生物对环境微量元素和稳定同位素的选择性及研究实例

生物对其生活环境中的不同元素和同位素存在不同程度的选择性吸收、利用和富集。其影响因子分为内因和外因两大类。具体选择机制可以从生物的形态构造直至分子水平上加以解释。当环境中元素、同位素含量发生变化时,生物因其对各元素生态幅和耐受限度的差异而并不完全对环境中化学因子的变化产生一致性的响应。生物对其耐受限度较小的元素保持较高的属内有效性和特异性选择;而对于生态幅较宽的元素,生物属内的特异性选择弱化,生态幅可能与它属生物发生部分重叠。部分生物壳体"第二层"与其围岩碳、氧同位素比值及其变化趋势保持着较好的一致性。上述认识不同程度地在Rhynchospirifer属和Stringocephalus属为代表的腕足动物及其围岩的研究中得到验证。     

生物对环境元素和稳定同位素的选择性及研究实例

利用现代生物学最新研究成果和研究模式,对生物及其生活环境中的元素和稳定同位素之间存在的对应关系进行总结和分析认为,生物因生理、地化环境、元素形态及其利用原则等内外因子而对其生活环境中的元素和稳定同位素存在不同程度的选择性吸收、利用和富集,具体的选择性利用机制均可以从生物的形态构造直至分子水平上加以解释.当环境中元素、同位素含量发生变化时,生物因其对各元素生态幅和耐受限度的差异而并不完全对环境中化学因子的变化产生一致性的响应,分别表现为时代效应、耐受限度效应和生态幅重叠等效应等.部分生物壳体"第二层"与其围岩碳、氧同位素比值及其变化趋势保持着较好的一致性.上述认识不同程度地在泥盆纪腕足类Rhynchospirifer属和Stringocephalus属为代表的生物壳体"第二层"及其围岩的研究中得到验证.     

腕足类化石壳体同位素地球化学在恢复古环境中的应用

地球历史时期的生物硬壳或骨骼记录着丰富的地球过去环境特征的信息,对这些化石成分进行同位素地球化学研究是发掘其中信息、探索地球历史环境变化的有效途径之一。过去四十年来化石同位素地球化学在恢复古海洋环境、气候、盐度以及研究碳、氧同位素长期变化等方面的应用越来越受到人们的重视。腕足类化石壳体是古生代海洋环境恢复的主要手段之一。但这一方法也还存在一定的问题,这些问题集中在腕足壳体是否与其生存的海水存在同位素的平衡、是否存在由于生物生命过程中的新陈代谢作用造成的稳定同位素分馏的同位素生命效应(VitalEffects)、是否保存其原始的同位素信息等方面。详细回顾了腕足类化石壳体同位素——这种在恢复古环境研究中广泛应用方法的发展历史、研究现状、存在的问题,以及不同的学者对这些存在的问题所做的工作和他们对这些问题的不同观点。同时也介绍了这一方法的一些研究新进展。     

川南大湾剖面栖霞、茅口灰岩古岩溶的氧、碳同位素研究

在川南古宋地区的大湾剖面中采集了45个海相灰岩和7个次生方解石样品,同位素分析结果表明,灰岩中的氧,碳同位素组成与沉积环境有关,同样展示出,从88至86层,84至82层以及81到76层随着层位朝向阳新灰岩的底部逐步富含C~(13)和O~(18)。作者认为海相灰岩和次生方解石的碳、氧同位素组成可用来识别古岩溶的存在。并指出,古宋地区的二迭世灰岩中88层,84层和81层是三个古岩溶侵蚀面。     

陆生蜗牛壳体碳氧同位素在古环境中的应用综述

陆生蜗牛壳体碳、氧稳定同位素组成分别受蜗牛生长时期植被中碳同位素组成和大气水中氧同位素组成的控制,已成为古气候和古环境重建的重要代用指标.本文详细介绍了蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素古气候重建的指示机理、样品预处理方法及其在14C测年、古气候和古植被研究中的应用现状.在此基础上讨论了蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素古气候解释中存在的问题,介绍了该领域未来的研究方向与趋势.     

