碳酸盐(岩)的锂同位素组成:一种潜在的古海水pH替代性指标

地球演化历史中海水的pH值发生了明显变化, 海水pH值可能是控制海相碳酸盐岩能否形成及其成分演化的重要因素, 对了解地球早期白云岩的成因和一些矿产的形成等均有重要指示意义。然而, 记录海洋pH值变化的替代性指标非常稀少, 常用的主要是碳酸盐(岩)的硼同位素。古老碳酸盐的硼同位素往往受到后期地质作用的影响, δ11B-pH转化过程中需要基于多种假设, 硼酸和硼酸根之间的分馏系数(αB)、硼酸表观电离常数(pKB*)以及δ11BSW的不确定性, 使硼同位素分析结果具有多解性、不确定性。亟需多个独立指标对海水pH值进行限制, 碳酸盐(岩)锂同位素是一个潜在的替代性指标, Roberts et al.(2018)发现有孔虫碳酸盐壳体的δ7Li与海水pH值呈显著负相关关系, 认为6Li和7Li水合离子在进入碳酸盐晶格时要脱去溶剂水, 这个过程的去溶能与pH值相关, 导致锂离子进入有孔虫方解石壳体的过程中存在显著的同位素分馏。在对蓟县剖面中—新元古代海相碳酸盐岩碳酸盐相的硼、锂同位素进行研究时发现, 纯净原始碳酸盐岩的锂同位素组成(4.9‰～13.4‰, 平均8.03‰)明显低于现代海洋碳酸盐的锂同位素组成, 中元古以来碳酸盐(岩)的锂同位素组成总体呈上升趋势。纯净原始碳酸盐岩的锂同位素组成与硼同位素组成及海水的pH值(δ11Bsw=25‰)呈明显反相关关系; 硅质条带白云岩的硼、锂同位素组成也呈明显反相关关系, 说明碳酸盐(岩)的锂同位素确实有可能成为一种潜在的pH值替代性指标。若碳酸盐(岩)锂同位素可以对海水pH值施加独立约束, 那硼、锂同位素联合研究将对重建古海洋的pH值演化具有重大意义。     

海洋生物碳酸盐δ11B-pH技术研究进展

利用海洋生物碳酸盐硼同位素组成重建古海水pH的研究通常被称为δ11B-pH技术.近年来,该领域的研究取得了许多重要的成果.但由于理论上尚不完善,随着研究的深入,提出的问题也逐渐增多,如δ11Bcarb=δ11B4的假设能否成立,理论的α4-3值也尚未确定.本文综述了近年来的研究成果,重点讨论海洋生物碳酸盐硼同位素恢复古海水pH三个主要理论基础的研究进展,展望了利用海洋生物碳酸盐硼同位素恢复古海水pH的前景.     

