48ka以来日本海古生产力和古氧化还原环境变化的地球化学记录

通过对日本海Ulleung盆地KCES-1孔元素地球化学分析,探讨了过去48 ka以来日本海古生产力和古氧化还原环境的变化规律和影响因素。多种替代指标质量累积速率（总有机碳、CaCO3,磷、过剩钡、镉含量）显示日本海古生产力自48 ka以来发生了显著的变化。在48~18 ka低海平面和有限的水体交换导致表层水古生产力相对较低。在18~11 ka随着海平面的上升,富营养盐水团（亲潮和东海沿岸流水团）的流入导致古生产力逐渐增大,在12.6~11.5 ka古生产力达到最大值。在全新世对马暖流成为影响古生产力变化的重要因素,并且自5 ka以来古生产力保持相对稳定。古氧化还原替代指标（总有机碳、钼、铀、锰、碳与硫含量之比、自生铀、自生钼含量）显示在12~9 ka日本海底层水可能为无氧环境。古生产力高和底层水体有限的交换是诱发底层水缺氧的主要因素,而这又与全球气候变化和海平面变化有关。

基于岩石地球化学构建古氧化还原判别方法的探讨

古氧化还原条件可以用于明确古环境的特点,对于古环境刻画有重要的意义。文章从微量元素、稀土元素、同位素指标和黄铁矿体系几个方面探讨了目前国内外在识别沉积环境氧化还原条件领域内被广泛使用的方法。

古海洋氧化还原条件分析方法与研究进展

地史时期海洋环境曾经历过不同的氧化还原状态,与生物种群演化、烃源岩的保存以及全球气候变化等重大地质事件密切相关,因此古氧化还原条件分析是古海洋生态环境重建的一项重要内容。然而,前人的研究多集中在氧化还原单个指标分析,这样的分析结果往往存在一定的局限性。在众多学者的研究基础上,综述了国内外氧化还原研究分析方法,重点介绍了它的岩石学、古生物学、元素地球化学、同位素地球化学和黄铁矿体系指标,探讨了各项指标的优势性与局限性,为进一步开展古海洋氧化还原条件研究提供借鉴。尽管各项指标在特定地质背景下均存在自身优势,但不同沉积环境下的各项指标所反映的氧化还原条件却存在一定差异,甚至是相悖的,因此准确地识别古海洋氧化还原环境需要各个指标的综合运用。

草莓状黄铁矿的形成机制探讨及其对古氧化-还原环境的反演

【研究目的】草莓状黄铁矿广泛存在于现代沉积物和沉积岩中,其成因机制总体上分为有机成因和无机成因两种,尽管两种机制均有理论与实验的支撑,但尚未建立一种具有普遍意义的形成机制。【研究方法】本文对目前草莓状黄铁矿的形成机理、氧化还原环境的应用及后期环境变化的影响进行了系统的综合研究。【研究结果】不同氧化-还原环境下形成的草莓状黄铁矿在粒径、形态以及硫同位素之间均存在较大的差异,可做为反演古氧化-还原环境的指标。草莓状黄铁矿的微晶尽管与粒径具有一定的正相关性,但是两者在形态演化序列、生长模式、聚集因素等方面与古氧化-还原环境的关系尚不清楚。仅凭草莓状黄铁矿粒径与铬还原法测定的硫同位素反演古氧化-还原环境存在一定的局限性,需要其他指标综合判定,尚需进一步开展草莓状黄铁矿原位硫同位素值与粒径对古氧化-还原环境反演的研究。后期氧化可使草莓状黄铁矿表面化学成分发生变化,但粒径分布依然具有古氧化-还原环境的指示意义。【结论】草莓状黄铁矿的实验模拟、理论体系和多学科交叉的研究中仍存在一些问题,尚需进一步研究。

小保当煤矿新近系保德组沉积古环境恢复

为恢复小保当煤矿新近系保德组沉积古环境,采用地球化学方法对小保当煤矿新近系保德组红土层古气候、古盐度、古氧化还原、古水深等进行沉积古环境研究。结果表明:小保当煤矿保德组修正后的CIA_(corr)指数、Al_(2)O_(3)/MgO值、MgO/CaO值、CaO/(MgO·Al_(2)O_(3))值及Sr/Cu值和Rb/Sr值指示温暖、湿润的中等风化条件,呈干旱-湿润、寒冷-温暖交替变化;Sr、Li、Ga、Rb/K_(2)O反映保德组为淡水-微咸水沉积环境;Fe^(2+)/Fe^(3+)、Ni/Co、V/Cr、V/(V+Ni)、δU、δCe和Cu/Zn反映保德组为氧化环境,局部指示贫氧环境;Co含量反映保德组古水深呈深浅交替变化。研究为小保当煤矿保德组恢复了沉积古环境,也为其他层位、其他地区古环境恢复提供依据。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段古沉积环境恢复及意义

