不同粒级组分碳酸盐与碳同位素分布特征及其对风尘物源的指示意义

在科尔沁沙地采集沙地表土样品16组,松嫩平原杜蒙沙地样品15组,同期还收集了城市道路表土样品10组,对各组样品进行粒度分级(全样、＞ 63 μm、63 ～ 30 μm、30 ～ 11 μm和＜11 μm),分别测定碳酸盐含量和碳同位素组成.结果显示,不同区域不同性质样品各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度不同,科尔沁沙地最小(0.8％),其次为杜蒙沙地(1.9％),道路表土最大(2.7％).大部分杜蒙沙地样品(66.7％)和小部分科尔沁沙地样品(37.5％)以及全部道路表土样品的碳酸盐含量随粒度变细而增大,且变化模式各不相同.碳酸盐含量随粒度变细而增高是非匀速的,先是增幅较大(＞ 63 μm-→63 ～ 30μm→30～ 11 μm),后增幅较小(30～11μm→＜11μm).沙地样品碳酸盐含量与粒度的关系并不限于随粒度变细而增大这一种,风成砂和经历过强烈成壤作用改造的沙地样品中的碳酸盐含量与粒度的关系皆表现为随粒度变细而减小,沉积物中碳酸盐含量随粒径变细而增高是否是一种普遍规律还需要更多区域的更多样品来检验.大部分沙地样品和道路表土样品不同粒级组分的碳酸盐δ13C值变化范围较小(＜1.8‰),并表现出随粒度变细而趋于偏正的特征,但变化幅度很小.杜蒙沙地和科尔沁沙地碳酸盐含量的地区差异性极不明显,且各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度大大超过了杜蒙沙地与科尔沁沙地的碳酸盐差异值,不能作为区分杜蒙沙地和科尔沁沙地风尘源区的示踪指标;而科尔沁沙地和杜蒙沙地碳酸盐δ13C组成存在明显差异(在63 ～ 30 μm粒级组分表现最为明显),且不同粒级组分碳酸盐δ13C值差别较小,说明它是一个比碳酸盐含量更好的风尘源区示踪指标,但是不同粒级组分碳酸盐δ13C组成的差异会随离中国西部沙漠沙地风尘源区距离的加大或者风尘物质成壤作用的增强而变大,增加其风尘源区示踪的复杂性.     

不同粒级黄土-古土壤中碳酸盐碳氧稳定同位素组成及其古环境意义

从黄土高原中部洛川和环县两个剖面选取若干黄土和古土壤样品，分为三种粒级（＞45μm、2－45μm、＜2μm），挑出＞45μm粒级中的根状结核与蜗牛壳化石碎片，分别测定δ^13C和δ^18O值。结果显示，两个剖面不同粒级组分的δ^13C和δ^18O值表现出相似的分布规律。洛川剖面的根状结核和蜗牛壳与分粒级样品中的＜2μm粒级中碳酸盐的δ^13C和δ^18O值最为接近，处于相同的区域内；而＞45μm粒级中的δ^13C和δ^18O值与其他样品有明显的差别。因此，可以认为黄土－古土壤中＜2μm粒级中所含的碳酸盐可代表成镶碳酸盐，其蕴涵的地球化学信息可用以重建成壤时的古气候和古环境条件。     

东海陆架北部泥质区表层沉积物碳酸盐粒级分布与物源分析

对取自东海陆架北部表层沉积物及黄河、长江河道沉积物样品按1／4Φ或1／2Φ的间隔筛分，分别测定不同粒级中碳酸盐的含量，结果表明东海陆架表层沉积物碳酸盐含量都较高，且在砂、砾级中异常富集，碳酸盐颗粒分布具有分散、多峰的特点；黄河沉积物碳酸盐含量较高，主要分布于细粒级部分，并在细粒部分富集；长江沉积物碳酸盐含量明显低于黄河，分布较均匀，但是由于有淡水钙质生物碎屑的混入导致粗粒级中碳酸盐较为富集。依据沉积物中碳酸盐含量、分布及富集特征，结合沉积作用分析，表明济州岛西南泥质区沉积物为黄河、长江物质以及泥质区周边的再悬浮物质三部分的混合产物。     

