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河流Mg同位素示踪流域化学风化研究进展

地球科学与环境学报 2023年第4期45卷 953-965页

作者：王若雯高全洲中山大学地理科学与规划学院广东广州510006 中山大学广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室广东广州510006 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519080

河流Mg同位素体系示踪大陆化学风化过程的潜力近年来受到重视。通过总结Mg同位素在流域地表过程中的地球化学行为,发现河流mg主要来源于矿物化学风化、大气降水、地下水以及植物残骸。全球主要径流Mg同位素组成呈现较大的变异性,仅用流... 详细信息

河流Mg同位素体系示踪大陆化学风化过程的潜力近年来受到重视。通过总结Mg同位素在流域地表过程中的地球化学行为,发现河流mg主要来源于矿物化学风化、大气降水、地下水以及植物残骸。全球主要径流Mg同位素组成呈现较大的变异性,仅用流域mg储库的保守混合难以完全解释,因为大陆化学风化过程中基岩的差异风化和Mg同位素分馏是河水Mg同位素组成的重要影响因素。影响河水Mg同位素组成的主要分馏过程包括原生矿物分解、次生矿物形成、可交换态的吸附-解吸以及植物吸收和残体释放等过程。目前对河流Mg同位素体系的一级控制过程仍了解不多。在全球尺度下,大型河流Mg同位素组成与碳酸盐矿物的化学风化强度成显著相关关系。此外,mg-Sr、mg-Li、mg-Ca以及mg-O等多同位素体系也为地表环境演变研究提供了有力的示踪工具。今后应加强对流域关键过程Mg同位素分馏因子、特殊化学风化类型、多同位素耦合联用以及Mg同位素定量示踪的探讨,推动河流Mg同位素在示踪流域化学风化研究中的应用。

关键词： Mg同位素非传统稳定同位素分馏化学风化碳循环地球化学示踪应用河流

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Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地质论评 2022年第4期68卷 1345-1360页

作者：段先哲牛苏娟李赛李南孙浩然郭聪肖文舟隋清霖冯鹏贺海洋南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001 稀有金属矿产开发与废物地质处置技术湖南省重点实验室湖南衡阳421001

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄和破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄和破坏的关键,对华北克拉通和... 详细信息

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄和破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄和破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。

关键词：深部碳循环中生代中国东部岩石圈 Mg同位素岩石圈减薄与破坏古太平洋板块俯冲

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镁同位素体系在重要地质过程中的应用

地学前缘 2023年第3期30卷 399-424页

作者：刘嘉文田世洪王玲东华理工大学核资源与环境国家重点实验室江西南昌330013 东华理工大学地球科学学院江西南昌330013 自然资源部深地科学与探测技术实验室北京100094

mg作为主要的造岩元素,其丰度在地球上排第四位(仅次于O、Fe和Si)。mg在自然界中存在3种稳定同位素,分别为^(24)mg、^(25)mg和^(26)mg,其中^(26)mg和^(24)mg之间具有较大的质量差(8.33%),在各类地质过程中显示出不同程度的分馏,使之成... 详细信息

mg作为主要的造岩元素,其丰度在地球上排第四位(仅次于O、Fe和Si)。mg在自然界中存在3种稳定同位素,分别为^(24)mg、^(25)mg和^(26)mg,其中^(26)mg和^(24)mg之间具有较大的质量差(8.33%),在各类地质过程中显示出不同程度的分馏,使之成为研究不同地质演化过程的有力指标和良好示踪剂。近年来,随着分析方法的改进和同位素质谱技术的发展,Mg同位素的应用得到大跨步的发展。前人从不同角度对Mg同位素研究进展进行了综述,本文在简要介绍Mg同位素标准物质和分析方法的基础上,详细阐述了Mg同位素在地质学4个领域方面的应用,包括:(1)Mg同位素在矿床成因方面的应用,能够有效示踪成矿过程、成矿物质来源等;(2)Mg同位素在煌斑岩成因方面的应用,可有效示踪源区物质组成;(3)Mg同位素在地质温度计方面的应用,概述了较为常见的四种矿物对Mg同位素地质温度计并分析了其适用性;(4)含石榴石的变质作用、转熔反应和岩浆作用中的Mg同位素分馏及其指示意义。总之,本文通过对Mg同位素在上述重要地质过程中研究成果的系统总结,旨在加深对Mg同位素体系的深入理解,进一步显示Mg同位素体系具有非常广阔的应用前景。

