早中新世以来南海北部陆坡古生产力的碳酸盐和生物成因Ba元素记录

通过对南海北部ODP1148站岩芯454．8mcd以上（约23．2Ma以来）的175个沉积物样品中CaCO3以及生物成因Ba含量变化的研究,并结合初期对ODP1148站岩芯分析的一些相关地球化学组成结果,探讨了碳酸盐、生物成因Ba作为海洋古生产力指标的影响因素,以及早中新世以来南海北部陆坡古生产力的变化特征。结果显示,除中新世早期（23～21．4Ma）以外,生物成因Ba与CaCO3含量和沉积速率变化有很好的相关性,反映南海北部古生产力变化波动较大。对钻孔中生物成因Ba的研究表明,在沉积埋葬以及埋葬后的保存过程中（特别是在320mcd以下）。生物成因Ba会在少氧或缺氧环境下发生还原反应而迁移,影响了它在古环境研究当中的作用。另外,结合钻孔中CaCO3含量变化的数据,在南海北部陆坡,CaCO3的溶解作用并不是很强,其沉积后保存良好,可作为研究南海北部古生产力的基础性指标。     

微生物成矿

微生物对生命元素如碳、氮、硫、氧和金属离子的代谢作用能显著的改变微生物周边的外部环境和其内部环境。在一系列的生物地球化学过程中,微生物参与了矿产的沉积(生物成矿)或参与了矿石和岩石的溶解(生物风化)。生物成矿作用有两个途径：一个叫生物诱导成矿,通过这个过程,微生物分泌出代谢产物导致了之后的矿物颗粒的沉积;另一个叫生物控制成矿,在这个过程中,微生物在控制矿物成核和生长上起到了显著作用。微生物成因的矿物总体来说颗粒都很小和／或有着独特的同位素特征。最普遍的生物成因矿物有碳酸盐、硫化物和铁的氧化物。细胞表面和其分泌的胞外聚合物的结构可以为离子的浓缩、聚合和矿化提供模板,并起到重要作用。地球材料的仿生合成帮助我们了解了在人工条件下的生物成矿机制。此外,在地质环境中生物成因的矿物还可以作为一种生物信号,用来重建地球和其他行星的起源和演化。     

海水化学演化对生物矿化的影响综述

显生宙非骨屑碳酸盐矿物经历了文石海和方解石海的交替,主要造礁生物和沉积物生产者的骨骼矿物与非骨屑碳酸盐矿物具有同步变化的趋势。这种长期的变化趋势可以用海水化学Mg/Ca摩尔比的变化来解释。流体包裹体、同位素和微量元素等证据也证实了海水化学在地质历史中经历过剧烈的变化。虽然生物诱导矿化和生物控制矿化的相对重要性一直存在争议,但古生物地层记录和人工海水养殖实验结果都表明,海水化学演化对生物矿化有重要的影响,体现在造礁生物群落的兴衰、生物起源时对骨骼矿物类型的选择以及微生物碳酸盐岩在地质历史中的分布等。这些为研究前寒武纪海水化学演化、古气候和古环境的重建、同位素地层对比以及碳酸盐的沉积和成岩等问题提供了新的思路。     

火山作用对碳酸盐岩沉积及成岩的影响

火山作用是熔岩（岩浆）、火山碎屑和火山气体通过火山口喷出到地球表面的现象。火山爆发带来大量火山碎屑物质和气体进入到大气、海洋和陆地环境系统中，这将对其中碳酸盐沉积物的成分、结构、沉积构造、相序及沉积演化过程产生重要影响。火山物质含量的增加不仅会干扰碳酸盐沉积，还能够改变其物理化学性质等，火山沉积物在空间上也遵循粒度分异的规律。在组合方式上往往出现狭义和广义的混合沉积，记录了火山活动的演化。碳酸盐岩主要形成于海洋、湖泊等环境，火山作用可以通过控制基底形态、热液喷涌、不同性质火山碎屑的输入和分布、台地的差异沉降/隆起等，影响生物、沉积水体性质等古环境参数。然而就生物而言，这种影响通常具有破坏性和建设性作用。例如火山灰的埋藏及释放有毒物质会导致生物死亡，而后期火山灰溶解又会释放PO3-、Fe3+、Mn2+等营养离子利于生物生长。就成岩作用及流体性质而言，不同类型的火山物质含不同元素、矿物等，导致流体性质的变化，进而影响成岩作用类型等，如火山灰可以提供Mg2+促进白云石化作用，有利于孔隙的形成，对碳酸盐岩储层的形成有积极作用。因此，研究火山作用对碳酸盐岩沉积、成岩的影响，对油气地质勘探有现实意义。     

