陆地热泉钙华：重建古气候历史信息重要载体

【研究目的】陆地热泉钙华作为火山、地热区常见的陆相碳酸盐岩沉积物/岩被广泛用于恢复古环境,但其中可反映古气候信息的代用指标多受复杂外界条件变化控制,因此利用热泉钙华进行古气候信息提取有待深入研究。【研究方法】本文对当前热泉钙华在重建古气候信息方面的成功案例进行了总结,并梳理了与热泉钙华沉积相关的各类气候、非气候影响因素。【研究结果】研究认为针对热泉钙华进行古气候恢复代用指标的选取,目前较为可行的有C-O同位素、主微量元素,孢粉学数据由于孢粉保存的局限性,可作为佐证信息,配合其他气候代用指标来检验古气候意义的正确与否,同时需将热泉钙华中各项气候代用指标与生物地层学、冰芯、石笋等相对成熟的古气候研究手段进行对比,使各类古气候替代指标相互验证,从而更好的解读热泉钙华中古气候信息。【结论】利用热泉钙华中的各项气候代用指标进行可靠的古气候信息提取与恢复具有可行性。创新点：本文梳理了国内外热泉钙华恢复古气候的成功案例,并探讨了针对热泉钙华进行古气候恢复研究存在的问题。     

四川黄龙大湾-张家沟钙华沉积剖面的古气候记录研究

本文通过对黄龙景区大湾张家沟钙华剖面的系统研究,确认大湾张家沟14.0～85.0 ka B.P.钙华剖面的沉积层序,该剖面不是自下而上由老到新的正常层序,而可能是多期次(最少两期)沉积形成的.通过钙华氧碳同位素分析重建了钙华沉积过程中环境的变化:在钙华剖面形成的早期,夏季风强盛,气温较高,夏半年降水较多;在钙华形成的中晚期,气候干冷且变化较大.最后,依据钙华的沉积特征和年代学数据,初步探讨了该区钙华的沉积模式.     

美国西部Owens湖地球化学记录及其古气候意义

美国加州中部Owens湖的稳定同位素、稀酸可溶相锂元素浓度及其它地球化学指标揭示本区0.155MaB.P.～62500aB.P.间的气候变化。在0.155～0.140MaB.P.,0.122～0.114MaB.P.,91000～83000aB.P.和72000～62500aB.P.期间,气候冷湿,对应于深海氧同位素(MIS)6,5d,5b和4阶段。     

利用荣玛地区温泉钙华δ~(18)O及微量元素重建西藏全新世以来古气候

西藏荣玛温泉钙华发育,是研究古气候的天然地质载体。本研究在U系法定年的基础上,参照古里雅冰心δ18 O的气候记录,对钙华微量元素、稀土元素、氧同位素与古气候关系进行系统分析,进而挖掘荣玛钙华的古气候信息,总结出该区古气候变化规律:钙华母岩为灰岩,钙华锥以"半球面式生长模式"沉淀;钙华δ18 O与温度、降雨量具有较好的正相关性,表明钙华δ18 O受温度和降雨量影响;钙华Sr/Ca、Sr/Ba与降雨量具有较好负相关性,说明钙华Sr/Ca、Sr/Ba在一定程度上受降雨量影响;根据钙华δ18 O、Sr/Ca和Sr/Ba与气候的关系推测荣玛地区古气候变化规律为:35.87ka时期,为高温多雨气候;35.87~12.38ka时期,气温降低、降雨减少,为干冷气候;12.38~6.67ka时期,气温回升降雨量增大,气候由干冷变为湿暖;6.67~5.29ka时期,气温、降雨量波动降低,气候由湿暖变为干冷;5.29~0ka时期,气温、降雨量升高,由干冷变为湿暖气候。     

洞穴石笋代用指标的古气候意义初探

现代全球气候变化是当前人类社会普遍关注的一个热门问题。全球气候变化研究的热点问题是获得十年到百年甚至年月分辨的气候变化规律。洞穴石笋作为恢复古气候、研究古环境演变的一把钥匙,因其诸多优点,将在古环境研究中发挥越来越重要的作用。从当前研究现状出发,对石笋中微层年层对比、微层形成机制、稳定同位素记录、微量元素记录、生长速率及微层发光等方面进行一个简单的回顾。     

