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秦岭大巴山地区紫阳毒重石矿床成因:矿石组构、氧化还原敏感元素和碳-氧同位素证据

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岩石学报 2012年第12期28卷 4021-4030页

作者：罗莉皮道会杨競红吴赫嫔南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室地球科学与工程学院中国地质大学资源学院武汉430074

秦岭大巴山地区钡矿资源极为丰富,以蕴含世界罕见的层状毒重石矿床为特色。本研究在紫阳毒重石矿床中发现了玫花瓣状结构,经显微镜观察和电子探针分析表明,玫花瓣体由板柱状重晶石呈放射状排列而成,与前人报道的矿物组成明显不同。紫阳... 详细信息

秦岭大巴山地区钡矿资源极为丰富,以蕴含世界罕见的层状毒重石矿床为特色。本研究在紫阳毒重石矿床中发现了玫花瓣状结构,经显微镜观察和电子探针分析表明,玫花瓣体由板柱状重晶石呈放射状排列而成,与前人报道的矿物组成明显不同。紫阳灰黑色毒重石矿石有较高的V、Ni、Cr、U、Mo含量,较低的Th/U比值(0.8)和V/(V+Ni)比值(>0.9),指示寒武纪紫阳毒重石矿床的沉积环境为较还原的环境。紫阳毒重石矿石的C同位素分布在-10.9‰～-16.0‰,O同位素分布在18.1‰～22.3‰之间,表明毒重石中CO32-是有机质通过氧化作用或脱羧基(生物有机质降解)作用提供的低13C的碳与同期海水提供的高13C的水溶性HCO3-或CO32-的混合来源。综合研究表明,该区毒重石矿床的形成可能与寒武纪早期的海底热液成矿作用有关。

关键词：毒重石矿床玫花瓣状结构氧化还原敏感元素碳氧同位素紫阳矿床南秦岭

冲绳海槽中南部柱状沉积物氧化还原敏感元素赋存机理与环境指示意义

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海洋学报 2022年第10期44卷 63-79页

作者：许晓燕窦衍光张勇陈晓辉孙治雷白凤龙翟滨王利波邹亮中国地质大学(武汉)海洋学院湖北武汉430074 中国地质调查局青岛海洋地质研究所山东青岛266237 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室山东青岛266237 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266237

沉积物中氧化还原敏感元素(Redox Sensitive Element,RSE)含量变化是上覆水体氧化还原环境良好的替代指标。本文通过冲绳海槽中南部两个柱状沉积物(深度:30 cm)粒度、总有机碳、总氮及其同位素含量和氧化还原敏感元素含量等指标,探究复... 详细信息

沉积物中氧化还原敏感元素(Redox Sensitive Element,RSE)含量变化是上覆水体氧化还原环境良好的替代指标。本文通过冲绳海槽中南部两个柱状沉积物(深度:30 cm)粒度、总有机碳、总氮及其同位素含量和氧化还原敏感元素含量等指标,探究复杂环境背景下冲绳海槽柱状沉积物中RSE的赋存机理与环境指示意义。研究发现,柱状沉积物中除了Cr亏损,其他RSE均显示有不同程度的富集。“粒控效应”对冲绳海槽柱状沉积物的RSE含量影响较小;分析可知,海水表层生产力是影响沉积物氧化还原环境的主要因素,通过Mn(氢)氧化物的吸附或解吸附作用实现RSE的富集与亏损。δCe、V/Cr、Ni/Co和V/(V+Ni)等指标指示沉积物整体处于氧化−弱氧化环境。沉积物中Mn元素通过还原作用以Mn^(2+)形式向上扩散,在25~30 cm处被含氧间隙水氧化富集形成锰峰,指示柱状沉积物0~25 cm处为氧化环境,25~30 cm处为弱氧化环境。

关键词：环境指示意义氧化还原敏感元素 Mn(氢)氧化物柱状沉积物冲绳海槽

东海季节性低氧海区柱状沉积物中氧化还原敏感元素对沉积环境变化的响应

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海洋学报 2020年第2期42卷 30-43页

作者：解兴伟袁华茂宋金明段丽琴梁宪萌王启栋任成喆王越奇中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院海洋大科学中心山东青岛266071

