渤海湾百年来沉积物Li/Ba和Rb/Sr协同变化的地球化学特征与环境指示作用

通过对渤海湾两根柱状沉积物中Li、Rb、Sr、Ba以及Li／Ba和Rb／Sr的系统研究。阐明了百年来沉积物中Li、Rb、Sr、Ba的垂直变化特征，发现了在不同年代沉积物中Li／Ba和Rb／Sr具有的协同变化规律，揭示了沉积物Li／Ba和Rb／Sr作为近海区域性环境演变可能的指示作用。结果表明。在0～20cm沉积层间，Li、Rb在A2和A6柱中均有随深度增加而增加的趋势，Sr和Ba随着深度的增加而降低：近百年来，渤海湾沉积物A2和A6柱中Li／Ba和Rb／Sr垂直变化表现出惊人的协同变化特征，Li／Ba和Rb／Sr在近河口的A2柱中，基本呈现随深度的增加而增加的趋势，而在远离河口区域的A6柱中．其结果是0-15cm段（1963-2008年），Li／Ba和Rb／Sr随深度的增加而增加，15cm以下（1900～1963年）则基本稳定，在海洋过程作用下该区域沉积物Li／Ba和Rb／Sr变化发生在45a时间段内：沉积物中Li／Ba反映沉积物从河流进入海湾沉积过程中的变化，Rb／Sr反映来源沉积物的化学风化历史并指示来源区的气候环境变迁过程。A2沉积柱的20～22cm（20世纪30年代）和10～12cm（20世纪60年代），Li／Ba出现极小值，与1939年和1963年的海河流域大洪水相契合，在0～12cm段，两柱样Rb／Sr随着深度的降低有明显减小的趋势，对应20世纪70年代初至2008年这一区域百年来气温升高并持续高温的时段。

湖光岩玛珥湖非残渣态Rb/Sr比值研究及其古气候意义

湖泊沉积物Rb／Sr比值变化主要受控于Sr含量的变化，而真正反映流域化学风化强度的主要是迁移至集水盆地（湖泊）的溶解态Sr^2＋，在沉积物中主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态等形式存在。通过对不同赋存状态的Rb／sr比值与相应的Sr含量之间相关关系的对比分析发现，沉积物非残渣态Rb／Sr比值更好地反映了流域化学风化。根据湖光岩玛珥湖沉积物非残渣态Rb／Sr比值的剖面变化，恢复了该流域一千多年来的化学风化历史。湖光岩玛珥湖非残渣态的Rb／Sr比值在AD704～1850年存在2个低值．即AD740～860年和AD1400～1750年，表明这两个时段该流域化学风化较强，其中AD1550～1700化学风化最强。湖光岩玛珥湖流域的化学风化主要受降水的控制，而温度对它的影响不明显。

湖泊沉积物Rb/Sr比值的古气候含义

由于 Rb、Sr 在表生过程中地球化学性质的明显差异,不同的封闭湖盆接纳的各种气候条件下形成的连续沉积物具有明显不同含量的 Rb、Sr,沉积物 Rb/Sr 比值的变化序列可以反映流域经历的化学风化及气候演变历程。利用湖泊沉积物记录的 Rb/Sr 比值反演流域古环境变迁比利用海洋沉积物、黄土-古土壤更直接,减少了不确定性,优势明显。

高Rb/Sr比值地质样品中Sr同位素的快速分离及高精度测试

在高Rb/Sr比值地质样品开展Sr同位素分析测试的过程中,利用传统强阳离子交换树脂进行一次分离纯化很难完全去除^87Rb对于^87Sr同位素测试的同质异位素(同量异位素)干扰。通常选择对样品进行两次分离的方法,该方法虽能确保Sr有好的分离效果,但过程繁琐,较为耗时,不利于批量处理高Rb/Sr比值地质样品的Sr分离。本实验对常规两次分离实验流程进行优化,建立了一种对高Rb/Sr比值地质样品快速分离Sr的实验方法。本方法利用AG50阳离子交换树脂将一次分离富集的Sr溶液直接转入新的阳离子交换树脂柱进行连续分离纯化,可以快速高效完成分离实验。结合高灵敏度热电离质谱仪(TIMS)可实现高Rb/Sr比样品Sr同位素的高精度测试。通过对大量高Rb/Sr比值地质样品的实际验证,此实验流程稳定可靠,具有重要的应用价值。

