全球泥盆纪生物礁演化及其影响因素

泥盆纪是地史时期海洋生物迅速演化的时期之一,以发育显生宙以来地球上最大规模生物礁生态系统及其彻底崩溃为重要特征。泥盆纪的生物礁经历了吉维特-弗拉期和法门期的繁盛,造礁生物分别以珊瑚-层孔虫和菌藻类为主导;在吉维特中晚期、弗拉-法门期(F/F)之交和泥盆纪-石炭纪(D/C)之交,则遭受多次生物灭绝事件的打击,随后在石炭纪的杜内早-中期生物礁基本消失,而后生动物礁直到13 Myr之后(维宪期)才再次出现。通过最新的地球化学资料研究发现,中泥盆世海水表层温度适宜、大陆风化程度较低。因此,全球后生动物礁规模空前,异常繁盛;而晚泥盆世海水表层温度及大陆风化程度较高,导致法门期后生动物礁衰落,而菌藻类生物礁繁盛。通过灭绝事件的详细研究表明,Taghanic事件中海平面的快速上升、温度的急剧升高造成珊瑚和层孔虫消失,后生动物礁数量大幅减少;Kellwasser事件中的温度突变、全球性海平面升降以及缺氧等因素则引发了后生动物礁彻底崩溃;而Hangenberg事件中短暂复苏的后生动物礁受温度降低和海平面下降的影响而最终消失。因此,在众多影响泥盆纪生物礁发育的因素中,全球性的温度和海平面变化占据主导地位。     

河北宽城地区中元古代高于庄组碳酸盐岩碳氧同位素特征

对河北宽城地区中元古代高于庄组碳酸盐岩的碳氧同位素进行了测定和原始性验证,表明其原始组分保存良好。δ13C、δ18O值分布范围和平均值分别为-5.03‰～0.07‰、-9.92‰～-4.12‰和-0.90‰、-6.58‰,整体上稍低于前人测定的天津蓟县剖面和北京十三陵剖面数据。分析认为:研究区δ13C值主要受有机碳氧化与有机碳的埋藏速率因素影响,有机碳的埋藏速率与蓝绿藻等生物数量关系密切,藻类繁盛的时期一般都具有较高的δ13C值,藻类稀少的时期则具有较低的δ13C值。在浅水潮坪环境中,δ13C值与海平面的变化呈正相关关系;研究区δ18O值则主要受海平面变化影响,与之呈负相关关系;研究区古盐度Z值主要介于120～125之间,相关性分析表明Z值不仅反映氧同位素组成,也反映了碳同位素组成,δ18O和δ13C均与沉积介质的盐度有关,其变化趋势是盐度越大,其δ值越高。     

镉同位素在古环境重建中的应用:以晚泥盆世弗拉期-法门期生物灭绝事件为例北大核心CSCD

磷(P)是海洋初级生物不可或缺的营养元素,现代海水中溶解态镉与磷的含量线性关系极好,表明镉可能作为海洋初级生物的营养元素而被利用。浮游生物优先摄取轻的镉同位素,使得海水中的镉同位素变化与海洋初级生产力的变化紧密相关。目前镉同位素已成功应用于二叠纪-三叠纪之交古海洋初级生产力的重建。广西桂林晚泥盆世弗拉期-法门期(Frasnian-Famennian,F-F)之交杨堤剖面的镉同位素数据显示,在F-F灭绝事件前,δ114Cd总体偏重(0.03‰~0.49‰),指示当时海洋具有较强的初级生产力;F-F之交,δ114Cd呈现负偏(-0.44‰^-0.01‰),表明这一时期海洋初级生产力显著下降;F-F灭绝事件后,δ114Cd又逐渐增大(-0.04‰~0.13‰),反映灭绝事件后海洋初级生产力的恢复。海洋初级生产力的下降,导致了海洋生态系统中的食物链受到破坏,从而引发了F-F之交的生物灭绝事件。     

