I/(Ca+Mg)作为指示碳酸盐沉积氧化还原条件的重要指标: 研究进展与问题评述*

海水氧化还原条件显著影响真核生物的起源与早期演化,但以往有关早期海水氧化还原条件研究的对象,主要依赖相对深水的细粒碎屑岩沉积(如黑色页岩),而对真核生物集中分布的浅水环境中的碳酸盐岩关注不够且手段缺乏。这显著制约了对真核生物起源与早期演化机理的认识。近年来,有学者提出碳酸盐岩的I/(Ca+Mg)值可作为反映海洋氧化还原条件的重要指标,并将其广泛应用于海相碳酸盐岩的古氧相研究中。该指标的提出主要基于对现代海洋碘组分的观测以及室内方解石合成实验结果: 观测结果表明,海水中的碘主要以氧化态(IO₃^-)和还原态(I^-)2种形式存在,随着氧含量的下降(如在氧极小带),氧化态的碘被逐步转换为还原态的碘,且海水中的IO₃^-浓度与海水氧含量大体呈正相关。实验研究证明,IO₃^-可按一定的分配系数进入到碳酸盐矿物晶格中,但I^-则不能。由于IO₃^-/I^-的还原势能与O₂/H₂O的还原势能接近,因此I/(Ca+Mg)值是最早响应海洋氧含量下降的指标之一,可用于表征深时(如前寒武纪)次氧化环境中表层海水的氧含量波动。此外,学者们也尝试建立I/(Ca+Mg)值与氧含量之间的半定量关系,如I/(Ca+Mg)值大于0和2.5μmol/mol这两个临界值所对应的海水氧含量。结合大量现代缺氧水体和氧极小带中碘组分与溶解氧浓度相关关系的研究,作者提出I/(Ca+Mg)=1.5μmol/mol为重要的临界值之一,可用于限定初级生产力在表层海水中所能产生的最大氧浓度值(~10 μM),并能进一步区分海水和大气的氧化。此外,对I/(Ca+Mg)值的应用进展及潜在问题进行评述,并对可能的发展方向进行展望。     

华北中元古代浅海碳酸盐沉淀方式变化:海水氧化还原条件波动的响应?

海相碳酸盐的沉淀方式被认为与水体氧化还原条件密切相关,即太古宙至古元古代缺氧的铁化海水中碳酸盐沉淀抑制剂Fe~(2+)和Mn~(2+)强力抑制灰泥在水柱中成核,但允许文石直接在海底生长,从而导致大量文石以海底沉淀方式产出,而新元古代适度的氧化海水则有利于灰泥以水柱沉淀方式形成。然而,碳酸盐沉淀方式的长期变化还可能受控于其他因素,其与海水氧化还原条件之间的关系还需要通过大量具体实例来验证。针对上述科学问题,笔者选择碳酸盐沉淀方式尚处于过渡时期的华北中元古界碳酸盐岩为研究对象,开展碳酸盐沉淀方式及与之对应的氧化还原条件研究。结果表明,华北高于庄组三段(约1.56 Ga)、雾迷山组四段下部(约1.48 Ga)和铁岭组二段(约1.44 Ga)发育大量灰泥水柱沉淀,其Ⅰ/(Ca+Mg)值较高(普遍大于0.5μmol/mol)、Ce负异常(低至0.8),指示适度氧化的条件;而高于庄组四段下部(约1.55 Ga)和雾迷山组二段中部(约1.50 Ga)则发育大量纤维状文石海底沉淀,其Ⅰ/(Ca+Mg)值约为0,指示次氧化至缺氧的环境。因此,本研究首次用大量实例证实了前寒武纪海水氧化还原条件对碳酸盐沉淀方式的重要调控作用,并且后者可作为海水氧化还原条件分析的重要指标,适用于高效开展长序列、多剖面的低氧背景下前寒武纪碳酸盐岩地层的氧化还原条件分析。     