河蚬壳体不同断面碳、氧同位素研究

生物壳体碳酸盐的稳定氧、碳同位素已经被广泛地应用在古气候、古环境研究中,在生物壳体就位分析中,壳体不同断面上同位素的差异将影响对壳体同位素所指示的环境意义的判断,从而对利用其提取气候环境信息造成不利影响。本文对河蚬壳体不同断面碳氧同位素进行了研究,结果表明:河蚬壳体碳同位素变化序列在不同断面上不存在显著差异,因此在做碳同位素时间序列研究时可以不考虑不同断面差异的问题,在取样过程中可以通过延长取样的长度来获得足够量的样品进行碳同位素的测定;而氧同位素变化序列在不同断面上存在差异,因此在进行壳体就位分析研究时,选取不同断面上氧同位素变化序列对研究结果影响较大,存在壳体断面选择的问题,而在取样过程中取样的长度应控制在一定范围内,避免同一生长环上距离较远位置粉末的混合。文中最后根据壳体不同断面同位素差异确定了在壳体就位分析中如何选取研究断面。     

中国现代陆生蜗牛壳体碳氧同位素组成的分布特征及其气候响应

陆生蜗牛壳体碳氧同位素组成记录了环境气候信息,是地质历史时期古环境和古气候重建的一个良好指标。文章在前人对现生蜗牛壳体碳氧同位素的环境意义研究基础上,通过增加对不同气候条件下的新疆地区（受西风带控制）、川西地区（受印度季风控制）以及东北地区（东亚季风北端）的现生蜗牛碳氧同位素组成进行测试分析,结合中国其他地区已有数据,总结探讨所有研究区已有蜗牛壳体碳氧同位素组成的分布规律及影响因子,回归分析蜗牛壳体碳氧同位素组成与降水量、温度、湿度、蒸发量及干燥度等5个气候因子之间的关系。得出以下研究结果：全国范围内的蜗牛壳体碳同位素组成与年均降水量、年均相对湿度具有明显负相关关系,与年均蒸发量及干燥度具明显正相关关系,年均温度大于9.5℃采样点的蜗牛壳体碳同位素与温度呈负相关关系;蜗牛壳体氧同位素组成与各种气候因子之间的关系比较复杂而显示无明显的相关性,可能由于不同区域蜗牛壳体氧同位素对不同气候因子的响应程度不同,也可能是由于蜗牛壳体氧同位素与温度的关系在不同区域存在差异导致。总之,蜗牛壳体碳同位素较为忠实地记录了有效降水引起C3植被同位素变化的信息,而对蜗牛壳体氧同位素记录的信息的解读还不明晰,仍需更多研究。     

碳酸盐岩碳同位素地层学研究中数据的有效性

碳酸盐岩碳稳定同位素组成数据能否有效地反应原始大洋的同位素组成是稳定同位素地层学研究成败的关键,因此,如何准确地判断碳同位素比值的有效性成为该稳定同位素地层学研究中的焦点问题之一。碳同位素值有效性受成岩作用、地层缺失、样品处理过程等多方面因素影响,但成岩作用是诸多因素中最普遍、最主要的,因而正确判别碳同位素值可靠性通常也就是对样品及其同位素组成经受成岩改造程度的评定。确保碳同位素测试结果可靠应主要把握前期严格选样和后期数据分析两个重要环节。前期选样包括野外和室内两步,是在宏观尺度上对数据可靠性的把握;后期数据分析则主要是在严格选样的基础上,利用碳(及附带的氧)同位素自身数据特征以及借助Mn、Fe、Sr等微量元素特征从元素级别的微观角度对同位素值有效性做出进一步判别。     

泥盆纪海水的碳、氧同位素变化——来自腕足化石的同位素记录

生物壳体中的碳、氧同位素一直被用来反演地质历史时期海水同位素组成。具有较强抵抗成岩后生作用(低镁方解石)的腕足化石,分布广泛,被认为是反演古生代海水同位素的理想样品之一。本文通过对四川龙门山泥盆纪保存完好的腕足化石碳、氧同位素的提取,建立该时期海水同位素变化曲线,并对其控制因素进行探讨。研究显示：碳同位素组成在~2‰~+2‰(PDB下同)之间变化。其间经历3个旋回,其相对高值分别对应龙门山地区其中3个成礁期。同时因海平面变化不同,碳同位素表现出正偏幅度的不同。表明生物生长以及海平面变化共同控制着海水碳同位素组成,且生物生长对其影响较大。氧同位素组成在4‰~ -10‰之间变化。在埃姆斯阶对应的甘溪组、谢家湾组以及二台子组时期,氧同位素从-10‰逐渐升高到-6‰。但相对于世界其他地区该时期氧同位素偏低-2‰~ -4‰。可能原因是早期处于封闭海洋环境的平驿铺群时期,淡水注入造成海水氧同位素严重偏负。埃姆斯阶全球海平面上升,广海海水同化作用,氧同位素不断上升。从养马坝至小岭坡组时段内,氧同位素在-4‰~ -6‰之间变化,同世界其他地区相当。其幅度变化表明：温度可能是其控制因素。     

