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。     

西藏南部中白垩世的锶、硫同位素组成及其古海洋地质意义

讨论了西藏南部中白垩世海相碳酸盐锶同位素组成和黑色页岩中黄铁矿硫同位素组成的主要特征及其古海洋地质意义。主要结论是:①该区中白垩世海相碳酸盐的锶同位素组成在0．7084～0．7090之间,大陆壳来源的锶占28%～30%,陆源物质输入的影响高于其它地区;火山熔岩中锶的同位素组成为0．7095,高于同期玄武岩的平均值,火山熔岩中大陆壳来源的锶约为65．2ｘ10-6,占总锶量的34%左右,火山熔岩形成过程中,同化了大量的壳源物质。②该区中白垩世黑色页岩中的黄铁矿的硫同位素组成为27‰～31．6‰,它来源于同期海水硫酸盐,且系中晚期成岩作用的产物,不同时间、不同沉积环境中形成的黄铁矿,其δ34S值差异明显,它们动态地反映成岩作用中环境的演化过程。     

西藏岗巴晚白垩世—古近纪早期锶同位素地层

在地质历史时期中,海相碳酸盐的锶同位素组成具有全球基本一致的演化规律,并且海水锶同位素组成受锶的来源控制,其比值与海平面的变化有内在的联系。西藏岗巴地区晚白垩世—古近纪早期地层发育良好,笔者对宗山、宗浦两个剖面中未经蚀变的26个海相碳酸盐样品进行锶同位素测试,根据得出的数据绘制演化曲线与全球锶同位素曲线有较好的可对比性。曲线的负偏极值与地层界线较为一致,宗山剖面曲线的负向峰值（0.707612）与上/下白垩统界线相对应,宗浦剖面中,锶同位素曲线的负偏值（0.707761）与古新统/始新统界线相对应,晚白垩世—古近纪锶同位素演化曲线也与海平面变化相一致。另外,还讨论了岗巴地区锶同位素变化的原因。     

西藏羌塘盆地半岛湖地区索瓦组锶同位素组成与演化

西藏羌塘盆地中生代发育广泛的海相碳酸盐地层,前人对该区地层的对比研究多局限于古生物地层学,本文尝试通过锶同位素地层学方法对上侏罗-下白垩统索瓦组地层进行全球对比。根据锶同位素地层学的基本原理,本文在对样品进行显微组构分析、阴极发光分析、Ca、Si、Sr和Mn等元素含量分析及评估其对同期海水代表性和样品溶解过程合理性的基础上,测试了羌塘盆地半岛湖地区上侏罗-下白垩统锶同位素组成,并建立了相应的演化曲线,进行了全球对比研究。结果表明,样品的锶同位素组成与前人已公布的同期海水锶同位素组成数据较为接近,其演化曲线与国际上已公布的锶同位素演化曲线有着较好的可对比性,晚侏罗-早白垩世时期全球海平面的变化和侵蚀作用的强弱是控制锶同位素演化曲线的主要因素。此外,通过对索瓦组海相碳酸盐锶同位素的研究,我们认为索瓦组的顶部可能延伸到早白垩世欧特里夫期,近而说明了羌塘盆地在早白垩世欧特里夫期还存在大规模的海相地层。     

重庆秀山寒武系锶同位素演化曲线及全球对比

本文评述了国际上已有的寒武纪海相碳酸盐的锶同位素演化曲线，公布了重庆秀山寒武系海相碳酸盐的锶同位素分析结果，尽管对样品进行了成岩蚀变检测和必要的筛选，但样品仍可能不同程度地经历了成岩蚀变，锶同位素组成与地层厚度投点图显得较为离散，笔者主要利用87Sr/86Sr比值较低的样品建立的寒武纪海水的锶同位素演化曲线在长期旋回上与国际上已公布的同时代锶同位素演化曲线仍具有较好相似性和可比性，说明全球事件是海水锶同位素组成的主要控制因素，海水的87Sr/86Sr比值在盆内对比，盆间对比，以及全球对比中都具有潜在价值。根据锶同位素地层学的基本原理，笔者尝试确定了重庆秀山寒武纪剖面一些关键点的年龄，累积厚度1340m处的年龄为503－509Ma，累积厚度1950m处的年龄为496－498Ma，这对秀山寒武纪剖面下，中寒武统和中、上寒武统界线的确定具有参考价值。     

西藏岗巴晚白垩世锶同位素曲线的地层学意义及问题讨论

地质历史时期古海洋中的锶同位素组成具有全球基本一致的演化规律 ,并主要受全球性海平面变化影响。根据从西藏岗巴宗山上白垩统剖面中 6 3个海相碳酸盐样品获得的锶同位素测试数据建立了锶同位素演化曲线 ,与北美同时代锶同位素曲线进行了对比 ,证明晚白垩世有一次全球性海平面升降事件 ,在宗山剖面宗山组近底部的年龄值为 89.4 Ma,并讨论了西藏岗巴宗山地区晚白垩世地层划分对比中的一些问题。     