通过对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段周缘露头剖面及盆内钻井取心共289块样品进行元素地球化学测试分析,运用CaO/MgO·Al_2O_3、Sr/Cu、Rb/Sr、B元素含量、Rb/K_2O、Th/U和V/(V+Ni)等一系列古温度、古盐度和古氧化环境判别指标,尝试恢复长7段沉积期的古气候、古盐度和古氧化还原条件等古环境特征。综合分析表明,长7段沉积期为古气温大于15℃的温暖潮湿的温带—亚热带气候,水体为陆相微咸水—淡水环境,沉积物是在强还原条件下形成的。适宜的温度、大面积深水湖盆、强还原性的古沉积环境,导致长73亚段有机质大量发育和富集保存,既形成了一套优质烃源岩,同时也为大规模页岩油的富集创造了有利条件。

伊犁盆地南部郎卡地区含铀岩系古沉积环境恢复及成矿意义

郎卡地区是伊犁盆地南缘近几年来新发现的砂岩型铀矿有利成矿地段,该地区处于盆地南缘东段构造活动区域,毗邻蒙其古尔大型砂岩型铀矿床。目前,该地区揭露的工业铀矿体分别赋存于中下侏罗统三工河组和西山窑组,埋深约500~1000m,局部超过1000 m,品位较高,具有良好的勘探前景(张鹏飞等,2018)。郎卡地区铀成矿作用的现阶段研究多集中在含矿目的层岩石学、矿物学和沉积相等方面,而古沉积环境恢复(古气候、古水体)与铀成矿关系未足够重视。

华北板块南缘六盘山盆地固参1井马东山组泥页岩段古沉积环境研究

以六盘山盆地固参1井白垩系马东山组泥页岩段为研究对象,通过元素地球化学测试分析,采用CaO/(MgO·Al2O3)、Sr/Cu、Rb/Sr、Sr/Ba、Sr丰度、Th/U、 V/Cr、V/(V+Ni)、Fe/Mn和(Al+Fe)/(Ca+Mg)等一系列古气候、古盐度、古氧化还原条件和古水深判别指标,对固参1井马东山组泥页岩沉积古环境进行探讨。结果表明:马东山组泥页岩沉积时期总体为年平均古气温应大于15℃的温暖潮湿气候,水体为半深湖—滨浅湖的半咸水—咸水环境,沉积物是在贫养—厌氧环境中形成的。古气候、古盐度、古氧化还原条件及古水深在垂向上存在3个相对变化的旋回,且古气候与古水深、古还原条件呈正相关性,与盐度呈负相关性。适宜的古水深、较强的还原条件,稳定匮乏的碎屑供给等古环境因素相对变化的3个旋回共同控制了马东山组泥岩、页岩、钙质泥岩、泥灰岩组合的非均质的页岩油气储层。

黔北地区牛蹄塘组页岩有机质富集及有机质孔隙发育机制研究

基于上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组典型钻孔剖面,通过对代表性样品TOC含量、矿物组成、主量元素、微量元素、孔隙特征等测试分析,对黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质特征、沉积环境以及孔隙发育机制开展了系统研究,为黔北地区牛蹄塘组页岩气的勘探提供参考。黔北地区牛蹄塘组中、下段发育富有机质页岩,TOC含量平均值为2.53%,TOC含量大于2.0%的富有机质页岩累积厚度约80 m。对氧化还原环境敏感参数U/Th、Mo/Al和U/Al的研究表明,富有机质页岩形成于强还原性的沉积环境。牛蹄塘组中段富含黏土矿物的中等TOC含量页岩段较底部贫黏土矿物的高TOC含量页岩段孔体积和孔比表面积更高,有机质孔发育更好,可能与剖面下段排烃效率较高有关。富含黏土矿物的中等TOC含量页岩黏土矿物粒间孔较为发育,为生烃期原油或者运移沥青提供了一定的储集空间,并在更高热演化条件下二次裂解成气产生有机质孔。牛蹄塘组中段中等TOC含量页岩段较底部的高TOC含量页岩段为更有利的页岩气富集层段。