镉同位素在古环境重建中的应用:以晚泥盆世弗拉期-法门期生物灭绝事件为例

磷(P)是海洋初级生物不可或缺的营养元素,现代海水中溶解态镉与磷的含量线性关系极好,表明镉可能作为海洋初级生物的营养元素而被利用。浮游生物优先摄取轻的镉同位素,使得海水中的镉同位素变化与海洋初级生产力的变化紧密相关。目前镉同位素已成功应用于二叠纪-三叠纪之交古海洋初级生产力的重建。广西桂林晚泥盆世弗拉期-法门期(Frasnian-Famennian, F-F)之交杨堤剖面的镉同位素数据显示,在F-F灭绝事件前,δ~(114)Cd总体偏重(0.03‰～0.49‰),指示当时海洋具有较强的初级生产力;F-F之交,δ~(114)Cd呈现负偏(-0.44‰～-0.01‰),表明这一时期海洋初级生产力显著下降;F-F灭绝事件后,δ~(114)Cd又逐渐增大(-0.04‰～0.13‰),反映灭绝事件后海洋初级生产力的恢复。海洋初级生产力的下降,导致了海洋生态系统中的食物链受到破坏,从而引发了F-F之交的生物灭绝事件。     

广西桂林杨堤晚泥盆世弗拉期-法门期之交上、下 Kellwasser事件的差异与海洋生产力变化

对广西桂林晚泥盆世弗拉期-法门期(Frasnian-Famennian,简称F-F)之交杨堤剖面的碳酸盐岩碳同位素、生物成因 Ba、Al、Si和氧化还原指标的综合分析,表明该地区F-F之交生产力较低,且两次Kellwasser事件具有不同特点:下Kellwasser (LKW)事件时期并未出现明显缺氧环境,生态系统中初级生产力和最终生产力均相对较高,δ13C小幅度正偏是由生产力上升 引起;上Kellwasser(UKW)事件时期海平面上升,陆源输入物极少,氧含量急剧下降,初级生产力有所增加,最终生产力锐减, 此时的δ13C大幅正偏是由于缺氧条件下有机碳缓慢积累埋藏保存所致.      

辽西凌源雾迷山组碳酸盐岩碳氧同位素特征研究

辽西凌源雾迷山组碳酸盐岩碳氧同位素和Mn/Sr比值数据反映了碳酸盐岩的原始沉积特征.δ13CPDB数值范围-2‰～2‰,δ18OPDB数值范围为-10‰～-4‰,其平均值分别为0.15‰,-6.2‰,碳同位素组成具有旋回性变化特征.在雾迷山组一段中上部,δ13C表现出明显的正漂移,可能为藻类的大量繁殖、有机碳增加所引起.δ18O的增加为气候变冷和冰川作用的结果.在δ13C为负值的层段,δ18O数值较高.碳氧同位素组成的这种特征可能与海平面变化有关.     

鄂西地区上泥盆统碳质粉砂岩及黄铁矿地球化学特征

晚泥盆世弗拉期—法门期(F-F)之交生物大灭绝事件一直是被学者关注的热点,事件的起因与机制并没有定论。前人对华南地区事件期沉积序列、地层同位素、底栖、微体生物和维管植物的类型及演化进行了研究。但对事件起始期下Kellwasser事件研究较为薄弱,对其古气候、古环境认识尚不足。针对这些问题,本文对鄂西地区上泥盆统黄家磴组碳质粉砂岩与沉积黄铁矿微量元素与硫同位素进行测试分析,探讨了下Kellwasser事件期气候与环境。研究获得下列认识：1)晚泥盆世弗拉期鄂西地区为淡水环境,气候潮湿,水温约为31℃;2)受陆源营养物质供给的影响,海洋中生物生产力较高,大量沉积有机质分解,厌氧带向下扩张,造成水体氧化—还原带分层;3)大气氧含量介于17.23%～21.18%,黄铁矿δ³⁴S介于-12.01‰～-4.67‰,均未见明显波动;4)下Kellwasser事件未表现出明显的火山喷发、海水缺氧与构造作用成因的特征。研究成果为理解F-F生物大灭绝事件起因提供了参考,也丰富了中-上扬子地区晚泥盆世古气候、古环境认识。     

