深海化能合成生态系统研究进展

深海化能合成生态系统(ChEss)是当前最大的国际海洋生物多样性研究计划--国际海洋生物普查计划的现场研究项目之一.深海化能合成生态系统主要包括热液、冷泉、鲸骨生态系统以及由其他高度还原型生境形成的生态系统.确定上述系统动物区系间的进化和生态学关系,对于了解全球尺度上化能合成生态系统物种分布的形成过程至关重要.重点介绍深海化能合成生态系统科学计划发起的背景、研究内容和目标、研究区域、研究技术与方法以及当前在该领域的研究进展和展望,综合国际上在深海化能合成生态系统生物地理学和生物多样性方面的最新进展,了解其中的驱动过程,以期为我国在深海化能合成生态系统、极端环境下的生物多样性和生物地理学研究提供参考.     

瓜伊马斯深海热液口古菌分布及多样性研究

深海热液口由于剧烈的温度(可达到400℃以上)、pH和化学梯度,成为地球生命起源和演化研究的焦点,海底热液口生命系统为人类提供了一个探索深部生命及生命起源和进化的窗口。本文主要开展了瓜伊马斯深海热液口高温环境下沉积物和烟囱样品中古菌多样性的研究。采用实时荧光定量PCR首先对样品中古菌进行了定量,发现沉积物和烟囱两个样品都含有高丰度的古菌,沉积物和烟囱中古菌分别达到1.47×109拷贝数/g和5.29×108拷贝数/g(湿重)。通过核糖体小亚基16S rRNA基因的PCR扩增,文库构建和系统发育分析,发现沉积物和烟囱样品中的古菌类群多数是嗜热和超嗜热微生物,但两个样品中的古菌群落组成差异很大: 沉积物以泉古菌门为主,优势菌群为Miscellaneous Crenarchaeota Group(MCG)和Hot Water Crenarchaeota Group Ⅰ(HWCG Ⅰ); 烟囱样品则主要是广古菌门类群,其中以Thermococcales,Marine Benthic Group D(MBGD)／Deep Hydrothermal Vent Euryarchaeota 1(DHVE 1)为主。在沉积物样品中发现了一个新的MCG类群,命名为MCG-H,可能是MCG的高温独特类群。研究揭示,在瓜伊马斯深海热液口烟囱和沉积物中都包含有丰富的古菌类群包括未被发现的新类群,对瓜伊马斯深海热液口古菌分布和多样性的研究将为进一步深入的古菌生理功能和演化的研究提供基础。     

含黄铁矿的模拟合成实验及热液作用中金富集机制

热液矿床中金主要以包括金和裂隙金两种赋存状态产出,裂隙金构成富矿石。金的两种析出形式,分别为热液演化过程金的两组成矿化学反应的结果。同时,金的活化和沉淀作用与热液流体中铁的活动有密切关系。为阐明热液富金矿石形成的机理,进行了含金黄铁矿的模拟合成实验。实验是在自紧式冷封高压低釜（石英管衬套）中完成的。实验的物理化学条件模拟胶东玲珑等金矿的实测成矿的实测成矿参数ｔ＝４００～２００℃;ｐ＝５０～１０ＭＰ     

金矿床热液成矿体系的耦合作用研究

金矿床中热液流体成矿作用作为一种半开放-开放体系,其过程是由多种因素相互耦合的.这些耦合作用包括含金成矿热液流体体系与控矿环境之间的耦合作用,含金成矿流体体系中内素的耦合作用,外部环境和各个控矿条件的耦合作用.其中外部的控矿环境与含金成矿热液流体的耦合程度决定了矿床的形成与否.     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩钠长石化与热液成岩作用研究

