层状钙华及其地球化学指标的古气候/环境意义

层状钙华作为高分辨率古气候环境重建记录已被国内外许多学者所关注.钙华的微层厚度、氧碳同位素组成和微量元素的含量都呈现出随季节变化的周期性特点.钙华年层的形成与方解石沉积速率或者微生物生长活性的季节变化有关;氧同位素组成的变化主要受温度和沉积水体的δ18O控制,但蒸发作用(尤其是在干旱区)也有重要影响;钙华的稳定碳同位素...     

磷灰石和方解石微生物风化作用的锶同位素示踪

为研究微生物对磷灰石和方解石的差异风化作用,将一株黑曲霉(Aspergillus niger)和一株青霉(Penicillium sp.)分别培养在含有方解石和磷灰石混合物的培养基中,按不同时间取培养基上清液样品,测定其Ca2+、Sr2+含量及Sr同位素比值.测试结果显示培养基上清液的Sr同位素比值介于端元组分方解石与磷灰石的Sr同位素比值(0.70721-0.70861)之间.基于锶同位素组成的端元模式计算结果表明:在真菌培养前期,黑曲霉优先选择方解石进行风化,而青霉则优先风化磷灰石;随着培养时间的延长,青霉对方解石风化能力逐渐增强.应用Sr同位素方法可示踪识别微生物对不同矿物风化作用的差异性.     

胶东金矿区矿田体系中基性—中酸性脉岩的碳，氧同位素地球化学研究

胶东金矿区矿田体系产出的脉岩是一套富含碳酸盐矿物相的中基性-中酸性脉岩，岩石类型主要有煌斑岩、安山玢岩类。对部分矿田体系产出脉岩的碳酸盐(方解石)碳、氧同位素及全岩氧同位素的研究表明该套脉岩的δ18OSMOW，方解石、δ13CPDB，方解石和δ     

滇西北红山—红牛铜矿成矿物源:矿物学和稳定同位素约束

本文研究了中甸弧南段红山—红牛铜矿主要夕卡岩矿物石榴石和辉石成因矿物学特征,显示矿区石榴石为钙铁-钙铝石榴石系列,早期多为钙铁榴石,晚期为钙铝榴石。矿区部分石榴石在背散射光下可以观察到明显的环带结构,钙铝榴石和钙铁榴石含量差别越大环带越明显。矿区辉石主要为次透辉石和少量的透辉石,表明夕卡岩早期成矿流体为高温、酸性和高氧逸度环境。矿区黄铁矿强富铁亏硫且Co/Ni1,黄铜矿S、Fe和Cu含量较稳定只含有少量的C、Ni和Se,均指示为高温岩浆热液成因。金属硫化物34S众值出现在3.8‰~5.6‰,同时代的石英二长斑岩34S在4.7‰~7.8‰,表明硫主要来自石英二长斑岩。金属矿物和石英二长斑岩铅同位素特征表明,铅主要来自上地壳。石榴石δ~(18)O_(V-SMOW)=6‰~8.8‰,成矿流体δ~(18) OH_2O=4.6‰~7.8‰,反映成矿流体主要来自岩浆热液,且成矿流体存在明显的沸腾作用。夕卡岩矿体中的方解石和围岩方解石C-O同位素研究,指示块状硫化物中的方解石来自岩浆流体,含有硫化物细脉的围岩大理岩中的方解石来自围岩的再结晶作用。     

四川九寨沟景区钙华起源初探

九寨沟风景区以绝美的景色闻名于世。钙华作为其独特景观的重要构成要素,有着重要的观赏价值和研究价值。为了弄清九寨沟钙华的起源,特别是CO2的来源,对九寨沟主要水体的水化学和碳氢氧同位素以及现代钙华的碳同位素进行了取样分析。结果发现:(1)九寨沟水体来源于大气降水的补给;(2)水体中碳酸氢根离子和钙离子浓度较低,主要来源于土壤CO2对碳酸盐岩的溶解;(3)根据碳的来源分类,九寨沟钙华应为大气成因类钙华(或表生钙华);(4)九寨沟珍珠滩钙华与碳酸氢根间较大的碳同位素分馏表明,此处生长的藻类对钙华的形成可能有重要作用。      

