洞穴碳酸盐有机质荧光发光特征研究及其展望

洞穴碳酸盐是洞穴滴水沉淀的结果,其有机质的荧光性质响应于外界气候与生态环境的高频率、周期性变化,是高分辨率反映气候- 环境变化的有效手段。本文详细分析了洞穴碳酸盐荧光物质的组成、来源及影响其荧光光谱的因素,并总结了其分析方法; 回顾了国内外在洞穴碳酸盐荧光发光性的古气候- 环境研究方面的应用,并对其将来的发展方向作了展望; 认为洞穴碳酸盐发光微层及其光谱特征形成机制的现代过程、微层层内物质组成,以及土壤、植被、气候三者响应关系是值得今后进一步加强研究的主要内容。      

石笋微层研究及其气候意义

在分析石笋微层形成机理的基础上,介绍了石笋微层厚度测量的主要方法及影响因素.结合U-Th系定年与显微镜镜下计数,对采自长江中游清江和尚洞的一支正在生长的年轻石笋进行了初步的微层厚度测量,结果显示生长于该地区的石笋非常适合于微层研究,并就石笋微层研究对古气候重建的重要意义及该领域的发展趋势进行了探讨.     

洞穴次生碳酸盐沉积的Sr同位素组成研究：历史与前景

对洞穴次生碳酸盐沉积87Sr/86Sr比值的研究进行了回顾,对其潜在的应用前景作了展望。87Sr/86Sr是进行沉积物来源示踪的重要地球化学指标之一。在以往的研究中,根据洞穴次生碳酸盐沉积87Sr/86Sr的变化对一些可能的Sr来源的相对贡献进行了研究,并进一步对其蕴涵的气候环境演化意义进行了探讨。在未来的研究中,示踪物源仍然将是洞穴沉积87Sr/86Sr研究的主要功能。这一指标可能在对地表土壤的化学风化强度及其变化、东亚地区的大气粉尘活动和冬季风演化、岩溶地下水古水文演化研究等方面发挥重要作用。     

岩溶洞穴次生碳酸盐沉积铀及其同位素组成古气候环境研究进展

洞穴沉积铀含量及其同位素初始234U/238U[（234U/238U)0]变化均与过去气候环境变化关系密切。文章分别对石笋中U含量和(234U/238U)0的气候意义进行统计分析发现,多数研究认为洞穴沉积U含量和(234U/238U)0可能指示土壤湿度和有效降水变化。然而,不管是对洞穴沉积的U含量还是(234U/238U)0,其气候环境意义解读还存在两种观点。但无论如何,这些研究成果都显示了洞穴沉积的U含量和(234U/238U)0是研究过去气候环境变化的重要替代指标。在未来的研究中,除了土壤环境和过程,还应关注U来源的相对贡献变化和其他微量元素与U元素的关系。这一指标可能在对东亚地区的大气粉尘活动和冬季风演化、地表生物量的变化研究等方面发挥重要作用。      

洞穴石笋纹(壳)层构造类型研究

在大量大型石笋纵剖面观测研究的基础上,提出洞穴石笋成因形态分类,首次确立石笋纹(壳)层组合构造分类方案;阐明叠锥、叠柱、叠锥柱复合和叠锥柱彼此间夹复合等构造类型及类型中的拱凸、拱凹、水平、平凹等纹层(组)层面构造亚类的组成特征;指出有关构造类型和亚类是成笋时段洞顶滴水、滴流水水量和流态动态特征与过程的踪迹,纹(壳)层及其构造也是洞穴内外气候环境及洞穴(道、厅)地质、水文条件等制约因素的综合反映。      

疏松质石笋碳酸盐的精确微区取样

高分辨率极端气候事件是古气候研究中的一个热点。作为重要的古气候信息载体之一的石笋,以其每年几十到几百微米的生长速率,为提取高分辨率古气候代用指标提供了可能。而可靠的微区取样则是石笋高分辨率分析的重要前提。本文利用美国New Wave微区取样装置,对微区取样技术在石笋碳酸盐中的应用进行了探讨。在年层并非平直的疏松质石笋表面,于40 μm取样步长内,成功获得了平均质量约为100 μg的石笋微区分析样品。所获得的年内分辨率样品可同时提供微量元素分析和稳定同位素分析。重点讨论了石笋微区取样过程中必须注意的样品固定和取样参数设置等关键问题,提供了有效收集石笋微区样品和避免样品交叉污染的方法。     

