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有孔虫方解石壳体化学组成的生命效应机理探究

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高校地质学报 2024年第3期 362-370页

作者：孙倩元陈天宇南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室地球科学与工程学院

有孔虫壳体钙化形成的方解石中的元素和同位素组成在重建古海洋演化方面有着广泛的应用。然而，前人发现有孔虫方解石和同海水成分的溶液中沉淀的无机方解石的化学组成有着显著差异，表明有孔虫方解石壳体的化学组成受到了“生命效应”... 详细信息

有孔虫壳体钙化形成的方解石中的元素和同位素组成在重建古海洋演化方面有着广泛的应用。然而，前人发现有孔虫方解石和同海水成分的溶液中沉淀的无机方解石的化学组成有着显著差异，表明有孔虫方解石壳体的化学组成受到了“生命效应”的影响。为了探究这种“生命效应”背后的控制因素，更可靠地利用古海洋指标，前人从钙化过程及元素分配机理方面开展了一系列研究。文章总结了目前提出的有孔虫钙化的两种主要方式，即海水液泡内吞作用与Ca2+离子跨膜转运作用。其中，在封闭或半封闭的钙化空间内，流体微量元素组成随着碳酸钙沉淀产生的瑞利分馏效应，成为解释有孔虫微量元素分配“生命效应”机理的经典模型。然而，这一模型仍难以定量解释有孔虫方解石壳体低镁的机制、钙同位素组成、以及镁钙比值对温度的敏感性。生物碳酸盐，包括有孔虫方解石，在形成时可能普遍存在亚稳态前驱碳酸盐物相。亚稳态前驱碳酸盐转化成方解石时产生的微量元素分配效应可能是解释有孔虫低镁的重要原因。最近，球文石物相在活体有孔虫中的发现支持了这一认识，但碳酸盐前驱体转化为方解石时的微量元素分配和同位素效应目前罕有研究。文章着重介绍了有孔虫中球文石前驱体转化为方解石时微量元素的分配模型，这一模型可以定量解释有孔虫低镁的现象。同时，结合前人实验室合成球文石和有孔虫方解石壳体的Ca同位素数据，类比颗石藻钙化过程中的Ca同位素分馏机制，作者从钙同位素角度进一步推测有孔虫方解石壳体化学组成的生命效应机理。亚稳态前驱体在有孔虫钙化过程中可能对微量元素分配与同位素分馏的“生命效应”有着重要贡献，未来需从其它微量元素和同位素的角度对该模型进一步验证。

关键词：有孔虫钙化生命效应球文石前驱体 Ca同位素

碳酸盐补偿深度(CCD)是解密新生代表层碳循环的潜在钥匙

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中国科学:地球科学 2024年第6期54卷 1769-1785页

作者：肖开迅胡修棉蒋璟鑫王家昊南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,地球科学与工程学院地球科学与工程学院南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室

碳酸盐补偿深度(CCD)是海洋中碳酸盐的生成速率与溶解速率达到平衡时的层位,被比作大洋钙质“雪线”.重建深时CCD对于理解海洋环流、海水化学条件、沉积物分布、表层碳循环具有重要意义.本文回顾了CCD的重建方法,综述了新生代以来CCD的... 详细信息

碳酸盐补偿深度(CCD)是海洋中碳酸盐的生成速率与溶解速率达到平衡时的层位,被比作大洋钙质“雪线”.重建深时CCD对于理解海洋环流、海水化学条件、沉积物分布、表层碳循环具有重要意义.本文回顾了CCD的重建方法,综述了新生代以来CCD的驱动机制以及与碳循环的关联,并对其研究进行了展望.碳酸盐补偿深度的重建历经半个世纪,从早期的定性方法逐步演变为基于统计回归的定量方法,使得结果更加准确,分辨率更高.研究结果显示新生代以来全球各大洋CCD整体呈现缓慢加深的趋势,在中新世略有变浅. CCD的演化受到海水碳酸盐饱和度的控制,主要由生物作用、大陆风化强度、陆架-洋盆相对面积等因素驱动.在类似古新世-始新世极热事件的气候事件中, CCD表现为脉冲式波动.未来研究应在强调精细化、定量化的基础上进一步结合模型模拟,深入探索CCD与古气候、碳循环之间的关联和响应机制.

