水库调控下黄河口沉积有机碳的分布、来源与输运特征

黄河是全球输沙量最大的河流之一,陆源颗粒有机碳通量高。然而,近年来流域水库调控对黄河下游水文格局和颗粒有机碳输送产生了重要影响,小浪底水库调水调沙时期成为黄河水沙和有机碳入海的关键时段。为揭示水库调控对河口水动力和有机碳分布的影响机制,基于2020年7月调水期和调沙期黄河口的水动力观测结果,结合沉积物有机碳测试结果,研究了水库调控不同阶段下河口沉积物粒度参数和表层沉积物有机碳的时空分布。研究结果表明,水库不同阶段下悬浮颗粒物的物源和主要扩散、沉积区域的变化,使得黄河口表层沉积物的粒度组成特征发生明显变化;在高径流量的调水期期间,粗颗粒泥沙携带颗粒有机碳在河口距离口门12 km范围内大量埋藏,河口区域表层沉积物的有机碳含量相较于调沙期明显偏低。调水期黄河口陆源有机碳主要来自下游河床冲刷,颗粒较粗,调沙期则转变为水库释放的细颗粒有机碳和流域C₃维管植物碎屑。水库调控的不同阶段使得黄河下游河流水动力格局和泥沙运输机制改变,从而引起黄河口沉积有机碳来源和分布的显著变化。因此,人类活动对调节有机碳向海洋的输送及其在近岸海域的分布具有主导性作用。     

Detrital and authigenic(?) baddeleyite (ZrO2) in ferromanganese nodules of Central Indian Ocean Basin

Occurrence of baddeleyite (ZrO2) which is a rare mineral has been recorded in ferromanganese nodules of Central Indian Ocean Basin (CIOB). The mineral occurs either as independent isolated sub-rounded to elliptical grains or in clusters forming fine subhedral crystals (<3 mm) within ferromanganese concretionary growth bands. The mode of occurrence, textural features and chemistry of the mineral suggest detrital and possibly an authigenic origin for baddeleyite. For authigenic origin it is proposed that zirconium might have got released either from the terrigenous sediments or the altered seafloor rocks forming halogen complexes and subsequently it has re-precipitated in the form of baddeleyite within manganese nodules under oxic to sub-oxic conditions.     

南沙群岛海域沉积物稀土元素地球化学研究

应用电感耦合等离子质谱法测定了南沙群岛海域3个站位沉积物中的稀土元素(REE)和过渡金属元素的含量,讨论了沉积物中REE水平及深度分布的变化特征,以特征金属元素为指标对3个站位进行了沉积区划分,同时对REE与10种金属元素的相关性进行了研究。结果表明,3个站分别为近大陆架残留沉积区、大陆坡深海沉积区和碳酸盐沉积区,各站REE含量存在较大差别,但分布模式相似,均为轻稀土富集型和Eu负异常,每个站各层REE分布模式线几乎重合;3个站沉积物中REE都与Ti、Zr有很好的相关性,与其它金属元素不存在明显的相关性,表明3个站沉积物物源主要为陆源上地壳物质。结合测年资料,认为该海域3个站全新世以来沉积物物源变化很小,沉积环境稳定。     

