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岩石磁学方法在海洋样品研究中的多解性讨论

地球物理学报 2024年第5期67卷 1891-1912页

作者：张强刘双迟刘建兴刘传周李金华刘青松中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室北京100029 南方科技大学海洋科学与工程系深圳518055

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这... 详细信息

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这些海洋样品中磁性矿物种类、含量、磁畴等特征的变化,为提取相关地质演化信息提供丰富的指标记录.然而,由于磁性矿物循环和海洋内部过程的固有复杂性,岩石磁学参数解译在海洋样品研究中存在多解性,在一定程度上制约了相关地质信息的深入解读.解决这一问题的关键在于对样品中载磁矿物的准确识别和量化.为此,本文首先简述了海洋样品中主要的磁性矿物类型,随后系统论述了应用岩石磁学方法评估海洋样品磁性矿物种类、含量以及磁畴状态等方面的多解性和注意事项.本文同时对岩石磁学的局限性、新兴技术和未来研究思路进行了展望.

关键词：岩石磁学磁性矿物海洋地质海洋科学参数多解性

俯冲带水岩相互作用:来自西南天山(超)高压变质岩的矿物学证据

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地球科学 2024年第8期49卷 2751-2765页

作者：窦萍肖媛媛林晋炎姚永祥西北大学地质学系陕西西安710069 中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室山东青岛266071 崂山实验室山东青岛266061 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071 中国科学院大学北京100049

西南天山(超)高压变质带内发育有大规模被流体交代的变质岩,其脉体和围岩记录了重要的俯冲带流体信息.在以往对有脉体发育的俯冲带变质岩全岩地球化学研究的基础上,进一步对该样品脉体和围岩中的石榴石、帘石、绿辉石、多硅白云母等矿... 详细信息

西南天山(超)高压变质带内发育有大规模被流体交代的变质岩,其脉体和围岩记录了重要的俯冲带流体信息.在以往对有脉体发育的俯冲带变质岩全岩地球化学研究的基础上,进一步对该样品脉体和围岩中的石榴石、帘石、绿辉石、多硅白云母等矿物成分进行原位分析,对比同一矿物在脉体和围岩中的成分区别,以深入理解脉体和围岩的全岩成分差异、俯冲带水岩相互作用中相关元素的地球化学行为及流体性质.根据岩石学特征,该样品分为富蓝闪石脉体、富帘石和碳酸盐的过渡部分及富绿辉石内部.元素储库计算揭示全岩的元素组成和元素赋存矿物及其丰度具有一致性,脉体中更高的中重稀土元素(MHREE)含量显示该部分更多的石榴石对M-HREE的赋存,过渡部分更高的REE-Th-U-Pb-Sr等元素含量反映了大量存在的帘石族矿物、碳酸盐对这些元素的控制,富绿辉石内部更高的K-Rb-Ba-Cs等元素含量则反映了这部分更多的白云母对这些元素的控制.另外,同一矿物在样品不同部分的成分差异可直接反映元素在不同变质阶段和不同水化程度下的地球化学变化,相较于受流体改造较少的富绿辉石内部,富蓝闪石脉体和过渡部分的多硅白云母和绿辉石丰度降低但更富集K-Rb-Ba-Cs等元素;石榴石丰度升高但其所含的HREE含量更低;帘石丰度升高但其所含的Th-U-轻稀土元素(LREE)含量更低.结合过渡部分出现的大量碳酸盐矿物,推测外来流体为含碳酸盐的蛇纹岩衍生流体.水岩相互作用后,流体的LILE含量显著升高,碳酸盐组分明显降低,其余元素含量变化不大.

关键词：西南天山俯冲变质作用流体活动赋存矿物元素地球化学行为地球化学

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新污染物的海洋行为与最终归宿

科学通报 2024年第6期69卷 655-658页

作者：宋金明戴佳佳中国科学院海洋研究所中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室青岛266071 中国科学院大学海洋学院青岛266400 中国科学院海洋大科学研究中心青岛266071

新污染物(emerging contaminants,ECs/emerging pollutants,EPs)与常规污染物不同,是指在环境中具有生物毒性、环境持久性、生物累积性等特征,对生态环境和人体健康存在较大风险,但尚未纳入管理或现有管理措施不足的有毒有害化学物质.... 详细信息

新污染物(emerging contaminants,ECs/emerging pollutants,EPs)与常规污染物不同,是指在环境中具有生物毒性、环境持久性、生物累积性等特征,对生态环境和人体健康存在较大风险,但尚未纳入管理或现有管理措施不足的有毒有害化学物质.人工合成的化学物质和材料在新污染物中最受关注,常被分为持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)、内分泌干扰物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)、抗生素(antibiotics)和微塑料(microplastics)等几大类.