华北蓟县中元古界剖面中燧石条带的形成机制——硼硅同位素证据

天津蓟县中新元古界海相沉积碳酸盐岩建造中分布大量燧石条带,特别是雾迷山组燧石条带与白云岩互层密集产出,沉积韵律非常明显,记录了其形成时海洋的化学和生物等信息,但关于其成因和形成机制还存在不同的认识。我们对蓟县中元古界剖面中碳酸盐岩的硼同位素和燧石条带的硅氧同位素进行了系统研究。燧石条带的 δ 30 Si NBS 28 值为0. 6‰~3. 3‰,平均2. 2‰,较热水化学沉积硅质岩的 δ 30 Si NBS 28 值显著偏高,与浅海生物沉积硅质岩的硅同位素组成相近。燧石条带的 δ 18 O V SMOW 值为21. 7‰~27. 8‰,平均25. 5‰,较热液成因硅质岩的值明显偏高,而与常温海相硅质岩的 δ 18 O值相似。蓟县剖面白云岩和灰岩等碳酸盐岩的 δ 11 B SRM 951 值为0‰~11. 0‰之间,平均4. 8‰,较现代海相碳酸盐的值明显偏低。高于庄组至雾迷山组燧石条带白云岩的 δ 11 B值普遍高于白云岩和灰岩的值,在3. 3‰~12. 9‰之间,平均8. 4‰。在酸性条件下富集重硼同位素的B(OH) 3掺入碳酸盐的比例增加,可导致其 δ 11 B值升高。这表明燧石条带白云岩可能形成于局部酸性水环境。结合碳酸盐和SiO 2溶解/沉淀与pH之间相互关系,提出蓟县剖面中的燧石条带是一种具有时代特征的同沉积的生物化学沉积硅质岩。中元古代海水中SiO 2浓度高,基本呈饱和状态,Mg/Ca比值高,生物活动已成为影响海洋环境的重要因素。在生物活动繁盛期大量有机质沉积于海底,导致海水-沉积物界面附近pH值大幅下降(pH＜7. 8),白云石等碳酸盐溶解度升高,难以沉淀;与此相反,SiO 2溶解度降低,达到过饱和,大量沉淀形成燧石条带/透镜体。生物活动羸弱期,海底pH值升高恢复到正常水平,SiO 2溶解度升高,碳酸盐溶解度降低,形成白云岩等碳酸盐沉淀。生物活动的周期性变化,则形成白云岩与燧石互层的条带状韵律层。燧石条带白云岩的硼同位素组成反映的是局部流体的 δ 11 B和pH值,不适合用来反演海水的硼同位素组成。     

海水蒸发时的硼同位素分馏

采用立式亚沸石英蒸馏器，在非流动条件下进行了海水蒸发实验，以研究海水一空气界面硼同位素的行为。将具有不同pH值的天然海水在不同温度下平静地蒸发，采用冷水收集海水蒸汽，实现了无流动空气的真实的蒸发过程，共进行了3种类型的实验。 实验1 将不同pH值（(7.71-8.49)的海水在27℃，33℃和40℃下蒸发，蒸发时连续地补充高纯水以维持蒸发液体的体积恒定。收集海水蒸汽，进行蒸汽的硼同位素组成、硼和氯浓度的测定。 实验2将天然海水在33℃下蒸发，蒸发时不补加高纯水．搏派承药蒸干。分捌收集海水蒸汽和蒸干后的固体盐，进行蒸汽和固体盐的硼同位素组成测定。并同时测定不同蒸发阶段海水的pH值。 实验3 将加人不同硼量的天然海水在40℃下蒸发.蒸发时连续地补充高纯水以维持蒸发液体的体积恒定，收集海水蒸汽，进行硼同位素和硼浓度的测定。 硼浓度的结果表明：①在实验1中，蒸汽的硼浓度变化范围是1.51-10.7 μg/L，平均值为5.16 μg/L，随海水pH值升高而降低，但与蒸发温度无关；②在实验2和3中蒸汽硼的浓度要远远高于实验1，而且蒸汽硼浓度与海水硼浓度具有线性的正相关关系；③蒸汽相的Cl/B比（摩尔比值：平均23.4)远远低于海水的Cl/B比（摩尔比值：1485)，这表明蒸发时没有将海水喷雾的细珠引人蒸汽中。 硼同位素结果表明： (1)在实验1中，蒸汽的δ11B值除一个以外均低于海水B(OH)3的δ11B值，而高于海水B(OH)4-的δ11B值，而且都比海水的δ11B值高，蒸汽与海水间的平均硼同位素分馏系数为1.0019，这表明在海水蒸发时，11B富集在蒸汽相中。此结果与以前所进行的硼溶液蒸发实验结果一致，但与以前所进行的海水蒸发实验结果完全相反。以前的海水蒸发实验结果表明，10B在蒸汽相富集。这种截然相反的结果要归结于蒸发条件的差异，以前蒸发的海水蒸汽是由流动空气带出，此时非平衡的动力因素将起到重要作用，造成质量轻的10B优先进人蒸汽相。而本次实验在非空气流动条件下进行，B(OH)3和B(OH)-4间的同位素平衡将起主导作用。显然，燕汽的δ11B值与海水的pH值没有明显的关系。 (2)在实验2中，蒸汽与海水间的硼同位素分馏系数要远远高于实验1，特别当海水蒸干前的500 mL蒸汽，分馏系数高达1.0182。而蒸干后的固体盐的δ11B值明显低于原始海水，分馏系数为0.9973。这充分表明，在海水蒸发时，11B优先被蒸发而进人燕汽相。海水蒸发时蒸汽相的δ11B值随蒸发程度呈平方指数形式增加，这与蒸发时残留海水的δ11B值急剧升高有关。 (3）实验3中，蒸汽的δ11B值随海水硼浓度的增加而升高，当硼浓度为19.7 μg/mL和63.5 μg/mL时，硼同位素分馏系数分别为1.0072和1.0107。 海水蒸发时的硼同位素分馏可用于对大气降雨硼来源的研究。在不同时期采集的西宁雨水的δ11B值为12.1‰和9.0‰，受风向的影响甚微，表明西宁地区的大气环境受海洋影响较小，大气中的硼主要来源于陆地。但南海西江石油平台大气降雨的δ11B值明显受风向所控制，高δ11B值（33.2‰）表明其海洋来源，而低δ11B值（8.4‰）表明其陆地来源。以往文献所报道的陆地及其沿海大气降雨的δ11B值变化范围很宽(0.8‰~35‰)，但是它们都低于海水的δ11B值，这表明陆地及其沿海大气中的硼主要来源于陆地。 海水中的硼将因洋壳低温蚀变、沉积物吸附以及生物碳酸盐共沉淀从海洋中迁出，这些过程均造成海水10B的贫化。惟独海水蒸发时会造成海水10B的富集，但由于此时硼同位素分馏小，而且与其他因素相比，被海水蒸汽迁出的硼量低，根据计算，海水燕发对古海洋硼同位素组成的影响完全可以忽略不计。     