华北中元古代浅海碳酸盐沉淀方式变化:海水氧化还原条件波动的响应?*

海相碳酸盐的沉淀方式被认为与水体氧化还原条件密切相关,即太古宙至古元古代缺氧的铁化海水中碳酸盐沉淀抑制剂Fe²⁺和Mn²⁺强力抑制灰泥在水柱中成核,但允许文石直接在海底生长,从而导致大量文石以海底沉淀方式产出,而新元古代适度的氧化海水则有利于灰泥以水柱沉淀方式形成。然而,碳酸盐沉淀方式的长期变化还可能受控于其他因素,其与海水氧化还原条件之间的关系还需要通过大量具体实例来验证。针对上述科学问题,笔者选择碳酸盐沉淀方式尚处于过渡时期的华北中元古界碳酸盐岩为研究对象,开展碳酸盐沉淀方式及与之对应的氧化还原条件研究。结果表明,华北高于庄组三段(约1.56 Ga)、雾迷山组四段下部(约1.48 Ga)和铁岭组二段(约1.44 Ga)发育大量灰泥水柱沉淀,其Ⅰ/(Ca+Mg)值较高(普遍大于0.5 μmol/mol)、Ce负异常(低至0.8),指示适度氧化的条件;而高于庄组四段下部(约1.55 Ga)和雾迷山组二段中部(约1.50 Ga)则发育大量纤维状文石海底沉淀,其Ⅰ/(Ca+Mg)值约为0,指示次氧化至缺氧的环境。因此,本研究首次用大量实例证实了前寒武纪海水氧化还原条件对碳酸盐沉淀方式的重要调控作用,并且后者可作为海水氧化还原条件分析的重要指标,适用于高效开展长序列、多剖面的低氧背景下前寒武纪碳酸盐岩地层的氧化还原条件分析。     

豫西下二叠统太原组遗迹化石与古氧相的响应特征

基于对豫西禹州和焦作地区下二叠统太原组中的遗迹化石组成与产状特征的研究,以及对不同颜色Zoophycos潜穴充填物中碳氧同位素和微量元素含量的测试分析,取得成果如下:(1)灰白色充填物中δ~(13)C值较低,主要介于-2‰~-4‰之间;灰色充填物中δ~(13)C值大多在-0.8‰~-2‰之间。二者的V/(V+Ni)值均小于0.46,Ce/La值均小于1.5。反映其为富氧相,即氧化环境。(2)红褐色充填物中δ~(13)C值一般在-0.2‰~-0.9‰之间,V/(V+Ni)值大于0.46,反映其为贫氧相,即弱还原环境。(3)黑色充填物中δ~(13)C值最高,多数在0.2‰~1.6‰之间,Ce/La值大于1.8,反映其为厌氧相,即还原环境。综合分析上述特征,提出了3种古氧相(富氧相、贫氧相和厌氧相)的遗迹化石响应关系及其形成的沉积背景模式。这一研究成果可为精细分析豫西下二叠统太原组碳酸盐岩的沉积环境演变规律提供直观的生物遗迹识别标志。     

豫西下二叠统太原组遗迹化石与古氧相的响应特征*

基于对豫西禹州和焦作地区下二叠统太原组中的遗迹化石组成与产状特征的研究,以及对不同颜色Zoophycos潜穴充填物中碳氧同位素和微量元素含量的测试分析,取得成果如下: (1)灰白色充填物中δ¹³C值较低,主要介于-2‰~-4‰之间;灰色充填物中δ¹³C值大多在-0.8‰~-2‰之间。二者的V/(V+Ni)值均小于0.46,Ce/La值均小于1.5。反映其为富氧相,即氧化环境。(2)红褐色充填物中δ¹³C值一般在-0.2‰~-0.9‰之间,V/(V+Ni)值大于0.46,反映其为贫氧相,即弱还原环境。(3)黑色充填物中δ¹³C值最高,多数在0.2‰~1.6‰之间,Ce/La值大于1.8,反映其为厌氧相,即还原环境。综合分析上述特征,提出了3种古氧相(富氧相、贫氧相和厌氧相)的遗迹化石响应关系及其形成的沉积背景模式。这一研究成果可为精细分析豫西下二叠统太原组碳酸盐岩的沉积环境演变规律提供直观的生物遗迹识别标志。     

