海洋沉积物早期成岩作用研究进展

海洋沉积物的早期成岩作用是其沉积和埋藏过程中发生的一系列生物、物理和化学变化,其驱动力为有机质的降解,根据反应自由能大小,参与反应的氧化剂顺序为:O₂>NO3->Mn4+>Fe3+>SO42-。随着埋深增加,形成一系列氧化—还原化学带,并推动着海底沉积物中部分自生矿物的生成及C、N、S、Fe、Mn等元素的地球化学循环和同位素分馏。一系列有机质降解反应会改变原生沉积物中保存的地球化学信息,对古环境和古气候的研究具有重要意义。在早期成岩作用过程中,有机质降解产生的碳酸根离子和钙离子、亚铁离子结合会形成方解石、文石、菱铁矿等碳酸盐矿物。硫酸盐还原产生的还原态硫最终与亚铁离子形成黄铁矿。此外,目前常用于氧化还原环境重建的代用指标有:1）Fe组分;2）C_org/P比值;3）氧化还原敏感微量元素;4）Mo、U同位素。围绕海洋沉积物早期成岩作用中的矿物和元素地球化学行为,评述了早期成岩作用过程中有机质降解反应机制,探讨了反应进程中发生的元素地球化学循环和同位素分馏,以及相伴生的碳酸盐矿物和黄铁矿等自生矿物的形成机理。最后,总结了现有研究的不足,并对未来的研究方向进行了展望。     

海洋沉积物中有机质早期成岩矿化路径及其相对贡献

陆架边缘海沉积物是重要的生物地球化学反应器,海洋中90%以上的有机质沉积于此并在早期成岩作用过程中矿化.其矿化路径包括有氧呼吸、反硝化、锰氧化物还原、铁氧化物还原、SO4(-2)还原和CO2还原,并按生成自由能减少的顺序依次发生,构成理想的氧化还原序列.定量研究有机碳矿化路径及其对有机质矿化的相对贡献对揭示能量分配和碳...     

海洋中溶存甲烷研究进展

CH₄是大气中的重要微量气体，对全球变暖和大气化学有重要作用。海洋是大气甲烷的重要源和汇。开展海洋中溶存甲烷的研究，有助于了解海洋对大气甲烷和全球变化的贡献。综述了海洋中溶存甲烷的研究现状，着重介绍了海洋中溶存甲烷的分布特征、海气交换通量的估算及其生物地球化学循环，并探讨了该领域研究中存在的问题。     

东海内陆架沉积物磁性特征对早期成岩作用的响应

以东海内陆架泥质区F17柱样为对象,在放射性同位素测年、磁性测量、地球化学和粒度分析的基础上,探讨了早期成岩作用对陆架沉积物磁性特征的影响。结果表明,F17柱样磁性特征存在显著的垂向变化,表现为随深度的增加,沉积物磁性减弱、磁性颗粒变粗和不完整反铁磁性矿物比例上升。粒度以及Al,Ti,Fe,Mn的含量,有机碳和总硫的分析表明,沉积物物源相对均一,粒度虽然存在垂向变化,但不是磁性特征垂向变化的主要原因,早期成岩作用是导致上述磁性特征垂向变化的主要因素。早期成岩过程中,亚铁磁性矿物含量随深度下降的现象与其他地区报道的结果类似,但磁性矿物类型和颗粒大小随深度变化的模式,不同地区存在一定差异。基于磁性矿物对早期成岩过程的敏感性,磁性测量方法对认识铁在陆架沉积物中的迁移和转化具有积极作用。     

生物硅早期成岩作用研究进展

硅质浮游生物是海洋初级生产力的主要提供者,其死亡后所产生的硅质残骸(生物硅)向海底的传输,是保持海洋硅循环动态平衡的重要环节。由于海洋沉积物中的硅质微体生物化石记录了古海洋初级生产力的变化及其时空分布,因而生物硅也成为古环境重建的重要替代指标。本文对生物硅在水柱沉降和表层沉积物埋藏过程中所发生的早期成岩转变及其主要影响因素进行了综述,为全面了解最近几十年来该领域的研究进展提供参考。     