海洋沉积物的锌同位素地球化学及其应用

锌同位素体系是海洋地球化学研究的新示踪剂,应用于示踪海水中锌元素的来源及其运移过程.海洋沉积物作为锌元素重要的"源"与/或"汇",其锌同位素组成的研究有助于理解海洋锌元素的地球化学循环.海洋沉积物记录了海水组成的信息,可以反演古海水锌同位素组成的变化,前提是理解沉积物与海水之间的分馏.对海水及海洋不同储库锌同位素研究进行系统总结,包括河流输入、热液体系、不同类型海洋沉积物(如富碳酸盐的沉积物、陆源硅酸盐碎屑、硅质沉积物、铁锰结核、贫氧-缺氧沉积物)的锌同位素组成,阐述了海洋沉积物锌同位素组成变化在古气候、古环境重建以及古海洋学等领域的应用以及重要性.      

镁同位素示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程

镁（Mg）作为主要的造岩元素及生物营养元素,是连接大陆、海洋和地球内部循环的重要纽带。碳酸盐岩作为Mg的主要储库,是全球Mg循环的重要组成环节,利用Mg同位素示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程是有效反演深时海水Mg同位素组成（δ26Mg_海水）、恢复全球Mg循环的基本前提。近二十年来,Mg同位素在示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程研究中取得了较大进展:1）不同类型碳酸盐矿物形成过程中的Mg同位素分馏及其影响因素的研究得到完善;2）建立了Mg同位素地球化学模型,对不同白云石化过程进行半定量—定量模拟;3）初步探索了利用Mg同位素反演早期成岩流体体系的方法。以上研究进展为利用碳酸盐岩恢复δ26Mg_海水奠定了理论基础,在选择有效的碳酸盐岩载体恢复δ26Mg_海水时,需充分考虑碳酸盐岩的沉积—成岩过程及其对Mg同位素组成的影响,并适当结合地球化学模型,消除沉积—成岩因素的影响,进而恢复δ26Mg_海水。     

