晚新生代北太平洋西部深水洋流演化:来自铁锰结壳Nd同位素的证据

尽管深水环流在调节全球气候方面起了重要作用,但对于北太平洋西部的深水循环在过去的变化目前仍知之甚少.铁锰结壳的Nd同位素已经被证明是一个很好的记录古海洋环流变化的指标.通过研究位于马里亚纳岛弧附近不同水深的两块结壳(MKD13,1530m;MDD53,2700m)的Nd同位素组成演化,并结合对已发表资料的综合分析,获得了对该区中新世以来古洋流演化的初步认识:在中新世,结壳MDD53的Nd同位素组成保持稳定(εNd:ε4.0～ε5.0),且比北太平洋同时期类似水深的结壳贫放射成因Nd,反映了该时间段北太平洋西部深水主要受控于来自南太平洋的贫放射成因Nd的深部西边界流;而浅水结壳MKD13的εNd值在中新世持续升高,是由于印尼海道陆续关闭,贫放射成因Nd的印度洋水体通过该海道流入太平洋浅部的水量陆续减少所致.在上新世,结壳MKD13的εNd值保持不变,说明该时间段岛弧来源Nd的量没有发生变化,并且在早上新世时印尼海道对印度洋-太平洋间浅层海水的流通已经关闭;所以结壳MDD53的εNd值迅速升高,不是由于水体从浅层到深层的垂直输入的变化造成的,而是由于贫放射成因Nd的南大洋深水流入研究区深度范围(～2700m)的流通量从早上新世开始减弱的结果.     

东太平洋早中新世海水演变的Nd同位素制约

对赤道东太平洋PC5794岩芯钙质超微化石软泥中碳酸盐相的Nd同位素组成ε _Nd( t), Mn, Mg/Sr比值和全岩的CaCO₃进行了测试, 以此建立了早、中新世东太平洋古海水的ε _Nd( t)高分辨率变化曲线, 并探讨了ε _Nd( t)变化的制约因素. 24.06～22.02 Ma间, ε _Nd( t)在-6.24～-2.97间变化, 存在4个变化旋回. 其中4个低ε _Nd( t)值(约为-6.4)与高CaCO₃含量值相对应, 代表了4个冷期或底层流活跃时期, 它们的时间分别集中在24.06, 23.85, 22.88和22.26 Ma左右; 而4个ε _Nd( t)高值带与高Mn含量、高Mg/Sr比值、低CaCO₃含量值对应, 代表了4次海水变暖或热液活动时期, 4次较强烈的热液活动期分别为24.05～23.98, 23.69～23.15, 22.74～22.37和22.06～22.02 Ma.     

长江下游悬浮物Sr-Nd 同位素组成的季节性变化与物源示踪

对长江悬浮物的物源进行示踪研究是认识长江演化、亚洲季风演化和青藏高原隆升的途径之一. 通过对长江下游南京段悬浮物的季节性采样, 系统地分析了悬浮物的Sr-Nd同位素组成. 结果显示, 长江下游悬浮物中酸不溶物的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值在0.725352~0.738128 间变化,ε_Nd(0)值的范围为-10.55~-12.29, Sr-Nd 同位素组成呈现出明显的季节性变化, 夏季洪水期相对于非洪水季节有较低的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值和较高的ε_Nd^N(0)值. 研究表明长江下游悬浮物Sr-Nd 同位素组成的季节性变化主要受物源变化控制. 在季风气候影响下, 长江上游地区物理剥蚀强度的变化是造成下游悬浮物Sr-Nd 同位素组成季节性变化的主要原因. 这一发现,为进一步应用Sr-Nd 同位素方法来研究地质历史时期长江沉积记录提供了重要的参考. 同时, 计算得出长江悬浮物酸不溶物Sr 和Nd 同位素组成的入海特征值为⁸⁷Sr/⁸⁶Sr= 0.728254,ε_Nd(0)= -11.26.     