Remobilization of Iodine in Marine Sediments During Early Diagenesis

Based on the sedimentary geochemical studies of the Antarctic Ocean and the various geochemical parameters available,this paper deals with the process of emobilization of iodine in marine sediments during early diagenesis.The results showed that the process is not always controlled completely by organic matter as was expected previously.On average the adsorption and oxide phases of iodine account respectively for 23% and 32% of the total in continental-shelf and hemipelagic surficial sediments.Chemical analysis has revealed that the upward diffusion flux and redox conditions would play an important role in the concentration of iodine in the surface sediments.And the species of iodine in the surfial sediments characteristic of high I/Corg ratios would bepredominated by the oxide and adsorption phases.As experimentally evidenced,it is the early diagenetic remoibilization of iodine associated with the oxide and adsorption phases that led to the decrease of I/Corg with increasing depth.Calculations suggested that the diffusion flux of iodine from the deep parts of te sedimentary columum upwards is on the same order of magnitude as the deposition flux of it from sea water.This may be one of the important factors leading to the depletion of iodine in sedimentary rocks.On the basis of the above discussion and calculations the author has proposed a model for the remobilization of iodine in marine sediments during early diagenesis.     

早期成岩过程中铁元素地球化学循环研究进展

铁是海洋沉积物中重要的氧化还原敏感性元素之一,是早期成岩过程中地球化学循环变化的重要动力因素。早期成岩过程中,表层沉积物中铁氧化物的赋存形态主要可分无定形(弱晶型)铁氧化物和晶型铁氧化物,且前者的含量主要决定着沉积物中铁氧化物的还原活性;铁氧化物可以通过与硫酸盐还原产生的硫化物反应进行还原,还能在铁还原菌的参与下被表层沉积物中的有机质还原,沉积物中活性铁含量、有机质含量、沉积速率、植物根系导氧作用及底栖生物的扰动均能对铁还原率造成影响。早期成岩过程中可以形成黄铁矿,形成机理主要有:1)沉积物中先前形成的硫复铁矿(Fe_3S_4)等前体物质通过加硫反应形成;2)硫过饱和的球粒胶体通过脱水、成核、结晶以及聚合作用而成单个草莓状黄铁矿或初始自行黄铁矿微晶成核、生长、聚集、固化的小型黄铁矿微球团并入更大的胶体状黄铁矿结核、草莓状黄铁矿分组,从而形成黄铁矿集合体;黄铁矿化度(DOP)可作为区分古海洋氧化还原环境的指标。对铁同位素的研究表明,异化还原作用(DIR)过程中产生的铁同位素值偏低;页岩中黄铁矿的铁同位素在2.3Ga附近发生的突变反映了第一次大气氧气增高事件。磁学参数对铁相变化具有良好的反应,环境磁学在早期成岩过程研究中的应用,有助于快速划分铁还原带、研究环境中重金属循环行为。     

陆地热泉钙华研究进展与展望

陆地热泉钙华是沉淀于富Ca2+和HCO₃-热泉（普遍T≥30℃）的陆地碳酸盐沉积物/岩。热泉钙华独特的形成环境、岩石矿物学特征、地球化学特征和流体性质对古环境、古气候、早期生命起源、新构造运动、陆相热水沉积学、地热资源等方面研究具有重要指示意义。尽管相关学者对陆地热泉钙华开展了相关研究,但由于热泉钙华沉积-成岩过程中受复杂外界条件控制,其时空分布、沉积特征、矿物组成、地球化学特征、微生物作用、流体来源、成岩作用、古气候记录等系列科学问题有待深入研究。在国内外大量文献的基础上,结合研究团队对云南腾冲火山地热区热泉钙华的认识,综述了目前国内外学者对陆地热泉钙华的研究进展,总结了热泉钙华研究意义,提出了当前热泉钙华研究存在的问题及下步研究方向,为更加全面地认识陆地热泉钙华沉积及未来研究提供启示。     

海洋碳循环模式的研究进展

从最简单的三箱模式开始简要回顾了海洋碳循环模式的发展历史，讨论了不同发展时期各种模式的特点，并指出了海洋吸收大气CO2的能力。近年来全球海洋环流碳循环模式经常使用简单生化过程，而在过程模式和一维模式中较详尽探讨生态系统在海洋碳循环的作用。最新的全球环流碳循模式估计海洋在20世纪80年代每年吸收大气CO2为1.5~2.2 GtC。还讨论了模拟海洋碳循环的现状和存在的问题。使用含显式生态系统的碳循环模式是研究CO2生物地球循环及其对全球变化响应的发展趋势。     

硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程记录的海洋氮循环研究进展

海洋生态系统中的氮素生物地球化学循环主要是由微生物的代谢过程来驱动的,包括氮固定、氮同化、硝化以及反硝化和厌氧氨氧化过程,这些过程都伴随着不同程度的氮氧同位素的分馏,直接影响着海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素组成.因此,通过检测海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素信号,就可以捕捉到海洋中发生的具体氮素循环过程.细菌反硝化法是这一研究最有力的手段,通过细菌的作用把硝酸盐中记录的氮氧稳定同位素信号转化到N2O中,再通过痕量N2O的同位素质谱测定和分析,准确地反映海洋中发生的氮素转化过程.硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程为深入理解海洋氮循环提供了一个重要的工具,有力推动了海洋氮素生物地球化学的研究,在近10年来取得了重要进展.     

氧同位素在海洋磷酸盐研究中的应用

海洋中磷酸盐的氧同位素组成不但记录现代海水磷循环的信息(磷酸盐的来源和生物地球化学作用),还记录古环境的信息。因此,利用氧同位素研究海洋磷酸盐正日益受到国内外研究人员的重视。本文综述了利用磷酸盐氧同位素研究方法及其在现代海洋环境与古海洋的应用进展,展示了中国海洋磷酸盐氧同位素研究现状,提出了今后的研究方向。     

河口沉积物—水界面重金属生物地球化学研究进展

河口区既是人类排污物的主要汇集地，又是单向流体和双向流体相互作用的场所，三者构成一个复杂而多变的地球化学物理场。在这里因一定的物理，化学和生物化学作用使来自陆地的重金属污染物从水体中沉降下来，进入底部沉积物即积累过程，又会因类似的作用使这些金属从沉积物中活化而再次进入水体即释放过程，产生所谓的“二次污染”，河口沉积物水界面过程调控着这一体系的方向与限度。     

全球海洋通量联合研究

介绍了全球海洋通量联合研究计划(JGOFS)的制订背景与科学意义,系统地叙述了该项计划的长远目标、研究战略、具体内容要求以及中国将开展的各项研究工作。     

北冰洋CH_4研究进展

甲烷(CH4)是一种重要的温室气体,工业革命以来,大气中CH4浓度已增长了2~3倍。北冰洋沿岸冻土地带和冰川地质区域下埋藏了巨量的CH4储量,在全球气候变化背景下,北冰洋快速增长的CH4释放通量和可能产生的后果引起了人们的广泛关注。综述了北冰洋CH4的研究现状,着重介绍了北冰洋CH4的分布特征、通量及其生物地球化学行为,最后探讨了该研究领域中存在的问题。     

长江口崇明东滩沉积物间隙水中营养盐剖面及其数学模拟

2005年410月,对长江口崇明东滩潮间带高潮滩站位沉积物间隙水中营养盐成分进行了每月一次的连续观测。结果表明,该站点间隙水中营养盐NH4+和S iO32-的浓度一般在200400μmol/L之间;NO2-+NO3-以及PO43-浓度一般在1μmol/L以下,但9月份后的3次采样得到的沉积柱表层（010 cm）NO2-+NO3-浓度则一般超过10μmol/L,甚至接近100μmol/L。沉积物中有机N含量以及受粘土矿物含量影响的蛋白石（BS i）的溶解度是决定间隙水中NH4+和S iO32-的浓度的主要因素。间隙水中S iO32-浓度和温度之间存在着显著的正相关关系（P<0.01）,说明其主要是受温度影响的溶解过程的控制;而NH4+浓度与温度之间没有明显的相关关系,说明与S iO32-相比,沉积物中NH4+产出的控制因素较为复杂。我们采用了经典的早期成岩方程对NH4+和S iO32-浓度剖面进行了数学模拟,在模型中考虑了扩散作用、埋藏作用以及营养盐的代谢作用等因素。模拟结果表明,通过改变扩散项系数基本可以模拟出营养盐剖面中间浓度高、上下浓度低的总体趋势。此外,沉积速率和代谢反应速率也在不同程度上对模拟结果产生影响。      