喜马拉雅山南地区地热水和钙华地球化学特征与成因机制

喜马拉雅山南地区拥有丰富的地热资源。开展地热水和钙华成因机制的研究,有助于了解地热资源特征和古气候变迁信息,对丰富山南地热资源的系统性研究和青藏高原气候环境变化研究均具有重要理论意义。本文以喜马拉雅东段山南地区的邛多江、古堆和曲卓木的三个温泉为研究对象,通过采集温泉地热水和钙华数据,综合分析了地热水水-岩作用特征、热储温度估算、补给来源追溯和温泉钙华的成因类型、形成年代、古气候意义等。结果表明：邛多江温泉的水化学类型为HCO₃·Cl-Na·Ca型;古堆日若沸泉的水化学类型为HCO₃·SO₄-Ca·Na型;古堆茶卡沸泉的水化学类型为Cl-Na型;曲卓木热泉的水化学类型为Cl·SO₄-Na·Ca型。温泉地热水中的阴阳离子来源主要是硅酸盐岩的溶解以及部分碳酸盐岩和盐岩的溶解。由于温泉地热水均未达到水-岩平衡状态,利用石英地热温标得出浅部热储温度为129～148℃,利用硅-焓图解得出深部热储温度和冷水混合比例为181～221℃和58%～65%;氢氧同位素显示地热水补给高程为4467～5303 m。在山南地区,地热水受到高海拔大气降水和冰雪融水的补给,通过主要断裂构造运移到深部加热并在高温高压下沿着裂隙、节理上升,然后与浅层冷水混合,最后沿浅部地表松散破碎带出露形成温泉。温泉钙华CaO占比43.43%～56.66%,且显示出轻稀土元素富集的特点;δ¹³C指示温泉钙华为热成因,钙华中的碳主要来自于深部碳酸盐岩的变质成因,仅古堆日若沸泉有部分地幔碳;¹⁴C测年显示钙华的年龄为21280±70～43500年,Mg/Ca、Mg/Sr比值指示降雨量在43.50 ka年由峰值迅速减弱,并在42 ka～21.28 ka年期间降雨量又逐渐增强。     

云南白水台现代内生钙华微层的特征及其古气候重建意义

在云南白水台采集一现代内生钙华样品,该样品形成于1998年5月至2001年11月。切片观察,钙华中可见薄的褐色疏松微层和厚的白色致密微层,且交替出现。结合钙华样品的高分辨率碳氧稳定同位素测试,发现薄的褐色疏松微层(1.5~2.2mm)在每年的雨季(4~9月)形成,而厚的白色致密微层(5~8mm)在旱季(10~3月)形成。通过与气象记录的对比,建立起了这些钙华亚年层厚度和稳定同位素特征与气候变化的关系。结果发现:薄的微层及其低δ13C和δ18O值形成于温暖湿润的雨季。在雨季,雨水的稀释作用导致了内生钙华沉积的减慢和低的13C含量,而钙华的低18O值则主要与亚热带季风地区的雨量效应有关。因此,钙华微层厚度,以及δ13C和δ18O的显著降低反映了高的降雨条件,反之,则反映干旱的气候条件。本研究说明钙华可以提供有价值的年际甚至季节尺度的气候变化信息。     

黄龙钙华210Pb计年与现代沉积的环境变化研究

本文以黄龙钙华岩芯为主要研究对象,利用210Pb定年技术在测定年轻碳酸盐样品短时间尺度上的优势建立了研究区近100年来高精度的年代标尺及环境记录;通过碳氧稳定同位素的分析,讨论了钙华稳定同位素记录与器测气候数据的相关性特征,并与其他定年技术所获得的结果进行了相互验证.研究区钙华δ18O在1908~2004年时段内的变化范围为-12.13‰~10.42‰,平均值为-11.23‰,变化幅度达到了1.7‰.同属西南季风区、由于海拔效应和距离水汽来源远近不同等因素的影响,在同时段内黄龙钙华δ18O.的变化范围和变化幅度都比董歌洞和Kahf Defore洞的δ18O记录要大,说明处于中纬度、高海拔的黄龙钙华相对于低海拔的董歌洞和Kahf Defore洞石笋对气候环境的响应可能更加敏感.     

