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.     

云南昆明寒武纪早期浅水相磷块岩的氧化还原环境及成因机制

磷是重要的营养元素,与古环境和生命演化密切相关.在埃迪卡拉纪—寒武纪之交,伴随着骨骼化动物的辐射,华南甚至全球广泛沉积了大量磷酸盐,这暗示磷是古环境的变化与生命演化之间关系的桥梁.然而,目前,磷块岩的沉积环境和形成机制尚不明确.为探究磷酸盐富集的沉积环境和形成机理,本文研究了华南寒武纪早期梅树村剖面磷块岩的磷酸盐聚集形式、黄铁矿形态学和稀土元素.磷块岩主要是由结晶氟磷酸钙、隐晶质氟磷酸钙和铁氧化物组成.稀土配分模式均为"帽型"配分模式,与沉积物中铁-锰还原带之中的稀土配分模式类似,表明稀土元素遭受了早期成岩的影响.磷块岩中没有草莓状黄铁矿和较低的Ce负异常(Ce/Ce*=0.50～0.82,平均值为0.70),暗示磷块岩沉积于氧化/次氧化的沉积环境.Eu元素未发生异常(Eu/Eu*=0.92～1.08,平均值为0.98),暗示磷块岩可能未受到热液作用的影响.较高的Y/Ho比值(55.3～74.5,平均值为63.6),与海水Y/Ho比值相似,表明磷块岩来源于海水.鉴于华南寒武纪早期广泛的氧化事件、缺氧分层的海水化学结构和上升流活动,本文认为磷块岩的形成源于氧化背景下较高的磷酸盐浓度和深部还原环境中的磷酸盐随上升流活动携带至氧化-次氧化浅水区域.     

岩溶泉补给地表溪流二氧化碳脱气作用研究

碳酸盐岩风化作用(即岩溶作用)能够吸收大气二氧化碳(CO_2),形成溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon),被认为是一种重要的陆地碳汇,其在全球碳收支平衡和未来陆地增汇中可能会有重要贡献。然而,目前对岩溶碳汇的稳定性还存在争议,一些学者认为岩溶地下水出露地表后会发生CO_2脱气,对岩溶碳汇通量估算带来不确定性。本文以广西桂林长流水表层岩溶泉补给的溪流(约2.7km长)为例,利用水化学和同位素质谱仪测试技术,研究了溪水水化学指标和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))沿流程变化,探讨了溪流CO_2脱气过程、通量及其影响因素,以更好地了解岩溶碳汇的稳定性。结果表明:从泉口向下游,在陡坡地段(C1～C14段,长约270m,坡度约10°),溪水pH值、方解石饱和指数和δ~(13)C_(DIC)沿流程分别升高了0.9、0.9和1.8‰,而CO_2分压、电导率、Ca~(2+)浓度和DIC浓度分别下降了85%、34μS/cm、0.2mmol/L和0.7mmol/L,说明溪水发生了显著的CO_2脱气,并伴随碳酸钙沉淀。而在平缓地段(C18～C26段,长约2.1km,坡度1°),溪水各水化学指标和δ~(13)C_(DIC)变化较小,指示CO_2脱气作用较弱。这些发现表明溪流CO_2脱气受到了地形决定的水动力条件控制。另外,在下游渠段,受支流汇入影响,溪水pH值和方解石饱和指数有所降低,在一定程度上抑制了CO_2脱气。溪流CO_2脱气能够抵消部分岩溶作用固定的大气CO_2量,但是在长流水这一高地势、低流量且有碳酸钙沉积的环境下,其抵消的量也仅占29%。对于在低缓地区受流量很大的岩溶泉/地下河补给的河流,其CO_2脱气作用对岩溶碳汇的影响有限,加之受可能增强的水生光合生物固碳效应影响,岩溶碳汇应具有很高的稳定性。     

贵州瓮福磷矿含磷岩系层序特征及黔中古陆控矿意义

新元古代末期震旦系陡山沱阶和早古生代早期寒武系梅树村阶是全球两大成磷时期。贵州瓮福磷矿含磷岩系—早震旦世陡山沱组磷矿a矿层与b矿层,是震旦系陡山沱阶成磷事件的典型代表。瓮福磷矿含磷岩系为在浅水陆棚地区沉积的一套与磷矿有成因联系的岩石组合,属于浅海台地相型;含磷岩系具备早期准备阶段、磷质富集阶段及晚期磷质贫化消失阶段的沉积特征,在纵向上呈三段式递变;以陡山沱组内三段(Z_1d~3)与四段(Z_1d~4)侵蚀间断面分隔,两次海侵旋回造成两次磷质的富集,经生物化学、机械破碎簸选及后期改造形成a、b两层工业磷矿体。瓮福磷矿陡山沱期构造位置位于上扬子陆块东南部,雪峰运动结束冒地槽沉积造就了黔中古陆以及东部半封闭的海湾浅滩。瓮福磷矿陡山沱期处于黔中古陆东缘,东临大海,整体地势西高东低;以黔中古陆为中心,从西到东、由陆向海形成古陆—滨岸—浅海—深海的古地理格局。黔中古陆在陡山沱期两次海侵旋回中,一方面其边缘海湾浅滩为磷质富集提供有利的沉积环境,另一方面其遭受剥蚀和夷平作用后为磷块岩矿床的形成提供含石英、长石、白云石、黏土等矿物的陆源碎屑。通过典型岩相剖面分析,黔中古陆边缘海湾浅滩的沉积环境及岩相直接控制了瓮福磷矿床的形成和分布,其具有重要的控矿意义。     

