目的 晚奥陶世—早志留世是地球演化史上的关键转折期,以赫南特冰期和奥陶纪末生物大灭绝事件为核心标志,但该时期地质年代框架的精度仍存在较大争议,制约了对生物灭绝机制与气候演化过程的深入理解。本研究旨在通过旋回地层学与同位素测年的交叉融合,建立晚奥陶世—早志留世的高分辨率绝对天文年代标尺,为重大地质事件的精细时间约束提供科学依据。 方法 以四川长宁双河、重庆綦江安稳和湖北宜昌王家湾三个剖面为研究对象,对采集的高分辨率元素数据(Si、Fe、Ca、Al、Rb/Sr等),利用AnalySeries和Acycle软件进行旋回分析,识别米兰科维奇旋回信号;通过COCO/eCOCO和TimeOpt方法估算沉积速率,建立浮动天文年代标尺;同时对剖面火山灰层进行CA-ID-TIMS锆石U-Pb测年,获取绝对年龄锚点,实现深度域到时间域的精确转换。 结果 (1)在XRF元素序列中识别出稳定的对应于405 kyr和~100 kyr长短偏心率周期的沉积旋回,双河、安稳和王家湾剖面分别建立了长度为12.2 Myr、10.3 Myr和2.75 Myr的浮动天文年代标尺;(2)由于双河剖面的地质记录最全,旋回分析结合火山灰层U-Pb年龄(双河剖面:438.47±0.17 Ma),标定的奥陶纪/志留纪界线和赫南特阶底界线年龄442.34±0.22 Ma和443.78±0.22 Ma可作为未来国际地质年代标准;(3)赫南特阶的持续时间在双河剖面为1.44 Myr,而在王家湾剖面约为0.41 Myr,推断王家湾剖面可能存在沉积间断;(4)古气候指标与海平面变化均显示出1.2 Myr和2.4 Myr的长周期波动。 结论 建立了晚奥陶世—早志留世高精度天文年代标尺,显著提升了该时期地质年代框架的精度,揭示了奥陶纪末生物大灭绝事件的快速发生过程。天文周期对该时期气候—环境演化具有显著的驱动作用,为深入理解奥陶纪末生物大灭绝的触发机制提供了关键时间约束。
意义 细粒沉积岩物质来源研究作为细粒沉积岩“源—汇”系统理论中的首要环节,对恢复古环境、理解细粒沉积岩形成机理和预测非常规油气资源等方面具有重要意义。细粒沉积岩具有物质组成粒度较小、成分复杂、观察研究难度大的特点,且不同物质成分对应多样的物质来源和成因。纵观国内外现有的研究成果,目前仍旧缺乏针对细粒沉积物质来源及成因研究成果的系统性梳理和归纳总结。【进展】综合当前研究成果,将细粒沉积岩的物质来源归纳为陆源、内源和火山—热液源三大类。对常见细粒沉积物来源及成因进行了深入的归纳和总结,指出:(1)黏土矿物为陆源物质风化成因、成岩作用阶段其他矿物转化成因和黏土矿物之间转化成因、海底火山物质海解成因以及胞外聚合物生物介导作用成因;(2)石英主要源于陆源物质风化、盆内生物作用、火山凝灰物质脱玻化作用以及成岩作用;(3)长石源于陆源碎屑物质风化,火山—热液作用输入,近年来相关研究也发现长石能够由微生物化学作用形成;(4)碳酸盐矿物主要是内源物质,其能够在盆内由化学作用、生物—化学作用、生物作用和搬运再沉积作用形成,另外陆源物质和火山—热液源物质的输入不仅能直接为细粒沉积岩提供碳酸盐矿物,也会促使盆内碳酸盐矿物的形成;(5)黄铁矿主要由铁和硫两大成矿元素在盆内分别经过异化铁还原作用和铁穿梭机制主导还原作用、微生物还原作用和硫酸盐热化学还原作用形成;(6)有机质可划分为陆源的镜质体、惰质体和部分类脂体以及内源的部分类脂体、动物有机碎屑和次生有机质。【结论与展望】未来细粒沉积岩物质来源及成因的研究将围绕多学科、高精度等方面发展,当下仍亟待一套适用于细粒沉积岩物源研究的系统方案。细粒沉积岩物质来源和物质成因的系统性梳理与总结,增进了对细粒沉积物质来源和形成机制的理解,从而推动细粒沉积学理论的发展,为明确细粒沉积地层的展布特征、预测非常规油气资源的分布提供坚实的理论基础和科学依据。