氧化还原敏感元素(Redox Sensitive Elements,RSE)如V、Cr、Mo、U等,通常在氧化条件下呈溶解态,在还原沉积环境中除Fe、Mn外,RSE被还原成低价态转移至沉积物中富集积累,因此可以利用氧化还原敏感元素在沉积物中的富集情况反演沉积环境... 详细信息

氧化还原敏感元素(Redox Sensitive Elements,RSE)如V、Cr、Mo、U等,通常在氧化条件下呈溶解态,在还原沉积环境中除Fe、Mn外,RSE被还原成低价态转移至沉积物中富集积累,因此可以利用氧化还原敏感元素在沉积物中的富集情况反演沉积环境的氧化还原状况。本文通过研究东海内陆架季节性低氧海区Zb7沉积柱中氧化还原敏感元素V、Cr、Ni、Cu、Zn、Mo、U的垂直分布、富集特征和比值,探究沉积环境氧化还原状况;发现RSE/Al和富集系数自1978年以来呈增加的趋势,但自2009年开始有所降低,整体RSE富集系数均小于3,未见明显富集。RSE比值V/Cr氧化的沉积环境。RSE/Al与Fe/Al、Mn/Al具有显著的相关性,表明RSE在剔除陆源碎屑输入后,主要通过与Fe、Mn氧化物结合进入沉积物,也指示氧化的沉积环境。研究结果与该区域溶解氧历史数据反映的季节性低氧结果不一致,可能与RSE在夏季季节性低氧时,沉积物中的富集信号在秋冬季溶氧水平恢复后缺失有关。尽管RSE不能有效指示东海季节性低氧环境,但Zb7沉积柱RSE在1978年后富集程度的增加以及2011年后的降低,在一定程度上反映了该区域自1978年后季节性低氧程度加重,2009年后又有所缓解的变化趋势。

关键词：氧化还原敏感元素沉积环境海洋沉积物季节性低氧东海

珠江口季节性低氧区柱状沉积物中氧化还原敏感元素的分布及其环境指示意义

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地球化学 2022年第4期51卷 377-388页

作者：罗仿叶丰黄超韦刚健曾提王志兵王利伟中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 中国科学院大学北京100049 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 中国科学院广州地球化学研究所边缘海与大洋地质重点实验室广东广州510640 广东海洋大学海洋与气象学院广东湛江524088

本文基于珠江口季节性低氧区沉积物岩心(WS)中陆源碎屑指标、TOC含量和氧化还原敏感性元素等环境指标以及年代学的综合分析,重建了该河口近2000 a来水体氧化还原程度的演变历史,探讨其对气候环境变化和人类活动的响应机制。结果显示,珠... 详细信息

本文基于珠江口季节性低氧区沉积物岩心(WS)中陆源碎屑指标、TOC含量和氧化还原敏感性元素等环境指标以及年代学的综合分析,重建了该河口近2000 a来水体氧化还原程度的演变历史,探讨其对气候环境变化和人类活动的响应机制。结果显示,珠江口不同类型的氧化还原敏感元素在垂向分布和富集特征上存在差异,其中V主要受有机质吸附控制,而Mo主要通过Fe、Mn氧化物结合在沉积物中富集。基于Fe-Mn-Mo的共变性作为判断古氧化还原程度的指标,珠江口水体在过去2000 a整体表现为微弱的氧化性减弱或还原性增强的趋势,而在主要暖期水体的氧化性趋强。进一步研究发现,近2000 a以来持续加强的人类活动促进了陆源营养盐输入的增加,不断提升了该区域海洋初级生产力,从而影响水体氧化还原程度的变化。因此,日益增强的人类活动和气候变化驱动的河口水动力条件的改变,共同控制着该区域水体溶解氧的长期演变。

关键词：氧化还原敏感元素季节性低氧事件珠江口人类活动沉积记录

南海典型断面表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布特征及其控制因素

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海洋地质与第四纪地质 2019年第2期39卷 90-103页

作者：程俊黄怡王淑红苗莉颜文中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室中国科学院南海海洋研究所广州510301 中国科学院大学北京100049

