草莓状黄铁矿与古海洋环境恢复

草莓状黄铁矿是指由等粒度的亚微米级黄铁矿晶体或微晶体紧密堆积而成,形似草莓的黄铁矿球形集合体.它们在氧化和缺氧海洋环境中形成的机理不同,沉积岩中草莓状黄铁矿的粒径分布特征是恢复古海洋的氧化还原状态行之有效的方法之一.然而,草莓状黄铁矿粒径统计仅能区分出氧化和缺氧硫化的环境,不能进一步区分缺氧程度及状态(如次氧化、缺氧含...     

草莓状黄铁矿的形成机制探讨及其对古氧化-还原环境的反演

【研究目的】草莓状黄铁矿广泛存在于现代沉积物和沉积岩中,其成因机制总体上分为有机成因和无机成因两种,尽管两种机制均有理论与实验的支撑,但尚未建立一种具有普遍意义的形成机制。【研究方法】本文对目前草莓状黄铁矿的形成机理、氧化还原环境的应用及后期环境变化的影响进行了系统的综合研究。【研究结果】不同氧化-还原环境下形成的草莓状黄铁矿在粒径、形态以及硫同位素之间均存在较大的差异,可做为反演古氧化-还原环境的指标。草莓状黄铁矿的微晶尽管与粒径具有一定的正相关性,但是两者在形态演化序列、生长模式、聚集因素等方面与古氧化-还原环境的关系尚不清楚。仅凭草莓状黄铁矿粒径与铬还原法测定的硫同位素反演古氧化-还原环境存在一定的局限性,需要其他指标综合判定,尚需进一步开展草莓状黄铁矿原位硫同位素值与粒径对古氧化-还原环境反演的研究。后期氧化可使草莓状黄铁矿表面化学成分发生变化,但粒径分布依然具有古氧化-还原环境的指示意义。【结论】草莓状黄铁矿的实验模拟、理论体系和多学科交叉的研究中仍存在一些问题,尚需进一步研究。     

草莓状黄铁矿形成机制及其研究意义

黄铁矿是沉积物中较为常见的矿物之一,而草莓状黄铁矿是由等粒度的亚微米级黄铁矿晶体或微晶体紧密堆积而成。基于已有的草莓状黄铁矿相关研究成果,本文综述了草莓状黄铁矿的形成机制,阐述了其对古环境恢复的意义。目前普遍认为草莓状黄铁矿的成因主要有两种,即有机成因和无机成因,前者认为有机质或细菌参与草莓状黄铁矿形成;而后者主要认为过饱和的黄铁矿浓度是微球粒草莓状黄铁矿形成的必备条件。草莓状黄铁矿粒径的大小是其古沉积环境的直接反映,被作为比较可靠的古氧化还原条件判别指标,已被广泛应用于古代及现代海洋沉积物的古环境恢复。目前,虽然草莓状黄铁矿粒径判别古环境的大小及分布范围还不统一,但普遍认为封闭的水体环境（硫化环境）草莓状黄铁矿粒径较小且变化不大,且随着含氧程度增加,草莓状黄铁矿的粒径大小增大且分布范围趋于加宽。     

广西来宾蓬莱滩剖面G-L界线草莓状黄铁微晶粒径特征及其氧化还原意义

在瓜德鲁普统末期发生了一次大规模生物灭绝事件,多类生物均遭受重创。关于此次生物灭绝事件成因,有学者认为海洋缺氧是主要的直接原因之一,但瓜德鲁普统-乐平统（G-L）过渡时期海洋的氧化还原条件的研究开展得较少,缺少直接证据证明海洋缺氧和瓜德鲁普统末期生物灭绝的关系。草莓状黄铁矿粒径是指示沉积水体氧化还原条件的少数可靠的指标之一。由于微晶粒径大小与草莓状黄铁矿粒径大小密切相关,草莓微晶粒径大小同样也可以作为沉积水体的氧化还原指标。本文通过研究蓬莱滩剖面卡匹敦阶茅口组和吴家坪阶合山组下部草莓状黄铁矿微晶粒径特征,从而分析沉积环境的氧化还原状态。研究结果表明蓬莱滩剖面茅口组和合山组微晶粒径多数分布在0.4～1.2 μm之间,大部分样品微晶粒径分布相对较窄,部分样品分布较宽。茅口组-合山组界线处间歇性出现微晶粒径很小且分布范围窄的样品,其平均微晶粒径一般小于0.7 μm,最大值一般不超过1.2 μm,很可能指示硫化-缺氧的环境。茅口组和合山组大部分样品平均微晶粒径分布在0.7～1.0 μm之间,最大值一般不超过3.3 μm,很可能指示的是氧化-贫氧环境。蓬莱滩剖面硫化至缺氧环境对应着瓜德鲁普末期生物灭绝事件层位,说明这两者很可能存在因果关系。海洋的硫化缺氧很可能是瓜德鲁普末期生物灭绝的主要原因之一。     