西宁地区新近纪风尘堆积的元素组成特征及物源指示意义

西宁地区的新近纪风尘堆积是研究青藏高原东北部古环境变化和地貌演化的良好对象。本文基于X射线荧光（XRF）光谱分析方法,对西宁地区的新近纪风尘堆积、第四纪黄土、河流沉积、湖泊沉积代表性样品中小于75μm组分的元素含量进行了对比研究。结果显示：1）在常量元素平均含量上,西宁地区的新近纪风尘堆积与第四纪黄土大体相似,与西宁地区的河流、湖泊沉积也大体相似。与上地壳（UCC）平均成分相比,各类沉积物样品的CaO、MgO、MnO、Zr、Nb含量较高,Na₂O、K₂O含量较低。2）与西宁第四纪黄土、河流沉积和湖泊沉积物相比,西宁新近纪风尘堆积具有较高的Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、MgO、TiO₂、Rb、Nb和较低的CaO、Sr、Zr。3）西宁地区的新近纪风尘堆积和第四纪黄土的Rb-Sr含量散点图可以拟合成一条直线,指示二者的母岩在物质成分方面可能具有相同的特征。然而河流、湖泊沉积的Rb-Sr含量散点图特别分散。西宁新近纪风尘堆积的Rb/Sr比值高于第四纪黄土的Rb/Sr比值,指示新近纪风尘堆积为较强风化成壤作用下的产物,支持以往新近纪风尘堆积在沉积前后经历了较强化学风化作用的研究结论。4）K₂O/Al₂O₃（分子比）-TiO₂/Al₂O₃（分子比）、K₂O/Al₂O₃（分子比）-Zr/Nb图解显示西宁地区的新近纪风尘堆积与第四纪黄土一致,但是它们与西宁地区的河流、湖泊沉积显著不同。上述特征表明西宁地区的新近纪风尘堆积和第四纪黄土可能具有相似的源区。在西风环流盛行时,位于上风向地带的柴达木盆地可能是西宁地区风尘堆积的主要源区。

     

松嫩沙地元素和Sr-Nd同位素组成特征及其对区域粉尘物源的指示

松嫩沙地位于欧亚黄土带最东端,其物质组成的研究有利于重建松嫩平原冰期—间冰期粉尘传输路径。为此,系统采集了松嫩沙地123个河流沙和风成沙样品,对其进行分粒级的常量、微量和稀土元素以及Sr-Nd同位素组成等地球化学分析,并利用Frequentist模型进行风尘物源定量重建,探讨松嫩沙地不同区域、不同粒级组分对哈尔滨黄土的贡献及搬运路径。结果表明,松嫩沙地经历了初级的化学风化过程（＜63 μm、＜30 μm、＜10 μm组分CIA平均值分别为55.20、57.46、57.51）,有较低的再循环历史（＜63 μm、＜30 μm、＜10 μm组分CIA/WIP比值的平均值为0.98、1.08、1.04）。根据不同粒度组分的元素地球化学与Sr-Nd同位素组成特征,将松嫩沙地划分为西北部和西南部两个地球化学分区。不同粒度组分地球化学组成的定量重建结果表明,这两个分区不同粒级组分（＜63 μm、＜30 μm、＜10 μm）对哈尔滨黄土的贡献度分别为：75.7%~88.5%、73.4%~84.9%、61.0%~89.7%（西南部）和11.5%~24.3%、15.1%~26.6%、10.3%~39%（西北部）。本研究揭示了末次冰期以来松嫩平原粉尘传输路径以西南方向为主,与冰期以西北风为主导的环流模式存在差异。

     

长江口-杭州湾及其邻近海域不同粒级沉积有机碳分布特征

通过对长江口、杭州湾、舟山海域及东海陆架4个海区表层沉积物样品的粒度敏感组分分析,发现东海陆架与长江口具有相似的三级组分物质组成,杭州湾与舟山海域具有相似的两级组分物质组成.综合4个区域粒级组分分布特征,采用湿分法将4个海域表层沉积物样品分成6个粒级:＜0.004 mm,0.004～0.025 mm,0.025～0.063 mm,0.063～0.125 mm,0.125～0.250 mm和＞0.250 mm,分别提取各级组分和全样进行有机碳及同位素测试.定量分析各级组分有机碳含量、来源及物质组分,除杭州湾海域粗粒级外,基本上＜0.004 mm的粘土组分有机碳含量最高;富集在杭州湾海域粗颗粒中的有机质主要来源于陆源植物碎屑.沉积物颗粒大小、物质组成类型是不同粒级有机质富集的主要控制因素.     