浙江省衢州市上方镇重钙方解石矿工艺指标影响因素

重质碳酸钙的白度和色相值(Lab)是最重要的工业指标,但影响因素尚不清楚。本文通过扫描电镜、粉晶X射线衍射(XRD)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等分析手段,对浙江衢州上方镇的重钙方解矿石进行了研究,以期阐明重质碳酸钙白度和色相的影响因素。结果表明,矿石随研磨粒度的减小白度逐渐增加,在100~400目,白度呈快速上升趋势,超过400目,白度的上升趋势减缓,直至几乎不变。相较于青相矿石,红相矿石的方解石结晶程度高、颗粒大且均匀,杂质较少,化学成分较纯。而Fe3+含量与重钙产品白度和L值呈负相关,与a、b值呈正相关关系。综合研究认为,致色元素(Fe)含量的高低和原矿石的杂质含量、结晶程度均可能为重钙色相差异的主要原因,建议在方解石矿工业勘查中将白度指标测试的粒径统一为400目(38μm)。     

滇东昆阳磷矿成矿物质来源及其沉积环境

昆阳磷矿位于滇池西南部,为探讨该磷矿的成矿物质来源及其沉积环境,从岩相学和元素地球化学两方面对磷矿石展开了研究。研究结果显示,磷块岩矿石的主要矿物成分为胶磷矿,矿体w(P 2 O 5)平均含量为26.16%,磷块岩P 2 O 5含量由地表向地下沿倾向逐渐降低,酸不溶物含量逐渐增加,在垂直剖面上,矿区中部P 2 O 5含量相对上部和下部要高。矿石结构由下至上为砾屑结构、粒屑-鲕状结构、粒屑-粉晶结构,反映了磷块岩沉积时水动力条件由高能向低能过渡。磷块岩中发育的粒序层理、潮汐层理、火焰状构造等说明其是在强海流、强风浪的冲刷簸选过程中形成,随后,水动力条件减弱,富集成矿。综合研究表明,本区磷矿床磷的初始物质来源是富磷的陆源碎屑物和富磷质的海洋生物,其沉积环境主要为浅海浪基面以上的陆缘坻、台地、浅海盆地等。     

蓝藻钙信号的研究进展

近年来对钙离子在蓝藻信号传导中的潜在作用进行了研究。大量证据表明，蓝藻能够“感知”与“区分”不同的环境刺激，并以钙瞬变的形式产生反应。这是不同的环境刺激所引起的钙离子的内流或外流的结果。由氮缺乏所引起的钙信号对丝状蓝藻鱼腥藻异型胞的分化非常关键。鱼腥藻PCC7120中钙结合蛋白（CcbP）的发现为钙信号在蓝藻中的作用提供了进一步的证据，CcbP的降解或表达下调是氮缺乏时钙信号产生的主要原因。但是与真核生物相比，蓝藻钙信号的编码与解码机制还不清楚。因此，为了解钙信号如何在蓝藻中发挥作用，还要进行系统的、深入的研究，特别是从细胞水平了解钙信号的动力学特征。     

萃取富集-火焰原子吸收法测定碳酸钙中铅和镉

将碳酸钙试样用盐酸溶解后,在0.6mol/L的盐酸介质中,用KI-MIBK萃取试样中微量的铅和镉,有机相用原子吸收分光光度法测定。该方法测定铅的相对标准偏差为2.38%-6.31%,回收率为96.5%-97.0%;测定镉的相对标准偏差为4.50%-5.52%,回收率为96%-102.8%。结果可靠,具有灵敏、准确、快速、选择性好等优点。适用于碳酸钙中铅、镉的测定。     

土壤中钙形态的连续浸提方法

通过改进的连续浸提技术，把土壤钙的赋存形态划分为5个类型：水溶态、交换态、酸溶态、有机结合态及残渣态，用原子吸收光谱法测定各形态钙含量及总钙量，各形态钙的加和值与测得的总钙量基本相符，且各形态钙8次浸提的相对标准偏差基本在10％以内。探讨了改进的连续浸提方法提取条件（包括浸提剂、水土比、提取时间、离心速率及离心时间等）对提取效果的影响。结果表明，土壤中各形态钙可以满足生态地球化学土壤样品评价需要。     

磷矿石中磷、钙、镁、锶、氟测定方法评述

本文系统分析了磷矿石高含量磷、钙、镁、锶、氟诸元素存在时对其测定的相互影响及其测定中存在的问题,比较全面地总结了国内分析工作者针对该问题,对诸难测元素在常规分析方法方面的工作进展。