地学前缘

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沉积记录与白垩纪地球表层系统变化

王成善曹珂黄永建

2009, 16(5): 1.

摘要 ( 1852 )

PDF(2538KB) ( 1228 )

地球表层系统是由岩石圈、大气圈、水圈和生物圈相互耦合和变化组成的复杂巨系统。白垩纪是地球表层系统研究的典范，在地球表层各圈层发生了众多重大地质事件。晚白垩世巨大的地幔热异常引起海底扩张速度变快，导致大量海底高原和海山的形成；同时，冈瓦纳大陆裂解，南北大西洋贯通，新的大洋水道形成，可能造成大洋环流格局的大变化。洋壳体积的增加可能使白垩纪海平面比现在高出200~300 m，大规模海侵也在晚白垩世中期达到最大范围。在这个过程中，火山作用释放出来的营养物质和火山气体的反馈作用造成的大量陆地营养物质的流入共同促使大洋水体富营养化和普遍缺氧，造成“大洋缺氧事件”。CO2浓度的升高（为现今的4~10倍）是火山排气作用的直接结果，其“温室效应”也被认为可能是促成白垩纪大气和海水高温的重要原因（高于现在10 ℃）。大洋红层（CORB）是最新提出并被广泛接受的白垩纪重要地质事件，被定义为一套分布在从外陆棚到CCD面之下深水盆地的，在富氧、低生产力和贫营养条件下较低速沉积形成的品红—红色—棕色的细粒远洋沉积物。这些发生于地球表层各圈层的重大地质事件以能量循环的方式（具体表现为C、S、P、H、O等元素循环）相互耦合和变化共同支撑着地球表层系统的运转。但是科学界对这些重大地质事件的成因机制及其所引起的全球变化性质还没有形成一致意见，原因之一就是缺乏对陆相沉积记录的研究。陆相白垩系的广泛发育和“松辽盆地白垩系科学钻探”工程的顺利实施共同构成了中国在白垩纪地球表层系统研究上的地域和材料优势，结合中国在白垩纪地球表层系统重大地质事件研究中已经形成的学术优势，从地球系统科学的角度出发，通过多学科交叉研究将是解决以上问题的关键。

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浅析新生代气候变化与大气温室气体浓度的关系

周鑫郭正堂

2009, 16(5): 15.

摘要 ( 1657 )

PDF(2102KB) ( 1100 )

摘要：根据国内外相关研究结果,对新生代气候变化与温室气体(特别是CO2)浓度在不同时间尺度上的可能关系进行初步归纳和探讨。在构造、轨道和千年时间尺度上,气候变化和温室气体浓度均有显著的相关性,表明温室气体无疑是影响地球气候系统的重要因素。同时,两者亦具有显著的“非耦合”特征,包括新近纪构造尺度上CO2相对稳定水平下的全球变冷和冰量扩张、轨道和千年尺度上CO2浓度变化滞后于气候变化、两半球气候的不对称演化等;两者变化的幅度、趋势和变率也常有不同。这些特征中的多数并不能用地球轨道参数的变化来直接解释,表明除太阳辐射和温室气体外,气候系统内部的其他一些因素或过程有时对过去的气候变化起到了决定性的作用。气候变化与温室气体浓度之间可能存在一种自调节功能,构成一个自调节系统而相互调控,而目前我们对这类过程与机理所知尚少。CO2、CH4等作为温室气体,在上述不同时间尺度的气候变化过程中,无疑对气温具正反馈效应。地质尺度上气候变化与温室气体浓度的关系与机理有助于理解当前全球增温的机制,但把过去与现在类比的同时,也要考虑其他边界条件的不同。加强气候模拟与记录对比的研究,对理解上述问题有望发挥重要作用。
关键词：新生代气候;温室气体;碳循环;人类活动

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沉积记录对白垩纪中国大陆古气候模拟的约束

曹珂王猛

2009, 16(5): 29.

摘要 ( 1549 )

PDF(1310KB) ( 941 )

摘要：古气候模拟已经成为白垩纪古气候研究中不可替代的技术手段。但是目前中国白垩纪陆相古气候模拟的一些关键边界条件尚未完全确定。通过白垩纪沉积记录对中国大陆白垩纪古海陆边界和古地形做出约束。早白垩世,新疆西南部喀喇昆仑地区可能存在喀喇昆仑海湾,在东北松辽盆地东侧有乌苏里湾;晚白垩世,受全球海平面上升的影响, 特提斯海向北延伸,新疆西部地区存在塔西南海湾和喀喇昆仑海湾;而受燕山运动的影响,乌苏里湾向东退出松辽盆地,影响变小。在古地形方面,认为东北大兴安岭,西北天山、祁连山、昆仑山等山脉,西南云贵高原、川西高原、横断山,秦岭—大别山在白垩纪时均已形成并隆升到一定高度;指出“东部高原”和“沿岸山脉”的存在与否可能对白垩纪古气候状况产生深远的影响。此外, 还讨论了沉积记录与古气候模拟结果的对比、验证对中国大陆白垩纪古气候重建的重要作用。

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晚中生代地球表层重大地质事件的陆地环境剧变与生物群演替响应

柳永清旷红伟姬书安吕君昌刘燕学江小均彭楠

2009, 16(5): 37.

