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同位素技术与地球科学应用

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  • 院士论坛
    谢树成, 刘邓, 戴兆毅, 陈婷, 赵璐璐, 黄柳琴, 黄咸雨, 孙启良, 吴耿
    地球科学进展. 2026, 41(1): 1-10. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2026.001

    微生物时空分布广、地质作用大,不仅对地球重大环境转型产生了重要影响,而且在减污降碳、减灾降毒等方面也具有重大的工程实践价值,由此实现从微生物地球到微生物地球工程的发展。微生物是驱动生源要素和金属元素地球化学循环的引擎,在碳汇工程、生态工程和农业工程等领域发挥着不可或缺的关键支撑作用。微生物与矿物存在广泛而紧密的相互作用,在岩土工程、深地工程和矿业工程等领域应用微生物不仅可以节省成本、提高效率,还具有重要的环保价值。特别重要的是,微生物对地质环境变化具有广泛而灵敏的响应能力,不仅可以应用于许多重大工程的治理和防控,还可以应用于诸如生态灾害、气候环境灾害和地质灾害等领域的预警,布局微生物预警工程的建设尤其重要和紧迫。

  • 综述与评述
    薛华敏, 张仲胜, 赵雯雯, 于子成, 武海涛, 姜明
    地球科学进展. 2026, 41(1): 25-39. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2026.008

    在全球变化背景下,由岩石风化—矿物催化—非酶促聚合联动的美拉德反应,可能是连接矿物与土壤有机碳封存的地球化学桥梁,成为实现碳中和重要的潜在地球化学途径。美拉德反应在土壤中被证实可诱导还原糖和氨基化合物在路易斯酸的催化下发生缩合—聚合反应,生成结构稳定、难降解的类黑精等聚合物,成为重要的碳固存补充机制。美拉德反应依赖于高温、高pH和适度水分条件,其反应速率并显著受铁/锰氧化物和层状硅铝酸盐等矿物催化增强,进而在深层土壤和厌氧沉积物中有效提升土壤有机碳稳定性。美拉德反应产物(以类黑精结构为代表的一大类化合物)不仅自身具有生物惰性,更能通过与矿物形成物理限域、官能团络合及金属桥联的有机—无机复合体,显著提升碳持久封存能力。同时,美拉德反应作为连接植物来源有机碳、微生物转化产物与矿物稳定化过程的关键非酶促转化环节,丰富和发展了土壤腐殖质的形成机制。然而,天然土壤环境中美拉德反应研究尚处于起步阶段,研究多依赖模拟实验,缺乏原位观测数据与机制模型,尚未解析土壤中美拉德反应的特异性分子标志物,无法量化其在稳定性土壤有机碳形成中的贡献,多因子调控美拉德反应的交互效应与协同机制尚不清晰。提出美拉德反应通过“矿物界面催化—类黑精生成—有机矿物复合体形成”三步稳定化路径,为土壤惰性碳库的形成提供了超越传统微生物主导理论的新机制,填补了该领域对非生物化学过程认知的空白。未来应重点解析美拉德反应在“气候变化—岩石风化—碳稳定性”链条中的枢纽作用,将美拉德反应介导的非生物固碳模块纳入陆地碳汇模型中,为地质碳封存与生态碳汇协同增效技术研发提供机理支持。

  • 土壤特征与水环境化学
    鲁重生, 曹文庚, 庄海艳, 丛日辉, 仝艳龙, 任宇, 李祥志, 宋乐, 卢瑶, 郭记菊
    地球科学进展. 2025, 40(12): 1363-1379. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.059

    奈曼旗农牧交错带地处科尔沁沙地腹地生态脆弱区,对其地下水水化学形成机制与背景值研究可支撑水资源配置及农牧业绿色发展。基于水文地质调查与水文地球化学分析,结合自组织映射神经网络与K-means聚类混合算法,揭示了地下水化学组成、主控过程及环境背景值。结果表明:地下水化学组成空间差异性强,但水化学类型均以HCO3-Ca·Mg为主,呈弱碱性;地下水化学演化主要受碳酸盐矿物的溶解—沉淀以及硅酸盐矿物的风化溶解驱动,同时受控于正向阳离子交替吸附作用;总铁、F-、溶解性总固体和NO3-N是影响奈曼旗地下水质量的关键指标,通过水文地球化学图解法、Grubbs检验及自组织映射神经网络多方法联合估算其视背景值,分别为0.42~0.56 mg/L、0.34~0.38 mg/L、181~188 mg/L和0.22~1.58 mg/L,其中,总铁的高背景值可能与菱铁矿溶解有关,F-富集则受控于萤石溶解及正向阳离子交替吸附作用。研究结果为区域水资源优化管理、污染防治及生态保护提供了科学依据。

  • 地质资源与开发利用
    朱必清, 古团, 李朋朋, 李福来, 魏永波, 刘全有
    地球科学进展. 2025, 40(12): 1252-1266. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.090

    奈曼凹陷位于松辽盆地西南缘,整体勘探程度较低,其油气成藏条件和主控因素尚不明确。在系统梳理前人研究成果的基础上,结合钻井、地震及储层岩性和物性等资料,综合分析了奈曼凹陷的石油地质特征、成藏主控因素及资源潜力。结果表明,区内主要发育沙海组、九佛堂组下段和义县组3套烃源岩,集中分布于凹陷北部,整体处于低熟—成熟阶段。其中,九佛堂组下段发育半深湖—深湖相泥页岩,有机质丰度较高(总有机碳平均为2.79%),类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主,为该区主要烃源岩。生物标志物特征显示,其形成于高盐度、强还原的湖相环境,母质来源为低等水生生物与高等陆生植物的混合。区内油气以稠油和湿气为主,其中稠油未经历明显生物降解,主要受低成熟度控制;天然气属于低熟—成熟阶段腐泥型气,直接来自干酪根裂解。油气富集受优质源储配置关系、优势沉积相带和有利岩性共同控制,整体呈现“相带—岩性—构造”三元耦合特征。此外,深部流体活动可能在成藏过程中发挥重要作用,不仅促进有机质再生烃作用,还可能引起伴生稀贵气体(如氢气和氦气)富集。总体上,凹陷中心及深层“甜点区”具备烃源充足、圈闭近源和流体活跃等有利条件,具有较大的油气勘探潜力。未来研究应关注多因素耦合下的成藏机理,以深化对奈曼凹陷油气系统的整体认识。

  • 综述与评述
    张科, 韩玉, 肖洲
    地球科学进展. 2025, 40(10): 1003-1012. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.083

    硅作为地壳中含量第二丰富的元素,其生物地球化学循环与全球碳循环密切相关,在调节大气二氧化碳浓度、海洋初级生产力及海岸带富营养化等过程中发挥关键作用。生物硅(BSi)作为由生物体代谢产生的含硅化合物,其在沉积物中的埋藏是海洋硅移除的主要途径。然而,中国近海沉积物中生物硅的测定缺乏统一标准,导致不同研究数据可比性差。整理评估了预处理方法、提取试剂浓度、温度及时间等关键参数对生物硅测定结果的影响。结果表明,采用0.5 mol/L的Na2CO3溶液,在85 ℃下不进行预处理直接提取8小时,是中国近海沉积物生物硅测定的最适宜方案。收集整理了中国近海(渤海、黄海、东海和南海)沉积物中生物硅的含量及分布数据,对不同预处理和提取条件下的数据进行校正,分析了生物硅的空间分布特征及影响因素。结果表明,中国近海沉积物中生物硅含量范围为0.05%~3.82%,自北向南呈现递增趋势,不同海域表现出独特的平面和垂直分布特征。影响因素方面,水体初级生产力(尤其是硅藻生产力)、沉积物溶解速率(受温度、pH值、比表面积及铝含量等调控)以及人类活动(如营养盐输入和水动力改变)是关键驱动因素。为中国近海生物硅的后续研究提供了数据参考和方法借鉴。