意义 海泡石作为一种具有独特纤维状晶体结构的黏土矿物,因其高吸附性和热稳定性在地质领域展现出重要的应用潜力。【进展】海泡石的成因有直接沉积型、陆源搬运沉积型、成岩蚀变型。直接沉积型受元素浓度和酸碱度等化学条件的控制,陆源搬运沉积型与地质环境及气候条件密切相关,成岩蚀变型受埋藏深度和热液流体性质的影响。海泡石普遍形成于富镁硅、贫铝的碱性还原环境中,并在热动力演化过程中经历相变,转化为滑石或蒙脱石等矿物,从而构建出不同的沉积—成岩演化路径。在地质应用方面,海泡石凭借优异的吸附性能,可高效富集有机质,为烃源岩的形成提供物质基础,显著提高其生烃潜力和质量。海泡石层系的成岩流体有助于促进凹陷边缘高能滩灰岩转化为优质的白云岩储层,进而孕育出自生自储和下生上储的两种油气成藏模式。此外,含海泡石层系的厚度和分布不仅可以反演古地貌的起伏特征,也能够有效预测油气藏的区域,为油气勘探提供重要的依据。在古环境方面,海泡石形成过程还记录了蒸发环境、水位变化、气候演化以及缺氧事件等多种信息,可用于揭示区域重大地质事件。【结论与展望】海泡石在油气勘探、古地貌重建和古环境恢复中展现出重要的研究价值,利用海泡石获取古环境条件、提升对含海泡石层系厚度的地震资料解析能力、发展含海泡石层系油气的勘探将是未来海泡石的发展走向。
意义 沼泽在地质历史上是煤沉积的基本环境,不仅为探究地球历史、古气候及环境演变提供了珍贵的信息,还在全球碳循环进程中扮演着重要角色。【进展】基于Web of Science数据库,以常用沼泽英文词汇为检索关键词,分析地质学领域沼泽研究的时间演进及国家分布趋势,深入探究煤地质学中沼泽的研究热点,同时对沼泽英文术语的应用给出简化建议。研究结果表明:(1)从1943年到2023年,全球有123个国家/地区参与到沼泽研究之中,2000年是沼泽研究升温并成为热点议题的节点;(2)关于沼泽的研究主题包括煤沉积环境及其演化、古野火、大气沉降、碳聚集、古气候和古生态等;(3)Mire用于对沼泽进行统称。当需要强调空间分布时,低位沼泽适宜用fen,高位沼泽建议用bog表述;当需要凸显生态或植被特征时,建议引入swamp或marsh。【结论与展望】该研究对于理解国际沼泽研究的发展进程、把握煤地质学中沼泽的研究热点以及规范沼泽英文词汇的应用具有借鉴意义。
目的 东昆仑山作为青藏高原北部显著的地貌分界带,其山脉初始隆升的时间问题,仍存在较大争议。 方法 整合东昆仑地区37项低温热年代学研究成果,包括203个磷灰石裂变径迹数据和142个磷灰石(U-Th)/He数据,通过可视化低温热年代学年龄分布、建立平均径迹长度与年龄关系以及汇编热历史模拟结果,综合分析东昆仑新生代隆升历史。 结果 晚白垩世以来,东昆仑山地表岩石普遍呈相对稳定或缓慢冷却的状态,滞留在磷灰石裂变径迹部分退火带和磷灰石(U-Th)/He部分保留带,未形成广泛的正地形。直到约20 Ma,东昆仑山发生初始广泛隆升,伴随着岩石相对地表约2 km的位移。 结论 这一认识为理解古柴达木盆地解体时间、青藏高原北部早中新世古海拔历史、隆升过程和动力学机制提供了新的证据。
目的 华南地区扬子陆块广泛保存了新元古代成冰纪“雪球地球”时期的沉积记录,该时期冰川研究一直是沉积学热点问题,但西缘康滇裂谷和扬子陆块北缘—秦岭南缘裂谷盆地成冰纪沉积岩的报道相对较少。 方法 以扬子陆块北缘汉中地区钢厂—元坝剖面为研究对象,在剖面实测基础上,对冰期沉积岩底部沉凝灰岩和上部砂岩中的锆石进行了U-Pb定年分析(LA-ICP-MS法),并探讨了冰期持续时间、沉积充填特征及区域对比。 结果与结论 在汉中地区新元古代成冰纪沉积岩中识别出下、上两套冰碛岩,均为陆相冰川,冰碛岩之间和之上发育砂岩和粉砂岩。冰碛岩底部与莲沱组分界处沉凝灰岩锆石最年轻谐和年龄的加权平均值为(719±11) Ma(MSWD=0.75),表明其可能形成于Sturtian冰期,两套冰碛岩大致对应于南华系长安组和古城组。这套冰期沉积岩不仅可与盆地内镇巴、城口地区同期沉积岩对比,而且跟华南其他地区Sturtian冰期沉积岩的发育规律也有相似性。