摘要 ( 2614 )

PDF(2391KB) ( 1091 )

摘要：晚中生代时期华北东北部发育燕辽生物群、热河生物群和阜新生物群陆地生物群。它们的快速演变过程和华北克拉通上同时期发育的岩石圈减薄、大面积强烈岩浆活动、变质核杂岩及伴随的伸展盆地等地球表层重大地质事件并行发生,表现着地壳表层系统圈层间的相互作用和响应。生物群的繁盛与灭绝与地球表层大规模岩浆火山活动(髫髻山组—张家口组和大北沟组—义县组)发育时代高度协同一致。地球表层重大地质事件直接或间接地控制或改造着地球表层古地理和古生态环境,生物群只得调整自身去适应环境和生态背景的改变。火山岩浆活动改变着地质生态环境,生物群都紧密联系多期次火山岩浆活动,化石也都被埋葬在沉积火山碎屑岩中。华北克拉通破坏重大地质事件发生响应于全球变化和统一地球表层系统。盆地沉积充填序列、特殊陆相环境沉积建造、特殊环境沉积物等记录了响应的古地理、古环境变化与响应。陆地生物群分布、演化、更替与精确定年,脊椎无脊椎生物(化石)埋葬特征,生物演化速率、消长关系和生物群(组合)更替的形式和性质,以及脊椎动物骨骼、牙齿的常量、微量元素、H-B-C-N-O-S 和C-O-Sr等地球化学特征的研究可以恢复和重建古地理、古生态环境和古生态系统。

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白垩纪早期陆相特殊沉积的分布特征及气候意义

向芳宋见春罗来田馨

2009, 16(5): 48.

摘要 ( 6804 )

PDF(2371KB) ( 10681 )

通过对地质资料的系统总结,认为白垩纪存在有如下具有气候意义的陆相特殊沉积类型:钙质沉积、可燃性有机岩、蒸发岩、沙漠沉积体系、红土型风化壳、铁质沉积、含铜沉积、火山相关沉积、灰岩、白云岩和膨润土。利用所获得的早白垩世6个时期特殊沉积的分布图,可以对不同类型特殊沉积的时空分布特征进行讨论。结合特殊沉积所代表的气候意义,可归纳出如下气候指标:可燃性有机岩、与黑色(泥)页岩相伴生出现的黄铁矿及菱铁矿、膨润土是温暖潮湿气候的标志;红土型风化壳、三价铁质沉积是湿热—热气候的标志；石膏、灰岩反映了暖干气候。岩盐、钙芒硝、沙漠沉积体系、白云岩反映了干热环境。火山相关沉积可反映高温环境。钙质沉积、含铜沉积反映干旱—半干旱气候。根据特殊沉积的分布组合特征,可划分出6种气候类型:（1）暖湿气候;（2）暖湿—暖干气候;（3）暖干气候;（4）热干—干旱气候;（5）干热—暖干气候;（6）干热气候。气候区在BerriasianBarremian期主要表现以纬向分布为特点,Aptian期和Albian期体现出纬向和经向两种分布方式的叠加,同时在中东部地区的气候带类型增多。其中Hauterivian期最干热,Albian期最湿润。

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浙闽地区白垩纪中期古土壤类型与古气候

李祥辉陈斯盾曹珂陈云华徐宝亮季燕南

2009, 16(5): 63.

摘要 ( 2111 )

PDF(2466KB) ( 1051 )

对浙江西南和福建西南数个小型沉积盆地的11个剖面和观察点进行了地质调查,在中国大陆第一次识别了白垩纪中期三种古土壤类型,分别是粘土红壤、钙质土壤和铁质土壤型。粘土红壤型以发育红色(粉砂质)泥岩、生物潜穴、植物根系(根迹)为特点,钙质土壤型以发育紫灰色调钙质泥岩、钙质结核(含姜结石)为标志,铁质土壤型显示了紫红和橙黄色调泥岩、粉砂岩与铁质皮壳及结核组合。进而提出,白垩纪中期的阿普特期阿尔布时期,在浙江西南金华—衢州—丽水盆地、中部的永康盆地大量发育钙质土壤,以横山组、中戴组、金华组、馆头组和朝川组为代表,属于亚热带干旱—半干旱气候产物;在闽西南地区出现丰富的铁质氧化型土壤,由板头组、均口组和沙县组为代表,反映热带半干旱气候;之后的白垩纪中期赛诺曼期(衢县组)在浙西局部地区气候变为亚热带温湿气候,古土壤变为粘土红壤型,开始产生较为丰富的生物活动,而闽西南主体气候格局可能不变,但沉积建造因区域构造断隆作用转变为巨厚的“丹霞”砾岩。