鄂尔多斯盆地延长组储层砂岩发育大量自生钠长石矿物,其成因和产出与浊沸石有关,含量和分布比浊沸石多而广泛,但没有引起人们的注意。大量详细岩相学观察发现延长组储层砂岩发育丰富的自生钠长石,其主要为由斜长石碎屑蚀变形成或呈胶结物充填分布在砂岩碎屑颗粒之间。钠长石中含有大量原生的发亮黄色荧光的油气包裹体,表明其形成与油气注入同时。电子探针成分分析表明,钠长石Na2O含量较高,几乎为斜长石的纯钠长石端员(NaAlSi3O8),没有钙长石端员(CaAl2Si2O8)。激光拉曼光谱特征反映出钠长石为沉积成岩期形成的低温钠长石,而非来源于岩浆岩或者变质岩区的碎屑钠长石。应用LA-MC-ICP/MS原位微分析技术对钠长石进行的稀土元素分析表明,延长组砂岩钠长石具有热水成岩作用地球化学特征,属于热液成岩作用产物。认为大量钠长石形成与石油充注的同时进行导致了储层致密过程中岩性油藏的形成。延长组储层砂岩中热液成岩作用对油藏形成和分布意义重大,值得重视和研究。     

含金黄铁矿的模拟合成实验及热液作用中金富集机制

热液矿床中金主要以包体金和裂隙金两种赋存状态产出,裂隙金构成富矿石。金的两种析出形式,分别为热液演化过程中金的两组成矿化学反应的结果。同时,金的活化和沉淀作用与热液流体中铁的活动有密切关系。为阐明热液富金矿石形成的机理,进行了含金黄铁矿的模拟合成实验。实验是在自紧式冷封高压釜（石英管衬套）中完成的。实验的物理化学条件模拟胶东玲珑等金矿的实测成矿参数ｔ＝４００～２００℃;ｐ＝５０～１０ＭＰａ;ｃ（ＮａＣｌ＋Ｎａ２Ｓ）＝０５～１ｍｏｌ／Ｌ;ｐＨ＝２～６５。装填物料为Ｆｅ２Ｏ３＋６Ｓ＋ＡｕＣｌ３·ＨＣｌ·４Ｈ２Ｏ或金粉。恒温时间为７～１２ｄ。合成黄铁矿具有完好的立方体或五角十二面体晶形。盐酸分步提取法实验证明,在黄铁矿晶体的核心部分含９０×１０－６～６０×１０－６的分散包体金,而黄铁矿边缘部分及以外的残余Ｆｅ２Ｏ３中仍含有大量的反应残余金粒。实验结果证明,在合成反应体系中只有少量的金与黄铁矿同时析出;而更多的金在残余溶液中富集,在自然热液成矿过程中这部分金可形成晚期裂隙金。实验结果与在胶东等地区热液金矿床观察到的事实吻合。     

热液条件下钙锰矿的合成及其影响因素

钙锰矿具有3× 3的大隧道构造, 广泛分布于大洋锰结壳和锰结核等环境中, 其性质和成因倍受关注.以改进方法制备的水钠锰矿(birnessite)为前驱物, Mg2+交换后得到Mg-水钠锰矿(或称布塞尔矿, buserite), 经热液处理合成了结晶度高的单相钙锰矿(todorokite), 采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)等技术探讨了热液温度、体系压力和处理时间等因素对钙锰矿合成的影响.结果表明: 合成的钙锰矿与天然钙锰矿有相同的形貌和生长特征, 呈纤维状, 沿120°三连晶生长, 平均化学组成为Mg_0.16MnO_2.07 0.82H₂O.在实验条件下, 热液温度和处理时间是影响钙锰矿合成的主要因素; 而通过改变高压釜的填充度引起体系压力的变化对钙锰矿合成的影响较小, 体系压力并不是钙锰矿形成的主要影响因素.热液温度越高, Mg-水钠锰矿转化为钙锰矿的速率越快, 完全转化为钙锰矿所需的处理时间越短.热液温度分别为120℃、160℃和200℃时, Mg-水钠锰矿完全转化为钙锰矿所需的时间分别为6 h、4 h和2 h; 但热液温度高于160℃时, 易生成水锰矿杂质.延长处理时间与提高热液温度具有相似的影响规律.这进一步明确了钙锰矿的生成条件, 可为阐明钙锰矿的形成机制和促进其在材料科学中的应用提供理论依据.      

