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当期目录

    2022年 第28卷 第6期    刊出日期:2022-12-20
    表生地球化学专栏
    广西岩溶区土壤铁锰结核重金属富集的地质特征
    冯一夫, 廖启林, 季文兵, 任静丽, 季峻峰, 杨忠芳, 卓小雄, 王 磊, 刘媛媛
    2022, 28(6):  787-798.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021079
    摘要 ( 1516 )   PDF (8719KB) ( 272 )  
    相关文章 | 计量指标
    广西岩溶区农田土壤重金属污染形势严峻。该地区土壤含有大量铁锰结核,其主要成分为铁和锰的氧化物,对重金属有着较强的富集作用。铁锰结核伴随着土壤形成过程而产生,也是反映土壤形成过程及成土环境变化的良好载体。研究铁锰结核中重金属的富集特征有助于了解广西岩溶区土壤中重金属元素的富集过程和富集特征。文章对广西柳江和桂平的土壤与其中的铁锰结核进行了成分分析,通过微量元素分析得到铁锰结核对Ni、Cu、Cd、Zn、Pb、Co、Ba、As、Cr等重金属元素的富集特征,通过Ti/Al2O3的比值关系推断了铁锰结核与土壤的物质来源。此外,还对铁锰结核进行了激光共聚焦显微拉曼光谱仪(Laser Microscopic Confocal Raman Spectrometer)、扫描电镜和能谱仪(SEM-EDS)分析。通过铁锰结核内部同心环带状圈层结构及其内部的元素分布周期性变化的特征,推测结核形成机制。铁锰结核的形成固定了大量重金属元素,减轻了土壤重金属污染负担;但如果铁锰结核发生了溶解则会导致Mn及受其控制的部分重金属(Co、Cu、Ni、Ba)重新释放回到土壤,加重重金属污染。
    基于可见—近红外反射光谱的典型农田重金属污染风险分类研究
    李全坤, 赵万伏, 文宇博, 郭 超, 刘连文, 季峻峰
    2022, 28(6):  799-813.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021086
    摘要 ( 1072 )   PDF (4043KB) ( 163 )  
    相关文章 | 计量指标
    对于人为因素或自然因素造成的农田土壤重金属元素污染,需要进行大面积的土壤环境质量调查和分类管控,然而传统的采样测试方法存在工作量大、代价高等问题。可见—近红外(Vis-NIR)反射光谱是一种快速低成本获取土壤理化信息的手段。为研究Vis-NIR反射光谱预测模型划分土壤重金属污染风险类别的能力,文章以典型人为污染地区(浙江温岭)和典型地质高背景地区(广西横县)的390份农田土壤为样本,测定8种重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)的含量和pH值,并测定土壤Vis-NIR光谱。使用偏最小二乘(PLS)和支持向量机(SVM)算法建立回归模型,对土壤重金属含量和pH值进行预测,并基于预测值进行土壤重金属污染风险分类。结果显示,温岭土壤主要污染元素Cd和Cu的光谱模型回归预测偏差(RPD)分别为1.23和1.19,预测机制与有机质有关。横县土壤主要污染元素As和Cd的RPD分别为1.98和1.93,预测机制与铁氧化物和粘土矿物有关。地质高背景土壤重金属与铁氧化物的正相关性普遍较强,使得光谱模型对重金属含量预测准确度较高。温岭和横县土壤pH值的光谱模型RPD分别为1.76和1.68。土壤重金属污染风险光谱分类的总体
    准确度分别为75.0%~100%(温岭)和80.0%~100%(横县)。将Vis-NIR光谱与遥感技术相结合,对农田土壤重金属污染风险进行快速分类总体是可行的。
    黑龙江流域水体和沉积物重金属的生态风险研究
    郑 栩, 管祎亭, 吴卫华
    2022, 28(6):  814-824.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022005
    摘要 ( 913 )   PDF (4097KB) ( 256 )  
    相关文章 | 计量指标