萤石一次溶样连续分离Rb、Sr、Sm、Nd及Sr-Nd同位素比值TIMS精确测定

地质样品中Rb-Sr和Sm-Nd同位素传统分析方法是采用两份样品分别进行Rb-Sr和Sm-Nd分离。本文针对王水溶解后的萤石,采用Dowex50×8阳离子交换树脂和P507离子交换柱的组合,对同一份萤石样品直接溶样,连续分离Rb、Sr、Sm、Nd,并采用该方法对国际标准样品BCR-2中的Rb、Sr、Sm、Nd元素进行分离,然后用表面热电离质谱法(TIMS)进行同位素组成测定。结果表明经该方法连续分离后的样品元素含量及同位素比值测定结果与标样的参考值在误差范围内一致。该方法不仅可以减少样品用量、缩短测试周期、节约成本,而且有效避免了样品的不均一性,对于矿物样品的同位素组成研究具有重要意义。

内蒙古黄旗海不同粒级湖泊沉积物Rb、Sr组成与环境变化

内蒙古黄旗海湖泊沉积物剖面层次结构清晰完整,通过对该剖面全样、77!m￣20"m和小于20#m三个不同粒级Rb、Sr含量和磁化率的系统测定,结果表明,湖泊沉积物中小于20$m粒级成分的Rb、Sr含量和Rb/Sr值变化阶段明显,Rb/Sr值与磁化率分布曲线十分吻合,因此,小于20%m粒级成分的Rb/Sr值与磁化率包含更加真实的古气候环境信息。Rb/Sr值反映了风化的强度,因而可以作为指示夏季风环流强度的代用指标。黄旗海湖泊沉积物的地球化学Rb、Sr元素含量和Rb/Sr值以及磁化率值波动特征具有深刻的环境演变背景,由此揭示的环境特征在一定程度上反映了全新世气候千百年尺度的波动变化,与全球气候波动有关。

陕西岐山黄土剖面Rb、Sr组成与高分辩率气候变化

陕西岐山五里铺全新世黄土剖面层次结构清晰完整。通过对该剖面Rb、Sr含量和磁化率系统测定表明 ,黄土中Rb、Sr含量和Rb/Sr值明显不同于古土壤。它们作为气候替代指标比磁化率更灵敏 ,分辩率更高。Rb、Sr高含量及低Rb/Sr值指示冬季风占优势的干旱期 ,相对低的Rb、Sr含量及高的Rb/Sr值指示夏季风占优势的湿润时期。揭示在大约 6 0 0 0～ 5 0 0 0aBP曾出现一次以干旱为特征的明显气候恶化期 ,使全新世“大暖期”分裂形成两个主要的成壤期。黄土高原南部自全新世以来 ,经历了黄土沉积→土壤发育→黄土覆盖→土壤再度发育→黄土堆积及现代表土的发展演化阶段。

长江三峡中坝遗址地层中Rb和Sr的分布特征及其古气候演变

长江三峡中坝遗址是我国目前仅有的、世界上也罕见的“通史式”遗址。它不仅蕴藏大量的文化内涵 ,而且包含极其丰富的自然环境演变信息 ,是研究三峡地区全新世环境演变的理想剖面。文章对遗址地层中的铷(Rb)、锶 (Sr)值进行了测试和分析 ,结果显示 :剖面地层中的Rb含量偏低 ,而Sr含量偏高 ,Rb/Sr比值变化较大。Rb/Sr比值已成为区域环境演变研究中较理想的替代指标 ,根据Rb/Sr比值的环境指示意义发现 ,长江三峡地区全新世中晚期以来气候环境总体上逐渐趋于恶劣 ;气候冷暖湿热变化剧烈 ;寒冷期长于温暖期 ,并没有明显地向湿热方向发展趋势。与长江下游等东部其他地区相比 ,长江三峡地区也存在明显不同之处 :隋唐暖期不明显 ,而中世纪暖期表现显著。

高Rb/Sr岩石样品中Sr同位素多接收等离子体质谱分析校正方法研究

在利用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICPMS)进行Sr同位素研究中,87Rb对于87Sr干扰严重。岩石样品经化学分离后,若Rb/Sr≤0.0005,可以采用传统的Rb干扰扣除方法对87Sr/86Sr测定值进行准确校正;但如果样品经化学分离后仍含有较高的Rb/Sr比,同量异位素的干扰不能完全消除,则无法准确校正87Sr/86Sr测定值,直接影响测试结果的准确度。本文针对Rb含量较高的地质样品设计两组实验,确定了87Sr/86Sr同位素比值与Rb/Sr元素含量比值的关系曲线,并在理论分析的基础上,提出包含同位素分馏校正在内的重叠干扰校正方法。通过实际地质样品验证,该校正方法在较高含量Rb元素共存(Rb/Sr<0.2)的Sr纯化液中,能够较为准确地测量87Sr/86Sr同位素比值,降低了MC-ICPMS分析地质样品中Sr同位素时对化学分离步骤的要求。而对于Rb/Sr>0.2的地质样品,因仪器分馏效应和记忆效应影响,测试精确度大大降低,无论采用何种校正方法均无法得到准确的Sr同位素组成。