钙同位素地球化学研究新进展及其在碳酸岩-共生硅酸盐研究中的应用

作为"非传统稳定同位素"家族成员,钙同位素正受到国际地学界日益广泛的关注.钙是主要的造岩元素,也是生物必需的元素.钙在地球各圈层广泛分布,研究钙同位素的地球化学行为将有助于提高我们对各种生物过程和地质过程的认识.钙同位素测定主要采用热电离质谱仪(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS),分别表示为δ44/40 Ca和δ44/42Ca.目前自然界可观测到的δ44/40Ca变化范围为-2.0‰～6.75‰,约8.7‰.本文系统介绍了近年来钙同位素分析中样品溶解、化学分离、质谱测定以及高温地质过程中的钙同位素分馏及其地质应用等方面的研究成果,尤其对钙同位素在碳酸岩-共生硅酸盐岩研究中的意义、钙同位素组成以及取得的主要认识作了较为全面的介绍.阐述了放射成因40 Ca、部分熔融作用/分离结晶作用、地壳同化作用、古俯冲碳酸盐循环、热液蚀变作用、岩浆起源深度等对碳酸岩、硅酸盐岩的钙同位素组成造成的影响.最后,通过系统对比碳酸岩-共生硅酸盐岩的锂、镁、钙同位素研究成果,认为应该开展多元同位素体系的联合示踪.由于不同同位素体系存在相似性和差异性,而多元同位索体系相结合能有效地加强优势互补,将是同位素地球化学研究发展的一种必然趋势.     

碳,硫同位素储库效应的定量理论模式

根据矿物沉淀作用与瑞利蒸馏过程的一级近似,导出了碳酸盐矿物沉淀时热液的碳同位素储库效应理论模式的定量方程,并在Zheng等的研究基础上给出了硫同位素储库效应的一般化理论模式以及模式参数R与物理化学参量的定量关系。180℃、热液的初始δ~(13)C为-2‰时,沉淀方解石和残余热液δ~(13)C值总体呈下降趋势。当热液以氧化碳为主时,储库效应不明显;若热液含较多还原碳,沉淀方解石的δ~(13)C可从早期较大的正值(5‰-35‰)演化为晚期较大的负值(-15‰--30‰)。封闭体系的同位素储库效应模式至少可为预     

东胜地区直罗组含铀砂岩中方解石的碳氧同位素组成及铀成矿意义

方解石是东胜地区直罗组含铀砂岩中重要的胶结物类型,同时碳酸盐化与铀成矿作用关系密切。通过方解石胶结物岩石学、矿物学、碳氧同位素分析,研究了含铀砂岩中方解石碳氧同位素组成、沉淀机制及铀成矿意义。研究表明,东胜地区砂岩类型为长石岩屑砂岩、岩屑砂岩和石英砂岩,粘土矿物主要由蒙皂石、伊利石、高岭石和绿泥石组成,方解石类型以含铁矿方解石为主,其次为铁方解石。方解石δ~(13)C_(PDB)为-15.7‰~-1.6‰,平均-9.08‰,δ~(18)O_(PDB)为-15.6‰~-10‰,平均-12.4‰,显示其形成与有机酸脱羧作用有关,碳来源为有机碳。碳氧同位素分析数据计算表明,与方解石平衡的水相氧同位素组成变化范围较宽,为-7.66%-9.71‰,推测较轻的同位素组成具有封存大气降水的特征,而较重同位素组成则反映成岩成矿过程中深部富含油气低温热流体的加入。综合分析认为,东胜地区直罗组砂岩中方解石是地表水和深部油气共同作用的结果:早期有机酸促使长石类骨架颗粒溶蚀,形成石英颗粒次生加大边,并伴随着自生高岭石沉淀;后期随着大量烃类注入砂岩中,成岩成矿环境由酸性向碱性转变,还原性增强,介质水中的CO_2与Ca~(2+)圾Fe~(2+)结合形成含铁为特征的方解石,沉淀在原生粒间孔和各类次生溶蚀孔隙中。整个过程都伴随有铀元素运移和沉淀,暗示东胜铀矿床是地表水和深部油气混合作用形成的。     