  • 研究论文
    范云杰, 伏美燕, 邓虎成, 朱俊阳, 兰浩翔, 吴冬
    地球科学进展. 2025, 40(9): 945-960. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.072

    岩溶储层的孔缝差异充填特征对岩溶水系统具有重要的指示意义。岩溶水的流动性与滞留程度会造成碳酸盐岩储层溶蚀和充填程度的差异,从而影响储层物性。基于鄂尔多斯盆地大牛地气田奥陶系马家沟组构造与沉积背景,综合岩心观察、铸体薄片鉴定以及元素和同位素分析等手段,系统剖析了马家沟组纵向岩溶分带特征及孔缝充填规律,探讨了孔缝差异充填及其对岩溶水流动路径的指示。结果表明:①马家沟组纵向发育风化壳岩溶带(马五1~5亚段)和顺层岩溶带(马五6亚段)。风化壳岩溶带以垂向渗流溶缝和水平潜流溶孔为特征,受古地貌控制显著;顺层岩溶带以下渗岩溶水溶蚀作用为主,形成溶洞与角砾岩。②岩溶储层中溶孔与溶缝耦合发育,识别出孔缝均被充填、孔未充缝全充、孔全充缝未充及孔缝均未充4种差异充填类型,反映岩溶水饱和程度和流体沉淀作用的差异性。③岩相分析显示,研究区岩溶地质体的断裂通道是岩溶水流动路径之一;地球化学参数(如Fe/Mn值、碳氧同位素及锶同位素)显示,风化壳岩溶带Fe/Mn值较高(平均51.30),碳氧同位素显著偏负,指示氧化环境下强烈的溶蚀作用;顺层岩溶带Fe/Mn值分布不均(20.78~92.47),锶同位素比值(0.711 034)高于同期海水,顺层流动过程中岩溶水滞留程度较高,溶蚀作用相对减弱。④孔缝充填特征与古地貌具有耦合关系,岩溶高地与斜坡过渡带(如S401井)因垂向渗流受限,孔缝呈全充填特征,导致储层有效性降低;斜坡与沟槽过渡带(如D126井)保留半开放流体环境,溶蚀物质沉淀较弱,有效储集空间更发育。研究表明,孔缝差异充填特征可结合岩溶古地貌、断裂分布和元素变化等手段综合揭示岩溶水流动路径及滞留状态,为岩溶储层评价及油气勘探提供重要依据。

  • 综述与评述
    杨进宇, 戴东辰, 高树基
    地球科学进展. 2025, 40(8): 809-820. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.060

    上层海洋浮游植物的氮吸收与硝化微生物介导的硝化作用是影响海洋生产力和碳汇潜力的关键过程。这些关键氮循环过程如何响应海洋酸化和暖化的双重胁迫是海洋生物地球化学循环与全球变化研究领域亟待解决的热点问题。系统总结了海洋酸化和暖化对氮吸收与硝化过程的影响程度及作用机制,强调需重视酸化和暖化的间接影响,同时指出当前研究存在生态系统的现场监测不足、多种过程与多重胁迫的协同研究有限以及长期适应过程认知欠缺等问题。最后展望了未来需重点开展的三方面研究: 强化氮吸收与硝化过程的同步耦合分析,解析酸化和暖化的交互影响; 探究上层海洋中上述过程的垂直分异响应机制; 突破时间尺度限制,阐明浮游植物和硝化微生物长期适应过程与非线性响应规律。在实验体系、空间维度及时间尺度上构建“三位一体”的研究框架,为评估全球变化下关键氮过程与海洋生产力的演变提供科学基础。

  • 研究论文
    陈海龙, 张威, 欧阳志强, 陈平波, 彭南海, 李浩, 肖松春, 张利军
    地球科学进展. 2025, 40(8): 847-863. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.061

    矿床的形成普遍伴随有不同地质事件的叠加或改造,成矿物质来源于不同(浅源与深源)的成矿地质事件,其成矿地质意义和相对应的地球化学场的找矿意义不同,多期叠加成矿,地球化学场通常表现为多源复杂叠加场,实现对“多源复杂叠加场”的有效分解,建立地球化学场与其成矿地质事件的耦合,能大幅提高勘查地球化学评价的精度。基于此,运用含量—面积(C-A)多重分形模型对湖南沃溪金矿区土壤介质中的烃汞综合气体测量数据进行了深入分析,通过对不同标度区的数据进行深度挖掘以揭示其关联性,结合研究区金矿的成矿规律,进而探讨了不同类型“叠加场”的成矿机理,开展了深部找矿潜力评价。研究结果表明:①湖南沃溪金矿区土壤地球化学异常多重分形特征模式存在2种类型:由2条直线段拟合而成的分形模式,称之为模型Ⅰ;由3条直线段拟合而成的分形模式,称之为模型Ⅱ,这种多重分形模型显示出研究区存在2期叠加成矿的可能。②通过对模型Ⅰ和模型Ⅱ中不同标度区成矿元素(Au)—有机烃(CH4和C2H6等)—汞(Hg)等化学元素之间关联性的深度挖掘,发现二者均存在两种不同成矿作用形成的地球学叠加异常:“同生叠加异常”代表区域成矿作用,浅源流体(变质流体和大气降水等)仅带来含矿地层中成矿物质参与Au的成矿,该类异常因受成矿物质来源限制,可能会形成金矿点或小型金矿床,深部找大矿的潜力相对较小;“深源叠加异常”代表受板块碰撞—离散或板内地幔热柱上涌及深大断裂搅动,地幔流体由深部向上运移,经多层次流体混合演化带来大量深部成矿物质对“同生叠加异常”再次叠加成矿,深部找矿潜力较大。研究成果与大量的工程验证高度契合,说明基于C-A多重分形模型深度挖掘的地球化学多源复杂叠加场分解,取得了更好的应用效果,为地球化学深部找矿潜力评价提供了新的研究思路和方法。

  • 基金项目管理与成果介绍
    郑袁明, 肖军, 孙杨
    地球科学进展. 2025, 40(10): 1032-1041. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.067

    对国家自然科学基金委员会地球科学部地球化学学科(申请代码D03)2025年度各类基金项目的申报情况和2024年底结题项目的情况进行了系统分析。相较于2024年度,2025年度地区科学基金项目的申请数量有所增加,面上项目和青年科学基金项目(C类)略有减少;青年科学基金项目(C类)连续2年的申请量明显低于面上项目。近5年来,申请项目依托单位的总数量连续增长,表层地球化学(D0310)继续成为学科新的增长点。2025年度地球化学学科4项项目因未按要求提供相关材料而未予受理。2025年度地球化学学科面上项目、青年科学基金项目(C类)和地区科学基金项目的送审率分别为154.7%、154.7%和141.7%,资助率分别为17.9%、18.4%和11.1%,平均资助金额分别为53.1万元/项、30.0万元/项和30.9万元/项。2024年度面上项目、青年科学基金项目(C类)和地区科学基金项目的结题项目以及2021年度立项的青年科学基金项目(B类)结题成果和第一标注成果有待加强。近年来,地球化学学科申请体量小、增长慢的特点仍未改观。未来应在保证地球化学学科优势方向的基础上,加强基础研究与目标导向和国家需求的深入结合,促进学科内交叉、跨学科交叉和跨学部交叉研究,拓展地球化学学科研究的深度与广度。

