同位素定年及古環(huán)境反演

1、1.同位素定年及古環(huán)境反演(Re-Os)(l)(Re-Os同位素在沉積地層精確定年及古環(huán)境反演中的應(yīng)用進(jìn)展)Re-Os同位素親有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)，使得富有機(jī)質(zhì)沉積巖在沉積的過(guò)程中能夠吸附富集海水中的Re、Os,沉積巖的沉積壓實(shí)過(guò)程也是其中Re-Os同位素體系封閉計(jì)時(shí)的過(guò)程，沉積巖Re-Os同位素等時(shí)線(xiàn)年齡代表地層沉積時(shí)代,Os同位素初始比值1870s/1880s反映沉積時(shí)海水的Os同位素比值oRe-Os同位素體系在富有機(jī)質(zhì)沉積巖中的成功應(yīng)用,能夠直接確定地層沉積時(shí)代，從而對(duì)地層界線(xiàn)進(jìn)行直接厘定，并且能夠?qū)σ恍┏练e礦床形成時(shí)代、冰川事件發(fā)生時(shí)代進(jìn)行厘定和限制。通過(guò)沉積巖Re-Os同位素特征，可以對(duì)古環(huán)

2、境進(jìn)行反演，有助于了解全球大氣海洋的演化，氣候的變化，對(duì)研究生物滅絕等重大地質(zhì)事件發(fā)生的時(shí)限和機(jī)制以及金屬礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源具有重要意義。Re-Os同位素在沉積巖中應(yīng)用原理：因此，將Re-Os同位素直接應(yīng)用于金屬礦物定年,解決了長(zhǎng)期無(wú)法解決的內(nèi)生金屬礦床成礦年齡直接準(zhǔn)確厘定問(wèn)題，為探討大規(guī)模成礦作用發(fā)生的時(shí)限、成礦的地球動(dòng)力學(xué)背景和成礦模型的建立以及成礦預(yù)測(cè)提供了理論依據(jù)。近些年來(lái),Re-Os同位素另外一種特殊的地球化學(xué)性質(zhì)一一親有機(jī)性，被地質(zhì)學(xué)家廣泛關(guān)注,Re-Os同位素在沉積地層精確定年及古環(huán)境反演中的應(yīng)用得到了國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多地質(zhì)學(xué)家的廣泛認(rèn)可(Cohen,2004;Hannahetal.

3、,2004;Yangetal.,2009)海水的Re、Os通常是以ReO4-和HOsO5-等高價(jià)態(tài)形式存在，富有機(jī)質(zhì)的沉積巖常形成于還原性較強(qiáng)環(huán)境,在這種條件下，海水中遷移性較強(qiáng)的高價(jià)的ReO4-和HOsO5-會(huì)被還原成較難遷移的低價(jià)離子而被有機(jī)物吸附下來(lái)，因此在富有機(jī)質(zhì)的沉積巖沉積的過(guò)程中，高價(jià)態(tài)的Re、Os離子可被還原富集(Peucker-Ehrenbrinketal.,2000;Yoshiroetal.,2007)因此Re、Os的富集過(guò)程與沉積巖的沉積過(guò)程應(yīng)該是同時(shí)的，沉積巖的沉積時(shí)代也是Re-Os同位素計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)間，并且同時(shí)代沉積的地層有相同的Os同位素初始比值，即沉積時(shí)海水的

4、Os同位素比值。由于放射性母體187Re經(jīng)過(guò)B衰變形成子體187Os，其半衰期為41.6Ga，比地球年齡還要高一個(gè)數(shù)量級(jí),在沉積巖中有機(jī)物所吸附的Re-Os同位素體系封閉條件下,Re-Os等時(shí)線(xiàn)年齡就能夠代表其沉積年代，并且Os同位素初始比值能夠反映當(dāng)時(shí)海水中的Os同位素比值,這就是Re-Os同位素在沉積巖中應(yīng)用的原理。海水中的Re、Os來(lái)源主要有3個(gè)：(1)由于大陸地殼的風(fēng)化剝蝕作用，巖石土壤的淋濾作用,使得大陸地殼中的Re、Os由河流帶入海洋，陸源Re-Os同位素Re/Os較高,最高能達(dá)幾千,Os同位素具有高放射性成因特征，不同時(shí)代、不同巖性的陸殼187Os/188Os值特征不同,平均值為

5、1.4(Cohen,2004),些老地層中187Os/188Os值大于50(Chenetal.,2009)。(2)由洋中脊熱液帶到海水中,Re/Os較低，一般小于1,Os同位素具有非放射性成因特征,187Os/188Os比值大于0.127。(3)以宇宙塵埃的形式進(jìn)入海水,Re/Os較低，一般小于1,187Os/188Os值接近于原始地幔值約為0.127(一般條件下，海水中的Os主要來(lái)源于大陸，能占80%,其余的20%來(lái)自海底熱液和宇宙塵埃物質(zhì)(Sharmaetal.,1997)。因此，能夠通過(guò)Re-Os同位素研究沉積巖的沉積時(shí)代以及海水Os同位素的變化來(lái)確定當(dāng)時(shí)海水的環(huán)境以及古海水對(duì)地殼隆升、