江西井冈山地区寒武-奥陶纪地层的Sm-Nd同位素组成及其构造意义

研究的井冈山地区位于扬子地块与华夏地块之间, 在早古生代寒武-奥陶纪时期沉积了巨厚的泥砂质韵律岩层夹碳酸盐岩和含炭岩层. 它们具有低的ε_Nd(t)值(–13.9~–7.9)和古老的Nd模式年龄(1842~2375 Ma), 数据点在t_DM-t_Str.图上远离一致线分布, 在ε_Nd(t) - t_Str.图上都位于华南元古代地壳演化区域内. 这些特征表明, 本区寒武系和奥陶系主要是古元古代古老地壳组分再循环作用产物, 物源以华夏地块区成熟度较高的陆源碎屑沉积岩为主. 奥陶系爵山沟组和对耳石组的ε_Nd(t)值(–10.5~–7.9)位于上述范围的高端, Nd模式年龄(1842~2059 Ma)位于上述范围的低端, 反映在它们沉积时期内, 来自古元古代晚期-新元古代早期新生地壳物质的加入相对明显. 鉴于在华夏地块和扬子地块东南缘范围内, 早古生代地层的Nd模式年龄都大于1800 Ma, 没有发生明显的降低, 反映在这些地区不存在早古生代亏损地幔来源岩浆活动.     

中太平洋富钴结壳剖面的锇同位素组成

对中太平洋莱恩海山富钴结壳MP5D17的各壳层样品进行了系统的锇同位素组成测定. 研究表明, 结壳中¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os比值变化较大, 变化范围在0.4262~1.0155之间. 从底部到顶部, 结壳剖面中锇同位素组成呈有规律的变化趋势, 并与结壳的垂直剖面结构构造的变化相关联. 对比研究表明, 结壳MP5D17剖面的锇同位素组成曲线, 具有与80 Ma以来海水锇同位素演化曲线相似的演化趋势. 初步推测富钴结壳MP5D17的生长起始时间为72 Ma, 该结壳的生长过程中存在三次生长间断, 其时间分别为64, 53和37 Ma.     

华北克拉通2.5 Ga地壳生长事件的Nd-Hf同位素证据: 以怀安片麻岩地体为例

怀安片麻岩地体是华北克拉通中部代表性的晚太古代TTG 片麻岩地体之一, 主体是形成于2.5 Ga 的TTG 片麻岩和闪长质片麻岩. TTG 片麻岩的ε_Nd(t)值(2.7 ~ 4.3)和大部分岩浆锆石的ε_Hf(t)值(2.0 ~ 8.3)分别与同期2.5 Ga 的亏损地幔ε_Nd(t)值和ε_Hf(t)值相近, 并且较年轻的Hf模式年龄2.44 ~ 2.73 Ga 和锆石U-Pb 年龄一致. 与TTG 片麻岩共生的闪长质片麻岩, 由于老地壳物质加入, 其ε_Nd(t)值(0.8 ~ 1.7)略低于亏损地幔ε_Nd(t)值; 但多数岩浆锆石的ε_Hf (t)值(2.0 ~ 7.9)也与同期亏损地幔ε_Hf (t)值相当, 部分Hf模式年龄2.49 ~ 2.75 Ga 也和锆石U-Pb年龄一致. 这些特征显示TTG 片麻岩和闪长质片麻岩代表2.5 Ga 来自亏损地幔的新生地壳, 该期岩浆活动是华北克拉通一次重要的地壳生长事件.     