西峰、洛川黄土碳酸盐根茎体碳同位素分布特征及古环境意义探讨

以往对于土壤碳酸盐根茎体(CR)的形态和碳同位素分析表明其具有纯的生物成因源的特征,被用于指示不同大陆的高分辨率气候变化。为此,本研究选取了位于黄土高原中部的西峰和洛川黄土-古土壤序列,分别采集65个和22个样品。通过湿筛法(80目)分离后,在显微镜下通过细针挑选出根茎体样品进行碳同位素(δ 13C CR)的分析,并将结果与总有机质碳同位素(δ 13C TOC)、总无机碳酸盐碳同位素(δ 13C TIC)、总有机碳含量(TOC%)和磁化率(MS)等多指标进行对比分析。结果表明: 西峰剖面的土壤碳酸盐根茎体δ 13C CR值的变化范围为-8.6‰ ~-3.7‰,δ 13C TOC值的变化范围为-23.68‰ ~-19.47‰,δ 13C TIC值的变化范围为-8.65‰ ~-4.95‰; 洛川剖面的土壤δ 13C CR值的变化范围为-8.30‰ ~-3.58‰,δ 13C TOC值的变化范围为-23.28‰ ~-18.72‰,δ 13C TIC值的变化范围为-8.50‰ ~-3.78‰; 两个剖面末次冰期以来的δ 13C CR均没有完全响应MS,TOC和δ 13C TOC 的变化趋势,表现为在S0呈现相反的变化趋势,在L1呈现相似的变化趋势; 而与δ 13C TIC值在冰期-间冰期尺度上呈现一致的变化趋势和幅度。该结果表明西峰、洛川剖面碳酸盐根茎体碳同位素类似于总无机碳酸盐碳同位素,其影响因素可能较为复杂(如碳酸盐的淋溶迁移、植被的影响、原生碳酸盐等复杂因素的影响),特别是淋滤深度的不确定性。因此,在独立使用黄土碳酸盐根茎体δ 13C CR值来重建该地区的古植被(C4/C3)变化信息时要慎重。     

良渚遗址物质的Sr-Nd同位素特征、物源及其对古文化消亡的指示意义

良渚文化作为新石器时代晚期的重要文化之一,与中华文明的起源有着重要联系。位于杭州瓶窑镇的良渚古城遗址,则代表了良渚文化发展的巅峰。我们采集了良渚遗址剖面的文化层、上覆黄粉土的土壤样品以及遗址周边地区的河流和钱塘江的沉积物样品,测试分析了它们的Sr-Nd同位素组成。通过对比黄粉土和文化层的同位素组成变化,结合遗址周边环境和前人对长江沉积物、东海沉积物的研究,我们推测,良渚黄粉土物质来源可能是东海、长江沉积物和钱塘江沉积物的混合,良渚文化可能并非消亡于来自周边山体的山洪,而是与海侵或者长江下游洪水泛滥有关。     

南京下蜀土的地球化学特征及其物源指示意义

风尘堆积的物源研究对于揭示物源区的环境演化状况、重建古风场强度和古大气环流格局等都具有重要的意义。目前长江下游地区下蜀土的物质来源问题仍然存在争议。为了解决这一争议问题,本文以南京泰山新村下蜀土剖面为研究对象,开展了系统的地球化学研究。通过对南京下蜀土的常量元素、微量元素、Nd同位素进行测试,并与黄土高原同期黄土进行对比分析,探讨其对长江下游下蜀土的物源指示意义。南京下蜀土与北方黄土具有相似的常、微量元素UCC标准化曲线和稀土元素球粒陨石标准化曲线,但是它的Zr、Hf含量较高,Tl、Pb含量较低,且具有较高的SiO2/Al2O3、TiO2/Al2O3、Nb/Ta和GdN/YbN,较低的SiO2/TiO2、Zr/Hf、Y/Ho、Lu/Hf和εNd(0)值,说明南京下蜀土的物质来源明显有别于黄土高原黄土。南京下蜀土与长江中游下蜀土在地球化学特征方面有较多的相似性,指示其物质来源与中游下蜀土的物质来源相似,主要来源于长江中下游地区的松散沉积物。     

