长江口沉积物-水界面砷的迁移转化机制与微生物调控分析

为探析长江口沉积物-水界面砷的迁移转化机制,本文分析了2019年夏季长江口4个站位上覆水和间隙水中总As浓度及形态的剖面变化特征,耦合氧化还原敏感元素(Fe、Mn和S)的剖面变化剖析了沉积物-水界面砷循环的Fe-Mn-S控制机制,同时结合砷相关功能基因探讨了沉积物-水界面砷迁移转化的微生物调控过程,估算了沉积物-水界面总As的扩散通量。结果表明,除A7-4站位外,长江口其他3个站位间隙水总As以As³⁺为主要存在形态,且总As浓度均在上覆水中为最低值(0.748~1.57 μg·L^-1),而在间隙水中随着深度增加而逐渐增加并在6~9 cm深度达到峰值(7.14~26.9 μg·L^-1)。间隙水总As及As³⁺浓度的剖面变化趋势与溶解态Fe²⁺、Mn²⁺相似,其均在中间层出现高值,说明沉积物Fe/Mn还原带砷的释放可能是随固相Fe(Ⅲ)或Mn(Ⅳ)的还原而转移到间隙水中的。氧化层和Fe/Mn还原带过渡区间隙水砷浓度与砷异化还原菌功能基因arrA和arsC丰度存在对应关系(除A1-3站外),说明砷异化还原菌将溶解As⁵⁺或固相As⁵⁺还原为溶解As³⁺可能是该过渡层砷迁移转化的另一重要过程。硫酸盐还原带的间隙水总As和As³⁺浓度降低,但由于间隙水的低S^2-浓度不利于砷硫化物生成,因此深层间隙水砷可能与铁硫矿物结合而被移除。底层环境氧化还原条件是影响沉积物-水界面砷迁移转化的重要因素,随底层水DO浓度的降低,砷迁移转化更倾向于微生物还原控制。长江口沉积物-水界面总As的扩散通量为1.18×10^-7~2.07×10^-7 μmol·cm^-2·s^-1,均表现为沉积物间隙水中总As向上覆水释放,即沉积物是研究区域水体总As的来源之一。     

西太暖池区生物组分对海底表层沉积物物理力学性质的影响

西太平洋暖池区是指位于热带西太平洋及印度洋东部海表温度常年在28 ℃以上的海域,是全球海表温度最高的深海区,构造环境与沉积环境复杂,沉积物中的生物组分含量差异较大,生物组分会对深海沉积物物理力学性质产生显著影响,但目前对沉积物中生物组分含量和沉积物物理力学性质之间的相关性关系尚不明确。本文对西太平洋暖池区核心部位的表层沉积物样品进行现场物理力学性质测试和室内涂片鉴定,研究深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分之间的关系。结果表明:研究区表层沉积物含水率范围为61.1%~435.1%,天然密度范围为1.04~1.76 g/cm³,贯入阻力范围为0~100 kPa,十字板剪切强度范围为0~8.6 kPa,整体具有高含水率、低密度、低强度等典型的深海沉积物物理力学性质特点。西加洛林海脊、海山等CCD以浅的区域为钙质生物组分>50%的钙质沉积区;西加洛林海槽西南部及其周边的深水沟槽地区一般为硅质生物组分>50%的硅质沉积;西加洛林海盆内部则主要为黏土沉积区。随钙质生物组分减少和硅质生物组分增多,表层沉积物类型分别为钙质沉积物、黏土沉积物和硅质沉积物,天然含水率变高,天然密度、贯入阻力和十字板剪切强度降低,表明深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分含量密切相关:贯入阻力、十字板剪切强度、天然密度与钙质生物组分含量呈正相关,与硅质生物组分含量呈负相关;而天然含水率正好相反,与钙质生物组分含量呈负相关,与硅质生物组分含量呈正相关。本文建立了深海沉积物中生物组分与物理力学性质之间的相关关系,提出了沉积物生物组分含量与物理力学性质之间的拟合公式,可以为深海沉积物工程性质的评价提供参考。     

