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关键词： 准噶尔盆地   百口泉组   碳氧锶同位素   流体包裹体   元素地球化学   成岩流体  

摘要： 准噶尔盆地作为我国西部内陆最重要的含油气盆地之一,蕴含着丰富的油气资源。玛北斜坡区地处盆地较为富烃的玛湖凹陷西环带,毗邻乌夏、克百断裂带,是盆地最有潜力的油气产区,得益于三叠纪西北缘发育的大型逆冲推覆和通源断裂体系,使玛北斜坡区具备优越的成藏条件。本文以准噶尔盆地玛湖凹陷地区百口泉组为研究对象,在资料查阅、野外调研的基础上,应用偏光显微镜镜下观察、薄片染色、碳酸盐胶结物碳氧锶同位素、流体包裹体显微测温以及成分分析、微量元素、稀土元素等测试分析手段,对玛北地区百口泉组储层砂砾岩岩石学特征、碳酸盐胶结物赋存状态及形成期次、碳氧锶同位素特征、流体包裹体均一温度、盐度、成分以及元素地球化学特征方面进行研究,探讨储层成岩过程中成岩流体的来源以及特征。玛北斜坡区百口泉组岩石类型以岩屑砂岩为主,岩屑长石砂岩次之。石英、长石等碎屑颗粒表面可见碎裂现象以及碎屑颗粒间的凹凸接触,表明成岩早期压实作用程度较高。长石颗粒表面及边缘溶蚀现象显著,形成了溶蚀次生孔隙,为油气等流体运移和保存提供了条件。研究区存在三期碳酸盐胶结物,根据赋存状态及沉淀形式分为第一期方解石胶结物、第二期铁方解石胶结物以及第三期铁白云石胶结物。δ13CPDB的值为-47.23‰～3.88‰,平均值为-17.59‰,δ18OPDB为-23.64‰～-17.98‰,平均值为-20.89‰,揭示有烃类流体注入从而提供碳源;古盐度19.79～124.06,整体为淡水沉积,古温度介于111.83℃～146.75℃之间,温度偏高指示有深部热流体参与,划分成岩阶段为中成岩阶段A期。87Sr/86Sr比值范围为0.705827～0.707244,平均值为0.706513,低于同期海水的87Sr/86Sr比值,指示具贫放射性锶的幔源流体及携带火山物质的流体参与成岩过程,抹除了陆源锶的高值特征。综合分析认为,油源流体注入的同时伴随着热液流体,温度升高使有机质成熟而热解脱羧致使流体环境转为酸性,对长石、自生碳酸盐矿物等性质不稳定矿物发生溶蚀作用产生次生孔隙,为成岩流体的运移提供条件。研究区流体包裹体主要存在气液两相包裹体、单相包裹体、含子矿物三相包裹体。对气液两相包裹体显微测温,表明均一温度主要存在80～90℃、100～120℃两个峰值,对应两期烃类流体充注。对包裹体进行激光拉曼光谱测试,可见包裹体气相成分为CO2、N2、CH4,液相成分为H2O。包裹体成分、温度表明研究区存在低成熟、高成熟两期烃类流体,揭示两期烃类流体分别来源于三叠纪末的早期低成熟油及早白垩纪的晚期高成熟油。对研究区微量元素、稀土元素分别进行上地壳标准化、球粒陨石标准化后发现部分微量元素相对富集、亏损的现象;稀土元素表现为右倾的轻稀土富集模式。通过多种地球化学元素参数判定古沉积环境主要具氧化、低盐度、气候湿润等特征。

