贵州阿哈湖沉积物-水界面微生物活动及其对微量元素再迁移富集的影响

通过功能性微生物、孔隙水微量元素及有机质降解的电子受体的分析, 发现长期受到煤矿废水和生活污水复合污染的阿哈湖沉积物-水界面附近发生着强烈的生物地球化学过程, Fe, Mn和S的微生物还原发生在沉积深度上的不同位置, 硫酸根的还原要高于Fe的还原, 在表层进行并在一定程度上抑制了Fe, Pb等在表层的释放趋势. Fe和Mn在不同位置的还原造成了微量元素的“双重”释放效应. 部分微量金属元素在沉积物表层10 cm范围内出现“强烈富集”现象. 通过研究, 初步解释了这种现象发生的微生物学机理及环境诱发机制, 目的在于认识阿哈湖复合污染的湖泊环境中微量金属的不稳定迁移方式及其潜在环境危害性.     

固城湖沉积物中的结合态有机类脂化合物

生物专属性与在早期成岩作用过程中的稳定性是反映古气候古环境变化的生物标志化合物的重要属性。内陆湖泊沉积物中的沉积有机质来源广泛,大量陆源碎屑有机质的输入,以及有机质在早期成岩作用过程中发生的变化,使其组成趋于复杂化,一些生物标志化合物的生源指征意义也变得模糊起来。除游离有机类脂质外,在沉积物中尚可分离出以化学键（酯键、酰胺键、醚键等）结合于有机大分子中的结合态有机类脂质,其组成、来源及早期成岩变化与游离有机类脂质有所不同。本文对固城湖沉积物中呈酯键和呈酰胺键结合的有机类脂     

南海北部陆坡NH-1孔沉积物中自生硫化物及其硫同位素对深部甲烷和水合物存在的指示

海洋沉积系统中较高的甲烷浓度和通量是水合物形成的重要物质基础. 向上迁移扩散的甲烷在硫酸盐-甲烷交接带(SMI)与硫酸盐反应生成硫化物矿物. 保存在沉积物中的自生硫化物及其硫同位素可以用来有效地指示甲烷通量和SMI深度, 进而指示深部水合物形成或存在的可能性. 通过对中国南海北部陆坡水合物可能存在区域NH-1孔柱状样岩芯沉积物中硫化物及其硫同位素的研究发现: (1) 沉积物中黄铁矿含量较高, 矿物颗粒较大; (2) 沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)峰值(>2 μmol/g)最浅深度位于437.5 cm, 大于自生黄铁矿相对富集的深度(141.5~380.5 cm); (3)在262.5~380.5 cm间沉积物中自生黄铁矿中硫同位素δ³⁴S具有显著的正异常值(最大+15‰), 其他深度均为数值稳定的负异常; (4) δ³⁴S正异常出现在自生黄铁矿相对富集区. 与Jorgensen等对黑海沉积物硫化物的研究结果相比较, 这些特征表明研究区域的SMI下边界深度为(或曾经在)437.5~547.5 cm, 反映了向上迁移扩散的甲烷通量具有(或曾经具有)异常高值. 这一结论与蒋少涌等通过孔隙水硫酸盐梯度和刘坚等通过顶空气甲烷异常在研究区邻近海域所获得的结果相吻合. 表明研究区海域深部形成或赋存水合物的可能性很大. 沉积物中自生硫化物及其硫同位素可用作寻找水合物有效的地球化学指标之一.     

甲烷厌氧氧化作用:来自珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水的地球化学证据

对珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水中甲烷、硫酸盐、CH4-δ ¹³C和SCO2-δ ¹³C的地球化学参数垂直剖面特征的研究结果显示: 甲烷浓度梯度在硫酸盐还原带底部急剧增大, 而间隙水硫酸盐浓度随深度呈线性降低; 在硫酸盐-甲烷转换带(SMT)中, 甲烷碳同位素逐渐变重, 并引起间隙水SCO₂-δ ¹³C值变为极负.间隙水地球化学参数的变化特征提供了该区域沉积物中存在AOM作用的证据.根据数学模型计算出的三个站位甲烷厌氧氧化速率和硫酸盐还原速率, 可知AOM消耗的硫酸盐占总硫酸盐损耗的比例分别为9.0%, 84%和45.5%, 对应的AOM产生的ΣCO₂占总CO₂的比例分别为4.7%, 72.4%和29.45%.有机质的输入量的大小影响沉积物底部甲烷浓度、扩散通量及SMT分布.较高的有机质输入量一方面有利于加速间隙水硫酸盐通过有机质矿化分解作用损耗, 另一方面引起进入SMT的甲烷扩散通量增大, 使得AOM过程硫酸盐的消耗量相应增大, 结果造成SMT向沉积物表层上移.     