关键词： Mg同位素分析方法矿床成因煌斑岩成因地质温度计变质岩浆过程

Fe-Mg同位素在蛇绿岩中铬铁矿床成因研究中的应用潜力

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地球科学 2018年第4期43卷 1011-1024页

作者：苏本勋肖燕陈晨白洋刘霞梁子彭青山中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院矿产资源研究重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 成都理工大学地球科学学院四川成都610059 长春工程学院勘查与测绘工程学院吉林长春130012

蛇绿岩中铬铁矿床成因一直存在较大争议,其主要原因可归结为:寄主蛇绿岩存在成因争议、产出状态不清、矿石及围岩矿物组合单一以及主要矿物成分简单但矿物包裹体复杂多样.针对这些研究瓶颈,率先对西藏普兰和罗布莎、土耳其Kizildag和Ko... 详细信息

蛇绿岩中铬铁矿床成因一直存在较大争议,其主要原因可归结为:寄主蛇绿岩存在成因争议、产出状态不清、矿石及围岩矿物组合单一以及主要矿物成分简单但矿物包裹体复杂多样.针对这些研究瓶颈,率先对西藏普兰和罗布莎、土耳其Kizildag和Kop蛇绿岩中的地幔橄榄岩和铬铁岩进行了全岩和单矿物Fe-Mg同位素的探索性研究工作.结果表明:(1)蛇绿岩中的地幔橄榄岩具有较均一的Fe-Mg同位素组成,与世界上其他地区的地幔橄榄岩相似;(2)铬铁岩中铬铁矿和橄榄石之间存在明显的Fe-Mg同位素分馏,铬铁矿多具有比共存橄榄石轻的Fe同位素组成,与地幔橄榄岩中的尖晶石和橄榄石相反,Mg同位素变化较大;(3)铬铁矿和橄榄石的Fe-Mg同位素主要受控于结晶分异和Fe-mg交换,且这两个过程造成的同位素变化趋势明显不同.因此,Fe-Mg同位素在揭示铬铁矿母岩浆来源、性质及成矿过程方面具有较大的应用潜力.

关键词：蛇绿岩铬铁矿 Fe同位素 Mg同位素岩石学矿物学

镁同位素示踪白云石化流体迁移路径——以四川盆地石炭系黄龙组为例

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地质学报 2023年第3期97卷 753-771页

作者：朱光有李茜李婷婷周磊吴雨轩沈冰甯濛中国石油勘探开发研究院北京100083 中国地质大学(北京) 北京100083 北京大学地球与空间科学学院北京100871

镁(mg)是组成白云石的核心元素,直接参与了白云石化过程,因此白云岩Mg同位素能够用于示踪白云岩成因和白云石化流体迁移路径。四川盆地东部上石炭统黄龙组白云岩发育,也是重要储集层。通过对黄龙组连续取芯的七里53井开展详细的沉积学研... 详细信息

镁(mg)是组成白云石的核心元素,直接参与了白云石化过程,因此白云岩Mg同位素能够用于示踪白云岩成因和白云石化流体迁移路径。四川盆地东部上石炭统黄龙组白云岩发育,也是重要储集层。通过对黄龙组连续取芯的七里53井开展详细的沉积学研究,系统选取样品开展元素地球化学和Mg同位素分析,发现Mg同位素波动变化与沉积旋回存在密切关联,旋回边界为白云石化流体迁移界面,即白云石化流体迁移通道;依据Mg同位素值垂向演化规律,识别出黄龙组白云岩5个流体交换界面通道,逐层白云石化。因此,厚层白云岩是由若干个薄层灰岩层逐层白云石化叠加而成。这一发现为预测白云岩成因及储层分布提供了重要理论依据。

关键词： Mg同位素白云石化黄龙组石炭系四川盆地

川中地区寒武系洗象池组白云岩Mg同位素特征与成因机制

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石油学报 2022年第11期43卷 1585-1603页