贵州青岩地区中三叠统新苑组碳酸盐岩碳氧同位素特征及古环境意义

对青岩地区中三叠统新苑组营上坡段和雷打坡段碳酸盐岩进行了碳氧同位素分析。δ(13CPDB)值介于-0.65‰3.65‰,均值为1.24‰;δ(18OPDB)值介于-5.50‰-1.70‰,均值为-3.09‰。研究表明,营上坡段沉积时期是海平面上升,还原性增强,具有海洋生产力高和生物量富集的特点,温度先降低后升高、盐度整体趋于增大。雷打坡段沉积时期为温度逐渐升高、盐度逐渐降低。在雷打坡下段和中段沉积时期海平面几乎不变,海洋生产力较稳定;上段沉积时期是海平面下降,氧化性增强,其海洋生产力较低、生物贫乏。     

塔里木盆地蓬莱坝剖面寒武系第二统-第三统界线处碳同位素负异常及其地质意义

塔里木盆地柯坪地区蓬莱坝剖面是研究寒武系地层的典型剖面,而迄今未有第二统一第三统界线处碳同位素演化研究.本研究对该剖面第二统吾松格尔组一第三统沙依里克组过渡区碳酸盐岩进行系统取样,分析了18件样品的碳、氧同位素组成.结果表明,δ13C(V-PDB)和δ18O(V-PDB)值分别分布于-4.2‰～0.8‰之间和-7.4‰...     

句容地区下奥陶统仑山组海平面变化的碳酸盐岩地球化学记录

句容地区下奥陶统仑山组碳酸盐岩沉积主要由开阔台地和深水陆棚组成,仑山组层序1和层序2均由低位体系域和海侵体系域构成,反映两次海侵过程。根据δ13 C值、Sr/Ba值、1 000Sr/Ca值和V/Ni值反映的古盐度、古水深曲线,结合沉积环境变迁与体系域特征,绘制了仑山组海平面相对升降曲线。一级海平面相对升降曲线反映仑山组时期经历了一次海侵。二级海平面波动曲线显示海平面波动频繁,由两次海平面相对上升和一次海平面相对下降组成。仑山组样品碳、氧同位素组成受后期成岩作用影响较小,基本保留了原始海洋的同位素组成:δ13 C值为-0.8‰~2.3‰,均值为0.45‰;δ18 O值为-14.4‰~-9.3‰,均值为-10.2‰,主要集中在-10.0‰~-9.0‰的范围内。利用δ13 C和δ18 O值计算得到的Z值全部大于120,反映仑山组碳酸盐岩在海相环境中形成。     

弗拉期—法门期(F-F)之交事件在广西全州地区的沉积学响应

晚泥盆世弗拉期—法门期之交,地球环境急剧变化.广西作为中国南方泥盆纪沉积最为发育的地区,对该事件具有良好的记录.从广西全州地区东山剖面发育的一套海相碳酸盐岩为主夹细颗粒陆源碎屑岩序列的岩相、沉积微相及生物化石入手,厘定研究区内弗拉阶—法门阶界线,揭示研究区内与弗拉期—法门期事件相关的沉积记录,进而探讨当时的海平面变化情...     

富有机质页岩方解石脉成因、成岩模式与地质意义——以四川盆地南部龙马溪组为例

富有机质页岩中方解石脉体普遍发育,其形成过程和机制对成烃储层和成藏具有重要指示意义。本文以四川盆地南部龙马溪组为例,采用显微岩相学、阴极发光、原位微区电子探针、同位素地球化学及流体包裹体相结合的方法,分析其中的方解石脉成因,并结合地质背景探讨了成岩流体动态演化模式及其勘探意义。结果表明,研究区龙马溪组页岩发育三期方解石脉,第一期(Cal-1)近围岩或独立生长,形成于同生—准同生成岩阶段,是微生物还原作用的产物,具有富Fe、Mg、Al元素、贫Mn元素的特征,其δ~(13)C_(V-PDB)=0.06‰～4.53‰,δ~(18)O_(V-PDB)=-13.21‰～-10.79‰,n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)=0.719366～0.719689;第二期(Cal-2)形成于早成岩阶段,是有机质脱羧作用的产物,以相对富Fe、Mg、Mn、Al元素为特征,其δ~(13)C_(V-PDB)=-6.93‰～-0.08‰,δ~(18)O_(V-PDB)=-13.28‰～-10.05‰,n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)=0.719378～0.720688;第三期(Cal-3)远离围岩,形成于晚成岩阶段,是甲烷热氧化作用的产物,具有富Fe、Mg、Mn元素,不含Al元素的特征,其δ~(13)C_(V-PDB)=-19.00‰～-12.64‰,δ~(18)O_(V-PDB)=-9.08‰～-6.65‰,n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)=0.719855～0.721342。通过对方解石脉成因及流体来源刻画,结合龙马溪组页岩热演化史,三期方解石脉的成岩演化对页岩的储集空间具有改善作用,有利于页岩气的勘探开发。     