淡水软体动物壳化石碳氧同位素组成及其在恢复古气候环境中的应用

本文研究了昆明滇池和太湖无锡湾软体动物壳化石的碳氧同位素组成,利用化石同位素组成,恢复了昆明盆地百万年以来和太湖无锡湾近四万年以来的古气候环境。研究表明:淡水软体动物壳化石氧同位素组成,在不同的环境条件下,最大差值可达7‰;钻孔中的不同层位的贝壳化石碳氧同位素组成与现代贝壳同位素相比,既有富集重碳氧同位素的层段,也有富集轻碳氧同位素组成的层段,氧同位素变化周期为十万年;富集轻碳氧同位素组成层段与湿润期对应,而富集重碳氧同位素组成层段与干燥期对应。化石氧同位素记录了昆明盆地古气候干湿变化有十万年的周期,随时代变新,气候逐渐干燥;以化石碳氧同位素为主,综合沉积物特征,推断太湖无锡湾近20m地层形成于近四万分年至今,气候温和潮湿,环境可能为河口相。     

Geochemical constraints on the origin and environment of Lower Cambrian,selenium-rich siliceous sedimentary rocks in the Ziyang area,Daba region,central China

The Ziyang area is one of the two major regions of central China subjected to selenium (Se) poisoning. Systematic studies of Se contents of different lithologies from this area indicate that Lower Cambrian, carbonaceous, and siliceous strata host the highest Se contents (with Se contents of up to 278 ppm). We have investigated their geochemical characteristics (major and trace elements, and Si and O isotopes), origin, and sedimentary environment of formation. The siliceous rocks are characterized by a wide range in major elements, and are enriched in Se, Ba, Cu, Ni, V, As, Sb, and U relative to average continental crust. They are also enriched in light rare earth elements relative to heavy rare earth elements (La_N/Yb_N?=?1.64–35.7) and show weak or moderate negative Ce anomalies and strong positive Eu anomalies. δ³⁰Si_NBS-28 and δ¹⁸O_V-SMOW values range from –0.3‰ to 0.6‰ and 16.1‰ to 21.7‰, respectively. The homogenization temperatures of inclusions within the studied samples range from 113°C to 319°C, and their salinities from 1.2 to 13.7 wt.% NaCl equivalent. Our results suggest that the studied siliceous rocks resulted from hydrothermal sedimentation in a relatively anoxic semi-deep sea sedimentary environment. The hydrothermal fluid responsible for Se-mineralization involved the mixing of low-temperature high-salinity fluid, low-temperature low-salinity fluid, and a high-temperature low-salinity basinal fluid in the NaCl–(KCl)–H₂O system.     

川东北地区下寒武统龙王庙组白云岩成因分析

通过剖面实测、薄片鉴定、阴极发光分析和地球化学分析,对川东北地区下寒武统龙王庙组白云岩成因进行了研究。研究结果表明:研究区龙王庙组自下而上发育灰岩—过渡岩性—白云岩,以颗粒结构为主,白云石主要为泥—粉晶,呈它形—半自形晶,阴极发光呈昏暗光—暗红光。样品的MgO与CaO呈负相关,白云岩Mg2+/Ca2+较低,高Na含量,低Sr、Fe、Mn含量,白云石有序度较低,各岩性稀土元素配分曲线平行一致分布,δCe无异常,δEu负异常,灰岩δ13C偏正、δ18O处于同期海水内,白云岩δ13C、δ18O偏正,87Sr/86Sr高于同期海水值。结合区域地质背景、岩石学特征和地球化学分析结果,研究区白云石化流体为高盐度蒸发海水,研究区白云岩为渗透回流白云石化作用形成。     

Lithological and Geochemical Characteristics of the Paleocene/Eocene Sediments corresponding to the PETM Biospheric Event in the Eastern Crimea (Nasypnoe Section)

