土壤次生碳酸盐碳氧稳定同位素古环境意义及应用

土壤次生碳酸盐碳氧稳定同位素特征是反映古气候与古环境的重要代用指标,其碳氧稳定同位素组成分别受土壤CO2中C同位素组成和大气水的O同位素控制。在一定深度的土壤中,土壤次生碳酸盐δ^13C就主要受当地植物类型(C3植物和C4植物等)控制。土壤次生碳酸盐样预处理中剔除土壤中原生碳酸盐以及有机物污染尤为重要。土壤中次生碳酸盐C、O稳定同位素地球化学在土壤发生学、古气候恢复、古生态重建以及全球变化研究中应用日益广泛,但解译时可能受应用年代范围、成岩作用、原生和次生碳酸盐混杂、土壤碳酸盐多元发生等因素影响,其应用机理和范围还需进一步探讨。     

晚泥盆世古土壤元素地球化学特征及其古气候意义

有重要的地学意义。本文通过野外观察,结合常量元素、碳酸盐和磁化率,对祁连山东段甘肃白银地区晚泥盆世古土壤地球化学特征及古气候进行研究。结果表明：大红沟（DHG）剖面和磁窑（CY）剖面古土壤碳酸盐含量从剖面顶部向下是逐渐呈升高趋势,由于碳酸盐溶解度小,导致碳酸盐在土壤中聚集,形成钙质土壤表明气候环境是干旱或半干旱。通过对DHG和CY剖面样品常量元素分析,发现其化学成分相对均一,Na、Ca值较低,古土壤化学风化指数（CIA）平均值为46.59,显示出较弱的化学风化强度,气候环境为干旱。磁化率范围为3.14×10^-8 m³/kg～11.2×10^-8 m³/kg,磁化率的变化反映了古土壤的风化成壤强度的变化情况,DHG剖面的磁化率明显高于CY剖面,表明DHG剖面的风化成壤作用强,CY剖面的风化成壤作用弱。同时结合泥裂和肺鱼洞穴遗迹所反映的干旱—半干旱气候特征,推断研究区晚泥盆世时期气候以干旱—半干旱为主。     

全新世与上次间冰期气候差异的古土壤记录

目前国际上对全新世与上次间冰期的气候差异还存在着较大的争议。对西欧阿晴里姆黄土中全新世和上次间冰期古土壤（埃姆古土壤）,中国黄土中S₀及S₁的对比研究表明,埃姆古土壤和S₁是典型的复合土壤,记载了相同的沉积-成壤事件序列,并与深海氧同位素记录有很好的一致性。第一成壤期与氧同位素阶段5e相对应,代表了典型的间冰期气候。西欧在该时期形成的土壤与全新世土壤的成壤过程基本相同,二者反映了类似的气候条件;而中国黄土中S₀和S₁则具很大差异,这表明我国北方最后两次间冰期的气候条件显著不同。青藏高原在中更新世末期以来的隆升对季风环流的影响是值得注意的原因之一。     

土壤发生性碳酸盐碳稳定性同位素模型及其应用

干旱、半干旱地区土壤无机碳库比有机碳库大2~5倍,无机碳库及其周转在该地区土壤碳平衡中具有重要意义。土壤发生性碳酸盐是土壤发育过程的产物,与岩生性碳酸盐溶解/沉积平衡、土壤有机碳分解CO2的再转化密切相关。发生性碳酸盐碳稳定性同位素主要由土壤CO2的碳同位素组成决定,可以用描述不饱和层气体质量传递的扩散—生成模型模拟。在土壤碳酸盐体系（土壤CO2(g)、碳酸盐和土壤溶液）处于同位素平衡状态时,根据生物过程产生的分子扩散以及碳酸盐化学平衡反应的分馏模型,发生性碳酸盐δ13C值比有机质δ13C值大14‰~16‰。扩散—生成模型和/或分馏模型可以用于鉴定和定量化分散态发生性碳酸盐组分、区分土壤碳酸盐悬膜上发生性碳酸盐的比例,并可用于定量评价土地利用管理措施对碳酸盐溶解/沉积平衡的影响,这在全球碳循环研究中具有重要意义。     