晚第四纪湖泊沉积物盐类与碎屑矿物反相关关系的沉积学解释

湖泊沉积物中矿物组合是古气候环境研究的敏感性指标之一, 充分认识湖泊沉积物中各类矿物组合类型、沉积过程, 对正确解释矿物学指标有重要意义. 我国晚第四纪湖泊沉积记录中, 盐类矿物与碎屑矿物含量普遍存在反相关关系, 影响了矿物组合作为气候指标的解释和应用. 从地球科学的角度正确理解这种关系, 可以为湖泊动力学以及古气候环境定量研究提供重要的科学依据. 选择甘肃民勤盆地石羊河下游终端湖猪野泽不同位置5个全新世剖面, 在明确湖泊沉积物来源、搬运方式和沉积动力机制的基础上, 研究了以碳酸盐矿物为主的盐类矿物含量与粒度指标之间的关系. 结果表明:猪野泽各剖面砂层富含的中砂、细砂沉积物主要是来自于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的风成砂; 水动力作用主导了湖相沉积层200 μm以下沉积物的沉积, 风力作用对20~70 μm粉砂组分沉积也有所贡献. 同时, 猪野泽湖相沉积层中高含量的碳酸盐主要来自于流水搬运, 湖相沉积层位200 μm以下的粉砂和极细砂是碳酸盐的主要富集区. 综上所述, 干旱区湖泊沉积物中盐类矿物含量与其沉积过程密切相关, 盐类矿物在全球变化研究中的应用要建立在充分研究其沉积动力机制的基础上.     

冷泉碳酸盐工厂的提出及古气候意义

【意义】碳酸盐工厂的提出及其分类研究对于推动碳酸盐岩沉积学发展具有重要意义,但现行分类方案不足以囊括所有碳酸盐沉积类型,因此亟须从机理和过程层面对碳酸盐工厂类型予以梳理、扩充。【进展】传统碳酸盐工厂的碳源主要为大气—海洋中的无机碳库,而一些特殊海相和陆相碳酸盐工厂的碳则主要源于外源碳库,因而两者具有本质上的区别。后者往往对于追溯深时水体环境和气候事件具有重大意义。【结论与展望】以冷泉碳酸盐岩为例,正式提出“冷泉碳酸盐工厂”概念,综述了其沉积特征、生物组成及生物地球化学过程,并举例阐述其古气候意义。基于外源碳库的碳酸盐工厂类型理应得到重视。     

Citrobacter freundii 作用下球状碳酸盐矿物的形态演化过程研究

不少微生物都具有形成球状碳酸盐矿物的能力。对形成过程的动态跟踪研究是了解球状碳酸盐矿物形成机理的关键。利用光学显微镜和电子显微镜对Citrobacter freundii作用下球状碳酸盐矿物的形成过程进行了跟踪研究。结果表明,纳米晶体在有机物质的包裹下逐渐聚集,最终生长为具有辐射状内部结构和菱形表面纹理的球状构造。在球状构造形成之前,矿物集合体经历了花形、哑铃形、花菜形、纺锤形以及类似于十字形的多种过渡形态。对最初、过渡和最终形态进行总结,有助于理解微生物作用下的球状碳酸盐矿物形成机理,为识别微生物活动在沉积环境中遗留的痕迹提供更多有用的信息。以往的研究极少涉及Citrobacter freundii诱导碳酸盐矿物的形成。研究结果将丰富微生物促进球状碳酸盐矿化的研究内容。     

碎屑岩储层碳酸盐胶结物成因研究进展

在对国内外相关文献充分调研的基础上,对碎屑岩储层碳酸盐胶结物的基本特征、物质来源、成因机制进行系统梳理和论述,总结了不同机制下碳酸盐胶结物的分布规律,并强调了几个需要注意的问题。碳酸盐胶结物具有多类型、多期次和多种分布形式的特征,其物质来源可分为内源和外源2种类型。碳酸盐胶结物可以由砂泥岩协同成岩作用、蒸发作用、生物碎屑溶解再沉淀作用、沉积速率控制作用、热对流作用、深部热流体作用等机制形成。在陆相碎屑岩储层中,砂泥岩协同成岩作用是形成碳酸盐胶结的最重要机制;但在海陆过渡相—海相地层中,除了砂泥岩协同成岩作用外,生物碎屑溶解再沉淀作用、沉积速率控制作用也是重要的碳酸盐胶结物形成机制。不同成因机制下形成的碳酸盐胶结物的矿物类型及特征、控制因素和分布规律存在差异。碳酸盐胶结物成因分析应注意利用δ13C值判断物质来源的不确定性;应重视层序地层和沉积环境在海陆过渡相—海相地层中对碳酸盐胶结的作用;应注意相同的矿物类型(如"铁白云石")或相似的分布特征(如"顶钙")成因的多解性。     