草莓状黄铁矿形成机制及其研究意义

黄铁矿是沉积物中较为常见的矿物之一，而草莓状黄铁矿是由等粒度的亚微米级黄铁矿晶体或微晶体紧密堆积而成。基于已有的草莓状黄铁矿相关研究成果，本文综述了草莓状黄铁矿的形成机制，阐述了其对古环境恢复的意义。目前普遍认为草莓状黄铁矿的成因主要有两种，即有机成因和无机成因，前者认为有机质或细菌参与草莓状黄铁矿形成；而后者主要认为过饱和的黄铁矿浓度是微球粒草莓状黄铁矿形成的必备条件。草莓状黄铁矿粒径的大小是其古沉积环境的直接反映，被作为比较可靠的古氧化还原条件判别指标，已被广泛应用于古代及现代海洋沉积物的古环境恢复。目前，虽然草莓状黄铁矿粒径判别古环境的大小及分布范围还不统一，但普遍认为封闭的水体环境（硫化环境）草莓状黄铁矿粒径较小且变化不大，且随着含氧程度增加，草莓状黄铁矿的粒径大小增大且分布范围趋于加宽。

鹿邑凹陷太原组-山西组泥岩元素地球化学特征及对沉积环境的指示

鹿邑凹陷上古生界太原组和山西组暗色泥岩有机质丰度较高,是重要的页岩气勘探层位,为深入探讨其沉积环境,对近期实施的LY1井进行了元素地球化学分析,选择对沉积环境比较敏感的元素或组合,结合岩石学特征,对古气候、古盐度、古氧化还原条件、相对沉积速率、有机质保存条件等进行研究,结果表明:蚀变指数法、SiO_(2)/Al_(2)O_(3)和Sr/Cu比值指示太原组和山西组沉积期具有温暖湿润的古气候背景;V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、Cu/Zn等比值的变化和岩石学特征指示太原组-山西组下部沉积期水体属还原-弱还原环境,山西组上部则为弱氧化-弱还原的过渡环境;Li、Ni、Ga、Sr的含量变化、Sr/Ba比值和TOC/TS比值的变化特征显示太原组和山西组沉积期水体属半咸水-淡水沉积环境,自下而上,淡水注入量逐渐增加,盐度呈震荡式降低;结合Rb/Zr比值,推测太原组、山西组为浅水沉积环境,自下而上深度逐渐变浅;LREE/HREE和La_(N)/Yb_(N)的变化特征反映太原组沉积速率相对稳定,山西组沉积速率波动幅度较大,且略高于太原组;太原组和山西组下部的沉积环境相对于山西组上部更有利于有机质保存。

显生宙古海洋环境和气候波动与特提斯演化

气候和环境是影响生物演化和人类生存发展最为关键的自然因素,恢复古海洋环境条件和古气候演变历史并揭示其内在驱动机制是研究地质历史时期地球宜居性的重要内容.本文系统整理了重建古温度、古海洋氧化还原条件和酸碱度的地质记录指标和定量模拟结果,建立了长时间尺度下古气候-古环境的演变规律:古生代早期大气氧含量低、古海洋广泛缺氧;泥盆纪的温室气候和石炭纪-二叠纪冰期是古生代中期最为主要的古气候特征,古海洋氧化程度和碱度都较高;在冰期消解之后,古生代晚期较高pCO_(2)为主导的温室气候基本上贯穿了整个中生代,期间发生了多次极端高温和缺氧硫化事件;一直到新生代中晚期,温室气候向冰期气候转变,各种环境和气候条件逐渐演变到现代水平.综合现有数据和规律后发现,特提斯的主要演化阶段与古气候及古环境变化密切相关:(1)原特提斯演化阶段全球古高程较低,大气氧含量处于较低水平,该时期的构造活动导致明显的海侵-海退旋回,但对古气候及古环境影响可能较弱;(2)古特提斯演化阶段伴随着潘基亚超大陆(也被译为盘古大陆)的形成,该时期造山活动剧烈,全球大陆面积和海拔增加,导致风化作用加强、生产力升高,进而驱动大气pCO_(2)下降、氧气含量上升,促进了晚古生代冰期的形成,海洋开始富氧;(3)新特提斯阶段伴随着潘基亚超大陆裂解,大陆海拔下降,风化作用减弱,导致中生代较高的大气pCO_(2)水平和温室气候,海洋缺氧事件频发;(4)在新特提斯洋闭合与阿尔卑斯-喜马拉雅山脉形成时,全球大陆平均海拔上升,风化固碳作用增强,大气pCO_(2)下降,东亚季风和北大西洋深水层驱动模式建立,促使晚新生代冰期启动.现有的长时间尺度古气候与古海洋环境演变模式显示,造山运动通过改变海陆格局和大陆高度影响风化作用强弱来影响大气pCO_(2),可能是显生宙长时间尺度下,大地构造控制古气候和古海洋环境条件变化的主要机制.特提斯区域是构造运动、火山活动、重大环境和生物事件的交汇场,其演化贯穿整个显生宙,因而特提斯演化的气候和环境效应与生物响应研究是未来地球科学发展的一个重要方向,可以为揭示地球宜居性的演变过程提供重要信息.