第四纪洞穴次生碳酸盐激光及同位素稀释剂法U-Pb定年

碳酸盐U-Pb年代学具有广阔的应用价值与潜力。近些年同位素稀释剂法和激光原位法碳酸盐U-Pb定年迅速发展,但国内尚未报道利用激光原位法测试的第四纪以来碳酸盐U-Pb年代,碳酸盐U-Pb定年的同位素稀释剂法也亟待开发,在此背景下西安交通大学同位素实验室针对第四纪洞穴次生碳酸盐开展了激光和稀释剂法(LA &; ID MC-ICPMS)U-Pb定年方法研究。本研究利用激光法对不同碳酸盐标样进行了测试,获得的U-Pb年代结果与标准值在误差范围内一致;首次报道了三宝洞第四纪洞穴次生碳酸盐的高精度激光U-Pb定年结果,与国外实验室稀释法所得年代可相互印证;讨论了第四纪碳酸盐U-Pb定年初始U系非平衡分馏校正的有关问题,强调了稀释剂法对于δ²³⁴U和Pb同位素高精度测试的重要价值;稀释剂法方面,本实验室全流程Pb本底目前能够达到世界一流水平(约10 pg);对于第四纪洞穴次生碳酸盐的初步测试结果(1.14±0.04 Ma,2σ,n=5,MSWD=1)与国外稀释剂法及本实验室激光法在误差范围内一致,更进一步完善有望提高年代精度。本实验室建立了可靠的较高精度激光法和初步的稀释剂碳酸盐U-Pb定年方法,除了较老的碳酸盐样品以外,还能够对老于64万年的第四纪洞穴次生碳酸盐进行较高精度U-Pb年代学测试,对于早第四纪以来的众多科学问题的进一步研究具有重要意义。

     

洞穴碳酸盐230Th-234U-238U测年初始钍校正的等时线研究

初始钍的校正是不纯沉积碳酸盐230Th 234U 238U测年的一个重要方面，洞穴石笋初始Th校正通常采用230Th/232Th的原子比值为（4.4±2.2）×10-6。多年来4种不同的等时线方法应用到不纯碳酸盐测年初始Th的校正中，其中全样品的等时线方法是目前公认的较为完善的一种方法。通过测定云南同一石笋2个不同层位的9个样品的U、Th同位素组成,并进行等时线分析，结果表明2层样品初始钍230Th/232Th原子比值分别为（3.5±2.8）×10-6和（10.6±2.2）×10-6，这说明即使在同一地区，由于其混入Th来源的复杂性，230Th/232Th初始比值在同一样品不同层位仍可能有较大的差异，因此不能够完全采用单一层位等时线获得的初始值对整个样品进行校正。考虑到在实验测量过程中，232Th含量的过高对于230Th的准确测定也有很大的影响，应尽量选择纯净石笋样品进行测年研究，在样品的选择和前处理过程中就减少初始钍的影响，这对获得高精度的测年结果有着重要的意义。     

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。      

洞穴石笋纹(壳)层层组类型研究

石笋是洞穴碳酸钙沉积的典型滴石类型,也是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息载体,随着高分辨率测年技术和测试方法的提高,它在重建古气候环境方面具有重要的意义.石笋沉积纹层的组合、厚度、粒度和层面构造等,是恢复成笋滴水动态及相关古水文条件的物质基础,其中不少古气候环境信息,具强烈直观感,聚集物证、形象地记录于石笋剖面中,易观测研究.通过大量石笋纵剖面观测和系统的同位素组成、微(痕)量元素、特征性纹层的分析研究,证实石笋沉积纹(壳)层具韵律性组合和沉积旋回性及其古气候环境显示.首次提出石笋具叠锥型、叠柱型、叠锥叠柱复(组)合型纹(壳)层组和连续性、旋回性、间断(歇)性叠复纹(壳)层层组类型的沉积构造,并阐述各自的特征、滴流水动态和气候环境演变特征。     