海洋沉积物中色素生物标志物研究进展

海洋沉积物中的光合色素包含着水体、沉积物中浮游和底栖植物以及微生物群落的丰富信息,能表征特定生物来源,在埋藏到沉积物甚至发生某些改变之后仍然保留其源信息,是一类重要的化学生物标志物.结合总有机碳、总氮等其他海洋地球化学参数,沉积色素可用来研究海洋浮游植物和光合细菌的群落组成和丰度,反演海洋初级生产、水体富营养化水平及其历史趋势,指示水体和沉积物氧化还原条件,揭示海域气候条件等现状及其历史变化.沉积色素的研究,对于掌握海洋中碳的生物地球化学循环过程,回溯古环境、古海洋、古生态以及古气候记录,制定合理的海洋管理政策具有十分重要的意义.阐述了沉积物中色素的分类、来源、性质和分析方法,分析了色素在沉积物中的保存和变化规律,探讨总结了沉积色素作为化学生物标志物在海洋学研究中的应用.     

海洋二氧化碳的研究进展

海洋是一个巨大的碳库,具有潜在的缓冲大气CO2增加的能力,研究CO2在海洋中的转移和归宿,对于预测未来大气CO2含量乃至全球气候变化具有重要意义。综述了海洋CO2的研究现状,着重介绍海洋CO2的源与汇、海—气CO2通量的估算以及海洋环流、生物泵和海洋生态在海洋碳循环中的作用,并对该研究领域的发展趋势进行了总结。     

动物非矿化组织化石化过程的地球化学作用研究进展

动物非矿物化组织在特异埋葬条件下可保存为化石.最稳定的保存形式是与成岩作用有关的保存类型和以碳化有机质薄膜形式存在的保存类型.与动物非矿化组织保存有关的常见成岩自生矿物有磷酸盐矿物、碳酸盐矿物和黄铁矿等.其中,磷酸盐矿物在成岩作用过程中结晶最早,可以保存动物的微细构造.这些矿物可以矿化交代动物的肉质和角质使其成为矿化实体.特异埋葬的化学机理还需要古生物学家和地球化学家更紧密的合作,做进一步的研究.     

北黄海沉积物中氮的地球化学特征及其早期成岩作用

本文首次报道对北黄海沉积物中氮的形态及其早期成岩作用的研究成果。结果表明 ,北黄海沉积物中占主导地位的是细粒度组分 ,其结构和性质直接影响着沉积物中化学元素的形态、含量与分布 ,使自然粒度沉积物中各形态氮的垂向分布与细粒度组分中各形态氮的分布非常相近。在氮的早期成岩过程中 ,粒度也起着非常重要的作用 ,沉积物的粒度越细 ,沉积物中有机氮的分解速率越小 ,即细粒度沉积物中有机氮的分解矿化速率最小 ,易于富集有机氮。对于不同站位的沉积物来说 ,因其沉积速率的差异 ,致使沉积物中各形态氮的埋藏通量有很大差异 ,沉积速率越大 ,沉积物中各形态氮的埋藏通量越大 ,在沉积速率最大的 C4站位 ,各形态氮的埋藏通量最大。     

川东北地区飞仙关组白云岩成岩作用与系统划分

通过对川东北地区下三叠统飞仙关组白云岩的结构-成因分类、成岩作用方式、成岩演化序列和铁、锰、锶微量元素,碳、氧、锶稳定同位素地球化学特征的综合研究,从盆地大尺度的成岩作用组合特征出发,按“水文体制”将飞仙关组白云岩划分为4个成岩系统:(1)准同生阶段孔隙卤水成岩系统;(2)早-中成岩阶段地层压实热卤水成岩系统;(3)晚成岩阶段混合热卤水成岩系统;(4)构造隆升阶段油田热卤水成岩系统.各阶段成岩系统白云化流体性质和来源具有一定的亲缘性和继承性发展演化特点,但水－岩相互作用过程、成岩方式、产物和组合特征各不相同,与储层发育密切相关的成岩方式主要是各成岩系统中的多期次埋藏白云化和溶蚀作用.根据各成岩系统中成岩作用与储层在时间-空间上的耦合与匹配关系,可将优质白云岩储层和油气藏控制因素归结为3点:(1)早-中成岩阶段埋藏白云化为储层发育基础;(2)晚成岩阶段埋藏白云化扩大,提高了储层分布范围与质量;(3)构造隆升阶段破裂、TSR和溶蚀作用是形成飞仙关组高效气藏的关键.