热液流体活动的识别方法及油气地质意义研究进展

基于大量的文献调研,归纳总结了热液流体活动的识别方法,并系统梳理了热液活动对油气成藏的影响。目前热液流体活动的主要识别方法可归纳为3大类,分别为岩石矿物学特征组合法、温感参数异常法、地球化学元素含量异常法。在具体应用时,应尽可能选取多种方法进行综合判识。热液流体活动对油气成藏的影响体现在4个方面：深部热液流体通过提供烃源岩成熟演化所需要的热能、外源氢和催化剂等方式为烃类物质的形成创造了良好的条件;热液流体对油气储层的影响既有建设性也有破坏性,以热液溶蚀的建设性为主;深部热液流体可以增强盖层封闭性;热液流体可促进烃源岩生烃并形成生烃增压,从而促进油气的初次运移,热液流体的溶蚀作用可改善储层物性进而促进油气的二次运移。     

深海热液喷口生物群落研究进展

近年来深海热液喷口生物群落的研究取得了大量的成果。通过调查发现,除温度外,环境化学参数、地理位置、喷口类型、热液活动周期、生物可利用率等因素都对深海热液喷口生物群落分布产生影响。随着实验室热液微生物的分离、培养成功,一些新的属种及其特殊的生理特征被发现。分子生物学技术的发展,使得对于深海热液生物基因测序、基因功能的研究和表达,功能基因对微生物生理功能的调控作用,动物与微生物之间的共生关系,生物对极端环境的适应机制等问题的研究都能够进行。对于目前不能进行实验室分离培养的微生物,通过基因组分析,也能够了解其群落结构。不同的深海热液喷口,其病毒的类型、分布、丰度以及病毒对热液生态系统的影响是不同的。通过这些研究,科学家探讨了热液喷口环境中生物群落的能量合成与代谢途径的相关理论,并提出了生命有可能起源于热液喷口环境的假说。     

贵州遵义松林寒武系底部热液喷口及与喷口相关生物群特征

贵州遵义寒武系底部黑色页岩中含Mo、Ni、U等重金属的富集层，它们一直被认为与热水沉积作用有关。本文通过对贵州遵义松林小竹一带的寒武系底部地层的系统的岩石、矿物、地球化学研究，认为遵义松林小竹一带寒武系底部黑色页岩中富含Mo、Ni、U等重金属层属于热液（水）喷流沉积，主要依据有：①含大量的黄铁矿、针镍矿、硫钼矿及较多的锑硫镍矿、黄铜矿、闪锌矿、重晶石、石英、石膏等矿物；②具有大量的同生砾屑，砾屑成分为黑色碳质体和碎屑状黄铁矿、针镍矿、硫钼矿等矿石，它们堆积成层状结构，碎屑呈被撕裂状、棱角状、熔蚀港湾状等结构，球状、脸盆状、枕头状等构造，它们类似海底喷流沉积；③硅同位素、锶同位素、Re／Os值、Th／Sc值、Th／U值都表明有深部物质加入；④黑色岩系中夹碳酸盐岩透镜体，碳同位素具有强烈负异常特征，表明有热液作用；⑤超强富集元素Mo、As、Se、Re和T1都属于典型的气相迁移元素，而钼是典型的高温气相迁移元素，暗示了可能存在火山射气作用；而强富集的Ni、U、Au、Ag、PGE元素组合是超基性岩浆活动的产物，表明有热液活动。研究发现在热液（水）喷流沉积形成的富集Mo、Ni、U等重金属硫化物层之上，产出丰度大、分异度低、含大型海绵类、双壳类、菌藻类和少量大型蠕虫化石的生物群，它的特征与现代太平洋海底热喷口附近的生物群类似，因此认为遵义小竹一带寒武系底部生物群属于与海底热喷口相关生物群，这一新发现对研究寒武纪生态和生物爆发具有重要意义。     

Geochemical constraints on the modes of carbonate precipitation in peridotites from the Logatchev Hydrothermal Vent Field and Gakkel Ridge