  • 综述与评述
    鄂正阳, 丁哲, 梅徽阳, 张伟超, 李海松, 梁建军, 李平, 范桥辉
    地球科学进展. 2025, 40(7): 725-736. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.053

    溶解性黑碳作为黑碳连续体的关键活性组分,其分子特征结构和环境归趋显著区别于颗粒态黑碳。溶解性黑碳可通过界面络合、氧化还原调控及生物代谢等重要途径,深度参与元素及化合物的生物地球化学循环过程。通过系统解析溶解性黑碳的结构异质性,聚焦其在多介质界面的团聚、转化和吸附等行为,阐明其通过调控元素循环(碳封存、氮还原)、矿物转化、污染物迁移转化及微生物/植物代谢等途径,深度扰动生态系统土壤团聚体与生物群落的结构,进而影响生态系统的碳汇能力和生物多样性。未来研究需突破溶解性黑碳分子指纹图谱的异构体解析、界面反应动力学原位定量及微界面动态表征等技术瓶颈,揭示溶解性黑碳—元素(污染物)耦合体系的演变规律与生态风险,为精准评估黑碳循环的生态环境风险提供理论支撑。

  • 综述与评述
    贾凡琛, 李茜, 朱光有, 陈思钰, 黄月, 蓝婉嫣, 王瑞林, 王嘉宁
    地球科学进展. 2025, 40(6): 621-634. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.036

    在海洋地球化学领域,钡及其同位素在沉积物中保存率高且同位素分馏稳定,已成为古生产力重建的重要示踪剂。通过整合高精度同位素分析数据,阐述了海洋钡的源和汇,揭示陆源、热液和生物输入的协同驱动作用。研究发现在矿物—流体—熔体分馏体系中,平衡与动力学分馏机制的交互作用是钡同位素分馏的核心驱动力。而区域分馏的差异表明,海洋钡同位素分馏是多因素协同作用的结果,其空间异质性为示踪古海洋环境演变提供了关键依据。未来需结合原位微区技术深化生物—矿物—流体交互机制研究,提升古海洋环境重建精度。

  • 研究论文
    夏柳青, 张敏, 吴喻祥
    地球科学进展. 2025, 40(4): 424-438. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.029

    三环萜烷系列化合物的相对丰度对揭示有机质来源、沉积环境和热演化程度等具有重要意义。常规煤系烃源岩三环萜烷含量通常偏低,然而在鄂尔多斯和塔里木盆地煤系烃源岩中却检测到了异常高丰度的三环萜烷(相对于藿烷),因此深入探讨其分布模式、组成特征及成因机制具有重要意义。采用常规地球化学分析方法和色谱—质谱技术,对鄂尔多斯和塔里木盆地的30个煤系烃源岩样品的分子地球化学特征进行了详细剖析。研究表明,煤系烃源岩中三环萜烷呈现2种不同的丰度模式:低丰度三环萜烷(∑TT/C30H<2)和高丰度三环萜烷(∑TT/C30H>2)。低丰度三环萜烷样品表现为C19-21TT下降型分布模式,形成于淡水偏氧化环境,生烃母质以高等植物为主,热演化程度为低成熟;高丰度三环萜烷样品则以C23TT或C21TT为主峰,形成于咸化、富硫的沉积环境,生烃母质主要为细菌及低等水生生物,热演化程度达到成熟—高熟阶段。通过成熟度、沉积环境及母质输入相关参数,与∑TT/C30H值的相关性分析发现,表征沉积环境和生烃母质的参数与∑TT/C30H值的相关性更为显著。在偏咸化、高硫含量的成煤环境及生烃母质中,高等植物经微生物改造生成的次生产物输入的增加是煤系烃源岩抽提物中高丰度三环萜烷形成的主要控制因素,而成熟度则为次要影响因素。对煤系烃源岩中高丰度三环萜烷的组成特征及成因机制的研究,可为煤系油气勘探与评价提供重要的指示意义。

  • 研究论文
    韦枫, 吴保祥, 谢文欣
    地球科学进展. 2025, 40(4): 413-423. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.025

    草本植物烃类化合物对评估高海拔寒冷干旱地区生态及环境变化具有重要意义。通过有机地球化学方法,对天山高寒旱地区草本植物短叶羊茅(Festuca brachyphylla Schult. & Schult. f.)中烷烃和烯烃进行了分析。结果表明,高寒旱区短叶羊茅中烷烃分布范围为C16~C29,平均碳链长度为17.91~24.49,主峰碳主要为C16、C18和C29。烯烃分布范围为C16~C31,多数以C18或C20为主峰碳,平均碳链长度为22.19~26.23,呈双峰型分布。烷烃和烯烃同时展现出整体低碳数组分(烷烃碳数≤23;烯烃碳数<27)相对含量高,在低碳数组分中偶碳优势和在高碳数组分中奇碳优势明显的特征。通过对比湿热和干旱等环境发现,天山高寒旱区短叶羊茅具有低碳数烷烃和烯烃组分含量高、平均碳链长度值小、奇偶优势在高低碳数烷烃和烯烃组分中分化的独特地球化学特征。同时,烯烃的平均碳链长度受到水源补给条件影响,水源条件好的短叶羊茅中烯烃值较大;短叶羊茅中烷烃与烯烃的平均碳链长度具有较为密切的正相关性。研究结果可为理解高寒旱区草本植物的生态适应机制,以及评估环境变化对生态系统影响提供重要参考。

  • 表层地球
    陈梦佳, 白炜, 张成铭, 刘文艳, 高泽永
    地球科学进展. 2025, 40(1): 82-98. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.007
    摘要 (1538) PDF全文 (1782) HTML (71)   可视化   收藏

    热喀斯特湖作为多年冻土响应气候变暖最显著的冰冻圈地貌之一,其形成演化过程深刻影响着生态环境变化、区域水文循环及生物地球化学过程,并危害冻土工程稳定性。通过综述北半球多年冻土区热喀斯特湖形成演化、水文循环、热量迁移及生态环境效应和工程影响的研究进展,发现在环北极不连续多年冻土区,多数区域的湖塘面积呈减少趋势;在连续多年冻土区,湖塘面积的增加和减少均有发生,而青藏高原区域气候暖湿化导致热喀斯特湖快速形成和扩张。同时,热喀斯特湖演化耦合水文循环过程及产生的热效应会改变周围土壤理化性质,影响高寒生态系统的水热过程,并降低毗邻冻土工程的稳定性。热喀斯特湖发育加速多年冻土碳库分解,释放CO2、CH4和N2O等温室气体,并反馈于气候变化系统。目前,热喀斯特湖“水—热—碳”循环过程及环境效应是国际冻土研究的热点议题之一。未来需综合考虑人类活动及气候变化的协同作用,并基于热喀斯特湖水—热—碳循环耦合过程,发展高精度陆面过程模型,研究变化环境下多年冻土区生态环境演替、水资源变化及碳循环等问题,推动冰冻圈科学发展。

  • 综述与评述
    李玫, 黄晓婷, 吴司琪
    地球科学进展. 2024, 39(12): 1262-1271. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.094

