鱼耳石的成因矿物学属性:环境标型及其研究新方法

鱼耳石是鱼类头骨两侧的组织器官,是典型生命矿物文石的载体,发育明显的环带结构。其环带数和韵律层厚度反映鱼龄和鱼体生长速率;其δ^8O值能指示水体温度。利用环带的几何学特征、颜色、常量和微量元素特征与氧同位素和碳同位素组成结合,可有效地鉴别鱼的种群结构,追索鱼的源区、迁移习性、营养水平,记录水体环境的变迁,预测未来水体环境变化趋势,指导渔业生产战略布局。本文首次开发的鱼耳石之文石纳米形貌和热发光参数,可有效地指示相应水体的环境特征,用于进行不同来源区的判别和鱼类资源管理。     

鱼耳石中锶和钡富集的影响因素及其环境响应

鱼耳石中元素锶和钡主要来源于鱼类生存的水体,这两种元素通过腮或肠进入内耳淋巴液,继而以类质同象的方式沉淀在耳石晶格内部空位和晶格间隙中。耳石结晶沉淀的整个过程不仅受生物的调控作用,而且还受到外界环境,如水体元素浓度、盐度、温度等因素的影响,因此耳石中某种元素的浓度与其在水体中的浓度之比(元素富集系数)与鱼类所生存的环境之间具有一定的响应关系。在以上各种因素中,水体元素浓度对耳石元素富集系数的影响最为显著。一般来说,耳石中某种元素的含量与水体中相应的元素浓度呈正相关关系,而水体中元素之间就耳石中的富集过程也存在一定的相互促进或抑制作用,如Sr对Ba为协同作用,Ca对Sr、Zn为拮抗作用。另外,水体盐度或温度与元素富集系数之间不存在简单的线性相关关系,而是因鱼种、水体综合环境及元素种类不同而有所差异。研究结果表明:鱼种一定的情况下,耳石中元素富集系数与水体盐度和温度存在良好相关关系。基于以上相关性分析,可以认为耳石中元素富集系数与环境因子(水体元素浓度、盐度、温度)之间存在响应关系。因此,可以选用那些受环境影响大但对自身调控影响小的元素(如:Sr、Zn、Pb、Mn、Ba、Fe、Li、Ni、Cd)来建立耳石与水体环境之间元素富集系数的定量化模型,并利用这种响应关系及定量化模型进行生态环境监测和渔业管理。     

鱼耳石元素研究热点及常用测试分析方法综述

鱼耳石是鱼类内耳中的钙质沉积体,组成和结构非常稳定,它的生长轮受其生理控制和环境条件影响有规律地昼夜生长。耳石可作为鱼类的生物学记录者并为重建其生活特征和环境参数提供依据。文中就近20年来国内外关于鱼耳石微量元素和同位素方面的研究热点、鱼耳石元素研究中常用的测试分析方法以及其在环境监测中的应用前景和存在的问题作一整理和综述,望能为广大耳石研究者提供一些思路和揭示其在环境科学中的广阔应用前景。     

鱼耳石微化学特征在湖库水质评价中的标型意义——以河北白洋淀和北京密云水库野生鲤鱼为例

对河北白洋淀和北京密云水库的野生鲤鱼耳石和水体中的微量元素进行了定量分析。白洋淀鱼耳石中诸微量元素含量均高于密云水库的鱼耳石,反映了白洋淀各水体较密云水库水体的环境复杂,污染程度高。统计分析结果表明,在鱼耳石中大致存在两类生物地球化学习性不同的元素,水体中第一类元素的变化不会引起耳石中相应元素的响应,如Au、K和Na;第二类元素的变化会引起耳石中相应元素的强烈响应,如As、Ba、Co、Cr、Fe、Sr和Zn。诸微量元素在耳石中富集的强弱顺序为,Zn>Sr>Se>Fe>As>Ba>K>Co>Au>Na>Cr。通过相关性分析发现,白洋淀和密云水库的鱼耳石和水体中对应微量元素平均含量的自然对数值之间均存在良好的线性关系。     

