锶同位素地层学在海相地层划分和对比中的应用——以二叠纪乐平世海相碳酸盐岩地层为例

锶同位素地层学是稳定同位素地球化学方法在地层学中的重要应用。本文基于87Sr/86Sr在地球历史中的特殊演化规律,以二叠系乐平统为例介绍了锶同位素地层学的研究方法、技术路线以及在地层学研究中需要关注的问题,特别是详细介绍了样品采集、化学预处理、分析测试仪器设备的选择,以及后期数据处理等方法和这些方法在使用中存在的问题、解决方案和简要理论依据。作为重要的化学地层学方法之一,锶同位素地层学可以为地层的划分和对比,及相关的古环境、古构造、古海洋等的研究提供新的依据和研究手段,而且对缺乏生物地层资料的剖面的断代、划分和对比提供了一种可靠的方法。     

Re-Os同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎中的应用进展

晚新元古代至早寒武世是地球演化历史上极其重要的时期,该时期地层年龄框架的厘定以及古海水、古大气、古气候等方面的研究一直是国际地学界的关注热点。Re-Os同位素测年法是近十几年来兴起的地层测年法,其对于晚新元古代至早寒武世重要时间节点上沉积的富有机质黑色页岩具有测年及示踪古环境的双重优势。本文以晚新元古代至早寒武世地层为例,阐述了Re-Os同位素测年法在年代地层学研究中的应用,通过与大量的、精确的锆石U-Pb年龄对比,论证了Re-Os同位素测定沉积地层年龄的可靠性。对于震旦系陡山沱组地层建阶及留茶坡组地层的年代学研究,黑色页岩Re-Os同位素测年法可发挥重要的作用。结合前人所做的Sr同位素变化曲线以及收集的晚新元古代—早寒武世Os同位素初始值的测试数据,阐述了Os同位素在该时段古环境演绎及Ni-Mo-V多金属层来源追溯上发挥的作用。黑色页岩难以进行~(87)Sr/~(86)Sr的分析,而Os同位素初始值能较好地弥补这一缺陷,二者的相互结合将为晚新元古代至早寒武世古环境演化的研究作出贡献。本文指出,随着Re-Os同位素分析技术的发展以及更多实验流程的建立,该项技术在未来年代地层学,尤其对一些古老地层的年代厘定具有广阔的应用前景。     

显生宙以来海水锶同位素组成研究的回顾与进展

显生宙以来海水锶同位素组成演化是地球外部圈层物质循环研究的一个重要领域,在地质历史期间地球表层环境变化研究中的意义不言而喻。显生宙以来海水锶同位素组成研究先后经历了早期阶段、积累阶段和集成阶段。在早期阶段,原始的样品成岩蚀变评估、较低的仪器分析精度导致大部分锶同位素数据不具地层学意义,大多数研究工作仅处于初始探索阶段;在积累阶段,逐渐成熟的样品成岩蚀变评估、较高的仪器分析精度使得这一领域的研究持续进行,尤其是新生代高分辨率海水锶同位素演化曲线的建立和发展催生了一个新的交叉学科分支——锶同位素地层学;在集成阶段,不断积聚的高质量锶同位素数据融合成了多个显生宙以来海水锶同位素数据库,日益成为解决地层学、岩石学、矿床学、水文学以及有关应用等问题的有效工具之一。目前显生宙以来海水锶同位素组成研究仍有诸如样品内部信息保存性差异、样品年龄不确定性、古老样品定年精度不高、寒武纪样品材料与地层疑问、样品中微量铷污染、~(86)Sr和~(88)Sr同位素分馏、实验室之间分析偏差、数据拟合不确定性等方面问题未圆满解决,难以实现锶同位素地层学更具实用性和适用性。试图较系统地总结不同时期显生宙以来海水锶同位素组成演化研究的阶段性和差异性,以期为今后进行更深入的研究提供一些思考角度。     

西藏南部晚白垩世厚壳蛤的锶同位素年龄标定

沉积岩样品年龄的直接标定是沉积学与地层学研究的难点之一.由于锶在海水中的残留时间(≈106a) 大大长于海水的混合时间(≈103a), 因而同一时间全球海水的锶元素在同位素组成上是均一的, 并造成地质历史中海水的锶同位素组成是时间的函数, 这是锶同位素地层学(SIS) 的基本原理和利用锶同位素地层学进行海相地层定年的理论基础.本文根据锶同位素地层学的基本原理, 测试了西藏南部岗巴剖面上白垩统宗山组上段地层中厚壳蛤化石的锶同位素组成, 尝试对这些化石进行了年龄标定, 4个样品分别位于剖面累计厚度381, 362, 358和296m处, 其87Sr/86Sr比值分别为0.707832, 0.707769, 0.707768和0.707695, 年龄的标定结果分别是65.68, 69.34, 69.39和72.32Ma, 定年的平均误差为±1Ma左右.研究结果表明, 锶同位素地层学在海相地层定年方面具有潜在价值.      