湖泊沉积碳酸盐氧同位素影响因素的定量评估

湖泊自生碳酸盐δ18O是重建湖泊演化历史的重要代用指标,然而由于湖泊沉积物质来源的多元性和沉积过程的复杂性,所获沉积物碳酸盐的δ18O往往具有多解性.在嘎顺诺尔古湖相沉积小狐山剖面,其剖面590 ～500cm层段湖泊沉积物碳酸盐矿物中的方解石逐渐被白云石取代,同时碳酸盐δ18O呈现异常偏重趋势,其幅度达6.1‰.本文以此为例,通过对沉积物碳酸盐矿物类型和碳酸盐δ18O的分析,结合沉积物粒度、TOC和有机碳同位素等代用指标,对碳酸盐δ18O的影响因素进行了定量评估.对小狐山剖面而言,结果显示湖水蒸发浓缩效应和碳酸盐矿物相变均会导致碳酸盐δ18O发生变化,其中碳酸盐矿物相变引起的分馏作用是影响δ18O发生非环境效应的最主要因素之一.小狐山剖面沉积物中白云石较方解石富集δ18O约7.65‰～ 11.02‰,由此估算白云石与方解石之间的分馏作用可以解释δ18O波动约70％.本文研究结果揭示了自然条件下生成的不同碳酸盐矿物相变存在氧同位素分馏,在进行古环境重建的过程中必须对此进行重视和评估.     

生物矿物学的发展与展望

概述了生物矿物学的内容和意义;划分了早期启蒙、造骨矿物、生物矿化作用和生物矿物四个发展阶段,介绍了各个阶段的著名代表性文献、生物矿化理论、国际会议、研究方法和研究中心;指出生物矿物学发展趋势由碳酸盐和磷酸盐到氧化物和硫化物,由生物矿物外部特征到内部特征,由高级生矿体到低级生矿体,由动物到植物和微生物,由鉴定结构和矿物到探讨矿化机理和过程。最后提出在分析、成因、结晶、化石、造岩(矿)、生理、医药、环境和材料等方面的生物矿物学发展方向。     

不同地质储库中的镁同位素组成及碳酸盐矿物形成过程中的镁同位素分馏控制因素

镁同位素在低温地球化学过程中显著的分馏效应,是其示踪地球表生环境演化及物质循环的基础。本文在前人研究的基础上,对地球上不同地质储库中的镁同位素组成及碳酸盐矿物形成过程中的镁同位素分馏控制因素进行了总结:火成岩的镁同位素组成较均一;风化产物总体富集重的镁同位素,且变化较大;碳酸盐岩中灰岩相对白云岩富集轻的镁同位素,但总体上富集轻的镁同位素;岩石类型、风化强度以及植被等因素对河流地表水的镁同位素组成影响较大,导致地表水的镁同位素组成总体变化较大;海水的镁同位素组成均一,平均值约为-0.83‰;低温条件下,控制碳酸盐矿物无机成因过程中镁同位素分馏的因素有矿物相、沉淀速率和温度,其中矿物相是主要控制因素;生物成因碳酸盐矿物镁同位素组成与生物体对含镁碳酸盐矿物的利用形式有关,除了需考虑与无机碳酸盐沉淀类似的控制因素外,还需考虑不同物种对轻、重镁同位素的选择性吸收能力;因生物成因海相碳酸盐矿物几乎都是由最初的无定形相碳酸盐转变而来,故生物成因海相碳酸盐矿物的镁同位素特征不能代表生成无定形相碳酸盐的流体的镁同位素特征。镁同位素在低温条件下具有良好的分馏效应,随着分析测试技术的发展及不同地质储库中镁同位素组成数据的积累和完善,有关表生环境中镁同位素分馏机制的许多问题将逐步得到解决,镁同位素在揭示地球表生环境演化及物质循环方面将发挥更大的作用。     

基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化土体的研究进展

诱导碳酸钙沉积的土体固化是近年来岩土工程领域新兴起的新型环保地基处理技术, 该技术利用产脲酶菌的微生物诱导碳酸钙沉积（Microbially Induced Calcite Precipitation,即MICP技术）或基于脲酶的酶诱导碳酸钙沉积（Enzyme Induced Carbonate Precipitation,即EICP技术）,将松散的土体颗粒胶结成为整体,达到提高土体抗剪强度的目的。与MICP技术相比,EICP技术不存在生物安全风险,无需考虑是否有氧,且可适用于更小粒径土体的处理,因此具备广阔的实际工程应用前景。文章从脲酶类型与来源、EICP固化土体处理方法及EICP固化土体强度增长等方面,对近20年基于脲酶诱导碳酸钙沉积固化土体的研究进行了回顾与总结。     