关键词：有毒有害化学物质持久性有机污染物内分泌干扰物新污染物生物累积微塑料人体健康生态环境

海底热液硫化物中金属、非金属和稀有气体同位素组成的关系及其地质意义

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吉林大学学报（地球科学版） 2024年第1期54卷 1-19页

作者：曾志刚中国科学院海洋研究所/中国科学院海洋地质与环境重点实验室山东青岛266071 崂山实验室海洋矿产资源功能实验室山东青岛266061 中国科学院大学海洋学院山东青岛266400

海底热液硫化物的同位素组成不仅可以示踪其来源,也记录了流体及其沉淀过程。本文分析了全球海底热液硫化物的金属(铅、铼、锇、铁、铜、锌)、非金属(硫)及其流体包裹体中的稀有气体同位素组成,探讨了硫化物中金属、非金属和稀有气体同... 详细信息

海底热液硫化物的同位素组成不仅可以示踪其来源,也记录了流体及其沉淀过程。本文分析了全球海底热液硫化物的金属(铅、铼、锇、铁、铜、锌)、非金属(硫)及其流体包裹体中的稀有气体同位素组成,探讨了硫化物中金属、非金属和稀有气体同位素组成之间的关系。结果表明:海底热液硫化物中的硫同位素组成与锇、铁同位素组成之间,铁同位素组成与铅和氦同位素组成之间,存在负相关性;其锇同位素组成与铁同位素组成之间,氙同位素组成与铅、锇同位素组成之间,则存在正相关性。在岩浆去气注入流体阶段形成的硫化物,具δ^(34)S_(VCDT)值较低(约0‰),^(3)He/^(4)He(>8 Ra)、^(40)Ar/^(36)Ar(>300)和^(129)Xe/^(132)Xe(>0.99)值较高的特点。在流体-岩石相互作用阶段,随着岩石中含铅矿物的不断溶解,即流体-岩石相互作用程度的增加,流体中沉淀的黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿的铅质量分数增加,伴随^(206)Pb/^(204)Pb值轻微的减小。在流体-海水混合阶段,海水影响的加剧可使硫化物中的锇质量分数(约0×10^(-9))急剧降低,δ^(57)Fe值(1)明显增大;随着流体-海水混合作用的增强,硫化物中黄铁矿的δ^(34)S_(VCDT)值将随着其流体包裹体中^(3)He/^(4)He、^(40)Ar/^(36)Ar、^(129)Xe/^(132)Xe值轻微降低而升高,而其^(3)He/^(4)He值随着其^(130)Xe/^(132)Xe值的降低而降低。以上表明,通过综合分析海底硫化物中金属、非金属和稀有气体的同位素组成和其质量分数,并讨论它们之间的关系,可以揭示岩浆去气、流体-岩石相互作用和流体-海水混合对海底热液循环的影响,进而了解硫化物沉淀过程中流体-岩石相互作用和流体-海水混合的程度。

关键词：金属、非金属和稀有气体同位素同位素组成之间的关系海底热液硫化物

不同构造环境下蛇纹岩化作用的对比——以西南天山和北祁连造山带为例

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地质学报 2024年第7期98卷 2156-2172页

作者：姚永祥肖媛媛林晋炎吴升莹中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术国家实验室山东青岛266061 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071 西北大学大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069

蛇纹石含水量约为13%,是地球上重要的含水矿物,广泛分布于洋底、俯冲带、弧前等环境。同时,海水、俯冲带衍生流体中的活动性元素(B、Li、As、Sb、Pb、Cs、U、Sr、Ba)也可随蛇纹石化作用而富集在蛇纹石中。因此,蛇纹石可以作为流体和流... 详细信息