华北地台中元古界雾迷山组浅海脉冲式增氧

氧气对真核生物的起源和早期演化至关重要,但是有关元古宙中期大气和浅海氧气浓度的限定却分歧很大,目前存在持续低氧(<0.1%~1%现代大气水平,PAL)、相对高氧(>4%PAL)和动态波动等多种观点。为了进一步揭示真核生物集中分布的浅海水体的氧化还原条件,文中选择华北中元古界雾迷山组四段下部环潮坪碳酸盐岩为研究对象,通过稀土Ce异常重建当时正常浪基面之上海水的氧化还原状态。结果表明,雾迷山组四段下部1段厚约150m的碳酸盐岩地层(~1480-1475Ma)具有明显的Ce负异常(Ce/Ce^*=0.82±0.11,n=10),而下伏和上覆地层均为具弱Ce正异常的碳酸盐岩,可能代表了1次持续时间约5Ma的浅海脉冲式增氧过程。该层段的脉冲式增氧可能表明元古宙中期浅海氧气浓度存在频繁波动,并非处于稳定的低氧或相对高氧平台状态。该研究成果有助于进一步确定元古宙中期浅海氧化还原状态和演变特征,并为探讨海水氧化还原状态对早期真核生物演化的影响提供重要信息。     

利用碳酸盐岩的Fe/Mn比值恢复海洋的氧化还原状态

碳酸盐岩的Fe/Mn元素比值,作为一项新的地球化学指标,可以用于恢复海洋的氧化还原状态.在氧化条件下,Fe³⁺和Mn⁴⁺均不可溶,因此氧化海水中的溶解Fe和Mn的含量均很低.Fe³⁺和Mn⁴⁺在还原条件下可以被细菌还原为可溶的Fe²⁺和Mn²⁺,而氧化还原电位的计算表明,Mn⁴⁺的还原要早于Fe³⁺的还原,因此细菌的Mn还原过程发生在沉积物的更浅层.可溶的Fe²⁺和Mn²⁺向上扩散到海水中,替代碳酸盐岩晶格里的Ca²⁺,因此碳酸盐岩晶格中的Fe²⁺和Mn²⁺的含量受控于来自沉积物孔隙水的扩散,而后者又与水岩界面的氧化还原状态相关.因此可以预测,随着海水变得逐渐缺氧,碳酸盐岩中的Fe/Mn比值会逐渐增高.为了验证这一假说,我们分析了中元古代高于庄组白云岩的Fe/Mn比值.研究发现,几乎所有的样品的Fe/Mn比值介于20～30之间,显著高于泥盆纪末期深水碳酸盐岩和浅水台地碳酸盐岩的Fe/Mn比值.高于庄组碳酸盐岩高的Fe/Mn比值一方面可能指示了中元古代低的大气氧气浓度和海洋的广泛缺氧,也可能反映了白云岩形成于缺氧的沉积物空隙水里.     

古元古代大氧化事件(GOE)前后海洋环境的变化: 来自华北条带状铁建造(BIF)岩相学和地球化学的证据*

条带状铁建造(BIF)是形成于前寒武纪海洋中的化学沉积岩,记录了古海洋氧化还原状态的重要信息。华北克拉通广泛分布的新太古代和古元古代BIF,是了解古元古代大氧化事件(GOE)前后古海洋氧化还原环境变化的理想对象。初步研究表明,华北克拉通新太古代BIF主要为磁铁矿型氧化物相和硅酸盐相,极少数出现碳酸盐相;古元古代BIF包括赤铁矿型和磁铁矿型氧化物相、硅酸盐相和碳酸盐相,其中赤铁矿相是古元古代BIF独有的。以上矿物学特征表明,新太古代和古元古代水体的氧化还原条件是不同的。华北克拉通新太古代BIF的稀土元素组成缺乏强烈的负Ce异常,反映同期海水氧含量非常低,为缺氧状态; 但少量BIF也包含有负Ce异常,同时具有较大变化范围的Th/U值,指示新太古代海洋的局部水体氧含量相对较高,呈弱氧化状态。与新太古代BIF相比,古元古代BIF的Ce异常变化较大,包括无异常、正异常和负异常,尤其是赤铁矿相BIF具明显的负Ce异常,表明古元古代水体的氧含量和氧化还原结构已发生了明显变化; 结合华北克拉通BIF的Ni/Co、V/(V+Ni)和Th/U等比值特征,认为古元古代海洋呈次氧化—氧化环境。新太古代BIF 强烈富集重铁同位素,S同位素非质量分馏效应较为明显;而古元古代BIF相对富集轻铁同位素,S同位素非质量分馏效应不明显。综上,新太古代海洋环境整体缺氧,但局部可能存在氧气“绿洲”,暗示光合产氧作用在太古代晚期已经存在;大氧化事件期间及之后的古海洋总体具上部氧化、下部还原的分层特征。     