扬子克拉通北缘显生宙碎屑沉积岩Mo同位素初步研究及其地质意义

通过对扬子克拉通北缘西乡-碑坝小区寒武纪-侏罗纪碎屑沉积岩的Mo、Nd同位素进行测定, 结合微量元素数据分析, 结果表明, 该区寒武纪-侏罗纪碎屑沉积岩的d 98Mo变化范围在-0.65‰ ~ +1.87‰之间, eNd(t)变化范围在-1.46 ~ -10.90之间. 茅口组晚期一个样品(4820)具有相对偏正的δ⁹⁸Mo和ε_Nd(t)(0.97‰, -1.46), 有可能与二叠纪晚期峨眉山地幔柱的喷发过程中, 扬子克拉通北缘古海水中富集的大量硫化氢有关, 此时海水中的MoO₄^2-转变为MoS₄^2-, 并具有偏正的Mo同位素组成. 晚二叠世长兴期样品(4814)也具有明显偏正的δ⁹⁸Mo(1.87‰), 但eNd(t)相对偏负(-10.90), 并具有相对较高的总有机碳(TOC)含量和总硫含量(TS) (分别为1.52%, 2.02%), 暗示该时期具有较高的初级生产力和有机碳埋藏量, 似乎表明脱硫酸还原作用产生的大量HS^-, H₂S与同期海相沉积岩明显偏正的δ⁹⁸Mo有一定的耦合性. 研究显示, 古大陆边缘碎屑沉积岩的Mo同位素变化, 与区域构造活动及产生的环境效应存在一定的相关性, 可以作为指示区域古环境演化的有效示踪剂.     

南海北部近代沉积物钕同位素分布及意义

南海北部及周边地区近代陆源沉积物稀土元素配分模式总体相似, 接近上地壳平均成分(PAAS), 在重稀土含量上则略为偏高, LaN/LuN比值明显小于PAAS. 但是珠江主要支流西江沉积物的稀土元素含量略高于PAAS, 在重稀土分布态势上明显偏轻, LaN/LuN比值明显大于PAAS. 南海北部地区近代沉积物钕同位素分布具有明显的区域性, 主要受控于珠江源区和闽粤沿海源区以及台湾岛源区. 闽粤沿海地区ε_Nd(0)值最大, 西江沉积物最小, 台湾岛以及海域中沉积物ε_Nd(0)值介于两者之间. 沿伶仃洋-东沙岛连线, 在该线东北区域钕同位素值相对偏高, 西南区域相对偏低. 珠江源沉积物主要影响该线西南区域, 源区母岩以发育大量古生代碳酸盐岩为特征. 闽粤沿海源区以及台湾岛源区, 主要影响该线东北区域, 闽粤沿海源区母岩以发育大量中新生代花岗岩为特征. 由于源区母岩成分上的不同, 造成沉积物在重稀土含量、Sc/Ti比值以及ε_Nd(0)值上存在明显差异. 发育在东沙群岛东南侧高沉积速率堆积体的陆源物质超过80%来自南海北部源区即闽粤沿海源区以及台湾岛源区, 来自珠江源的陆源沉积物不超过20%.     

南岭东段后太古宙地层的Sm-Nd同位素特征与地壳演化

南岭东段闽西南地区发育中元古代至早中生代地层. 系统的Sm-Nd同位素研究表明, 它们的Nd模式年龄和ε_Nd(t)值主要与古元古界麻源群十分相似, 反映它们主要是古元古代地壳组分再循环作用产物; 但在新元古代(0.8~0.7 Ga)和晚古生代(约0.25 Ga)时期, 由于新元古代和晚古生代末强烈岩浆活动所伴随的新生地壳组分的加入, 使它们的Nd模式年龄降低和ε_Nd(t)值升高, 在t_DM-t_Str.和ε_Nd(t)-t_Str.图上, 分别形成明显的“谷”和“峰”. 由此表明, 这些特殊时期构造-岩浆活动在改变华南沉积岩物源方面的重要性和普遍性.     