关键词：碳酸盐补偿深度新生代碳循环古气候古海洋

希夏邦马峰地区含绿柱石花岗伟晶岩的地球化学及年代学研究

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岩石学报 2024年第5期40卷 1548-1564页

作者：杨雷贺一凡王佳敏侯康师田雨露成都理工大学地球科学学院行星科学国际研究中心成都610059 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京210023 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

喜马拉雅淡色花岗岩是印度和欧亚板块碰撞造山过程中的重要产物,在造山带演化和高原隆升的相关研究中受到高度关注。近年来的研究发现其经历过高度结晶分异且与超大型锂-铍-铷-铯等稀有金属矿床紧密相关。本文报道了与希夏邦马峰淡色花... 详细信息

喜马拉雅淡色花岗岩是印度和欧亚板块碰撞造山过程中的重要产物,在造山带演化和高原隆升的相关研究中受到高度关注。近年来的研究发现其经历过高度结晶分异且与超大型锂-铍-铷-铯等稀有金属矿床紧密相关。本文报道了与希夏邦马峰淡色花岗岩相关的含绿柱石伟晶岩的矿物学、地球化学和年代学资料。这些伟晶岩中的绿柱石普遍呈自形,多数被包裹在长石和石英等主要造岩矿物中,显示出岩浆结晶的特点。矿物化学显示绿柱石的元素变化以通道-八面体替代和通道-四面体替代为主。希夏邦马伟晶岩中绿柱石地球化学组成与铍成矿伟晶岩中绿柱石相当,相对喜马拉雅锂成矿伟晶岩中的绿柱石具有更低的Li_(2)O、Cs_(2)O和Na/Li比,显示出寄主岩石以铍矿化为主。这与全岩地球化学显示的伟晶岩高铍低锂的特点相一致。除此之外,伟晶岩中铷、铯、锡等稀有金属元素也发生了明显的富集。伟晶岩中稀有金属元素与Rb/Sr比之间的强正相关性表明它们的富集主要受控于分离结晶作用。独居石U-Th-Pb年代学分析表明这些伟晶岩主要形成于ca.18~17Ma,与希夏邦马淡色花岗岩岩体的年龄相一致。同时,伟晶岩中的独居石还记录了ca.25~23Ma和ca.21Ma两期年龄,代表了区域上其他两期淡色花岗岩岩浆事件。在喜马拉雅中部地区,普遍发育这三个阶段的淡色花岗岩岩浆事件以及稀有金属成矿作用,进一步表明了淡色花岗岩的形成与分异演化对伟晶岩成矿的贡献。

关键词：喜马拉雅希夏邦马淡色花岗岩绿柱石分离结晶稀有金属成矿

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砂岩和页岩弹性波性质的实验研究进展

地球物理学进展 2024年第1期39卷 141-161页

作者：张金晗王勤内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210046

砂岩和页岩的弹性波性质是通过地震资料推断储层物性和流体分布的基础.岩石波速测量常用超声波(10^(5)~10^(6)Hz)脉冲法,低频岩石物理实验技术的发展为研究弹性波在岩石中的衰减和频散奠定了基础.本文系统总结了前人在高频和低频下测量... 详细信息

砂岩和页岩的弹性波性质是通过地震资料推断储层物性和流体分布的基础.岩石波速测量常用超声波(10^(5)~10^(6)Hz)脉冲法,低频岩石物理实验技术的发展为研究弹性波在岩石中的衰减和频散奠定了基础.本文系统总结了前人在高频和低频下测量砂岩和页岩弹性波性质的方法和实验结果,并结合矿物弹性性质和岩石物理模型,分析了压力、温度、矿物组成、孔隙结构、流体、频率等因素对岩石波速和衰减的影响.由于孔隙和微裂隙随压力增加而逐渐关闭,干燥砂岩和页岩的P波和S波速度在低压下随压力非线性增加,高于临界压力呈线性增加.干燥岩石样品的波速随温度增加而缓慢线性降低,频散效应可以忽略.而含流体砂岩和页岩的衰减和频散受温度、压力、流体饱和度、流体黏度、孔隙结构和频率等多种因素的影响,含流体砂岩和页岩的泊松比和逆品质因子Q^(-1)显著高于干燥样品.低压下砂岩的波速与孔隙度负相关,而影响页岩波速的因素更为复杂,页岩的波速、衰减和频散的各向异性都高于砂岩.将跨频段岩石物理实验与数字岩石物理技术相结合,可为勘探地球物理的方法创新和资料解释提供可靠依据.