目的 湘西地区广泛发育新元古代海相沉积型锰矿床,深入研究这些锰矿的沉积氧化还原条件有助于揭示其成矿机理,约束成矿期海洋锰循环过程,为区域成矿潜力评估提供理论支撑。 方法 对湘西民乐地区南华系大塘坡组的16件不同品位锰矿样品开展了矿物学、元素地球化学和无机碳同位素分析。 结果 高品位(MnO>20%)和中等品位(10%<MnO<20%)锰矿中富锰矿物以半自形粒状微晶(<5 μm)菱锰矿为主,相对富集轻的碳同位素(δ13C=-10.4‰~-8.3‰);而低品位(MnO<10%)锰矿中则以大粒径(>20 μm)半自形板片状菱锰矿为主,相对富集重的碳同位素(δ13C=-7.4‰~-5.3‰)。高品位锰矿沉积于氧化环境,中等品位锰矿沉积于贫氧环境,低品位锰矿沉积于缺氧环境。此外,高品位锰矿具有高Eu*值和高Fe/Ti值等热液沉积地球化学特征。 结论 中—高品位锰矿中菱锰矿由初始沉淀的锰氧化物在成岩过程中与有机质反应形成;低品位锰矿中的菱锰矿则可能是在高碱度条件下,水体中Mn2+与CO直接结合形成。黔东北深水盆地的气—热液喷溢活动可能为湘西地区锰矿床形成提供了Mn2+来源,而盆地底水氧化则是该地区锰富集成矿的关键控制因素。
目的 罗家窝棚组是松嫩平原东南缘下更新统的一套紫红色砂砾石堆积地层,针对该地层开展黏土矿物分析有利于深入理解该区域古气候特征,明确其地层时代。 方法 对罗家窝棚组开展全岩地球化学、黏土矿物X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)等分析,揭示该地层黏土矿物组成及转化特征,并与黄土高原红黏土层的黏土矿物组成进行对比。 结果 罗家窝棚组黏土矿物组成以高岭石为主(含量57%~73%),伊利石(含量25%~41%)次之,黑云母/蛭石混层矿物含量最少(平均含量为1%)。高岭石呈假六方片状,自形程度和结晶度高指示其自生成因,较高的伊利石结晶度(平均值为0.55)及化学指数(平均值为0.50)、黏土/石英比值较高均指示强烈的风化程度。黏土矿物转化过程为伊利石→高岭石,黑云母→黑云母/蛭石混层矿物→高岭石,与常量元素4Si-M+-R2+三元图解具有高岭石化趋势一致,结合该组地层较高的化学蚀变指数(CIA)和赤铁矿/针铁矿值,共同指示该地层处于强风化的湿热气候环境。 结论 推测罗家窝棚组形成于湿热的气候背景,并非前人认为的冰碛物堆积,该地层的地质年代可能为早更新世之前东亚夏季风盛行的湿热时期。
目的 海南新英湾保留了更新世以来相对完整的海相地层沉积记录,且由于其封闭性以及稳定性,成为反演南海北部更新世以来环境变化的良好窗口。 方法 对新英湾南岸获取的地质钻孔进行了全岩主量元素、Sr-Nd同位素地球化学分析,重建了这一区域更新世以来沉积物物质来源以及古气候、古环境演化过程,并探讨了其驱动机制。 结果 钻孔自下而上具有较为明显的三段特征,底部U1段具有较低εNd(0)值和较高的87Sr/86Sr值,中部U2段具有较高的Al/Ti、K/Ti、Fe/Ti、Mg/Ti值。物源分析结果表明,钻孔沉积物来源于中酸性源区,底部U1段含较多古老的沉积物质,且Sr-Nd同位素比值与红河沉积物相似,U2、U3段沉积物则与海南岛内白垩纪、二叠纪长英质花岗岩相似。古环境分析显示这一区域更新世以来经历了寒冷—暖湿—干冷的气候变化过程。 结论 结合前人年代学研究,U1段对应北半球最冷的MIS16期,干冷的气候且较低的海平面使得印支大陆碎屑沉积物能输送至新英湾。随后东亚夏季风增强,气候由寒冷干燥向温暖湿润转变,海平面上升导致U2段源区以海南岛内花岗质岩石为主。U3段经历区域构造抬升,沉积源区以岛内花岗岩为主。
目的 毛乌素沙漠南部古今沙丘微量元素记录了风化、搬运和沉积过程的环境信息,分析这些信息有助于深入认识该区的沉积物来源及气候演化特征。 方法 采集毛乌素沙漠南部现代沙丘与古沙丘样品,分析磷(P)、铅(Pb)和铷(Rb)等14种微量元素含量特征和相关性,探讨不同类型沙丘微量元素含量的差异及空间分布特征。 结果 (1)古今沙丘微量元素以Ba、Sr、P元素为主,As、Nb、Cu三种微量元素含量较低,其分布规律具有一定的区域性。(2)固定沙丘微量元素含量明显高于流动沙丘,主要与沙丘的性质及植被覆盖有关;而古沙丘中微量元素的含量高于现代沙丘,主要受沉积历史、气候变化及特殊的地貌位置等因素影响。(3)古今沙丘中Sr/Cu、Rb/Sr和Sr/Ba的含量比值相当,表明两者形成于相似的沉积环境。 结论 古今沙丘微量元素含量和不同类型沙丘微量元素存在一定的相似性和差异性;古沙丘微量元素含量变化规律一定程度上可以为现代沙丘的来源提供线索;古今沙丘中微量元素比值具有一定的气候环境指示意义。