    深海底栖有孔虫碳氧同位素在古环境研究中应用广泛,然而,在浅海珊瑚礁区,大型底栖有孔虫为主要沉积物,其壳体的碳氧同位素值影响因素众多,尤其受到“生命效应”的影响,这限制了其在古环境重建中的应用。由此,系统梳理了导致大型底栖有孔虫碳氧同位素值产生偏差的主要影响因素,包括共生藻类、钙化方式、个体发育以及季节变化等,并深入探讨了这些因素对大型底栖有孔虫的碳氧同位素值产生影响的作用机理。同时,还进一步解读了大型底栖有孔虫碳氧同位素指标的应用潜力,尽管受到生命效应的影响,通过大量筛选合适属种、运用微区分析等方法,并结合其他古环境指标研究应用,该指标仍有可能成为珊瑚礁区古环境重建的有力工具,可为深入了解珊瑚礁区古环境演变提供支持。

  • 基金项目管理与成果介绍
    郑袁明, 肖军, 吕增, 李文镖
    地球科学进展. 2024, 39(10): 1040-1048. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.075
    摘要 (541) PDF全文 (1484) HTML (30)   可视化   收藏

    系统分析了2024年度国家自然科学基金委员会地球科学部地球化学学科(申请代码:D03)基金项目的申请、受理、评审和资助情况,并对2023年项目结题情况和注意事项进行了分析。2024年度地球化学学科的项目总体申请量比2023年度增加21%,其中面上项目增加45.5%。近4年来,申请项目依托单位的总数量连续增长,表层地球化学(D0310)成为学科新的增长点。面上项目和青年科学基金项目以“自由探索类基础研究”为主,而“资源能源形成理论及供给潜力”领域重点项目以“目标导向类基础研究”为主。近年来,地球化学学科仍然保持着体量小、申请量增长慢的学科特点。未来应针对如何确保学科固有的同位素理论和技术优势、引导基础研究与目标导向和国家需求的深入结合、促进地球化学与其他学科的深度交叉融合等方面开展深入调研和研讨,在拓展领域方向的同时,打造地球化学的精品优势学科方向。

  • 研究论文
    靳宇飞, 刘伟, 刘燚, 张茂亮, 徐胜
    地球科学进展. 2024, 39(9): 945-956. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.070

    以青藏高原及其周边地区为代表的大陆碰撞带是现今全球最为典型的构造活跃区之一,但该地区活动断裂深部碳来源和释放通量的总体研究程度仍然不足。滇西南地区位于青藏高原东南缘,内部发育一系列左旋和右旋走滑断层,地震活动频发,水热活动丰富。对滇西南澜沧断裂带及其周边12个温泉的水化学组成和氢—氧同位素组成分析结果表明,温泉水为HCO3-Na型,补给来源主要为大气降水,并受到围岩矿物溶解和离子交换反应的影响。基于溶解无机碳浓度与碳同位素组成的质量平衡模型揭示了深部碳对溶解无机碳的贡献比例为46.9%~78.0%,结合温泉水流量估算得到澜沧断裂带深部碳释放通量约为440 t/a,进而推算得到滇西南地区溶解无机碳深部碳释放通量约为3×104 t/a。澜沧断裂带附近温泉的深部碳比例和释放通量均明显高于远离断裂带的温泉,证实走滑断层对深源含碳流体的形成和释放起到主要控制作用,为进一步理解滇西南地区活动断裂带深部碳释放的机制与规模提供了参考资料。

  • 郑袁明, 肖军, 吕增, 李文镖
    预出版日期: 2024-09-19
    系统分析了2024 年度国家自然科学基金委员会地球科学部地球化学学科(申请代码: D03)基金项目的申请、受理、评审和资助情况,并对2023 年项目结题情况和注意事项进行了分析。 2024 年度地球化学学科的项目总体申请量比2023 年度增加21%,其中面上项目增加45.5%。近4 年来,申请项目依托单位的总数量连续增长,表层地球化学(D0310)成为学科新的增长点。面上项 目和青年科学基金项目以“自由探索类基础研究”为主,而“资源能源形成理论及供给潜力”领域重 点项目以“目标导向类基础研究”为主。近年来,地球化学学科仍然保持着体量小、申请量增长慢 的学科特点。未来应针对如何确保学科固有的同位素理论和技术优势、引导基础研究与目标导向 和国家需求的深入结合、促进地球化学与其他学科的深度交叉融合等方面开展深入调研和研讨, 在拓展领域方向的同时,打造地球化学的精品优势学科方向。
  • 研究论文
    段广慧, 伏美燕, 邓亚, 许家铖, 钟治奇, 吴冬, 刘兆恒, 王思宜
    地球科学进展. 2024, 39(8): 847-861. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.056

    伊拉克A油田Mishrif组Mi4段生物碎屑灰岩经历了不同期次的溶蚀和胶结作用,为了探究多期溶蚀胶结作用对生物碎屑灰岩物性的影响,以及分析同生—早成岩期溶蚀和胶结作用的主控因素。基于岩心观察、薄片鉴定和图像分析等定性—半定量分析方法,结合胶结物的岩相学特征、碳氧同位素、阴极发光以及流体包裹体均一温度等数据,划分了Mi4段生物碎屑灰岩的溶蚀和胶结期次。结果表明:Mi4段存在同生—早成岩和中成岩改造,共发育同生期组构选择性溶蚀、同生—早成岩期暴露溶蚀、同生—早成岩期胶结、中成岩期溶蚀以及同生—早成岩期叠加中成岩期胶结5种溶蚀胶结期次。同生—早成岩期溶蚀胶结相对储层物性改造明显,该阶段形成的成岩相中溶蚀相的物性最好,渗透率范围为6.96×10-3~27.73×10-3 μm2。同生—早成岩期的溶蚀作用受生物碎屑类型控制,富藻屑泥粒灰岩为主的Mi4-2层溶蚀程度最高,其次为藻屑含量稍低的Mi4-3和Mi4-4层;同生—早成岩期的胶结作用受古地貌和储层到层序界面距离的影响,在四级层序界面之下的Mi4-1层胶结程度最高。

  • 综述与评述
    张企盈, 苗晓明, 常鑫, 孔凡兴, 谷玉, 刘喜停
    地球科学进展. 2024, 39(6): 589-601. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.043

    海底甲烷渗漏是海洋环境中甲烷的重要来源,对全球碳循环和极端环境生物地球化学循环具有重要影响,示踪和重建海底(古)甲烷渗漏活动具有重要的科学意义。在甲烷渗漏活动过程中,硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用普遍发育,从而改变孔隙水地球化学特征,并导致自生矿物的形成。其中,自生黄铁矿是硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用的典型自生矿物之一,可作为记录甲烷渗漏活动的良好指标。综述了硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用衍生自生黄铁矿的地球化学特征和形貌特征,评估了其在示踪和重建海底(古)甲烷渗漏活动的潜力。结果表明,自生黄铁矿的硫和铁同位素及原位微量元素和同位素可以有效识别硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用过程,甲烷渗漏环境沉积物中自生黄铁矿的形貌和含量与正常海洋沉积物存在明显差异,彰显了自生黄铁矿示踪和重建海底(古)甲烷渗漏事件的巨大潜力。

  • 综述与评述
    陈玉柳, 丁汝鑫, 孙转, 卢胜城
    地球科学进展. 2024, 39(4): 357-373. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.031
    摘要 (1076) PDF全文 (2756) HTML (63)   可视化   收藏