The paper reports lithological and geochemical data on the stratigraphic interval corresponding to the Paleocene/Eocene Thermal Maximum (PETM) event in the Paleogene section of Eastern Crimea (Nasypnoe section). The section is located on the western continuation of the sublatitudinal profile consisting of 15 PETM sections spanning the area from Crimea to Tajikistan (over 2500 km). It is shown that PETM sediments have the negative δ¹³C and δ¹⁸O isotope excursions and are enriched in kaolinite, which is typical of most sections of this interval around the world. At the same time, the extremely low content of organic matter (OM) in sediments of the Nasypnoe section makes them sharply different from the highly carbonaceous rocks of the PETM interval in Central and Eastern Caucasus, and Central Asian regions. This is correlated with the low contents of many chemical elements in the studied rocks, and their extremely high contents in the highly carbonaceous rocks of the easterly sections. Thus, Eastern Crimea in the end of the Paleocene?beginning of the Eocene was occupied by the low-bioproductive marine paleobasin, whereas the coeval paleobasin in Central Asia was characterized by extremely high bioproductivity owing to the presence of significant amount of phosphorus.     

广西大厂矿田拉么-羊角尖一带含矿地层元素地球化学特征及其指示意义

广西大厂矿田锡矿体主要赋存于上泥盆统,锌铜矿体主要赋存在锡矿体的下部,以中泥盆统为主。通过对拉么-羊角尖一带四个钻孔中不同深度、不同岩石类型样品成矿元素含量的系统分析,探讨了成矿元素在空间上的变化规律。结果显示,绝大多数成矿元素在岩体中含量最低,向上至各个地层中呈锯齿状变化,而且多数成矿元素的高值点并没有在岩体的内部或边缘,而是远离一段距离,Zn、Cu集中在罗富组灰岩蚀变后的透辉石绿帘石化矽卡岩中。这种元素含量的变化一方面反映了成矿元素运移的方向是由下而上,另一方面也反映了成矿元素的富集与岩石类型密切相关,说明矿床为岩浆热液成因。     

黔西北天桥铅锌矿床热液方解石C、O同位素和REE地球化学

利用连续流动质谱和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对黔西北天桥铅锌矿床原生矿石中脉石矿物热液方解石C、O同位素组成和稀土元素含量进行了分析,结果表明热液方解石C、O同位素组成相对均一,不同标高方解石C、O同位素组成不具明显差别,其δ13CPDB和δ18OSMOW分别为-3.4‰～-5.3‰和14.7‰～19.5‰,在δ13CPDB-δ18OSMOW图上介于原始碳酸岩与海相碳酸盐岩之间。热液方解石总稀土元素含量较低(ΣREE=6.80×10-6～49.1×10-6),表现为轻稀土富集、Eu负异常的"M"型,其Eu/Eu*变化范围为0.30～0.55,与硫化物具有相似的稀土配分模式。根据热液方解石与蚀变围岩、远矿围岩及不同时代地层碳酸盐岩的C、O同位素组成和REE含量特征对比结果,结合前人研究成果,认为该矿床成矿流体具"多来源混合"特征,其中围岩碳酸盐岩为成矿流体提供了主要的C和REE来源,地层中膏岩海相硫酸盐岩为成矿流体提供了主要的S来源,而成矿流体中的水则主要为变质基底昆阳群等提供的变质水,并受到大气降水的影响。     

Geological characteristics and metallogenic significance of the Devonian intermediate-basic volcanic rocks in the Dachang deposit, Guangxi Zhuang Autonomous Region

Recently discovered intermediate-basic volcanic rocks in the Devonian strata at Dachang, Guangxi Zhuang Autonomous Region are dominated by basalts and andesites. Most of them belong to the calc-alkali and alkali series. Petrology and geochemistry data indicate that the volcanic rocks may be formed in a continental rift environment. The volcanic rocks are in conformable contact with the overlying and underlying wall rocks, with such typical sedimentary structures as laminated and striped ones, and the host rocks of the volcanic rocks contain lots of marine fossils such as tentaculite. Many pieces of evidence indicate that the eruption environment of the volcanic rocks is a sea-facies one. The volcanic rocks are of the LREE-enrichment type, with high ratios of light rare-earth elements to heavy rare-earth elements. In addition, they display moderately negative δEu anomalies and moderately negative δCe anomalies with a higher degree of LREE and HREE fractionation. Through the Q-cluster analysis of the REE samples, it is indicated that the ores have a closer relation with the layered volcanic rocks, and also possess a certain inheritance-consistency relationship with the layered volcanic rocks. The source of ore-forming materials may be related with volcanism. It is proposed that the ore deposit in the study area should be genetically explained as the result of marine volcano-sedimentary exhalation of hot water and late superposition-reworking.     