山东张家洼矽卡岩型铁矿矿物学特征及其对成矿环境的指示意义

张家洼矽卡岩型铁矿位于华北克拉通东南部,赋存在石炭系本溪组与奥陶系马家沟组之间的假整合面处及闪长岩体与奥陶系马家沟组大理岩的接触带附近,富铁矿石资源量已达大型规模。研究发现矽卡岩矿物种类在内外接触带分布有一定区别,内带为石榴石等钙质矽卡岩矿物,而外带为阳起石、金云母等镁质矽卡岩矿物,整体构成钙镁质矽卡岩。对矽卡岩矿物系统的研究表明,透辉石及石榴石发育有环带,其氧化物含量随矿物环带的形成比例不断变化,暗示酸碱度及氧逸度随着成矿流体的演化而发生相应的变化,即由早期矽卡岩阶段的相对还原的酸性环境演化为退化蚀变阶段相对氧化的碱性环境从而导致铁质逐渐萃取多次富集、沉淀,后期随着磁铁矿的沉淀又逐渐在硫化物阶段转化为还原环境生成金属硫化物。     

黔西南微细浸染型金矿的黄铁矿矿物学研究及其成因意义: 以水银洞金矿为例

贵州黔西南地区的微细浸染型金矿是一种典型的中、低温热液矿床, 矿床总体上受不同级别褶皱与断裂构造的控制。但是, 呈透镜状、似层状展布的矿体形态与大多数热液矿床的空间分布特点差别较大, 导致该区域金矿床的成因长期存疑。本文以水银洞金矿为例, 通过高精度的电子探针(EPMA)与环扫电子显微镜(ESEM)等原位微区分析测试方法, 查明矿石中的黄铁矿至少存在三种类型且空间上均与有机质密切伴生: (1)粗粒黄铁矿: 呈稠密浸染状或条带状分布于龙潭组1段的钙质砂岩内, 其内部和周围的孔洞中常见凝析油和磷灰石、金红石、方解石等热液矿物充填。其中具环带结构的黄铁矿为主要的载金矿物, 微细的不可见金主要赋存在外部2~3层富As的黄铁矿环带中, 测定的Au含量平均为0.06%, 最高可达0.24%, 揭示黄铁矿的内核和环带形成于不同的热液期次。(2)细粒黄铁矿: 呈星散状或稀疏浸染状分布于龙潭组2段富含生物碎屑的钙质凝灰岩内并构成工业富矿体, 富Au、As且多与毒砂等矿物共生, Au最高可达0.14%。围岩的微裂隙中可见被有机质环状包裹的5~10μm大小的自然金颗粒。(3)草莓状黄铁矿: 呈微粒集合体填充于生物格架(Ty1)或者围岩微裂隙(Ty2)中, 两者在龙潭组1段和2段均有分布。Ty1交代生物碎屑且自身具有有机质包壳, Ty2则充填在富含有机质的微裂隙中并部分交代粗粒和细粒黄铁矿, 表明其形成略晚于主成矿阶段。水银洞矿床黄铁矿的结构、成分及空间产状研究揭示, 黔西南微细浸染型金矿具有多期次热液叠加复合成矿的特点。成矿热液持续作用于龙潭组及其下伏的地层, 可交代围岩中的生物碎屑并将其分解为有机质和C、P、N、Ca、Na、K等元素。一方面成矿流体携带有机质向上迁移, 另一方面致密的龙潭组2段及其上部岩层作为"隔挡层"为富Au的热流体成矿提供岩相圈闭。这一成矿作用过程中, 流体交代生物碎屑形成的有机质可能有助于降低Au的溶解度促进其沉淀富集, 使矿体兼具裂控及层控的形态特点。     

西昆仑大同岩体岩浆成因绿帘石矿物学研究及其对岩体形成构造环境的制约

大同岩体位于西昆仑北带,形成于早奥陶世,对于研究西昆仑造山带早古生代构造演化具有重要意义,但对其形成的构造环境的认识还具有很大的不确定性。本文尝试通过岩浆成因绿帘石的研究,为该岩体形成的构造环境提供新的制约。大同岩体中岩浆成因绿帘石呈自形-半自形,具有明显的成分环带,并发育褐帘石核,同时绿帘石熔蚀现象明显,常为新鲜黑云母包裹,或与新鲜的钾长石呈港湾状或不规则形态接触。绿帘石的Ps值(绿帘石端员组分的摩尔分数)介于0.26～0.31之间,并具有较低的TiO2含量,w(TiO2)<0.2%。绿帘石结晶于深部岩浆房(>1.0GPa),并在岩浆上升过程中发生熔蚀。绿帘石熔蚀速率计算结果显示,大同岩体岩浆上升速率不小于900m/a,从而表明岩体是快速上升侵位的产物,形成于拉张环境。结合区域地质资料,我们认为西昆仑地区早古生代早期存在一期俯冲挤压背景下的间歇拉张作用。     