关键词： 价-类二维图   元素化学   学业成就  

摘要： 《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出,“教学内容的结构化有利于学生从化学学科知识向化学学科核心素养的转化。”价-类二维图是一种思维模型,在元素化合物知识的学习中,能够起到使知识结构化,进而推动学生思维水平的提升,增强学生认识能力和对陌生物质的预测能力。但价-类二维图主要应用于高三复习课,在高一复习教学中应用很少。本地区刚开始使用新人教版教材,元素的学习比较分散,相关研究也较少,因此对价-类二维图和元素化学学业成就之间的关系进行研究,具有很重要的意义。本研究采用问卷调查法、测试法和访谈研究的方法,通过调查问卷和访谈充分认识师生对有关价-类二维图构建的元素化学课的认识、存在的问题以及实施策略。结合教师的教学需求,结合教学内容的相关特点,结合学生的认知,梳理元素化学课教学的相关教学研究,构建基于价-类二维图教学模式的元素及其化合物的教学思路。将价-类二维图教学模式实践在实验组课堂中,测定其与对照组前后测差别。本研究通过对实验前后的调查结果和学业成绩进行对比,了解“价-类二维图”教学模式对高中生元素化学知识的学业成就的影响,以及“价-类二维图”教学模式对培养学生学科思维的影响,并就对学业的影响元素进行了分析。研究发现,采用价-类二维图教学模式可以提升改善高中学生的元素化合物成绩,提升高中学生思维水平和化学知识的掌握水平,掌握恰当的解题方法,培养自主学习探究能力,提高他们的学习兴趣,形成相关的知识网络。对基于价-类二维图构建的中学化学复习课教学模式提出建设性意见:关注学科思维的培养,发展学生的思维能力;关注元素及其化合物知识间的关系,形成知识网络图;关注学生的重要地位,提升自主探究能力;关注学生个体需求,因材施教,对后续高中的学习产生积极作用。

关键词： 辽河平原   黏土矿物   元素地球化学   古气候   黑土成因  

摘要： 黑土成因机制研究是理解黑土形成演化过程的基础,更是加强黑土地资源保护和可持续利用的关键。为揭示典型黑土的气候成因机制,选取吉林省梨树县黑土地地表基质典型钻孔LZK-4岩心为研究对象,基于黏土矿物学、元素地球化学、14C、光释光测年等手段获得了较准确的辽河平原梨树县黑土地地表基质年代数据、黏土矿物学特征与地球化学特征记录的古气候信息,重建了梨树县晚更新世中晚期以来的古气候演化序列。主要得到以下结论: （1）根据光释光年龄（钻孔15.5m深度年龄为64.2±10.4 ka）和地层对比研究可知,LZK-4钻孔0-20m岩心揭示了晚更新世中期以来的地层沉积记录。 （2）LZK-4钻孔中各层位黏土矿物组合以伊蒙混层、伊利石为主,含有少量高岭石。根据钻孔黏土矿物组合含量分布特征和岩心分层,可分为4个阶段。Ⅰ段（晚更新世中期15.0 m～20.0 m）:本阶段黏土矿物组合以伊蒙混层矿物为主,含少量伊利石和高岭石;Ⅱ段（晚更新世中晚期7.9 m～15.0 m）:此阶段伊蒙混层的含量变高,伊利石和高岭石的含量变低;Ⅲ段（晚更新世晚期1.4 m～7.9 m）:此阶段的伊蒙混层含量减少,伊利石和高岭石含量增加;Ⅳ段（全新世0m～1.4 m）:此阶段的伊蒙混层含量继续降低,伊利石和高岭石含量继续升高。 （3）本次研究以钻孔0-20m岩心为研究对象,埋藏深度较浅,黏土矿物组合未受到埋藏成岩作用影响。对稀土元素La/Yb比值变化特征分析可知,Ⅰ段物源发生变化,Ⅱ段—Ⅳ段物源组分保持稳定。综上,Ⅱ段—Ⅳ段的黏土矿物是一定气候条件下的风化产物,Ⅰ段物源发生变化不能作为气候变化依据。在Ⅱ段—Ⅳ段,伊蒙混层含量由深至浅逐渐降低（76%降低至54%）,伊利石含量由深至浅逐渐升高（19%升高至37%）,高岭石含量较低,稳定在8%左右。黏土矿物组合及含量变化表明研究区晚更新世中晚期以来气候环境由暖湿逐渐向干冷转化。 （4）全新世地层中有机质含量达到峰值0.9 g/kg,利用14C测年手段,揭示研究区典型黑土形成的底界年龄为2450±30 a B.P.,结合黏土矿物组合特征可知,研究区典型黑土主要形成于全新世寒冷干旱的气候条件下。 本研究有助于揭示辽河平原第四纪晚更新世以来的气候演变趋势,理解辽河平原梨树县典型黑土的形成演化过程,为黑土资源的开发、利用和保护提供科学依据。