6、雪球地球、隕石撞擊等重大地質(zhì)事件的響應(yīng)。inpulEuJiew：inpulEuJiew：LLerfrom(miCTQ)ID6t4oritQSruvtrineiikiut1pseniUrft-.nncoiilLnrifiialcrust(rtiicro)meteod怙g：”05嚴(yán)佻0.127,lowRe/Osratio,highOsMhCtusL&:嚴(yán)忸MhCtusL&:嚴(yán)忸LuEiel-/:賀廚;Iihetdllireroii賢diin“仔；lowRchjiicdOs卜MORiydroiherilkulx/Ivcn!s(yount;crust/I-”inpiRWsuawjitcr)、。卿iic

7、-ri*h黑du陀-L-hh*hi回昭：WIJLTT?：?.：.:：二：；：Re/Osrflllosyr.：crus)hiliRe.-Osratio,lowLOs1TOC o 1-5 h z_7：:-holdentsi:1bJOs/:LLOsc.1.9:?/?ytllng：crust：(K.1OsMl.L7.r、刁l一7二八mantle:】27,七jlowRe/OsratiohhighOs/iJIA%.i%j1.海水中Re、Os的3個(gè)主要來(lái)源示意圖海水Os同位素演化曲線(xiàn)：對(duì)于某一連續(xù)沉積地層來(lái)講，其中的Re-Os同位素特征（Re、Os含量,Os同位素比值,Re/Os值）會(huì)隨著不同時(shí)代的沉積環(huán)境

8、不同而發(fā)生變化,因此,可以通過(guò)富有機(jī)質(zhì)沉積巖Re-Os同位素特征進(jìn)行分析來(lái)反演當(dāng)時(shí)古海水的Re-Os同位素特征，海水中的Os同位素變化往往是由于古氣候的變化或者較大的構(gòu)造事件而引起的。因此，通過(guò)對(duì)沉積地層中的Re-Os同位素進(jìn)行研究，不僅能夠記錄古環(huán)境的變化特征，而且還能夠?qū)θ蜉^大的構(gòu)造事件進(jìn)行研究。海水中Os同位素演化曲線(xiàn)可用作摘要或結(jié)論處：沉積地層的精確定年對(duì)于地層學(xué)的研究具有重要意義。地層是地質(zhì)事件記錄最豐富的載體，而地質(zhì)年代表作為地層學(xué)研究的重要成果和基本文件，它的功能是為地層學(xué)以及整個(gè)地球科學(xué)的研究和地球的歷史過(guò)程提供一個(gè)恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間參照體系以利于全球范圍的地質(zhì)演化對(duì)比研究和成礦規(guī)律

9、研究，揭示地球演化的階段性和所經(jīng)歷的重大事件。因此，國(guó)際地層表的建立和不斷完善是地層學(xué)研究的長(zhǎng)期目標(biāo)和永恒內(nèi)容（王鴻禎,2006）。地層研究需要開(kāi)展生物地層、化學(xué)地層、磁性地層、年代地層、層序地層、事件地層等多專(zhuān)業(yè)的綜合研究，地層的劃分主要是以地層中某種古生物的首次出現(xiàn)為依據(jù)，在應(yīng)用生物地層方法建立精確的等時(shí)地層格架有困難的情況下，可以充分利用事件地層標(biāo)志和同位素測(cè)年等多學(xué)科綜合研究方法建立等時(shí)地層對(duì)比格架（王訓(xùn)練,2003），從而促進(jìn)地區(qū)和全球相關(guān)地層對(duì)比繼承，在地層建階研究中，同位素年代學(xué)研究等是需要加強(qiáng)的工作（王澤九,2010）?？梢?jiàn)，高精度的同位素測(cè)年以及同位素變化研究，是地層綜合研究

10、的一個(gè)不可或缺的重要的組成部分。事實(shí)上，沉積巖精確定年一直是一個(gè)世界性難題，因?yàn)樵诂F(xiàn)有的技術(shù)手段下缺乏合適的測(cè)年對(duì)象。目前，地質(zhì)年代表中年代地層時(shí)代的確定和劃分主要采用錯(cuò)石U-Pb法對(duì)沉積地層中火山巖夾層，特別是采用凝灰?guī)r和斑脫巖中的錯(cuò)石進(jìn)行U-Pb年齡厘定，因?yàn)殄e(cuò)石U-Pb同位素體系封閉性較好，并且U-Pb同位素衰變常數(shù)經(jīng)過(guò)了較為準(zhǔn)確的測(cè)定，它們的年齡可代表沉積巖地層的形成時(shí)代（陳文等,2011）。然而，在地層界線(xiàn)上很少直接發(fā)現(xiàn)有火山巖夾層，地層界線(xiàn)絕對(duì)年齡往往是根據(jù)上下地層中火山巖鋯石U-Pb年齡以及火山巖與界線(xiàn)層距離計(jì)算得到的。在顯生宙的一些地層界線(xiàn)，是以黑色頁(yè)巖的沉積為典型標(biāo)志，并且其

11、中的一些黑色巖系地層是與大洋缺氧事件以及生物滅絕事件關(guān)系緊密。這些黑色巖系能夠采用Re-Os同位素體系進(jìn)行直接精確定年，能夠很好地研究生物滅絕等事件發(fā)生的絕對(duì)年代以及可能的發(fā)生機(jī)制。然而，黑色頁(yè)巖等樣品在地層中的分布有限，尤其在我國(guó)沉積地層中灰?guī)r的分布范圍更廣，許多生物地層的劃分是以古生物大量出現(xiàn)的碳酸鹽巖地層為主要對(duì)象并且富有機(jī)質(zhì)碳酸鹽巖往往能夠作為烴源巖是油氣地質(zhì)學(xué)家重點(diǎn)研究的對(duì)象Re-Os同位素在碳酸鹽巖地層年代學(xué)研究中的成功應(yīng)用，更有利于生物地層與年代地層直接進(jìn)行比對(duì)，無(wú)疑極大地拓展了Re-Os同位素技術(shù)在沉積地層研究應(yīng)用范圍(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院,2014)。Re-Os同位素在沉積地層中的

