增加呈递增趋势;下层沉积物孔隙水卤素浓度则出现大幅波动,可能与该层赋存的水合物在钻取采样时发生分解有关。下层沉积物孔隙水的¹²⁹I/I年龄为20.77±2.4 Ma,明显老于其赋存地层的年龄,暗示该站位的天然气水合物中CH₄可能来自下伏的深部地层。     

基于高斯混合模型的太平洋深海盆地多金属结核成因分类

多金属结核类型成因分类是海底矿产资源关注的重要地质问题,诸多学者一直探索利用多金属结核地球化学特征进行多金属结核成因判别。近年来,随着大数据分析方法的应用,为探索利用机器学习技术进行多金属结核地球化学特征进行成因分类提供了很好的思路和方法。本文基于多年调查研究获取的太平洋多金属结核地球化学数据,利用高斯混合模型聚类分析技术,实现了太平洋深海盆地多金属结核成因分类,并对水成型结核进行了进一步判别分析,共划分出成岩型、混合型、水成Ⅰ型和水成Ⅱ型四类成因多金属结核,为太平洋深海找矿突破和资源评价提供重要依据。同时,不同成因类型结核空间预测结果显示,西北太平洋海域是水成Ⅰ型富钴多金属结核的主要分布区域之一,主要分布在马尔库斯—威克海山群、麦哲伦海山群北部、马绍尔海山群和中太平洋海山群西南部的山间盆地,以及附近的皮嘉费他海盆和中太平洋海盆西北部,是未来西太平洋富钴多金属结核资源找矿突破需要关注的关键海域。     

南海边缘海多金属结核与大洋多金属结核对比

本文通过系统对比分析前人研究成果,研究了南海边缘海多金属结核的成矿特征,结果表明：南海边缘海结核的矿物组成与大洋结核相似,均主要由锰相矿物和铁相矿物组成,其中锰相矿物主要为水羟锰矿和钡镁锰矿,铁相矿物主要以无定型铁氧化/氢氧化物形式存在,另外南海边缘海结核中含有大量硅酸盐矿物,表明在南海结核成矿过程中受到大量的陆源碎屑矿物混杂;相对于大洋主要经济成矿区的多金属结核,南海边缘海多金属结核中主要的经济元素如Mn、Cu、Co、Ni和Zn质量分数较低,而亲陆源性元素如Fe、Ti、P、Nb、Pb、Rb、Sc、Ta、Sr、Th和REY（REE和Y）等质量分数较高;南海边缘海多金属结核的元素地球化学特征和REE配分模式显示其为水成成因,并呈现更低的Mn/Fe值;同时南海边缘海结核也具有较快的平均生长速率及较高的δCe正异常,表明其生长在更为氧化的海水环境。虽然较快的沉积物沉积速率和动荡的海水环境影响了南海边缘海结核的成矿,但大量陆源物质进入海洋也为南海边缘海结核提供了丰富的成矿物质来源,便于南海边缘海结核的快速生长成矿。南海边缘海结核富集有Fe、Ti、Pb、Rb、Th和REY等金属元素,同样可以作为极具潜力的海洋矿产资源。南海边缘海多金属结核具有其独特的地球化学特征,与大洋多金属结核存在着明显差异。     

Rare earth elements and strontium isotopes of polymetallic nodules from southeastern Pacific Ocean

Rare earth element (REE) distributions and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios were determined for nodule crusts and associated surface sediments collected in the southeastern Pacific Ocean between South America and the Tuamotu archipelago. The shale-normalized patterns of the REE from the surface sediments show pronounced negative anomalies in Ce which indicate a marine origin. One ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio also has a value characteristic for seawater strontium. REE patterns from the nodule crusts, when normalized to shales, seawater or associated surface sediment, show that a marine origin can also be proposed for the oxy-hydroxides. Only the Ce shows a systematic scatter, which could be the result of fluctuations in the oxidation-reduction conditions during nodule growth. The marine origin for REE is corroborated by the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios which average 0 · 70905 ± 0 · 00019 (2σ), a value close to the seawater ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of 0·70910 ± 0 · 00035. If the major metals of the polymetallic nodules have the same origin as these trace elements, then a direct precipitation from seawater can be postulated for the crusts studied here.     

水化学揭示的弱透水层孔隙水演化特征及其古气候指示意义

地下水开采、弱透水层释水, 以及污染物迁移转化、高危废物深埋选址等水文地质和工程地质活动中, 弱透水层的作用越来越受到重视.了解弱透水层孔隙水的演化特征是认识弱透水层作用的首要问题.采用机械压榨法提取了曹妃甸地区某钻孔0~100 m粘性土孔隙水, 对孔隙水化学特征进行了分析.结果显示钻孔粘性土孔隙水呈碱性, 总溶解固体为7.26~26.89 g/L, 从浅到深逐渐减小; 陆相沉积层Cl/Br比趋向无穷大, 而海相沉积层仅为279~289.分析得出弱透水层孔隙水基本为岩层沉积水, 陆相和海相沉积层孔隙水分别显示出淡水和海水起源特征, 没有后期海水入侵影响迹象; Cl-、Na+变化趋势主要受蒸发浓缩作用影响, SO₄2-受硫酸盐的还原作用和石膏的溶解作用共同控制, Ca2+、Na+、K+还受到沉积过程中阳离子交换与吸附作用影响; 由δ18O重建晚更新世古气温为5.21~5.81 ℃, 浅部40 m以内计算的气温偏高是由于全新世气候变暖、孔隙水向下扩散迁移混合的影响.      