利用富钴结壳碳酸盐基岩有孔虫矿物标型重建古海洋温度

重建古海洋海表温度(SST),是研究地质历史时期气候变化控制过程的关键。组成有孔虫化石的矿物Mg/Ca值是海水温度的可靠代用指标,是重建古海洋SST的一个非常好的手段。麦哲伦海山区的富钴结壳和基岩中普遍存在有孔虫化石,这对重建该区的SST有重要意义。利用LA-ICP-MS测得西太平洋麦哲伦海山区富钴结壳碳酸盐基岩中8颗浮游有孔虫化石Globigerinoides sacculifer的Mg/Ca值为3.84±0.36(mmol/mol),通过线性公式:T(℃)=2.898Mg/Ca(mmol/mol)+13.76及已有的定年数据,得到0.91Ma±西太平洋麦哲伦海山区海表温度为24.9+1.1/-1.0℃,未能检索到前人关于该区0.91Ma±前海表温度数据。     

唐古拉山发源的河水主要元素与锶同位素来源及环境意义

发源于唐古拉山山脉的河流在青藏高原地区具有流域面积大、径流距离长以及流量大等特点,与喜马拉雅山地区河流共同组成全球河源区最高的水流系统。它们的物理与化学侵蚀在很大程度上代表了在全球气候变化的条件下,大陆的侵蚀作用所发生的变化,即大陆与海洋的物质运移和平衡。发源于唐古拉山北坡的长江源头主要支流楚玛尔河与沱沱河的物理化学特点是溶解的化学成分含量较高,一般为10.66～410.81mmol/L,主要阳离子为Na+、Ca2+和Mg2+,占阳离子总量的97%以上。Ca2+/Na+、Mg2+/Na+、K+/Na+的比值较低,87Sr/86Sr值为(0.708954±0.000020)～(0.711860±0.000011),表明唐古拉山北坡的河水成分以蒸发岩类溶解为主。发源于唐古拉山南坡的怒江源头以及雅鲁藏布江及其支流等的主要阳离子为Ca2+、Mg2+、Na+,占阳离子总量的97%以上。Ca2+/Na+、Mg2+/Na+、K+/Na+的比值较高,87Sr/86Sr值为(0.705534±0.000016)～(0.722856±0.000014),表现为以碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解为主。长江河源区河水中主要化学成分来自蒸发岩,其中Na+和Cl-在河流水化学成分中占比例最大,经计算,唐古拉山北坡长江源头地区的物理侵蚀率为77kg/(km.2a),蒸发岩的化学侵蚀率为49～72.7t/(km.2a),碳酸盐岩的化学侵蚀率为15～20t/(km.2a),硅酸盐岩的化学侵蚀率为2～5t/(km.2a);南坡物理侵蚀率为34kg/(km.2a),碳酸盐岩的化学侵蚀率为25～30t/(km.2a),硅酸盐岩的化学侵蚀率为7～10t/(km.2a)。这些特征反映出北坡高寒干旱环境下河流蒸发岩的化学侵蚀作用较强,南坡碳酸盐岩和硅酸盐岩的化学侵蚀作用大于北坡。     