精确测定火山岩中Nd、Sr的质谱分析法

为研究近代火山岩的来源与演化,本文详细介绍了所采用的分离技术和质谱分析方法。Nd、Sr的同位素分馏分别校正到^(148) N_dO/^(144) N_dO=0.24 24 36,^(86)Sr/^(88)Sr=0.1194。在火山岩Nd-Sr体系研究中,取得了可靠数据,并由此获得了有意义的地质结论。

塔里木盆地东南缘安南坝地区镁铁质麻粒岩的成因--来自地球化学及Sr-Nd-Pb同位素的制约

甘肃阿克塞县安南坝地区镁铁质麻粒岩呈脉状、透镜状赋存于新太古代米兰岩群和TTG片麻岩中。岩石主要由斜长石(Pl)+斜方辉石(Opx)+单斜辉石(Cpx)+角闪石(Amp)+磁铁矿(Mt)等组成。安南坝镁铁质麻粒岩中Ti、P、Nb、Ta、Th、Hf、Sr及REE等元素与Zr相关性较好,表明其在变质作用过程中保持基本稳定。地球化学数据显示其原岩属于拉斑玄武质岩系列,Si O_2、Ti O_2、Al_2O_3、P_2O_5含量相对较低,Ca O、Mg O含量相对较高。Mg~#值为41.52~43.09,低于原生玄武质岩石的Mg~#值,Fe_2O_3~T、Mg O、Ca O与Si O_2含量呈负相关性,指示原岩岩浆演化过程中可能发生了辉石、角闪石等镁铁质矿物的分异结晶作用。镁铁质麻粒岩∑REE较低,稀土元素配分模式为轻稀土元素弱富集、重稀土元素相对平坦的右倾型,Eu异常不明显(Eu/Eu~*=0.91~1.01)。岩石富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Zr、Ti等高场强元素,具有显生宙典型岛弧玄武质岩石的地球化学特征。Sr、Nd、Pb同位素组成显示镁铁质麻粒岩原岩源自富集地幔,并受到一定程度的地壳物质混染。构造环境分析表明安南坝镁铁质麻粒岩原岩形成于与俯冲有关的岛弧环境。在俯冲作用机制下,俯冲板片流体交代使地幔楔发生富集,形成富集地幔,随着(弧后)伸展作用的加强,进一步诱发富集地幔的部分熔融形成镁铁质岩浆,最终岩浆就位形成辉长岩或辉绿岩脉,后期在麻粒岩相变质作用条件下变质为镁铁质麻粒岩。

湖泊沉积物Rb/Sr比值在古气候/古环境研究中的应用与展望

Rb和Sr在赋存矿物和表生地球化学行为等方面存在显著差异,因而各种记录体中的Rb/Sr比值被广泛应用于古气候/古环境研究。湖泊沉积物中的Rb、Sr主要包括2部分来源:一是流域物理侵蚀直接带来的陆源碎屑组分,在沉积物中多以残渣态(碎屑矿物)形式存在;二是流域化学风化带来的溶解态物质,在湖泊水体中通过物理吸附、化学沉淀和生物吸收等过程沉降至湖泊沉积物中,多以非残渣态形式存在(包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和弱有机结合态等)。沉积物中不同赋存形态的Rb、Sr记录了不同的环境过程与信息,笼统地利用沉积物全样的Rb/Sr比值来反演古气候/古环境往往存在偏差,尤其是在物理风化和化学风化呈反向变化的地区,采用沉积物全样Rb/Sr比值反演的古环境信息可能是混淆的,甚至是错误的。开展湖泊沉积物不同赋存形态Rb/Sr比值的研究可有效解决上述问题,并可提供更加全面、准确的流域物理搬运与化学风化信息:非残渣态Rb/Sr比值反映流域化学风化作用,适用于相对低分辨率(10年际)的研究;而残渣态Rb/Sr比值反映了流域物理搬运作用,可用于年际甚至更高分辨率的研究。