沉积地层中的黄铁矿形态及同位素特征初探——以华南埃迪卡拉纪深水相地层为例

地质历史时期新元古代大气氧含量普遍较低。在硫酸盐还原细菌作用下,作为海洋重要的氧化性离子,陆源硫酸根离子有效促进了深层海水的氧化进程。在此过程中,硫元素在硫酸根和黄铁矿之间发生显著同位素分馏,其分馏程度可反推当时古海洋的氧化还原状态。沉积地层中的黄铁矿普遍具有多种形态,不同形态黄铁矿的形成环境多有不同。如草莓状黄铁矿多形成于底层缺氧水体或沉积物的浅表面,而大颗粒单晶黄铁矿或脉状黄铁矿则多沉积于成岩早期的沉积物孔隙或形成于成岩后期的热液改造。与草莓状黄铁矿不同,大颗粒单晶或脉状黄铁矿的硫同位素组成并不能反映沉积时期的古海洋氧化还原条件。判定沉积地层中不同形态的黄铁矿及形成过程,是获得有效反映海洋沉积环境硫同位素组成特征的基本前提。简要总结了地质历史时期沉积地层中的黄铁矿类型及矿物形成过程,并以华南埃迪卡拉纪蓝田组岩芯样品为例,识别出各个样品中的黄铁矿形态组成特征,对比分析了全岩黄铁矿与样品中大颗粒黄铁矿硫同位素组成差异。研究结果表明:不同岩性样品中黄铁矿的形态种类及含量均存在差异。页岩样品保存有更好形态的自形晶以及草莓状黄铁矿;碳酸盐岩样品中具有较多自形晶以及他形晶黄铁矿,并且其中的少量草莓状黄铁矿遭受后期成岩作用而发生不同程度的晶体蚀变。样品中大颗粒黄铁矿的硫同位素值（δ34S_L-pyr）通常显著高于全岩黄铁矿的硫同位素值（δ34S_T-pyr）,最大差值可达48.5‰。在利用黄铁矿的硫同位素组成来反推当时古海洋环境时,需要区分不同形态黄铁矿,仔细剔除大颗粒黄铁矿,降低成岩期黄铁矿对样品中硫同位素组成的影响。更细致的微区黄铁矿硫同位素分析工作将依赖于SIMS分析测试手段进行。     

鄂西宜昌地区下寒武统水井沱组草莓状黄铁矿SEM图像特征及古环境指示意义：以鄂阳页1井为例

草莓状黄铁矿在页岩中广泛分布,其形态特征及粒径大小等可作为指示氧化还原状态的环境指标。本文以鄂西宜昌地区鄂阳页1井水井沱组富有机质层段及岩家河组样品为研究对象,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜技术,结合图像处理软件ImageJ,快速获取SEM图像中草莓状黄铁矿相关参数,并探讨其环境指示意义。结果表明,鄂阳页1井下寒武统剖面样品中黄铁矿赋存形式多样,包括草莓状黄铁矿集合体、团块状黄铁矿、黄铁矿自形晶及有机质中星点状分散的黄铁矿等。其中,草莓状黄铁矿作为最主要的赋存形式,其粒径(D)、微晶粒径(d)、D/d值以及微晶晶型等相关参数在垂向上呈现明显变化。岩家河组草莓状黄铁矿微晶晶型以八面体为主,水井沱组富有机质层段底部以五角十二面体及近球形为主,中部以八面体、立方体为主,上部以立方体、四面体为主,自下而上微晶圆度呈逐渐减小趋势,反映了还原性减弱的过程。水井沱组富有机质页岩中草莓状黄铁矿平均粒径为4.43μm,中下部偏大,上部粒径偏小。草莓状黄铁矿微晶平均粒径为0.338μm,剖面上自下而上呈现由大到小的变化趋势。D/d值在岩家河组样品中偏小,在水井沱组富有机质层段下部最大,上部逐渐减小。综合相...     