锶、碳同位素演化在新元古代地层定年中的应用——以胶辽徐淮地层分区为例

根据Sr、C同位素地层学原理，利用胶辽徐淮地区晚前寒武纪地层Sr、C同位素数据，与国际上已有的Sr、C同位素演化曲线对比，结果表明，胶辽徐淮地区晚前寒武纪地层是同一时期的沉积物，沉积主体之间Sr、C同位素比值的对比性很好，沉积时限约在750-860Ma之间，并延续到震旦纪，为北方青白口纪及其后的沉积。同时也表明，Sr、C同位素演化相结合是解决缺乏大化石的晚前寒武纪地层对比的有效方法。     

锶同位素地层学研究进展

锶同位素地层学（SIS）根据地质历史中的任何时间全球范围内海水的 锶同位素组成都是均一的，海水87Sr/86Sr比值随时间变化这一基本原理，利用代表原始海水的海相碳酸盐（以及磷酸盐和硫酸盐）的87Sr/86Sr比值确定海相地层的年代，研究海平面变化，造山运动，古气候等全球事件，在地层学，沉积学，石油地质学和矿床学等领域中有着广泛的应用前景，同位素地层学已在世界范围内得到地质学家的普遍关注，并已获得迅速的发展，国内的有关研究则刚刚起步，锶同位素地层学研究的难点主要在于对样品成岩蚀变的挖掘和分析技术上，同时还需要有良好的地层学研究基础，在样品选择上应充分考虑其原始组分的抗成岩蚀变能力，锶同位素地层学的研究需要地层学家，沉积学家和地球化学家的共同努力。     

黄骅坳陷奥陶系古岩溶储层锶同位素地球化学特征

为研究古岩溶储层锶同位素地球化学特征,以同位素地球化学实验为手段,结合全球锶同位素背景,探讨黄骅坳陷奥陶系岩溶储层锶同位素地球化学特征成因,分析其南、北区差异性。研究结果表明,黄骅坳陷奥陶系各组地层~(87)Sr/~(86)Sr值变化范围高于全球所在沉积时期的变化范围值,~(87)Sr/~(86)Sr值变化趋势与全球奥陶系所在沉积时期的变化趋势具有相似性;奥陶系原始碳酸盐岩地层经历了后期古岩溶作用和流体的改造,古陆富~(87)Sr流体对各类岩溶岩和填充物岩反应后大幅度提高~(87)Sr/~(86)Sr值;白云岩~(87)Sr/~(86)Sr值均明显高于同层位的灰岩,证实白云岩对~(87)Sr捕获能力普遍强于灰岩;黄骅坳陷北区经历的表生岩溶作用时间远大于南区,岩溶作用强度高于南区,北区富~(87)Sr流体置换作用亦强于南区,构成了锶同位素~(87)Sr/~(86)Sr值南低、北高的差异性。     

蓟县中上元古界典型剖面锶同位素组成特征及其地层意义

笔者在地矿部同位素开放研究实验室资助下，对长城系、蓟县系、青白口系等各系界线及各地层组之间，进行了锶同位素组成测定，并探讨地层剖面系级之间及层内87Sr/86Sr 同位素组成可能的变化及其地层意义。为追朔地层形成时间和演化历史，乃至为全球元古宙地层划分对比提供新的依据，填被我国在锶同位素地层学研究领导域的空白。     