六盘山朝那湫湖泊沉积物Rb/Sr比值及其古气候意义

湖泊沉积物Rb/Sr比值通常被视为流域化学风化强度的代用指标,然而不同湖泊沉积物Rb/Sr比值的古气候意义有时也存在一定差异。本研究以六盘山朝那湫湖泊73cm长度(1743~2012A.D.的沉积序列)岩芯沉积物Rb/Sr比值为分析对象,结合同一岩芯其他主要元素以及古气候代用指标(TOC、C/N比值、δ^(13)C_(org)等)指示的环境变化信息,对朝那湫湖泊沉积物Rb/Sr比值在十年/数十年尺度上的古气候意义进行综合判别。研究结果显示:朝那湫湖泊沉积物中的Rb、Sr元素主要以残渣态赋存,Rb/Sr比值与其他陆源组分元素有较好的相关性,Rb/Sr比值变化主要受控于陆源碎屑物质输入。Rb/Sr比值与同一岩芯TOC、C/N比值、δ^(13)C_(org)等降水代用指标以及邻近区域树轮等古气候记录的对比结果表明:在十年/数十年尺度上,气候偏干期,陆源碎屑物质输入较多,沉积物Rb/Sr比值减小;气候偏湿期,陆源碎屑物质输入较少,沉积物Rb/Sr比值增大。这主要是由朝那湫流域降水特点和植被覆盖共同决定的,同时也暗示朝那湫流域物理风化和化学风化强度可能呈反向变化。因此,在将Rb/Sr比值作为流域化学风化强度的代用指标之前,有必要对湖泊沉积物的Rb、Sr元素的赋存形态进行辨别,并结合湖泊自身沉积环境以及其他古气候指标进行综合分析,方可获得更加全面准确的流域物理侵蚀搬运或化学风化信息。

基于XRF岩芯扫描的Rb/Sr比值的古气候意义探讨——以青藏高原东部若尔盖盆地为例

XRF岩芯扫描技术是古气候研究中的重要工具,其中所获得的基于湖泊岩芯的Rb/Sr比值在古气候研究中被广泛用于表征流域化学风化的强度.然而在不同的地质背景下,影响Rb/Sr比值变化的因素不同,使得其古气候解释意义较为复杂.本研究选取青藏高原东部若尔盖盆地的湖泊沉积物岩芯,获取了高分辨率的XRF岩芯扫描Rb/Sr比值、传统XRF测试Rb/Sr比值、化学蚀变指数CIA以及其他古气候替代指标,开展了不同指标间的对比分析.研究结果显示:(1)在细粒物质为主的沉积段,岩芯扫描Rb/Sr和CIA可作为指示化学风化强度的可靠指标;(2)岩芯扫描Rb/Sr和CIA的低值对应于总有机碳含量、乔木花粉含量、碳酸盐含量和C/N比值的高值,综合分析各古气候代用指标的指示意义,认为岩芯扫描Rb/Sr可指示亚洲夏季风强度的变化;(3)受"粒度效应"和测试精度限制,若尔盖岩芯25~0.3和56~47m沉积段的扫描Rb/Sr数据不适用于化学风化强度的重建,在今后若尔盖盆地古气候演化历史的重建工作中应加以注意.本研究指出,当涉及XRF岩芯扫描Rb/Sr在其他研究区古气候分析中的应用时,应通过多指标间的相互验证来明确其特有的古气候指示意义.

渭河上游地区樊家城黄土-古土壤剖面Rb、Sr、Ba存留特征及意义

选择渭河上游樊家城全新世黄土-古土壤剖面为研究对象,对该剖面元素Rb、Sr、Ba含量和磁化率、粒度、CaCO3进行了测定。结果表明:Rb、Sr、Ba含量及Rb/Sr、Ba/Sr比值与磁化率、粒度、CaCO3含量显著相关,能够指示渭河上游地区全新世的气候变化。剖面中古土壤层的磁化率、黏粒、Rb/Sr、Ba/Sr以及元素Rb、Ba含量高于黄土层,CaCO3、Sr含量小于黄土层,指示渭河上游地区古土壤层(S0)形成时期主要受夏季风影响,气候温暖湿润,淋溶作用强,风化成壤作用强;而黄土层形成时期主要受冬季风影响,气候相对冷干,淋溶作用弱,风化成壤作用弱。在全新世中期,古土壤层S^10与S^20之间的黄土夹层,反映了渭河上游地区在全新世大暖期的6 000~5 000 a BP期间气候显著恶化。