    自20世纪末(U-Th)/He定年技术诞生以来,(U-Th)/He定年在地质学等领域发挥着越来越重要的作用,尤其是磷灰石及锆石的(U-Th)/He定年技术得到了广泛应用,然而这两种矿物在自然界中的分布相对有限,极大地限制了(U-Th)/He年代学的发展。近年来,随着He扩散动力学研究的不断深入和分析测试技术的提高,其他矿物的(U-Th)/He定年技术也得到了长足进步,理论与技术方法也日臻完善,为(U-Th)/He年代学开辟了新的应用领域。此外,不同类型的矿物记录了不同的地质信息,通过结合多种矿物的(U-Th)/He定年数据,将增进对地质过程的理解。基于(U-Th)/He定年新理论和新技术的发展,总结了赤铁矿、针铁矿、磁铁矿、碳酸盐矿物、牙形石、萤石、钙钛矿、尖晶石、金红石以及石榴子石等矿物的(U-Th)/He定年,重点介绍了相对成熟的赤铁矿、针铁矿、磁铁矿、碳酸盐矿物以及牙形石的(U-Th)/He定年的研究进展。目前,这些新矿物的(U-Th)/He定年在矿床学、沉积学、构造地质学、地球动力学和环境科学等领域得到了初步应用,尤其在约束成矿时代、古环境古气候重建、洋壳蚀变和俯冲剥露过程、热液活动、断裂变形以及古地震研究等方面将发挥关键作用。然而,这些新矿物的(U-Th)/He年代学仍存在不少问题,限制了这些方法的广泛推广与应用,比如多扩散域行为、辐射损伤和化学成分对He扩散的影响、加热脱气过程中母体同位素的挥发以及(U-Th)/He体系的开放行为等,这些因素将导致(U-Th)/He年龄数据表现出较大的分散性。因此,未来需要进一步研究He在这些矿物中的扩散行为,改善实验方法并提高仪器测试精度,以确保(U-Th)/He定年数据的准确性,为理解地质过程提供更加可靠的时间框架。

  • 综述与评述
    杨超群, 朱祥峰, 王亮, 沈传波, 李云帅
    地球科学进展. 2024, 39(2): 124-139. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.005
    摘要 (1924) PDF全文 (5095) HTML (394)   可视化   收藏

    长江是亚洲最大的河流系统,其形成演化对东亚地区的地形、气候变化、生物演化和物质循环都具有重要的指示意义。长江三峡位于扬子板块中部,其形成贯通了四川盆地和江汉盆地水系,被认为是长江演化过程中最重要的事件之一。然而,有关三峡的形成却颇具争议,为了厘清长江三峡的形成过程,回溯了关于长江三峡的成因和形成时间的百年争议,并对长江三峡形成机制和过程研究进行了梳理。通过分析发现,由于研究思路、研究对象和研究方法的限制,长江三峡侵蚀时间和下游物源分析结果矛盾,长江三峡东流贯通时间存在较大争议。综合分析认为,长江三峡的形成研究应通过峡谷基岩的侵蚀以及江汉盆地沉积物物源分析来共同约束,尤其是通过独居石裂变径迹和宇宙成因核素定年等年代学方法以及单颗粒矿物地球化学分析和全岩同位素分析的联合应用可以为峡谷侵蚀时间和江汉盆地及四川盆地源汇体系建立时间提供更为精确的约束。研究表明,可基于地球系统科学和源—汇系统理论,从构造—地貌—气候演化的视角,对后续的长江三峡以及其他大型河流演化进行全流域的系统分析,尤其是可以综合青藏高原等源区的地球化学特征、隆升时间以及沉积盆地演化、盆地沉积物碎屑矿物地球化学特征等,共同分析长江等大型河流演化过程。

  • 研究简报
    张瀚, 杨一超, 任景玲
    地球科学进展. 2024, 39(2): 207-219. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.011

    大洋中溶解态镉(Cd)与磷酸盐(PO4)存在相关关系,常被用来反演古海洋生产力的变化。基于国际海洋研究计划“痕量元素及同位素的海洋生物地球化学研究”(GEOTRACES)2023年公布的数据集产品IDP2021v2以及近40年发表的相关文献,综述了大洋Cd-PO4线性相关关系的提出、不同海盆Cd-PO4关系汇总以及影响其相关性因素的最新研究进展。大洋Cd-PO4线性相关关系受多种因素影响,总体呈现双线性相关的特征。不同水深影响其相关关系的关键海洋生物地球化学过程不同:上层水(<200 m)主要为浮游植物的吸收,中层水(500~1 000 m)为颗粒态Cd与磷酸盐的再矿化与水团混合,深层水(>1 500 m)则主要为水团混合。其中,起源于南大洋的南极中层水与南极深层水向北的运移对全球大洋中深层水的Cd-PO4值的分布具有重要意义。

  • 全新世:人类世的历史背景
    吴亚妮, 陈旸, 王野, 莫朋军, 高伟斌
    地球科学进展. 2024, 39(1): 71-81. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.082
    摘要 (999) PDF全文 (2333) HTML (76)   可视化   收藏

    人类世作为一个新近被确定的地质年代单位,对其开展相关研究要求较高的时间分辨率,因此需要寻找合适的定年方法。目前主要的定年方法有137Cs、210Pb和239,240Pu定年,相比其他两种方法,210Pb定年适用范围广,在环境中的地球化学行为和分布相对稳定,测年可靠性相对更高,可用于人类世河口、湖泊和海洋等多种沉积环境的定年和沉积速率的估算。总结了210Pb定年方法及其定年原理与模式,分别阐述了210Pb定年法在河口、湖泊和海洋等不同沉积环境中建立人类世年代标尺与沉积速率获取时的应用,并讨论了其影响因素,指出了210Pb定年法的误差来源,如沉积速率的变化等,需要深入研究这些误差来源。未来研究可以考虑将210Pb定年与其他定年方法相结合,从而得到更全面和准确的人类世年代框架。总之,210Pb定年法在人类世的研究中将继续发挥重要作用,帮助我们更好地了解人类活动与地球环境演变的关系。

  • 全新世:人类世的历史背景
    江鸿, 韩永明, 刘卫国, 曹蕴宁, 胡婧, 樊会敏, 刘博
    地球科学进展. 2024, 39(1): 82-95. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.006
    摘要 (424) PDF全文 (2531) HTML (34)   可视化   收藏

    基于全球地质记录的比对,国际人类世工作组建议20世纪中期(约1950年)为人类世的起始时间,四海龙湾沉积物曾被列为“人类世界线层型剖面”的候选地质体之一。但在1950年以前,人类已较深刻地影响了四海龙湾周围地区的环境。通过重建四海龙湾沉积物900年以来的总有机碳、总有机碳和总氮的摩尔比(C/N)、稳定有机碳同位素(δ13Corg)和Ca/Ti,以及硅酸盐矿物主要元素Si、Al和K含量的历史序列,平均分辨率约为10年,以气候变化为背景,来探究该地区人类活动的历史。发现人类活动从1850年开始显著增强,在此之前的中世纪暖期和小冰期指标变化大体符合自然规律。1850—1950年指标的变化反映出快速增长的人口破坏了植被,导致风化加剧,地表环境的演变脱离了自然轨道,表明人类活动开始成为一种重要的地质营力,但这段时期的变化只是局地信号;1950年后,C/N持续减小及δ13Corg持续负移,反映出在新的社会制度和先进生产力的条件下,四海龙湾周围地区的环境状态再次发生改变,这与全球地质环境的加速变化同步,可以支持国际人类世工作组所提出的“20世纪中期是人类世的起始时间”。

