I/(Ca+Mg)作为指示碳酸盐沉积氧化还原条件的重要指标: 研究进展与问题评述*

海水氧化还原条件显著影响真核生物的起源与早期演化,但以往有关早期海水氧化还原条件研究的对象,主要依赖相对深水的细粒碎屑岩沉积(如黑色页岩),而对真核生物集中分布的浅水环境中的碳酸盐岩关注不够且手段缺乏。这显著制约了对真核生物起源与早期演化机理的认识。近年来,有学者提出碳酸盐岩的I/(Ca+Mg)值可作为反映海洋氧化还原条件的重要指标,并将其广泛应用于海相碳酸盐岩的古氧相研究中。该指标的提出主要基于对现代海洋碘组分的观测以及室内方解石合成实验结果: 观测结果表明,海水中的碘主要以氧化态(IO₃^-)和还原态(I^-)2种形式存在,随着氧含量的下降(如在氧极小带),氧化态的碘被逐步转换为还原态的碘,且海水中的IO₃^-浓度与海水氧含量大体呈正相关。实验研究证明,IO₃^-可按一定的分配系数进入到碳酸盐矿物晶格中,但I^-则不能。由于IO₃^-/I^-的还原势能与O₂/H₂O的还原势能接近,因此I/(Ca+Mg)值是最早响应海洋氧含量下降的指标之一,可用于表征深时(如前寒武纪)次氧化环境中表层海水的氧含量波动。此外,学者们也尝试建立I/(Ca+Mg)值与氧含量之间的半定量关系,如I/(Ca+Mg)值大于0和2.5μmol/mol这两个临界值所对应的海水氧含量。结合大量现代缺氧水体和氧极小带中碘组分与溶解氧浓度相关关系的研究,作者提出I/(Ca+Mg)=1.5μmol/mol为重要的临界值之一,可用于限定初级生产力在表层海水中所能产生的最大氧浓度值(~10 μM),并能进一步区分海水和大气的氧化。此外,对I/(Ca+Mg)值的应用进展及潜在问题进行评述,并对可能的发展方向进行展望。     

洞穴次生碳酸盐沉积的Mg/Ca与Sr/Ca比值研究进展——兼论洞穴次生沉积物Mg/Ca与Sr/Ca的影响机制

微量元素是岩溶洞穴沉积中非常重要的一类古气候环境替代指标,为近20年来国内外的一个研究热点。总结前人的研究,主要取得了以下一些重要认识:（1）洞穴上覆土壤 和围岩是洞穴次生碳酸盐沉积Mg、Sr的主要来源;（2）Mg/Ca与Sr/Ca能够指示气候环境变化,但需结合其它指标综合考虑。（3）洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca受多种气候环境因素（包括土壤和围岩的组成和性质、水-岩相互作用、先期碳酸盐沉积、分配系数等）影响,其古气候环境指示意义具有多解性;（4）矿物结晶作用对Mg/Ca与Sr/Ca有一定的影响,特别是文石在向方解石转变的过程中容易丢失Mg、Sr,此外,杂质的混入也将抑制Mg、Sr进入方解石,从而引起洞穴次生碳酸盐沉积Mg/Ca与Sr/Ca比值的变化。今后应进一步加强对石笋中这些微量元素的影响机制研究,尤其是对一些影响因素与微量元素含量变化之间的定量关系进行探讨。      

南海北部甲烷渗漏的沉积地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)识别

自生碳酸盐矿物是揭示甲烷渗漏过程及其周期性变化的重要指标。为了方便、快速地识别出自生碳酸盐矿物,在探讨了前人建立的端元组分模型(文石、高镁方解石、生物成因方解石和碎屑)在我国南海北部适用性的基础上,利用沉积物全样中Sr/Ca和Mg/Ca值计算了南海北部神狐海域两支沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的质量分数,计算结果表明,在不同沉积深度均有含量不等的自生碳酸盐矿物。这一结果被X射线衍射结果和沉积物中存在晶形完好的自生高镁方解石和文石矿物所验证,表明利用前人建立的端元组分模型计算的结果具有可靠性。自生碳酸盐矿物的出现显示该海域深受甲烷渗漏作用影响。利用地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)获得的自生碳酸盐矿物含量垂向变化显示该区域甲烷渗漏具有强弱交替的周期变化。运用端元组分模型来获取沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的高分辨率剖面,从而识别甲烷渗漏信息非常方便,在大范围寻找甲烷渗漏和天然气水合物方面具有较大潜力。     