关键词： 黑云母   元素地球化学   W-Cu成矿系列   Cu-Mo成矿系列   找矿指标  

摘要： 黑云母在中酸性岩石中常作为主要的造岩矿物产出,由于其复杂的晶体结构允许多种元素进行置换,能有效记录了母岩的来源、地球化学性质及岩浆形成时的物理化学条件及成岩成矿构造背景及成矿专属性等。本文选取钦杭成矿带北段德兴Cu-Mo（Au）、东门Cu-Mo以及朱溪和蒙山W-Cu矿床成矿岩体开展了岩石地球化学分析,并对岩体中的黑云母开展详细的岩相学观测和一系列地球化学分析（EPMA和LA-ICP-MS分析方法）,以获取岩浆的温度、氧逸度、卤素等物理化学参数,分析岩浆来源、岩石成因、岩浆演化及其构造和成矿指示意义;同时,收集汇编前人关于长江中下游鄂东南、江西武山、安徽茶亭Cu-Mo矿床和钦杭成矿带大湖塘W-Cu矿床成矿岩体中黑云母单矿物、全岩地球化学和Sr-Nd同位素数据,综合分析同一成矿背景（钦杭带北段）不同成矿系列(W-Cu和Cu-Mo（Au）两个成矿系列)、不同成矿背景（钦杭带北段和长江中下游）相同成矿系列（Cu-Mo）成矿岩体的黑云母特征之间的异同性及对成岩成矿及构造动力学机制的指示意义。 岩石地球化学特征显示,朱溪黑云母花岗岩、蒙山细粒斑状黑云母花岗岩、德兴花岗闪长斑岩和东门石英二长花岗岩为高钾钙碱性系列,但前二者为准-过铝质,更偏酸性且A/CNK更高,而后二者均为准铝质。黑云母矿物化学特征显示,Cu-Mo成矿系列（鄂东南、江西武山、安徽茶亭、东门）富集XMg、贫Al、贫Fe特征,显示富镁黑云母-金云母系列特征,属于镁质黑云母;而W-Cu成矿系列（朱溪、蒙山）贫XMg、富集Al、富Fe特征,显示铁叶云母-铁云母系列特征,属于铁质黑云母。根据黑云母地质温度压力计,估算Cu-Mo（Au）成矿系列形成深度约2km,温度约700-800℃;相比之下,W-Cu成矿系列深度约2.5-3km,温度为700-750℃。Cu-Mo（Au）成矿系列中黑云母在Ni-Ni O上具有氧化特征,而W-Cu成矿系列相对分散,具有氧化或者还原特征。因此,W-Cu成矿系列和Cu-Mo（Au）成矿系列黑云母对比表明,前者形成时岩浆具有氧化-还原环境,具有S型花岗岩特征,岩浆起源于地壳（双桥山群）及中生代挤压-伸展环境转换期,这种富钨的泥质岩源区和氧化-还原性岩浆环境可能有利于钨矿的形成;后者形成时岩浆具有更高的温度和氧逸度,呈I型花岗岩特征,在更浅部位有利于成矿,岩浆起源于地壳-地幔混合岩浆以及中生代转换的复合构造机制。对比长江中下游和钦杭成矿带黑云母特征表明,从长江中下游至钦杭成矿带,成矿岩浆分异程度逐步增加,氧逸度逐步减弱,成矿岩体幔源信息也越来越少,即地幔与地壳不同比例和类型的加入导致了壳幔混合作用程度不同。总之,岩浆源区、化学性质、侵位深度、结晶温度以及氧逸度等因素,共同控制了钦杭带北段乃至长江中下游岩浆的含矿专属性,性可能导致不同岩体含矿差异性的根本原因。 同时根据卤素和卤素逸度,Cu-Mo（Au）成矿系列IV（Cl）高,而W-Cu成矿系列IV（F）相对高。根据卤素逸度表明,W-Cu成矿系列在黑云母结晶前没有流体出溶,增强W在后期熔体中的溶解度,利于成矿,不同矿化挥发分具有一定成矿专属性。根据成矿岩体中黑云母不同成分特征,还可以有效指示W-Cu成矿系列和Cu-Mo（Au）成矿系列矿床区别和联系,为今后该区域找矿工作提供理论基础和方向,除此之外,对于区域寻找U矿也具有重要意义。

关键词： Rock-Eval parameters   Boquillas Formation   Paleoenvironmental conditions   Organic carbon enrichment  