显生宙海相碳酸盐高δ~(13)C时期的古海洋学

海相碳酸盐的碳同位素组成记录了地球发展与演化过程中的若干重大事件,作为古生代—中新生代转折时期的石炭纪—三叠纪初具有非常高的δ~(13)C值,以此作为主线,综合研究了相应时间段的氧、锶同位素组成与变化、碳酸盐沉积盆地面积与变化,以此探讨海相碳酸盐碳同位素组成与海平面变化、有机碳库和碳酸盐碳库碳存量的变化、大气和海洋系统中CO_2含量的变化,以及地球生态系统的长周期变化之间的联系。研究表明:1显生宙的碳同位素演化趋势中,δ~(13)C值大于3‰的时间基本上都集中在石炭纪—三叠纪初,但三叠纪初表现为δ~(13)C值的高频率大幅度波动,石炭纪—二叠纪则表现为长时间持续稳定的高δ~(13)C值,显示该时间段有机碳库存量的大幅度增加,相应时间段较高的δ18O值显示有机碳高速埋藏时间间隔中地球系统经历了长时间的变冷和冰室气候条件,说明有机碳高速埋藏、气候变冷、大气p CO_2的降低和p O2升高之间存在有机的联系;2δ~(13)C高值时间间隔中大气CO_2被绿色植物过度消耗,海水被迫不断向大气输送CO_2以达到平衡,但全球气候变冷导致海水数量减少和水柱压力降低又使得海水对CO_2的溶解能力降低以及海相碳酸盐碳库碳存量的减少,从泥盆纪、石炭纪到二叠纪,碳酸盐沉积速度显著降低,全球碳酸盐沉积盆地面积显著减小,到中、晚二叠世,一些碳酸盐沉积被硅质沉积取代,甚至包括一些浅水台地,这可能会导致一些钙质无脊椎动物数量的减少,这也说明二叠纪广泛的硅质沉积是一种全球事件;3显生宙碳酸盐锶同位素演化趋势表明,晚二叠世海水87Sr/86Sr急剧降低,并在二叠纪—三叠纪界线附近达到极小值,显示晚古生代结束时幔源锶的迅速加入,并伴随深部CO_2对大气和海洋系统的补充,但与该过程有关的广泛的火山活动和地球表面温度的升高进一步加速了二叠纪末的生物群体绝灭;4全球气候变冷及相应的大陆冰盖体积的增加,北非与劳伦大陆的拼合是石炭纪—二叠纪全球海平面降低的主要原因,但该时间间隔有机碳库存量大幅度增加所消耗的水可能也是海平面降低的重要原因之一,降低幅度可能达到数十米的范围;5二叠纪末全球生物群体绝灭是地球系统调整的一种必然,晚古生代有机碳长时间高速埋藏,全球海水数量减少,海水对CO_2溶解量降低,钙质无脊椎动物难以生存,最终在古生代结束前通过广泛的岩浆事件从深部向海洋和大气中补充CO_2以调整地球系统碳库存量的不平衡,但短时间的热事件和地球表面温度的升高加剧了生物的群体绝灭与更替。     

锶同位素地层学在碎屑岩成岩研究中的应用

基于同一地质历史时期海水的锶同位素组成为一定值的锶同位素地层学基本原理,可将锶同位素地层学用于碎屑岩成岩作用研究,以评价海相和非海相对成岩作用的影响.三个不同类型的研究实例说明:1)海相碎屑岩成岩流体的锶同位素组成的演化途径有较好的规律性,陆相影响随成岩作用的进行而增加,相对晚期的碳酸盐胶结物的87Sr/86Sr比值通常高于相对早期的碳酸盐胶结物,变化的本底值即为同期海水的锶同位素组成,该数值为一定值;2)有沉积期深源锶和非同期海相影响的陆相碎屑岩中,碳酸盐胶结物的锶同位素比值可能低于大陆淡水,但埋藏成岩过程中相对晚期的碳酸盐胶结物的87Sr/86Sr比值仍高于相对早期的碳酸盐胶结物;3)当深部流体影响碎屑岩的整个成岩过程时,深源锶的烙印可以抹掉或减少不同成岩阶段不同程度陆相影响造成的各种碳酸盐胶结物之间锶同位素组成的差别,使各种碳酸盐胶结物都具有很低的87Sr/86Sr比值,因而缺乏其它沉积盆地中常见的相对晚期碳酸盐胶结物87Sr/86Sr比值高于早期胶结物的一般模式。     