12、應(yīng)用實(shí)例：地層沉積速率：黑色頁(yè)巖Re-Os同位素研究,能夠計(jì)算地層的沉積速率。Xu等(2014)通過(guò)對(duì)三疊系Botneheia組，不同層位黑色頁(yè)巖進(jìn)行Re-Os同位素研究，獲得四組等時(shí)線(xiàn)年齡，由于所有年齡都是采用Re-Os體系對(duì)黑色頁(yè)巖沉積時(shí)代進(jìn)行直接定年,因此能夠抵消Re-Os衰變常數(shù)等不確定度，并且,所有樣品的分析都是在同一實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，能夠抵消稀釋劑標(biāo)定系統(tǒng)誤差。厘定地層界線(xiàn)：許多地層界線(xiàn)的確定是以大洋缺氧和生物滅絕事件為特征在這種條件下就會(huì)發(fā)育黑色頁(yè)巖，因此,能夠通過(guò)對(duì)黑色頁(yè)巖的Re-Os同位素分析對(duì)地質(zhì)界線(xiàn)進(jìn)行直接定年。Selby等(2005)采用Re-Os對(duì)Devonian-Mi

13、ssissippian界線(xiàn)黑色頁(yè)巖進(jìn)行直接定年，獲得了精確的地層年齡(361.32.4)Ma,該年齡與其上部層位火山巖鋯石U-Pb年齡(360.7土0.7)Ma在誤差范圍內(nèi)一致。冰川事件時(shí)代：Re-Os同位素能夠?qū)τ诔练e有關(guān)的重大地質(zhì)事件發(fā)生時(shí)代進(jìn)行較好的限制和厘定。新元古代時(shí)期，地球上出現(xiàn)了幾次大規(guī)模冰川事件。但是，由于新元古界地層缺少有利的冰期沉積對(duì)比標(biāo)志,并且目前無(wú)法采用地球化學(xué)手段對(duì)冰期沉積時(shí)代進(jìn)行直接厘定因此對(duì)這些冰川事件發(fā)生的時(shí)限仍然存在較大爭(zhēng)議。在冰川事件結(jié)束之后,粉砂巖、泥巖等細(xì)粒碎屑沉積巖海通常會(huì)隨著海平面的上升而沉積，這些在缺氧環(huán)境下形成的富含有機(jī)質(zhì)沉積巖是采用Re-Os同

14、位素進(jìn)行定年的最佳對(duì)象，這些沉積巖的Re-Os同位素年齡能夠?qū)Ρ诮Y(jié)束的最后時(shí)期進(jìn)行限制。富有機(jī)質(zhì)沉積巖Re-Os同位素研究能夠?qū)Ρ谑录拈_(kāi)始和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行限制，尤其是對(duì)于缺少火山巖的地層年代學(xué)研究發(fā)揮了重要作用。礦床時(shí)代:Mao等(2002)對(duì)華南下寒武系富含Ni-Mo礦的黑色頁(yè)巖進(jìn)行的Re-Os同位素分析，獲得了(54116)Ma的等時(shí)線(xiàn)年齡,這一結(jié)果與Pb-Pb同位素等時(shí)線(xiàn)年齡一致,準(zhǔn)確厘定了華南黑色頁(yè)巖中Ni-Mo礦的沉積時(shí)代。生物滅絕事件機(jī)制：Re-Os同位素不僅能夠?qū)Φ貙映练e時(shí)代進(jìn)行直接準(zhǔn)確的定年，還能夠提供古海洋的Os同位素信息,從而對(duì)古環(huán)境進(jìn)行進(jìn)行示蹤。并且由于Re、Os地球

15、化學(xué)性質(zhì)的差異，使得兩種元素在海水中的富集沉淀機(jī)制有所差異,這種差異會(huì)隨著沉積環(huán)境的變化而被Re-Os同位素記錄下來(lái)。Georgiev等(2012)通過(guò)對(duì)二疊紀(jì)/三疊紀(jì)地質(zhì)界線(xiàn)黑色頁(yè)巖進(jìn)行Re-Os同位素分析,雖然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Os同位素比值的異常，但是,通過(guò)較高的Re/Os比值,結(jié)合其它微量元素的證據(jù),提出當(dāng)時(shí)的海洋是熱的,并且是酸性的,這種海水環(huán)境以及當(dāng)時(shí)異常的氣候條件是造成二疊紀(jì)/三疊紀(jì)生物滅絕的重要原因。結(jié)束語(yǔ)：富有機(jī)質(zhì)沉積巖Re-Os同位素研究已經(jīng)成為國(guó)際上研究的熱點(diǎn),Re-Os同位素能夠?yàn)榈貙映练e時(shí)代進(jìn)行直接厘定，尤其是對(duì)于火山巖夾層不發(fā)育的地區(qū)發(fā)揮了重要作用，這對(duì)地質(zhì)年代表的校正研究以

