洞穴次生碳酸盐沉积的Mg/Ca与Sr/Ca比值研究进展——兼论洞穴次生沉积物Mg/Ca与Sr/Ca的影响机制

微量元素是岩溶洞穴沉积中非常重要的一类古气候环境替代指标,为近20年来国内外的一个研究热点。总结前人的研究,主要取得了以下一些重要认识:（1）洞穴上覆土壤 和围岩是洞穴次生碳酸盐沉积Mg、Sr的主要来源;（2）Mg/Ca与Sr/Ca能够指示气候环境变化,但需结合其它指标综合考虑。（3）洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca受多种气候环境因素（包括土壤和围岩的组成和性质、水-岩相互作用、先期碳酸盐沉积、分配系数等）影响,其古气候环境指示意义具有多解性;（4）矿物结晶作用对Mg/Ca与Sr/Ca有一定的影响,特别是文石在向方解石转变的过程中容易丢失Mg、Sr,此外,杂质的混入也将抑制Mg、Sr进入方解石,从而引起洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca比值的变化。今后应进一步加强对石笋中这些微量元素的影响机制研究,尤其是对一些影响因素与微量元素含量变化之间的定量关系进行探讨。      

贵州凉风洞洞穴系统锶同位素特征

对贵州茂兰自然保护区内凉风洞(LFD)洞穴系统中各组分(土壤水、洞穴滴水、土壤与基岩等)锶同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr)的系统分析结果表明,各个组分的~(87)Sr/~(86)Sr比值差异显著。不同剖面土壤水~(87)Sr/~(86)Sr比值明显不同,但均介于大气降水平均值和土壤之间;不同滴水点间~(87)Sr/~(86)Sr比值差异也很明显,大多落在洞穴上覆土壤水和基岩之间,受渗透水在洞穴顶板中发生的水-土作用和水-岩作用强度控制。此外,凉风洞上覆原生喀斯特森林生物量及其凋落物返还量较大,以植物落叶为主形成的凋落物层以及被微生物分解形成的表层有机土成为除洞穴上覆土壤和基岩外的另一个直接阳离子源,其释放的Sr随水体快速下渗对滴水~(87)Sr/~(86)Sr比值产生了明显影响。因此,利用本研究区洞穴滴水及其次生化学沉积物~(87)Sr/~(86)Sr指标表征洞穴上覆气候环境信息时,有必要事先识别不同物源~(87)Sr/~(86)Sr比值及其相对贡献、运移路径水文地质过程等限制性因素影响。     

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。     

Speleothem 87Sr/86Sr Ratios Record Atmospheric Dust Activity during 43 ～10ka: Evidence from A Stalagmite from NE Sichuan in Central China

亚洲季风系统是全球气候系统的主要组成部分.亚洲季风系统中包含两个重要的子系统:夏季风和冬季风.最近一些年,当应用岩溶洞穴沉积在精确的年代框架控制下高分辨率重建亚洲夏季风变化取得了大量重要成果时,在精确的年代框架控制下高分辨率重建冬季风变化历史仍然是许多古气候环境学家追求的目标.Zhou等[1]提出了川东北地区岩溶洞穴沉积的锶同位素组成(87Sr/86Sr)受到大气粉尘活动的显著影响,因而具有对亚洲冬季风进行相关研究的价值.但Zhou等[1]只报道了一支石笋的87Sr/86Sr记录,而且没有高分辨率的粉尘记录可以对比.这里我们再对同一洞穴另外一支石笋(SJ1)的87Sr/86Sr记录做一简要报道.SJ1的87Sr/86Sr记录与应用OSL定年的泾塬黄土剖面的平均粒度记录(MGS)[2]可以很好地对比,有力地支持了Zhou等[1]的观点,也表明川东北地区岩溶洞穴沉积具有在精确的年代框架控制下高分辨率重建冬季风变化历史的重要价值.     