陆相断陷盆地的构造层序地层分析

海洋浮游有孔虫中的硼同位素能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化提供了一种新的手段,有望提供目前极地冰心记录所无法企及的百万年甚至千万年时间尺度上的大气二氧化碳浓度的变化。最近,海洋浮游有孔虫硼同位素的研究在实验分析技术(负热电离质谱法)、实验室偏差、同位素分馏系数、海水硼同位素长期变化以及各种次要因素等方面都取得了长足的进步,尤其是全蒸发负热电离质谱法的建立使硼同位素分析的样品需求量降到纳克级以下。不过,尽管海洋浮游有孔虫中的硼同位素作为大气二氧化碳浓度的替代指标很具有潜力,但还需要进行更加深入地研究。     

海相石膏的硫同位素

海水硫酸盐参与许多发生在海洋水中和海相沉积物中的氧化还原作用,并且是多种沉积物和矿床中硫的来源。海水硫酸盐的硫同位素组成与海相环境中各种含硫化合物的硫同位素组成有着直接或间接的成因联系。在很大程度上,海水硫酸盐的硫同位素组成提供了海相环境中硫同位素演变的起点。找到这一起点才能正确阐明同时代海相沉积物中硫同位素之间的关系,进而探寻其演变规律。目前,对确定古海洋硫同位素组成最方便的研究对象是海相石膏。     

正构二十四烷裂解成气碳同位素动力学模拟及其地质意义

以甲烷的量子化模型及正构二十四烷(n C24)金管限定体系裂解成气实验为基础,从理论上进一步论述了量子化模型应用于重烃气体（乙烷和丙烷）碳同位素动力学模拟的适应性,计算了甲烷、乙烷及丙烷生烃动力学与碳同位素动力学参数, 重点探讨了δ13C2与δ13C3变化的主控因素。研究结果表明, n C24裂解生成的气态烃碳同位素与早期报道的n C18、n C25及原油裂解生成的气态烃碳同位素具有可比性,可应用于地质条件下解释原油裂解气的某些地球化学特征。n C24生烃地质模型表明,其在150～160℃是稳定的,主要裂解温度介于180～200℃之间,与目前所报道的原油裂解地质模型吻合。随热解程度的增加,δ13C2与δ13C3体现了比δ13C1更明显的变化。气藏充注历史控制的同位素累积效应对天然气碳同位素有很大的影响,与累积聚集气相比,阶段聚集气的δ13C变重,并在更大程度上影响了演化曲线的分异。在此基础上,应用n C24裂解成气碳同位素分馏地质模型探讨了塔里木盆地某些油气藏天然气碳同位素值变化的原因。     

Boron isotope geochemistry of Paleozoic brachiopod calcite: Implications for a secular change in the boron isotope geochemistry of seawater over the Phanerozoic