深海多金属结核开采潜在工程地质环境影响研究进展

深海多金属结核广泛分布于全球海底,资源储量丰富、开采潜力巨大。自20世纪60年代,围绕深海多金属结核开采提出了连续链斗式、穿梭艇式、管道提升式等的采矿方式,目前研究中多以管道提升式研究为主。将赋存在海床沉积物表面的多金属结核开采出来必然会引起表层沉积物的扰动,从而影响海水化学性质及海洋生物活性。国内外学者围绕深海多金属结核开采,从结核的资源储量、矿区工程地质条件、开采技术、环境影响等方面展开了诸多研究。基于国内外大量文献资料,着重整理了深海多金属结核富集区CC区(东太平洋的克拉里昂—克里帕顿断裂带之间的海底区域)的研究进展。针对以管道提升式开采方式开采深海多金属结核产生的潜在工程地质环境影响得到以下几点认识:(1)结核开采过程中对表层沉积物产生扰动致使沉积物发生再悬浮,再悬浮颗粒浓度是影响海水化学性质、海洋生物活性的主要原因;(2)矿区表层沉积物的工程地质性质是深海多金属结核开采过程中生态环境影响程度的关键控制因素,其决定了结核开采时沉积物再悬浮的质量、空间分布特征;(3)目前多金属结核开采的环境影响评价多基于对生物群落的影响程度进行定性的评价,尚未有基于沉积物工程地质性质变化、再悬浮沉积物时空分布规律进行的环境影响评价,未来深海多金属结核开采环境工程地质影响定量评价系统有待建立。以上认识对于深入了解多金属结核开采研究现状、工程地质环境影响特征、监测环境影响内容有重要意义。     

东昆仑那更康切尔银多金属矿床流纹斑岩锆石U-Pb年代学、地球化学特征及其地质意义

那更康切尔银多金属矿床是青海省目前发现的首个大型银矿床,通过对赋矿流纹斑岩进行岩石学、地球化学、锆石U-Pb定年及Hf同位素研究,结果表明:流纹斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为217.4±3.1 Ma,形成于晚三叠世;流纹斑岩SiO₂的含量在73.08%~75.78%,Al₂O₃含量介于14.05%~16.04%,Na₂O+K₂O含量为4.31%~4.77%,K₂O含量为4.20%~4.61%,K₂O/Na₂O比值远大于1,属于钙碱性强过铝钾质火山岩.岩石具有高硅、富铝、富钾的特征,Mg#值介于45~54,具有明显的轻稀土元素富集,重稀土元素亏损的特征;富集大离子亲石元素Rb、Th、K,亏损Ta、Nb、P、Ti等高场强元素;ε_Hf（t）介于－4.4~－9.7,二阶段Hf模式年龄T_DM2为1 533~1 864 Ma.综上表明流纹斑岩主要源于中元古代－古元古代下地壳重熔,同时混入幔源物质;赋矿流纹斑岩形成于东昆仑晚三叠世造山后伸展环境.那更康切尔大型银矿床的发现,是东昆仑晚三叠世成矿作用的表现,为区域上寻找同期侵入岩或陆相火山岩有关的多金属矿床奠定基础.      

Speciation and Mobility of Selected Trace Metals (As, Cu, Mn, Pb and Zn) in Sediment with Depth in Cam River-Mouth, Haiphong, Vietnam

The speciation and mobility of some selected trace metals (As, Cu, Mn, Pb and Zn) in sediments with depth was investigated in the Cam River-mouth (Vietnam) by collecting sediment cores and analysing porewater and sediment composition, complemented with single (ammonium-EDTA) and sequential (BCR 3-step) extractions and mineralogical analysis (XRD). All trace metals show overall decreasing trends with depth in porewater as a result of anthropogenic input in upper sediment layers. High porewater concentrations of As, Mn and Pb in oxic and suboxic sediment layers may result in groundwater pollution. Sediment-bound Pb and Mn dominate in the reducible and the acid-soluble fraction, respectively, while Cu and Zn distribute rather evenly between four extracted fractions. The porewater metal speciation, as predicted by a geochemical model Visual MINTEQ version 3.0, indicates that the toxicity of Cu, Mn, Pb and Zn (presented by the proportions of free metal ions) decreases with depth, while the toxicity of As increases when As(III) becomes more abundant. The dissolved concentrations of trace metals are not only controlled by the precipitation/dissolution of discrete hydroxide/oxide, carbonate and phosphate minerals, but also by sorption processes on major sorbents (i.e. As on goethite, and Mn and Zn on calcite and dolomite). Sulphide minerals do not show any control even in the anoxic zone most likely because of the low concentration of sulphur.     