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陆相特殊沉积的研究方法及气候意义

田馨向芳罗来宋见春

2009, 16(5): 71-78.

摘要 ( 1858 )

PDF(1026KB) ( 1359 )

陆相沉积形成于地圈与水圈、大气圈和生物圈的交界面上,比海相地层更有效地记录了地球表层环境的信息。通过对沉积岩中沉积物的粘土矿物、气候指数、氧同位素测温等研究,获得关于气候干湿冷暖的信息。基于对这些常用方法的研究,提取出一些陆地上的特殊沉积，如：陆相红层、沙漠沉积体系、蒸发岩、煤及油页岩等所包含的丰富气候信息。沙漠代表干旱炎热气候;陆相红层的出现反映高温氧化环境,其在干旱和潮湿的热带气候下都能形成;芒硝代表干冷的气候环境;石膏则代表干热,水体盐度高,蒸发作用强的气候条件;煤层/油页岩一般形成于温暖潮湿的气候环境。对特殊沉积的研究可以用来重建古气候和恢复大陆古环境。

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浙东新近纪一种栎属植物化石微细特征及其古环境指示

贾慧孙柏年李相传肖良吴靖宇

2009, 16(5): 79-90.

摘要 ( 1852 )

PDF(2662KB) ( 657 )

归于壳斗科栎属的一种植物化石黄毛青冈(亲缘种)Quercus aff. delavayi Franch 采于浙江天台中新统下南山组。该化石不仅具有与现生黄毛青冈Quercus delavayi Franch 相似的叶形态结构,而且两者表皮微细构造亦颇为一致,宏观和微观特征表明,当前材料与现生黄毛青冈具有一定的亲缘关系。通过研究不同时间、不同地点现生黄毛青冈的表皮微细特征,发现黄毛青冈毛基的个体发育重演了青冈亚属毛基的系统演化。进一步比较化石与现生材料的毛基参数及其他表皮特征,推论浙江天台中新世的古气候较现在温暖湿润,根据现生与化石黄毛青冈气孔比率计算出浙江天台中新世古大气CO2体积分数为(39522±561)×10-6。

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青藏高原东缘叠溪海盆地40~30 ka BP高分辨率
快速气候变化记录

张岩朱利东杨文光罗虹姜琳何大芳刘娟

2009, 16(5): 91-98.

摘要 ( 1781 )

PDF(1482KB) ( 866 )

对岷江上游地区叠溪古堰塞湖底部沉积物进行AMS14C定年,得到其沉积时间起始时间约为405 ka BP。通过沉积物粒度特征的研究得知,粒度指标可以反映降水量变化进而反映气候干湿变化,此外,粒度均值曲线与格陵兰冰心(GISP2)及南京葫芦洞石笋氧同位素曲线的显著相似性说明,粒度特征对全球性气候变化有响应,可以反映气候的冷暖变化。由此,研究区古气候演变可以划分为3个阶段:阶段Ⅰ(405~334 ka BP)气候冷干,阶段Ⅱ(334~317 ka BP)气候暖湿,阶段Ⅲ(317~311 ka BP)气候较暖湿。而粒度均值曲线与冰心及石笋氧同位素曲线的差异,一方面可能是由于地理位置的差异,另一方面可能与当时太阳辐射变化情况以及季风作用有关。

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山西娘子关泉钙华记录的MIS12/11以来的气候和植被历史

刘再华孙海龙张金流

2009, 16(5): 99.

摘要 ( 1593 )

PDF(1581KB) ( 1084 )

对山西娘子关绵河不同阶地上沉积的泉钙华进行了高精度的230Th定年和碳氧稳定同位素组成测定。结果发现，绵河II级阶地沉积的娘子关泉钙华的最老年龄在407～466 ka,远老于早前通过钙华中的石英砂热发光法(TL)获得的年龄,即绵河II级阶地上的娘子关泉钙华是在中更新世MIS12/11阶段形成的,而非原来认为的是晚更新世的产物。由此推测,绵河III级阶地娘子关泉钙华形成的年代更早,可能是中更新世的MIS14/13阶段。230Th测年获得的绵河I级阶地顶部的钙华形成于5 ka前,即是在全新世中期以前形成的。结合钙华规模及其碳氧稳定同位素组成分析进一步发现,上述绵河三级阶地上的娘子关泉钙华均主要是湿热气候下的产物。然而,自II级阶地钙华形成至今,气候总体上在向干冷方向发展,泉域植被则呈现退化的趋势。

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藏南地区海相白垩系富有机质沉积的影响因素浅析

王立成王成善李亚林魏玉帅

2009, 16(5): 107.