氧化还原敏感元素在环境研究中发挥着日益重要的作用,然而对于海底表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布规律与特征的研究鲜有涉及。本文以采集自南海4条典型断面(18°N、10°N、6°N、113°E)的75个表层沉积物样品为研究对象,通过主量... 详细信息

氧化还原敏感元素在环境研究中发挥着日益重要的作用,然而对于海底表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布规律与特征的研究鲜有涉及。本文以采集自南海4条典型断面(18°N、10°N、6°N、113°E)的75个表层沉积物样品为研究对象,通过主量元素和微量元素(含氧化还原敏感元素Mo、V、U)分析,并结合沉积物粒度、元素富集系数等数据,探讨了表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布特征及其控制因素。结果表明,研究区每个断面中的V、U含量变化趋势十分相似,Mo含量变化与V、U的总体变化趋势相近,但Mo在断面上的变化波动比V、U更强烈。4条断面中Mo平均含量表现出明显富集,除了V在断面Ⅰ中表现为轻度富集外,V和U平均含量都表现为亏损。影响沉积物中Mo、V、U含量分布的因素主要包括陆源碎屑含量、生物碳酸盐含量、细粒沉积物的吸附作用和氧化还原环境等。所有断面中V和U的含量分布主要受控于陆源碎屑组分,同时也受到生物碳酸盐含量和细粒沉积物的吸附作用的影响,氧化还原环境对其含量影响较小,受环境影响的自生组分含量较低。Mo的含量分布主要受控于海底氧化还原环境,陆源碎屑组分的贡献和细粒沉积物吸附作用的影响较小,受环境影响的自生组分含量较高。西南次海盆的Mo含量及其富集系数都较低,可能是由于西南次海盆的底流活动使其海底存在氧化环境所致。

关键词：氧化还原敏感元素控制因素表层沉积物典型断面南海

海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

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地质论评 2019年第3期65卷 671-688页

作者：解兴伟袁华茂宋金明李宁李学刚段丽琴王越奇任成喆中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室(中国科学院海洋研究所) 山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院海洋大科学中心山东青岛266071

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素... 详细信息

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ^(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量>1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10^(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值>2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10^(-3)～30×10^(-3),Mo—U富集系数比>1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量>30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10^(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。

关键词：氧化还原敏感元素变化机制指示作用海洋沉积物

南极罗斯海氧化还原敏感元素沉积地球化学特征及其古海洋意义

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海洋地质与第四纪地质 2018年第5期38卷 112-121页

作者：王家凯李铁刚熊志方常凤鸣秦秉斌王琳淼贾奇中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室青岛266071 中国科学院大学北京100049 国家海洋局第一海洋研究所海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室青岛266061 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266061

大洋深部氧化还原环境与深部水体流通状况以及表层水体生产力密切相关。表层生产力与深部流通性变化影响着有机碳-呼吸CO_2的转化及其在海洋-大气中的转移,最终与大气CO_2分压(pCO_2)变化密切相关。故探明大洋深部氧化还原环境的变化对... 详细信息

大洋深部氧化还原环境与深部水体流通状况以及表层水体生产力密切相关。表层生产力与深部流通性变化影响着有机碳-呼吸CO_2的转化及其在海洋-大气中的转移,最终与大气CO_2分压(pCO_2)变化密切相关。故探明大洋深部氧化还原环境的变化对于解决大气pCO_2冰期旋回机制具有重要意义。本次研究以中国第31和32次南极科考获得的南极罗斯海柱状岩心ANT31-R23及表层样为研究材料。通过元素钙、钛,以及氧化还原敏感元素(RSE)锰、钼、镍、钴、镉的测试分析,以表层样中RSE与Ti的比值作为判断ANT31-R23孔中相应RSE富集程度的背景值。结果显示,Mn在沉积期均表现出富集,表明罗斯海深部在该孔沉积期为氧化环境。根据Mn在不同层位出现的富集峰识别出4次强氧化脉冲事件,可能由南大洋底层水流通性增强和/或生产力降低导致。4次氧化脉冲事件层位中Mo、Ni、Co的明显富集,是由于锰(氢)氧化物对其捕获或吸附所致。此外,推测分析认为罗斯海对冰期大气pCO_2降低似乎没有明显贡献,但很可能对冰消期大气pCO_2迅速升高起重要作用。然而这些有关南极罗斯海深部氧化还原环境与大气pCO_2变化之间关联的推测,有待后续该孔精确年代模式的构建,方可进一步验证。

关键词：罗斯海氧化还原敏感元素氧化脉冲深部流通性碳循环

珠江口季节性低氧区柱状沉积物中氧化还原敏感元素的分布及其环境指示意义

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珠江口季节性低氧区柱状沉积物中氧化还原敏感元素的分布及其环境...