湖南花垣铅锌矿床成矿物质来源与成矿机制——来自S、Pb、Sr同位素的证据

湖南花垣铅锌矿床位于扬子地台东南缘,是湘西—黔东地区最典型的超大型铅锌矿床,已探明铅锌储量超过500×10~4t,其预测资源量逾1800×104t。报道了该矿床主要矿石硫化物的S、)Pb同位素研究成果,结合前人的Sr同位素数据,分析了矿床的成矿物质来源,并探讨了成矿机制。硫化物的δ~(34)S值变化范围较小,为24.5‰~34.7‰,平均值为30.2‰,硫来源于各时代碳酸盐地层中硫酸盐热化学还原作用(TSR),有机质在还原反应过程中发挥了重要作用;硫化物的~(206))Pb/~(204))Pb、~(207)Pb/~(204)Pb、~(208)Pb/~(204)Pb值分别为18.139~18.678、15.691~15.832、38.300~39.255,变化范围较小,具有上地壳来源的特点,赋矿地层下部具有高)Pb-Zn含量的地层为成矿提供了大量的金属物质;闪锌矿的~(87)Sr/~(86)Sr值变化范围为0.70915~0.70996,高于赋矿地层清虚洞组灰岩的Sr同位素比值(0.70885~0.70909),表明成矿流体可能流经围岩及基底地层,从而引起Sr同位素比值因混染作用而升高;矿石矿物的沉淀机制为2种流体的混合,即含金属物质的成矿溶液与富含有机质、硫酸盐的热水溶液在合适的部位汇合,并发生反应。     

川东北普光气田下三叠统飞仙关组白云岩成因——来自岩石结构与Sr同位素和Sr含量的证据

研究了川东北普光气田下三叠统飞仙关组白云岩储层的岩石结构Sr的含量和Sr同位素组成,讨论了它的成因,飞仙关组优质储层为成岩期埋藏交代白云化作用的产物,来自岩石结构和Sr同位素和Sr含量的证据包括如下几个方面:(1)与准同生白云岩比较,埋藏白云岩的岩石结构和Sr同位素和Sr含量地球化学特征与前者有显著差别;(2)飞仙关组所有各类碳酸盐岩(或矿物)具有早三叠世海水Sr同位素组成特征,~(87)Sr/~(86)Sr比值变化范围为0.706588～0.708187,覆盖了全球早三叠世海水Sr同位素的变化范围(0.7076～0.7078),平均值0.707656与全球早三叠世平均值(0.707743)基本一致;(3)埋藏白云岩~(87)Sr/86Sr比值变化范围为0.707122～0.707419,平均值0.707421,都略低于全球早三叠世海水Sr同位素变化范围和平均值,但与已报道的川东北早三叠世飞仙关期海水Sr同位素变化范围(0.707330～0.707383)和平均值(0.707350)都非常接近,说明白云石化流体具有强烈的川东北地区早三叠世飞仙关期海水Sr同位素组成特征;(4)综合岩石结构、Sr同位素和Sr含量地球化学特征,证明飞仙关组白云岩储层为成岩期埋藏交代作用产物,白云石化流体来自地层中高Sr和高盐度的海源地层水.     

稳定锶同位素在海洋地球化学循环中的研究进展

非传统稳定锶同位素(δ~(88)/~(86)Sr)的研究近年来已取得了较大的进展,其主要研究内容集中在讨论稳定锶同位素在海洋地球化学中的应用,主要包括以下几个方面:稳定锶同位素(δ~(88)/~(86)Sr)在自然界主要储库中的组成、显生宙海水δ~(88)/~(86)Sr的变化规律和海洋中锶同位素系统平衡的评估。海水中的锶同位素组成在显生宙发生过较大的变化,通过对海洋锶同位素体系对各输入和输出通量组成动态变化的响应评估表明,现代海洋锶同位素体系处于不平衡状态,这一现象被归因于冰期后的风化顶峰尚未结束。联立放射性锶同位素87Sr/~(86)Sr和稳定同位素δ~(88)/~(86)Sr所建立的完整的锶同位素体系相较传统放射性锶同位素87Sr/~(86)Sr能够对海洋锶地球化学循环的动态过程进行更好的评估,在海洋地球化学相关领域具有广阔的应用前景。     