16、及地層比對(duì)研究具有重要意義。此外,Re-Os同位素以其特有的地球化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)成為在古環(huán)境演化研究方面一種靈敏的工具，為古海洋、古氣候的反演提供了很多重要的信息。2.U-Pb東昆侖牦牛山組流紋巖鋯石U-Pb年齡及構(gòu)造意義陸露等利用測(cè)定的流紋巖鋯石中的U-Pb年齡來(lái)推測(cè)了耗牛山組火山巖的形成年齡，繼而推斷東昆侖早古生代洋盆關(guān)閉的構(gòu)造年代。贛東北中元古界鐵沙街組石英角斑巖和流紋巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡、Hf同位素及地球化學(xué)特征內(nèi)蒙古西烏珠穆沁旗地區(qū)下二疊統(tǒng)原壽山溝組碎屑鋯石LA-ICP-MSU-Pb年齡及地質(zhì)意義太原西山上二疊統(tǒng)一下三疊統(tǒng)地層最大沉積年齡的碎屑鋯石UPb定年約束劉超等應(yīng)用LA

17、MCICPMS對(duì)華北中部太原西山晚二疊世一早三疊世上石盒子組、石千峰組、劉家溝組中4件砂巖樣品進(jìn)行碎屑鋯石UPb定年，太原西山上石盒子組師腦峰砂巖(SNF)的沉積時(shí)間不早于27OMa,石千峰組底部K8砂巖(K8)沉積時(shí)間不早于25OMa。因此，太原西山地區(qū)石千峰組應(yīng)歸屬于早三疊世，二疊系一三疊系的界線(xiàn)應(yīng)位于石千峰組K8砂巖之下。碎屑鋯石最年輕顆粒年齡常用來(lái)確定地層最大沉積年齡(Rainbirdeta，2OO1)0Dickinson等(2OO9)在對(duì)科羅拉多高原及其周邊地區(qū)中生代鋯石UPb年齡數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析時(shí)，提出可以用不同的方法來(lái)確定地層最大沉積年齡，并強(qiáng)調(diào)了利用幾種不同的方法來(lái)獲得最精確的最

18、大沉積年齡的重要性。一般用來(lái)確定地層年齡有7種方法(Diekinsonetal.,2OO9；Johnstonetal.,2OO9；Lawtonetal.,2O11；Robinsonetal.，2O12，Tuckeretal.，2O13)分別是：最年輕單顆粒年齡(YSG)；最年輕圖像碎屑鋯石年齡(YPP);最年輕碎屑鋯石年齡(YDZ)；加權(quán)平均年齡(YC1)(+3)；加權(quán)平均年齡(YC2)(+3)；算術(shù)平均年齡(WA):Tuffzire年齡(+6)。計(jì)算Tuffzirc年齡需要鋯石顆粒數(shù)大于1O(Ludwig，2OO9)，或者利用最年輕的6顆碎屑鋯石來(lái)進(jìn)行計(jì)算(Tuckeretal.，2O13)

19、，限于本文的年輕鋯石顆粒較少，因此不討論Tuffzirc年齡。通過(guò)與已知生物地層年齡的對(duì)比，YSG和YC1(+3)的年齡普遍與實(shí)際地層年齡的誤差在5Ma之內(nèi)；YDZ年齡誤差在2Ma之內(nèi)；YPP的年齡比實(shí)際地層年齡年輕5%；YC2(+3)比地層實(shí)際年齡大10Ma(Dickinsonetal.,2009；Tuckereta,2013)。本文通過(guò)對(duì)比表2中6種不同方法計(jì)算得到的年齡值發(fā)現(xiàn)，YC2(5(+3)和WA年齡值偏大，YDZ的年齡值最小。因此，本文采用YPP年齡來(lái)代表地層最大沉積年齡，表2中師腦峰砂巖YPP值為270Ma,即沉積時(shí)間不早于270Ma；K8砂巖(K8)的YPP值為250Ma,在位

20、于K8砂巖之上的劉家溝組砂巖中只發(fā)現(xiàn)一粒中生代鋯石，年齡為2442Ma,在表2中劉家溝組砂巖的YPP值為262Ma，據(jù)此，K8砂巖的沉積時(shí)間應(yīng)不早于250Ma。太原西山上古生界含煤地層最大沉積年齡的碎屑鋯石UPb定年約束及地層意義為了確定太原西山晚古生代含煤地層的沉積時(shí)間，應(yīng)用LAMCICPMS對(duì)該剖面太原組、山西組及下石盒子組作為標(biāo)志層的8個(gè)砂巖樣品進(jìn)行了碎屑鋯石UPb定年，確定了它們的最大沉積年齡，為地層形成時(shí)限的確定提供了依據(jù)。絕對(duì)年代地層年齡的確定無(wú)疑是解決地層年代確定、劃分與對(duì)比的最好辦法(由于古生物門(mén)類(lèi)中某些種屬的缺乏)。隨著碎屑鋯石UPb定年技術(shù)的發(fā)展，沉積巖中碎屑鋯石不但能夠用

21、來(lái)判斷物源及古地理，而且能夠確定地層時(shí)代和沉積作用年齡，從而重建盆地演化與造山帶的關(guān)系(ZhangSHetal.，2007；Richardseta1.，2005；Bruguieretal.,1997)。眾多學(xué)者利用砂巖碎屑鋯石UPb定年來(lái)確定地層的最大沉積年齡(李懷坤等，2007；李洪顏等，2009；Dickinsoneta1.，2009；Abatieta1.，2010；韓杰等201；葛玉魁等，2012；宋衛(wèi)衛(wèi)等，2012；XieHQeta，2012；Tuckeretal.，2013)，從而確定地層的形成時(shí)限，為地層劃分和對(duì)比、盆地演化的研究提供年代學(xué)依據(jù)。本文通過(guò)對(duì)太原西山上古生界含煤地層的