蛇纹石含水量约为13%,是地球上重要的含水矿物,广泛分布于洋底、俯冲带、弧前等环境。同时,海水、俯冲带衍生流体中的活动性元素(B、Li、As、Sb、Pb、Cs、U、Sr、Ba)也可随蛇纹石化作用而富集在蛇纹石中。因此,蛇纹石可以作为流体和流体活动性元素的载体参与不同的地质过程。然而,不同的构造环境有不同的温度压力、水岩比值、流体性质、氧化还原条件。不同环境下的蛇纹石化作用,不仅会形成不同种类的蛇纹石(例如利蛇纹石,叶蛇纹石),也有可能会导致蛇纹石的元素富集特征不同,这就需要进一步研究流体活动性元素的地球化学行为和元素富集特征。基于对世界范围内不同环境蛇纹岩数据资料的整理分析,结合西南天山和祁连山两个典型造山带的蛇纹岩样品,我们发现深海蛇纹岩与俯冲带蛇纹岩,B、Ba、Cs表现出不同的富集特征:①深海蛇纹岩具有明显更高的B元素含量,可能反映了B在低温下更容易进入到蛇纹岩中;②俯冲带以及弧前环境下形成的蛇纹岩由于可能有沉积物的输入,Ba、Cs的含量相对较高。这一结论有助于以后通过蛇纹岩的元素地球化学特征反演其相对的构造环境。

关键词：蛇纹岩流体活动性元素深海俯冲带弧前地幔楔

冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程、机理与效应

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科学通报 2024年第13期69卷 1742-1758页

作者：李铁刚熊志方秦秉斌贾奇郭景腾自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237

冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带... 详细信息

冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带西太平洋相对于南大洋等高纬海区在大气CO_(2)分压(pCO_(2))冰期旋回中的作用并没那么重要,从而低估了热带西太平洋通过碳源汇演替调控全球气候的作用.在综合分析上新世以来冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程与机制的基础上,总结出了其气候效应模式,发现冰期时海平面降低导致更多的河流营养物进入海洋,致使近海表层有机碳生产和海底有机碳埋藏加强;同时,远洋为了“补偿”陆架珊瑚礁等钙质生物碳酸盐生产的减少,引起其深部CO32和碱度增加,致使远洋深部碳库增强;另外,开放洋区大型硅藻勃发等有机碳生产演化事件在大洋深部形成呼吸碳库,进一步“放大”了上述增强的深部碳库.这些碳循环过程表明冰期热带西太平洋扮演碳汇角色.间冰期时上述碳循环过程发生的方向或强度与冰期相反,但目前还没有证据证明间冰期热带西太平洋是否扮演碳源角色;尽管冰消期,其确实能向大气释放CO_(2).此外,叠加在冰期旋回之上的长尺度记录以及跨越冰期旋回的重大事件记录均显示,热带西太平洋可以通过全球的遥相关或洋际交换,在深部“被动”形成碳库.但这种“被动”形成的深部碳库是否也发生在冰期旋回中还有待于进一步证实.总之,热带西太平洋碳循环也同水文循环一样,通过碳源汇演替对冰期旋回中大气pCO_(2)和全球气候产生重要影响,从而丰富了“气候演变低纬驱动”理论的内涵.

关键词：表层海洋固碳深部海洋储碳海平面风尘碳循环上新世以来

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水下珊瑚双向反射率观测技术的研究

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1098-1105页

作者：谢栢成许占堂杨跃忠曾凯张雨刘永明周雯李彩中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室广东广州510301 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东广州511458

遥感作为一种高效海洋环境监测手段,可以对海底各种底质类型分布及其状态变化进行同步大面积监测。目前,海底底质反射率观测技术主要为单个角度观测,开展底质多角度光反射特性观测技术的研究,分析不同底质双向反射分布函数(BRDF)特征,... 详细信息

遥感作为一种高效海洋环境监测手段,可以对海底各种底质类型分布及其状态变化进行同步大面积监测。目前,海底底质反射率观测技术主要为单个角度观测,开展底质多角度光反射特性观测技术的研究,分析不同底质双向反射分布函数(BRDF)特征,对于遥感高精度监测浅水海区底质具有重要意义,在满足遥感对复杂底质类型精确区分的同时能做到对底质更细微的动态变化监测。采用双通道同步测量的方法,设计了一套简便的海底底质双向反射率测量系统,获取了水下珊瑚及细沙底质的反射率特征数据。在大亚湾海域开展了现场测量,数据分析表明:(1)岸上沙质的BRDF特征:在400~700 nm内,当天顶角不变时(θ=20°,40°或60°),不同方位角(θ=0°,45°,135°,180°,225°和315°)所测得的反射率值标准偏差小于1.5%;当方位角不变时(θ=0°,45°,135°,180°,225°或315°),不同天顶角上的反射率值标准偏差均不大于1.7%,表明岸上沙质的BRDF变化较小,具有朗伯体特性;水下沙质的BRDF特征:在400~700 nm内,当天顶角不变时,不同方位角所测得的反射率值标准偏差随着波长的增大而增大;在400 nm时,反射率值的标准偏差为3.8%,在700 nm时,反射率值标准偏差递增至12%。水下沙质的BRDF表现为各向同性特征。(2)水下珊瑚BRDF特征:在天顶角不变时,不同方位角上所测得的反射率值标准偏差随着波长的增加呈现先增加后减小,而后激增的趋势。从400到605 nm,标准偏差从1%升至2%,而后从605到675 nm,标准偏差从2%降至1.2%,在675~700 nm,标准偏差从1.2%增至4.9%。现场测试数据分析结果表明本套水底双向反射测量系统能有效测量多种海底底质的反射光谱。通过现场获取的测量数据,对沙质和珊瑚两种典型底质的反射率光谱及BRDF进行了初步分析,为后续采用遥感手段反演浅水区底质及动态变化(如,珊瑚生长状态)提供多种底质多观测角度的反射率光谱特征。

