《沉积地球化学应用讲座》(五)

在一定温度下,硅质岩的氧同位素组成是水介质氧同位素组成的函数(δ¹⁸OSiO₂=δ¹⁸O_水+A,在一定温度下A为常数),而水介质的氧同位素组成在又是盐度的函数(δ¹⁸O_水=BS+C,S代表盐度,B、C是常数)。因此,根据硅质岩的氧同位素组成可以推断形成介质的盐度,进而判别形成环境类型。     

福建李坊重晶石矿床中硅质岩硅、氧同位素组成及成因意义

福建李坊大型重晶石矿床围岩中发育层状硅质岩,为了研究硅质岩的成因,本文对14件硅质岩样品进行了硅、氧同位素分析。结果表明:δ(~(30)Si)分布范围为-0.3×10~(-3)～+0.1×10~(-3),平均值为-0.1×10~(-3);δ(~(18)O)分布范围为10.6×10-3～18.9×10-3,平均值为14.7×10~(-3)。基于该层状硅质岩的δ(~(30)Si)和δ(~(18)O)分布范围特征,结合野外地质调查研究工作的认识,该硅质岩应为原生沉积成因,二氧化硅来源于热水沉积;根据燧石-海水氧同位素地质温度计估算石英的形成温度为100.2℃—198.7℃,平均值为146.0℃,即该硅质岩形成于热水沉积,暗示李坊重晶石矿床形成于热水沉积作用。     

我国南方若干锡矿床成矿物质来源的同位素证据

本文综合整理了我国南方十多个与锡矿有成因联系的花岗岩的锶、氧同位素组成,得出这些岩体初始锶同位素比值为0.780～0.718;全岩的氧同位素组成为+4.8～+17.66‰;石英的氧同位素组成为+10.7～+14.2‰,并探讨了它们形成和演化规律。 经研究锡矿床的氢、氧同位素组成有三种分布特征:δ~(18)O_(H2O)=+6.2～+10.2‰,δD_(H2O)=-47～-113‰(个旧、珊瑚和栗木);δ~(18)O_(H2O)=+11.8～十17.1‰(钦甲);δ~(18O_(H2O)=+1.8～-7.3‰(桂北、香花岭和长铺)。并建立沸腾体系氢、氧同位素分馏数学模型。 它们的硫化物硫同位素数据表明,岩浆来源的δ~(34)S_(Σs)一般在-2～～+5‰之间,硫化物的δ~(34)S一般变化较小,但可以是正或负。岩浆跟地层混合源的δ~(34)S_(Σs)一般>+12‰,硫化物的δ~(34)S一般变化较大,以正值为主。     

新疆东天山红石金矿床成矿流体和成矿物质来源示踪

红石金矿床是新疆东天山康古尔塔格金矿带中的代表性矿床之一,本文对其进行了比较系统的流体包裹体和稳定同位素研究。流体包裹体研究结果表明,红石金矿床的成矿流体为中低温、低盐度、中低密度的富 CO_2流体。石英氢同位素组成δD_(SMOW)为-104‰～-63‰,石英氧同位素组成δ~(18)O_(石英)为13.8‰～15.5‰、δ~(18)O_水为-1.7‰～6.1‰。方解石碳同位素组成δ~(13)C_(PDB)为-3.5‰～-2.7‰,方解石氧同位素组成δ~(18)_(PDB)为-28.9‰～-26.5‰、δ~(18)O_(SMOW)为1.1‰～3.5‰。H、O、C 同位素组成特征指示红石金矿床成矿流体主要起源于深部,后期混合有大气水。黄铁矿硫同位素组成δ~(34)S 为-11.5‰～3.8‰,集中于0.4‰～3.8‰,平均值为1.73‰,指示了成矿物质中的硫具有接近陨石硫的深源特征。红石金矿床的成矿作用可概括为富含成矿元素的深源流体在区域剪切构造作用下沿剪切系统不断向上运移,逐渐与浅部流体混合并与围岩发生交代蚀变作用,由于物理化学条件的改变,成矿元素最终在剪切扩容空间中富集成矿。     