粤北石灰岩化学风化过程中的Sr-Nd同位素

石灰岩化学风化显著控制着其所在流域盆地的河水Sr同位素组成,进而制约全球Sr循环。然而,石灰岩化学风化过程中Sr同位素组成的变化特征及其控制机制的研究报道依旧很少。本文通过报道粤北地区一个典型石灰岩风化剖面的Sr同位素组成变化特征,试图探讨石灰岩化学风化过程中Sr同位素变化的控制机制。结果显示:该剖面上,~(87)Sr/~(86)Sr比值介于0.70979~0.72216之间;自剖面底部到顶部,~(87)Sr/~(86)Sr比值呈现出逐渐增大的趋势;Nd同位素组成比较均一(εNd(t)=–15.0±0.5)。研究区的潜在源区(如大气降水、地表水),其~(87)Sr/~(86)Sr比值明显低于该剖面上部的最大值,加之,该剖面的风化产物与典型的中国黄土剖面具有截然不同的Sr-Nd同位素组成,暗示了这些潜在源区的输入不大可能造成该剖面上Sr同位素组成发生显著的变化。该剖面上~(87)Sr/~(86)Sr比值与Sr含量之间呈现显著的负相关性(r=–0.95),暗示粤北石灰岩化学风化过程中Sr同位素的演化受控于碳酸盐矿物与硅酸盐矿物在抗风化强度以及Sr同位素组成方面的显著差异:相对硅酸盐矿物,碳酸盐矿物(如方解石)抗风化强度较弱,于是随着风化作用的进行,原岩中具有较低~(87)Sr/~(86)Sr比值的方解石中的Sr大量迁出剖面,而具有较高~(87)Sr/~(86)Sr比值的硅酸盐矿物中的Sr残留在风化产物中,因此,随着风化强度的增加,风化产物中的~(87)Sr/~(86)Sr比值呈现出逐渐增大的趋势。     

江西广丰杨村超大型滑石矿床成因探讨

江西广丰杨村滑石矿储量达上亿吨,是世界上超大型滑石矿床之一。矿石主要由鲕粒状滑石组成,含少量石英和碳酸盐矿物及浸染状有机质,具有典型的沉积鲕粒状结构;赋矿围岩白云岩硅化较强烈。研究结果表明,白云岩与滑石矿页岩标准化稀土元素分配模式基本一致,重稀土元素相对轻稀土元素弱富集,稀土元素总量低,弱负铈异常,并且它们具有相同的87Sr/86Sr比值(0.7092~0.7101),白云岩的δ13CV-PDB值变化范围在-4.9‰~+0.7‰之间,与同期海水大体一致。这些地球化学特征暗示了滑石矿和白云岩具有相同的物质来源,滑石成矿所需的镁可能来源于海水。部分样品显示正铕异常,且白云岩中δ18OV-SMOW值(+14.5‰~+19.7‰)较同期海水偏低,87Sr/86Sr比值比同期海水稍高,暗示成矿物质并非由海水单一提供,可能还有高87Sr/86Sr比值、富硅的热液提供了成矿所需的硅。综合滑石和白云岩岩相学和地球化学特征,认为江西广丰杨村滑石矿为同生热水沉积成因,滑石中镁来源于富镁海水,硅来源于海水下渗淋滤古老硅铝质地层形成的富硅、高87Sr/86Sr比值的热液,海水中镁与热液中硅结合形成滑石。滑石矿在经历了同生沉积-热液期之后,又受到了后期强烈的变质变形作用的叠加,形成了具片理构造的滑石片岩。     

碳酸盐岩上覆红色风化壳中风化组分确定的一种新模式

确定化学风化剖面的风化组分来源是一个重要而又困难的问题,通过对贵州省平坝白云岩风化剖面中Sr同位素组成的研究,揭示了典型就位白云岩风化剖面的Sr同位素特征,验证87Sr/86Sr与Nb/Sr比率的图解模式对碳酸盐岩风化剖面的适用性,提出了87Sr/86Sr与Nd/Sr比率的图解新模式.研究认为,该模式不仅对白云岩的化学风化具有明显的指示意义,也更好地补充和限定了87Sr/86Sr与Nb/Sr比率的图解所反映出的矿物组分和风化过程.这一研究结果将为风化剖面中Sr同位素的定量研究提供重要的区分指标.     