Boron isotope composition of marine carbonates has been proposed as a paleo-pH proxy and potential tool to reconstruct atmospheric pCO₂. The precise knowledge of the boron isotopic composition of ancient seawater represents the fundamental prerequisite for any paleo-pH reconstruction. This contribution presents boron isotope values for Silurian to Permian brachiopod calcite that might be used to reconstruct pH or boron isotope composition of past oceans. All brachiopod shells were screened for diagenetic recrystallization by means of cathodoluminescence microscopy, trace element geochemistry (B, Fe, Mn, Sr) as well as SEM. Only nonluminescent shells revealing well-preserved microstructures, high strontium and boron concentrations as well as low iron and manganese contents were accepted for boron isotope analysis. The boron isotope ratios of Silurian, Devonian, Pennsylvanian and Permian brachiopod calcite range from 6.8 to 11.0‰, 7.3 to 14.9‰, 12.4 to 15.8‰ and 10.1 to 11.7‰, respectively. These δ¹¹B values are significantly lower in comparison to δ¹¹B values of modern biogenic carbonates and indicate that the Paleozoic oceans were depleted in ¹¹B by up to 10‰. Box modeling of the boron geochemical cycle suggests that the significant depletion of ¹¹B in the oceanic reservoir may have been initiated by an enhanced continental boron discharge. Our data support the earlier made conclusion that boron isotopes may not be used in the geological past as reliable paleo-pH proxy unless the boron isotopic composition of ancient oceans can be constrained by further studies.     

南大西洋渐新世初碳酸盐记录(ODP 1263站)

渐新世初期,南极大陆在短时间内出现永久性冰盖,地球由两极无冰进入到单极有冰的特殊时期。越来越多的研究表明,这一重大气候转型事件与大气CO2及大洋碳储库的变化密切相关。南大西洋ODP 1263站碳酸钙软泥的粒度分析揭示了在渐新世初期发生的强烈碳酸盐溶解事件,碳酸盐溶解超前于底栖有孔虫氧同位素重值约100 ka,显示碳酸盐溶解事件先于南极冰盖的形成。由于碳酸钙泵的作用,碳酸盐的溶解会消耗大量的大气CO2,从而可能驱动了气候的快速变冷,导致南极大陆永久性冰盖发育。     

A critical evaluation of the boron isotope-pH proxy: The accuracy of ancient ocean pH estimates

The boron isotope-pH technique is founded on a theoretical model of carbonate δ¹¹B variation with pH that assumes that the boron isotopic composition of carbonates mirrors the boron isotopic composition of borate in solution (δ¹¹B_carb = δ¹¹B_borate). Knowledge of the fractionation factor for isotope exchange between boric acid and borate in solution (α_4-3), the equilibrium constant for the dissociation of boric acid (pK_B*), as well as the isotopic composition of boron in seawater (δ¹¹B_sw) are required parameters of the model.The available data suggests that both the value of α_4-3 and the history of δ¹¹B_sw are poorly constrained. However, if one assumes that δ¹¹B_carb = δ¹¹B_borate, an empirical value for α_4-3 can be estimated from the results of inorganic carbonate precipitation experiments. This exercise yields an α_4-3 value of ∼0.974 in accordance with recent theoretical estimates, but substantially deviates from the theoretical value of 0.981 often used to estimate paleo-ocean pH. Re-evaluation of ocean pH using an α_4-3 value of 0.974 and published foraminiferal δ¹¹B values for the Cenozoic yield pH estimates that are relatively invariant, but unrealistically high (∼8.4-8.6). Uncertainty increases as foraminiferal ‘vital effects’ are considered and different models for secular changes in seawater δ¹¹B are applied.The inability to capture realistic ocean pH possibly reflects on our understanding of the isotopic relationship between carbonate and borate, as well as the mechanism of boron incorporation in carbonates. Given the current understanding of boron systematics, pH values estimated using this technique have considerable uncertainty, particularly when reconstructions exceed the residence time of boron in the ocean.     