关键词：砂岩页岩孔隙结构波速波速各向异性地震波衰减频散

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华南雪峰山地区新元古代岩石弹性性质研究

高校地质学报 2024年第1期30卷 72-88页

作者：普腾飞内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023

雪峰山构造带位于华南大陆中部,中国深地专项对雪峰山构造带进行地震探测,并且获取了地震剖面,通过地震资料解释认为雪峰山下面存在隐伏造山带,时代为古元古代(2.05~1.75 Ga),并且经历了新元古代裂谷作用改造,该裂谷作用可能与罗迪尼亚... 详细信息

雪峰山构造带位于华南大陆中部,中国深地专项对雪峰山构造带进行地震探测,并且获取了地震剖面,通过地震资料解释认为雪峰山下面存在隐伏造山带,时代为古元古代(2.05~1.75 Ga),并且经历了新元古代裂谷作用改造,该裂谷作用可能与罗迪尼亚超大陆裂解有关,对于重新认识华南大地构造演化历史以及重建全球罗迪尼亚超大陆和哥伦比亚超大陆演化模式具有重要意义。论文通过采用超声波脉冲透射方法研究雪峰山地区新元古代板溪群、冷家溪群轻变质—沉积岩波速特征,结果表明波速随压力呈非线性迅速增加,超过临界压力后,波速随压力呈逐渐缓慢线性增加。线理、面理发育的岩石,最快波方向平行面理、线理,最慢波方向垂直面理、线理,岩石地震波速各向异性介于2%~12%之间。对比理论计算波速与实验测量波速可知,理论计算结果与实际测量结果一致性较好,说明实验测量波速大小基本准确,为雪峰山地区地震资料解释提供了波速数据。

关键词：轻变质—沉积岩岩石波速—压力大陆碰撞块体拼贴造山作用裂谷作用

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稀有金属矿物微区同位素定年与示踪

岩石学报 2024年第4期40卷 1023-1043页

作者：杨岳衡吴石头车旭东杨明黄超王浩杨进辉王汝成吴福元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 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023 浙江大学海南研究院三亚572025

作为战略性关键金属矿产资源,钨、锡、铌、钽、锂、铍、铷、铯、锆、铪、稀土等稀有金属,在国民经济与国家安全方面有着重要的研究意义。稀有金属矿石矿物微区同位素定年与示踪,是开展稀有金属矿床成矿作用研究的最直接手段,具有整体分... 详细信息