西藏扎布耶盐湖钙华岛钙华的地质地球化学特征及意义

扎布耶盐湖属世界独一无二的天然产碳酸锂的盐湖,并富含Cs。该湖钙华岛的钙华自东而西呈高出湖面25~30m、15~25m和0~15m的3套产出。钙华的构造类型有层状构造、蜂窝状构造、鲕粒状构造、块状构造等,结构类型有粒状结构、针状结构、包裹状结构、溶蚀结构、生物结构等。钙华的矿物主要有文石和方解石2种。钙华的CaO为49.49%~51.16%。钙华的稀土元素配分模式均为重稀土元素富集型。3套钙华Cs的平均值为4.54μg/g→6.68μg/g→5.34μg/g,Li的平均值为109.9μg/g→116.5μg/g→136.9μg/g。扎布耶盐湖的Cs、Li等组分的源区是深部的重熔岩浆,泉水为携带成矿物质的载体。其中所含的Cs、Li等元素一部分保存在钙华中,另一部分随泉水汇入盐湖中,盐湖的持续蒸发使湖水中的稀碱金属元素含量增高。     

西藏扎布耶盐湖钙华岛钙华的地质地球化学特征及意义

扎布耶盐湖属世界独一无二的天然产碳酸锂的盐湖,并富含Cs。该湖钙华岛的钙华自东而西呈高出湖面25～30m、15～25m和0～15m的3套产出。钙华的构造类型有层状构造、蜂窝状构造、鲕粒状构造、块状构造等,结构类型有粒状结构、针状结构、包裹状结构、溶蚀结构、生物结构等。钙华的矿物主要有文石和方解石2种。钙华的CaO为49.49%～51.16%。钙华的稀土元素配分模式均为重稀土元素富集型。3套钙华Cs的平均值为4.54μg/g→6.68μg/g→5.34μg/g,Li的平均值为109.9μg/g→116.5μg/g→136.9μg/g。扎布耶盐湖的Cs、Li等组分的源区是深部的重熔岩浆,泉水为携带成矿物质的载体。其中所含的Cs、Li等元素一部分保存在钙华中,另一部分随泉水汇入盐湖中,盐湖的持续蒸发使湖水中的稀碱金属元素含量增高。     

云南白水台钙华景区的水化学和碳氧同位素特征及其在古环境重建研究中的意义

采用水化学仪器自动记录、现场滴定和样品碳氧稳定同位素测试相结合等方法,对云南中甸白水台钙华景区的水化学和碳氧稳定同位素特征进行了综合分析。主要结论是:形成白水台钙华的泉水具有很高的钙和重碳酸根离子浓度,相应地,泉水的CO2分压显著高于土壤生物成因所能产生的CO2分压。结合泉水出露的地质条件及其碳稳定同位素特征(δ13C=-1.23‰)的分析,进一步发现,高CO2分压主要与深部地热成因的CO2有关,而非原来普遍认为的“是温暖湿润气候的产物”。可见,白水台钙华属于热成因类钙华。由此,根据白水台不同时代钙华氧稳定同位素组成的差异,对钙华形成时的水温进行了计算。结果发现自白水台钙华形成以来,水温变化高达11℃,即从最老(2)的干扰及由深源CO2和CO2自水中逸出导致的钙华13C富集,后者在利用类似热成因碳酸盐沉积的δ13C进行古植被重建时也是必须考虑的问题。     

青藏高原西部昂拉仁错古湖岸钙华沉积的地球化学特征及环境意义

通过对青藏高原西部昂拉仁错湖古湖岸阶地钙华常量地球化学元素的分析,探讨了钙华沉积的常量元素特征及其古环境意义。结果显示:钙华中CaO含量达34.75%~58.48%,是其主要组分; 此外还含有少量的MgO,K2O和Na2O等,其含量低于3%,是湖泊自生作用形成的矿物。与湖泊古水位对比显示,元素Mg的含量及 Mg/Ca 比值等对湖泊水位的响应没有明显规律性; 在古湖面高度约 4777±5m之上,K2O和Na2O的含量低并且稳定,在古湖面 4777±5m 之下,K2O和Na2O的含量随湖泊水位下降逐渐增加。结合现代湖泊钙华的沉积特征,结果显示K2O和Na2O的含量随湖泊盐度增加而增加,表明钙华中K2O和Na2O含量与湖泊水位可能呈反相关关系,是潜在的重建湖泊水位或盐度的代用指标。同时发现,在湖泊相对淡化阶段,湖水中的元素K和Na处于富集阶段,钙华中K2O和Na2O含量低且稳定; 而当湖泊进入咸水阶段,湖水中的K+和Na+离子接近饱和,钙华中的元素K和Na逐渐富集,因此钙华中K2O和Na2O含量增加是湖泊进入咸水阶段的重要特征。基于这些事实,推断当该湖泊水位降至 4777±5m左右时,湖水的性质开始向钠-氯型转化,是昂拉仁错湖泊演化过程中的一个重要转折点。     