云南会泽铅锌矿田成矿物质来源：Pb、S、C、H、O、Sr同位素制约

云南会泽铅锌矿田是我国著名的超大型特富铅锌矿田之一,由相距3公里的矿山厂和麒麟厂两个独立的矿床组成,Zn Pb 金属量超过五百万吨,矿石品位在25%至35%之间。为确定矿床成矿流体和成矿金属来源,本文系统研究了矿床的 Pb、S、C、O、H 和 Sr 同位素组成特征。矿石硫化物的铅同位素组成均一,~(206)Pb/~(204)Pb,~(207)Pb/~(204)Pb 和~(208)Pb/~(104)Pb 的变化范围分别为18.251～18.530,15.663～15.855和38.487～39.433,与围岩碳酸盐岩中浸染状黄铁矿一致,与碳酸盐地层相近,在~(208)Pb/~(204)Pb-~(206)Pb/~(204)Pb 图上显示明显的线性关系,表明铅同位素组成相近的碳酸盐围岩地层提供了成矿物质。矿石硫化物的δ~(34)S 变化范围为10.9‰～17.4‰,多数集中于13‰～17‰,表明还原硫主要来自地层中海相硫酸盐的还原,还原方式为热化学还原,下伏页岩、碎屑岩和泥质岩中的有机质在硫酸盐还原过程中发挥了重要作用。三种不同产状的脉石矿物方解石的碳氧同位素组成均一且没有明显差别,δ~(13)C 变化范围为-2.1‰～-3.5‰,δ~(18)O 为16.8‰～18.6‰。脉石矿物方解石中流体包裹体水的δD_(FI)为-50‰～-60‰,取温度为200℃计算包裹体水的δ~(18)O_(H_2O)值为7.0‰～8.8‰。碳、氧和氢、氧同位素研究结果表明,成矿流体为来自下部上升的变质流体,由于下伏页岩、碎屑岩和泥质岩中有机质的参与,成矿流体具有低的δ~(13)C和δD_(FI)值,在上升过程中与围岩发生了同位素交换。矿石中黄铁矿、闪锌矿和方解石的初始锶同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值的变化范围为0.714～0.717,赋矿围岩中未蚀变白云岩的初始锶同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值为0.7083～0.7093,明显低于蚀变白云岩(0.7106),表明成矿流体具有高的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i比值。相对围岩碳酸盐岩而言,下伏地层中的页岩、碎屑岩和泥质岩往往具有高得多的~(87)Sr/~(86)Sr,因此,流经或者起源于这些地层的流体具有高的锶同位素比值。     

湘西唐家寨铅锌矿床锶、硫同位素及其对成矿物质来源的指示意义

唐家寨铅锌矿床位于湘西龙山—洛塔铅锌矿区的中部。对闪锌矿开展了锶同位素测试分析,通过成矿年龄(372Ma)的校正,得到初始(~(87)Sr/~(86)Sr)i的范围为0.70904~0.71143,平均值为0.70998(n=10),大于矿床形成时的海水Sr同位素,远小于富含有机质的下寒武统石牌组页岩层的Sr同位素,推测成矿流体中的Sr,可能是由具有较低Sr同位素组成的成矿期的海水混染了具有高Sr同位素的下寒武统石牌组页岩层而致。9件闪锌矿和方铅矿样品的δ~(34)SV-CDT值介于14.78‰~17.21‰,平均值为15.84‰,比同期(早奥陶世)海相硫酸盐硫同位素组成的平均值(29.5‰)低13.66‰,符合该矿床成矿温度(100~200℃)条件下硫同位素的分馏效应(10‰~20‰),表明硫化物中还原硫可能主要来源于赋矿地层中海相硫酸盐的热化学还原作用(TSR)。     

江苏栖霞山铅锌多金属矿床深部碳-氧-锶同位素地球化学特征及其指示意义

以栖霞山铅锌多金属矿床深部找矿钻孔岩心为对象,开展碳-氧-锶同位素地球化学研究。结果表明,栖霞山矿床矿石样品δ13CV-PDB同位素值为-5.1‰～1.9‰,且由浅部至深部,矿石样品的δ13C、δ18O值处于增大的趋势,指示成矿流体中的碳起源于碳酸盐岩、源自地幔和岩浆的深源碳。对锶同位素的研究显示,栖霞山矿石~(87)Sr/~(86)Sr值为0.704816～0.71405,部分大于矿体围岩黄龙组灰岩的~(87)Sr/~(86)Sr值(0.708329～0.709685),部分小于矿体围岩黄龙组灰岩的~(87)Sr/~(86)Sr值,并与不同来源的Sr同位素对比,揭示栖霞山矿石中Sr兼具基底地层Sr和幔源Sr的混合来源特征,且在围岩蚀变过程中~(87)Sr/~(86)Sr的变化应主要由成矿流体引起。结合本区成矿地质特征认为,栖霞山矿床成矿流体可能来自花岗岩的期后热液,在热动力作用下,流经元古宇基底地层,形成具有混合物质来源的成矿流体,成矿作用过程主要为成矿流体与围岩碳酸盐岩发生水-岩反应所致。     

化学地层学可用于海相地层远距离精确划分对比

<正> 化学地层学(Chemostratigraphy)是根据物质化学性质的规律性变化来研究地层的一种边缘地层学研究方法。在传统的岩石地层学、生物地层学应用受到极大限制的条件下,如对前寒武系地层、“哑地层”、不同沉积相区之间地层的划分与对比,或仅有少数钻井地层资料时,化学地层学有可能成为远距离、大区域之间海相地层精确划分、对比的工具。岩层中的化学元素(包括常量、微量、稀有元素和有机元素)及稳定同位素组成,虽然可能受到沉积时期海水循环、大气与气候、有机碳产率及成岩过程     