作为战略性关键金属矿产资源,钨、锡、铌、钽、锂、铍、铷、铯、锆、铪、稀土等稀有金属,在国民经济与国家安全方面有着重要的研究意义。稀有金属矿石矿物微区同位素定年与示踪,是开展稀有金属矿床成矿作用研究的最直接手段,具有整体分析无可比拟的优点。近年来,钨锡铌钽锆铪稀土等稀有金属矿物微区U-Pb定年与Sr-Nd-Hf同位素示踪发展迅速,而锂铍铷铯等稀有金属矿物微区Rb-Sr/Lu-Hf定年正蓬勃发展。本文综述了黑钨矿、白钨矿、锡石、铌钽矿(铌钽氧化物类矿物的简称)、独居石、磷钇矿、氟碳铈矿等稀有金属矿物微区U-Pb定年与Sr-Nd-Hf同位素示踪技术主要进展,展望了锂云母、铁锂云母、铯沸石、钾长石(天河石)等微区Rb-Sr定年与磷钇矿、磷灰石、褐帘石、独居石、黑钨矿、白钨矿等微区Sm-Nd和Lu-Hf定年的广阔前景,获得如下认识:(1)低铀矿物U-Pb定年,除了采用高灵敏度磁式等离子质谱外,元素成像技术能很好地揭示微量元素之间相关性,进而快速锁定高U/Pb区域,提高低铀矿物U-Pb定年成功率;(2)铌钽矿-锡石激光微区Hf同位素能够直接示踪花岗岩-伟晶岩稀有金属成岩成矿物质源区,但这方面工作仍需进一步加强;(3)碰撞/反应池等离子质谱的出现,使高Rb/Sr、Sm/Nd或高Lu/Hf比矿物的同位素定年成为现实,是未来稀有金属激光微区同位素年代学发展的新方向;(4)实验方法研发与标准物质研制相辅相成、相互促进,仍是当前迫切需要解决的关键技术难题。随着战略性关键金属日渐成为国内外成矿作用研究的热点,钨锡铌钽锂铍铷铯锆铪稀土等稀有金属矿物微区同位素定年与示踪方法研究,必将为我国新一轮稀有金属矿床学研究做出应有的学术贡献。

关键词：稀有金属微区分析同位素定年与示踪 U-Pb/Rb-Sr/Lu-Hf年代学

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华南石炭纪中期白云岩地层分布及其形成模式

地质学报 2024年第2期98卷 346-362页

作者：宋英凡王向东李莹史宇坤胡科毅黄兴盛青怡要乐内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室关键地球物质循环前沿科学中心南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023 现代古生物学和地层学国家重点实验室中国科学院南京地质古生物研究所江苏南京210008

石炭纪是地质演化历史上重要的时期,发生了全球规模的海西造山运动,晚古生代大冰期(LPIA)达到峰值,全球海平面频繁波动,导致古气候和古环境的剧烈变化。在华南,石炭纪中期,浅水碳酸盐岩台地相区广泛发育一套白云岩沉积。本文系统总结华... 详细信息

石炭纪是地质演化历史上重要的时期,发生了全球规模的海西造山运动,晚古生代大冰期(LPIA)达到峰值,全球海平面频繁波动,导致古气候和古环境的剧烈变化。在华南,石炭纪中期,浅水碳酸盐岩台地相区广泛发育一套白云岩沉积。本文系统总结华南3个主要碳酸盐台地内白云岩的厚度及时代,识别出白云岩时空分布的差异性。结合石炭纪中期全球气候环境特征,认为冰期兴盛引发了全球海平面下降,导致华南各沉积盆地形成利于白云岩化的环境,白云岩得以发育。而白云岩时空分布的差异性可能与各沉积盆地独特的构造演化以及不同成岩模式有关。中下扬子碳酸盐岩台地白云岩的形成模式主要为萨勃哈模式和成岩早期浅埋藏的渗透回流模式,形成相对较薄的白云岩沉积;中南部和西南部碳酸盐岩台地白云岩的形成模式为渗透回流模式,成岩规模较大,沉积较厚。

关键词：石炭纪中期白云岩时空分布古环境白云岩化模式

重建南海27Ma以来高分辨率碳酸盐补偿深度

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地学前缘 2024年第1期31卷 500-510页

作者：王家昊胡修棉蒋璟鑫马超马鹏飞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江苏南京210023 成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室四川成都610005 同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092

新生代海洋碳酸盐补偿深度(CCD)的重建长期受到学术界的广泛关注。本研究以南海14个站位20个钻孔的综合大洋钻探计划(IODP)物质数据与年龄-深度模型,恢复了对应钻孔的古水深,计算了碳酸盐累积速率(CAR),基于线性回归的方法,重建了南海27... 详细信息