富硫型水库沉积物AVS和SEM空间分布特征及重金属风险评价

随着湖库外源性污染的有效控制,沉积物污染特征成为影响湖库水环境质量的关键因素。本文以富硫型水库——汤河水库为研究对象,分析探讨水库沉积物的理化性质、重金属总量、酸可挥发性硫化物(acid volatile sulfide,AVS)和同步提取重金属(simultaneously extracted metals,SEM)的空间分布特征,采用沉积物基准法(sediment quality guidelines, SQGs)和AVS与SEM关系法对重金属可能诱发的生态风险和毒性效应进行评估。结果表明:汤河水库沉积物中AVS含量在0.03~51.75 μmol/g之间,并呈现坝前深水区>东支流库区>西支流库区的空间分布特征。根据Pearson相关性分析可知,汤河水库沉积物AVS含量与间隙水中SO₄^2-浓度、沉积物烧失量(LOI)含量呈显著正相关,与沉积物间隙水中NO₃^-浓度和沉积物pH呈现显著负相关。间隙水中SO₄^2-浓度和沉积物LOI含量是控制AVS产量的重要因素。水库沉积物中ΣSEM变化范围为0.52~2.75 μmol/g,呈现出东支流库区>坝前深水区>西支流库区的分布规律。水库沉积物中ΣSEM/AVS和ΣSEM-AVS的变化范围分别为0.06~22.73和-49.18~2.44 μmol/g,显示出水库坝前深水区表层0~10 cm沉积物不具有生态风险,而东、西支流库区沉积物中的SEM因为不能完全被AVS所固定而存在潜在生态风险。就单一重金属而言,汤河水库坝前深水区和东西支流中部区域沉积物Ni、Cu、Pb和Zn含量均介于临界效应含量(threshold effects level, TEL)值和可能效应含量(probable effect level, PEL)值之间,可产生低级风险毒性效应,但Ni的毒性效应风险接近中级,今后应予以重点关注。富硫型水库沉积物中容易出现高含量AVS,沉积物间隙水中SO₄^2-和NO₃^-的浓度是决定沉积物AVS净产量的重要因素。流域内重金属土壤背景值以及工业、采矿产业排放的废水类型直接影响着诱发生态风险的重金属种类。     

低渗透砂岩油藏沉积物粒度分布特征研究

利用MS 2000激光粒度仪,对胜利油区砂岩油藏中112口井的3000多块样品进行测试分析。实验发现低渗透砂岩油藏与中高渗透油藏不同,其沉积物粒度分布主要存在三种方式,每种方式都有其特定的粒度分布特征,并且与一定的沉积作用相联系。研究表明,沉积岩粒度中值分布、泥质含量、分选性等是影响油藏岩石渗透能力的重要因素,正态分布和混合正态分布能较好地描述低渗透砂岩油藏中沉积物的粒度分布特征。     

乌梁素海沉积物中全磷的分布特征

开展了浅水草型湖泊乌梁素海沉积物中TP(全磷)的分布特征研究。结果表明,乌梁素海表层沉积物中TP含量在0.37~0.99 g/kg之间变化,平均值为0.75 g/kg;水平分布上,TP含量呈现从湖区四周向湖心递减的变化趋势,大部分湖区已具有生态毒性效应,并对湖区底栖生物群落和生态环境构成了较大威胁;垂向上,尽管沉积物中TP含量有所波动,但0~10 cm的表层沉积物中TP含量均随深度增加而递减,揭示了近年来人类活动的加剧对乌梁素海沉积物中磷累积的重大影响;实验得出了粉砂、粘土粒级>极细砂粒级>细砂粒级>中砂以上粒级的TP含量序列,各粒级对TP的吸附贡献率由吸附能力和质量百分比共同控制;磷的沉积对乌梁素海富营养化进程有深远影响。     

黑龙江省东部早古生代晨明组物源区特征及其构造背景

为揭示黑龙江省东部早古生代晨明组沉积物源区特征及其沉积构造背景,对晨明组进行了地球化学特征研究。结果表明：晨明组岩石样品化学蚀变指数（I_CA）值和斜长石蚀变指数（I_PA）值较低、成分变异指数（I_CV）值中等偏高,指示晨明组沉积物来源于不成熟的物质源区,并经历了较弱的化学风化作用和活动构造背景下的初次循环;LREE富集、HREE稳定和明显的负Eu异常,指示沉积物源区物质具有明显的上地壳特征且沉积物源岩为长英质火成岩;主量、微量和稀土元素特征共同指示晨明组形成于活动大陆边缘环境或大陆岛弧环境。结合前人研究成果,判定晨明组沉积物来源于经历了弱-中等程度化学风化作用的早古生代花岗质岩,沉积构造背景可能为靠近大陆岛弧的活动大陆边缘环境。     