荡子山白榴霓霞岩包体中富Sr磷灰石的发现及其成因矿物学研究

荡子山白榴霓霞岩包体中含有大量的富锶磷灰石. 利用电子探针微束分析技术对富锶磷灰石的赋存状态、晶形、矿物共生、成分变化以及成因机制进行了深入细致的研究, 发现富锶磷灰石有短柱状和细长柱状两种晶形, 并多被其他矿物包裹, 表明它们形成于岩浆结晶的早期阶段, 其成分为氟磷灰石. 之后被富锶流体沿着氟磷灰石颗粒的边缘进行交代, 从而形成了富锶磷灰石, 交代方式为类质同像置换. 富锶磷灰石中SrO含量的变化反映出体系中碱度的变化, 体系中的碱度升高时, 磷灰石矿物中Sr置换Ca的数量增加, 而当体系中的碱度降低时, 已经进入到磷灰石矿物晶格中的Na, LREE和Sr离子也会从中分离出来而导致这些阳离子数降低. 因此, Sr置换Ca的数量对体系中的碱度变化趋势有着明显的指示意义. 根据电子探针成分分析数据计算得出阳离子的个数, 富锶磷灰石结构式可写为(Ca_3.15~4.963Sr_0.019~1.510Ba_0.00~0.030Na_0.006~0.108REE_0.106~0.153)(P_2.842~3.028Si_0.009~0.094)O₁₂(F_0.675~1.079,Cl_0.000~0.256, OH_{–0.084~0.297}). 利用配有193 nm激光的Neptune多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS), 对富锶磷灰石原位微区Sr, Nd同位素进行了分析. 将分析结果与白榴霓霞岩包体及包体的寄主岩Sr, Nd同位素组成进行了比较, 发现交代早期岩浆结晶成因氟磷灰石的富锶流体与白榴霓霞岩包体及包体的寄主岩来自不同的源区, 其中, 前者来自较亏损地幔, 而后两者则来自较富集地幔.     

地质样品Nd同位素激光原位等离子体质谱(LA-MC-ICPMS)测定

利用配有193 nm激光的Neptune多接收等离子体质谱仪(MC-ICPMS), 采用最新发表的Sm同位素丰度和本研究中测定的Sm和Nd之间的质量歧视关系, 对磷灰石、榍石、独居石和钙钛矿等天然矿物进行了一系列微区原位Nd同位素测定. 结果表明, 大量Ce的存在不会影响Nd同位素的精确与准确测定, 在Sm/Nd < 1 (¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd < 0.6)范围内, 建立的方法可以准确获得足够Nd含量地质样品的Nd同位素组成. 结合其微量元素和U-Pb年龄, 激光Nd同位素资料可为精细地质作用过程的探讨提供重要信息.     

中太平洋海山铁锰结核形成环境的地球化学制约

用ICP-Ms法对中太平洋海山6个站位的16个结核样品作了常量元素、微量元素和稀土元素分析, 采用碱熔Te共沉淀预富集和同位素稀释法测定了其中部分样品的铂族元素含量. 用X射线衍射法测定了样品的矿物组成. 结果显示, 中太平洋海山结核的矿物组成和化学成分, 以及主要组分的赋存状态均与水成海山富钴结壳十分接近, 表明样品是水成成因的产物. 与深海结核相比, 海山结核有明显富Fe和Co, 贫Cu和Ni的特征. 中太平洋海山结核可能形成于海山沉积物表面的弱酸性、强氧化环境中. 与富钴结壳相似的产出水深和氧化还原条件是决定海山结核化学成分、矿物成分和元素赋存状态的主要因素; 但因其产出于沉积物-海水界面, 经受了沉积物早期成岩作用的影响, 从而较典型的海山结壳略具向深海结核过渡的特征.     

湘西沃溪Au-Sb-W矿床中白钨矿Sm-Nd和石英Ar-Ar定年

利用白钨矿对金属矿床进行了Sm-Nd同位素定年. 研究结果表明, 湘西沃溪Au-Sb-W矿床中白钨矿的Sm, Nd含量较高, Sm/Nd值较大. 在¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd-¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd图解中, 浸染状白钨矿样品呈良好的线性分布, 其对应的等时线年龄为402±6 Ma, ε_Nd(t)值为&#8722;30.7. 该矿两个石英样品的⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄谱均呈“马鞍型”, 样品的最小视年龄、坪年龄和等时线年龄基本一致, 其最小视年龄(420±20和414±19 Ma)与白钨矿的Sm-Nd同位素数据相当吻合. 白钨矿的Sm-Nd年龄和石英Ar-Ar年龄均表明沃溪矿床形成于加里东晚期, 这与湖南雪峰山地区的构造演化和一些金锑钨矿床的同位素年代数据相吻合. 白钨矿的初始ε_Nd值异常低, 远低于湖南元古宇地层的相应值, 成矿流体中的Nd很可能来自下伏的更老的陆壳基底. 对该矿成矿时间的厘定和对其成矿物源的制约为进一步认识其矿床成因奠定了基础.     