    中国东北黑龙江流域作为重工业基地和商品粮基地,水体、沉积物和土壤的重金属污染非常值得关注。作者采集了黑龙江流域从上游干旱区到下游三江平原的河水、湖水、地下水和河床沉积物样品,分析重金属元素含量,运用不同指标评估了流域的水资源安全和沉积物的污染风险程度。研究结果显示,在黑龙江流域上游干旱区,部分地表水和地下水的As含量超过了中国生活饮用水卫生标准,最多接近7倍,上游地区居民的用水安全需要引起有关部门的关注。通过内梅罗指数法(P 综合)和潜在生态危害指数(RI )的综合评估表明,黑龙江流域沉积物的总体生态风险较低。单个重金属元素中,Cd在大部分流域存在中等生态风险,有3个沉积物样品展现出较高生态风险。Cd作为危害中国耕地土壤和人类健康的主要重金属元素,在黑龙江流域同样也需要予以重点关注。
    全球变暖背景下北美育空河流域化学风化增强
    聂浩阳, 李石磊, 陈 旸, 王洪涛
    2022, 28(6):  825-837.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022067
    摘要 ( 1405 )   PDF (3167KB) ( 281 )  
    相关文章 | 计量指标
    硅酸盐岩风化对气候变化和构造运动的反馈对长尺度气候变化可能起到重要的调节作用,对该反馈过程的定量认识有助于更确切理解地球碳循环的运行规律。通常认为风化类型可分为两种,分别是供应限制和动力学限制。全球变暖可能促进了动力学限制流域的化学风化作用,然而,关于这方面的认识仍很有限。育空河流域是典型的动力学限制风化区域,研究育空河的风化对气候变暖的响应有助于深入认识气候和大陆风化之间的相互作用。正演模型是区分河流风化端元的重要手段,文章利用正演模型对育空河流域从1975年到2019年的主要离子组成的数据集进行分析,并获得了该流域在过去几十年的化学风化速率的变化趋势。结果表明,育空河水化学性质主要受到碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化控制,两者多年平均碳汇通量分别为2.1×1011 mol/yr和4.1×1010 mol/yr,处于世界主要大河碳汇通量的中间水平。更重要的是,在同一时期,伴随着2.2℃的温度增幅和13.7%的径流量增加,流域内的阳离子总通量增加了35.7%,其中硅酸盐岩和碳酸盐岩风化产生的阳离子通量分别增加了41%和35%,阳离子通量/风化速率对气候的敏感性与冰岛地区的研究结果符合的很好,与风化速率加快相对应的,硅酸盐岩风化碳汇通量相对增加了59.6%。尽管碳汇的增加在绝对通量上相比人类化石燃烧产生的碳排放通量微不足道,但是考虑到构造尺度内全球硅酸盐岩风化速率的增强,尤其是在较为寒冷的高纬度地区,额外的二氧化碳固定量可能对地球历史时期的全球气候产生重要影响。
    苏皖玄武岩土壤中风尘的识别及风化特征
    陈 辽, 刘连文, 朱晓雨, 蔡 洁, 季峻峰
    2022, 28(6):  838-848.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021065
    摘要 ( 1446 )   PDF (2411KB) ( 197 )  
    相关文章 | 计量指标
    风尘传输与沉降影响生态系统和元素的生物地球化学循环,对其在成壤作用中的识别与贡献进行研究有重要意义。文章选择在非风尘沉降区的苏皖玄武岩台地典型的两个风化剖面(安徽明光梅花村和江苏盱眙宝塔村)和部分表土及水系沉积物样品,系统分析主要矿物、粘土矿物、常量元素、微量元素及Sr、Nd同位素组成。结果显示,玄武岩基岩基本由斜长石和辉石组成,而风化基岩则主要由蒙脱石构成,风化土壤则出现基岩和风化基岩中未出现的石英、伊利石等风尘特征矿物;基岩和风化基岩以高Mg,低Si、K,无Eu异常等特征,风化土壤则以高Si、K,低Mg,负Eu异常等特征;基岩和风化基岩的εNd偏正,86Sr/87Sr值较低,而风化土壤εNd偏负,86Sr/87Sr值较高;各种证据都显示风尘对风化土壤有重要贡献,通过Nd同位素混合模式计算,风尘对土壤的贡献达60%以上。玄武岩风化表现为完全的蒙脱石化,为显著的去Ca、Mg作用,在梅花村剖面,表层土壤出现Ce负异常,而在下部层位出现Ce正异常,研究还发现在风尘的加积作用,土壤的Si、K含量得以上升。受相对较大的玄武岩台地高程差影响,玄武岩风化产物和沉降的风尘易被降水侵蚀,造成风化剖面较薄,促使玄武岩风化处于“供应限制”模式。本次工作为玄武岩的风化机制,风尘在元素地球化学循环中的作用等提供了新的地质证据。
    热带海南岛地表和地下化学风化:对全球碳循环及海水Sr 同位素演化研究的启示