22、巖石地層劃分界線(xiàn)及標(biāo)志層砂巖進(jìn)行碎屑鋯石UPb定年，試圖確定地層的最大沉積年齡，3.Sr龍門(mén)山地區(qū)泥盆紀(jì)鰓、碳同位素與海平面變化崔秉荃等嘗試將海相碳酸鹽同位素(Sr,C)的演化與沉積學(xué)、層序地層學(xué)特征結(jié)合起來(lái)研究龍門(mén)山地區(qū)泥盆紀(jì)的海平面變化。海洋中sr的來(lái)源主要是風(fēng)化的地殼物質(zhì)和洋中脊的慢源熱液。從總體上講，地殼物質(zhì)相對(duì)富含鉚和放射性成因sr,因而有比較高的sr同位素比值。而通過(guò)洋中脊熱液活動(dòng)或火山作用進(jìn)入海洋的慢源sr,其同位素比值較低。一般說(shuō)來(lái)，影響海相碳酸鹽sr同位素組成的主要因素是海平面變化和火山活動(dòng)。在沒(méi)有大規(guī)?；鹕交顒?dòng)的影響時(shí)，海平面升高，風(fēng)化作用速度降低、地表徑流量減少，地殼sr

23、帶入少，導(dǎo)致海洋銀同位素比值下降。反之，海平面下降則會(huì)造成海洋sr同位素比值升高。至于海相碳酸鹽的碳同位素組成，也和海侵海退有很大關(guān)系。海退可使陸表海大面積出露海面成為陸地，陸緣沼澤大規(guī)模減少或消失,生物因生存空間縮小而減少，大量富含12C的C02和HCO3-未被利用，加上大陸架沉積物出露，使原先沉積的有機(jī)質(zhì)重新遭受氧化形成富含12C的CO2被帶入海洋，這些最終使海洋沉積碳酸鹽的碳同位素降低。相反，海侵階段沉積的富含有機(jī)質(zhì)、浮游生物的碳酸鹽巖,其碳同位素組成通常比較高。這就說(shuō)明了sr、碳同位素值為何一般呈負(fù)相關(guān)關(guān)系及為什么我們可以運(yùn)用這兩種同位素地層曲線(xiàn)作為判斷海平面升降的輔助標(biāo)志龍門(mén)山泥盆紀(jì)

24、層序的碳、鍶同位素效應(yīng)鄭榮才將龍門(mén)山泥盆紀(jì)的準(zhǔn)l級(jí)T一R旋回的層序組與碳、鍶同位素地層曲線(xiàn)演化總趨勢(shì)所反映的海平面升降變化規(guī)律做了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)具有一致性，并具有極好的區(qū)域性和全球性。有機(jī)碳的生和消耗是控制海相碳酸鹽巖&13C變化的主要因素。如海平面下降時(shí)陸地?cái)U(kuò)大，海相生物因生存空間縮小而減少，海水中富12C的co2和HC03-消耗量也隨之降低,而陸地上富12C的有機(jī)碳則被重新氧化，并以CO2的形式不斷進(jìn)入海洋，致使同期的海相碳酸鹽巖呈&13C負(fù)偏移，類(lèi)似的情況也出現(xiàn)在生物生態(tài)蕭條和集體絕滅期，當(dāng)海平面上升時(shí)陸地縮小，海相生物因生存空間擴(kuò)大而繁盛，或隨海平面高速率上升的缺氧水體入侵事件，均可促進(jìn)富

25、12C的有機(jī)碳高速埋藏,進(jìn)而引起海相碳酸鹽巖的&13C正偏移.鍶同位素是指示海平面升降變化的靈敏指示劑。已知海洋中的鍶主要來(lái)源于風(fēng)化的陸殼物質(zhì)和海底火山活動(dòng)帶出的慢源物質(zhì)。陸殼鍶相對(duì)慢源鍶有更高的87Sr/86Sr值，因87Sr與86Sr質(zhì)量差很小，碳酸鹽礦物沉淀時(shí)的鍶同位素分餾可忽略不計(jì)，直接由海水的87Sr/86Sr值決定礦物的鍶同位素特征。因而，地史中海相碳酸鹽巖的87Sr/86Sr值正偏移意味海平面下降和古陸擴(kuò)大，負(fù)偏移則反映海平面上升和古陸收縮。伴隨海平面上升的海底火山活動(dòng)，則在負(fù)偏移的演化曲線(xiàn)上疊加高負(fù)值異常。鍶同位素地層學(xué)在海相地層劃分和對(duì)比中的應(yīng)用以二疊紀(jì)樂(lè)平世海相碳酸鹽巖地層

26、為例鍶同位素地層學(xué)是依據(jù)地層中鍶同位素組成(87Sr/86Sr)的變化特征，用于地層的劃分、對(duì)比、斷代甚至古環(huán)境研究等的地層學(xué)研究方法。隨著鍶同位素地層學(xué)的不斷發(fā)展以及同位素分析測(cè)試技術(shù)的提高，87Sr/86Sr在地球歷史中的演化特征與地層劃分和對(duì)比之間的相關(guān)性也得到更加深入廣泛的認(rèn)識(shí)同古生代其他類(lèi)型同位素地球化學(xué)的地層學(xué)意義相似(如碳、氧同位素組成等)，鍶同位素地層學(xué)具有明確的大尺度地質(zhì)時(shí)間環(huán)境背景變化的地質(zhì)學(xué)意義，即：海相沉積物自生礦物中(通常指海相碳酸鹽巖)的鍶同位素比值(87Sr/86Sr)，鑒于其在形成過(guò)程中通常與海水之間存在物理化學(xué)平衡，其物質(zhì)組成記錄了海水87Sr/86Sr的演化