单颗有孔虫化石Sr同位素测定及定年

有孔虫化石Sr同位素在地层年代学和沉积地球化学等方面有着重要的作用. 但取得未受后期作用改变的、满足高精度同位素比值测试所需的有孔虫化石样品量是比较困难的. 结合超低Sr本底流程, 实现了单颗有孔虫化石⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值高精度测定, 对今后的有孔虫Sr同位素研究与应用具有重要意义. 所测试的有孔虫化石取自西太平洋海山富钴结壳碳酸盐基岩, 壳径为250~400 μm, 平均87Sr/86Sr比值为0.709150 ± 0.000013, 测量内部精度为0.0004~0.0008 μg/g, 全流程Sr本底14 pg. 海山富钴结壳碳酸盐基岩中有孔虫化石定年具有重要的意义, 却颇具困难性. 利用获得的有孔虫化石⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值确定富钴结壳碳酸盐基岩中有孔虫化石年龄为(0.91 +0.33/-0.39) Ma.     

西北太平洋上层水δ13C 对末次冰消期南大洋深层水对流的响应

晚更新世以来, 源自南大洋深层水对流的冰消期δ¹³C 低值事件广泛记录于低纬热带和南半球大洋沉积物中. 然而, 末次冰消期δ¹³C 宽幅低值事件也出现在远至北半球中纬度的西北太平洋边缘海区. 在西北太平洋的古海洋记录中, 受来自北半球高纬度地区影响的记录很多, 而来自南半球高纬度地区的却很少. 黑潮源区连接着西北太平洋与热带-南太平洋, 该区MD06-3054 孔高分辨率的浮游有孔虫记录有助于探明南半球对西北太平洋地区的影响. 对该孔上部1030 cm 岩芯中浮游有孔虫进行了AMS¹⁴C 年代和氧碳同位素的测试, 结果发现浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber 和次表层种Pulleniatinaobliquiloculata 两种的δ¹³C 记录在约20.0~6.0 ka BP 都出现明显的负偏移, 但26.5 ka BP以来表层种与次表层种δ¹³C记录变化的整体趋势相反. 而且, 表层种记录与大气CO₂记录之间有着紧密的联系, 其变化在时间上也明显超前于次表层种. 黑潮源区的水文状况分析显示, 该区末次冰消期δ¹³C 宽幅低值事件是对南极周围南极深层水对流的响应. 而表层和次表层种记录之间的差异可能是由于δ¹³C 低值信号传播路径的不同. 末次冰消期黑潮源区次表层水体接收到的δ¹³C 低值信号主要来自南极中层水的传播, 而表层水体则可能更多地受到大气CO₂ 的影响. 黑潮源区的记录不仅证实了冲绳海槽表层水末次冰消期δ¹³C 宽幅低值事件主要是受西太平洋表层水体直接影响的推论, 同时还说明来自南极高纬度地区的信号也可以传送到北半球中纬度地区.     

西、中太平洋铁锰结壳生长年龄: 超微化石与10Be测年的对比

对西太平洋M1-1结壳与中太平洋A1-1结壳(该结壳未发现化石)的超微化石及¹⁰Be同位素分析和测年结果表明: 超微化石生物地层与¹⁰Be同位素地层所反映的结壳生长时间有着较好的一致性. 两结壳都有3层生长层, 最老的生长层生长于中新世, 地质时间为12.80 Ma. 来自中太平洋的A1-1结壳的最大生长速率(8.11 mm/Ma)、最小生长速率(1.92 mm/Ma)及平均生长速率(3.47 mm/Ma)均大于西太平洋M1-1结壳的最大生长速率(2.93 mm/Ma)、最小生长速率(0.47 mm/Ma)及平均生长速率(0.94 mm/Ma).     