中印度洋脊Edmond热液区黄铁矿的标型特征及其对海底成矿作用环境的指示

对中印度洋脊Edmond热液区的丘顶和丘坡进行电视抓斗取样,获得了大量的金属硫化物等热液作用产物样品。在进行细致的矿相学分析基础上,对硫化物中黄铁矿的标型特征及其演化进行了详细研究。结果表明,Edmond热液区的黄铁矿可分3种类型,其形态标型和成分标型分别具有以下特征:Ⅰ型:呈自形立方体状,S/Fe原子数比接近于2.00,微量元素具有高Cu,低Zn、As、Pb、Ni和Ag的特点,Cu/Zn值高,平均可达4.26;Ⅱ型:呈半自形立方体状,S/Fe原子数比平均2.03,具有高Zn、Co、低Cu的特点,Cu/Zn值(平均0.04)低;Ⅲ型:主要呈胶状、莓球状,S/Fe原子数比平均2.04,具有Ag、Pb、Zn、As元素富集的特点,Cu/Zn值介于前两者之间(平均1.09)。根据硫化物中矿物共生组合关系,认为这3类黄铁矿分别对应高温、中高温和低温成矿作用,黄铁矿的形态和成分能很好地指示热液区的成矿环境和成矿条件的演变。     

地下多组分反应溶质运移数值模拟:地质资源和环境研究的新方法

地下多组分反应溶质运移数值模拟(RTM)是解释地球系统中的耦合过程和不同时空尺度对其影响的重要工具。RTM是研究地球科学基础理论、地质资源和环境等复杂地球化学过程的一个新方法,可用于如废物处置安全性评估、地下水污染研究、二氧化碳地质储存、金属矿床的地浸开采等的研究中。笔者首先回顾了反应溶质溶质运移模拟的发展历史,然后总结了反应溶质运移模拟的发展现状,再从耦合过程、空间尺度、裂隙和非均质介质处理角度说明了反应溶质运移模拟所面临的挑战。结合地下水质的演化、生物降解、CO2地质储存等具体实例讨论了反应溶质运移模拟的广泛应用前景,探讨了反应溶质运移模拟的未来发展方向。     

东秦岭二郎坪群长英质火山岩成因及其对VMS型矿床成矿环境的制约

东秦岭二郎坪群位于宽坪群和秦岭群之间,是一套海相火山岩-沉积岩建造,形成于早古生代。二郎坪群火山岩中发育有火山成因块状硫化物矿床,该类矿床主要赋存于东二郎坪群刘山岩组和西二郎坪群火神庙组的长英质火山岩(变石英角斑岩、变凝灰岩)中。长英质火山岩富集LILE、亏损HFSE(Nb、Ta),高的Th/Ta(平均值为24.0),显示岛弧型火山岩地球化学特征,反映源区受到俯冲作用的影响。二郎坪群火山岩的¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd为0.107754~0.154978,¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd为0.512465~0.512895,ε_Nd(t>=467Ma)为+0.83~+7.63,表明它们源于亏损的地幔源区。镁铁质岩浆上升到中地壳(10~15 km),经过AFC演化形成长英质岩石。通过蚀变指数AI (alteration index)和CCPI (chlorite-carbonate-pyrite index)对二郎坪群长英质火山岩的蚀变特征进行研究,表明矿体下盘的长英质火山岩明显受到热液蚀变的影响,有别于区域成岩蚀变的岩石,反映成矿热液流体上升对围岩的热液蚀变作用。因此,有效区分热液蚀变或者区域成岩蚀变,可以指导找矿工作。根据东、西二郎坪群火山岩Zr/Y比值、Sr同位素的差异,认为西二郎坪群矿床(水洞岭和上庄坪)形成于初始的弧后盆地,受陆源物质影响较大,形成富Pb的矿床(类似于黑矿型);而东二郎坪群矿床(刘山岩)可能形成弧后盆地的成熟阶段,类似于斐济盆地,形成富Cu的矿床。     