青藏高原南部及邻区深部碳释放规模与成因

不同构造背景下的深部碳释放通量与机制研究对于深刻理解长时间尺度的气候变化具有重要意义,以往的相关研究多集中在洋中脊、大洋俯冲带和大陆裂谷等地质单元,缺少对大陆碰撞带深部碳释放规模与机理的关注,从而制约了对大陆碰撞带深部碳循环过程及其气候环境效应的进一步认识。青藏高原起源于印度和欧亚大陆的碰撞,是研究大陆碰撞带深部碳循环的理想地区。为此,在近年来青藏高原温室气体释放野外观测与研究的基础上,本文估算了高原南部及邻区火山-地热区的CO₂释放规模并探讨了其释放模式。气体He-C同位素地球化学与温泉水热活动特征等显示,青藏高原南部及邻区的深部碳释放主要受深部岩浆房、断裂和浅部水热系统等因素的控制。依据深部流体源区和上升运移控制因素的差异,可以将青藏高原南部及邻区的深部碳释放划分为三大类：(1)以壳内水热系统脱碳为主的藏南地区;(2)深大断裂控制的以水热系统脱碳为主的川西地区;(3)深部岩浆房和浅部水热系统共同控制的滇西南地区。青藏高原南部土壤微渗漏CO₂释放通量介于18.7～52.3Mt/yr之间,温泉溶解无机碳释放通量约为0.13Mt/yr;高原邻区...     

攀西大梁子铅锌矿区水系沉积物重金属地球化学特征及源解析

长江上游是整个长江经济带的重要生态屏障。以长江上游攀西大梁子铅锌矿区水系沉积物为研究对象,查明了重金属元素含量的空间分布特征,分析了重金属来源,探讨了在不同pH条件下重金属的淋滤规律,并进行了生态风险评估。研究结果显示:攀西大桥河流域水系沉积物中重金属的空间分布极不均匀,其含量明显要高于长江水系沉积物中重金属的平均含量;重金属生态风险属于很强风险,Hg和Cd呈高度富集、严重污染;Pb和Zn呈中度富集、中等污染。淋滤实验结果表明Pb、Zn、Cd在酸性和中性条件下淋滤浓度先快速下降,后逐渐趋于平衡,而As在快速下降后又有缓慢升高的趋势。大桥河流域水系沉积物中As、Cd、Pb、Zn主要来源于大梁子铅锌矿的采选活动,Hg为岩石风化和土壤剥蚀来源,而Cu和Cr主要为农业和工业活动来源。综合对比发现,攀西成矿带铅锌矿周边土壤富Cd而贫Cr,此外Cd、Pb、Zn、Hg是主要潜在污染物,且生态风险程度较高。     

柴北缘双口山荒漠戈壁景观区1∶5万“HS-9-4”弱小化探异常的矿化发现及意义

双口山荒漠、戈壁景观区位于我国柴北缘重要成矿带上。该景观区1∶5万水系沉积物测量发现"HS-9-4"综合异常弱小、零散、峰值低;元素空间套合性差,无规律性;多元素仅有1级异常分带。根据其本身自然地理景观,经"衬度异常法"与常规方法对比,发现"HS-9-4"弱小异常值得重视,对该异常开展了查证工作,最终在异常区发现了多处与金相关的矿(化)体及线索,为下一步地质工作提供了可靠依据。     

松辽盆地北部青山口组重力流特征研究及其地质意义

为在陆相湖盆寻找有利勘探目标,在岩芯观察和沉积、构造分析的基础上,对岩芯观察资料、三维地震资料、钻井资料和测井曲线资料等进行了较为详细的研究。研究表明,松辽盆地北部青山口组发育广泛的湖相泥岩沉积,沉积相主要为三角洲平原、三角洲内前缘、三角洲外前缘、深湖-半深湖和滨湖。湖区发育大规模重力流沉积,该区发现的重力流沉积主要有滑动岩型、滑塌岩型、碎屑流型、浊积岩型等类型;重力流岩石学特征表明青山口组二段下部的重力流沉积,主要为滑动岩型和滑塌型,岩性主要以粉砂岩,泥质粉砂岩,粉砂质泥岩薄互层为特征,局部含油或有油迹;而青山口组一段顶部的重力流沉积,主要为碎屑流型和浊流型,岩性上以粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩的薄互层为主。初步探讨了重力流的发育和控制机制,分析表明青山口组重力流沉积是湖区的有利储层区域,英台大安地区为最有利储层。该研究对深入了解湖相储层特征起指导作用。重力流沉积勘探在松辽盆地还处于探索阶段,其研究为在大型陆相湖盆中寻找新的有利勘探目标奠定坚实基础。在陆相湖盆中研究深水重力流沉积,对沉积学研究具有推动作用。     