地层学和稳定同位素

<正> 最近二、三年内,国外地质文献中出现了一个新名词——稳定同位素地层学(Stable isotopic stracigraphy)。这个名词的涵义是利用稳定同位素组成的变化来研究地层的发育,进行地层的划分和对比并解释地层的成因。它把地层学与同位素地质学结合在一起。它们的结合虽然为时不久,但笔者感到,它会成为地层学中的一个有力的研究手段,进而可     

地球系统科学时代的高分辨综合地层学

高分辨年代地层系统是地球系统科学研究的基础。高分辨综合地层学试图建立分辨率小于一个生物带的地层单元并使地层对比的误差小于一个生物带。本文将目前用于建立年代地层系统的方法划分为三类:生物地层学、现代地层学的不同分支学科和同位素年代地层学,讨论了不同地层学方法的优势和不足。任何一种地层学方法的分辨率都是有限的,综合地层学为实现地层高分辨划分和高精度对比提供一个有效的途径。生物地层建立可信的相对年代地层格架,现代地层学手段有助于实现高分辨划分和高精度对比,同位素年代地层学赋予生物地层界线和其他地层界线绝对年龄。三者结合共同构成了高分辨综合地层学。     

湖北宜昌峡东地区震旦系层型剖面化学地层特征及其国际对比

全球末元古系建系研究是当前国际地层学研究的重要课题之一。我国宜昌峡东地区震旦系沿江剖面研究历史悠久,已有相当深入的岩石地层、生物地层及层序地层研究,并被推荐为国际末元古系候选层序剖面之一。为进一步提高其研究精度,本文系统地研究了震旦系沿江剖面碳酸盐岩同位素化学地层。研究结果表明,陡山沱组底部“碳酸盐岩帽”的δ~(13)C为-3.1‰～-3.7‰,向上为正偏移,至层序Ⅲ(DS3)最大值达+6.7‰。陡山沱组顶部(DS6)再次出现负偏移-2.5‰,构成一个完整的变化周期。同时,~(87)Sr/~(86)Sr值表现出向上增大的变化,由陡山沱组底部(DS1)的0.707743逐渐增高至陡山沱组顶部(DS6)的0.707965;灯影组蛤蟆井段(DS7)的δ~(13)C值变化在-2.5‰～+5‰之间(DS8),至石板滩段中部再次降至+1.7‰(DS10),而后基本保持在+1.7‰～3.6‰之间平稳变动。白马沱段顶部δ~(13)C再次降至+0.5‰,并有向负偏移的趋势。灯影组的~(87)Sr/~(86)Sr值依然出现由老至新递增的趋势(0.708244～0.708993)与当前国际末元古系剖面的化学地层特征基本一致。     

扰动体系中的同位素演化

以锶同位素演化为例,讨论了瞬间扰动对于锶同位素在封闭体系中演化的影响。瞬间扰动的形式之一是同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr)和化学成分(~(87)Rb/~(86)Sr或Rb/Sr)不同的体系之间的简单混合作用。根据文中的结果指出了“昆山、城山和大龙山岩体的锶同位素特征及其成因研究”(翟建平,1989)一文中的不足。     

用化学地层学研究新元古代地层划分和对比

随着传统地层学向多学科相互渗透的综合地层学方向的发展,笔者开展了湖北峡东地区新元古界震旦系和南华系的化学地层学研究。分别介绍了碳酸盐岩地层的稳定同位素和碎屑岩化学蚀变指数的研究方法和成果并依此提出新元古界划分和对比方案。震旦系碳酸盐岩中所获得的δ13C变化曲线和87Sr/86Sr比值与世界诸多剖面的变化曲线基本一致。南华系碎屑岩的化学蚀变指数(CIA)的特征是莲沱组下部CIA值为55~65(代表寒冷环境的CIA值),莲沱组上部CIA值则增至65~75(代表温湿环境),而莲沱组顶部两个样品的CIA值再次降为寒冷指数60~65;南沱组CIA值均为60~65,除了顶部(接近震旦系)的两个样品分别为69·4和70·9。上述CIA值的变化表明南华系以寒冷气侯为主,并且经历过“寒冷—温湿—寒冷”气候的演变条件下的沉积物。沉积相的多样性说明即使在“冰期”期间古构造、古地理环境对沉积物特征的影响依然存在。