    彭精诚, 郑 栩, 吴卫华
    2022, 28(6):  849-860.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021018
    摘要 ( 1121 )   PDF (1601KB) ( 214 )  
    相关文章 | 计量指标
    热带地区火山岛/岛弧的化学风化对全球碳循环和海水的Sr同位素演化均有着重要的作用。文章对中国热带海南岛的玄武岩、花岗岩小流域和大河流域进行了河水、地下水、雨水以及基岩和沉积物的综合研究,分析了水样和固体样品的元素含量和Sr同位素比值。结果显示,河床沉积物的化学蚀变指数(CIA)与87Sr/86Sr之间存在着一定的变化关系,而这主要归因于沉积物的阶段性差异风化:风化早期阶段以黑云母占主导,87Sr/86Sr较高。此后斜长石开始风化,87Sr/86Sr逐渐下降。在风化程度中等阶段,斜长石大量分解后,各种富钾矿物风化加剧,87Sr/86Sr值升至最高点。在高风化程度阶段,随着富钾矿物逐渐减少,稳定的风化残余物质占据主导,87Sr/86Sr值逐渐下降。与年轻的活火山岛——加勒比海小安的列斯群岛和印度洋的留尼汪岛相比(其地下化学风化速率2~5倍于地表风化速率),由于相对较低的降水量和老死火山低的孔隙度,海南岛地下水的流量和固溶物总量(TDS)要低的多,导致海南岛的地下化学风化速率低于地表风化速率,仅与高纬的俄罗斯堪察加活火山岛相近,为小安的列斯群岛和留尼汪岛的约6%~25%,属于全球地下风化贡献最低的区域之一。海南岛玄武岩区的地表化学风化和CO2消耗速率高于法国中央高原和西伯利亚,略低于夏威夷和德干,而显著小于东南亚的爪哇岛和
    吕宋岛。在温度相近的条件下,径流量对化学风化速率有着非常明显的控制作用。由于较低的年径流量,热带区域的海南岛,其对大气CO2的消耗能力只是处于一个全球平均的范围内。
    中国现代陆生蜗牛壳体碳氧同位素组成的分布特征及其气候响应
    罗 铃, 沈 华, 鲍 睿, 谈昊林, 李成龙, 盛雪芬
    2022, 28(6):  861-873.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021088
    摘要 ( 1509 )   PDF (2048KB) ( 295 )  
    相关文章 | 计量指标
    陆生蜗牛壳体碳氧同位素组成记录了环境气候信息,是地质历史时期古环境和古气候重建的一个良好指标。文章在前人对现生蜗牛壳体碳氧同位素的环境意义研究基础上,通过增加对不同气候条件下的新疆地区(受西风带控制)、川西地区(受印度季风控制)以及东北地区(东亚季风北端)的现生蜗牛碳氧同位素组成进行测试分析,结合中国其他地区已有数据,总结探讨所有研究区已有蜗牛壳体碳氧同位素组成的分布规律及影响因子,回归分析蜗牛壳体碳氧同位素组成与降水量、温度、湿度、蒸发量及干燥度等5个气候因子之间的关系。得出以下研究结果:全国范围内的蜗牛壳体碳同位素组成与年均降水量、年均相对湿度具有明显负相关关系,与年均蒸发量及干燥度具明显正相关关系,年均温度大于9.5℃采样点的蜗牛壳体碳同位素与温度呈负相关关系;蜗牛壳体氧同位素组成与各种气候因子之间的关系比较复杂而显示无明显的相关性,可能由于不同区域蜗牛壳体氧同位素对不同气候因子的响应程度不同,也可能是由于蜗牛壳体氧同位素与温度的关系在不同区域存在差异导致。总之,蜗牛壳体碳同位素较为忠实地记录了有效降水引起C3植被同位素变化的信息,而对蜗牛壳体氧同位素记录的信息的解读还不明晰,仍需更多研究。
    其他学科
    赣南草桃背铀矿床中绿泥石地球化学特征及成矿指示意义
    刘 强, 赵葵东, 刘国奇, 张 迪, 李 前
    2022, 28(6):  874-893.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021013
    摘要 ( 310 )   PDF (4034KB) ( 230 )  
    相关文章 | 计量指标