Trace metals in porewater of surface sediments and their bioavailability in Jiaozhou Bay,Qingdao, China

Samples of porewater and the edible tissue of mottled clams, Ruditapes variegatus, were collected simultaneously at each of 12 stations from Jiaozhou Bay near Qingdao, China, in June of 2003. Chemical analysis focused on trace metals and major elements. Porewater concentrations of Cd, Cr, Pb, and Zn were distributed in a bimodal fashion among the 12 stations, with mean concentrations at six of the stations being 8–32 times mean values at the other six stations. The concentrations of the same metals in clams were remarkably similar among stations, the coefficients of variation being only 12–37%. Calculations performed with the computer program PHREEQC indicated that Pb and Cr in porewater were present only in the +2 and +3 states, respectively, and because dissolved Cd and Zn exist only in the +2 state, the bimodal distribution of these four metals likely reflects secondary effects associated with their scavenging by Fe and/or Mn under oxidizing conditions and subsequent dissolution in the reducing environment of the porewaters. Consistent with this hypothesis is the fact that the distribution of high and low metal concentrations was closely correlated with the granularity of the sediment, with lower metal concentrations associated with relatively coarse sediment. Comparison of published biological concentration factors with the ratios of metal concentrations in the clams to porewater metal concentrations indicated that the porewaters were not the primary sources of the metals in the clams. Mixing processes in the bay likely account for the rather uniform concentrations of metals in clam tissue.     

兰坪盆地区域地球化学异常特征及找矿方向

西南三江中段兰坪盆地是著名的金属成矿区,区内矿产资源丰富,以铜、铅、锌、银为主。2012—2016年云南省地质调查院完成了1∶25万丽江市幅水系沉积物测量工作,平均采样密度为1.02个/km²,采样介质为代表汇水域基岩成分的岩屑,样品粒级为-10~+60目。以兰坪盆地内的1∶25万水系沉积物测量成果为基础,首先分析了盆地内微量元素的地球化学特征,指出仅从元素富集系数的大小来判断研究区内有利矿种的方法欠妥;进而为消除元素的风化富集效应而采用变值七级异常划分方案绘制了该区地球化学异常图,并对区内的主要成矿元素进行异常圈定和分级评价。结果表明所圈定的异常区不仅与该区典型矿床在空间上相吻合,而且单元素异常级别或平均异常强度也与矿床的规模相一致,已知矿床均位于平均异常强度达3级以上的异常区。除典型已知矿区外,区域地球化学异常特征显示兰坪盆地东北部老君山地区和盆地中南部白洋厂南部地区是盆地内寻找多金属矿床的有利地段。     

Rifting-related volcanism in an oceanic post-collisional setting: the Tabar–Lihir–Tanga–Feni (TLTF) island chain, Papua New Guinea

The Tabar–Lihir–Tanga–Feni (TLTF) volcanic island chain occurs in a zone of lithospheric extension superimposed on a post-collisonal tectonic setting along the Pacific and Indo-Australian plates northeast of Papua New Guinea. We present geochemical and Sr, Nd, and Pb isotope data for volcanic rocks from these islands and three recently discovered seamounts located at Lihir island. Major element data document an alkalic affinity of the sample suite and trachybasalts as the predominant rock type. Negative Nb-anomalies in extended trace element patterns, enrichment of the light rare earth elements, and Ce/Pb ratios of about 4 are typical of the values in calc alkaline island arc volcanics and support an origin from subduction-modified mantle. ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of 0.7037 to 0.7044 and _Nd values of +5.6 to +6.8 indicate that the upper mantle evolved with a time-integrated depletion in LREE, however, not as severe as that recorded in basalts from the East Pacific Rise. Variable ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios at less variable ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd ratios suggest that ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of the melts were modified by secondary processes, such as assimilation of seawater Sr from crustal rocks. The Pb isotope ratios are uniform, moderately radiogenic (²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb ca. 18.7 to 18.8), and similar to those reported for the active Mariana arc. Elevated ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb ratios relative to Pacific MORB suggest melting of small amounts of subducted sediments (ca. 1–2 wt.%). An important control of subducted sediment on the chemistry of the melts can also be inferred from the ratios of highly incompatible trace elements (e.g., Th, U, Pb, La, and Nb). Additional mantle enrichment by subduction derived fluids is reflected in high values of highly incompatible trace element ratios between fluid mobile (e.g., Ba) and fluid immobile elements (e.g., Th, Nb). The results of this study document that the chemical composition of igneous rocks from post-collisional tectonic settings are strongly influenced by previous plate tectonics. This conclusion implies that the information conveyed by tectonic discrimination diagrams for these rocks must be interpreted with care.