钱家店铀矿田草莓状黄铁矿特征及其地质意义

钱家店铀矿田主要赋矿层位为青山口组、姚家组原生红杂色岩系,目前关于其内部灰色砂体沉积期的原生氧化还原性仍存在较大分歧,直接影响了区内找矿部署,而草莓状黄铁矿对沉积岩形成的古环境具有重要指示作用。文章通过系统研究青山口组和姚家组灰色砂体内草莓状黄铁矿的赋存、硫同位素、粒径等特征,首次利用其粒径特征反演目标层位沉积-成岩期水体的古氧化还原条件,进而探讨其对铀成矿的意义。结果表明,钱家店铀矿田灰色砂体中草莓状黄铁矿主要形成于沉积-成岩期,全岩δ34S值为-37.5‰～-23.4‰,为低温微生物还原作用成因。姚家组、青山口组的草莓状黄铁矿粒径分布范围分别为1.6～28.0μm、0.8～52.0μm,平均粒径分别为8.0μm、9.3μm,最大粒径分别为28.0μm、52.0μm,粒径大于10μm的颗粒分别占21.8%、28.3%,表现出姚家组草莓状黄铁矿粒径整体较青山口组小,青山口组具较广的分布范围,但两者具有相似的粒径统计学分布规律。综合草莓状黄铁矿平均粒径对标准偏差和偏态系数二元图解表明,含矿目标层沉积时古水体为次氧化环境,这是目前含矿层不发育翼部矿体和具有“两红夹一灰”纵向氧化还原分带的主...     

华南老堡组硅质岩中草莓状黄铁矿——埃迪卡拉纪末期深海缺氧的证据

为恢复埃迪卡拉纪末期深海的氧化还原状态,我们对华南桂北泗里口剖面老堡组（大约550~540Ma）硅质岩中草莓状黄铁矿的粒径和分布进行了测量、统计和研究。老堡组硅质岩样品中普遍存在着草莓状黄铁矿,呈星散状分布,未见自形晶的黄铁矿颗粒和明显后期充填的草莓状黄铁矿集合体。硅质岩中草莓状黄铁矿颗粒的统计表明,它们具有很窄的变化范围,最大粒径小于18μm,大多数样品中草莓状黄铁矿的平均粒径和中间粒径均小于5μm。根据这些硅质岩中原生黄铁矿的粒径和分布,我们判定埃迪卡拉纪末期的深部海水是缺氧的。泗里口剖面老堡组硅质岩中草莓状黄铁矿的平均粒径、中间粒径和最大直径沿剖面向上逐渐增加,这意味着埃迪卡拉纪末期华南的深部海水有逐步被氧化的趋势。     

Pyrite characteristics and shale gas significance of the Niutitang Formation in Cengong area,Guizhou ProvinceSCIEI北大核心CSCD

黄铁矿特征研究可为页岩沉积环境恢复与页岩气富集保存规律预测提供依据。以贵州岑巩地区岑页1井牛蹄塘组为研究对象,基于岩心、薄片、扫描电镜及微量元素、硫同位素地球化学,确定牛蹄塘组页岩沉积环境及页岩气富集地质条件。研究表明,牛蹄塘组页岩黄铁矿发育为草莓状、自形-半自形及他形(主要为胶状他形)三种形态,不同形态的黄铁矿形成于不同沉积环境,草莓状黄铁矿形成于缺氧还原环境,自形-半自形黄铁矿形成于贫氧环境,胶状他形黄铁矿指示沉积过程有热液活动的参与。测试井牛蹄塘组整体处于较开放的沉积水体,上段为含氧-贫氧环境,硫同位素整体变轻且发生负漂;中段为较缺氧环境,硫同位素跨度大且发生正漂;下段为还原性更强的沉积环境,硫同位素小幅度负漂。黄铁矿含量与有机质富集密切相关,与黄铁矿有关的孔隙为页岩气吸附、保存及运移提供载体,且草莓状黄铁矿指示的缺氧硫化环境更利于有机质保存。研究工作系统梳理了黄铁矿对牛蹄塘组页岩沉积环境及储层页岩气富集的指示作用,为页岩气勘探提供指示。     