Comment on “A critical evaluation of the boron isotope-pH proxy: The accuracy of ancient ocean pH estimates” by M. Pagani, D. Lemarchand, A. Spivack and J. Gaillardet

Pagani et al. [Pagani M., Lemarchand D., Spivack A., and Gaillardet J. (2005). A critical evaluation of the boron isotope-pH proxy: the accuracy of ancient ocean pH estimates. Geochim. Cosmochim. Acta69(4), 953-961] use data from previous boron isotope studies to suggest that the fractionation between boric acid and borate in seawater as well as the history of δ¹¹B in seawater are poorly understood, thus limiting our ability to capture realistic ocean pH with this proxy. Although we agree with the authors that the long recognized uncertainty in the secular variation of δ¹¹B_seawater imposes a temporal limit on paleo-pH reconstructions, their evaluation of the δ¹¹B/pH relationship in carbonates is flawed. Potential complications from vital, temperature and dissolution effects reported in that paper are based on studies that are experimentally and/or analytically poorly constrained. Using published validation studies we will demonstrate that many of the problems outlined by Pagani et al. have already been addressed, or are based on misinterpretations of previous work. Most importantly, statistical evaluation suggests empirical data are best described by a fractionation of ∼20‰. Recent paleoreconstructions confirm that the boron isotope proxy can be used with confidence, if sample selection and analyses are done carefully.     

硼及硼同位素地球化学在地质研究中的应用

总结了硼及硼同位素的地球化学特征：（１）硼是易溶元素,主要赋存在地球表层,尤其是海水、海相沉积物及海水交代岩石中。其同位素组成δ１１Ｂ值按顺序变化,封闭盐湖卤水（＞４０‰）＞海水（３９５‰）＞海相硼矿物（１８２‰～３１７３‰）＞海相沉积物（１３９‰～２５２‰）＞海水交代岩石（４５１‰～１０８５‰）。大陆水及陆相沉积物硼含量及硼同位素组成变化极大,并多以负值为主。海陆过渡构造带则具有过渡的硼丰度值和硼同位素组成。（２）１１Ｂ较１０Ｂ具有更活跃的地球化学性质,因此在水岩作用中具有明显的同位素交换。硅化交代作用中,岩石被硅化交代,释放硼,并优先释放重硼,同位素组成变轻;在脱硅反应中,岩石释放硅吸收硼,并优先吸收重硼,同位素组成变重。在封闭体系中,水溶液淋滤岩石中部分的硼,即可大量富集,并富集１１Ｂ;在开放体系中,岩石硼被大量淋滤流失,δ１１Ｂ值明显降低。由于水岩作用的结果,从新鲜海底玄武岩到正常海水,硼同位素值从－２９５‰到３９５‰逐渐升高。（３）变质脱水反应中硼被大量排出,并优先排出重硼同位素,进入流体相,因此随着变质程度由低到高,岩石中硼含量及同位素组成δ１１Ｂ值由高变低。（４）在成矿研究中?     

无机地球化学参数与有效烃源岩发育环境的相关研究

探索海相有效烃源岩判识指标仍是我国油气勘探中尚待解决的重要科研任务之一。古生产力及氧化还原条件是研究全球变化和海洋环境的重要内容,也是重塑有效烃源岩发育环境的主要参数。Si、Ba是古生产力的替代指标,Cd对古营养盐的反演具良好前景。过渡金属及其相关比值是缺氧环境的有效判识指标,可用其推断有机质保存条件。δ13Ccarb正偏移指示有机质埋藏量增加,是底部水体缺氧的响应。过渡金属同位素（δ65Cu、δ66Zn、δ97Mo）受生物活动及氧化还原条件的影响发生较大分馏,示踪环境变化具灵敏、高效性。将这些无机参数对古环境的示踪意义引入油气地质研究,从环境角度分析某一套地层能否发育有效烃源岩,进而探讨高演化海相有效烃源岩的判识,就更具特殊意义。     

Boron isotope systematics in large rivers: implications for the marine boron budget and paleo-pH reconstruction over the Cenozoic