金在藻类-有机质-流体系统中分布的实验研究

模拟实验证实许多藻类在一定条件下具有很强的聚金能力;一些学者进一步的实验工作表明,有机质、原油能促进金的淋滤、迁移、还原和沉淀等地球化学过程。然而藻类、有机质、有机流体的这些成矿作用并不是孤立的。相反,随着地质作用的发展,当藻类死后转变成各种有机质、有机流体时,这些成矿作用也在不断地演化,构成一个生物-有机质-流体（OOF）成矿系统。本文按照地质作用的发展过程（沉积→成岩）,系统地研究在藻类转变为各种有机质、有机流体的演化过程中,其中的成矿元素金的分布是如何动态地变化的。这种系统的动态研究符合实际的成岩成矿过程,能够为金的生物成矿作用演化提供依据。     

南海北部神狐海域浅表层沉积物中孔隙水的地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

南海北部陆坡神狐海域是中国天然气水合物勘探的重点区域之一. 对神狐海域HS-A和HS-B两个重力活塞取样站位(深度分别为8.75和8.52 m)沉积物中孔隙水进行了阴、阳离子主量组分和微量元素地球化学分析. 结果显示: Cl⁻浓度在两个站位随深度均没有出现明显的变化, 其值与正常海水值大体一致. HS-A站位硫酸根含量在0~3 m处变化趋势较小, 而在3 m以下表现出明显的梯度下降变化; 与此同时阳离子Ca²⁺, Mg²⁺和Sr²⁺ 在0~3 m处变化趋势较小, 而3 m以下表现出与硫酸根类似的下降趋势. HS-B站位在0~3 m处和3 m以下都出现了明显的下降趋势, 但变化幅度不一致. 计算表明, 该区域沉积物孔隙水具有高硫酸盐通量与高碘通量的特征, 与国际上己发现有天然气水合物地区的地球化学特征相类似, 推测可能与神狐海域的天然气水合物有关. 通过对这些地球化学异常特征的解释和讨论总结了一系列使用浅表层孔隙水数据示踪深部天然气水合物赋存的异常指标和识别办法.     

磁化率各向异性揭示的日本海Ulleung盆地浊流沉积和氧化-还原条件下的底流演化

日本海Ulleung海盆南部陆坡岩芯7.31m以上的磁化率椭球体长、中轴正交分布在水平投影面上,短轴近似垂直分布.7.31m以下,磁化率椭球体3个特征轴杂乱分布,此时形状因子也显示异常高值,表明下部沉积物的原始结构已经被破坏.该界线与X射线影像吻合.已有测年结果表明上部7.31m的年龄为48kaBP.48kaBP以来日本海南部沉积物磁各向异性不发育,各向异性度为1～1.08,与磁面理显著相关,与磁线理不相关,说明沉积物磁性矿物颗粒形状或排列方式以扁圆状为主,是典型的原始沉积组构.综合磁性矿物组成、粒度和含量变化特征,确定了至少5个氧化-还原层偶,还原层的磁铁矿有遭受溶解的迹象,但磁学性质保留了绝大部分原始信号.磁化率椭球体的方向和各向异性度在千年尺度气候期内发生了相应的变化.DO1-BA-YD事件发生时短轴明显向不同方向倾斜,指示此时水动力的增强和方向多变;此时正是西太平洋海面急剧上升期和全球冰融水MWP1A事件发生时;其他时段内的长轴或短轴倾斜指示底流方向为NE-SW或NW-SE,而最近4.5kaBP以来短轴向NE方向的倾斜与实测东-北东方向底流一致.磁化率各向异性对气候变化的响应说明,早期成岩作用对磁信号...     