鄂尔多斯奥陶系碳酸盐岩碳氧同位素特征及其意义*

鄂尔多斯古生代海相地层沉积厚度巨大。鄂尔多斯奥陶系碳酸盐岩的碳氧同位素组成受后期成岩作用影响较小,基本保留了原始海洋的同位素组成： δ¹³C值分布于-7.30‰～2.26‰之间,均值-0.30‰;δ¹⁸O值分布于-13.14‰～-1.94‰之间,均值-6.38‰,碳氧同位素组成与全球基本一致。区域上,鄂尔多斯西缘具有相对较高的δ¹³C值,南缘次之,而东缘最低。纵向上,碳同位素组成逐渐增重,并在中晚奥陶世发生明显的正向偏移,δ¹³C均值由马家沟组的-0.36‰增加到平凉组的0.15‰,至背锅山组增加至0.68‰。碳同位素的区域分布差异表明鄂尔多斯西缘水体相对较深,南缘次之,东缘相对较浅,由早奥陶世至晚奥陶世水体逐渐加深,碳同位素组成反映的海平面变化趋势与沉积相演化一致。鄂尔多斯西南缘中晚奥陶世碳同位素组成的正向偏移,标志着较高的生产力和有机碳埋藏率,具有重要的石油地质学意义,西南缘的平凉组/乌拉力克组和背锅山组是下古生界最重要和有效的烃源岩层。     

华南南华纪南沱冰期海洋环境的沉积地球化学记录——来自黔东部南华系南沱组白云岩碳氧同位素和微量元素的证据

新元古代"雪球地球"事件代表地球经历的极端气候条件,对其后的大气和海洋氧化、生物地球化学循环和真核生物的演化都产生了深远的影响。然而同冰期化学沉积岩的缺乏,严重制约了对冰期海洋环境的了解。笔者等在贵州松桃地区一钻孔岩芯南华系南沱组中采集到一套同冰期白云岩,为南沱冰期海洋环境研究提供了理想材料。岩芯中白云岩层位于南沱组下部,夹持于两套杂砾岩、粉砂质泥岩组合中间,厚度1.61 m。偏光显微镜和扫描电镜观察表明岩性为微晶白云岩。采用Delta V Advantage稳定同位素质谱仪分析白云岩的碳、氧同位素,测定结果为:δ~(18)O_(V-PDB)在-16.97‰～-8.37‰之间,δ~(13)C_(V-PDB)在-9.68‰～-8.42‰之间,与冰期前后碳同位素组成对比,δ~(13)C_(V-PDB)具显著低负值特征。电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)微量元素分析结果表明:白云岩样品中铁、锰含量很高,铁含量的平均值约为92867×10~(-6),锰含量的平均值约为10644×10~(-6);Mn/Sr值较大,平均值约为26.89。综合碳、氧同位素的相关性及微量元素特征分析表明,南沱组同冰期白云岩碳同位素组成代表了原始的沉积记录。研究结果表明:①南沱组白云岩的出现反映了南沱冰期海洋中存在着开放的水体,这些开放水体为此时真核生物提供了重要的栖息场所。②南沱冰期海洋处于富铁缺氧的环境,白云岩中碳同位素低负值主要是甲烷厌氧氧化的结果。③同位素质量平衡计算表明,冰期海洋中较高比例的有机质埋藏和极其有限的大气-海洋气体交换导致了大气中氧浓度的升高。     