作者：李茜朱光有李婷婷周磊吴雨轩田连杰中国石油勘探开发研究院北京100083

明确成岩流体性质、沉积环境演化、富mg流体来源、流体迁移路径等因素对揭示白云岩成因、理解白云石化过程具有重要意义。以川中地区中—上寒武统洗象池组为例,基于岩石学与沉积旋回分析及微量元素和碳、氧、镁同位素特征,系统分析了沉... 详细信息

明确成岩流体性质、沉积环境演化、富mg流体来源、流体迁移路径等因素对揭示白云岩成因、理解白云石化过程具有重要意义。以川中地区中—上寒武统洗象池组为例,基于岩石学与沉积旋回分析及微量元素和碳、氧、镁同位素特征,系统分析了沉积-成岩环境的变迁和富mg流体的迁移规律,探讨了洗象池组白云岩的成因。洗象池组白云石化流体主要为寒武纪的同期海水,白云石化作用发生于准同生—浅埋藏阶段。川中地区洗象池组整体为温暖、干旱亚热带气候背景下的浅水、半咸水—咸水海相沉积,白云石化类型以萨布哈白云石化和渗透回流白云石化为主。洗象池组白云岩δ^(26)mg值变化趋势与沉积旋回存在耦合关系。当富mg海水进行垂向迁移时,发生近源渗透回流白云石化作用,白云岩δ^(26)mg向下逐渐增大;当富mg海水进行侧向迁移时,发生远源渗透回流白云石化作用,白云岩δ^(26)mg垂向上无明显变化;在蒸发局限环境中,主要发生萨布哈白云石化作用,白云岩δ^(26)mg向下逐渐减小。洗象池组白云岩的形成主要受海平面变迁控制,低海平面时期形成薄层状白云岩,高海平面时期多种白云石化作用逐层叠加可形成大规模厚层状白云岩储层。

关键词： Mg同位素白云岩成因白云石化流体迁移洗象池组寒武系四川盆地

高REE-Nb-Fe-Mn样品Mg同位素测定的化学分离方法

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吉林大学学报（地球科学版） 2013年第1期43卷 142-148页

作者：李世珍房楠孙剑陈岳龙朱祥坤中国地质科学院地质研究所/国土资源部同位素地质重点实验室/大陆构造与动力学国家重点实验室北京100037 中国地质大学地球科学与资源学院北京100083

利用多接收电感耦合等离子体质谱仪测定Mg同位素比值时,样品溶液中的基质元素可影响Mg同位素比值的准确测定。根据白云鄂博样品富含REE、Nb、Fe(REE质量分数可达10%、Nb质量分数可达0.1%)等元素的特性,本研究在评估测试溶液中Nd(REE)、M... 详细信息

利用多接收电感耦合等离子体质谱仪测定Mg同位素比值时,样品溶液中的基质元素可影响Mg同位素比值的准确测定。根据白云鄂博样品富含REE、Nb、Fe(REE质量分数可达10%、Nb质量分数可达0.1%)等元素的特性,本研究在评估测试溶液中Nd(REE)、Mn元素质量比对Mg同位素比值影响的基础上,建立了适用于富含REE、Nb、Fe等元素的特殊样品中Mg同位素的化学纯化方法。研究表明,当m(Nd)/m(mg)>0.2、m(Mn)/m(mg)>0.2时,REE和Mn的存在明显影响Mg同位素测定值的准确性,应予以去除。所建纯化方法首先是利用AG MP-1阴离子交换树脂,以10mol/L HCl+0.001%H2O2溶液为上样介质和淋洗液,接取前2.5mL淋洗液,去除样品中Fe、Mn等杂质元素;然后利用AG50W-X12阳离子交换树脂,以2mol/L HCl为上样介质和淋洗液,去除REE、Nb等杂质元素。所建方法满足多接收器等离子体质谱进行高REE-Nb-Fe-Mn样品中Mg同位素测定的要求。

关键词：基质效应分离纯化 Mg同位素高REE-Nb-Fe-Mn样品同位素白云鄂博

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白云鄂博矿床成因的Mg同位素制约

岩石学报 2012年第9期28卷 2890-2902页

作者：孙剑房楠李世珍陈岳龙朱祥坤中国地质大学地球科学与资源学院北京100083 中国地质科学院地质研究所国土资源部同位素地质重点实验室大陆构造与动力学国家重点实验室北京100037