关键词：水下双向反射珊瑚各向异性底质反射率光学浅水遥感

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南沙地块礼乐西海槽的地壳结构特征

地球物理学报 2024年第9期67卷 3386-3401页

作者：郭建丘学林黄海波中国科学院南海海洋研究所中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室广州510301 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 中国科学院大学北京100049

OBS2019-2测线位于南沙地块礼乐西海槽附近,向北依次穿过礼乐滩、礼乐西海槽和南海海盆,测线全长300 km.该区域处于西南次海盆与东部次海盆过渡的关键区域.通过对OBS2019-2测线的数据进行分析处理和计算模拟,得到最终的速度结构模型,模... 详细信息

OBS2019-2测线位于南沙地块礼乐西海槽附近,向北依次穿过礼乐滩、礼乐西海槽和南海海盆,测线全长300 km.该区域处于西南次海盆与东部次海盆过渡的关键区域.通过对OBS2019-2测线的数据进行分析处理和计算模拟,得到最终的速度结构模型,模型显示洋壳区地壳厚度4~7 km,陆壳区地壳厚度9~19 km,洋陆转换带(Continent-Ocean Transition,COT)在模型120~170 km范围内,约50 km宽,地壳厚度6~9 km.同时模型揭示了一个低速带可能为中南—礼乐断裂,属于岩石圈级大断裂,推测其向南经过了礼乐西海槽.相较于东沙地块,OBS2019-2测线速度模型与穿过中沙地块的海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)测线速度模型具有相似的速度结构特征,因此推测礼乐地块与中沙地块相邻,共轭的可能性更大,两者在南海扩张前同属于华南大陆.

关键词：礼乐西海槽地壳结构海底地震仪洋陆转换带中南-礼乐断裂

镍同位素在高温岩浆系统中的研究进展和矿床学应用

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岩石学报 2024年第6期40卷 1959-1971页

作者：张泽薛胜超唐冬梅王路阳王晓曼田洪庆张瑞麟中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

Ni同位素在高温岩浆系统中被识别出高达4‰的δ60/58 Ni变化范围,打破了传统元素质量数越大同位素分馏相对越小的观点,这种高温岩浆体系中产生的巨大的同位素分馏可能是多个平衡同位素分馏过程叠加和/或动力学分馏导致的,因而也被应用... 详细信息

Ni同位素在高温岩浆系统中被识别出高达4‰的δ60/58 Ni变化范围,打破了传统元素质量数越大同位素分馏相对越小的观点,这种高温岩浆体系中产生的巨大的同位素分馏可能是多个平衡同位素分馏过程叠加和/或动力学分馏导致的,因而也被应用到岩浆铜镍硫化物矿床中。前人对高温岩浆过程Ni同位素分馏机理的认识包括:(1)玄武岩难以代表地幔的Ni同位素组成;(2)地幔部分熔融和壳源物质循环不会产生明显的Ni同位素分馏,地幔交代作用是导致地幔Ni同位素不均一的主要原因;(3)硫化物参与的过程是高温岩浆体系产生Ni同位素变化的主控因素,例如,硫化物的溶解、结晶、熔离以及和硅酸盐岩浆的相互作用。目前Ni同位素在高温地质过程中的研究与应用还处于发展阶段,同位素分馏系数和简约配分函数比等参数有待确定,需要结合更精确的模拟计算和更合理的高温高压实验来解决。查明地幔交代过程中Ni同位素分馏的具体机制,有望精准识别地幔源区的岩石性质和精细交代过程;Ni和Cu同位素的联合应用在岩浆铜镍矿床的金属富集机制和地球动力学环境研究方面显示出巨大潜力。

关键词： Ni同位素同位素分馏地幔交代岩浆铜镍硫化物矿床高温地质过程