石炭纪海相碳酸盐岩的锶同位素演化及其意义

本文从马角坝剖面石炭系海相碳酸盐岩和腕足化石的锶同位素变化出发,讨论了锶同位素地层曲线的地质意义,并且指出海相碳酸盐岩和腕足化石的锶同位素组成可作为了解地球构造演化的工具。     

上扬子石炭-二叠纪海相碳酸盐的锶同位素演化与全球海平面变化

地质历史中海水的锶同位素组成是时间的函数,全球海平面变化是其最主要的控制因素,上扬子地区石炭-二叠纪海相碳酸盐的锶同位素演化曲线与海平面变化曲线有着很好的一致性。锶同位素演化曲线说明:1)早石炭世是一个海水逐渐加深的全球海平面上升时期,锶同位素最小值所显示的最大海泛面的年龄为 34 2Ma,位于杜内阶和韦宪阶的界线上 ;2 )晚石炭世是一个全球海平面下降时期 ;3)整个二叠纪都是全球海平面上升时期,晚二叠世的海平面上升不仅幅度大,而且海水在短时间内迅速加深 ;4)晚二叠世具有古生代海相碳酸盐的锶同位素最小值,显示晚二叠世末的全球淹没事件,最大海泛面的年龄为 2 5 0Ma,正好在二叠 /三叠纪界线附近 ;5 )二叠 /三叠纪之交的全球生物绝灭事件可能与二叠世末的全球淹没事件有关。     

上扬子石炭—二叠纪海相碳酸盐的锶 同位素演化与全球海平面变化

地质历史中海水的锶同位素组成是时间的函数，全球海平面变化是其最主要的控制因素，上扬子地区石炭—二叠纪海相碳酸盐的锶同位素演化曲线与海平面变化曲线有着很好的一致性。锶同位素演化曲线说明:1）早石炭世是一个海水逐渐加深的全球海平面上升时期，锶同位素最小值所显示的最大海泛面的年龄为342 Ma，位于杜内阶和韦宪阶的界线上；2）晚石炭世是一个全球海平面下降时期；3）整个二叠纪都是全球海平面上升时期，晚二叠世的海平面上升不仅幅度大，而且海水在短时间内迅速加深；4）晚二叠世具有古生代海相碳酸盐的锶同位素最小值，显示晚二叠世末的全球淹没事件，最大海泛面的年龄为250 Ma，正好在二叠/ 三叠纪界线附近；5）二叠/ 三叠纪之交的全球生物绝灭事件可能与二叠世末的全球淹没事件有关。     

新技术与应用

正首次提出区分自生碳酸盐和原始海相碳酸盐的方法中国科学技术大学郑永飞研究组,对华南地区同时含有自生碳酸盐和原始海相碳酸盐的早三叠世地层进行了研究,发现原始海相碳酸盐和自生碳酸盐在铀含量和碳同位素组成上存在差异,其中原始海相碳酸盐铀相对亏损,但富集重碳同位素,故可借此将它们区分开。自生碳酸盐是除原始     

Agents of low temperature ocean crust alteration

¹⁸O and⁸⁷Sr/⁸⁶Sr isotopic data from smectites, calcites, and whole rocks, together with published isotopic age determinations, alkali element concentration data and petrographic observations suggest a sequential model of ocean floor alteration. The early stage lasts about 3 m.y. and is characterized by palagonite and smectite formation, and solutions with a large basaltic component, increasing with temperature which varies from 15° to 80° C at DSDP site 418A. Most carbonates are depositedafter this stage from solutions with a negligible basaltic Sr component and temperatures of 15° to 40° C. Water of seawater Sr and O isotopic composition is shown to percolate to at least 500 m into the basaltic basement. No evidence was found for continuing exchange of strontium or oxygen after 3 m.y.Lamont-Doherty Geological Observatory Contribution number 3199     

87Sr/86Sr composition of evaporitic carbonates and sulphates from Miocene sediment cores in the Mediterranean Sea (D.S.D.P., Leg 13)

The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of evaporitic carbonates and sulphates from Miocene sediment cored in the Mediterranean Sea show a depletion of ⁸⁷Sr when compared to the isotopic composition of the Miocene contemporaneous marine strontium: 0.70803 versus 0.70936. The arrival into the evaporitic environment of strontium brought by continental waters can explain this difference. The variation of the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios is, nevertheless, noticeable only when the influence of the continental waters is already well marked. This is proved when one compares the results obtained with strontium, to the results of isotopic analysis made on oxygen, carbon, sulphur and hydrogen taken from the same samples.     