    赣南草桃背铀矿床位于会昌地区河草坑铀矿田,是一个大型火山岩容矿的铀矿床,成因机制存在较大争议。矿床内发育有大面积的花岗岩和火山岩,矿体主要赋存在火山隐爆角砾岩和震碎花岗岩中。文章以该矿床内花岗岩、火山岩及矿石中广泛发育的蚀变矿物绿泥石为研究对象,采用电子探针及LA-ICP-MS原位微区分析技术对其矿物化学组成进行分析。分析结果表明,花岗岩和矿石中的绿泥石主要为富铁的鲕绿泥石和蠕绿泥石,火山岩中的绿泥石则为相对富镁的密绿泥石。各类绿泥石阳离子置换关系主要以Fe、Mg置换为主,同时存在一定的Tschermak(TK)和二八—三八面体(DT)替换机制。矿石中绿泥石具有相对较高含量的Ti、Li、Be、B、Zn、Ga、Ge、Sn、Cs、U、Rb和Ba等元素,并显示出较低的Th/U比值。矿石中绿泥石的结晶温度区间为201~269℃,平均值为242℃,属于中低温热液作用的产物。矿石中绿泥石的氧逸度(log f O2)变化于-48.4~-41.2之间,平均值为-44.5,硫逸度(log f S2)变化于-7.5~+2.8之间,平均值为-1.8,草桃背铀矿床的铀矿化主要形成于低氧逸度、高硫逸度的环境。
    基于GRACE 和GLDAS 的塔里木河流域地下水储量演变规律研究
    陈丹红, 曾献奎, 吴吉春, 桂东伟, 孙媛媛
    2022, 28(6):  894-901.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021012
    摘要 ( 2129 )   PDF (6807KB) ( 297 )  
    相关文章 | 计量指标
    塔里木河流域位于中国西北干旱区,降水稀少,生态脆弱,水资源是维系当地社会经济发展和生态健康的关键因素。文章利用GRACE重力卫星数据和GLDAS全球陆面同化系统数据识别了塔里木河流域2003~2019年地下水储量变化,并分析其时空分布规律。结果显示,2003~2019年间塔里木河流域地下水储量整体呈下降趋势,速率为-2.13 mm/a。在空间分布上,由北向南,地下水储量的下降降幅逐渐减少,天山南坡中段地区地下水亏损最大,而塔里木河下游地下水储量稳步回升,与近十多年的应急生态输水有关。此外,塔里木河流域地下水储量变化与年降水量存在比较一致的年际变化特征。2004、2006~2009年降水量偏少,地下水储量显著减少,降水量多的年份,地下水储量出现回升。基于GRACE和GLDAS的地下水储量分析方法对于对监测缺乏地下水站网的塔里木河流域地下水资源具有较大应用潜力。
    不同环境温度和含砂率对黏性土干缩开裂影响试验研究
    卢 毅, 卜 凡, 蔡田露, 龚绪龙, 陆 华, 万佳俊, 王 梓, 顾 凯
    2022, 28(6):  902-910.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021099
    摘要 ( 193 )   PDF (2941KB) ( 132 )  
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    在工程建设与自然环境中,土体因失水而产生收缩、开裂的过程受多重因素的影响,且各因素之间的相互作用关系十分复杂。其中,环境温度在土体开裂的起始与结束中,起至关重要的影响;同时,鲜见关于土体内部黏土、砂粒配比对于裂隙发育影响的研究。故本研究设置了不同环境温度、含砂率条件,展开一系列室内蒸发试验,通过记录试验过程中土体内部水分散失以及表面裂隙发育、发展情况,利用相关图形分析软件,对裂隙率、裂隙网络的几何形态进行定量分析,进而探究不同温度、含砂率对土体干缩、开裂的影响机理。研究结果表明:(1)砂粒的存在,导致土体内部的结构发生改变,部分输水通道被堵塞,从而延长了自由水的运移路径,水分蒸发速率随着含砂率的增加而降低。(2)砂粒的存在将导致土体表面提前产生开裂,此现象受含砂率的影响较小,与是否含砂有关。(3)土体内部含砂率越高,裂隙发育纵深越小,延伸长度越短,同时裂隙的宽度与含砂率呈反比。(4)相同含砂率条件下,环境温度越高,水分蒸发速率、土体表面形成的裂隙宽度越大,且在一定程度上促使表面裂隙提前产生。
    冀中坳陷束鹿凹陷地热系统成因模式
    高楠安, 汪新伟, 梁海军, 杜 利, 毛 翔, 罗 璐, 王婷灏
    2022, 28(6):  920-932.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021014
    摘要 ( 252 )   PDF (1625KB) ( 141 )  
    相关文章 | 计量指标