四川呷村黑矿型矿床硅质岩的硅、氧同位素组成及其与现代海底硅质烟囱比较研究

本文首次报道了川西呷村黑矿型矿床硅质岩的硅、氧同位素组成,其δ~(18)O为12.8‰-18.3‰纵,形成温度约99-120℃,δ~(30)Si为0.0‰-1.5‰,与Mariana和GalaPagos热液硅质烟囱的δ~(30)Si值范围基本相当,揭示两者具相似的形成机制。硅质岩和硅质烟囱δ~(30)Si最大值与相伴火山岩δ~(30)Si值一致,反映硅质来自被热液淋滤交代的火山岩系。根据SiO_2溶解度-温度关系提出,来自海底之下1-2km处的水-岩反应带、温度高于320℃的初始流体,通过绝热上升或传导冷     

南羌塘坳陷扎仁地区中侏罗统布曲组晶粒白云岩成因分析

以青藏高原南羌塘坳陷扎仁地区中侏罗统布曲组晶粒白云岩为对象对其进行成因的研究。通过显微镜观察、流体包裹体数据以及碳氧同位素分析,认为研究区白云岩可分为细粉晶白云岩、中晶白云岩以及粗晶白云岩,在裂隙附近还广泛发育晶粒较粗大的鞍形白云石。白云石中流体包裹体均一温度在150.2～216.0℃,盐度均值达到了24.5%NaCl,远高于方解石包裹体均一温度与盐度,表明白云石的形成经历了高温高盐度的过程。白云石碳氧同位素分析显示其δ~(13)C_(PDB)值为-0.01‰～3.43‰,δ~(18)O_(PDB)值为-11.17‰～-7.68‰,通过白云石-水氧同位素分馏方程得到白云化流体的δ~(18)O_(SMOW)值为4.82‰～12.85‰,δ~(13)C_(PDB)对比认为白云石受寄主灰岩环境的影响。通过碳氧同位素数据对比以及前人的研究结果,认为研究区白云岩为相对封闭环境下受岩浆活动加热的高盐度流体对寄主灰岩交代的产物,高盐度流体由于镁离子的消耗导致流体对方解石过饱和,继而沉淀了高温的方解石。因此,热液活动对研究区中侏罗统布曲组白云岩的发育具有重要意义,值得加强对这一方向的探索研究。     

内蒙古大井矿床碳氧同位素组成及其成因意义

利用碳氧同位素组成可以很好地判别其形成的沉积环境.以内蒙古大井矿床为例,对该矿床16个菱铁矿样品进行碳、氧同位素分析,δ13CPDB变化范围为-1.8‰～-6.6‰,δ18OVPDB变化范围为-23.1‰～-17.3‰.根据矿物δ13C与δ18O值投影到δ13C-δ18O图解中,样品数据在图中的投点落入热水沉积区,说明其形成过程中具有热水沉积作用的发生.古温度可以通过T=16.998-4.52(δ18cO-δ18wO)+0.03(δ18cO-δ18wO)2计算,其形成时的温度平均值为117℃,比海底和湖底的温度要高得多,主要原因在于热水流体参与成矿.碳酸盐的成矿环境可以通过公式Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)计算:Z值大于120,表示成矿环境为海水;如果Z值小于120,表示成矿环境为淡水或湖水.内蒙古大井矿床菱铁矿的Z值为100～114,结合区域地质背景,大井矿床形成的古环境为深水湖泊环境.通过对碳氧同位素的分析,结合成矿地质背景、矿床地质特征以及微量元素组成,认为在大井矿床成矿的早期阶段曾经发生过热液沉积作用,本次研究不仅有利于全面理解和认识大井矿床成矿过程的全貌,而且有益于对古湖相环境热液事件的探索.     