草莓状黄铁矿微晶形态和成分的地质意义——以栖霞组含泥灰岩为例

在湖北省京山县雁门口地区二叠世栖霞组上部的含泥灰岩中发现棘皮动物化石,其腔被不同形态微晶的草莓状黄铁矿充填,有正四面体、正六面体、五角十二面体和近球体。溶解氧与草莓状黄铁矿的形成过程有关,其浓度决定微晶的S/Fe。统计显示,黄铁矿的S/Fe平均值随微晶的边数增加而增加,所以,棘皮动物腔内草莓状黄铁矿形成由早及晚的次序为：近球体微晶,五角十二面体微晶,正六面体微晶,正四面体微晶的草莓状黄铁矿。同一环境中,黄铁矿微晶的S/Fe可用来指示形成次序。     

Formation process of pyrite polyframboid based on the heavy-metal analysis by micro-PIXE

Pyrite framboid in sedimentary rocks could be concerned with arsenic contamination in groundwater of acidic environment and has been studied for the formation process of its unique morphology. However, not much has been discussed about the formation process based on the heavy-metal distribution in pyrite framboids and their aggregates. To reveal the formation process of pyrite framboids and their aggregates, mudstone from the Late Cretaceous Hakobuchi Group, central Hokkaido, Japan, are investigated for mode, petrographical, mineralogical, and micro-PIXE (particle-induced X-ray emission) analysis in this study. Spherical and sub-spherical pyrite framboids observed in polyframboids can be divided into two types based on the diameter of framboids (D) and the average diameter of microcrystals (d) within framboids: type 1, ranging from 2 to 9 μm and from 0.4 to 0.9 μm, respectively, and type 2, ranging from 8 to 50 μm and from 0.5 to 1.8 μm, respectively. Based on the quantitative traverse analyses and 2-D elemental mapping results by micro-PIXE, heterogeneities in the concentrations of heavy metals within the analyzed aggregations of pyrite are exhibited. On the basis of the As and Pb zoning patterns, the time range and chronological stages of pyrite-aggregation growth are revealed.     

北大西洋Logatchev热液区多形貌黄铁矿特征及其意义

北大西洋Logatchev热液区产出的黄铁矿形貌丰富、成分各异,极具特殊性和代表性.运用扫描电镜和电子探针系统观测黄铁矿矿物学特征,发现粒状黄铁矿粒径不一,具高Fe、S,低微量元素的特点;草莓状黄铁矿见有松散莓体、球形-次球形莓体和自形结构莓体,其Cu含量总体较高,不同晶体特征的莓体成分存在差异;胶状黄铁矿见有多层环带,内核到环带由纳微米晶体聚合生成,由内到外成分具有S/Fe比、Zn含量减小,As含量增大的趋势.分析认为早期粒状黄铁矿是在较高温度下的热液体系中直接形成,随热液作用衰减,生成的粒状黄铁矿多呈纳-微米晶产出;草莓状黄铁矿是由松散纳-微米晶逐步聚集形成,受溶液过饱和度影响,莓体粒度和聚集程度存在差异;胶状黄铁矿多晶聚集环带生长方向是由内向外的,聚集程度差异指示沉积环境的反复交替.研究区多形貌黄铁矿具有由分散的微晶→多晶聚合体→自形单晶的完整演化系列特征,对于解读现代海底热液活动的方式和特点,揭示纳米晶体-宏观晶体的演化过程有积极意义.      

Oxygenation in carbonate microbialites and associated facies after the end-Permian mass extinction:Problems and potential solutions