西沙石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩作用

西沙石岛风成碳酸盐沉积形成于晚更新世,正处于早期成岩阶段.通过薄片、扫描电镜、稳定碳、氧同位素、常量元素和微量元素分析,对石岛风成碳酸盐岩的早期大气淡水成岩作用进行了研究.发现石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩固结主要在大气淡水作用下完成,其中蒸发成岩作用在初始固结中可能起着主要作用;在大气淡水作用影响下,部分碎屑颗粒发生溶蚀和新生变形,新生的微亮晶低镁方解石(5 ～15 μm)镶边胶结在颗粒及孔隙周围,并成为主要的胶结物;而作为大气渗流带和潜流带典型产物的亮晶胶结物则很少占据主导地位.海水成岩作用主要表现为对早期成岩作用的改造,会造成锶、镁含量的增高,但影响范围仅止于浅表层,而且对δ13C和δ18O值的影响微弱.生物化学作用可能参与了古土壤中灰质壳与根管石的形成,但在风成碳酸盐沉积的整体成岩上不具意义.大气淡水成岩作用会造成石岛风成碳酸盐岩δ13C和δ18O值的降低,并使碎屑发生新生变形而导致锶、镁的淋溶.成壤风化作用会导致Al、Fe、Mn、Y、Cr元素在古土壤中明显富集,其中Al、Fe、Mn的富集与成壤风化作用有关,而Y、Cr元素则可能源于长期暴露引起的风尘或火山灰的相对富集.     

古大气CO2浓度重建方法技术研究现状

温室气候引起的全球气候变暖越来越引起人们的关注,大气中不断上升的CO2浓度被认为是导致气候变暖的主要因素.地史时期大气CO2浓度变化与温室气候可能存在类似的关系,可提供参考,因而古大气CO2浓度重建是首要任务.总结近年来古大气CO2浓度重建的进展,重点介绍GEOCARB模型模拟、植物叶片气孔参数和同位素指针的方法和技术.GEOCARB模型是反映全球古大气CO2浓度长期变化的碳相关模型;气孔参数方法是使用气孔比例来估计古大气CO2浓度;同位素指针包括成壤碳酸盐、浮游植物有机质生物标记物、钙质浮游有孔虫、古苔藓植物等,其中成壤碳酸盐碳同位素方法使用最为广泛.国内只是在叶片参数研究方面有一些进展,古大气CO2浓度重建工作任重而道远.     

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。     

西沙石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩作用

西沙石岛风成碳酸盐沉积形成于晚更新世,正处于早期成岩阶段。通过薄片、扫描电镜、稳定碳、氧同位素、常量元素和微量元素分析,对石岛风成碳酸盐岩的早期大气淡水成岩作用进行了研究。发现石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩固结主要在大气淡水作用下完成,其中蒸发成岩作用在初始固结中可能起着主要作用;在大气淡水作用影响下,部分碎屑颗粒发生溶蚀和新生变形,新生的微亮晶低镁方解石（5~15 μm）镶边胶结在颗粒及孔隙周围,并成为主要的胶结物;而作为大气渗流带和潜流带典型产物的亮晶胶结物则很少占据主导地位。海水成岩作用主要表现为对早期成岩作用的改造,会造成锶、镁含量的增高,但影响范围仅止于浅表层,而且对δ13C和δ18O值的影响微弱。生物化学作用可能参与了古土壤中灰质壳与根管石的形成,但在风成碳酸盐沉积的整体成岩上不具意义。大气淡水成岩作用会造成石岛风成碳酸盐岩δ13C和δ18O值的降低,并使碎屑发生新生变形而导致锶、镁的淋溶。成壤风化作用会导致Al、Fe、Mn、Y、Cr元素在古土壤中明显富集,其中Al、Fe、Mn的富集与成壤风化作用有关,而Y、Cr元素则可能源于长期暴露引起的风尘或火山灰的相对富集。     