我国主要类型金矿床同位素地质学研究

金的迁移、沉淀与某些含硫原子团(HS~-、S~=、S_2~=、S_2O_3~=、SO_4~=)的行为密切相关。硫同位素分馏实验研究表明,地质体中不同含硫矿物的硫同位素组成(δS_i~(34)),是硫源的平均硫同位素组成(δS_(Σs)~(34))和含硫矿物形成条件,其中包括温度(T)、酸碱度(pH)和离子浓度(I)的函数。     

麦盖提斜坡奥陶系碳酸盐岩碳氧同位素特征及其意义

依据实测的塔里木盆地麦盖提斜坡玉北地区41个碳酸盐岩碳氧同位素数据,结合岩石学方法,研究了碳氧同位素的组成、演化及其地质意义。数据显示,δ~(13) C值主要分布在-2.6‰~0.7‰,均值为-1.0‰;δ~(18) O值分布在-9.4‰~-3.5‰,均值为-6.9‰。玉北地区古盐度为118.39~126.34,平均为121.94。奥陶系碳酸盐岩淡水改造作用明显。碳氧同位素的组成和演化不但可以指示沉积环境,而且还与生物生产率以及古海平面变化呈正相关性:δ~(13) C的低值对应于局限台地台内滩亚相沉积环境;δ~(13) C的高值对应于开阔台地滩间海、台内滩亚相沉积环境。碳氧同位素组成还对成岩环境有明显响应:鹰山组δ~(13) C与δ~(18) O均向高负值偏移,表明经历过强烈的表生岩溶作用;蓬莱坝组δ~(13) C低—中负值,δ~(18) O表现为高负值,在白云岩储层中可见鞍状白云石及燧石,主要为深埋藏成岩环境;良里塔格组同位素特征为δ~(18) O高负值,δ~(13) C低正值,并且在进入埋藏岩溶阶段之前还经历过风化壳岩溶作用。     

桂中合山组碳酸盐岩的氧,碳稳定同位素组成及古盐度和古温度

本文探讨了桂中晚二叠世合山组碳酸盐岩氧、碳稳定同位素的“年代效应”校正及古盐度与古温度计算问题,结果表明合山组煤系的碳酸盐岩形成于海相环境,校正后的δ~13C在0.07～4.75‰之间,z值>120,且Z值的梯度变化与沉积环境基本一致。用校正后的δ~18O计算出碳酸盐岩形成时介质古温度为12～37℃,且大多在19—29℃,说明晚二叠世该区属温暖或炎热的热带气候。     

大兴安岭北段得耳布尔铅锌银矿床成矿流体特征与意义

得耳布尔矿床是产于大兴安岭北段额尔古纳地块内的大型铅锌银矿床,本文通过对闪锌矿、石英进行流体包裹体均一温度、盐度、激光拉曼和氢氧同位素测试以研究其成矿流体特征与来源。结果显示主成矿期闪锌矿及团块状石英中流体包裹体均一温度范围为213~260℃,盐度为3.05%~9.6%NaCleq;成矿晚期脉状石英中流体包裹体均一温度介于175~210℃之间,盐度3.53%~7.15%NaCl_(eq)。红外激光拉曼结果显示包裹体气相成分主要为H_2O及CO_2,含极少量CH_4。石英氢、氧同位素测试结果显示主成矿期δD_水值为-153.8‰~-149‰,δ~(18)O_水值为-0.77‰~2.38‰;成矿晚期δD_水值为-154‰~-141.4‰,δ~(18)O_水值为-2.27‰~-0.47‰。矿床成矿流体为岩浆水与演化大气降水的混合。额尔古纳地块内铅锌银多金属矿床成矿流体特征较为接近,主要为中低温低盐度NaCl-H_2O-CO_2±CH_4成矿流体;流体来源一致,推测为演化的大气降水与岩浆水的混合。     

持续蒸发与补给蒸发过程中水体咸化及同位素分馏的实验研究

蒸发浓缩作用是引起水体咸化的重要原因。利用华北浅层地下水样,设计持续蒸发和补给蒸发两种实验方案,探讨不同蒸发过程中水化学和同位素的演化差异。结果表明,持续蒸发过程中水体盐分浓缩速率明显大于补给蒸发;Ca~(2+)和HCO_3~-在两种蒸发实验下出现分离,主要受方解石沉淀影响,Mg~(2+)、Na~+、K~+、Cl~–和SO_4~(2-)含量随着盐度的升高而增加,在两种蒸发实验中无差异。蒸发过程中,氢氧同位素逐渐富集,与剩余水比例呈指数关系,与阴阳离子呈两段式线性关系。持续蒸发过程中氢氧同位素随着盐分(电导率)的升高逐渐富集,δ~(18)O最大值达20.81‰,蒸发线方程为δD=4.11δ~(18)O–25.23;而补给蒸发过程中,随着盐分(电导率)的增加氢氧同位素富集缓慢,后期相对稳定,δ~(18)O最大值为2.9‰,蒸发线方程为δD=3.41δ~(18)O–28.2。两种实验方案结果说明氢氧同位素在水相的富集不成比例,氢同位素在蒸发过程中富集速率大于氧同位素。     