  • 基金项目管理与成果介绍
    李薇, 肖军, 康晋霆, 房忱琛
    地球科学进展. 2023, 38(10): 1033-1044. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.064

    对2023年度国家自然科学基金委员会地球科学部地球科学二处地球化学学科(申请代码:D03)所管理的基金项目进行总结分析,包括项目申请、受理、同行通讯评议、会议评审以及资助情况等,并通过对学科近5年项目申请情况的分析,提出学科发展面临的挑战。结果显示:2023年度地球化学学科项目申请量相比2022年度减少5.1%,但申请项目的依托单位数量近几年保持连续增长;表层地球化学作为学科新增代码,项目申请量增长较快,2023年度已进入学科前3位,成为学科领域的新增长点;近5年地球化学学科项目申请人、负责人的年龄均较地球科学部平均年轻1岁以上。总体而言,地球化学学科目前面临体量基数小和增长慢的挑战,也存在研究队伍相对年轻化的优势。学科未来既需持续加强自身理论和方法的基础研究,又要着力强化支持地球化学的应用研究。最后对2022年度结题项目的代表性成果进行了介绍。

  • 青促会之地球科学领域
    赵显烨, 王伟, 关成国, 宋晨冉, 庞科, 陈哲, 周传明, 袁训来
    地球科学进展. 2023, 38(8): 838-851. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.040
    摘要 (1607) PDF全文 (2828) HTML (76)   可视化   收藏

    古元古代大氧化事件(2.43~2.06 Ga)代表了地球大气氧含量首次显著升高,是地球宜居环境形成的关键时期。大氧化事件及相关碳循环扰动事件的研究,对理解地球宜居环境的形成与早期生命的演化十分重要,一直是地学领域的“热点问题”。通过系统梳理大氧化事件的研究进展,重点讨论了大氧化事件的时间框架以及启动过程与机制、大氧化事件期间碳同位素正漂移事件(Lomagundi-Jatuli事件)和大氧化事件结束后碳循环扰动事件3个方面的内容:大氧化事件的启动具有间歇断续式特点,启动机制的研究呈现多元化观点; Lomagundi-Jatuli事件期间大气—海洋系统先后经历了氧化与脱氧过程,事件的启动机制可能是海洋初级生产力的提高,但不排除其他机制(如地球深部碳循环)的影响; Lomagundi-Jatuli事件后期全球范围内有机碳埋藏量显著上升且一直持续到1.7 Ga左右(Shunga事件),期间伴有碳同位素负漂移事件(Shunga-Francevillian事件),这2次事件的机制尚待深入研究。

  • 综述与评述
    王银, 谢露华
    地球科学进展. 2023, 38(7): 703-714. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.036
    摘要 (621) PDF全文 (1529) HTML (22)   可视化   收藏

    造礁珊瑚这一生物碳酸岩作为珊瑚礁生态系统的主体,具有对环境变化十分敏感、文石骨骼年际生长纹层清晰、年生长率高、易于精准定年、能够可靠记录其生长环境变化等特点,是研究环境变化的重要载体之一。由于人类对沿海的过度开发,近几十年来,全球范围内的珊瑚在不断退化。氮作为营养元素之一,能够用作了解珊瑚生命生长活动的指标,氮同位素(δ15N)能很好地反映氮源变化和氮的生物地球化学循环,如记录近岸氮排放和氮循环等。国内外已经发表了较多关于珊瑚骨骼δ15N的研究,但尚缺少综述性文章。从氮源示踪、氮循环和骨骼δ15N测试手段综述造礁珊瑚骨骼δ15N的研究现状,认为目前多数研究集中在珊瑚记录氮源变化历史方面,且主要关注人为因素对珊瑚生态系统的影响。未来应该发挥珊瑚骨骼δ15N示踪的能力,开展更多不同海域和不同时间尺度的珊瑚骨骼δ15N研究,探索建立新的测试技术,结合其他地球化学指标以区分生理信号和环境信号的重叠。这对利用珊瑚骨骼δ15N重建古海洋环境和研究现今的环境污染问题都有着重要意义。

  • 综述与评述
    徐秋娥, 角媛梅, 张兆年, 丁银平, 张洪森, 陶妍
    地球科学进展. 2023, 38(6): 594-609. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.028
    摘要 (955) PDF全文 (2332) HTML (75)   可视化   收藏

    地下水测年是水循环尤其是水文地质研究的关键环节之一,但已提出的地下水年龄概念及其测年方法具有复杂多样且难以区分的特点,给实际应用和进一步发展带来困扰。系统梳理了学术界常出现的地下水年龄和滞留时间的概念内涵,同时对衍生的理想化年龄、示踪剂年龄、表观年龄、年龄分布和模型年龄等相关概念进行了辨析,综合分析并绘制了地下水年龄相关概念间的关系图;根据示踪剂类型,总结并评述了地下水测年的天然同位素示踪剂方法(包括放射性核素衰变法和稳定核素线性积累法)、人类活动产生的核素和温室气体示踪剂样品的采集、分析方法及其优缺点;指出地下水测年方法存在水质点和水体系统2个研究角度,并对当前正大量兴起的、从水体系统(动态)角度出发的多示踪剂联用和年龄数据的模型解释方法进行了评述,认为地下水测年方法需根据研究目标和示踪剂适用范围综合确定,未来应重点关注表征地下水系统时空动态的年龄分布研究,加强地质、水文和水化学等多学科数据信息的整合,从而建立地下水流数值模型来刻画年龄分布及模型研究。

  • 研究论文
    毛绪美, 查希茜
    地球科学进展. 2023, 38(6): 610-618. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.012
    摘要 (771) PDF全文 (1564) HTML (37)   可视化   收藏

    地下水年龄是重要的水文地质学参数,可以指示地下水的循环时间和更新能力。常用环境同位素测定地下水年龄,但不同的环境同位素由于半衰期不同导致定年范围有限,50~1 000 a成为地下水定年的“短板”。然而,50~1 000 a是近代人类活动频繁的时期,地下水资源、水环境和水气候记录档案等研究都需要年龄标尺。32Si可以用来确定50~1 000 a地下水的年龄,但是由于其复杂且费时费力的前处理和测试限制了32Si定年的应用。32Si衰变生成子同位素32P,32Si和32P在3个月内会达到放射性平衡,放射性活度达到一致。天然状态下50~1 000 a地下水中的32Si与32P一直处于放射性平衡状态,所以直接富集地下水中的32P可以用于50~1 000 a地下水的年龄测定。地下水中32P的富集采用氢氧化镁共沉淀法,方便快捷。因此,放射性成因32P有望解决50~1 000 a地下水的定年“短板”。在江汉平原地下水实例研究中发现,放射性成因32P定年结果与32Si定年结果基本一致。因此,放射性成因32P是解决50~1 000 a地下水定年“短板”的有效工具,且便捷准确。

  • 综述与评述
    张立杨
    地球科学进展. 2023, 38(5): 453-469. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.018
    摘要 (2020) PDF全文 (4041) HTML (74)   可视化   收藏