摘要： The Boquillas Formation, a Late Cretaceous formation, was deposited at a time when a significant proportion of the modern-day Texas was submerged under the sea, succeeded by the deposition of marine siliciclastic and carbonate materials on the shelf of the northern margin of the Gulf of Mexico. During this time, the Gulf of Mexico experienced reducing conditions, which includes the Ocean Anoxic Event (OAE 2) occurring at the Cenomanian to Turonian boundary (93 Ma). Geochemical analysis of the Boquillas Formation deposits allows researchers to reconstruct the paleoenvironmental conditions at the time of deposition, as well as its organic matter concentration. X-ray fluorescence spectroscopy and Rock-Eval pyrolysis process were applied to 25 samples collected from a 109 m exposed Ernst Tinaja section at the Big Bend National Park (BBNP). An evaluation of the geochemical dataset using proxies for redox conditions, detrital input, productivity, and nutrient supply, as well as Rock-Eval parameters such as TOC, Tmax, and Kerogen type/quality, reveals that the Boquillas Formation was deposited in an anoxic and organic-rich environment. Statistical analysis techniques such as crossplot and principal component analysis (PCA) were applied to the data set, and they provided correlations among the data sets and defined various geochemical trends within the data set. This study achieved two primary goals, First, using geochemical analysis (XRF) to highlight fluctuations in the Boquillas Formation compositions. Second, using Rock-Eval pyrolysis to assess and examine the extent of organic carbon enrichment in the Boquillas Formation.

关键词： 铀元素地球化学循环   含铁粘土矿物   铁氧化物   铀同位素  

摘要： 铀元素（U）,作为一种重要的战略资源,被广泛应用于军工、医疗、能源、航空、科研等领域。伴随着铀资源的开发与利用,放射性含铀废料大量累积,对周围生态环境造成潜在威胁。铀元素在自然环境中的地球化学行为直接受到其价态及物相的控制。而铁元素作为地壳中丰度最高的金属元素,其氧化还原状态的改变,对环境中包括U在内的各类元素生物地球化学循环、能量流动及物质迁移转化都具有广泛而深远的影响。了解铁元素,尤其是矿物结构铁在铀元素生物地球化学循环过程中的作用,对找寻、开采铀矿床及控制、处置含铀废料,都具有重要意义。矿物结构铁,主要以含铁粘土矿物及铁氧化物形式赋存于自然环境并参与铀元素生物地球化学循环。 含铁粘土矿物其氧化还原电位直接受控于结构铁的还原程度。低还原度的含铁粘土矿物（如19.8%r SWy-2）无法还原U（VI）。而高还原度的含铁粘土矿物可以通过形成U（V）中间体,在粘土表面直接还原、固定U（VI）,且U（VI）的还原速率与程度都与粘土结构铁的还原程度直接相关。相应地,氧化态含铁粘土矿物可以直接氧化生物还原制备的U（Ⅳ）矿物,但其氧化速率和程度相对较低。螯合剂可以通过形成Ligand-U（Ⅳ）Complex,克服固相-固相反应屏障,影响粘土结构Fe（Ⅲ）和U（Ⅳ）矿物之间的电子传递,从而改变U（Ⅳ）矿物的氧化动力学过程。此种影响与螯合剂种类及浓度直接相关。柠檬酸和EDTA可以增强粘土Fe（Ⅲ）氧化U（Ⅳ）矿物的速率和程度,且增强效果与螯合剂浓度成正相关;铁载体DFOB则部分抑制了U（Ⅳ）矿物的氧化,其抑制效果却与螯合剂浓度成反相关关系。粘土的层状结构可以捕获氧化产物U（VI）,降低游离态U（VI）浓度,促进U（Ⅳ）矿物氧化。粘土界面电子传递和溶液相中形成的Fe2+/Fe3+电子穿梭体则可以进一步加速U（Ⅳ）矿物的氧化进程。 铁氧化物可以通过将铀元素插入其八面体晶格的方式影响其地球化学循环过程。铀元素可以在生物或非生物诱导水铁矿相变过程中插入到终产物针铁矿的八面体晶格,并以U（V）价态稳定赋存,不受空气氧化或者Fe2+还原的影响。铁氧化物晶格内稳定赋存的U（V）可能会影响地质样品中U同位素数据的解释及古氧化还原环境的重建。外源U（VI）可以通过固相扩散的方式进入针铁矿晶格,进而改变结构内U元素价态及同位素组成。外源Fe2+诱导的动态重结晶作用则可以促进针铁矿晶格内U元素的释放,同时将溶液相或吸附态U原子重新嵌入到新形成的针铁矿晶格,实现固、液相原子交换。Fe2+诱导的原子交换现象可能是均相原子交换与非均相原子交换并存的过程,可以实现体系微量元素的重新分配。