四川盆地下奥陶统碳酸盐岩碳氧同位素特征及其地质意义北大核心CSCD

四川盆地古生代海相地层沉积厚度巨大。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:δ^(13)C_(PDB)值分布区间为0.17‰~-6.20‰,δ^(18)O_(PDB)值分布区间为-4.98‰~-11.07‰,δ^(18)O_(PDB)与δ^(13)C_(PDB)两者不存在明显的线性关系。碳氧同位素对比表明,四川盆地下奥陶统碳氧同位素值与全球下奥陶统的碳氧同位素分布区间基本一致,并且碳同位素值曲线识别了具有全球对比特征的TSICE正漂事件,显示奥陶系碳同位素曲线具有全球可对比性。同时,四川盆地奥陶系桐梓组中期δ^(13)C_(PDB)平均值从-1.62‰负漂为-4.87‰,发生了显著的负漂移事件,分析认为在四川盆地早奥陶世早期由西向东的海退事件导致海洋生产力急速下降是造成δ^(13)C_(PDB)值的负漂移主要原因。桐梓组中上部δ^(18)O_(PDB)大幅度负向偏移,表明桐梓组中期有一个短时期温度升高、盐度降低的过程。研究揭示奥陶系碳氧同位素可以有效的辅助该区的地层划分对比,并且四川盆地早奥陶世发生过显著的海退事件。     

南秦岭志留系铅锌矿床中硅质岩岩石学及地球化学

南秦岭泥盆系内产出的众多矿床中含有层纹条带状硅质岩-硅质板岩,对其成因的研究有助于查明矿床成因和确定区域找矿方向.研究表明,硅质岩化学成分纯净,SiO2含量多在90%以上.硅质岩中大部分微量元素含量低于地壳克拉克值,但富集Zn、Pb、As、Sb、Ag;硅质岩的Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10图解表明硅质岩具热水沉积性质.硅质岩与矿石两者的稀土元素特点相似,具有ΣREE低(44.52×10-6)、轻重稀土分异较明显(LREE/HREE=6.51)、北美页岩标准化配分曲线呈平缓趋势、铈负异常不明显(δCe值为0.97)和铕正异常明显(δEu值为1.42)的特点;硅质岩的δ30Si为-0.5‰～0.0‰,δ18O为17.8‰～19.9‰,硅、氧同位素组成及形成温度(84～101℃)也暗示它为海底热水沉积成因.     

青海茫崖超镁铁质岩蛇纹石化作用的氢氧同位素研究

对青海茫崖石棉矿床中的蛇纹岩和纤蛇纹石石棉进行了氢氧同位素分析,蛇纹岩的δ~(18)O为+5.9—+7.5‰,δD为—115——133‰,纤蛇纹石石棉的δ~(18)O为+7.4—+8.9‰,δD为—115——136‰。共生蛇纹石-磁铁矿同位素温度表明各种蛇纹岩的形成温度为210—320℃,纤蛇纹石石棉为120—170℃。超镁铁质岩的蛇纹石化作用是多阶段的,蛇纹石化作用的水可能以具有一定盐度、CO_2分压较高的深循环大气变质水为主。蛇纹石作用发生在大陆环境中,纤蛇纹石石棉是在蛇纹石化最后阶段于近地表环境中形成的。     