The chemical composition of the oceans and long-term climate changes are believed to be linked. Reconstruction of seawater pH evolution is desirable as pH may be related to atmospheric pCO₂, and hence to climate evolution. Boron isotopes in oceanic carbonates have been suggested to be a proxy for oceanic paleo-pH reconstruction. Nevertheless, the calculation of paleo-pH values over geological periods requires a precise knowledge of the boron isotopic composition of the oceans when calcite precipitated. We present the systematics of boron isotopic composition of the world's main rivers. We deduce a continental boron flux to the oceans of 38×10¹⁰ gB/year with a mean isotopic composition of +10‰. These results lead to a balanced boron budget in the oceans and allow the development of a model for the marine boron secular evolution over the past 100 Myr. It is shown that the oceanic boron cycle is mainly controlled by the boron continental discharge and the boron uptake from the oceans during low temperature alteration of oceanic crust. However, the recent important increase of the clastic sediment supply, linked to the Himalayan erosion, impacts the oceanic boron budget by enhancing significantly the boron uptake by adsorption on sediments. We predict a boron isotopic composition in the oceans lower during the Cenozoic and slightly higher during the Cretaceous than today. The modelled values for the marine boron isotopes follow the variations of boron isotopes in carbonates over the Cenozoic era provided by previous studies, suggesting that the variations of the seawater pH may not have been important on this time scale. If this is the case, it involves that buffering mechanisms occur in the oceans to maintain seawater pH at a roughly constant value against past atmospheric pCO₂ variations.     

四川盆地东北部三叠系飞仙关组硫酸盐还原作用对碳酸盐成岩作用的影响

四川盆地东北部三叠系飞仙关组存在广泛的硫酸盐还原作用,同时地层中也存在锶含量异常高的成岩流体。研究表明:热化学硫酸盐还原作用（TSR）和（或）细菌硫酸盐还原作用（BSR）造成的SO42-离子的消耗对成岩孔隙流体中SrSO4溶解度的改变是三叠系中高Sr成岩流体的形成机制之一,该机制使得孔隙流体从白云石化作用和碳酸盐矿物的新生变形作用中获得的Sr在流体中以高浓度的Sr2+形式存在,并使之在流体中极度富集,这也是四川盆地东北部三叠系中大型和超大型天青石矿床的形成机制之一。H2S和CO2是硫酸盐还原作用的重要产物,不同温度条件下溶于水中的H2S和CO2,与不溶于水的气体分子之间的平衡反应H2S（aq）H2S(g)和CO2(aq)CO2(g)的平衡常数和吉布斯自由能增量计算表明,当温度从25℃升高至220℃时,两个反应的平衡常数分别大致从10增至240和从20增至500,两个反应的平衡常数都始终大于1,说明H2S和CO2更趋向于以气体形式存在,同时温度越高,系统中以气体形式存在的H2S和CO2会越多,溶解于水中的H2S和CO2会越少,因而在深埋藏的高温条件下,H2S和CO2对碳酸盐矿物的溶解能力可能相对很小。相对低温的成岩环境、高温流体的向上和侧向运移、构造抬升、富氧流体与含有H2S流体的混合以及金属硫化物的沉淀是提高含H2S和（或）CO2流体对碳酸盐矿物溶解能力的五个途径。因此,与较早成岩阶段相对浅埋藏环境的碳酸盐溶解作用有关的H2S和CO2流体可能与细菌硫酸盐还原作用（BSR）关系更为密切;断层或其它流体运移通道是高温含有H2S和CO2流体向上运移的基础条件,具有原生孔隙度和渗透率的礁、滩相高能沉积物也是流体发生侧向运移的先决条件;大幅度的构造抬升造成的地层温度降低是提高含H2S和（或）CO2地层流体对碳酸盐矿物溶解能力的重要因素,地壳抬升至近地表造成的古喀斯特作用也可以为H2S的氧化提供良好的地质环境。在有关的勘探中应注意:在断层等流体运移通道造成高温含H2S和CO2流体向上运移的条件下,与之有关的构造低点应该是主要的勘探目标;在燕山运动导致的地层抬升并导致深部热流体降温的条件下,与之有关的构造高点应该是主要的勘探目标,应分别对待。