湖北古城锰矿Fe同位素特征及其地质意义

本文报导了湖北古城锰矿含锰层位中黄铁矿Fe同位素的研究结果,并利用黄铁矿Fe同位素对黄铁矿成因和大塘坡早期阶段沉积环境的氧化还原状态进行了制约。黄铁矿δ56Fe值变化范围为-0.13‰~+0.54‰,平均值为+0.22‰,显示相对于当时海水（0~-0.5‰）明显富集Fe的重同位素。本文认为黄铁矿的Fe来自海水中Fe2+部分氧化形成的Fe3+,这些Fe3+在成岩过程中被全部还原,与细菌硫酸盐还原作用形成的H2S结合最终以黄铁矿形式保存在沉积物中。大塘坡式锰矿含锰层位中黄铁矿Fe同位素特征表明,古城冰期（Sturtian冰期）结束之后,大塘坡早期阶段海洋深部已经开始氧化,但是并没有完全被氧化。     

海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ~(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10~(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10~(-3)～30×10~(-3),Mo—U富集系数比1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10~(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。     

峡东地区埃迪卡拉系黑色页岩的微量元素和Fe同位素特征及其古环境意义

通过分析宜昌峡东地区九龙湾剖面埃迪卡拉系陡山沱组黑色页岩的微量元素和Fe同位素组成,对埃迪卡拉纪海洋的氧化还原状态进行了制约。黑色页岩氧化还原敏感元素的富集系数以及U/Th、V/(V+Ni)、V/Cr值等在陡山沱期存在着明显的演化趋势。这些趋势显示陡山沱组二段下部水体处于氧化的状态,陡山沱组二段上部水体处于还原状态,陡山沱组四段黑色页岩发育在氧化环境中。同时,陡山沱组二段下部黑色页岩富集重的Fe同位素,表明黑色页岩来自于海水的铁主要是以Fe3+的氧化物或氢氧化物形式沉淀的,进一步说明这个时期的水体处于氧化状态。综合黑色页岩微量元素和Fe同位素信息,显示在埃迪卡拉纪陡山沱早期海水经历了先氧化后还原的过程,陡山沱晚期海水变得氧化了。这种特征与埃迪卡拉纪陡山沱期生物群的出现和演化相对应,说明海洋的氧化为埃迪卡拉纪生物的出现和演化提供了前提条件。     

珠江流域碳酸盐岩与硅酸盐岩风化对大气CO_2汇的效应

对珠江流域11个测站的河水1个水文年4次取样进行水化学和同位素测试分析,揭示无论是碳酸盐岩区还是硅酸盐岩区,岩石风化均使河流的离子成分以HCO3-、Ca2+、Mg2+为主,碳酸盐岩风化溶蚀速率和由碳酸盐岩风化溶蚀引起的大气CO2消耗量分别为27.60 mm/ka和540.21x103mol/(km2·a-1),是硅酸盐岩风化速率和由硅酸盐岩风化引起的大气CO2消耗量的10.8倍和6.7倍,说明碳酸盐岩风化是流域碳汇过程及效应的主体。由于有利的水热条件和高的碳酸盐岩面积比例,珠江流域平均岩石风化速率和由岩石风化作用引起的大气CO2消耗量分别为30.15mm/ka和620.36×103mol/(km2·a-1),为全球60条河流平均值的2.6倍。     

贵州铜仁地区南华系大塘坡组黑色页岩型菱锰矿碳、氧同位素特征及锰矿成矿作用

黔湘渝毗邻区是中国南华纪黑色页岩型锰矿的集中产区,近年来在该区域的找矿勘探取得重大进展。但是,该区域内黑色页岩型锰矿的成矿物质来源、成矿机制以及沉积盆地的氧化还原环境及其与成矿的关系尚存争议。文章对贵州高地锰矿的菱锰矿开展了详细的碳、氧同位素研究,样品采自钻孔岩芯,测试结果表明其δ13CV-PDB值和δ18OV-PDB值全部为负值,变化范围分别在-11.5‰~-6.8‰和-15‰~-3.9‰之间。结合前人研究成果,认为黔湘渝毗邻区南华系形成时古海洋处于氧化还原的分层状态,含锰的陆源碎屑物质通过海水的分解作用首先形成氧化锰和氢氧化锰,在浅水滞留盆地环境下古海水由弱氧化状态转变为还原状态,并在有机质降解作用的促使下使锰的氧化物和氢氧化物转化成菱锰矿,并富集沉积形成大塘坡组黑色页岩型菱锰矿矿床。     