27、過(guò)程。而海水中的Sr通常反映了來(lái)自典型洋殼和陸殼物質(zhì)經(jīng)剝蝕或風(fēng)化等過(guò)程產(chǎn)生的可溶性鍶的同位素組成，這些源自洋殼和陸殼具有時(shí)代87Sr/86Sr印記含鍶物質(zhì)，由徑流或海水水解等途徑帶入海水，并在海水中以不同比例混合。由于與地幔物質(zhì)有關(guān)的洋殼(低87Sr/86Sr)及高度結(jié)晶分異的陸殼(高87Sr/86Sr)在地球歷史中的演變比較緩慢，再疊加上87Rb隨時(shí)間衰變形成的部分87Sr，成為地球歷史上海洋鍶同位素組成(87Sr/86Sr)隨時(shí)間演化的主要控制因素，或者說(shuō)海水中的87Sr/86Sr在一定程度上，在有限時(shí)限內(nèi)是時(shí)間的函數(shù)。由于其來(lái)源和控制因素的單一性，使其在地球歷史上演化具有連續(xù)且時(shí)代特征明

28、顯的地層學(xué)意義。鍶同位素在沉積學(xué)中的研究與進(jìn)展隨著海相碳酸鹽鍶同位素測(cè)試樣品溶解技術(shù)和成巖蝕變檢測(cè)方法以及地質(zhì)歷史中海相地層鍶同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的不斷完善，鍶同位素在沉積學(xué)各領(lǐng)域的研究得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。文章綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)在利用鍶同位素進(jìn)行物質(zhì)來(lái)源分析、海相地層定年、古氣候與古環(huán)境分析、水2巖相互作用研究、水文地球化學(xué)研究等領(lǐng)域的最新進(jìn)展及發(fā)展方向。1.鍶同位素的基本地球化學(xué)特征1）鍶有4種天然同位素84Sr、86Sr、87Sr和88Sr,它們都是穩(wěn)定的。其中87Sr是由87Rb經(jīng)B衰變而成,故隨著87Rb的衰變，87Sr在地質(zhì)歷史中是逐漸增多的。實(shí)際工作中，鍶同位素的組成一般用87Sr/86S

29、r值來(lái)表示。2）鍶和鈣在元素周期表中同屬一個(gè)主族且位置相鄰，并且鍶的離子半徑（0.113nm）與鈣的離子半徑（0.099nm）接近，同時(shí)鍶與鉀的離子半徑（0.133nm）也相差不大，所以鍶常常以類(lèi)質(zhì)同象的方式分散在含鈣、鉀的礦物中，如鈣質(zhì)碳酸鹽（尤其是文石）、角閃石和磷灰石等，而很少形成自己獨(dú)立的礦物。3）在化學(xué)與生物化學(xué)過(guò)程中，鍶不會(huì)產(chǎn)生同位素分餾，因而在研究物質(zhì)遷移和變化過(guò)程中，87Sr/86Sr是有效的示蹤劑。4）鍶在海水中的殘留時(shí)間（U106a）大大長(zhǎng)于海水的混合時(shí)間（U1a），因而任一時(shí)代全球海水鍶元素在同位素組成上是均一的，不受緯度、深度的影響。5）海水中鍶同位素有2個(gè)來(lái)源：|大陸

30、古老的硅鋁質(zhì)巖石化學(xué)風(fēng)化所提供的相對(duì)富放射性成因的殼源鍶，具有較高的87Sr/86Sr值，全球平均值為0.7119;洋中脊熱液系統(tǒng)所提供的相對(duì)貧放射性成因的幔源鍶，具有較低的87Sr/86Sr值，全球平均值為0.7035?，F(xiàn)代海水的87Sr/86Sr值便是這2個(gè)來(lái)源鍶混合的結(jié)果，其平均值為0.709073+0.000003。6）海相碳酸鹽巖形成時(shí)，保存了當(dāng)時(shí)地質(zhì)條件下海水鍶同位素組成的信息，因而現(xiàn)在可以通過(guò)對(duì)未受成巖后生變化影響、保存好的碳酸鹽巖（尤其是其中的生物化石）的分析來(lái)獲得過(guò)去的海水鍶同位素記錄。鍶同位素在沉積學(xué)研究中的應(yīng)用隨著鍶同位素研究的不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。如今鍶同位素方