四川盆地东北部三叠系飞仙关组碳酸盐岩成岩作用和白云岩成因的研究现状和存在问题

四川盆地东北部三叠系飞仙关组是我国重要的天然气储集层，优质储层形成机制直接与碳酸盐岩成岩作用、尤其是白云岩化作用相关，但飞仙关组碳酸盐岩在锰含量、锶含量、阴极发光性等特征上反映其成岩过程与经典成岩理论相悖；碳酸盐岩的锶同位素组成和锰、锶含量的关系也表明与大气水有关的成岩过程和作为重要储集岩的结晶白云岩的形成机制无关，传统的白云岩化机制难以解释结晶白云岩的成因。具有海源色彩的高锶、低锰成岩流体在很大程度上控制了飞仙关组碳酸盐的成岩作用，其来源与成因值得进一步关注，控制其运移、封存和发生水—岩反应的时空机制有待回答。整个海相三叠纪时间段盆地尺度碳酸盐岩和蒸发岩的沉积地球化学研究、尤其是不同结构组分碳酸盐的锶同位素组成、锶和锰含量研究（包括碳酸盐岩中不同结构组分的阴极发光性研究），可为四川盆地东北部飞仙关组碳酸盐岩成岩作用（尤其是白云岩化作用和作为重要储集岩的结晶白云岩的成因研究），天青石矿床成因研究和四川盆地三叠系深层富钾、锶、硼、溴卤水的成因研究提供重要的线索。     

Stable isotopic compositions of Recent freshwater cyanobacterial carbonates from the British Isles: local and regional environmental controls

Recent (<50 years old) freshwater cyanobacterial carbonates from diverse environments (streams, lakes, waterfalls) throughout Britain and Ireland were analysed for their stable carbon and oxygen isotope compositions. The mean δ¹⁸O value of ?5–9‰ PDB for river and stream data represents calcite precipitation in equilibrium with the mean oxygen isotopic composition of precipitation in central Britain (?7–5‰SMOW) assuming a mean water temperature of 9°C. The mean δ¹⁸O of lake data, ?4–5‰ PDB, is statistically different, reflecting the effects of residence time and/or variations in the oxygen isotopic composition of rainfall. Carbon isotopes have wide variations in both fluviatile and lake data sets (+ 3 to ?12‰ PDB). These variations are principally controlled in the fluviatile samples by contribution of isotopically light ‘soil zone’ carbon relative to isotopically heavier carbon from limestone aquifer rock dissolution. Lake samples have the heaviest carbon isotope values, reflecting a trend toward isotopic equilibrium between atmospheric CO₂ and aqueous HCO^?₃. We infer that isotopic compositions of ancient cyanobacterial carbonates should also record environmental information, although the effects of stabilization and diagenesis on primary δ¹⁸O values will need careful consideration. Primary carbon isotope compositions should be well preserved, although in marine samples values will be buffered by the isotopic composition of aqueous marine bicarbonate.     

Isotopic composition (δ<Superscript>13</Superscript>C and δ<Superscript>18</Superscript>O) and genesis of carbonates from the famennian manganiferous formation of Pai-Khoi

The results of isotope-geochemical studies of carbonates of different mineral types from manganese and host rocks of the Famennian manganiferous formation of Pai-Khoi are reported. Kutnahorite ores are characterized by δ¹³C values from–6.6 to 1.3‰ and δ¹⁸O from 20.0 to 27.4‰. Rhodonite–rhodochrosite rocks of the Silovayakha ore occurrence have δ¹³C from–5.2 to–2.9 and δ¹⁸O from 25.4 to 24.3‰. Mineralogically similar rocks of the Nadeiyakha ore occurrence show the lighter carbon and oxygen isotopic compositions: δ¹³C from–16.4 to–13.1 and δ¹⁸O from 24.8 to 22.5‰. Similar isotopic compositions were also obtained for rhodochrosite–kutnahorite rocks of this ore occurrence: δ¹³C from–13.0 to–10.4‰ and δ¹⁸O from 24.6 to 21.7‰. Siderorodochrosite ores differ in the lighter oxygen and carbon isotopic compositions: δ¹⁸O from 18.7 to 17.6‰ and δ¹³C from–10.2 to–9.3‰, respectively. In terms of the carbon and oxygen isotopic compositions, host rocks in general correspond to marine sedimentary carbonates. Geological-mineralogical and isotope data indicate that the formation of the manganese carbonates was related to the hydrothermal ore-bearing fluids with the light isotopic composition of oxygen and carbon dissolved in CO₂. The isotopic features indicate an authigenic formation of manganese carbonates under different isotopegeochemical conditions.     