作者：罗仿中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)

学位级别：硕士

河口海岸带溶解氧的变化关乎海洋生物的繁衍生息,控制着近海沉积物中金属元素的沉积和再循环。近几十年来,底层水体缺氧问题正逐步发展为全球性的海洋生态环境问题,因而备受国内外学术界的关注。近年来陆续报道了珠江口底层水体存在大... 详细信息

河口海岸带溶解氧的变化关乎海洋生物的繁衍生息,控制着近海沉积物中金属元素的沉积和再循环。近几十年来,底层水体缺氧问题正逐步发展为全球性的海洋生态环境问题,因而备受国内外学术界的关注。近年来陆续报道了珠江口底层水体存在大面积的季节性低氧区。河口地区作为连接陆地和海洋的关键通道,水体缺氧环境演化主要受水体分层等自然过程和人类主导的营养盐输入控制。受限于河口海洋环境的监测记录的不足,我们需要借助不同的地质载体对珠江口水体氧化还原状况的历史演变记录进行重建,以进行进一步研究其演化规律。海洋沉积物能满足长时间尺度连续沉积和高分辨率的要求,记录了连续的古环境演化信息,是反演水体氧化还原条件变化的良好研究载体。本文选取位于目前珠江口季节性低氧区的沉积柱(WS),在对沉积柱精确定年的前提下,开展了高分辨率的沉积地球化学研究。为厘清人类活动和自然气候变化对河口水体氧化还原状态的影响程度与机制,我们将研究重点聚焦到距今2000年的时间尺度上。我们根据Pb和AMS C两种测年方法共同确定了WS钻孔的年代框架。利用沉积物Ti含量、Al/K比值、重金属元素(Cu、Pb)指标以及有机质来源分析来揭示陆源输入变化,同时结合初级生产力与陆源营养盐输入的关系来反映人类活动对该海域环境的强烈改造作用。在此基础上,通过解析沉积物中受人类活动影响较小的氧化还原敏感性元素(Fe-Mn-Mo)的分布特征,首次重建了近2000年以来珠江口水体氧化还原程度的演变历史。在此基础上,针对河口海岸带水体氧化还原条件变化对自然气候和人类活动的响应机制进行探讨。研究结果表明,人类活动对珠江口过去2000年沉积记录的影响和改造作用不断增强,已成为现代河口环境变化中不容忽视的关键因子。过去2000年日益增强的人类活动使得输送到河口海岸带的营养盐不断增加,进而促进海洋初级生产力的不断提高。通过沉积物TOC/TN比值分析了珠江口不同时期有机质来源变化:WS钻孔中的陆源有机质相对贡献较大,近2000年来,陆源有机碳绝对含量呈波动变化,但其占总有机碳的相对比例逐渐减小;而海洋有机质相对比例和绝对含量均呈现明显的上升趋势,特别在最近1000年更为突出。沉积柱矿物成份分析结果在一定程度上揭示了珠江口水动力变化过程,不同矿物组成和分布的差异显示近2000年以来水动力过程相对增强。我们关注的几种金属元素在沉积物中的富集机制表现出明显的差异。在本研究区,Cu、Pb和V三个元素均直接或间接受到人类活动的影响,并且它们进入沉积物中的主要方式为铁锰氧化物吸附和有机质络合。结合陆源输入指标和有机质组份分析,珠江口Cu、Pb和V的富集趋势并不能有效指示缺氧事件发生。各氧化还原敏感性元素之间相关性分析结果表明,Mo元素主要通过Fe、Mn氧化物吸附而在沉积物中富集,因此,基于Fe-Mn-Mo的共变性作为判断古氧化还原程度的指标。结果显示,珠江口水体在过去2000年整体表现为微弱的氧化性减弱或还原性增强的趋势;但在三个主要暖期水体的氧化性短暂增强。我们还进一步尝试厘清自然气候变化和人类活动对的珠江口水体缺氧演化的控制机制。在过去2000年东亚夏季风对华南地区的影响逐渐减弱,同时人类活动将向水体输入的营养盐不断增加,促进海洋初级生产力快速增长。在这一背景下,海洋有机质的降解使珠江口底层海水的氧化性整体呈不断减弱趋势。而在罗马暖期、中世纪暖期、现代暖期三个温暖时期的降水量相对增多,河口水体滞留时间缩短,不利于水生浮游植物的生长与增殖,海源有机质含量有所下降,有机质降解过程中的化学耗氧量降低导致水体氧化性短暂增强。以上研究明确了人类活动导致的陆源输入营养盐增加和自然气候调控的水动力条件变化的共同作用是形成了珠江口水体氧化还原状态演化当前趋势的根本原因。