    硅质岩广泛分布于前寒武纪到新生代的造山带和沉积盆地中,对其成因和沉积环境进行研究对于了解区域的古地理、古构造、古海洋和古气候演化等信息具有重要作用。通过归纳总结已有的判别硅质岩成因和沉积环境的地球化学指标,认为硅质岩成因的判别应重点关注自生硅质矿物,并以外来混入物质作为参考,其有效的判别指标包括Al、Ti、Fe、Th、Ge/Si值、Si同位素和稀土元素等;硅质岩沉积环境的判别关键在于区分陆源物质和海底热液物质对硅质沉积的相对贡献比例,以往的沉积环境判别图解虽然有一定的实用性,但误差较大,需要谨慎使用。对于造山带中出露的硅质岩,考虑到其与洋板块地层关系密切,尝试建立了二者之间的关联模型。依据此关联模型,造山带中的硅质岩可分为洋脊—海岭亚型、远洋深海平原亚型Ⅰ、远洋深海平原亚型Ⅱ、洋岛—海山亚型、洋内弧亚型以及弧前海沟亚型。硅质岩—洋板块地层关联模型不仅为利用硅质岩恢复造山带增生杂岩原始序列提供了依据,同时将硅质岩作为区分大洋主洋盆和弧后、弧间洋盆的重要证据。以大洋钻探在太平洋获得的部分始新世硅质沉积为例,认为大洋主洋盆以发育几乎不受陆源和热液物质影响的深海平原硅质岩为特征,这类硅质岩具有Fe/Ti值接近20、Eu/Eu*值接近1.1以及负的Ce/Ce*值等地球化学特征。上述认识将为后续造山带中的硅质岩研究提供新的思路和参考依据。

  • 综述与评述
    王梦迪, 马明明, 邱煜丹, 黄惠欣, 刘秀铭
    地球科学进展. 2023, 38(5): 483-492. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.017
    摘要 (767) PDF全文 (2997) HTML (44)   可视化   收藏

    早古近纪是新生代典型的温室气候期,期间发生了一系列快速短暂的、以碳同位素(δ13C)负偏移为特征的增温事件(也被称为极热事件,hyperthermals),其中Danian期早期Dan-C2事件是白垩纪末期生物大灭绝之后出现的第一个热事件,因而其环境效应和生态效应受到了广泛关注。但是随着研究的不断深入,关于Dan-C2事件的争议也不断增加。通过总结Dan-C2热事件研究的最新成果,对其全球性意义及其触发机制进行综述后发现:全球性意义存在争议:海洋记录方面,Dan-C2事件期间的碳同位素负偏移目前局限在大西洋和特提斯洋局部地区的浮游有孔虫和全岩记录中,底栖有孔虫很少记录到该事件,表明其可能只是一次区域性的碳扰动事件。此外,该事件期间全岩和浮游有孔虫的氧同位素(δ18O)指示的增温也仅局限在北大西洋部分海域的表层海水,底层海水普遍缺乏增温的证据。同时,尽管已有陆相Dan-C2事件的证据被发现,但是与海相记录相比,陆相记录在数量、年代学及地层的连续性上,还存在很大的不足,导致陆相记录难以与海洋记录开展深入有效的对比工作,因此该事件的全球性意义受到质疑。触发机制存在争议:高精度年代框架显示Dan-C2事件发生在轨道偏心率极大值处,表明轨道驱动对该事件有一定的影响,同时该事件又与印度德干高原火山喷发的最后阶段在时间上吻合,暗示着火山活动排放的温室气体可能对Dan-C2事件期间的增温也有所贡献,但二者对该事件的相对贡献尚难以评估。未来研究要着重于以下方面:不同海域Dan-C2事件记录的差异性以及海洋深层水记录缺失的原因;建立更多可靠的陆相记录,在此基础上进一步探讨Dan-C2事件的全球性意义及其触发机制。

  • 综述与评述
    夏亚飞, 刘宇晖, 高庭, 刘承帅
    地球科学进展. 2023, 38(4): 331-348. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.088
    摘要 (1475) PDF全文 (2673) HTML (233)   可视化   收藏

    矿冶影响区重金属的迁移和富集造成了严重的土壤重金属污染问题。深入了解矿冶影响区土壤中重金属的来源和迁移途径是开展土壤重金属污染高效治理的科学基础。近年来飞速发展的金属稳定同位素在识别土壤重金属污染来源和明确重金属迁移过程等方面有较大的应用优势。对金属稳定同位素分析技术、示踪原理及溯源模型进行系统分析,综述了矿产开采及冶炼过程(高温冶炼、电化学工艺和尾矿风化)导致的金属稳定同位素分馏研究进展,并总结了金属稳定同位素在矿冶影响区土壤重金属污染源解析的代表性应用成果。V同位素体系处于初期研究阶段,土壤重金属源解析应用研究相对缺乏;Zn、Cd和Hg同位素在识别高温冶炼过程相关的重金属污染源时有较大优势;Cu、Tl和Ni同位素可直接指示土壤中矿石的输入。但是,目前还存在部分金属稳定同位素分析难度大、溯源模型应用限制多、金属同位素易发生分馏导致源不确定等问题。在未来的工作中,需进一步探索和优化金属同位素分析方法,建立更多金属稳定同位素指纹图谱,开发适用性更强、结果更精确的溯源模型,明确复杂界面过程和反应中的金属稳定同位素分馏特征及机理,加强金属稳定同位素在追溯土壤重金属污染形成的时间尺度等方面的实际应用。

  • 综述与评述
    钟庆祥, 张豫, 陶贞, 贺一聪, 吴迪, 林培松
    地球科学进展. 2023, 38(1): 44-56. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.090
    摘要 (2466) PDF全文 (8356) HTML (127)   可视化   收藏

    元素硒是许多生物(包括土壤微生物,植物、动物和人类)机体必需的微量营养元素之一,而且对植物、动物和人具有双重生物效应。半个多世纪以来土壤—植物系统元素硒的迁移、转化和富集过程一直备受关注。土壤硒的存在形态包括可溶态硒、可交换态及碳酸盐结合态硒、铁锰氧化物结合态硒、有机物结合态硒和残渣态硒5种形态,其中可溶态硒和可交换态及碳酸盐结合态硒具生物有效性,有机物结合态硒随着有机质分解可转化为可溶态硒而成为土壤潜在有效硒源。不同植物硒含量水平取决于区域土壤有效硒含量和不同植物的硒吸收和富集水平。因此,土壤硒的生物有效性是决定食物链硒含量的关键,同时土壤有效硒通过调节根际环境和植物代谢过程提高植物抗逆性。土壤—植物系统元素硒的迁移和转化是一个复杂的生物地球化学过程,受地壳运动、母岩性质、气候、地貌、土壤环境(物理、化学和微生物活动)条件、土壤硒含量及其化学性质、植物种类及其生理习性、田间管理过程等因素的耦合作用影响。为充分合理利用土壤硒资源,将来应加强植物体内,尤其是主要粮食作物、蔬菜、果树和地道药材叶片、果实中硒迁移、转化和富集研究,为缺硒地区硒的生物强化、富硒地区农作物种植选择和居民食品选择及其风险评价提供基础数据。

  • 综述与评述
    陆瑶, 黄良波, 贾珺杰, 高扬
    地球科学进展. 2023, 38(1): 57-69. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.055
    摘要 (1661) PDF全文 (2344) HTML (119)   可视化   收藏