Sedimentology of coexisting travertine and tufa deposits in a mounded geothermal spring carbonate system,Obruktepe, Turkey

The recent discoveries of deeply buried Cretaceous reservoir bodies in the Atlantic Ocean revealed that relationships between the distribution of spring carbonate deposits and faults are poorly understood. The well‐exposed Quaternary deposits at Obruktepe (Denizli Basin, Turkey) provide an opportunity to reconstruct the three‐dimensional sedimentary architecture of such a system. Integration of sedimentological, lithofacies and geochemical analyses reveals complexity in the lateral relationships between sedimentary environments, faults and geothermal spring carbonates. Five environmental systems are distinguished based on the lithofacies analysis: (i) vent; (ii) smooth slope; (iii) travertine‐terrace; (iv) tufa‐barrage; and (v) flood systems. Encrusting, baffling and settling sedimentary processes are reflected in data acquired at several scales, from lithofacies observations to the morphology and arrangement of geobodies, together with microfabrics and stable carbon and oxygen isotope data. Mean values of +4·9‰ δ¹³C and −8·74‰ δ¹⁸O Vienna PeeDee Belemnite reflect geothermal circulation of springwaters. The environmental distribution and lithofacies indicate a lateral continuum between travertine and tufa deposits within this hot spring system. This finding supports two depositional models in which water flow variation is the main control on both CaCO₃ precipitation and the resulting formation of travertine and tufa. The proposed models address the factors responsible for the development of these complex mound‐shaped carbonate spring deposits, and how they are related to fluid circulation at depth and in association with faults.     

松潘黄龙水循环及钙华景观成因研究

通过对松潘黄龙风景名胜区主景区黄龙寺沟运用水均衡原理和水化学系统分析，并结合天然同位表示综技术，初步查明了黄龙水循环规律，确立黄龙钙华的源泉为转花泉，其源泉来源于大气降水，并经深循环补给。进而阐明了钙华的形成与演化，建立了黄龙水循环模式，用于保护和合理开发松潘黄龙自然景观资料，使之可持续利用。     

河北省峪耳崖金矿床地质地球化学特征

本文从地质地球化学角度对峪耳崖金矿床进行了详细研究,认为该金矿是典型的岩浆热浪型脉状金矿床,金矿与峪耳崖花岗岩(即矿床的主要围岩)为同源岩浆作用的产物,而其源岩物质可能来自深部地壳。黄铁矿中Co/Ni比为1.58,石英中La/Yb比为2.95,δ~(34)S_∑为+2.6‰,δ~(13)O水为+7.03‰,δD为-88.4‰,δ~(13)C为-4.18‰,成矿温度为305～343℃,pH为6.2～6.8,石英包裹体成分中Cl~->F~-、Na~+>K~+,金可能是以Na[AuCl_2],Na[Aucl_4]或Na[AuS]等络合物形式迁移。     

湘西北地区的古硅华特征及其找矿意义

湘西北寒武、奥陶系中的古硅华硅质岩的地理分布、形态产状、矿物成分、结构构造、形成环境及地球化学特征分析表明 ,其成因应属第三纪的古硅华。从其地质地球化学特征及与之有关的矿产看 ,这类古硅华是寻找浅成低温热液矿床的重要标志。     

日本大沼湖沉积物碳氮比值、有机碳同位素特征及其近400年的古气候环境意义

通过对日本大沼湖沉积物样品总有机碳含量(TOC)及其稳定同位素、总氮含量(TN)和C/N 值的测定, 结合沉积岩芯火山灰和 14C 年代, 分析了大沼湖沉积物中有机质的来源, 探讨了沉积物有机碳同位素的主要影响因素。结果表明: 大沼湖沉积物中有机质主要来源于自生藻类, 受陆源输入的影响较小; 沉积物δ13C 值指示了夏季温度的变化。过去400年来, 大沼湖地区存在1660~1730年和1780~1860年两个明显的冷期, 与邻近地区冰芯、树轮和湖泊沉积物记录的冷期基本一致, 分别对应于Maunder和Dalton太阳黑子极小期。     

Climatic change recorded by stable isotopes and trace elements in a British Holocene tufa