滇东北镇雄西部栖霞—茅口组碳酸盐岩地球化学特征及环境意义

镇雄县安家坝一带中二叠统栖霞组-茅口组地层出露较好,沉积连续。以此剖面为基础,连续采集碳酸盐岩样品42个,根据其显微特征、元素相关性、元素组份含量及相关元素的比值特征,探讨了研究区碳酸盐岩沉积地球化学特征与古环境意义。研究表明(1)样品中CaO与SiO_2、MgO呈现出比较明显的负相关关系,且后两者在岩石中的含量很低,说明样品在沉积和成岩过程中受陆源物质影响或改造的程度较小。(2)通过对元素含量以及相关元素比值的垂向分布特征分析,如Sr/Ba、MgO/CaO和V/V+Ni等,对不同沉积阶段进行了古水深和古氧相等方面的研究,数据表明茅口组沉积环境相比栖霞组具有较明显的差异。     

塔里木盆地卡塔克南缘中2井良里塔格组碳酸盐岩沉积地球化学特征

卡塔克隆起北坡的上奥陶统良里塔格组台缘带的礁滩相孔洞缝储集体是油气的重点勘探领域。中2井是卡塔克隆起南坡的第一口以查清卡塔克隆起南缘下古生界碳酸盐岩台缘结构、探索良里塔格组礁滩相孔洞缝储集体为目的区探井。对中2井良里塔格组取心段的碳酸盐岩沉积亚相分析表明:良里塔格组发育以苔藓虫、四分珊瑚格架岩及障积岩为特征的礁-滩-丘沉积组合。而对中2井的良里塔格组以及一间房组、鹰山组碳酸盐岩沉积地球化学分析及其对比研究表明:良里塔格组碳酸盐岩为正常的海水沉积环境,陆源碎屑较少(<0.5%),其中,稀土总量平均为8.65×10-6,LREE/HREE平均为6.20,87Sr/86Sr平均值为0.70843(n=12),变化范围是0.70800~0.70882,波动较小;纵向上,沉积水体向上变浅,为亚氧化或弱还原条件沉积环境,δEu平均为0.67、δCe平均为0.80;较好地保留了原始海水中稳定同位素特征,全岩的1δ8OPDB=-7.3‰~-3.2‰(平均为-4.4‰),1δ3CPDB=1.8‰~3.1‰(平均为2.7‰),与全球晚奥陶世海水或碳酸盐岩对应的平均值相近,反映了后期成岩改造作用较弱。     

河南桐柏县破山银矿和银洞坡金矿的硫同位素研究

河南桐柏县围山城金银成矿带的破山银矿和银洞坡金矿位于河前庄背斜的轴部和两翼,围岩为歪头山岩组,矿体受地层和构造的双重控制。两个矿床的矿石硫同位素δ34S值变化范围很窄,位于-1.8‰～5.3‰之间,具塔式效应,与围岩的硫同位素组成类似,具有深源硫的特征,由混合总体筛分可推测围岩提供了大部分硫源,破山银矿δ34S∑S为2.8‰左右。同时赋矿围岩的Au、Ag含量远远高于地壳丰度,因此可推断成矿物质主要来源于围岩歪头山岩组。     

西沙石岛生物礁的矿物组成及其环境指示意义

通过对西科1井岩心碳酸盐岩样品进行矿物组成分析, 来研究礁体的发育过程和古海洋环境的变化.初步研究结果表明: 西科1井岩心碳酸盐岩的矿物由低镁方解石、高镁方解石、文石和白云石组成.矿物组成特征表明, 井深35.4 m处为一重要的地层界面或环境变化界面.在岩心(井深0~748 m)中共识别出5个白云岩层, 其中上新统莺歌海组一层(井深: 289.3~312.3 m, 厚约23 m), 上中新统黄流组三层(分别位于井深: 373.3~412.7 m, 厚约39.4 m; 424.7~450.6 m, 厚约26.1 m; 469.70~564.96 m, 厚约95.2 m), 中中新统梅山组一层(井深: 615.20~636.96 m, 厚约21.7 m).各层的白云岩化程度不尽相同, 5层白云岩中白云石矿物含量的最大值在79.3%~100%之间.生物礁的发育主要受控于古海洋环境的变化, 与古气候变化有关的海平面升降间接地控制了岛礁碳酸盐岩的白云岩化作用.石岛西科1井中的5层白云岩应该是在较长时间稳定环境条件下发育而成, 主要应该是蒸发泻湖渗透回流作用下早期形成的方解石类碳酸岩白云岩化的结果, 但并不排除混合水白云岩化作用的可能性.