    地热系统内部地质要素特征分析是建立其成因模式的基础,也是后期研究地热资源赋存特征和资源量评价的依据。结合前人研究成果和区内地热钻井资料,通过对冀中坳陷束鹿凹陷地热系统“源、储、通、盖”主要地质要素分析,建立了其概念模型,并开展了地热资源量评价。束鹿凹陷为一新生代发育在渤海湾盆地冀中坳陷内的典型的箕状凹陷,接受可能来自于其下深部地壳结构约20 km处低阻体的热源供给。新近系馆陶组砂岩热储和奥陶系碳酸盐岩热储分别构成了两套独立的地热系统。其中,馆陶组砂岩热储全区稳定分布,底板埋深介于1100~2000 m,储层厚度约为200~320 m,孔隙度约在15%~35%之间,渗透率最高可达1200 mD,热储底板温度在57~78℃;奥陶系碳酸盐岩热储受箕状凹陷边界断裂的控制呈单斜状倾伏,埋深1800~6000 m,储层厚度100~550 m,孔隙度2%~18%,渗透率0.5~50 mD,地热水井口温度在75~92℃。两套地热系统由西边太行山的大气降水沿着地层不整合面和断裂运移通道进行补给,通过深部热传导和局部热对流增温后,在储层中富集形成地热水。上覆松散的第四系沉积和明化镇组河流相碎屑岩沉积厚300~1400 m,热导率0.9~1.8 W/(m·K),构成了良好的区域盖层。束鹿凹陷地热资源量评价结果表明,馆陶组砂岩地热系统含244.430×108 GJ,奥陶系岩溶地热系统
    含203.752×108 GJ,总量合计448.182×108 GJ,折合标煤15.296×108 t。年开采地热资源量满足的供暖面积可达1.106×108 m2,开发潜力巨大。
    南海北部陆缘琼东南盆地深水区现今地热特征
    吴 迪, 李香兰, 刘绍文, 朱继田, 李旭东, 熊小峰, 尹宏伟
    2022, 28(6):  933-942.  DOI: 10.16108/j.issn1006- 7493.2021017
    摘要 ( 365 )   PDF (3089KB) ( 218 )  
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    沉积盆地热体制信息的准确获取对盆地成因演化动力学研究和油气资源评价和勘探开发具有重要的意义。琼东南盆地作为南海北部深水油气勘探开发的重点地区,已陆续获得重大突破,但其深水区的热状态特征还不甚明了。结合该区21口新钻井的地层测温数据和岩石热物性参数,文章揭示了琼东南盆地现今地热特征。研究表明,该区平均热流值为73.2±8.67 mW/m2,平均地温梯度值为39.4±4.86℃/km,整体属于“热盆”。盆地的热流和地温梯度在平面分布格局上均呈现出“浅低深高”的趋势,其中,深水区的平均热流值要比浅水区高出16 mW/m2,其平均地温梯度值也要高出10℃/km,这一差异与岩石圈差异拉张减薄以及沉积物热披覆效应等因素有关。此外,研究表明盆地东部的长昌凹陷为热流高值异常区(>90 mW/m2),其高热流背景与晚中新世以来的岩浆侵入和断裂活动等有关。上述成果为盆地深水区油气资源潜力评价提供了新的地热学参数和科学依据。
    阿曼盆地北部埃迪卡拉系—寒武系油气勘探目标及前景:基于E-C 转换期的构造与沉积证据
    陈 杰, 梁 霄, 童明胜, 张建立, 刘 浪, 徐剑良, 程 亮, 刘若林, 杨 成
    2022, 28(6):  943-957.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021020
    摘要 ( 323 )   PDF (2698KB) ( 200 )  
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    作为全球古老含油气盆地的代表,阿曼盆地埃迪卡拉系—寒武系含油气系统(下组合)具有典型的复杂地质构造背景与深层特性,勘探难度大。在阿曼盆地北部油气地质特征(烃源岩、油源对比、构造圈闭等)已有研究基础上,梳理与解剖晚新元古代—早古生代全球古构造背景与埃迪卡拉纪—寒武纪转换期(E-C期)沉积格局,探讨并分析阿曼盆地北部深层油气勘探潜力与风险。研究表明:(1)游离于原特提斯洋的华南板块于早古生代初期向东冈瓦纳大陆北缘的俯冲聚合使阿曼(阿拉伯)盆地与四川(上扬子)盆地在埃迪卡拉纪(震旦纪)—寒武纪构造—沉积特征上具有相似性;(2)阿曼盆地北部深层地震剖面揭示了早寒武世发育的典型张性构造,暂命名为“北阿曼拉张槽”;(3)拉张槽两侧古地貌高地具有优质(潜在)白云岩储层(Buah组、Birba组)的发育条件,拉张槽的形成有利于槽内Ara群U/Athel组、Dhahaban组等优质烃源岩的沉积。深层油气地质特征评价指示阿曼盆地北部(5区)下组合具有良好的油气勘探前景。