Combined stable isotope (δ¹⁸O and δ¹³C) and trace element (Mg, Sr) geochemistry from bulk tufa calcite and ostracod shell calcite from an early Holocene British tufa reveal clear records of Holocene palaeoclimatic change. Variation in δ¹⁸O is caused principally by change in the isotopic composition of Holocene rainfall (recharge), itself caused mainly by change in air temperature. The δ¹³C variability through much of the deposit reflects increasing influence of soil‐zone CO₂, owing to progressive woodland soil development. Bulk tufa Mg/Ca and Sr/Ca are controlled by their concentrations in the spring water. Importantly, Mg/Ca ratios are not related to δ¹⁸O values and thus show no temperature dependence. First‐order sympathetic relationships between δ¹³C values and Mg/Ca and Sr/Ca are controlled by aquifer processes (residence times, CO₂ degassing and calcite dissolution/reprecipitation) and probably record intensity of palaeorainfall (recharge) effects. Stable isotope records from ostracod shells show evidence of vital effects relative to bulk tufa data. The ostracod isotopic records are markedly ‘spiky’ because the ostracods record ‘snapshots’ of relatively short duration (years), whereas the bulk tufa samples record averages of longer time periods, probably decades. The δ¹⁸O record appears to show early Holocene warming, a thermal maximum at ca. 8900 cal. yr BP and the global 8200 yr BP cold event. Combined δ¹³C, Mg/Ca and Sr/Ca data suggest that early Holocene warming was accompanied by decreasing rainfall intensity. The Mg/Ca data suggest that the 8200 yr BP cold event was also dry. Warmer and wetter conditions were re‐established after the 8200 yr BP cold event until the top of the preserved tufa sequence at ca. 7100 cal. yr BP. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seasonal records of climatic change in annually laminated tufas: short review and future prospects

Many Recent and fossil freshwater tufa stromatolites contain millimetre‐scale, alternating laminae of dense micrite and more porous or sparry crystalline calcites. These alternating laminae have been interpreted to represent seasonally controlled differences in the biotic activity of microbes, and/or seasonally controlled changes in the rate of calcification. Either way, couplets of these microbially mediated alternating calcified laminae are generally agreed to represent annual seasonality. Combined stable isotope (δ¹⁸O and δ¹³C) and trace element (Mg, Sr, Ba) geochemistry from Recent tufa stromatolites show that seasonal climatic information is available from these calcites. Variability in δ¹⁸O (and in one case Mg concentration) has been shown to be controlled primarily by stream temperature change, usually driven by solar insolation. In arid climates, seasonal evaporation can also cause δ¹⁸O enrichment by at least 1‰. Variability in δ¹³C results potentially from: (1) seasonal change in plant uptake of ¹²C‐enriched CO₂; (2) seasonal change in degassing of ¹²C‐enriched CO₂ in the aquifer system; and (3) precipitation of calcite along the aquifer or river flow path, a process that increases δ¹³C of dissolved inorganic carbon (DIC) in the remaining water. Mechanisms 2 and 3 are linked because calcite precipitates in aquifers where degassing occurs, e.g. air pockets. The latter mechanism for δ¹³C enrichment has also been shown to cause sympathetic variation between trace element/Ca ratios and δ¹³C because trace elements with partition coefficients much greater than 1 (e.g. Sr, Ba) remain preferentially in solution. Since degassing in air pockets will be enhanced during decreased recharge when water saturation of the aquifer is lowest, sympathetic variation in trace element/Ca ratios and δ¹³C is a possible index of recharge and therefore precipitation intensity. High‐resolution geochemical data from well‐dated tufa stromatolites have great potential for Quaternary palaeoclimate reconstructions, possibly allowing recovery of annual seasonal climatic information including water temperature variation and change in rainfall intensity. However, careful consideration of diagenetic effects, particularly aggrading neomorphism, needs to be the next step. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

湖相介形虫壳的稳定同位素和微量元素在古气候研究中的应用

本文介绍了测定实验室养殖的介形虫Candonarawsoni和水的氧同位素分馏系数,结果表明,这个种属的介形虫壳的氧同位素组成是它所生成环境水的氧同位素组成和水温的函数。因此,介形虫壳的氧同位素组成是一个很好的水化学环境指示计。本文研究了Candonarawsoni的脱壳温度范围,发现它可以在很宽温度范围内脱壳及生长新壳。由于季节温度变化很大,所以用介形虫壳的地球化学指标研究古环境的变化时,每个样品都要采集较多的个体介形虫壳,以使其分析结果能代表年平均温度。