滇东北巧家茂租铅锌矿成矿流体中的碳来源及矿床成因浅析

巧家茂租铅锌矿是滇东北赋存于上震旦统灯影组白云岩地层中的代表性铅锌矿床之一,通过对5件不同产状矿体中与成矿有关的热液成因碳酸盐矿物白云石和方解石样品的C-O同位素示踪分析,发现成矿流体中的碳主要有3种来源:(1)白云石的δ~(13)C_(V-PDB)值介于0.6‰～3.5‰,δ~(18)O_(V-SMOW)值介于17.9‰～18.5‰,具有明显的海相碳酸盐岩去碳酸盐化来源特征;(2)方解石的δ~(13)C_(V-PDB)值主要集中于-5.7‰～-1.95‰,δ~(18)O_(V-SMOW)值介于13.80‰～17.5‰,来自碳酸盐岩的溶解作用;(3)下层矿的方解石δ~(13)C_(V-PDB)值出现了较大负值(δ~(13)C_(V-PDB)=-28.9‰),同时较高的氧同位素值(δ~(18)O_(V-SMOW)=17.6‰)显示有机物氧化来源的有机碳同位素组成特征。综合前人的研究成果,认为茂租铅锌矿的形成与二叠纪峨眉山玄武岩浆热液无关,成矿物质除了前人认为的来源于基底地层和赋矿地层,区域上泥盆系碳酸盐岩也是重要的铅锌源。     

老挝帕奔金矿床同位素地球化学特征

对矿床热液成矿期含金方解石中H、O、C稳定同位素测定,探讨主成矿期成矿流体和成矿物质来源,为深入研究帕奔金矿成矿机制、成矿作用提供了新的地球化学资料。含金方解石碳氧同位素~(13)C_(V-PDB)值分布在-4.5‰~-5.2‰之间,~(18)O_(V-SMOW)值分布于20.0‰~20.8‰之间,含金的方解石矿物来源为流体与二叠纪海相碳酸盐岩相互作用产物;含金方解石矿物中包裹体水的δD值在-49‰~-92‰之间,δ~(18)O-H_2O的范围为8.32‰~13.42‰,成矿流体来源与岩浆活动存在密切关系。     

塔深1井寒武系白云岩储层同位素流体地球化学示踪

通过对塔里木盆地沙雅隆起阿克库勒凸起东部塔深1井寒武系白云岩岩石学特征及成岩成因分析,影响塔深1井寒武系地层流体改变主要成岩有准同生期、埋藏期和后期热液改造期等.塔深1井寒武系白云岩及充填孔、洞、缝内方解石的氧、碳、锶同位素地球化学特征表明:准生期白云岩δ~(13)C_(PDB)值(0.9‰～1.8‰)偏正、δ~(18)C_(PDB)值(-10.1‰～-4.2‰)偏负反映准同生期泥微晶白云石成因属于高盐度的海水使得碳酸盐泥发生白云石化;埋藏期白云岩碳、氧随重结晶作用加强,白云岩晶粒由细向粗变化值随埋深增加,由于同位素分馏作用而偏负,δ~(18)C_(PDB)值(-10.02‰～-5.7‰)呈明显的下降,但δ~(13)C_(PDB)值(-1.4‰～0‰)组成变化不大;后期热液白云岩在热液作用下δ~(18)C_(PDB)值普遍低于-10‰(δ~(18)C_(PDB)/‰-13.1～-9.4,δ~(13)C_(PDB)/‰-2～-0.647);基质方解石δ~(18)C_(PDB)值为-10.1‰～-10.13‰,δ~(13)C_(PDB)值为-1.48‰～-1.62‰;充填孔洞缝粗-巨晶方解石δ~(18)C_(PDB)值为-10.89‰～-14.28‰,δ~(13)C_(PDB)值为-2‰～-3.09‰,反映准同生期→埋藏期→后期热液晶粒大小由泥微晶→细晶→中晶→粗晶氧碳同位素值逐渐变小偏负,据~(87)Sr/~(86)Sr(0.707 284～0.746 888)值均远高于现今海洋中海水的锶同位素组成(0.708)及围岩的锶同位素(0.707 284),说明鞍形白云石以及方解石结晶时的孔隙流体不是残余在岩石孔隙中的同生期海水,而是外来的富含锶的流体,也就是深部热液流体.渗透回流白云石化、埋藏白云石化和高温热液白云石化等特征表明白云岩形成于超盐度、埋藏和高温热液等3种不同的环境,因此影响储层形成与分布,从而影响对白云岩的勘探.     