The ultramafic-hosted Logatchev Hydrothermal Field (LHF) at 15°N on the Mid-Atlantic Ridge and the Arctic Gakkel Ridge (GR) feature carbonate precipitates (aragonite, calcite, and dolomite) in voids and fractures within different types of host rocks. We present chemical and Sr isotopic compositions of these different carbonates to examine the conditions that led to their formation. Our data reveal that different processes have led to the precipitation of carbonates in the various settings. Seawater-like ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios for aragonite in serpentinites (0.70909 to 0.70917) from the LHF are similar to those of aragonite from the GR (0.70912 to 0.70917) and indicate aragonite precipitation from seawater at ambient conditions at both sites. Aragonite veins in sulfide breccias from LHF also have seawater-like Sr isotope compositions (0.70909 to 0.70915), however, their rare earth element (REE) patterns show a clear positive europium (Eu) anomaly indicative of a small (< 1%) hydrothermal contribution. In contrast to aragonite, dolomite from the LHF has precipitated at much higher temperatures (~ 100 °C), and yet its ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios (0.70896 to 0.70907) are only slightly lower than those of aragonite. Even higher temperatures are calculated for the precipitation of deformed calcite veins in serpentine–talc fault schists form north of the LHF. These calcites show unradiogenic ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios (0.70460 to 0.70499) indicative of precipitation from evolved hydrothermal fluids. A simple mixing model based on Sr mass balance and enthalpy conservation indicates strongly variable conditions of fluid mixing and heat transfers involved in carbonate formation. Dolomite precipitated from a mixture of 97% seawater and 3% hydrothermal fluid that should have had a temperature of approximately 14 °C assuming that no heat was transferred. The much higher apparent precipitation temperatures based on oxygen isotopes (~ 100 °C) may be indicative of conductive heating, probably of seawater prior to mixing. The hydrothermal calcite in the fault schist has precipitated from a mixture of 67% hydrothermal fluid and 33% seawater, which should have had an isenthalpic mixing temperature of ~ 250 °C. The significantly lower temperatures calculated from oxygen isotopes are likely due to conductive cooling of hydrothermal fluid discharging along faults. Rare earth element patterns corroborate the results of the mixing model, since the hydrothermal calcite, which formed from waters with the greatest hydrothermal contribution, has REE patterns that closely resemble those of vent fluids from the LHF. Our results demonstrate, for the first time, that (1) precipitation from pure seawater, (2) conductive heating of seawater, and (3) conductive cooling of hydrothermal fluids in the sub-seafloor all can lead to carbonate precipitation within a single ultramafic-hosted hydrothermal system.     

“白烟型”热液喷流岩研究进展

现代和地质历史中的海底、湖底的“黑烟囱型”热液活动及相关成岩、成矿和古生物活动已成为当今多学科的研究热点,而与“白烟型”热液喷流岩相关的研究相对薄弱.在阅读大量国内外文献基础上,结合实际的研究工作,回顾了热液喷流岩的研究历史及现状,重点介绍了作为标志性低温型热液矿物白云岩成因方面的进展,认为新疆三塘湖地区的二叠系芦草沟组“白烟型”热液喷流沉积的白云岩是“原生白云岩”的典型样本.现有资料表明已经报道的“白烟型”热液喷流岩发育层位(酒西盆地下沟组与三塘湖盆地芦草沟组)是所在地区的重要生烃层系,据此讨论了如下值得关注的问题:①热液活动及其伴生的嗜热细菌生物及食物链的特殊环境,使有机质得以富集,为油气生成提供了物质基础;②幔源物质的加入很可能带来了幔源烃类;③热液活动可使沉积盆地地温总体升高,加速烃源岩的快速成熟.最后对该领域的研究提出了问题和建议.     

地形环境对海底热液硫化物矿体内部流体循环的影响

在三层结构热液硫化物矿体模型的基础上, 分别构建了具有不同地形环境的海底热液硫化物矿体模型, 利用数值模拟方法, 模拟了具有倾斜海底面和起伏地形特征的硫化物矿体模型内部温度场和流场分布, 并据此探讨了地形环境在大型海底热液硫化物矿体形成过程中的控制作用.模拟结果表明: (1) 倾斜的洋壳层顶面对于矿体内温度场和流场分布的影响程度有限; (2) 矿体地形起伏是控制矿体内流体运移和热场分布的重要因素; (3) 在热液流体喷出区附近硫化物的堆积速度较快, 易于形成矿体的高地形区; 但随着地形的不断升高, 矿体内部的温度场和流场的分布模式会逐渐发生改变, 导致该区域热液喷口逐渐消亡或者改道.      