方解石811N:一种可能的微区碳氧锶同位素分析标准

同位素标准物质是同位素分析的基准物质和数据比较的重要依据。方解石811作为碳酸盐碳氧同位素的实验室标准物质,具有良好的适用性,但由于制备时间久远,存量日益减少,且性状信息缺乏,影响了该标准在微区微量分析中的运用。本次研究选用未制备的811方解石(811N)作为研究对象,结合多种分析技术从不同尺度对其矿物组成、元素含量分布、碳氧同位素组成进行分析,揭示其相关信息及规律,并探讨了其Sr同位素组成,从而为下一步811N的制备和使用提供参考信息,有助于该样在不同碳酸盐分析和研究,特别是微区微量元素和同位素中的运用。实验结果表明,方解石811N较为纯净,主要为方解石,只含有微量的白云石、针铁矿、黏土矿物;除主要化学成分(CaCO₃)外,含有微量的Mg、Mn、Sr、Si、REE、U、Th等元素,Mg、Mn、Sr含量在整体分布上存在一定的变化,但在局部相对均匀。碳氧同位素组成整体差异程度相对较小,且其差异程度和元素均匀性呈对应关系,主要区域碳氧同位素组成均匀。Sr同位素组成在不同区域中无明显差异。本次研究认为811N是合适的碳酸盐碳氧同位素分析标准物质,该样制备后能够满足碳氧同位素分析和研究的需要,同时该样具备适用于微区微量C、O、Sr同位素分析和研究的潜力。     

湘南长城岭锑铅锌矿床方解石Sm-Nd同位素年代学、地球化学特征及地质意义

长城岭矿区位于南岭成矿带与钦杭成矿带的叠合部位,发育多期次的岩浆活动,同时产出锑铅锌多金属矿床和铷等稀有金属矿床,锑铅锌矿床的成矿时代和成矿物质来源研究较为薄弱,本文对与锑铅锌矿共生的脉石矿物方解石开展Sm-Nd同位素年代学、元素地球化学和C-O同位素分析。结果显示:(1)方解石Sm-Nd同位素等时线年龄为151.5±3.2 Ma,表明锑铅锌矿是南岭燕山期成矿大爆发产物,与矿区内花岗斑岩型铷矿(222.5±1.8Ma)属于两期不同成矿作用的产物;(2)方解石稀土元素配分模式为轻稀土元素富集型,Y/Ho-La/Ho分布特征显示方解石为同源热液产物;不同矿物组合的方解石稀土元素变化特征表明,成矿过程中成矿流体的稀土元素总量随成矿作用进行而减少;较负的Eu异常值指示,原始成矿流体亏损Eu元素;(3)热液方解石δ¹³C_PDB值为-5.12‰～-0.63‰,δ¹⁸O_SMOW值为3.80‰～12.69‰,具有明显较低的δ¹⁸O_SMOW值,表明成矿CO₂     

海洋钙同位素分馏机制及其古海洋学应用

钙在海洋中是离子浓度仅次于钠和镁的金属元素,在海洋生物过程及矿物形成中都占据重要的地位。随着同位素分析仪器精度的提高,钙同位素等非常规稳定同位素的研究逐渐成为地球化学的热门,钙同位素在海洋环境中的分馏机制及其在古海洋学中的应用研究不断完善。系统介绍了钙同位素高精度分析的方法和原理,海洋环境中无机成因和有机成因2种钙同位素分馏的机制和应用;通过大量的文献调研综述了钙同位素地球化学研究在古海洋参数恢复上的应用。通过有孔虫Globigerinoides sacculifer的钙同位素具有对温度敏感、温感公式简单、后生成岩作用对其影响小和分析材料完整易得等优点,并同其他传统地质温度计联用,为古海洋研究提供精确的海洋表面温度(Sea Surface Temperature,SST);利用钙同位素值温度相关性较小的钙质壳体来恢复古海洋钙通量;利用无机成因碳酸盐岩盖帽的钙同位素恢复海水CO2-3浓度和研究甲烷渗漏对古海洋环境的影响。     

碳酸钙-水体系氧同位素分馏系数的低温实验研究

碳酸钙是古气候和沉积岩稳定同位素地球化学研究中最常用的矿物 ,因此对碳酸钙水体系氧同位素分馏系数的实验校准已成为稳定同位素地球化学诞生以来的热点和前沿课题。但由于碳酸钙在自然界存在 3种同质多象变体 (方解石、文石和六方方解石 ) ,使人们对碳酸钙矿物与水之间氧同位素分馏系数的实验测定结果存在较大差别 ,当应用到同位素地质测温时 ,会给出显著不同的温度值。正确选用合理的方解石水或文石水体系分馏曲线 ,对低温和环境地球化学研究和应用具有重要价值。文章系统总结和评述了碳酸钙水体系氧同位素分馏系数实验校准的历史、方法和结果 ,对前人在表达方式上的不一致进行了统一 ,对氧同位素分馏的盐效应、动力氧同位素分馏效应和同质多象转变过程中的氧同位素继承性进行了讨论。通过对前人大量实验数据的系统处理并与理论计算相比较 ,推荐了热力学上平衡的方解石水体系氧同位素分馏方程 ,而对于文石水体系 ,理论计算结果尚有待于实验证实。     