铀同位素示踪早奥陶世特马豆克期海洋氧化还原状态演化

古海洋的氧化还原状态是影响动物演化的重要环境因素之一。奥陶纪特马豆克期处于奥陶纪生物大辐射爆发的前夕，该时期生物多样化水平已经逐渐升高，但前人对该时期海洋氧化还原状态演化仍缺乏深入研究。保存良好的碳酸盐岩地层中的铀同位素能够有效反映全球海洋整体的氧化还原水平。文章对湖北松滋响水洞剖面碳酸盐岩进行了系统的碳、氧同位素和铀同位素分析，结果显示在下奥陶统特马豆克阶底部出现一次显著的碳同位素正漂移事件—TSICE，同时δ²³⁸U均值从-0.65‰±0.12‰增加到-0.26‰±0.15‰，表明该时期海洋经历了从缺氧(铀同位素质量平衡模型计算表明，全球海洋至少被2.56%的缺氧水体覆盖)到氧化程度增高的过程。这一环境变化过程与生物礁组成中的后生动物成分相对于微生物成分明显升高的过程相吻合。发生碳、铀同位素正漂移可能分别与海平面下降及海水表层温度降低而有利于海洋氧化水平提高相关。     

煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg成因机制

山西省阳泉市山底河煤矿“老窑水”循环系统多年水质监测数据计算结果显示,煤矿酸性“老窑水”的Ca/Mg值普遍偏低,且存在Ca/Mg值随酸化程度的增强（SO₄2?含量增加或pH减小）而减小的规律。针对这一问题,结合研究区的地球化学物源条件,通过室内试验以及野外监测水样的石膏、方解石、白云石矿物饱和指数与pH变化关系,分析煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg值的成因机制。研究表明:区内石炭系－二叠系的煤系地层中碳酸盐岩夹层、分散状态分布的菱镁矿、黄铁矿是“老窑水”中Ca2+、Mg2+、SO₄2?的物质来源;在黄铁矿氧化水解形成的以硫酸根为主导的酸性溶液中（pH为2.0~4.5）,代表硫酸对石膏、方解石、白云石可溶解性的饱和指数排序为石膏>方解石>白云石,受石膏在高浓度硫酸活性降低并发生沉淀、方解石溶解受Ca2+同离子效应抑制和饱和状态的平衡调节的综合影响,使Ca2+相对含量减少,由于MgSO₄溶度积大于CaSO₄,故Mg2+含量未受上述约束（或较低）,脱白云岩化反应可因Ca2+含量随石膏沉淀而继续进行,加之区内有菱镁矿的溶解,使得Mg2+相对含量增加,最终出现了镁矿酸性“老窑水” Ca/Mg值低的结果。Ca/Mg值可作为煤矿酸性“老窑水”的污染特征指标,应用于环境影响评价。      

腕足化石古温度研究

温度变化研究是理解地球气候系统变化的关键环节之一.通过对海水温度变化的了解,可以系统地了解全球气候演化规律及其驱动机制.由于腕足化石具有保存完好以及分布年限长等优势,提取腕足化石中氧同位素信息进行古生代海水温度变化研究,已成为常用手段,但利用其Mg/Ca比值进行古温度变化的探讨却很少报道.通过对四川龙门山泥盆纪腕足化石中氧同位素以及Fe、Mn、Sr、Mg、Ca等微量元素的提取,结合微体结构观察、阴极发光等实验,在判定腕足化石保存良好的前提下,发现根据腕足化石中Mg/Ca(mmol/mol,下同)比值计算的温度相比氧同位素推算的温度,同生物学、古地理学证据显示的温度更为接近.此结果可能是由于利用氧同位素计算温度时古海水氧同位素未知及其不稳定性造成的.尽管腕足化石Mg/Ca比值温度计同样受海水的盐度以及pH等因素的影响,但计算结果显示,其反演的古温度比较接近真实的温度变化.      