关键词： 正长斑岩   元素地球化学   岩浆混合   锆石相对氧逸度   滇西剑川  

摘要： 青藏高原东缘金沙江-哀牢山新生代富碱侵入岩带自确定以来,一直是地学界的研究热点;这不仅是因为它是我国西部著名的多金属成矿带,同时也是记录印-亚大陆碰撞过程及深部地质作用的构造-岩浆岩带。剑川富碱斑岩位于云南省剑川县及临近地区,是金沙江-哀牢山富碱侵入岩带的重要组成部分;其主体为呈岩株或岩脉的正长斑岩和花岗斑岩等。正长斑岩发育各类深浅不一的岩石包体,指示富碱岩浆在运移演化过程中经历了非同源岩浆的混合作用;这对深入揭示滇西新生代富碱岩浆的形成机制和岩石多样性具有重要意义。随着高精原位分析技术的广泛应用,锆石不仅可以用来确定U-Pb年龄,同时也可以获得配套原位微量元素数据。这使得锆石微量元素所反映的岩石成因类型、岩浆温度和氧逸度、岩浆成分变化规律和岩浆源区等方面的重要信息逐渐被深层次揭露。 为进一步研究滇西新生代富碱岩浆演化过程和壳幔混合作用,本文以剑川正长斑岩为研究对象,通过晶格应变模型获得“干净锆石”的微量元素来估算岩浆相对氧逸度,结合锆石U-Pb定年、Hf同位素等岩石学、矿物学和同位素地球化学研究,探讨以剑川正长斑岩为典型实例的富碱岩浆形成机制和运移演化过程。论文主要获得以下认识: （1）剑川地区正长斑岩的主要造岩矿物为正长石和透辉石,少量黑云母,副矿物主要为磷灰石等。正长石斑晶Or值为50.1～57.4,Ab值39.4～45.9,An值2.6～5.1。透辉石具有韵律环带,核部至边部表现出浅绿→深绿→浅绿→深绿变化特征;浅绿色部分Mg#较高（72.89～74.85）;深绿色部分Mg#较低（57.90～69.50）;整体Wo值为44.1～46.3,En值为29.4～39.5,Fs值为13.9～22.4。磷灰石F-为1.19～1.81,Cl-为0.03～0.28,OH-为0.09～0.55,含有含量较高的氟,属于氟磷灰石。 （2）剑川正长斑岩具有富碱高钾、富集大离子亲石元素与轻稀土元素、亏损高场强元素和重稀土元素与Eu异常不明显的地球化学特征,有明显“T-N-T”负异常和古岛弧特征,同时具有EMⅡ型富集地幔性质和壳幔混染特征。 （3）剑川纱帽山正长斑岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为35.15±0.52Ma,金华山正长斑岩锆石U-Pb年龄为35.90±0.2Ma,其形成时代主要集中于始新世晚期。根据锆石Ce4+/Ce3+比值、Ti温度和锆石U-Pb年龄协变关系判断,岩浆运移演化期间发生过岩浆混合作用,时间可能在35.3Ma。 （4）利用锆石中Ce-U-Ti相关性和磷灰石中Mn含量计算岩浆氧逸度得知,剑川正长斑岩的数据大都落在FMQ和MH缓冲线之间的区域内,暗示岩浆具有相对较高的氧逸度。纱帽山岩体锆石Ce4+/Ce3+比值为23～329（均值119）,指示相对较低的氧逸度,并对应相对较高的εHf（t）值（-0.4～1.5）;金华山岩体Ce4+/Ce3+比值为36～380（均值170）,指示相对较高的氧逸度,同时对应相对较低的εHf（t）值（-3.7～0.7）。随着岩浆的演化,剑川岩体都具备从高氧逸度向低氧逸度演化的趋势。结合随年龄突变震荡的Ti温度变化,暗示剑川地区经历了幔源岩浆脉动式上涌与底侵作用导致的壳幔岩浆混合作用,形成了相对高氧逸度的岩浆,随着低氧逸度幔源岩浆上升通量增大,壳源物质混染比例相对降低,岩浆氧逸度呈现总体降低的趋势。 （5）剑川富碱斑岩具有相同的构造背景,都具火山弧构造特征;在源区上,正长斑岩与同期花岗质岩浆岩的源区具有差异,花岗岩源于加厚下地壳的埃达克岩;正长斑岩的锆石Hf同位素与基性岩相似,暗示正长斑岩是由富集交代地幔部分熔融形成的镁铁质基性岩浆演化而来,并经历了一定程度壳幔混合作用。 正长斑岩中锆石的微量元素揭示了富碱岩浆的温度、相对氧逸度、岩浆成分变化规律和岩浆源区等信息。剑川富碱斑岩在构造背景等方面存在相似的火山弧构造特点。在印度-欧亚板块碰撞以及岩石圈加厚作用下,金沙江-哀牢山缝合带发生走滑作用,随着陆内俯冲和岩石圈地幔发生拆沉,幔源岩浆的底侵作用使上覆壳源岩石熔融,形成相对高氧逸度的富碱岩浆;在金沙江—哀牢山断裂及次级断裂的控制下,后续幔源低氧逸度岩浆持续脉动式上涌,使得岩浆氧逸度呈降低的趋势。