Carbonate sediments deposited in normally-oxygenated shallow ocean waters of the latest Permian period, immediately prior to the end-Permian mass extinction, contain well-developed diverse shelly faunas. After the extinction of these skeletal metazoans, the sediments commonly comprise microbialites(regarded by most authors as benthic) and associated facies bearing evidence interpreted by many authors to indicate reduced oxygenation of the shallow ocean waters. However, the evidence of oxygenation state is inconsistent and the sequences have gaps, indicated in the following 5 points:1) Shelly fossils occur commonly in post-extinction shallow marine limestones, and likely to have been aerated in contact with the atmosphere. Nevertheless, although the largest mass extinction in Earth history may have caused reduced body size in shelly organisms, such reduction is arguably due to environmental stress of lowered oxygenation. Discriminating between these controls remains a challenge.2) Abundant pyrite framboids in many post-extinction limestones are interpreted by several authors as indicating dysoxic contemporaneous waters, so the organisms that lived there, now shelly fossils, were dysaerobic. However, verification is problematic because pyrite framboids scattered amongst shelly fossils cannot have formed amongst living organisms, which need at least some oxygen; synsedimentary framboid formation requires anoxic conditions in the redox boundary where sulphate-reducing processes work. Thus, framboids and shelly fossils found together means taphonomic mixing of sediments, destroying original depositional relationships so that it is not possible to determine whether the shells were aerobic or dysaerobic prior to sediment mixing. Furthermore, diagenetic growth of framboids is possible, as is import of previously-formed framboids from deeper water during upwelling. Thus, there is no proof of an environmental link between framboid size and occurrence, and contemporaneous oxygenation in these post-extinction shallow water facies, so we question the validity of this model in those facies, but consider that the model is valid for deeper water facies.3) Some publications provide evidence of oxygenation, from redox-sensitive elements in post-extinction limestones, while others indicate low oxygen conditions. Redox-sensitive geochemistry requires further work to explore this issue at higher resolution of sampling than has been so far applied.4) Biomarkers recorded in some post-extinction facies contain evidence of anoxic conditions(including green sulphur bacteria) but other examples lack these, which may be indicate fluctuations of water oxygenation. However, a key issue that has not yet been resolved is determination of whether biomarkers were imported into the sites of deposition, for example by upwelling currents, or formed where they are found.Thus, there is currently no verification that biomarkers of low oxygen organisms in shallow water settings actually formed in the places where they are sampled.5) The common occurrence of small erosion surfaces and stylolites represents loss of evidence, and must be accounted for in future studies.The oxygenation state of post-end-Permian extinction shallow marine facies continues to present a challenge of interpretation, and requires high-resolution sampling and careful attention to small-scale changes, as well as loss of rock through pressure solution, as the next step to resolve the issue.     

鄂西地区上二叠乐平统大隆组硅质岩成因及有机质富集机理

晚二叠世是古生代环境、生物演化的关键时期,发育广泛的富有机质沉积,并成为南方重要的烃源岩层位。为了解该时期的富有机质堆积机理,我们选择了鄂西台内盆地晚二叠世大隆组富有机质硅质岩(TOC平均值为5.8%,峰值为18%)作为研究对象。硅质岩中常量元素Al/Fe均值为0.79,Mn/Ti均值为0.21,显示为大陆边缘环境下的生物成因,即非热水成因。∑REE值与Al2O3含量有着良好的正相关关系,表明当时陆源物质的输入对硅质岩的形成有很大影响。微量元素U/Th、V/(V+Ni)均说明硅质岩沉积环境为缺氧水体环境。通过对草莓状黄铁矿粒径的统计表明,大多数(64%～89%)的草莓状黄铁矿粒径小于5μm,反映缺氧甚至硫化的环境。而且,U、V、Mo的富集以及Ni、Cu元素的亏损说明水体的缺氧主要是由于海水分层,水体循环受阻造成的。TOC与氧化还原参数的变化步调基本一致,两者有着较好的正相关关系,而与生产力指标Ba/Al相关性很差,说明有机质富集主要是由水体的缺氧而不是初级生产力控制的。     

二叠纪末期海洋缺氧:来自黄铁矿形态的证据

晚二叠世是古生代环境和生物演化的重要时期,也是重要的"冰室气候"时期,但其中仍然含有大量的富有机质沉积,并发育成为我国南方扬子板块重要的烃源岩层位.为恢复这一时期古海洋氧化还原状态,我们对湖北恩施赵家坝剖面大隆组硅质岩和四川广元上寺长江沟剖面大隆组碳酸盐岩中草莓状黄铁矿的粒径大小和分布进行了测量、统计和研究.统计结果显...     

古海洋氧化还原条件分析方法与研究进展

地史时期海洋环境曾经历过不同的氧化还原状态,与生物种群演化、烃源岩的保存以及全球气候变化等重大地质事件密切相关,因此古氧化还原条件分析是古海洋生态环境重建的一项重要内容。然而,前人的研究多集中在氧化还原单个指标分析,这样的分析结果往往存在一定的局限性。在众多学者的研究基础上,综述了国内外氧化还原研究分析方法,重点介绍了它的岩石学、古生物学、元素地球化学、同位素地球化学和黄铁矿体系指标,探讨了各项指标的优势性与局限性,为进一步开展古海洋氧化还原条件研究提供借鉴。尽管各项指标在特定地质背景下均存在自身优势,但不同沉积环境下的各项指标所反映的氧化还原条件却存在一定差异,甚至是相悖的,因此准确地识别古海洋氧化还原环境需要各个指标的综合运用。