宁夏香山群徐家圈组顶部薄层石灰岩锶同位素与局限海盆地分析

宁夏香山群主体为一套深水浊流沉积的灰绿色细砂岩夹泥岩,在鄂尔多斯盆地西缘及河西走廊地区下古生界占有重要的位置,其时代归属对于北祁连地区大地构造演化、宁夏区域地质和鄂尔多斯盆地西缘海相深水油气勘探均具有重要意义。本文采用沉积学和沉积地球化学的方法,着重分析了香山群徐家圈组顶部薄层石灰岩锶同位素的特征,结果表明：① 薄层石灰岩受成岩蚀变程度较小,87Sr/86Sr值基本可代表沉积时海水的特征;② 87Sr/86Sr值在0. 71057~0. 71356之间,平均值为0. 71189,远大于寒武纪和奥陶纪海水87Sr/86Sr值;③ 87Sr/86Sr值和盐度呈较好的负线性相关,和温度及Mn/Sr比值呈较好的正线性相关;④ 87Sr/86Sr值和Si含量略具负线性相关趋势,和Al含量及Mg含量具有较弱的负线性相关性。结合鄂尔多斯盆地西缘早古生代大地构造演化和香山群相关研究成果认为：徐家圈组顶部薄层石灰岩可能沉积于受古陆或水下隆起阻隔的局限海盆深水环境,沉积时海水主要受和硅铝质岩石进行充分锶同位素交换的海底热液及流经喀斯特风化壳的地表径流影响,与同期大洋海水相比具有高的87Sr/86Sr值.     

黔东松桃南华系大塘坡组锰矿层物源:来自Sr同位素的证据

锰矿床的物质来源是锰矿床研究的难点问题之一.辨别黔东松桃地区南华系大塘坡组锰矿沉积的物质来源有助于加深对锰矿成矿过程的理解.对黔东松桃地区南华系大塘坡组锰矿沉积的Sr同位素研究显示,15个锰矿石、锰质页岩及炭质页岩样品87Sr/86Sr同位素比值变化范围为0.705 727~0.732 536,其中炭质页岩样品具有最高的Sr同位素比值0.732 536,含锰岩系样品87Sr/86Sr同位素比值平均值为0.711 128.样品中87Sr/86Sr比值随着Al含量的上升,分别出现87Sr/86Sr比值上升与下降的两个分异趋势.87Sr/86Sr比值随Mn含量的上升总体呈现下降的趋势,但该趋势无显著相关性,残差分析显示这主要是由于样品中87Sr/86Sr比值随着Mn含量上升出现收敛性波动造成.上述现象是由于陆源碎屑成分和海底热液成分混合输入造成.通过与大塘坡组同时代(约660 Ma)古海水Sr同位素组成,世界范围内不同时代锰矿沉积以及现代红海沉积物的Sr同位素结果对比,发现黔东松桃地区南华系锰矿层中Sr同位素比值分布范围较宽,部分锰矿样品87Sr/86Sr比值低于古海水87Sr/86Sr比值,与典型大洋成因的锰矿层或铁锰结核具有不同的Sr同位素特征.联系黔东南华系大塘坡组锰矿层形成时期的特殊地质背景,认为锰质积累过程与沉淀过程为不同阶段产物——锰质的积累过程在Sturtian冰期盆地缺氧水体中完成,可能主要以海底热液喷溢系统完成;而锰矿的沉淀过程则是在间冰期伊始古海洋化学条件动荡的水体中完成.      

柴达木察尔汗贝壳堤剖面Sr同位素及其环境意义

根据对柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面酸不溶组分和酸溶组分的提取及其87Sr/86Sr的测定,结合沉积物中Rb/Sr的变化,指出Sr同位素组成特征可有效指示源区化学风化和沉积区古环境变化;依据酸溶组分中盐度指标Sr/Ca, Sr/Ba值与Sr同位素组成曲线的对比分析,揭示酸溶组分Sr同位素可以较好的指示水体形成时的盐度。通过分析贝壳堤剖面化学风化和部分盐度变化过程,探讨了研究区晚更新世39.6~ 17.1 ka BP(未经校正的AMS 14C测年结果,全文同)湖泊高湖面的演化历史。     

Sr/Sr and Sr/Ca in speleothems for paleoclimate reconstruction in Central China between 70 and 280 kyr ago