关键词：氧化还原敏感元素季节性低氧珠江口人类活动沉积记录

长江口低氧区沉积物-海水界面氧化还原敏感元素的响应机制研究

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长江口低氧区沉积物-海水界面氧化还原敏感元素的响应机制研究

作者：任艺君自然资源部第一海洋研究所

学位级别：硕士

长江口地区作为我国重要经济发展地区,其海洋环境问题一直受到各方关注,其夏季口门外底层水体中形成的低氧区也是关注热点之一。水体中的低氧现象会对水体环境和生物生存产生负面影响,由其引发的沉积物-海水界面的一系列生物地球化学过... 详细信息

长江口地区作为我国重要经济发展地区,其海洋环境问题一直受到各方关注,其夏季口门外底层水体中形成的低氧区也是关注热点之一。水体中的低氧现象会对水体环境和生物生存产生负面影响,由其引发的沉积物-海水界面的一系列生物地球化学过程,更值得深入研究。本论文针对长江口及其邻近海域沉积物-海水界面的几种氧化还原敏感元素(Mo、U、V)进行了研究,较为细致的讨论了影响其分布的主控因素和其指示意义,计算了其沉积物扩散通量和自生累积埋藏通量。本研究为理解长江口海域低氧区沉积物-海水界面氧化还原敏感元素的早期成岩过程及其地球化学循环过程提供了科学依据。通过研究得出如下结论:(1)长江口及其邻近海域的海水中溶解态痕量金属元素(Cu、Zn、Ni、Co、Cd)的浓度与盐度具有较强的相关性。其溶解态金属来源与河流输入有关,但河口地区几种痕量元素因存在不同的生物地球化学过程而表现出不同的行为方式。其中溶解态Co随盐度增高表现为被海水逐渐稀释的保守行为,而Cu、Zn、Ni、Cd、Pb表现为非保守行为。(2)根据两个季节(夏、冬季)及不同年份(2017、2018年)孔隙水中溶解态Fe、Mn、Mo、U、V垂向剖面分布的结果解析了采样站点沉积物-海水界面的氧化还原环境,其还原环境不断增强的顺序应为:2018年冬季A14还原性强、2018年夏季比2017年夏季还原性强、位置距离低氧频发地区越近还原性越强的特点。(3)根据两个季节(夏、冬季)及不同年份(2017、2018年)沉积物中氧化还原敏感元素(Mn、Mo、U、V)和S的垂向剖面分布结果以及相对背景值的富集程度解析了采样站点氧化还原敏感元素对低氧区的响应。各站位沉积物还原环境不断增强的顺序应为:B3还原性越强的特点。(4)根据两个季节(夏、冬季)沉积物-海水界面扩散通量结果,以及根据两个区域(低氧、非低氧区)沉积物自生累积通量结果解析了长江口季节性低氧区沉积物-海水界面的物质交换。夏季Mn通过界面向上层水体扩散通量大于冬季Mn在界面处的扩散通量,同时夏季Mo在界面处的扩散通量小于冬季,与低氧区沉积物-海水界面还原性较强相符合。低氧区的Mo和V表现为向下埋藏,且通量较大,非低氧区Mo和V表现为向上扩散进入水体,且通量较小。

关键词：长江口低氧区氧化还原敏感元素沉积物-海水界面痕量金属