磷块岩中磷灰石铈异常与地球大气氧演化

新元古代以来,地球大气氧演化经历了2个阶段,但对2个演化阶段的过程争论较大。海相沉积磷块岩中磷灰石稀土元素配分模式表明其可以反映海水稀土组成,其中氧化还原敏感元素铈的异常受海水含量控制,因此可以利用不同地质时代磷块岩中磷灰石铈异常的变化推测大气氧浓度演化。通过收集自陡山沱期到第四纪(570Ma-1Ma)总共9个地质年代13个不同地点220个磷块岩样品的已公布数据,以及贵州织金磷矿中磷灰石钻孔的18个样品稀土元素分析结果。为保证样品反映原始海水的铈异常特征,排除了因中稀土富集而影响铈异常的样品。结果表明,震旦纪陡山沱期到寒武纪样品δCe平均值从0.74减小到0.36,奥陶纪又升高到0.87,表明寒武纪大气氧浓度可能要高于前寒武纪及之后的奥陶纪;泥盆纪样品δCe平均值为0.36,石炭纪与二叠纪样品的δCe达最低值,分别为0.16和0.21,说明从泥盆纪开始的整个晚古生代全球大气氧含量可能达到甚至超过现代水平;从三叠纪开始到第四纪,样品δCe总体保持较低值,平均值为0.24～0.54,表明大气氧含量基本保持现代水平。寒武纪与泥盆纪大气氧含量升高与寒武纪生命大爆发和泥盆纪木本植物的出现吻合,也与海洋碳酸盐岩铈异常及生物地球化学模型研究结果一致。综合分析认为,磷块岩中磷灰石与碳酸盐岩一样可通过铈异常指示大气氧演化;地球大气氧的演化既不是单向也不是简单的两阶段过程,而是复杂的不断波动的过程。     

珠江口盆地白云凹陷深层砂岩储层中碳酸盐胶结作用及成因探讨

通过各类薄片显微镜下鉴定与定量统计,阴极发光、扫描电镜、电子探针、碳、氧及锶同位素、流体包裹体均一温度测试等分析,开展了白云凹陷深水区珠江组和珠海组砂岩储层中碳酸盐胶结物的类型与期次、地球化学特征、成因机制研究。结果显示,存在三期碳酸盐胶结作用,早期主要为方解石,以高Ca、低Fe、低Mg为特征。但珠江组早期碳酸盐胶结物的同位素组成(δ~(13)C_(PDB):-2.43‰~0.29‰,δ~(18)OPDB:-9.79‰~-3.08‰,87 Sr/86Sr:0.7084~0.7109)与珠海组(δ~(13)C_(PDB):-9.37‰~-8.13‰,δ~(18)OPDB:-7.11‰~-7.09‰,87Sr/86Sr:0.7138~0.7142)有一定差异,前者是在浅埋藏阶段从碳酸盐过饱和碱性海水介质中沉淀出的产物;后者与碳酸盐过饱和的碱性淡水有关。中期主要为铁方解石,以高Ca、较高Fe、低Mg、碳和锶同位素组成变化范围较大(δ~(13)C_(PDB):-20.88‰~-5.29‰,δ~(18)OPDB:-11.1‰~-8.99‰,87Sr/86Sr:0.7093~0.7151)为特征,其部分碳源与有机酸脱羧作用产生的CO_2有关,另一部分碳源(δ~(13)C_(PDB):-5.38‰~-5.29‰)可能与深部物质有关。形成碳酸盐胶结物所需的Ca2+、Mg2+、Fe2+等离子来源于砂岩中长石等碎屑的溶蚀、黏土矿物的转化以及深部热液流体。晚期主要为铁白云石(δ~(13)C_(PDB):-2.83‰~-1.83‰,δ~(18)OPDB:-9.45‰~-5.77‰,87Sr/86Sr:0.7101~0.7162),以高Fe、高Mg、较低Ca、碳同位素组成与同期海水基本一致为特征,87Sr/86Sr值低于正常成岩演化形成的碳酸盐,该期碳酸盐胶结物的形成与砂岩中生物碎屑以及先期碳酸盐胶结物的溶蚀再沉淀有关,部分可能受到深部热液流体的影响。