北京石花洞全新世石笋微生长层与稳定同位素气候意义初步研究

在北京石花洞全新世石笋中发现分辨率很高的微层韵律。通过绝对年代测定和降水记录校订,初步确定石笋微层的年层时标含义和层厚变化响应降水变化的关系。通过对石笋稳定同位素气候意义的分析,提出在季风气候条件下,由于石笋氧同位素主要反映水源氧同位素的变化,因而也反映了季风强弱的变化。碳同位素反映了土壤有机环境的变化。微层层厚与氧同位素主要是自然环境变化信息载体,而碳同位素是自然环境变化叠加人类活动影响的综合信息载体      

向源潜流侵蚀岩溶作用及其成因机理——以塔河油田早海西风化壳岩溶洞穴层为例

向源潜流侵蚀作用指在海(水)进环境中,由于盆地边缘岩溶斜坡带内陆区的潜水面上升后,潜水面以下地下潜流在相当长时间内仍然在原有的洞穴内流动,由此产生的连续向上(向着地下水流源头)侵蚀作用,其结果是在原有的洞穴层之上形成多旋回的具有`坍塌角砾- 暗河沉积’ 双层结构的塌积层序及纵向上呈加积方式产出的叠积洞穴层,以及由叠积洞穴与原有洞穴连成一体的复合洞穴层。本文以塔河油田早海西风化壳岩溶洞穴层为例,简要地介绍了古岩溶洞穴层的对比方法,展示了塔河地区早海西风化壳岩溶洞穴层对比成果,并通过典型井的洞穴层内部结构解剖分析,阐述了向源潜流侵蚀岩溶作用的成因机理,并探讨了一些相关的主要问题。      

洞穴碳酸钙微层理在中国的首次发现及其对全球变化研究的意义

研究我国北部季风气候区石笋的微生长层及其气候意义，在北京石花洞石笋中发现微生长层。通过年代测定、气候事件控制分析，初步提出了石笋微层的年层时标含义及层厚变化主要响应降水变化的气候意义。试图利用微层的层厚－降水响应关系，重建北京地区最近1130年来干湿变化的年分辨率趋势，通过功率谱分析发现136年、50年、16～18年、11年、5．8年的降水周期变化。     

石笋年层的影像特征

近年来,石笋微层作为高分辨率古气候研究代用指标已有较好的研究,众多研究者也都认为石笋中具有年层。石笋年层和树轮具有相似的性质,它们都有年层缺失（沉积间断）和伪年层（包括亚层、多年层和假象层）等现象,如何正确计数石笋年层是微层计数年代学的研究基础所在,也是利用石笋微层作为近2000年来高分辨率（分辨率到年）古气候研究代用指标的基础。 如果石笋纵剖面上没有明显沉积间断,一般可断定其没有年层缺失,这样可用通过计数石笋的年层来确定石笋的年龄,以满足高分辨率古气候研究的需要。中国南方型石笋微层和北方型石笋微层具有不同的矿物组成光性特征和微层型式,其显微镜下影像特征不同,所以其计数方式又有所差别。     

石笋微层物质组成的二次离子质谱初步分析及其气候意义

我国北方洞穴石笋中发育双重光性微层(透光微层和发光微层),两种微层可以相互对应,但也存在不相匹配的现象。运用二次离子质谱分析微层内物质组分,发现透光微层的浅色段含有相对丰度较高的Mg和Sr元素以及小分子有机质,而Ba和Fe及大分子有机质主要赋存于微层内暗色段,层内暗色物质包含有机质和粘土物质。微层物质组成和成因等方面的研究可以反映气候变化的高分辨率信息。     

高分辨率气候环境变化研究中的石笋微层

在全球变化研究领域，高分辨率重建 2000年来的气候环境变化是近期工作的主要内容之一。石笋微层由于其沉积界面完整，微层明显和组分构造有序，从而成为综合研究气候环境变化的理想载体。详细分析了石笋微层灰度和石笋微层厚度的成因、类型和影响因素，对石笋微层在高分辨率气候环境变化研究中的应用现状及目前所存在的问题作了简要介绍，并对该领域今后的发展方向提出了一些看法。     