贵州红枫湖沉积物中有机质的降解与微生物作用

对红枫湖沉积物中有机碳, 孔隙水中的SO₄^2−, 以及沉积物中的DNA和类脂化合物的分布进行了研究. 红枫湖沉积物有机碳的含量(23.3~76.8 mg·g^−1)从上到下呈下降趋势, 0~8 cm含量最高. 沉积物孔隙水中SO₄^2−含量为0.89~40.50 mg·L^−1, 表层4 cm深度内迅速下降至12 mg·L^−1, 4 cm后基本不变. 硫酸盐还原指数代表硫酸盐还原细菌对硫酸盐的还原强度, 表征SO₄^2−作为一种电子受体在有机质降解过程中被利用的程度. 对硫酸盐还原指数SRI的计算表明有机质保留年限为14年, 与孔隙水中SO₄^2−含量相对应. 沉积物中微生物的总DNA凝胶图像显示, DNA在0~9 cm含量相对较高, 9 cm后相对较低, 与有机碳的变化规律和SRI值一致, 表明微生物在湖泊沉积物有机质降解过程中发挥了重要作用; 缺氧条件下, SO₄^2−是重要的电子受体被微生物利用; 沉积物中微生物的总DNA分析为分子生物地球化学研究能为湖泊营养元素循环及湖泊富营养盐化的研究提供重要手段.     

底质粒度信息的空间分异与代表性: 以杭州湾舟山岛-金山卫断面为例

对杭州湾舟山岛-金山卫断面沉积物柱状样进行了高密度采样, 并用激光粒度仪进行了粒度分析. 结果显示, 在不同站位沉积物平均粒径具有不同的垂向分布. 由于该断面所在区域海底活动性强, 短时间尺度的活动层厚度的量级远高于长时间尺度的净沉积速率的量级, 平均粒径的垂向分布特征更多地反映了同一沉积环境中形成的不同类型沉积记录, 很难代表沉积环境的长时间尺度演化. 粉沙为主和沉积物粒径的垂向平均值随着厚度的增加而呈现收敛趋势的底质粒度特征, 说明物源因素控制着研究区总体的沉积物分布规律, 而水动力因素造成了一定程度的沉积分异. 沉积物的垂向分异使表层底质粒径的断面分布不同于活动层内垂向平均底质粒径的断面分布. 对于强潮、粉沙环境的沉积物输运模拟而言, 如果涉及的时间尺度较大, 则采用活动层的平均值作为模型的粒度参数较为合适.     

煤和沉积岩中各种形式硫的提取和同位素样品制备

煤或沉积岩的硫同位素研究不仅可以提供硫的来源,也可以提供沉积环境、成煤或成岩作用等方面的信息.很多煤和富含有机质的沉积岩(例如黑色页岩)硫含量较高,且以黄铁矿、单硫化物、硫酸盐和有机硫等多种形式硫出现.同一样品不同形式硫的同位素组成不同,可差30‰,所以分析每种硫(而不是总硫)的同位素组成实际上更有意义.一般通过化学方法来分离和提取岩石中各种硫.关键是寻找一种适宜的还原剂能够还原     

水合物降压分解过程中沉积物孔隙结构动态演化规律

选取两种不同粒径分布的天然海砂样品,在相同实验温度及压力条件下合成甲烷水合物.开展水合物降压分解X-CT微观实验,获取不同时刻的沉积物内部构成图像.对X-CT扫描图像进行阈值分割、三维重建及拓扑等效等处理,建立不同粒径含水合物沉积介质不同分解阶段的三维孔隙网络模型,研究水合物降压分解过程中沉积物孔隙结构动态演化规律及其控制机理.研究表明,甲烷水合物微观分布非均质特征显著,分解过程开始于气-水合物接触的位置,分解初期水合物具有孔隙填充、颗粒胶结等多种赋存模式,而分解后期孔隙中主要赋存颗粒胶结型水合物.随着水合物饱和度的减小,不同粒径含水合物沉积物的平均孔喉半径、孔隙度、绝对渗透率以及两相共渗区宽度均不断增大,配位数、形状因子及束缚水饱和度逐渐减小.受水合物分解动力学行为影响,分解前期沉积物平均孔隙半径缓慢降低,水合物饱和度下降至某一临界值(小于0.1)后,平均孔隙半径和绝对渗透率急剧增大.粒径分布越窄,相同水合物饱和度下沉积物平均孔隙及孔喉半径、孔隙度和绝对渗透率越高,但不同粒径沉积介质配位数和形状因子的变化存在交叉点,表明含水合物沉积物微观孔隙结构特征受粒径分布、水合物微观赋存状态及空间分布的协同影响.     