冲绳海槽中部Jade热液区热液沉积物中Ag的富集成矿作用

冲绳海槽Jade热液活动区热液沉积物主要以块状硫化物和硫酸盐矿物为主。与其它热液活动区相比,本区的热液沉积物以富含Pb和Ag等元素为特征。电子探针和中子活化的分析结果表明,在块状硫化物矿石中,Ag主要以分散态富集在粗粒硫化物和细粒硫化物集合体中,在热液活动的早期和晚期均有Ag的富集。在以硬石膏为主的块状矿石中,Ag主要在细粒硫化物集合体中富集,其富集成矿的时间为热液活动的中后期,富集成矿温度在150℃以上。在重晶石为主的块状矿石中,Ag主要以颗粒状自然银的形式在热液活动后期富集成矿,其成矿温度低于160℃。     

冲绳海槽构造演化及其与岩浆、热液和沉积作用的关系：研究进展与展望

冲绳海槽是西太平洋沟-弧-盆体系中典型的弧后盆地。其独特的大地构造位置,岩浆、热液活动与沉积记录一直是学术界研究的热点。基于前人的研究成果,本文综述了冲绳海槽的构造活动对岩浆、热液与沉积的控制作用。菲律宾海板块的俯冲导致了冲绳海槽的形成,并发生了弧岩浆、弧后岩浆和斜切弧后岩浆作用,这三种岩浆作用导致了热液活动在平面分布上的三种不同分区。岩浆的发育和菲律宾海板块俯冲造成的断裂系统为冲绳海槽热液的发育分别提供了热源和通道。在~416 ka发生的浙闽隆起带沉降,导致了冲绳海槽北部的沉积物由粗变细。最后针对冲绳海槽的研究现状,文章对未来的进一步研究作了展望。     

Research Progress on Source-to-Sink Transport Processes of Marine Microplastics

Microplastics in marine environment are global environmental issue and challenge and have received an extensive international concern. At present, most of researches focus on the investigation of microplastic abundance in the ocean surface water, and there is insufficient understanding of the distribution and transport processes of microplastics in the deep-sea environment. This paper reviewed marine microplastic studies carried out in the last decade, and summarized the source, global distribution and transport processes of microplastics. Field investigations showed that both surface water and water column were important accumulation areas for microplastics, while deep-sea surface sediments were final sinks for microplastic deposition and accumulation. Transport of microplastics to the deep sea included two modes: vertical settlement and lateral transport. Laboratory simulation showed that the sinking rate of microplastic particles in the ocean changed between 300 and 1 000 meters per day, and the sinking process was not solely controlled by particle physical properties such as particle density, but also influenced by ocean dynamic process, biological action and marine snow aggregation. Microplastics deposited on the seafloor could migrate laterally towards the deep sea with resuspended sediments, which were related to internal waves, deep-sea turbidity current or climatic events. However, there remain the key knowledge gaps in uncertain speed and quantity of microplastics moving to the deep sea, which is not conducive to the comprehensive understanding of the microplastic transport process from source to sink. Therefore, it is recommended to observe the vertical sinking flux of microplastics with layered sediment traps in order to study the source-to-sink transport processes of microplastics in deep-sea environment.     

小秦岭金矿田大口径电缆通风孔钻进实践与研究

随着矿山开采的日益深入,为了降低电损及线路铺设等成本,提高坑道通风效果,设计大口径电缆通风孔是有效手段。灵宝市某金矿设计一口电缆通风孔,采用现有的立轴式液压钻机、多级扩孔钻探施工工艺、实施先导孔初级定向控制孔斜等工艺技术,成功实施,达到了通风、供电和通讯的多重效果,产生了很好的经济效益。从钻探设备、钻进工艺、孔斜控制工艺等方面对该孔的施工经验进行了总结,并分析了其经济效益。