层控菱铁矿的氧、碳同位素组成及其成因意义

自然界中碳酸盐的氧和碳同位素组成取决于形成这种碳酸盐的水体同位素组成,水体的氧、碳同位素组成又直接反映了成岩或含矿流体的性质和来源。菱铁矿是仅次于方解石和白云石的常见碳酸盐矿物,它作为成岩成矿的多相作用产物,在地层中广泛发育。本文试图通过它们的氧、碳同位素组成,探讨我国不同时代地层内层状和层控菱铁矿的成因问题,着重研究菱铁矿的形成环境和成矿作用。     

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。     

东非裂谷Oldoinyo Lengai火山碳酸岩浆作用过程中的镁同位素分馏

<正>碳酸盐熔体具有极低的粘度和独特的元素配分型式,是引起地幔交代作用和化学组成不均一性的重要介质之一(Yaxley et al.,1991;Rudnick et al.,1993;Coltorti et al.,1999)。火成碳酸岩是碳酸盐熔体结晶的产物,其镁(Mg)同位素组成可以为碳酸岩浆作用过程中镁同位素的分馏行为和地幔的镁同位素组成特征提供重要制约。为此,我们系统研     

干旱化对成土碳酸盐碳同位素组成的影响

土壤碳酸盐的碳同位素组成可以作为古环境变化的指标.本文对黄土高原地区S1以来成土碳酸盐和红粘土中碳酸盐的碳同位素进行了研究.根据渭南、吉县、长武和会宁4个剖面末次间冰期以来土壤碳酸盐的碳同位素分析结果,探讨了不同气候条件下成土碳酸盐碳同位素组成的特征及其环境意义,指出气候的干湿程度可能是影响黄土地区成土碳酸盐δ13C值的主要原因;西峰红粘土序列碳酸盐的碳同位素记录表明,δ13C值在4.0Ma B.P.前后有一个明显增加的趋势,反映了我国西北地区上新世干旱化的发展,可能与青藏高原在这一时期发生较大规模的隆升有关.     

黄土的本质与形成模式

根据显微结构鉴定,有机质分析,颗粒分析,CaCO₃测定和野外观察、统计等资料,研究了黄土的本质和形成模式。资料表明,黄土具有土壤的各种结构,具有指示草原和森林草原土壤发生特征的CaCO₃和CaSO₄淀积成分,含有土壤的有机质;黄土的本质是土壤,是在相对冷干气候条件下发育的多种灰黄色狭义土壤,而且是在当时当地气候条件下处于稳定状态的发育成熟的古土壤;黄土形成模式是风尘经草原、森林草原和荒漠草原区的成壤作用形成土壤的模式。黄土高原是世界上土壤资源最深厚、最富集的地区,黄土的工程地质性质和水文地质性质在很大程度上取决于成壤作用的强弱。     

西安、山西保德第三纪晚期红土的研究

根据西安、山西保德等地第三纪晚期红土的土壤微结构、构造、粒度与化学成分等资料,讨论了该红土的成因、沉积环境和其中极为丰富的碳酸钙结核的物质来源和形成过程.研究表明,红土经历了土壤化,它主要是风成的其中的碳酸钙结核主要是在风化成壤过程中形成的.     

西安、山西保德第三纪晚期红土的研究

根据西安、山西保德等地第三纪晚期红土的土壤微结构、构造、粒度与化学成分等资料,讨论了该红土的成因、沉积环境和其中极为丰富的碳酸钙结核的物质来源和形成过程.研究表明,红土经历了土壤化,它主要是风成的其中的碳酸钙结核主要是在风化成壤过程中形成的.     