武定迤纳厂Fe-Cu-REE矿床Sm-Nd同位素年代学及其地质意义

通过典型矿床-武定迤纳厂Fe-Cu-REE矿床中矿石及萤石稀土元素特征和Sm-Nd同位素体系的研究, 对昆阳群稀土富集及矿化时代进行了限定. 研究表明, 成矿期呈浸染状紫红色萤石中稀土总量 高, 强烈富集轻稀土, 正Eu异常; 成矿期后脉状浅绿色萤石中稀土总量低, 相对富集重稀土. 成矿期萤石Sm-Nd同位素等时线年龄为1539±40 Ma, ε_Nd(t)=-4.6; 矿石Sm-Nd同位素等时线年龄为1617±100 Ma, ε_Nd(t)值为-3.2. 表明矿床形成于中元古代早期, 成矿物质来源于富集地幔, 矿床成因为火山喷流-同生沉积. 在对比研究的基础上, 提出中元古代稀土大规模爆发成矿可能与当时大陆边缘裂谷环境产出的富碱非造山型岩浆有密切的关系.     

硬磁性Nd60Al10Fe20Co10大块金属玻璃的磁畴结构

运用磁力显微镜对硬磁性Nd₆₀A_l10Fe₂₀Co₁₀大块金属玻璃(BMG)的磁畴结构进行了研究. 结果表明, 制备态材料中存在黑白磁斑相邻的微磁结构, 磁畴的平均尺度约为360 nm. 这种磁畴结构与Nd基BMG的硬磁性是紧密相关的. 由于BMG中存在的短程有序原子团簇的尺度只有几纳米量级, 因而磁力图上亚微米尺度的黑白磁斑是由大量的原子团簇在强烈的交换耦合作用下磁矩平行排列形成的. 而完全晶化的材料则呈顺磁性, 其磁力图上已无明显的磁反差, 但仍分布着一些间距较大的平均尺度为900 nm的低矫顽力铁磁晶态相.     

冲绳海槽全新世表层水温、盐度和大气恢复及其古气候意义

以冲绳海槽DGKS9603孔沉积物为研究对象,利用长链不饱和酮分子的不饱和指数U ^K_η 和沉积颗粒有机碳的δ ¹³C及浮游有孔虫(G.Sacculifer)的δ ¹³C重建冲绳海槽全新世表层海水温度和大气的演化历史; 结合浮游有孔虫δ ¹⁸O,恢复了全新世海水表层盐度相对变化(?S).识别出了3次降温事件(E₁~E₃),其发生的时间分别为1.7~1.6,5.1~ 4.8和8.1~ 7.4 kaBP(cal).其中E2和E3事件具有全球可比性,其发生机制是在中全新世北半球日照强度增大、副热带高压增强, 驱动西北太平洋环流加强,导致黑潮主流轴东移;E₁事件相当于1550~1850年间小冰期事件,在海槽区E₁事件可能与强盛冬季风导致的黑潮主流轴东移有关.     

墨西哥湾Alaminos Canyon冷泉碳酸盐岩地质地球化学特征

墨西哥湾北部大陆坡下部深水区Alaminos Canyon冷泉碳酸盐岩结壳含有以双壳类和有孔虫为主的生物碎片, 孔洞发育且常被针状文石充填. XRD分析显示结壳主要由文石组成 (达98%). 结壳中发育团粒、凝块和葡萄状文石等与渗漏系统微生物活动有关的沉积组构. 结壳中生物碎屑的δ¹³C值为-4.9‰ ~ -0.6‰, 碳源主要来自海水. 泥晶和亮晶文石的δ¹³C值为-31.3‰ ~ -23.4‰, 碳源主要来自生物降解的石油. 对冷泉碳酸盐岩中生物壳体的14C测定表明冷泉活动至少持续了约10 ka. 碳酸盐岩结壳的酸可溶部分稀土元素总量很低(0.75~12.73 μg/g), 稀土元素页岩标准化配分模式具有明显的Ce负异常, 表明结壳形成于氧化环境.