低温绿泥石成分温度计Fe/(Fe+Mg)校正的必要性问题

绿泥石是沉积岩、低级变质岩和水热蚀变岩中的常见矿物,基于四次配位Al含量的绿泥石成分温度计是确定古成岩或变质温度的最主要的手段之一。介绍了四种应用最为广泛的绿泥石成分温度计的原理,并从离子替代规律和比较研究的角度着重讨论了近年来关于绿泥石成分温度计校正的必要性。研究表明,在铝饱和的条件下,根据绿泥石中的Fe/(Fe Mg)值对绿泥石温度计进行校正并不能使计算值与实际值更为接近,而且从晶体化学的角度看,全岩的Fe/(Fe Mg)主要影响的是绿泥石中六次配位Fe与Mg的占位,而且偶合置换(Si4 )Ⅳ(Mg2 )Ⅵ—(Al3 )Ⅳ(Al3 )Ⅵ和(Si4 )Ⅳ(Fe2 )Ⅵ—(Al3 )Ⅳ(Al3 )Ⅵ共同控制着四次配位Al的占位。所以在铝饱和的岩石体系中可不必进行Fe/(Fe Mg)值的校正。     

Sr/Ca,Mg/Ca:珊瑚岛鸟粪沉积的物源指示计*

文章尝试用Sr/Ca,Mg/Ca比值作物源指示计,区分了珊瑚岛屿受到海鸟粪影响的湖泊沉积物中鸟粪、珊瑚砂、植物这几种主要的环境介质对沉积物的相对贡献,据此恢复1800年来西沙群岛东岛海鸟数量变化和植被演化的历史。结果表明,东岛海鸟数量的变化历史可划分为潜伏期、增长期、稳定期和衰退期4个阶段,历史时期东岛海鸟生态系统的建立和发展与岛屿植被的演变有着密切的联系。研究获得的方法和初步结论为进一步开展西沙岛屿海鸟数量变化、植被演化的广泛对比并探讨与气候变化、人类活动的相互联系提供了基础。     

Mo-U共变作为古沉积环境氧化还原条件分析的重要指标——进展、问题与展望

由于氧化还原敏感金属元素(RSM)在氧化水体中化学性质保守,而在缺氧水体中还原活化并向沉积物中转移,因而黑色页岩中的RSM富集度被广泛用于古沉积环境和水体化学条件的研究。近年来不仅建立了判定海水氧化还原(redox)状态的定量指标体系,而且成功地将RSM用于盆地古水文条件重建和大气氧化水平分析,特别是Mo-U富集机理及其共变应用研究最为迅速。沉积物的Mo-U富集度主要受海水Mo-U浓度以及水体氧化还原状态和盆地水文特征的控制。U在Fe(Ⅲ)-Fe(Ⅱ)还原带活化并向沉积物中转移,而Mo仅当海水中含有H2S时才向沉积物富集,因而可据Mo和U富集度的差别区分水体缺氧与硫化特征。沉积物中Mo/TOC比可大致反映沉积水体中的Mo浓度,故可用于判定同时代不同古地理条件下沉积水体的局限程度。利用Mo-U的差异性富集机制还可区分弱氧化-缺氧-硫化水体特征,并判断是否存在Mo的颗粒传输。作者对Mo-U共变用于古沉积环境的氧化还原条件分析的进展、问题进行评述,并对可能的发展方向提出展望。     

华北中元古代浅海碳酸盐沉淀方式变化:海水氧化还原条件波动的响应?

海相碳酸盐的沉淀方式被认为与水体氧化还原条件密切相关,即太古宙至古元古代缺氧的铁化海水中碳酸盐沉淀抑制剂Fe2+和Mn2+强力抑制灰泥在水柱中成核,但允许文石直接在海底生长,从而导致大量文石以海底沉淀方式产出,而新元古代适度的氧化海水则有利于灰泥以水柱沉淀方式形成.然而,碳酸盐沉淀方式的长期变化还可能受控于其他因素,其...     