油气有机质与MVT铅锌矿床的成矿——以四川赤普铅锌矿为例

四川赤普MVT铅锌矿床成矿与古老油气藏关系密切。通过对矿床不同成矿阶段硫化物硫同位素和热液碳酸盐碳、氧同位素系统研究,结合沥青有机质的有机地球化学特征,探讨油气参与金属成矿的详细过程。取得主要认识如下：(1)油气系统中先存的H2S是成矿早阶段主要的硫源, TSR作用启动后还原硫酸盐,为成矿提供另一硫源。Mg2+可能是控制成矿过程中TSR作用的一个因素;(2)热液碳酸盐矿物碳(氧)同位素组成指示了 TSR 作用氧化的有机碳与流体溶解围岩碳酸盐岩中碳的不均匀混合作用;(3)矿床中与成矿作用有关的有机质(沥青)具有高-过成熟度特征和低芳烃含量,或是其参与了 TSR 作用的一个标志;(4)川滇黔地区油气成藏-破坏和赤普铅锌成矿可能是盆山演化过程中不同阶段或是同一阶段不同时代的产物,铅锌矿床形成与古老油气藏破坏密切相关。     

地表化探中甲烷稳定碳同位素的应用及存在问题

甲烷稳定碳同位素组成（δ^13C1）作为气态烃的示踪剂,是近地表油气化探中常用的判别烃类来源的方法。油气化探中分析土壤中不同赋存状态的烃类的甲烷稳定碳同位素,一直沿用有机地球化学中的标准来确定地表土壤中的烃类属何种成因,所获得的结果往往令人难以信服。通过对已知区近地表土壤不同赋存状态烃类的甲烷碳同位素特征分析,认为由于分馏现象、成壤母岩、运移机制等,近地表化探烃类异常的甲烷碳同位素有其自身的特点,在应用时应考虑甲烷碳同位素比值的干扰因素,从而把地表痕量轻烃稳定碳同位素与地下深部油气建立相应的联系,反映真假异常,提高油气化探异常的可信度。     

深部碳循环的Mg同位素示踪

大洋板块俯冲导致的深部碳循环可影响地球历史的大气CO2的收支情况及气候变化。沉积碳酸盐岩是地球中轻镁同位素的主要储库,它通过板块俯冲再循环进入地幔有可能引起地幔局部的Mg同位素组成不均一性。因此,在这样一个基本假设基础上,即俯冲岩石的镁同位素在变质脱水和岩浆过程中不发生显著变化,镁同位素有可能成为深部碳循环的示踪剂。前人研究已经证明岩浆过程不会发生显著镁同位素分馏。然而,至今对俯冲、变质过程镁同位素的分馏程度以及低δ26Mg玄武岩成因还属未知。为此,本研究聚焦在高温高压条件下碳酸盐的稳定性和相转换、板块俯冲过程中的镁同位素行为、循环碳酸盐对地幔镁同位素组成可能产生的影响。     

渭南黄土沉积中十五万年来的古土壤及其形成时的古环境

关中盆地渭南地区十五万年来的黄土剖面记载了６个大的成壤期。本文对古土壤形成时的古环境进行了解译，并对它们在不同分类系统中的位置进行评价。全新世土壤Ｓ０是联合国土壤分类中的淋溶湿草原土。马兰黄土中包含两层古土壤，属典型黑钙土。Ｓ１古土壤由三层土壤复合组成，从上到下依次为典型黑钙土、淋溶湿草原土和深色淋溶土。成壤期与全球冰量较小的时期相对应，但古土壤的类型及发育程度与深海氧同位素所推测的全球冰量的变化有很大的不一致性，相反许多方面与北半球夏季太阳辐射的变化有较大的可比性。     

云南老王寨金矿煌斑岩中CO2的来源

云南老王寨金矿煌斑岩中CO₂含量较高,但主要为次生来源。岩石中不同产状碳酸盐的C同位素组成显示形成碳酸盐的CO₂主要来源于地幔,为本区煌斑岩岩浆活动过程中地幔去气作用和岩浆去气作用的产物。