若尔盖铀矿田方解石稀土元素与碳氧同位素地球化学特征及其意义

方解石是若尔盖铀矿田与成矿最为密切的脉石矿物之一。方解石的REE地球化学特征研究表明,产于地层中的方解石、矿区中的方解石和含矿方解石具有明显不同的稀土元素组成特征,分别具有轻稀土富集右倾型、重稀土富集左倾型和相对平坦型的3种稀土配分模式。其中产于地层中的方解石明显继承了地层中岩石的稀土元素特征,而含矿方解石表现出与矿石稀土元素相似的特征。碳氧同位素显示地层中的方解石为海洋沉积碳酸盐岩的碳氧同位素组成特征;矿区方解石脉、含矿方解石脉的碳同位素组成明显表现为地幔来源的特点;而矿区方解石脉的氧同位素组成具明显的深部来源特征,含矿方解石脉的氧同位素组成表明在成矿过程中有大气降水的混入。若尔盖铀矿田的方解石主要为热液成因,其矿床成因类型属于典型的热液矿床,成矿流体主要来源于地幔。     

石笋矿物由文石转变为方解石后碳、氧同位素组成的变化

石笋矿物由文石转变为方解石,其碳、氧同位素组成如何变化的认识对于古环境研究具有重要意义。选取江西省神农宫洞石笋SN15进行研究,X衍射分析测试证明其主体部分的矿物组成为文石,部分位置文石转变为方解石。相同层位文石和转变方解石的碳、氧同位素组成分析结果表明,转变方解石与原生文石相比,δ13 C值几乎没有变化;而δ18 O值明显偏负,且不是系统性偏负,偏负范围为0.2‰~1.4‰。因此,原生文石记录的降水氧同位素组成在矿物转变时受到扰动,转变方解石的氧同位素组成信息不能用于高分辨率古气候与古环境研究;碳同位素组成虽然变化很小,使用时也需慎重。     

钙同位素地球化学综述

钙是主要的造岩元素之一,也是生物必需的元素之一,在地球各圈层广泛分布,因此研究钙同位素的地球化学行为有助于提高我们对各种地质过程的认识。特别的是,地表碳酸盐主要是以碳酸钙的形式存在,很大程度上决定了碳循环与钙循环是耦合的。因此,钙同位素是研究碳的再循环的重要示踪剂,可以直接提供深部碳循环的准确信息。和其他非传统稳定同位素体系一样,随着实验技术的进步及多接收电感耦合等离子体质谱(MC ICP MS)和热电离质谱(TIMS)的发展,钙同位素分析方法取得了较大的进步,但目前的测试精度(2 sd)约0.1‰,尚有提升的必要,还需开展更详细的实验工作。目前钙同位素的地质应用主要集中在地球表生低温过程,但高温地质过程中钙同位素的研究越来越引起研究者的兴趣。     

白云鄂博富稀土元素碳酸岩墙的 碳和氧同位素特征

重点解剖了一条距白云鄂博超大型REE-Nb-Fe矿床东矿北东方向2 k m、切割白云鄂 博群H1及H3岩性段的细粒方解石碳酸岩岩墙的碳和氧同位素地球化学特征。结果表明,碳酸 岩的碳同位素组成变化范围较小(δ13C值为－6.6‰ ～ －4.6‰),与正常地幔碳δ 13C值－5±2‰一致;而氧同位素组成变化范围较大(δ18O值为11.9‰～17.7‰ ),显著高于地幔的δ18O值5.7±1.0‰,表明碳酸岩浆在结晶过程中或之后曾与 低 温热液流体发生了同位素交换。碳酸岩墙中白云石与方解石之间的碳和氧同位素分馏均小于 0‰,处于不平衡状态,说明该碳酸岩墙中的白云石与方解石并非同成因矿物,白云石可能 为次生成因的。     