新生代海洋碳酸盐补偿深度(CCD)的重建长期受到学术界的广泛关注。本研究以南海14个站位20个钻孔的综合大洋钻探计划(IODP)物质数据与年龄-深度模型,恢复了对应钻孔的古水深,计算了碳酸盐累积速率(CAR),基于线性回归的方法,重建了南海27 Ma以来CCD变化。研究结果显示:南海在海盆拉张形成期(27~18 Ma)出现了CCD超过2000 m大幅度的下降;在随后的中中新世气候适宜期(MMCO)期间,南海CCD出现800 m变浅。8 Ma以来南海CCD演化和赤道太平洋的演化呈现了不同的演化趋势:前者在3500~4000 m范围内波动,后者则从4000 m持续下降到4500 m左右。27 Ma之前,广泛的陆源输入和上升洋流发育导致南海出现浅的CCD。27~18 Ma时期的构造拉张导致的海盆加深,同时上升洋流减弱,被解释为该时期CCD下降的主要因素。MMCO期间气候驱动下的海平面波动导致了碳酸盐沉积核心区域的变化,是造成CCD波动的重要原因。8 Ma以来南海和太平洋CCD的差异演化是太平洋底水与南海底水的交换不畅的结果。

关键词：碳酸盐补偿深度(CCD) 中国南海碳循环边缘海

松花江新生代斜斑玄武岩中斜长石巨斑晶的成因及其对长白山天池造盾期岩浆储运系统的制约

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岩石学报 2024年第7期40卷 2019-2036页

作者：张叶凡陈立辉王小均刘建强曾罡周中彪西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室西安710069 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

岩浆岩中斜长石的结构和成分可以记录其晶体的生长过程中岩浆演化的丰富信息,从而可以灵敏反映岩浆储运系统的历史。东北地区新生代玄武岩一般多发育橄榄石和单斜辉石斑晶,斜长石斑晶少见,但在长白山天池造盾期(5~1Ma)玄武岩中常见有斜... 详细信息

岩浆岩中斜长石的结构和成分可以记录其晶体的生长过程中岩浆演化的丰富信息,从而可以灵敏反映岩浆储运系统的历史。东北地区新生代玄武岩一般多发育橄榄石和单斜辉石斑晶,斜长石斑晶少见,但在长白山天池造盾期(5~1Ma)玄武岩中常见有斜长石斑晶。最近我们在松花江两岸新发现一套上新世含斜长石巨斑晶(粒径为1~2cm)的玄武岩。这些沿松花江分布的斜斑玄武岩具有高Ba/Th比和K/U比的微量元素特征、EM1型的Sr-Nd-Pb同位素组成,与长白山天池造盾期玄武岩一致。它们在主量元素上具有低镁(MgO=3.86%~4.23%)、高钛(TiO_(2)=3.15%~4.25%)的特征,说明其与长白山天池造盾期玄武岩中的斜斑玄武岩一样都经历了较高程度的演化。时间、空间以及地球化学特征上的紧密联系说明松花江斜斑玄武岩也是长白山天池造盾期岩浆作用的产物,即长白山天池造盾期玄武质岩浆当时流入了松花江古河道,向西北方向流动的距离达到了150km左右。背散射电子图像显示松花江斜斑玄武岩中斜长石巨斑晶多数具有核-边结构,部分无环带结构,少数具熔蚀结构。斜长石巨斑晶的化学成分变化大,其中核-幔部主要为拉长石(An_(48-65)),边部为钠长石-拉长石(An_(4-61))。基质斜长石的化学成分也不均一,核-幔部的组成为中长石-拉长石(An_(41-53)),边部为钠长石-中长石(An 4-46)。多数斜长石巨斑晶的核-幔部具有细密振荡环带,An值仅呈较小幅度振荡变化,暗示其前期生长过程中物理化学条件较为稳定,地壳岩浆房持续受到同源岩浆的补给作用,岩浆房持续的时间较长,有利于斜长石巨斑晶的形成。在岩浆对流过程中晶体可被运移至温度更高的区域,形成熔蚀结构。斜长石巨斑晶的边部An值突降以及熔蚀结构的发育,表明斜长石巨斑晶生长后期所处的物理化学条件发生了突变,对应于岩浆快速上升的减压过程。因此,松花江斜斑玄武岩中的斜长石巨斑晶记录了长白山天池造盾期玄武岩在喷发前经历了较长时间的岩浆房存留过程。

关键词：斜斑玄武岩斜长石巨斑晶岩浆储运系统新生代玄武岩中国东北