庐山北麓JL红土剖面粉砂粒级元素地球化学特征及其物源意义

加积型红土是中国南方第四纪环境变化研究的重要陆相载体,其沉积母质显示风成特性,后期经历较强的化学风化。为了明确加积型红土的物质来源,并减弱风化效应对其物源信息的影响,本文提取了庐山北麓JL红土剖面(厚18.46 m)部分样品的粉砂组分(4~63 μm),分析其元素地球化学特征,并通过元素比值及物源判别指数等方法讨论其蕴含的物源信息。结果显示:1)粉砂粒级化学组成中SiO2、Al2O3和Fe2O3三者的含量可达84.29%,K2O、Na2O、CaO和MgO四者含量仅1.30%,与全岩相比SiO2含量增高,Al2O3和Fe2O3含量明显降低,风化指数CIA值(74.02%)明显低于全岩样品(85.00%);微量元素中,粉砂粒级相对全岩Cu、Zn、Rb、Sr、Cr、La等含量降低,Y、Zr含量则略高。2)Na2O/Al2O3与K2O/Al2O3及Na2O/K2O与CIA的散点图中,粉砂粒级样点间的集聚程度明显降低,暗示风化效应在一定程度上被削弱。此外以洛川黄土和长江河漫滩沉积物为端元的物源指数计算表明,全岩样品消除粒级效应后的物源指数(PIw)与粉砂粒级物源指数(PIfs)吻合度较好,进一步验证了粉砂粒级地球化学特征在削弱风化效应方面的有效性。3)JL剖面上部黄棕色土的PIfs值为0.45,物源上更接近北方黄土,剖面中下部的网纹红土PIfs值为0.57,物源更接近长江沉积物。结合TiO2/Al2O3、Zr/Y、Hf/Ti等元素比值,JL剖面自下而上近源物质的贡献略有减少,远源物质的贡献则趋于增加,这可能意味着晚第四纪以来东亚冬季风不断增强的过程。     

Characteristics of Hydrogen-rich Coals in Southern China: Implications from Organic Geochemistry and Carbon Isotopic Compositions

The organic geochemical characteristics of hydrogen-rich coal in southern China were investigated synthetically through organic geochemistry and carbon isotope analyses.The results showed that the hydrogen contents of the test samples were more than 5.0% and the H/C atomic ratios were between 0.76-1.06.Samples were found to be composed mostly of Type Ⅱ-Ⅲ℃ kerogen,consistent with good hydrocarbon-generation potential.The R_o(0.54-1.10%)and T_max(430-453℃)values imply that the hydrogen-rich coals were in low maturity to mature stages.Stable carbon isotopic ratios(δ¹³C_org)of the samples used varied from ?24.5‰ to ?23.4‰,the barkinite content ranging from 13.9% to 83.3%,indicating a predominantly terrestrial origin with marine influence during coal formation.Some organic geochemical parameters showed corresponding changes as the hydrogen content increased from 5.0% to 7.0%,however,the source inputs changed significantly when hydrogen content was greater than 6.0%.Terrestrial higher plants gradually become predominant within the coal-forming materials,whereas this dominant position is not apparent at lower hydrogen contents,which is attributable to the strong seawater effect during the hydrogen-rich coal formation process.     

罗布泊中更新世以来盐湖碳酸盐碳氧同位素组成及其古环境意义

罗布泊是欧亚大陆腹地塔里木盆地东端的典型内陆干盐湖,中更新世以来在其北部尤其罗北凹地发育了巨厚的蒸发岩沉积是对全球变冷和青藏高原隆升的积极响应。通过对罗北凹地第一口深钻LDK01孔蒸发岩系中203个样品的自生碳酸盐含量、碳氧同位素测试与分析,讨论了罗布泊中更新世以来的古环境演化特征。研究表明:(1)δ~(18) O和δ13 C协同正向演化,但在蒸发作用强烈的干旱封闭湖泊中,流域降蒸比(P/E)的变化对湖泊水体δ~(18) O影响最为显著;(2)δ~(18) O和δ13 C周期性波动震荡特征,反映干湿交替的环境以及周缘水体对罗北凹地的补给;(3)罗布泊湖盆干旱加剧演化可能并非只受全球变化单一因素驱动,而是全球气候变化和高原隆升共同作用的结果。     

北京平原区晚更新世以来有机碳同位素特征及其古环境意义

沉积物中的有机质稳定碳同位素已经广泛应用于重建古环境.本文通过对北京平原区昌平钻孔δ13Corg数值变化特征的分析,结合格陵兰冰芯和深海氧同位素曲线对比,揭示了北京平原区晚更新世以来古环境变化特征及千年尺度的气候变化事件,初步探讨了其驱动机制.该钻孔δ13Corg值变化范围为-17.10‰至-26.18‰,主要表现为暖...     