碳酸盐岩烃源岩判识与实践——以四川盆地为例

碳酸盐岩可以成为烃源岩,并为油气藏提供丰富的烃源,但不是所有碳酸盐岩都可以视为烃源岩。碳酸盐岩在成藏进程中,往往作为输导层或储集层,并常有外源有机质的干扰。碳酸盐岩烃源岩应该是有机质原生赋存(与矿物结合成为沉积的一部分),具有一定丰度值,在适宜的热成熟阶段,同样可以形成液态烃和气态烃。碳酸盐岩烃源岩发育于低能环境的沉积相——开阔海台地相、局限海台地相、生物泥丘相、斜坡相,等等。泥质泥晶灰岩,生物泥—粒泥岩—泥粒岩微相,应该是碳酸盐岩烃源岩的主要岩类。碳酸盐岩烃源岩与油系泥质烃源岩比较,具有油窗凸显且高峰期前移、气态烃峰期不明显且有后延、液态烃产率高的特点。据对碳酸盐岩烃源潜量的评估,它在四川盆地烃源中占20%～25%,为油气成藏作出了重要贡献。     

New Ideas on the Origin of Chalk in Upper Cretaceous Rocks of the Voronezh Anteclise

On the basis of the lithological and mineral composition of chalk, it is concluded that it was formed under various facial conditions. Carbonate sediment accumulated at a shallow depth and underwent wave movements. No correlation is found between the lithological chalk types and the facial conditions of precipitation of the carbonate sediment.     

Metasomatic origin of some of the eclogite-bearing carbonate rocks in the Dabie mountain region, China

Carbonate rocks are one of the major hosts to eclogite in the Mt. Dabie region. Eclogite bodies enclosed in the carbonate rocks occur mostly as knobs, ovoids and lenses measuring centimeters to tens of centimeters in size. The bodies have been intensely carbonatized and usually have transitional contacts with their carbonate hosts. The carbonate rocks have abundant relics of eclogite minerals and their retrogressive derivatives. The REE patterns of the carbonate rocks are characterized by the absence of negative Ce anomaly. These features suggest that a considerable portion of the eclogite-bearing carbonate rocks in the Mt. Dabie region was produced by carbonatization of eclogites and their retrogressive derivatives. These carbonate rocks suffered deformation and recrystallization after their formation. This research project was financially supported by the Ministry of Geology and Mineral Resources (Project No. 9501102-04-1).     

Formation of modern dolomite in hypersaline pans of the Western Cape,South Africa

Authigenic calcite and dolomite and biogenic aragonite occur in Holocene pan sediments in a Mediterranean‐type climate on the western coastal plain of South Africa. Sediment was analysed from a Late Pleistocene coastal pan at Yzerfontein and four Holocene inland pans ranging from brackish to hypersaline. The pans are between 0·08 and 0·14 km² in size. The δ¹⁸O_PDB values of carbonate minerals in the pan sediments range from ?2·41 to 5·56‰ and indicate precipitation from evaporative waters. Covariance of total organic content and percentage carbonate minerals, and the δ¹³C_PDB values of pan carbonate minerals (?8·85 to ?1·54‰) suggest that organic matter degradation is a significant source of carbonate ions. The precipitation of the carbonate minerals, especially dolomite, appears to be mediated by sulphate‐reducing bacteria in the black sulphidic mud zone found in the brine‐type hypersaline pans. The knobbly, sub‐spherical texture of the carbonate minerals suggests that the precipitation of the carbonate minerals, particularly dolomite, is related to microbial processes. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of pan carbonate minerals (0·7108 to 0·7116) are slightly higher than modern sea water and indicate a predominantly sea water (marine aerosol) source for calcium (Ca²⁺) ions with relatively minor amounts of Ca²⁺ derived from the chemical weathering of bedrock.     