    内陆水体是全球碳循环的重要参与者,在调节气候变化方面发挥着关键作用。内陆水体初级生产力指内陆水体(包括湖泊、水库、河流和湿地)中初级生产者(包括浮游藻类植物和挺水、浮水、潜水大型植物)单位时间、单位面积上由光合作用产生的有机物质总量,其大小反映了系统有机碳库和无机碳库之间的定量联系。评估内陆水体初级生产力不仅能帮助解析初级生产者光合作用碳固存机理,也有助于量化内陆水体碳吸收量,进而探知不同区域生态环境差异,揭示内陆水体在全球生态系统碳循环中的重要性。内陆水体初级生产力估算方法较多,包括黑白瓶法、垂向归纳模型法和13C法等,各方法都有其适用范围和局限性,对这些方法的不合理使用制约着对内陆水体初级生产力的变异性及其驱动机制的揭示。通过归纳整理近年来国内外内陆水体初级生产力估算方法,对各个方法的机理、优缺点和适用性进行对比和总结,并着重介绍2种新兴的基于溶解氧浓度或氧同位素的方法(即diel O2技术和18/16O技术),进而为深入开展内陆水体新陈代谢、生产力及养分循环方面研究提供重要技术支撑。

  • 研究论文
    王勇生, 马威威, 杨隽豪, 白桥
    地球科学进展. 2023, 38(1): 70-85. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.097
    摘要 (484) PDF全文 (1709) HTML (22)   可视化   收藏

    大陆俯冲带通常是由大洋俯冲带发展而形成的,因而大陆造山带内通常会同时记录大洋俯冲和大陆俯冲阶段的信息。位于中国中东部的大别造山带记录了丰富的三叠纪华南、华北板块陆—陆碰撞信息,但几乎完全缺失晚古生代大洋俯冲阶段证据。基于古生代地质事件相关岩石可能被掩盖于合肥盆地底部或在大陆俯冲过程中被运移至地幔深部的推测,针对合肥盆地中部出露的玄武岩和辉绿岩开展了详细的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析。测试结果显示,大蜀山辉绿岩和小蜀山玄武岩均获得了较多的晚古生代年龄结果,加权平均年龄分别为338 Ma、270 Ma和349 Ma、273 Ma,鸡鸣山辉绿岩则主要表现为早白垩世年龄。这些基性岩浆岩中锆石年龄结果表现为连续分布的特征,2个最小的年龄结果指示了新生代基性岩浆活动的发生时间,其他锆石则来自于古老岩石的再循环。对高温条件下的锆石保存机制以及锆石来源的综合分析,可以得出合肥盆地基性岩中的晚古生代锆石来源于古特提斯洋俯冲形成的岩浆岩。三叠纪大陆俯冲阶段部分晚古生代岩浆岩被俯冲板片运移至地幔深部,而后在新生代太平洋板块俯冲过程中与深部地幔一起部分熔融而形成合肥盆地新生代基性岩浆岩。这为大别造山带晚古生代曾发生过大洋俯冲事件提供了直接证据。

  • 综述与评述
    李莉, 于蒙, 赵美训
    地球科学进展. 2022, 37(12): 1223-1231. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.069

    甾醇类化合物作为一类来源明确的生物标志物,其碳氢同位素分析技术是古环境研究中很有价值的工具。甾醇的氢同位素值具有重建古水文环境和古海洋盐度的潜力,成为古气候研究中最佳的氢同位素分析目标物。利用气相色谱—稳定同位素比质谱仪获得高精度的同位素值需要目标分析物和邻近化合物之间有较高的分离度,即能排除邻近峰的影响。然而自然环境样品中的甾醇类化合物难以纯化,在一定程度上限制了甾醇单体同位素在古环境研究中的广泛应用。通过总结几种不断改进的制备液相色谱纯化制备甾醇类单体化合物的方法,综合介绍了甾醇类单体化合物纯化分析技术及其同位素应用的研究现状。在实验室成功分离甲藻甾醇和菜子甾醇的基础上,拟通过将我国边缘海沉积物中的甾醇单体化合物分离、纯化和富集,使其能够满足稳定氢同位素和碳同位素的测定要求,为我国边缘海环境参数重建研究提供技术支持。

  • 基金项目管理与成果介绍
    李薇, 肖军, 郝露露, 胡冬梅
    地球科学进展. 2022, 37(12): 1265-1275. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.080

    对2022年度国家自然科学基金委员会地球科学部地球科学二处地球化学学科(申请代码:D03)所管理的基金项目进行总结,包括申请和受理、同行通讯评议和会评送审以及资助情况等,并对2021年度结题项目的研究成果进行介绍。2022年度地球化学学科基金项目的申请量保持稳定;申请项目的格式规范性有所提高,初审合格率明显高于往年;面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目的平均送审率为143.5%;通过3年的“负责任、讲信誉、计贡献”评审机制试点,地球化学学科对约2 000名评审专家的评审态度与公正性及其对评审工作的贡献进行记录,探索如何更好地发挥同行评议对科学基金资助决策的核心作用;2021年度结题的项目在同位素地球化学、元素地球化学、地质年代学、宇宙化学和行星化学等方面取得重要进展。

  • 青促会之地球科学领域
    李聪颖, 吴思璠
    地球科学进展. 2022, 37(11): 1127-1140. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.085
    摘要 (1111) PDF全文 (2704) HTML (70)   可视化   收藏

    白垩纪大洋缺氧事件记录了地球气候和古海洋环境的显著变化,是全球碳循环的主要扰动事件,受到了国内外学者的广泛关注。近20年来,随着金属稳定同位素测试技术的发展,越来越多的金属稳定同位素(例如钼同位素、锌同位素、铀同位素、铬同位素、镉同位素和钙同位素等)被用于研究大洋缺氧事件期间的环境变化。通过系统总结钼同位素(δ98Mo)、锌同位素(δ66Zn)和铀同位素(δ238U)的地球化学性质以及在大洋缺氧事件中的研究进展,发现钼同位素主要用于指示局部海洋硫化和非硫化环境的转变过程;锌同位素多用于区分局部海洋对初级生产力、大陆风化以及沉积物埋藏/分解等过程的不同响应情况;铀同位素可以估算全球海底缺氧面积占海底总面积的比例,同时可以结合碳—磷—铀耦合模型模拟全球海洋对大火成岩省形成、大陆风化、生物活动等过程的响应机制。但目前这些金属稳定同位素在海洋体系中的循环分馏机制尚未完善,且研究对象主要聚焦于大洋缺氧事件OAE2的沉积记录,未来还需要更系统全面的研究。

  • IODP研究
    吴琼, 刘志飞, 马瑞芳
    地球科学进展. 2022, 37(11): 1194-1203. DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.087

    有孔虫钕同位素是重建深层洋流演化的重要替代性指标。钕在有孔虫碳酸钙壳体及其自生组分(如铁锰氧化物)中存在差异性富集。有孔虫自生组分中钕的含量远高于碳酸钙壳体, 是有孔虫钕同位素的主要载体。有孔虫自生组分主要形成于底层海水—沉积物界面,并富集底层海水钕同位素。但在沉积物成岩作用过程中,沉积环境的氧化还原状态发生转变,有可能造成有孔虫自生组分钕同位素发生释放—再吸附的循环变化,并与孔隙水交换,有孔虫自生组分指示的底层海水钕同位素受到影响。因此,在利用有孔虫钕同位素指示古洋流演化时,应同时分析有孔虫和陆源碎屑沉积物的稀土元素分布特征及钕同位素的演变趋势,以排除沉积成岩作用的影响。