四川盆地中南部地区洗象池群沉积旋回的碳氧同位素特征及地质意义

摘要：四川盆地中南部地区寒武系洗象池群碳酸盐岩的碳、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,根据该地区采集的88个碳、氧同位素数据,研究、讨论了中上寒武统碳酸盐岩不同尺度沉积旋回中的碳氧同位素组成、演化及地质意义。研究表明,四川盆地寒武系洗象池群由下至上的地层序列中,碳、氧同位素具有明显的旋回性演化特征：其δ13C值变化于－56‰～3247‰之间,均值为-0979‰,绝大多数的样品都在-2‰～2‰的区间震荡,δ18O值分布于-111‰～-52‰之间,均值为-6934‰,主要集中在－9‰～-6‰的范围内波动。通过对不同尺度沉积旋回碳、氧同位素数据分析研究,认为在体系域尺度沉积旋回中控制碳氧同位素组成特征的主因是海平面变化,在米级旋回中主要受高频海平面变化、古气候、古构造等多方面叠加的影响;通过对碳、氧同位素数据分析研究,首次明确了该地区芙蓉统的底界,为地层的划分对比提供了有力证据;洗象池群早期和中期经历了短暂而快速的海侵后进入缓慢的海退,在晚期缓慢海侵后的快速海退,碳同位素组成反映的海平面变化趋势与沉积相演化一致。     

天目山泥炭有机碳同位素特征及其古环境意义

通过对浙江天目山泥炭剖面的高密度采样和有机碳同位素分析,重建了该地区4 ka BP以来的古植被特征和古环境演化历史.天目山3200 a BP之前,气候温和适度,晚期变冷变干,为中全新世末气候波动的过渡时期.3200~700 a BP,有机碳δ13Corg值在波动中降低,气候出现多次急剧冷暖变化,指示了几次温暖与寒冷事件.700 aBP以来,有机碳同位素迅速正偏,表明又一暖期的出现,到了后期气温又有所降低,植被转化为草原草甸景观.天目山地区近4 ka以来的气候变化与国内外不同区域的研究资料相一致,但又有区域的差异性.     

Carbon and Oxygen Isotopic Compositions of Carbonates from Precambrian Apatite-Bearing Carbonate Rocks of the Aldan Shield

Geostructural setting, as well as mineral and isotopic compositions, of separate apatite deposits and occurrences in the Aldan Shield composed of Precambrian metasedimentary apatite–carbonate rocks are considered. In terms of carbon and oxygen isotopic compositions, they differ from other carbonate rocks of the Aldan Shield, including carbonatites and Ca–Mg metasomatites, and resemble Phanerozoic and Precambrian metasedimentary carbonates. They formed in oxidizing conditions. The contribution of evaporite processes at different stages of their formation is supported by the carbonate enrichment in ¹³C and the presence of sulfates. It was established that apatite–carbonate rocks represent the product of complex alternation of sedimentary processes at different values of salinity in the basins occasionally characterized by the decomposition of older sediments under subaerial conditions.     

雅鲁藏布江蛇绿岩的氦、氩同位素组成及其地质意义

笔者测定了雅鲁藏布江地区蛇绿岩的氦、氩同位素组成.白朗的玄武岩He同位素组成比较均一,3He/4He平均值为5.359 Ra;与之伴生的变橄岩的3He/4He比值范围为1.104~3.384 Ra,平均为2.383 Ra.从东部的仁布和大竹到西部的下鲁和白朗,辉绿岩的3He/4He由低变高.吉定的辉绿岩样品3He/4He比值平均高达31.57 Ra,该值与夏威夷发现的高比值样品接近.分步加热法结果显示,该样品高比值的He是在低温区段释放的,这种高3He/4He比值He的捕获表明雅鲁藏布江蛇绿岩的成因存在地幔柱型富集地幔岩浆作用.     

Molybdenum Mass Fractions and Isotopic Compositions of International Geological Reference Materials

The double‐spike method with multi‐collector inductively coupled plasma‐mass spectrometry was used to measure the Mo mass fractions and isotopic compositions of a set of geological reference materials including the mineral molybdenite, seawater, coral, as well as igneous and sedimentary rocks. The long‐term reproducibility of the Mo isotopic measurements, based on two‐year analyses of NIST SRM 3134 reference solutions and seawater samples, was ≤ 0.07‰ (two standard deviations, 2s, n = 167) for δ^98/95Mo. Accuracy was evaluated by analyses of Atlantic seawater, which yielded a mean δ^98/95Mo of 2.03 ± 0.06‰ (2s, n = 30, relative to NIST SRM 3134 = 0‰) and mass fraction of 0.0104 ± 0.0006 μg g^?1 (2s, n = 30), which is indistinguishable from seawater samples taken world‐wide and measured in other laboratories. The comprehensive data set presented in this study serves as a reference for quality assurance and interlaboratory comparison of high‐precision Mo mass fractions and isotopic compositions.