Carbonate minerals in Bulgarian coals with different degrees of coalification

Coals of various rank (ranging from lignite to anthracite), and originating from seven coal basins in Bulgaria, were investigated for the occurrence and types of carbonate minerals. The following carbonates are present in their characteristic forms: Calcite (clastic, organogenic, cryptograined, xenomorphic, massive and infiltrational); siderite (cryptograined, xenomorphic both infilling and replacing, massive, euhedral, framboidal and infiltrational both fracture-filling and cleat-filling); dolomite (cryptograined, xenomorphic, massive and infiltrational) and magnesite.Carbonate mineralization depends on the penetration of ready mineral forms and mineralized solutions during peat genesis and the infiltration of mineralized solutions during coalification. The mineral composition of the carbonates in the coals studied and the occurrences of the various carbonate minerals depend on the combination of a series of factors such as: (1) the presence of carbonate rocks in the province feeding the peat bogs; (2) the way and capacity of feeding; (3) acidity (pH) and reducing conditions (Eh) of the environment, (4) tectonic situation during the peat genesis; and (5) availability of infiltrational mineral solutions during coalifications.No infiltrational carbonate mineralization was found in the lignites studied. Due to the combination of the above five factors, bituminous coals from the Balkan basin and the anthracite from Svoge are characterized by the greatest variety of carbonate minerals and their forms.     

地幔橄榄岩中碳酸盐熔体交代作用及其鉴定特征

碳酸盐熔体交代作用是指在地幔碳酸盐熔体与橄榄岩之间的相互作用,是改造地幔的重要方式之一.碳酸盐熔体交代会显著改变地幔橄榄岩的岩石学和地球化学特征.首先,碳酸盐熔体交代作用会改变地幔橄榄岩中的矿物组成和比例.尽管碳酸盐熔体与橄榄岩的反应结果受控于初始反应物成分和反应的温压条件,但多数反应会导致橄榄岩中辉石的比例增加,而且有时还会出现磷灰石、独居石等副矿物.另外,在有些受碳酸盐熔体交代显著的橄榄岩的矿物中不仅可发现大量CO₂流体包裹体和碳酸盐熔体包裹体,也会出现特殊的反应边结构和熔体囊.其次,碳酸盐熔体在改造地幔橄榄岩过程中,会在地幔矿物中留下明显的地球化学指纹.在主量元素特征上,受到碳酸盐熔体交代的橄榄岩中的单斜辉石往往具有偏高的Mg#和Ca/Al比值（>5）;而在微量元素组成特征上的变化更为显著,包括单斜辉石具有高的（La/Yb）_N、Eu/Ti、Zr/Hf、Y/Ho比值,并显著亏损HFSE等.另外,值得注意的是,碳酸盐熔体与地幔橄榄岩反应的程度不同也会导致这些地球化学特征存在差异,因此在判别碳酸盐熔体交代作用时要采用岩石学和地球化学特征相结合,多方面对比分析.对于引起地幔碳酸盐熔体交代作用的交代介质来源的识别主要用Mg-Zn-Ca-Sr等多种同位素体系进行示踪研究,尤其是近年来微区Sr同位素分析方法的建立为地幔碳酸盐熔体交代作用研究提供了重要手段.      

Carbonate platform growth and demise offshore Central Vietnam: Effects of Early Miocene transgression and subsequent onshore uplift

Miocene carbonate platforms cover a large part of the Central Vietnamese South China Sea margin. Early carbonate deposition took place on two regional platforms separated by a narrow depression developed along the trace of the East Vietnam Boundary Fault Zone. West of the East Vietnam Boundary Fault Zone, the Tuy Hoa Carbonate Platform fringes the continental margin between Da Nang and Nha Trang. Here, platform growth initiated during the Early Miocene and continued until Middle Miocene time when regional uplift led to subaerial exposure, termination of platform growth and karstification. East of the fault zone, the Triton Carbonate Platform was also initiated during the Early Miocene. Carbonate growth thrived during Early and part of Middle Miocene time and a thick, clean Lower and Middle Miocene carbonate succession cover the Triton Horst and the Qui Nhon Ridge. During the Middle Miocene, partial drowning resulted in the split-up of the Triton Carbonate Platform. Repeated partial drowning events throughout the Middle and Late Miocene resulted in westwards retreat of platform growth and eventual platform drowning and termination of carbonate deposition. Modern carbonate growth continues on isolated platforms hosting the Paracel Islands farther seawards. The onset of widespread carbonate deposition largely reflects the Early Miocene transgression of the area linked with early post-rift subsidence and the opening of the South China Sea. The mid-Neogene shift in carbonate deposition is interpreted as a consequence of regional uplift and denudation of central and south Indochina starting during Middle Miocene time when the Tuy Hoa Carbonate Platform became subaerially exposed. Stressed carbonate growth conditions on the Triton Carbonate Platform probably resulted from increased inorganic nutrient input derived from the uplifted mainland, possibly enhanced by deteriorated climatic conditions and rapid sea-level fluctuations promoting platform drowning.