从沉积岩锶钡比值初探“马槽园群”沉积环境

锶钡比是常用的沉积环境判别标志之一。通常用Sr/Ba大于或小于l来判别海、陆相沉积环境。"马槽园群"被普遍认为是一套角度不整合于中元古代神农架群之上的新元古代早期磨拉石建造。已有的研究发现,"马槽园群"与神农架群为整合接触。人坪河剖面"马槽园群"岩石的Sr/Ba比值分析进一步表明,"马槽园群"沉积于海洋环境,并非前人认为的前陆盆地磨拉石建造。

最近13万年来黄土高原Rb/Sr记录与夏季风时空变迁

选取黄土高原中部由西到东、由北到南2个断面上6个末次间冰期以来的黄土-古土壤序列,进行Rb/Sr分析。结果表明Rb/Sr空间分布主要以纬向梯度变化为特征,而随经度变化不显著。通过对黄土高原现代表层土壤的Rb/Sr与气候条件的研究,建立了年均降水量与Rb/Sr的回归方程,据此对6个地点13万年来古降水量进行了估算,结果显示氧同位素阶段3和5时期降水量显著增加,并具有较高的且十分相近的纬向变化梯度,反映了夏季风占优势期黄土高原南部比北部地区具有更加显著的环境效应。

黄土高原南部全新世黄土-古土壤序列若干元素分布特征及意义

选择黄土高原南部的XJN,XMC和JYC全新世剖面为研究对象。通过对地层中Ca,Ba,Rb和Sr元素分布的研究,发现Ba/Sr和Rb/Sr比值在不同地层中含量差异十分明显,并与成土作用强度显著正相关,可作为良好的气候替代指标;表生环境中Rb和Ba较稳定,Sr和Ca元素十分活跃,易于迁移,其中Ca的迁移能力高于Sr元素;从XJN→XMC→JYC剖面,Rb和Ba元素含量增加,而Sr和Ca元素含量降低,这与区域环境差异有关;全新世中期暖湿的亚热带气候主要出现关中盆地地区,六盘山以西则是暖温带气候。

广东河源白石冈岩体:一个高分异的I型花岗岩

广东河源白石冈岩体位于近东西向展布的佛冈花岗岩带的东端,主体岩性为中粗粒黑云母花岗岩,主要组成矿物为石英(25%～35%)、微纹长石(45%～50%)、斜长石(An=20～30,15%～20%)和黑云母(5%～10%)。锆石U-Pb定年结果表明其形成年龄为148.5±1.6Ma,属晚侏罗世岩浆活动的产物。化学成分上,该岩体铝弱过饱和,A/NKC值主要变化于1.0～1.1之间;富硅,富钾(K2O/Na2O=1.31～1.70),全碱含量中等偏低(K2O+Na2O=7.44%～8.48%),碱铝指数(AKI值)为0.75～0.88,可归为高钾钙碱性岩系。微量和稀土元素组成上,岩体富Rb、Th、U、Pb和轻稀土,贫Ba、Sr、P、Ti,Rb/Sr比值高,K/Rb比值低,铕负异常显著(δEu=0.05～0.28),Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素含量及104×Ga/Al比值(2.43～3.26)较之典型A型花岗岩均偏低。岩体的εNd(t)值为-5.99～-7.51,TDM值偏低(1.42～1.54Ga),综合地球化学资料指示其应属高分异的I型花岗岩。结合对区域动力地质背景的全面分析,表明白石冈岩体形成于后造山的伸展引张环境,是由底侵的幔源基性岩浆及其诱发的长英质岩浆在深部岩浆房混合,并经高程度分离结晶的产物。

粒度分组:提取古环境变化信息的一种有效方法

对南京老虎山黄土-古土壤剖面全样和三个粒级组分(<2μm、2～45μm和>45μm)的Rb/Sr比值进行了系统研究。结果表明,Rb/Sr比值是衡量黄土和古土壤化学风化强度的良好地球化学指标;粒度分组是利用Rb/Sr比值研究古环境变化的有效方法。通过粒度分组,可以排除不同粒度组分之间由于Rb/Sr初始比值不同造成的互相干扰。<2μm粒级的(Rb/Sr)-Sr反相关图的R2值最大(达0.97),说明该粒级指示化学风化作用的灵敏度最高,研究Rb/Sr比值这一地球化学指标最理想。