江西峨嵋洞石笋微层特征及其形成机制

生长快速、具有年纹层的洞穴石笋是研究过去季节-年际尺度气候变化的重要地质载体之一。本研究对江西峨嵋洞长度为60 mm的现代石笋EM1进行微层分析、高分辨率的氧、碳同位素测试分析,研究了石笋微层特征及其形成机制。研究表明峨嵋洞石笋微层具有典型的"南方型"微层特征：肉眼可见的暗褐色致密亚层,在透射光下为透光层,在紫外光下为不发光层;肉眼可见的乳白色疏松亚层,在透射光下为不透光层,在紫外光下为发荧光层。暗褐色致密亚层的方解石δ18O值由年内最小变为最大而δ13C值为年内偏正峰值,乳白色疏松亚层的方解石δ18O值由年内最大变为最小而δ13C值为年内偏负峰值。月-季节分辨率的δ18O和δ13C记录为反相关关系,δ18O滞后于δ13C变化约3~4个月。研究认为峨嵋洞石笋微层的形成可能主要与春季-早夏较多降水和有机质淋滤（形成乳白色疏松亚层）以及盛夏高温干旱（形成暗褐色致密亚层）的配置有关。部分乳白色疏松亚层内还发育有极细的荧光层,被证实为年内层（伪年层）,其成因很可能与春季至早夏多次强降水造成的数次有机质脉冲沉积有关。     

钙稀土氟碳酸盐中四种B10S8新规则混层矿物的透射电镜研究

根据HRTEM研究，在四川西昌地区的钙稀土氟碳酸盐矿物衍生多晶体中发现了四种不同的B10S8型[即氟碳怖矿（B）／直氟碳钙铈矿（S）为10：8]新规则混层矿物（B10S8－I，B10S8－Ⅱ，B10S8-Ⅱ和B10S8－Ⅳ）。用SAED和HREM方法确定了四种新规则混层矿物的晶体结构对称性、晶胞参数、结构堆垛模式及晶体化学式等。四种B10S8新规则混层矿物结构中，Ce－F离子层的堆垛层序以及两个Ce－F离子层之间的碳酸根离子层的排列方式均不同。同时还观察到该类矿物中的畸结构及堆垛层错等。     

苏干湖沉积碳酸盐稳定同位素古气候意义的初步研究

苏干湖盆地是嵌套在柴达木盆地中的一个封闭盆地。苏干湖是盆地地表水和地下水的汇集中心,也是地下水的循环基准面,由源自小苏干湖的苏干河及其以南的天鹅河、绿草河与水鸭子河补给,这些河流均为地下水出渗形成的河流,具有较低的矿化度;湖水面积103.68km2,平均矿化度31.83g/L,现代湖水为ClSO4NaMg型。盆地地势东高西低,平均海拔高度3000m;盆地西部多年平均降水量为18.7mm,蒸发量为2967.2mm,属于极端干旱区;苏干湖地区年平均气温为0～3℃;盆地植被稀少,盆地东部山麓地带、中部努呼图一带以及地下水出渗的湖泊东部小苏干湖     

苏干湖沉积碳酸盐稳定同位素古气候意义的初步研究

苏干湖盆地是嵌套在柴达木盆地中的一个封闭盆地。苏干湖是盆地地表水和地下水的汇集中心,也是地下水的循环基准面,由源自小苏干湖的苏干河及其以南的天鹅河、绿草河与水鸭子河补给,这些河流均为地下水出渗形成的河流,具有较低的矿化度;湖水面积103.68km²,平均矿化度31.83g/L,现代湖水为ClSO₄NaMg型。盆地地势东高西低,平均海拔高度3000m;盆地西部多年平均降水量为18.7mm,蒸发量为2967.2mm,属于极端干旱区;苏干湖地区年平均气温为0～3℃;盆地植被稀少,盆地东部山麓地带、中部努呼图一带以及地下水出渗的湖泊东部小苏干湖