关键词： 重金属元素   黑色岩系   迁移富集   污染评价  

摘要： 土壤是人类赖以生活的基础,土壤重金属污染问题已经引起了全球的关注,其中黑色岩系地层分布区土壤屡屡出现重金属元素超标的问题,已成为地球化学领域的重点研究领域。 选择安吉上墅乡这一黑色岩系地层发育区,采集研究内区的岩石、土壤垂向剖面、表层土壤和水稻籽实及根系土样品,对岩石-剖面-土壤-作物系统中的重金属元素含量、分布及迁移富集规律进行讨论,对研究区的表层土壤和水稻进行污染评价,并根据评价结果为当地的生产生活提出有益的建议。 研究结果表明:(1)研究区黑色岩系分布区的碳硅质泥岩和含硅泥质灰岩两类代表性岩石中重金属元素As、Cd、Cr、Ni和Zn的含量明显高于其他非黑色岩系区岩石,以Cd的富集程度最高。与岩石相比,黑色岩系土壤剖面中的As、Cd、Cr、Ni和Zn元素出现了大量的损失,这说明黑色岩系的风化为研究区表层土壤贡献了大量的重金属元素。(2)研究区表层土壤中As(17.70mg/kg)、Cd(0.76mg/kg)、Cr(60.2mg/kg)、Cu(28.07mg/kg)、Hg(0.13mg/kg)、Ni(27.96mg/kg)、Pb(36.18mg/kg)、Zn(106.19mg/kg)的平均含量分别为中国表层土壤的1.58、7.81、0.98、1.24、1.97、1.04、1.39、1.43倍,浙江省表层土壤的1.92、10.83、1.13、1.56、1.49、1.14、1.53、1.50倍。重金属高值区域位于黑色岩系地层及周边区域,证明黑色岩系风化是土壤中重金属的重要来源。(3)水稻土中重金仅有Cd超过风险管控值;水稻籽实超标率高达81.48%,在主要是Cr与Cd超标,由于Cr在土壤中并未存在超标现象,因此需进一步度对籽实中Cr的问题进行探讨。(4)研究区表层土壤单项重金属污染程度由大到小排序为:Cd>As>Cu>Zn>Ni=Pb>Hg;综合污染程度由大到小顺序为Cd(12.01)>As(2.04)>Cu(1.60)>Ni(1.18)>Zn(1.14)>Pb(0.93)>Cr(0.91)>Hg(0.35),Cd的污染情况最为显著。水稻籽实非致癌风险贡献率由大到小依次为As>Cr>Cu>Zn>Ni>Cd>Hg>Pb,As和Cr的贡献率最大;致癌风险贡献率由大到小依次为Ni>Cd>Cr>As>Pb。因此应合理选择种植的作物,降低对于人体健康的危害。 本文解释了黑色岩系区重金属元素的地球化学行为,为研究区内重金属的来源解析提供参考,为研究区土地的合理利用提供了理论依据。