31、法已廣泛應(yīng)用于物源、古氣候與古環(huán)境、水文地球化學(xué)、礦床學(xué)等研究領(lǐng)域，甚至進(jìn)入了象考古學(xué)這樣的非傳統(tǒng)地學(xué)領(lǐng)域。1分析物質(zhì)來(lái)源鍶同位素之所以可作為物源的示蹤劑,其理論依據(jù)為：地質(zhì)歷史中海水的87Sr/86Sr值是時(shí)間的函8786數(shù)，地質(zhì)年代越久遠(yuǎn)，其中8Sr積累越多,8Sr/86Sr值越高。因此可以根據(jù)沉積物的鍶同位素組878786成及其化規(guī)律判讀其物質(zhì)來(lái)源。近年來(lái)，鍶同位素作為物質(zhì)來(lái)源的示蹤劑和記時(shí)器的研究在地球化學(xué)領(lǐng)域取得了一定進(jìn)展。孟憲偉等23對(duì)我國(guó)長(zhǎng)江、黃河流域泛濫平原細(xì)粒沉積物鍶同位素組成的空間變化規(guī)律及其制約因素進(jìn)行研究,初步探討了黃海、東海沉積物物源鍶同位素示蹤的應(yīng)用前景。孫省利等2

32、4研究了熱水沉積巖的物質(zhì)組成，認(rèn)為其主要來(lái)源于地殼內(nèi)部,而非陸源源或海源，說(shuō)明熱水沉積巖是內(nèi)生和外生作用的統(tǒng)一體。利用熱水沉積巖硅、鍶同位素可判斷熱水流體所流經(jīng)途中巖石的性質(zhì)及基底巖石的類(lèi)型是沉積巖還是變質(zhì)巖及火成巖，從而可進(jìn)一步判斷沉積時(shí)盆地是在陸殼還是在洋殼環(huán)境中演化的。張霄宇等25對(duì)南海東部海域表層沉積物進(jìn)行鍶同位素物源示蹤研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)大陸陸源物質(zhì)對(duì)南海東部海域沉積物的貢獻(xiàn)由西向東、由北向南逐漸減小。饒文波等對(duì)黃土高原物質(zhì)來(lái)源進(jìn)行鍶同位素（結(jié)合ND同位素）示蹤研究，認(rèn)為26為塔里木盆地、內(nèi)蒙古中西部沙漠、青藏高原是黃土高原的主要物源區(qū)，而這些物源區(qū)及黃土高原又是遠(yuǎn)東地區(qū)風(fēng)塵的生產(chǎn)地。2

33、.2海相地層定年利用鍶同位素組成進(jìn)行海相地層定年的方法是，將未知年代海相地層中內(nèi)源沉積物（主要是碳酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽等）的8Sr/86Sr值與已建立的地史時(shí)期海水8Sr/86Sr曲線(xiàn)或鍶同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)87868786進(jìn)行對(duì)比，從而可獲得未知地層的年齡228。盡管?chē)?guó)內(nèi)在利用鍶同位素組成和演化曲線(xiàn)進(jìn)行海7,27,28相地層定年方面尚處于萌芽階段,但少數(shù)學(xué)者已做了有益嘗試:如楊杰東等29利用鍶（包括碳）同位素對(duì)蘇皖北部上前寒武系的時(shí)代做了界定；潘家華等30根據(jù)太平洋海山磷酸鹽的鍶同位素組成確定了其形成年代;黃思靜等利用鍶同位素確定了四川龍門(mén)山泥盆系剖Frasnian/Famennian階、以及泥盆/

34、石炭系界線(xiàn)；鄭文武等31對(duì)遼南與蘇皖北新元古代地層作了用鍶（包括碳）同位素對(duì)比及年齡界定；黃思靜等利用鍶同位素標(biāo)定了西藏南部崗巴剖面Cam2panian/Santonian階和Maastrichtian/Campanian階界線(xiàn)；黃思靜等32利用鍶同位素對(duì)塔里木盆地塔中12井一些關(guān)鍵深度（中、上奧陶統(tǒng)的界線(xiàn)）進(jìn)行了年齡標(biāo)定，解決了塔里木盆地地層學(xué)中一些懸而未決的問(wèn)題；黃思靜等”利用四川盆地東北部中）下三疊統(tǒng)界線(xiàn)附近蒸發(fā)鹽的鍶同位素組成，獲得了我21國(guó)上揚(yáng)子地區(qū)中）下三疊統(tǒng)界線(xiàn)的年齡值。這些研究都說(shuō)明我國(guó)海相地層的鍶同位素研究已獲得長(zhǎng)足進(jìn)步，并逐漸成為解決沉積巖定年這一沉積學(xué)、地層學(xué)難題的有效方

35、法之一。然而，國(guó)內(nèi)學(xué)者仍然對(duì)鍶同位素定年的可靠性持懷疑態(tài)度,這可能與國(guó)內(nèi)鍶同位素地層學(xué)的研究精度有關(guān)。影響海相地層鍶同位素定年可靠性的核心問(wèn)題仍然是樣品的成巖蝕變性和分析測(cè)試精度（包括了樣品的溶解處理）,這2個(gè)問(wèn)題可能是造成數(shù)據(jù)較為離散的主要原因。隨著分析測(cè)試儀器的更新及樣品處理經(jīng)驗(yàn)和鍶同位素?cái)?shù)據(jù)的積累，鍶同位素定年的精度會(huì)逐漸提高并得到更為廣泛的應(yīng)用。2.3古氣候、古海洋環(huán)境的研究鍶同位素是地球化學(xué)重要的示蹤手段之一，結(jié)合C、O同位素可以為研究古氣候、古環(huán)境的變化提供定量的依據(jù)。前人研究證明，從未經(jīng)成巖蝕變的代表海水組成的海相碳酸鹽（也包括硫酸鹽、磷酸鹽及其它一些可進(jìn)行鍶同位素分析的內(nèi)源沉積