Limestone cave deposits (speleothems) provide archives for past changes in regional climates over a range of timescales. While δ¹⁸O and δ¹³C in speleothem calcite have been commonly used for reconstruction of paleoclimates, we report here further efforts in the use of ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and Sr/Ca signals in speleothem calcite to deduce paleomonsoon variability near the Loess Plateau of central China. A two end-member mass-balance model of concentration and isotopic composition of strontium in a cave system is used to estimate variation of the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio in sediments overlying a limestone cave. We show that this ratio reflects climate-driven variations in the provenance and the extent of chemical weathering of the epikarstic sediments. The measurements of ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr made on a well-dated stalagmite, SFL, from Buddha Cave (33^o40N′ 109^o05′E) show ratios of 0.71092 to 0.71133 (±0.00001 as 2σ) during relatively cold periods (e.g., Marine Isotope Stage (MIS) 5b, 5d, and 8), lower than ratios of 0.71133 to 0.71194 during relatively warm periods (e.g., MIS 5a, 5c, 5e, and 7). As changes in the Sr/Ca ratio may affect speleothem ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, we show that the direct use of speleothem ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr is less ideal than our modeled ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr for the exogenic Sr source above the cave as a paleomonsoon proxy. Using the δ¹⁸O, δ¹³C, Sr/Ca, and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr records of the stalagmite, we reconstruct the variability of the East Asian monsoon for the time period between 70 and 280 kyr ago. The results show that summer monsoons were more intense during interglacial periods than during glacial periods.     

桂林地区岩溶水87Sr/86Sr特征

锶是岩石圈上部含量最大的微量元素，其元素及其同位素化学性质都比较稳定。不同水岩作用条件下，锶元素含量及其同位素值都不一样。本文通过对桂林地区的两个典型岩溶地下河系统不同类型地下水样87Sr/86Sr值和Sr含量的分析，得出；流经不同岩层的地下水其87Sr/86Sr值和Sr含量不同，同一地下河系统中不同类型地下水的87Sr/86Sr值Sr含量不同，其值的差异由岩性和水岩作用决定。说明87Sr/86Sr值能反映地下水的形成、径流和混合作用，是较理想的示踪剂，在岩溶水研究中具有很广阔的应用前景。     

高Rb/Sr岩石样品中Sr同位素多接收等离子体质谱分析校正方法研究

在利用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICPMS)进行Sr同位素研究中,⁸⁷Rb对于⁸⁷Sr干扰严重。岩石样品经化学分离后,若Rb/Sr≤0.0005,可以采用传统的Rb干扰扣除方法对⁸⁷Sr/⁸⁶Sr测定值进行准确校正;但如果样品经化学分离后仍含有较高的Rb/Sr比,同量异位素的干扰不能完全消除,则无法准确校正⁸⁷Sr/⁸⁶Sr测定值,直接影响测试结果的准确度。本文针对Rb含量较高的地质样品设计两组实验,确定了⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值与Rb/Sr元素含量比值的关系曲线,并在理论分析的基础上,提出包含同位素分馏校正在内的重叠干扰校正方法。通过实际地质样品验证,该校正方法在较高含量Rb元素共存(Rb/Sr<0.2)的Sr纯化液中,能够较为准确地测量⁸⁷Sr/⁸⁶Sr同位素比值,降低了MC-ICPMS分析地质样品中Sr同位素时对化学分离步骤的要求。而对于Rb/Sr>0.2的地质样品,因仪器分馏效应和记忆效应影响,测试精确度大大降低,无论采用何种校正方法均无法得到准确的Sr同位素组成。     

河北平原地下水锶同位素形成机理

为了研究河北平原地下水锶同位素的来源与形成机理, 对所采水样进行了分析.研究了87Sr/86Sr比值“时间积累效应”: 随着地下水年龄和埋深的增大而增大; 与地下水中过剩4He_exc呈正相关关系, 与δ18O和δD呈负相关关系.探讨了Sr2+与87Sr/86Sr比值的关系, 将地下水分为3类: (1) 中等Sr2+含量与高87Sr/86Sr比值水(Ⅰ类水); (2) 低Sr2+含量与高87Sr/86Sr比值水(Ⅱ类水); (3) 高Sr2+含量与低87Sr/86Sr比值水(Ⅲ类水), 即热水.通过综合分析认为: (1) 河北平原第四系地下水中的放射成因Sr是由富含Na和Rb的硅酸盐矿物风化作用提供的, 主要矿物为斜长石; (2) 黄骅港热水中的放射成因Sr是由碳酸盐溶解形成的, 87Sr/86Sr比值低, Sr/Na比值大; (3) 补给区地下水是由流经火成岩和变质岩区地下水的侧向补给的, 87Sr/86Sr比值中等.第三系地下水放射成因Sr的来源及形成机理尚须进一步研究.      