康家湾铅锌矿床方解石的稀土元素和碳-氧同位素地球化学特征

湖南康家湾铅锌矿床是水口山铅锌矿田的重要组成部分,是一个发现较晚、埋深较深的隐伏矿床。作者对该矿2种不同产状的方解石进行了稀土元素和碳-氧同位素研究。研究表明,该矿与黄铁矿、铅锌矿共生的团块状方解石的稀土元素含量较低(4.11×10~(-6)~38.09×10~(-6)),并表现出LREE富集型的配分模式。胶结方铅矿和闪锌矿的脉状方解石,其稀土元素含量更低(1.52×10~(-6)~5.57×10~(-6)),大体表现出MREE富集型的配分模式,轻稀土略微亏损。2类方解石野外产状不同,稀土元素含量差别明显,REE配分模式也不同,暗示其成矿流体性质不同,流体来源也可能不同。这2类方解石的C、O同位素组成亦存在明显差别,脉状方解石的δ~(13)C低于块状方解石,但其δ~(18)O明显大于后者。理论模拟结果表明,该矿方解石的形成是流体沸腾CO_2去气和温度降低造成的,此外大气降水的加入也起到一定的作用。团块状方解石成矿流体的可溶性碳以HCO-3为主,其δ~(13)C、δ~(18)O值分别为-4‰和5‰,是混入了45%左右大气降水的岩浆热液。脉状方解石的成矿流体是来源不同的岩浆热液且混入约10%的大气降水,其可溶性碳以H_2CO_3为主,δ~(13)C、δ~(18)O值分别为-6‰和5‰。     

贵州苗龙金锑矿床方解石微量元素、Sr-Nd同位素地球化学特征及其意义

苗龙金锑矿床位于贵州三都-丹寨金锑汞成矿带,矿体赋存于上寒武统三都组海相碳酸盐岩中。本文对该矿床的成矿期方解石微量元素含量、Sr-Nd同位素组成进行了研究。结果表明,该矿床成矿期方解石稀土元素总量变化范围大(5.98~139μg/g,平均值为43.7μg/g),在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中大多数方解石样品具有轻稀土富集特征((La/Yb)_N=1.84~9.18,(Gd/Yb)_N=2.55~6.14),少量样品表现为中稀土富集特征((La/Yb)_N=0.33~1.39,(Gd/Yb)_N=1.29~2.24)。该矿床成矿期方解石样品不具有Ce异常(δCe=0.97~1.19),但具有Eu异常(δEu=0.61~1.72),指示其形成于相对还原条件下。方解石样品的~(87)Sr/~(86)Sr值为0.7108~0.7144,平均值为0.7119,高于赋矿围岩的~(87)Sr/~(86)Sr值(0.7090),表明成矿流体相对富放射成因锶,其不可能主要由赋矿的三都组灰岩提供,而可能来自富放射成因锶的前寒武纪基底。Sm-Nd同位素研究表明,该矿床成矿期方解石样品可构筑两条Sm-Nd等时线,其对应的等时线年龄分别为273±14 Ma和272±43 Ma,但与地质背景不符,因此该次方解石Sm-Nd同位素定年等时线无地质意义。这种假等时线现象可能是由成矿流体初始~(143)Nd/~(144)Nd不均一造成的。方解石ε_(Nd)(0)(-14.02~-9.48)远小于0,指示成矿流体中的Sm和Nd来源于陆壳。     

兰坪金顶铅锌矿方解石微量元素、流体包裹体和碳-氧同位素地球化学特征研究

金顶铅锌矿矿床成因一直受到广泛关注,但至今没有达成共识,其重要原因之一是对矿床成矿流体性质和来源认识的局限。本文以金顶铅锌矿床成矿早期脉状方解石和晚期结核状方解石为研究对象,系统开展了微量元素、流体包裹体和碳-氧同位素地球化学研究,在此基础上探讨了该矿床成矿流体的性质和可能的来源。研究发现,虽然2种产状方解石都以轻稀土富集、轻重稀土显著分异、配分模式向右陡倾为特征,并且具有相似的Mg、Fe和Mn含量,但它们在微量元素、流体包裹体和碳-氧同位素地球化学特征上亦存在显著差异。脉状方解石相对于结核状方解石稀土元素总量较高,富集Co、Ni、(W)、Mo、Bi;脉状方解石流体包裹体显示相对高温高盐度的特征(T_h>250℃,S>8.0% NaCleqv),而结核状方解石流体包裹体相对低温低盐度(T_h<200℃,S<8.0% NaCleqv); 脉状方解石的碳同位素组成(δ¹³C_PDB=-22.95‰~-2.56‰)较分散,具有多源性,而结核状方解石碳同位素组成(δ¹³C_PDB=-7.02‰~-6.18‰)相对集中,二者的氧同位素组成(δ¹⁸O_SMOW=20.16‰~23.49‰)与沉积岩类似。综合分析认为,金顶铅锌矿成矿期脉状和结核状方解石虽然均属热液成因,但它们分别代表了2类不同性质的热液体系,早期成矿流体为多源的混合流体,成矿过程中可能有深源组分的加入,而晚期成矿流体以大气降水为主。     

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。