36、物）所獲得的海水鍶同位素組成和建立的演化曲線(xiàn)是研究全球古海洋事件的重要依據(jù)。海洋中Sr/Sr值是海平面變化的靈敏指示劑，而8786海平面的變化又與構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化密切相關(guān)。通過(guò)分析海相碳酸鹽沉積物（包括硫酸鹽）的87Sr/86Sr值，建立其隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，可確定地層沉積形成時(shí)期的海平面變化特征33Dia等河和Clemens等均研究發(fā)現(xiàn)，海洋鍶同位素曲線(xiàn)與氣候變化相一致，即冰期時(shí)，冰蓋層最大，海網(wǎng)平面最低，海洋Sr/Sr值最小。SophieVerheyden等對(duì)比利時(shí)全新世的洞穴堆積物（如TOC o 1-5 h z878636鐘乳石）的研究發(fā)現(xiàn)，受西歐古氣候影響，海水駐留時(shí)間的改變和風(fēng)化進(jìn)程

37、的改變導(dǎo)致巖石中的Mg/Ca、Sr/Ca和Qr/Sr值發(fā)生變化。HongchunLi等37利用70280Kyr年前的洞穴堆積物（鐘乳石）的D18O、Di3C、Sr/Ca和87Sr/86Sr等值進(jìn)行了古氣候重建，研究發(fā)現(xiàn)影響黃土高18138786原的東亞季風(fēng)夏季風(fēng)，在間冰期比冰期更為強(qiáng)烈。在國(guó)內(nèi)，韋剛健等38所研究的南海浮游有孔蟲(chóng)38的海水鍶同位素變化趨勢(shì)大體表現(xiàn)為，氣候冷期Sr/Sr值為低值，氣候暖期對(duì)應(yīng)于Sr/Sr值87868786為高值。孫志國(guó)等39通過(guò)西沙珊瑚礁鍶同位素研究古環(huán)境并反演青藏高原的隆升。孫志國(guó)40又研究了黃河三角洲貝殼堤的鍶同位素特征，從鍶同位素記錄獲得了4次陸源物對(duì)渤海灣

38、的強(qiáng)輸入事件和2次海退事件。陳俊等41對(duì)陜西洛川黃土剖面中Rb、Sr的含量變化及其在不同粒級(jí)與不同相態(tài)中的分布進(jìn)行研究，從2.6Ma以來(lái)Sr含量總體演化趨勢(shì)與北半球冰量變化模式的相似性驗(yàn)證了高緯度冰蓋生長(zhǎng)與東亞季風(fēng)強(qiáng)度之間存在著耦合關(guān)系。張霄宇等25根據(jù)南海東部柱樣沉積物8Sr/86Sr值，結(jié)合D13C、D|8O同位素?cái)?shù)據(jù)分析認(rèn)為，南海15萬(wàn)a來(lái)經(jīng)歷了2次87861318較大規(guī)模的冰期和3次間冰期。蘇曉云等42對(duì)黃土高原洛川黑木溝黃土剖面中的鍶同位素研究也顯示，黃土2古土壤Sr/Sr曲線(xiàn)大體上與海水Sr/Sr曲線(xiàn)具有同步的變化。楊杰東等8786878643測(cè)定了7MaB.P.以來(lái)靈臺(tái)剖面紅粘土

39、和黃土2古土壤序列的酸不溶物Sr和Nd同位素組成，研究樣品酸不溶物87Sr/86Sr變化可明顯分為2個(gè)階段：第一個(gè)階段,72.5MaB.P.,為紅粘土TOC o 1-5 h z8786層，酸不溶物8Sr/86Sr穩(wěn)定位于高值，反映了東亞冬季風(fēng)處于相對(duì)平穩(wěn)的弱勢(shì)；第二個(gè)階段，從87862.5MaB.P.到現(xiàn)在，酸不溶物87Sr/86Sr呈下降趨勢(shì)，波動(dòng)加強(qiáng)，反映了東亞冬季風(fēng)不斷增強(qiáng)，并8786且冬季風(fēng)和夏季風(fēng)交替變化加強(qiáng)。饒文波等26對(duì)黃土高原黃土酸溶物鍶同位素研究得出，8Sr/268786Sr值清楚地記錄了夏季風(fēng)演變的信息，而殘余物Sr比值明顯反映了冬季風(fēng)的變化特征。這些研究表明,8Sr/86

40、Sr值變化反映了全球氣候變化，可作為氣候演變的替代指標(biāo)之一。但值得8786注意的是，海水鍶同位素變化曲線(xiàn)與海平面變化曲線(xiàn)并非簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是因?yàn)楹ＫJ同位素組成與演化的控制因素是多方面的，在利用海水鍶同位素分析古氣候、古環(huán)境時(shí)一定要綜合考慮各種控制因素。例如黃思靜等44對(duì)晚二疊世）早三疊世海水鍶同位素演化主要趨勢(shì)和控制因44素的研究得出，造成該時(shí)期鍶同位素組成和演化與全球海平面升降不一致的原因可能有以下幾方面洋中脊快速擴(kuò)張；晚二疊世的裂谷作用；二疊）三疊紀(jì)界線(xiàn)的生物絕滅事件及其后三疊紀(jì)初期的生態(tài)蕭條，造成全球大陸植被缺乏和風(fēng)化速率加快。除了海相碳酸鹽和其它內(nèi)源沉積物的鍶同位素研究以外，碳酸鹽（以及其它有關(guān)礦物）的鍶同位素研究還有著更為廣闊的前景。近年來(lái)，碳酸鹽的鍶同位素組成