关键词： 冷泉   化能自养   双壳类壳体   元素地球化学   流体变化   生物地球化学过程  

摘要： 海底冷泉是指以甲烷、硫化氢等还原性气体为主要成分的渗漏流体从海底向沉积物、海水甚至大气运移的现象。在向上迁移的过程中,流体中的还原性气体与沉积物和海水发生化学反应,影响着海水的性质和海底的环境,形成冷泉沉积物(含孔隙水),冷泉碳酸盐岩,冷泉生物等一系列冷泉产物。针对这些冷泉产物,前人开展了大量研究,发现它们在记录冷泉系统的生物地球化学过程中各有优缺点。目前对于长期时间尺度下冷泉流体的变化机制的认识已经较为成熟,重建短期冷泉流体变化的方法和载体都极为有限。最近研究发现,活动冷泉区广发发育宏体生物如贻贝和蛤类也是冷泉系统正在进行的生物地球化学过程的绝佳记录者。尽管没用确切的研究数据,但一般认为冷泉双壳生物的寿命为数年至数十年,是记录短期时间尺度环境变化的绝佳载体。双壳类壳体还会利用环境中的元素进行生物矿化等生命活动,其元素可以被保存于碳酸盐壳体中,所以通过双壳生物壳体所记录的元素地球化学信息可以还原冷泉系统的生物地球化学过程、探索生物中的元素对于不同冷泉环境条件的响应,对于认识短期时间尺度冷泉流体的变化以及极端环境条件下生命的演化特征具有重要意义。本学位论文对南海北部西部海域海马冷泉渗漏区1400米水深海底采集的两种化能自养双壳类的壳体开展了元素地球化学分析。海马冷泉发育硫营养型蛤类Archivesica marissinica和甲烷营养型贻贝Gigantidas haimaensis。对采集的活体生物的壳体开展了矿物成分组成、显微结构和线性扫描微量元素测试等实验分析工作。X衍射分析(XRD)和扫描电镜分析(SEM)结果表明,Gigantidas haimaensis贻贝壳体矿物成分主要为文石和方解石,壳体微观结构呈明显分层;Archivesica marissinica蛤类则主要由文石组成,微观结构由一系列方向与生长方向一致的层状结构组成,壳体结构简单且均匀。两种生物的壳体结构虽然在形态特征和矿物特征方面存在显著差异,但是都充分展现了生物对自然环境的适应性。通过对这两种壳体的矿物学和形态学分析,我们可以看到生物是如何通过改变自身的结构来适应不同的生态环境的。元素LA-ICP-MS高分辨率微量元素/Ca比值(Li/Ca、Mg/Ca、Ti/Ca、Mn/Ca、Co/Ca、Cu/Ca、Zn/Ca、Sr/Ca、Zr/Ca、Mo/Ca、Ba/Ca、Th/Ca和U/Ca比值)结果表明,除了Mg元素,两类壳体的元素浓度范围较为相似,***的Mg/Ca比值为200-14000 umol/mol,***的值为100-1200 umol/mol。双壳类碳酸盐壳体中某些微量元素(Mg/Ca、Sr/Ca、Mo/Ca和U/Ca)的复杂分布模式在很大程度上受矿物成分或年龄的控制。Co/Ca和Ba/Ca比值的结果表明,双壳类在生物矿化过程中,对微量元素的吸收受到强烈的生理因素和环境因素影响。此外,其他微量元素的分布模式为讨论双壳类动物死亡后微量元素的损失以及人类活动(如沉积物扰动)可能产生的影响等悬而未决的问题提供了重要信息。总体而言,本研究强调了结合双壳类壳体的高分辨率元素地球化学信息、矿物信息和形态特征来揭示控制双壳类生长和演化的生理和环境因素,确认了双壳类壳体的演化会受到冷泉环境的影响,探索双壳类壳体揭示短时间尺度冷泉系统微环境变化的内在潜力,为研究海底冷泉系统在短时间尺度的变化提供了一个新的思路。双壳类壳体的微量元素受到生理因素、原位环境因素、人为干扰、生物自身的生命效应等多种因素的影响,但不同的影响因素,具体会导致哪些元素发生变化,目前仍然不太清楚,需要后续持续深入的研究与探索。