广东三水盆地古近系(土布)心组地球化学特征及其所指示的氧化还原条件

古近系心组红岗段是广东三水盆地的主要生油层,以一套黑—灰黑色页岩沉积为主,其富含有机质、纹层理发育良好的岩层与相对贫有机质、含微体生物化石的微扰动层交替出现。根据纹层状页岩与生物扰动页岩的C-S-Fe关系以及对氧化还原条件敏感的痕量元素(Mo、U、V、Co、Ni、Pb和Cu)地球化学记录,对这两种不同岩相的地球化学特征及其所反映的水体氧化还原条件进行了分析。纹层状页岩的TOC、S含量和DOPT值均较高,TOC-S、TOC-DOPT显示较弱的相关性;而生物扰动页岩的TOC、S含量和DOPT值相对较低,TOC-S、TOC-DOPT相关性显著。痕量元素在两种岩相中的分布也有差别,各元素在纹层状页岩中的丰度均高于生物扰动页岩,尤其是Mo和U具有较高的丰度水平、且在不同岩相中显示明显差别。黑色页岩中的C-S-Fe关系和痕量元素(特别是Mo和U)分布反映了心组红岗段沉积时期湖盆水体的氧化还原条件变化。生物扰动页岩沉积期间,底部水体主要为氧化环境,间歇性出现贫氧条件,硫酸盐还原作用发生于沉积物/水界面及其以下沉积物中。纹层状页岩形成于缺氧的底部水体条件下,水体和沉积物中均可含H2S,为有机质保存以及对氧化还原条件敏感的痕量元素的富集提供了有利条件。     

华北中元古代浅海碳酸盐沉淀方式变化:海水氧化还原条件波动的响应?*

海相碳酸盐的沉淀方式被认为与水体氧化还原条件密切相关,即太古宙至古元古代缺氧的铁化海水中碳酸盐沉淀抑制剂Fe²⁺和Mn²⁺强力抑制灰泥在水柱中成核,但允许文石直接在海底生长,从而导致大量文石以海底沉淀方式产出,而新元古代适度的氧化海水则有利于灰泥以水柱沉淀方式形成。然而,碳酸盐沉淀方式的长期变化还可能受控于其他因素,其与海水氧化还原条件之间的关系还需要通过大量具体实例来验证。针对上述科学问题,笔者选择碳酸盐沉淀方式尚处于过渡时期的华北中元古界碳酸盐岩为研究对象,开展碳酸盐沉淀方式及与之对应的氧化还原条件研究。结果表明,华北高于庄组三段(约1.56 Ga)、雾迷山组四段下部(约1.48 Ga)和铁岭组二段(约1.44 Ga)发育大量灰泥水柱沉淀,其Ⅰ/(Ca+Mg)值较高(普遍大于0.5 μmol/mol)、Ce负异常(低至0.8),指示适度氧化的条件;而高于庄组四段下部(约1.55 Ga)和雾迷山组二段中部(约1.50 Ga)则发育大量纤维状文石海底沉淀,其Ⅰ/(Ca+Mg)值约为0,指示次氧化至缺氧的环境。因此,本研究首次用大量实例证实了前寒武纪海水氧化还原条件对碳酸盐沉淀方式的重要调控作用,并且后者可作为海水氧化还原条件分析的重要指标,适用于高效开展长序列、多剖面的低氧背景下前寒武纪碳酸盐岩地层的氧化还原条件分析。     

南京葫芦洞缺失现代沉积的一个重要原因:盐效应?——与同一气候条件下安徽蓬莱仙洞的对比观测研究

南京葫芦洞石笋末次冰期气候记录闻名于世,但至今葫芦洞未见全新世石笋,且缺失现代碳酸盐沉积,这个问题多次被同行提起.通过与同一气候条件下现代沉积作用旺盛的安徽蓬莱仙洞进行了近一个水文年的水文地球化学对比研究,从监测数据分析获知,两洞穴滴水中阳离子浓度以及其他许多地球化学指标的差异并不大,但葫芦洞滴水的SO42-和Cl-含...