压实作用下广西典型红树林区沉积速率及海平面上升对红树林迁移效应的制衡

气候变化造成的海平面上升是迫使红树林向陆迁移的主要驱动力, 而其自身通过捕沙促淤不同程度的减缓了海平面上升速率的影响。基于广西典型红树林区8根短柱的210Pb测年和含水率分析, 以考虑/未考虑沉积物压实作用为研究情景, 通过对比研究红树林区潮滩地表高程抬升速率和相对海平面上升速率的大小关系, 揭示当前海平面上升对广西红树林向陆/向海迁移的驱动机制。研究发现:未考虑压实作用下的沉积速率约是考虑压实作用下沉积速率的1.00~1.34倍(平均1.12倍), 压实作用明显;压实沉积速率介于0.16~0.78 cm/a, 其底层压实沉积速率与潮滩地表高程抬升速率相等。压实作用下, 英罗湾和丹兜海红树林区的地表高程抬升速率小于相对海平面上升速率;与未考虑压实作用得到的结论相悖。由于广西红树林海岸大都建有防波堤, 限制了红树林向陆的迁移;表明英罗湾和丹兜海的红树林正面临海平面上升的威胁。压实作用校正与否对地表高程抬升速率与相对海平面上升速率相当的区域尤为重要。     

非火山地热区玛旁雍热田土壤CO_2脱气研究

地热活动是地球脱气的重要形式之一,其过程常伴随大量温室气体排放。选取非火山地热区西藏玛旁雍热田作为研究对象,基于菲克扩散定律对地热田区土壤CO_2脱气量进行评估。结果表明:该区一般土壤CO_2脱气通量为0.167~0.771 kg/(m2·a),含喷气孔区域土壤CO_2脱气通量为2.054~7.877 kg/(m2·a),含喷气孔地区的土壤CO_2脱气通量是一般土壤脱气量的18.9倍;与全球火山区土壤脱气量(0.001~2.25 Mt/(m2·a))相比,其值显著偏低;但比青藏高原高寒草原生态系统土壤的CO_2排放量(187.46 g/(m2·a))大。结合区域地质背景推测地热系统中的CO_2含量主要来源于岩浆脱气和热液同长石等围岩矿物的蚀变反应。区内土壤CO_2的低脱气通量受透水性较差的碎屑岩沉积盖层约束。     

西藏古堆—隆子地区Sb,Pb,Zn化探元素的分形研究及其地质意义

文章根据西藏古堆—隆子地区Sb,Pb,Zn化探元素品位分析结果,结合区域地质资料,基于分形几何学的理论基础,对研究区Sb,Pb,Zn的分布规律进行了定量研究。结果表明,4个研究区Sb,Pb都具有多重分维的性质,且与矿化有关的分维值D2ⅡD2Ⅲ,同一研究区同一元素的各组分维值差距较大,Ⅲ区和Ⅳ区的Zn只有一个维数值,说明典型矿床发育的地区成矿元素具有多重的分维结构和低分维值D2,基于此理论成功验证了恰嘎研究区具有寻找锑矿前景。通过研究Sb,Pb,Zn的分形特征,揭示出化探元素的分维结构和分维值的大小与矿化程度有关,并为找矿勘查工作提供一定的地质依据。     

新疆独山子泥火山沉积物及孔隙水的地球化学特征与流体来源

对陆地泥火山流体来源及其向地表渗漏过程中的改造作用开展研究,有利于加深理解泥火山释放甲烷的碳排放过程。新疆准噶尔盆地南缘独山子泥火山柱状沉积物和地表沉积物的矿物和元素组成,以及沉积物孔隙水离子组成等的分析结果显示,泥火山沉积物孔隙水Na+和Cl–间具有很好的正相关性,具有比海水高的Na+/Cl–和Li+/Cl–值、低的K+/Cl–和Mg2+/Cl–。泥火山沉积物与围岩相比,富集伊利石、绿泥石和方解石,缺少蒙脱石,富集Ca、亏损Si,这些变化主要与黏土矿物的脱水转变有关。表明泥火山流体主要来源于深部低盐度沉积物孔隙水,但经历了地表的蒸发作用,并混合了大气降水。