喜马拉雅河流Sr同位素异常源岩研究现状及研究进展

海洋Sr同位素的变化主要是由陆地河流注入的Sr同位素的变化所引起。在全球河流中,流经喜马拉雅山地河流（恒河—布拉马普特拉河）表现出与世界上其它河流明显不同的特点,具有高87Sr/86Sr、高\[Sr\]的特征。恒河—布拉马普特拉河是世界上第四大河流,是当今世界海洋Sr的重要来源。国际上,目前人们对造成喜马拉雅河流Sr异常的原因（来源）的认识,仍存较大分歧。归纳起来,主要有3种认识：一是认为来源于硅酸盐岩;二是认为来源于碳酸盐岩的风化;三是认为来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化。近年来,作者对高喜马拉雅中央结晶岩系河流Sr同位素异常及其源岩进行的研究表明,高喜马拉雅河流Sr同位素受流域地质作用的强烈影响,呈现出高87Sr/86Sr、低\[Sr\]的特点。对岩石和单矿物的研究表明,中央结晶岩系变质岩（片岩、片麻岩）和花岗岩黑云母中的87Sr/86Sr与\[Rb\]成正比并具有高87Sr/86Sr、低\[Sr\]的特征。黑云母矿物具有的易风化性,为高喜马拉雅河流放射性87Sr提供了主要来源。恒河—布拉马普特拉河的Sr异常（高87Sr/86Sr和高\[Sr\]）则可能是反映了流经整个喜马拉雅造山带河流Sr混合平衡后的特征。     

我国某些元古宙及早寒武世碳酸盐岩石的锶同位素组成

本文报道了我国某些元古宙及早寒武世碳酸盐岩石锶同位素的测量结果，样品采自蓟县中元古界和峡东震旦－寒武系标准剖面，共４６件样品５４个测定数据。样品分析分别在澳大利亚国立大学和宜昌地质矿产研究所同位素实验室进行。取得的测定数据经空白校正和年龄校正，给出样品形成时＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ的初始值，测定中用ＮＢＳ－９８７和ＮＢＳ－６０７标准物质监探仪器状态和分析过程，得到的＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ值的精度好于     

2.5Ma以来大陆风化强度的演变

本次研究得出了２．５ＭａＢＰ以来洛川剖面黄土－古土壤序列的酸不深物＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ、Ｒｂ／Ｓｒ、磁化率和沉积速率的变化曲线。黄土和古土壤酸不深物＾８７Ｓｒ／８６Ｓｒ、Ｒｂ／Ｓｒ和磁化率的变化具有类似的阶段性和周期性,这与晚新生代以来古气候的主要变化以及行星轨道参数相一致。研究证明,黄土和古土壤酸不深物＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ值得化学风化强度的替代指标,沉积速率是物理风化强度的替代指标。自２．５     

Strontium Isotope Composition in Limestones of the Dal’nyaya Taiga Group in the Patom Basin: Vendian Reference Section of Siberia

New data on the 87Sr/86Sr ratio variations in carbonate rocks of the Dal’nyaya Taiga Group in the Vendian reference section (Ura Uplift, Central Siberia) are presented. The 87Sr/86Sr variations correlate with the sequence-stratigraphic scheme reflecting evolution of the paleobasin, δ13C variations, and paleontological data. Limestones with a high (>1050 µg/g) Sr concentration, which do not show any signs of alteration of the Sr isotope system, were used for reconstructing the secular 87Sr/86Sr variations. Increase in the 87Sr/86Sr ratio from 0.70755 to 0.70823 complicated by subordinate fluctuations was established in seawater during the accumulation of the Dal’nyaya Taiga Group carbonate rocks. Duration of the postglacial deposition of the Dal’nyaya Taiga Group is estimated at no less than 14–15 Ma. Secular variations of the 87Sr/86Sr ratio measured in the Dal’nyaya Taiga Group limestones are similar to changes of this ratio after the Marinoan glacial period. The Sr and C isotope correlations suggest a prolonged hiatus between the Dal’nyaya Taiga and Zhuya groups.