鄂尔多斯南缘奥陶系生物礁相碳酸盐岩碳氧同位素地球化学特征

为了研究生物礁相碳酸盐岩碳氧同位素地球化学特征,采用同位素比质谱仪对鄂尔多斯南缘奥陶系生物礁发育地区的碳酸盐岩样品进行了碳、氧同位素测定,并采用ICP-AES,ICP-MS进行了主、微量元素分析测试.结果显示,δ(13 CPDB)值为-2.32‰～2.08%,δ(18 OPDB)值为-8.97‰～4.15‰,ω(Mn)...     

浙江煤山二叠-三叠系界线剖面有机和无机碳同位素变化与古环境

浙江长兴煤山 D剖面 196个碳酸盐岩样品无机和有机碳同位素δ13Ccarb和δ13Corg变化趋势表明,煤山地区晚二叠世末为比较封闭的局限海沉积环境,早三叠世初期经局限和开阔海环境交替出现渐变为海水循环良好的广海沉积环境.长兴期的海进作用使海洋初始生产率升高,可能是引起长兴组葆青段碳同位素变重的主要原因;海洋 CO2浓度增高可能是长兴组煤山段δ13Corg出现负漂移的原因.二叠纪末期全球性海平面下降以及火山作用可能是使生态系统崩溃、引起二叠-三叠系 (P- T)界线附近生物绝灭的外部原因,也是使海洋中 12C输入量增加导致过渡层碳同位素变轻的主要原因.二叠纪晚期生物绝灭经历了由渐变到突变的过程.δ13Corg在生物绝灭后才出现大幅度负漂移,可能是由于营光合作用的浮游植物不一定因海洋缺氧以及其他生物的绝灭而停止生长,当海水酸度超过浮游生物忍耐限度时,才导致浮游生物大量死亡.殷坑组δ13Corg和δ13Ccarb呈上升趋势,说明经历过 P- T生物大绝灭后,早三叠世海洋生产率逐渐升高,生物开始复苏.     

中国南方灯影峡期海洋碳酸盐岩原始δ13C和δ18O组成及海水温度

中国南方灯影峡期(晚前寒武纪)是白云岩广泛发育的海洋碳酸盐沉积时期,在灯影组.中部发育从海水直接沉积、沉淀的原生白云岩,目前仍保留其原始组构特征。从40个原生白云石(岩)中测得:泥晶白云石的δ13C值为3.64‰,δ18O值为-1.17‰(n=6);藻白云岩的δ13C值为3.52‰,δ18O值为-1.86‰(n=15);海水纤状白云石胶结物δ13C值为2.90‰,δ18O值为-2.65‰(n=8);海水刃状白云石胶结物的δ13C值为2.96‰,δ18O值为-2.41‰(n=8);泥晶纹层和海水纤状白云石胶结物的δ13C值为2.79‰,δ18O值为-3.13‰。40个岩样的δ13C平均值为3.25‰±0.44‰,δ18O平均值为-2.12‰±0.98‰(均以PDB标准)。对于灯影峡期海相白云岩的原始δ13C和δ18O值,不采用所有样品的平均值,而是采用原生白云石沉积物与海水白云石胶结物δ13C值和δ18O值两个图示分布区重叠部分的最重同位素值,即：δ13C值为4.43‰(PDB标准),δ18O值为-0.62‰(PDB标准),将其作为灯影峡期海洋碳酸盐岩的原始同位素组成。对海水原生白云石胶结物包裹体盐度进行了测定,海水δ18O计算值为2.90‰(SMOW标准),用原始δ18O值计算的原生白云石形成时的海水温度为40.8 ℃。这说明中国南方灯影峡期的海洋为炎热的较高的海水温度环境。