青藏高原中部中生代OIB型玄武岩的识别:年代学、地球化学及其构造环境

目前对青藏高中部的蛇绿岩类型、形成环境及其深部地幔源区特征还缺乏很好的约束。在区域地质调查基础上,本文展示了青藏高原中部龙木错—双湖缝合带嘎错玄武岩、班公湖—怒江缝合带多玛、塔仁本玄武岩及那曲盆地西侧中生代玄武岩的单斜辉石Ar-Ar测年、锆石SHRIMP定年和地球化学及Sr,Nd,Pb同位素数据,以约束形成这些玄武岩的时代、构造环境和地幔源区特征。目前的数据表明:1羌塘双湖嘎错枕状玄武岩单斜辉石的中温坪年龄为232.5±2.4Ma,可能指示嘎错玄武岩浆活动发生于中三叠世晚期,班公湖—怒江缝合带多玛枕状玄武岩、塔仁本玄武岩浆活动时代大约在早白垩世中晚期(110Ma左右);2在这些蛇绿混杂岩带中的玄武岩显示OIB而不是MORB型地球化学特征,双湖嘎错玄武岩的地球化学特征介于峨眉山高Ti玄武岩与夏威夷碱性玄武岩之间;中晚三叠世那曲嘎加组玄武岩的地球化学特征非常类似于夏威夷碱性玄武岩;班公湖—怒江缝合带内的早白垩世多玛玄武岩和塔仁本玄武岩的地球化学特征在很大程度上可比于夏威夷碱性玄武岩;3双湖嘎错OIB型玄武岩可能形成于以增生楔为基底的裂谷环境而不是以洋壳为基底的大洋板内环境,那曲嘎加组OIB型玄武岩很可能形成于以弧内—弧前沉积物为基底的陆棚—陆坡环境下的裂谷背景,塔仁本和多玛OIB型玄武岩形成于以洋壳为基底的洋岛环境,这表明班公湖—怒江洋壳在大约110Ma时尚未彻底消亡,可能暗示班公湖—怒江洋盆的关闭时间明显晚于晚侏罗世—早白垩世早期闭合的早期认识;4地球化学指标显示青藏高原中部中生代玄武岩未受到地壳物质或很少受到陆下岩石圈物质改造,一些相对新鲜样品的Nd,Pb组成似乎可以用来代表其地幔源区的成分特点,其高206Pb/204Pb比值(>18.5)指示羌塘双湖中晚三叠世嘎错玄武岩、班公湖—怒江缝合带早白垩世洋岛玄武岩所代表的中生代特提斯地幔很可能不具“Dupal”异常。然而,由于研究程度的限制和缺乏更多的可靠数据,这种观察还需要进一步确认。     

内蒙古固阳地区白云常合山A型花岗岩:年代学、地球化学、Hf同位素研究及其对Columbia超大陆裂解的响应

在对固阳白云常合山花岗岩详细的野外地质调查基础上,对其岩相学、地球化学、锆石U-Pb年代学及Lu-Hf同位素特征进行了综合研究。白云常合山花岗岩的地球化学特征显示其具有高SiO2（70.68%~77.21%）、富碱（7.88%~9.21%）、高Fe2O3T/MgO（12.60~90.38）和10000×Ga/Al（3.63~6.17）值,低Al2O3（11.70%~13.23%）、MgO（0.06%~0.24%）、CaO（0.23%~1.20%）的特征;微量元素富集Rb、Th、K等,亏损Ba、Sr、Eu、Ti、P;稀土元素总量较高,轻稀土富集,重稀土亏损,呈现典型的右倾"海鸥型"分布模式,具有明显的Eu负异常。通过锆石饱和温度的计算,得到白云常合山花岗岩的结晶温度为824~957℃,平均值为903℃,表明其形成于高温环境。这些特征与A型花岗岩相一致。锆石LA-ICP-MS年龄测试结果显示,白云常合山花岗岩形成于~1720Ma;锆石εHf（t）=-1.84~+6.08,以正值为主,单阶段模式年龄和二阶段模式年龄分别为1.9~2.2Ga和2.5~3.2Ga,岩浆源区主要是新太古代新生地壳,在上升过程中可能受到古老地壳物质的混染。构造环境判别图解显示其为A1型花岗岩,且有板内岩浆的特点,因此白云常合山花岗岩应该是大陆裂谷岩浆活动的产物。结合区域上与裂解事件有关地质体的同位素年代学资料,认为白云常合山花岗岩应该是固阳地区年龄可靠的最早响应哥伦比亚超大陆裂解的岩体。