华北北部中元古界洪水庄组埋藏有机碳与古生产力的相关性

总有机碳(TOC)是直接表征古生产力状况的传统指标,但是,TOC并不仅仅受到初始有机质输入量的控制,还可能受到氧化-还原环境和陆源碎屑物输入状况的影响.本文采用元素地球化学指标评价了冀浅1井洪水庄组氧化-还原环境和古生产力状况,进而探讨了埋藏有机碳与古生产力的相关性.碳-硫关系,V/Cr和Mo含量表明,洪水庄组白云岩形成于氧化环境,大部分黑色页岩形成于静海环境.洪水庄组沉积物中P/Ti可类比于被认为是中等-高生产力的日本Ubara二叠-三叠系剖面的P/Ti,Ba/Al仅略低于被认为是高生产力的中加利福尼亚大陆边缘薄层沉积物的Ba/Al,表明洪水庄组沉积期古生产力状况为中等-高.洪水庄组沉积物埋藏有机碳含量与氧化还原环境指标(V/Cr和Mo含量)呈正相关,与反映古生产力的参数(P/Ti和Ba/Al)呈弱或无直接相关性,说明洪水庄组沉积期虽然总体生产力水平较高,但埋藏有机碳含量主要受控于氧化-还原环境,与古生产力之间无直接关系.     

为什么海水比大洋中的水更咸

地中海里的海水比相邻的大西洋中的水量稍微咸5％,这是为什么?地质学的研究证明,在海底和海岸的沉积层里有一层相当厚的沉积盐,它们是在大约700万年前的上中新世纪形成的。盐的沉积速度较快,在50万年间就积聚了150万立方千米。这些盐就是地中海海水不断变咸的原因,那么,在按照地质学观点认为的这样短的时间内,这些盐是怎样沉积起来的呢?     

表征孔隙孔径分布的岩土体孔隙率模型及其应用

指出了现有岩土介质的孔隙率模型不能准确表示孔隙的孔径分布特性,提出了3种孔隙率模型.利用3种模型对黏土在二维空间和生态护坡材料在三维空间的微观孔隙孔径分布进行预测,显示了无论是总孔隙率或各级孔径下的累计孔隙率,预测值与实测值均非常接近.利用孔隙率模型,给出了基于土体微观孔隙结构的固结变形计算公式,在低固结压力下压缩应变计算值与实测值相差约0.007;建立了多种非饱和土的土-水特征曲线模型,从形式上包含了现有的土-水特征曲线模型,由于模型中的颗粒分布分维数是建立在孔隙分布特性的基础上,其物理意义更为明确;最后给出了土体黏聚力及体积密度与土样尺寸的关系式,验证了黏聚力及体积密度随土样尺寸增大而减小的规律.     

沥青、干酪根对水溶液中Au~(3+)的还原作用的实验研究

有机质对金属的还原作用被认为是有机质参与金属成矿的主要方式之一。Gatellier曾做了褐煤还原金的实验,并计算了反应动力学参数,但在中国的沉积改造型金矿床中,极少有金矿床与褐煤共生的实例,赋存于矿床中的有机质多为石油的演化产物沥青或腐泥型干酪根,目前国内外尚未见用沥青或干酪根还原金的具体资料。为此本文用实验方法研究了沥青及矿石中分离出的干酪根对Au~(3+)的还原作用并计算了其反应动力学参数。     

沉积物磁组构与其动力沉积特征对应关系研究

现代不同沉积环境下沉积物磁组构参数量值对比表明 ,风成沉积的P ,F ,L值均明显低于水成沉积的相应值 ;在磁组构参数关系图上 ,风成沉积样品数据点集中分布于坐标原点附近的有限区域 ,指示沉积动力弱而稳定 ,水成沉积的多远离坐标原点 ,指示沉积动力较强 .现代不同沉积环境沉积动力特征的分析表明 ,沉积物磁组构参数P ,F ,L ,q的量值及变化受控于沉积动力类型及动力沉积特征 .沉积物磁组构测试是判断古沉积环境的有效方法.     