南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中有机质的分布和降解状态的差异

利用气相色谱法对南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中正构烷烃(n-alkanes)和脂肪酸进行测定和分析,结合粒径、比表面积(specific surface area,SSA)、有机碳(OC%)、碳稳定同位素(δ~(13)C)等参数研究有机物来源和降解状态,并对其影响因素进行分析。研究结果表明:沉积物主要以粉砂为主,平均粒径分布范围在10.97—517.21μm之间,选取的16个站位的比表面积平均值为8.05m~2/g,最大值是S23站位的24.46m~2/g,最小值是S29站位的1.73m~2/g,OC%含量在0.15—1.18之间,δ~(13)C值为–23.05‰—–21.24‰。沉积物中正构烷烃碳链的分布范围是nC_(14)—nC_(33),低碳数峰群以nC_(16)、nC_(18)为主峰碳且具有偶碳数优势,高碳数峰群以nC_(29)为主峰碳。脂肪酸的碳数分布范围是nC_(14)—nC_(30),低碳数单峰型分布,短链饱和脂肪酸(short chain saturated fatty acids,SCSFA)和单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)的含量占总脂肪酸含量的70%以上,长链饱和脂肪酸(long chain saturated fatty acids,LCSFA)的含量不到10%,据此说明这两个区域有机质均以海源输入为主。在有机物保存和降解方面,海南岛附近海域有机质载荷(OC/SSA)和δ~(13)C之间的正相关,表现了良好的陆源和海源的有机物更替,但是珠江口附近海域系列样品却未见相似过程。不仅在物源更替方面,在有机质降解特征上珠江口附近海域中的有机物与海南岛附近海域和南海陆架深水区也有很大的差别。海南岛附近海域和南海陆架深水区有机质的降解符合一般规律,随着水深的增加降解程度逐渐变大,然而珠江口附近海域随着水深的增加有机质却越来越"新鲜"。结合前人对珠江口附近海域黏土矿物组成的研究,本文认为珠江口附近海域沉积物中有机质之所以会出现上述"异常"可能是因为该研究区域黏土矿物对有机质选择性吸附所导致。     

南黄海沉积物中活性铁氧化物对有机碳的保存作用

土壤和沉积物中活性铁对有机质的吸附对有机质具有长期稳定和保存作用,从而在地质时间尺度上缓冲大气CO₂浓度。本文利用连二亚硫酸钠还原性溶解提取活性铁氧化物（FeR）及与之结合的有机碳（Fe-OC）,定量研究了南黄海沉积物中FeR与OC之间的结合方式以及FeR对OC的保存作用,讨论了深度增加对二者相互作用的影响。结果表明,南黄海沉积物中Fe-OC占沉积物总有机碳的份数（f_Fe-OC）为（13.2±7.47）%,即活性铁对OC的年吸附量为0.72 Mt,占全球边缘海沉积物TOC年埋藏通量的0.44%。Fe-OC的平均OC:Fe为4.50±2.61,表明共沉淀作用对有机质的保存起重要作用,且其比值随海源有机质含量增加而增加。Fe-OC稳定碳同位素（δ13C_Fe-OC）结果表明,FeR优先保存活性有机质,但这种选择性随OC:Fe增大而减弱。随深度增加,f_Fe-OC和δ13C_Fe-OC均未表现出显著变化,这与该海域沉积物中有机质活性较低、铁还原作用较弱有关。     

长江口邻近海域沉积物和间隙水中硅的研究

以2011年6月和8月在长江口邻近海域采集的沉积物和间隙水样品为研究对象,讨论了沉积物中生物硅（BSi）和间隙水中溶解硅（DSi）的分布情况和影响因素,并初步探讨了生物硅的循环和保存。结果表明,表层沉积物中BSi的含量较低,且均小于1%。柱状沉积物中BSi的含量范围为0.34%~0.52%。C3、D1站位柱状沉积物中BSi的记录主要是由早期成岩过程控制,33#站位的分布特征主要是由水动力等变化控制。沉积物间隙水中DSi的浓度范围为101.6~263.9 μmol/L,低于纯BSi的溶解度;间隙水的pH值越大,沉积物的含水率越低,还原性越强,间隙水中DSi的含量越高。3站位生物硅的埋藏效率均较高,表明长江口邻近海域是潜在的硅的汇。沉积通量的分布与沉积速率和埋藏效率的分布一致,均有近岸高于远海的趋势。