秘鲁大陆边缘水柱和沉积物中的铬同位素循环

铬(Cr)同位素分馏对氧化还原变化很敏感,沉积岩的铬同位素组成(83Cr)在过去被用来重建海洋氧化还原条件和大气氧化作用。然而,关于铬同位素在现代海洋氧化还原边界的行为知之甚少。本文调查了跨越秘鲁最小含氧带(OMZ)的海水和沉积物中Cr浓度和89Cr变化,以便更好地了解海洋中的Cr循环。研究发现海水853Cr值介于0.02+0.16%~-0.59+0.11%o(2SD)之间,沉积物5*Cr值从0.31+0.07%到0.92+0.12%。水柱中的Cr浓度和8*Cr值都没有显示跨越含氧~缺氧边界的显著变化。相反,在局部范围内发生的过程,如富Fe颗粒清除Cr和沉积物还原释放Cr,是水柱中Cr浓度和同位素组成的主要控制因素。.沉积在永久性缺氧水中的沉积物83Cr值(0.77+0.19%,n=5)与沉积在含氧底层水中的沉积物8>Cr值(0.46+0.19%,n=4)显著不同,表明沉积物Cr浓度和859Cr值在一-定程度上受水柱氧化还原(例如Fe氧化物的还原溶解和迁移)和/或早期成岩(例如成磷过程中Cr的再分布)过程以及生物活性的影响。研究数据表明,水柱局部尺度氧化还原梯度和沉积物交换可导致沉积物89Cr值呈现较大的范围,与迄今为止在整个地质记录中发现的范围相当。鉴于Cr同位素测试在限制深时大气氧化方面的作用日益突出,我们认为需要更好地解决在不同条件下从水柱到沉积物影响Cr循环的过程,以验证这些测试作为古环境替代指标的有效性。

末次冰消期以来白令海古环境及古生产力演化

对白令海B5-4岩心沉积物中有机碳、CaCO3及17种地球化学元素进行分析,结合AMS14C年龄数据,恢复了白令海13.7ka以来古环境和古生产力的演化历史.结果显示,B5-4孔沉积速率高达34.2cm/ka,新仙女木(YD)、Bolling-Allerod(BA)及冰川融水信号在B5-4孔都有记录.白令海陆源沉积物的输入受源区气候、海平面变化和生源物质稀释等多种因素的控制.末次冰消期白令海以高生产力和底层水体缺氧为显著特征.冰川融水及太平洋暖水团输入是导致末次冰消期白令海高生产力的2个主要因素.末次冰消期底层水体缺氧与表层高生产力和次表层水体层化有显著的关系.但是,太平洋中层水通风能力及太平洋底层环流减弱也是导致底层水体出现缺氧现象的潜在因素.全新世,阿拉斯加环流成为白令海古生产力和古环境变化的主要控制因素,生产力及古环境在全新世没有发生显著的变化.

四川盆地下寒武统筇竹寺组沉积地球化学特征与有机质富集机制

受构造—沉积分异影响,四川盆地不同地区下寒武统筇竹寺组沉积环境具有较大差异,前人针对不同区域筇竹寺组沉积地球化学特征差异性的系统性对比研究比较薄弱。通过收集整理前人公开发表的四川盆地筇竹寺组16口钻井、9条野外剖面地球化学数据,综合前人认识,针对四川盆地不同地区的筇竹寺组沉积地球化学特征进行对比分析,并探讨有机质富集机制,取得4点认识:①德阳—安岳裂陷槽北段较南段古水体环境更为还原,更有利于有机质的富集和优质烃源岩的形成与保存;②四川盆地北部由裂陷槽深水陆棚区到川东北浅水陆棚区,古沉积环境整体由缺氧向氧化过渡,而由川西南浅水陆棚到川中裂陷槽发育区、川西南浅水陆棚到川东南浅水陆棚,沉积水体则逐渐向更还原的环境过渡;③裂陷槽北段及中段整体反映出很高的古生产力水平,且四川盆地筇竹寺期广泛的热液影响背景为有机质富集提供了十分有利的条件;④裂陷槽北段及川西南浅水陆棚区筇竹寺组有机质丰度主要受古生产力强度影响,川东北和川东南浅水陆棚有机质丰度主要受控于古氧化还原环境,裂陷槽中段有机质丰度受古生产力和古氧化还原环境共同影响。研究成果对于深化四川盆地筇竹组沉积环境差异和烃源岩形成条件认识,支撑深层—超深层油气勘探具有重要的理论和实际意义。