贵州红枫湖现代沉积物氮同位素组成反映的废水输入状况

红枫湖南湖氮主要来源于平坝化肥厂的高氮废水. 对贵州红枫湖沉积物柱HF010427 的研究显示, 沉积物有机氮同位素组成从下向上升高, 与平坝化肥厂的工业总产值总体趋势一致. 而理论上早期成岩导致相反的结果. 因为没有进行污水处理, 化肥厂的工业总产值能对应废水的排放状况, 说明沉积有机氮同位素组成能记录废水输入状况. 该沉积物柱的沉积物吸附态铵氮同位素组成和平坝化肥厂的工业总产值有极为相似的剖面形状, 反映附态铵氮同位素组成能较好地再现更详细的废水输入状况. 本研究对湖泊废水输入状况的历史调查可能具有重要的参考意义.     

太湖表层沉积物的空间分布与层序特征分析

利用StrataBox浅水剖面测深系统对大型浅水湖泊-太湖沉积物进行了高密度走航式探测,采用SonarWiz.Map声学软件包对测量矢量图谱进行了解译,并就解译结果与太湖沉积岩芯及北部湖区姚湾地层剖面进行了对比.结果显示,太湖水-土界面以下10m内沉积地层层序较清晰,湖相沉积物(地层U1)直接堆覆于黄土层(地层U2)上,接触界面年代不整合.湖相沉积物(淤泥及淤泥质黏土)主要呈带状分布于太湖西部沿岸,并延伸至东南部的西山岛及西北部湖区,其余湖区大面积出露致密坚硬的黄土层.整套湖相沉积物在太湖的沉积厚度主要集中于1~2m,而与现代环境密切相关的淤泥层厚度主要集中于0.03~1.0m,入湖河流泥沙输移以及湖流等水动力作用是影响湖相沉积物空间分布的主要因素.     

钱塘江河口北边滩涌潮沉积作用与特征

涌潮是地表过程非常特殊的地质营力,是一种周期性发生的、破坏力极强的高能事件且塑造了典型的沉积地貌特征.涌潮及随后的急流为一高流态(Fr>1.0)的强紊流(Re>104),流速可达每秒数米,非常类似于浊流,却明显有别于常规的潮流.钱塘江涌潮是世界上最强的漩滚涌潮,2010年5月在涌潮最强的河段北岸开展了水文观测,采取边滩沉积物短柱样进行沉积特征研究.结果表明,仅占潮周期约1/10时长的涌潮及紧随其后的急流和流速骤降的涨潮流共同控制了涌潮河段沉积物再悬浮、搬运与沉积作用.在强烈紊流与快速沉积共同作用下,涌潮沉积物一般分选较差,发育块状层理、递变层理,常见底冲刷构造,层内发育包卷层理与泄水构造等,C-M图上缺失牵引流沉积组分等.这些也是浊流沉积常见的特征,但涌潮是以浅水环境强烈变形的潮波为动力机制,在其快速回复到常规潮汐作用之后,可在中高潮滩形成和保存具典型潮汐层理的沉积层.除了差别迥异的沉积构造特征外,涌潮沉积(tidal bore deposit,TBD)与潮成砂、泥质沉积(tidal sandy or muddy deposit,TSD或TMD)的粒度特征也差异显著,可用粒度参数散点图加以区分,其中平均粒径:TBD>TSD>TMD,分选系数:TMD>TBD>TSD(值大分选差),偏态与峰度值均为TSD>TBD>TMD.上述认识对于深入研究涌潮沉积学、古代涌潮沉积相与环境及油气勘探均有重要意义.     

沉积物磁组构与其动力沉积特征对应关系研究

现代不同沉积环境下沉积物磁组构参数量值对比表明 ,风成沉积的P ,F ,L值均明显低于水成沉积的相应值 ;在磁组构参数关系图上 ,风成沉积样品数据点集中分布于坐标原点附近的有限区域 ,指示沉积动力弱而稳定 ,水成沉积的多远离坐标原点 ,指示沉积动力较强 .现代不同沉积环境沉积动力特征的分析表明 ,沉积物磁组构参数P ,F ,L ,q的量值及变化受控于沉积动力类型及动力沉积特征 .沉积物磁组构测试是判断古沉积环境的有效方法 .