白云鄂博Fe-REE-Nb矿床是世界著名的巨型多金属矿床,它的成因一直是个激烈争论的问题。近年来Mg同位素研究快速发展,在示踪幔源火成碳酸岩和沉积碳酸盐岩方面显示出一定的潜力,为白云鄂博矿床成因问题的究提供了新的途径。对白云鄂博矿... 详细信息

白云鄂博Fe-REE-Nb矿床是世界著名的巨型多金属矿床,它的成因一直是个激烈争论的问题。近年来Mg同位素研究快速发展,在示踪幔源火成碳酸岩和沉积碳酸盐岩方面显示出一定的潜力,为白云鄂博矿床成因问题的究提供了新的途径。对白云鄂博矿床H8白云岩、碳酸岩墙白云岩,以及中元古代沉积白云岩,腮林忽洞微晶丘白云岩的Mg同位素进行了对比研究。研究结果表明:碳酸岩墙样品的δ26mg-DSM3变化范围为-0.34‰～-0.14‰,平均值-0.24‰,落在地幔岩端元;中元古代沉积白云岩的δ26mgDSM3为-1.81‰～-1.53‰;H8白云岩的δ26mgDSM3变化范围为-1.13‰～-0.10‰,平均值-0.53‰,部分落在地幔岩范围,部分落在地幔岩和沉积白云岩之间;而腮林忽洞微晶丘白云岩的δ26mgDSM3最轻,为-1.99‰～-1.93‰。白云鄂博矿床赋矿白云岩的Mg同位素组成特征不支持正常白云岩沉积成因和微晶丘成因观点,更倾向于火成碳酸浆成因观点。

关键词： Mg同位素白云岩火成碳酸岩矿床成因白云鄂博

不同气候条件下现代浅海沉积物钾同位素组成特征及其意义

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中国科学：地球科学 2024年第2期54卷 424-438页

作者：穆军陈天宇于谦安诗超陈建芳石学法李伟强南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京210023 南京大学地理与海洋科学学院教育部海岸与海岛开发重点实验室南京210023 自然资源部第二海洋研究所杭州310012 自然资源部第一海洋研究所青岛266061

钾(K)同位素是研究化学风化过程的一种新型示踪工具.前人已对特定气候区域条件下的风化剖面开展K同位素研究,但不同气候背景下的硅酸盐风化作用对K同位素的影响尚不清楚.此外,当前学界对现代浅海陆源碎屑沉积物的K同位素特征知之甚少.... 详细信息

钾(K)同位素是研究化学风化过程的一种新型示踪工具.前人已对特定气候区域条件下的风化剖面开展K同位素研究,但不同气候背景下的硅酸盐风化作用对K同位素的影响尚不清楚.此外,当前学界对现代浅海陆源碎屑沉积物的K同位素特征知之甚少.本文报道了中国东部沿海(ECC)陆架以及海南岛近海表层沉积物的K同位素组成.研究结果显示,ECC沉积物的δ^(41)K值分馏范围相对较小,介于(−0.40±0.01)‰~(−0.57±0.04)‰,平均值为(−0.51±0.09)‰.相比之下,海南岛近海沉积物的δ^(41)K值变化较大,范围为(−0.28±0.07)‰~(−0.67±0.02)‰.海南岛近海沉积物的δ^(41)K值与化学蚀变指数(CIA)、Al/K比值、Ti/K比值和总铁(FeT)含量呈现负相关,表明其K同位素组成主要受化学风化作用的控制.我们对这些样品开展了Mg同位素分析,值得一提的是,所有ECC和海南岛近海沉积物的δ^(26)mg值变化较小(约0.24‰),且与化学风化指标无明显相关性.本研究揭示了沉积物K同位素变化与气候条件(降水量)之间的联系,表明沉积物碎屑组分的K同位素具有一定的于深时古气候研究应用潜力.近海沉积物碎屑的δ^(41)K值变化明显小于远洋沉积物,这表明了在尝试利用碎屑沉积记录中的K同位素研究古气候、化学风化作用时,必须区分自生黏土矿物的形成和生物作用对大陆硅酸盐风化记录的影响.

关键词： K同位素 Mg同位素化学风化陆源碎屑沉积物气候类型降水量