Variations of the Ca/Ca ratio in seawater during the past 24 million years: evidence from δCa and δO values of Miocene phosphates

The Ca isotope variation of 11 Miocene and Pleistocene, authigenic, marine phosphates is rather small compared to the corresponding variation in δ¹⁸O values. The δ⁴⁴Ca values are not correlated with the δ¹⁸O values and, therefore, they are not temperature controlled. It is likely that the δ⁴⁴Ca values of the phosphorites reflect the variation in the δ⁴⁴Ca values of paleo-seawater but, in contrast to Sr, not the isotopic composition of seawater itself. Furthermore, Ca and Sr isotopic compositions are decoupled with decreasing stratigraphic age of the phosphate peloids with Sr isotopic compositions changing to more radiogenic values while Ca isotopic compositions remain rather stable. All samples have δ⁴⁴Ca values below present-day seawater values, suggesting that phosphate formation discriminates against heavy Ca isotopes.Phosphorites and carbonaceous sediments have a similar Ca isotopic variation during the Miocene. A systematic and more or less constant shift between marine carbonates and phosphates is observed: the phosphate samples are slightly less enriched in ⁴⁰Ca compared to carbonates. This shift has been related to a mineral-dependent kinetic mass fractionation during precipitation from seawater. The rather stable δ⁴⁴Ca value for the 19 to 9 Ma old phosphorites points to a constant δ⁴⁴Ca fractionation of about 1.1 between seawater and phosphorites during the past and suggests steady-state conditions for the Mid-Miocene seawater (sedimentation flux equals erosion flux).     

东地中海黎凡特盆地白垩纪阿尔布期白云岩成因研究

“白云岩问题”一直是碳酸盐岩研究的热点问题。镁作为白云石的主量元素之一,其同位素组成包含了白云岩化过 程和白云岩沉积环境的信息。本文以以色列黎凡特盆地早白垩世末阿尔布期（~100 Ma）Givat Ye’arim组和Soreq组白云岩 为研究对象,在岩石学、微量元素和C-O-Sr同位素地球化学研究基础之上,开展了高密度镁同位素分析。结果显示白云岩 主要由半自形-自形的泥微晶白云石组成,岩性致密,后期成岩改造作用较弱,因此元素及同位素组成基本可以反映原始 白云岩化流体的地球化学特征;C-Sr同位素组成与Albian期海水保持一致,表明同期咸化海水是白云岩化流体并为白云石 形成提供镁离子;白云岩δ26Mg值稳定在-2.0‰左右,没有明显的垂向差异,表明白云岩化过程中咸化海水供应充足,流体 以渗流方式而不是以扩散方式在松散沉积物中运移,孔隙水化学组成相对均一,白云岩镁同位素组成得以与同期海水相平 衡。白云岩中陆源风化指示元素Rb和ΣREE以及海水盐度指标Na元素含量表现出多期旋回性变化,反映半封闭体系对周期 性气候和环境变化的响应,然而垂向上稳定的白云岩δ26Mg值表明区域性的气候变化不会显著改变沉积盆地体系中的镁同位 素组成,因此对于地质历史时期在半局限海洋环境中沉积的巨厚白云岩而言,其镁同位素组成可以用来示踪全球海水镁同 位素波动。     

西太平洋海底海山富钴结壳惰性气体同位素组成及其来源

采用高真空气体质谱系统测定了西太平洋麦哲伦海山富钴结壳不同层圈及其基岩的惰性气体丰度和同位素组成,结果显示:(1)西太平洋富钴结壳主要是水成成因,其中惰性气体来源不同,He 绝大多数来自宇宙尘(IDPs),少量来自陆源风成微粒;Ar 主要来自海水溶解的大气,少量来自陆源风成微粒或沉积岩建造水;Ne 和 Xe 主要来自海水中溶解大气, 少量来自宇宙尘;(2)在具三层结构的结壳中,亮煤层(致密层)的惰性气体同位素相对外层和疏松层有较大的不同,显示大洋磷酸岩化对早期沉积的结壳惰性气体组成有较大的影响,如导致~4He 的升高和~3He/~4He 的显著降低;(3)太平洋富钴结壳玄武岩基岩的~3He/~4He 非常低,为0.0095～0.074Ra,与本区磷块岩基岩(0.087Ra)相似,而远低于正常海底玄武岩的~3He/~4He 比值,显示这些基岩曾与富含放射性成因~4He 和 P 的上升洋流或沉积物中建造水发生过水/岩反应,这个过程将释放出较多的成矿元素,有利于富钴结壳的形成,海底海山玄武岩中较低的 He 同位素组成可作为富钴结壳的找矿标志之一。