莺歌海盆地乐东区碳酸盐胶结物成因及地质意义

为探讨乐东区碳酸盐胶结物的分布规律、成因机制及其对储层质量的影响,应用铸体薄片、碳氧同位素、包裹体对碳酸盐胶结物岩石学、地球化学等特征进行综合分析.研究结果表明,从斜坡带往凹陷中心,碳酸盐含量由18.0%降至5.0%;其δ13C值分布在-4.78‰~+1.03‰,δ18O值分布在-10.99‰~-6.34‰,Z值分布在111.27~123.59,古海水温度分布在11.36~32.02℃,古盐度分布在3.24%~6.91%;碳酸盐胶结物的形成主要与碳酸盐岩或高钙质砂岩母岩的溶解再沉淀有关,其受控于水介质温度、成岩温度与盐度,由斜坡带往凹陷中心,水介质温度降低、盐度增高,胶结变弱.低含量的早期（铁）方解石与高温热流体溶解高含量早期（铁）方解产生的低或高含量的晚期（铁）白云石区均可发育中渗“甜点”储层.      

川东北石笋120~103 ka BP稳定碳同位素记录与控制机制

利用川东北梭子洞石笋SZ2的稳定碳同位素组成(δ~(13)C)高分辨率重建了120~103ka时段的石笋碳同位素序列。SZ2的δ~(13)C变化与该石笋稳定氧同位素组成(δ~(18)O)的长期变化趋势明显不同。在整体变化趋势上δ~(13)C变化与生长速率相似,反映石笋表面滴水时间间隔影响的CO_2脱气作用和CaCO_3沉积可能是影响SZ2的δ~(13)C长时间尺度上变化的主要因素。但在较短时间尺度上,SZ2的δ~(13)C与δ~(18)O变化基本趋势一致,反映了地表植被类型(如C3/C4植被比例)、植被密度、土壤微生物活动以及洞穴通风效应的变化可能是引起SZ2的δ~(13)C短时间尺度上变化的主要因素。     

香溪河流域大气降水稳定氢氧同位素时空分布特征

香溪河流域地处不同地理、气候、岩溶地貌分区的重要过渡位置,研究其大气降水氢氧同位素时空分布特征,是利用氢氧同位素示踪技术研究流域水循环特征的基础。本文通过不同高程布设的观测点,获取到研究区大气降水稳定氢氧同位素(D、~(18)O及17O)观测数据,由此首次建立了香溪河流域大气降水线(δD=8.17δ~(18)O+13.38),氧同位素间的关系式(δ'17O=0.512δ'~(18)O+0.024),并深入分析氢氧同位素时空分布特征。     

稳定碳氧同位素在沉积相和成岩环境划分中的应用——以柴西南翼山浅油藏储层研究为例

碳酸盐岩中的稳定碳氧同位素可以用来定量恢复沉积环境古盐度、成岩环境,表明沉积物形成后大气淡水参与成岩作用强度,圈定潜在储层等。通过同位素δ^13C、δ^18O值,运用基恩和韦伯方程计算出古盐度参数,可以作为判定沉积环境和成岩环境的标准。以柴西南翼山浅油藏储层为例,运用δ^13C、δ^18O同位素值来判定其古盐度,为沉积相和沉岩作用的划分提供了科学的依据。     

我国主要超镁铁岩蛇纹石化水的非大洋成因——(L-C)蛇纹岩的D/H和(18)O/(16)O

本文对贺根山、鲸鱼、东巧、罗布莎、玉石沟等地超镁铁岩中(L-C)蛇纹岩标本的氢、氧同位素组成进行了分析,其变化范围为:δD=-101—-146,δ~(18)O=1.0—7.5。产生蛇纹石化作用时平衡计算水的氢、氧同位素为:330℃时δD=-77—-122,δ~(18)O=1.4—7.9;200℃时δD=-67—-112,δ~(18)O=-1.3—5.2。根据大洋型(L-C)蛇纹岩和大陆蛇绿岩杂岩型(L-C)蛇纹岩的氢、氧同位素组成特征来看,本文所研究的蛇纹岩明显地属于大陆蛇绿岩杂岩型蛇纹岩。蛇纹石化时平衡计算水的氢、氧同位素特征表明水的成因类型为大气降水型地下水,而非大洋水。本文中超镁铁岩的蛇纹石化作用发生在超镁铁岩侵位于大陆壳之后,即超镁铁岩的蛇纹石化作用发生于大陆环境,而非大洋环境,而且超镁铁岩在侵位于陆壳之后的最初阶段应为新鲜的地幔岩石。