摘要 ( 1735 )

PDF(1563KB) ( 1466 )

藏南地区白垩纪时期广泛沉积了一套海相富有机质沉积物,而其中与CT界线缺氧事件有关的黑色页岩引起了广泛关注。但是,其有机碳含量与西特提斯相比明显偏低。因此,有关该区对海相白垩纪富有机质沉积影响机制的认识显得尤为重要。文中选取前人研究程度较高的岗巴宗山Ⅱ剖面、定日贡扎剖面和江孜加不拉剖面、床得剖面,利用其相关数据,定量计算了这些剖面的沉积速率、堆积速率和古生产力值。结果表明,藏南地区沉积速率以CT界线时期最高,而岗巴、定日地区与江孜地区的沉积速率表现出较大的差异,这主要与沉积环境有关;并且在沉积速率<4 cm/ka时,随着沉积速率的增加,有机碳含量随之增加,而沉积速率较大时,则关系不明显。江孜地区初级生产力较低,其缺氧期黑色页岩的形成并不是高生产力的结果,可能与缺氧条件的保存作用相关;对于岗巴和定日地区而言,尽管计算的古生产力较低,但碳同位素正偏以及推测存在的沿岸上升洋流表明,该区白垩纪富有机质沉积拥有高的初级生产力和缺氧的保存条件,表明该区有良好的古海洋条件,富有机质沉积的形成是高生产力、缺氧的保存条件以及低的沉积速率(<4 cm/ka)共同作用的结果。而产生有机碳偏低,从而使得计算的古生产力值偏低的原因,则可能与成岩后期强烈的风化作用,导致有机碳的损失有关;另外定日地区CT期有机碳含量偏低则还与其沉积物粒度有关。

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燕山地区16~10 Ga时期碳酸盐岩碳、氧同位素
组成、演化及其地质意义

旷红伟李家华彭楠罗顺社岑超

2009, 16(5): 118.

摘要 ( 2027 )

PDF(2456KB) ( 790 )

依据实测的燕山地区(16~10 Ga)高于庄组—景儿峪组114个碳、氧同位素数据,研究、讨论了中、新元古界碳酸盐岩碳、氧同位素组成、演化及其地质意义。研究表明,燕山中、新元古界由下至上的地层序列上,碳、氧同位素表现明显的旋回性演化特征,二者多显正相关关系;δ13C在-3‰~3‰区间低幅、高频振荡;δ18O则表现为-2‰~-8‰的高幅、高频波动;δ13C值的增大与沉积环境由潮间向潮下演变、海平面上升、海水变淡、生物量增多相关;降低的δ13C多代表潮间—潮上环境。高于庄组瘤状灰岩及洪水庄组页岩δ13C为低负值,代表最大海泛期沉积。氧同位素组成和变化指示研究区总体为咸化环境,杨庄组上部和雾迷山组下部古海水盐度最高,之后盐度逐渐降低,至雾迷山组上部又有所升高。研究区与天津蓟县和北京十三陵地区的中、新元古代碳酸盐岩碳、氧同位素组成与演化表现出明显的相似性,反映了它们共同受燕山裂陷槽发育的控制;同时,与北美Belt超群和俄罗斯乌拉尔里菲期碳酸盐岩碳、氧同位素组成、演变的高度协同性,又说明了中、新元古代碳酸盐岩中碳、氧同位素组成、演化响应于全球古海洋背景和地球化学条件。

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藏南晚白垩世旋回地层学研究:以定日贡扎剖面为例

马超王成善陈曦黄永健

2009, 16(5): 134.

摘要 ( 1478 )

PDF(1671KB) ( 1355 )

旋回地层学是提高地质年代标尺精度的一种重要方法。特提斯海相沉积是旋回地层学研究的良好对象,与西特提斯比较,东特提斯的旋回地层学研究程度较低,第四纪之前的研究精确度有待进一步的提高。西藏南部广泛出露海相白垩系,其中定日贡扎剖面出露的上白垩统尤为连续和完整。在对贡扎剖面野外观察及其层束厚度测量的基础上,通过快速傅立叶变换(FFT),分析该地层蕴含的地球轨道周期,得到了与理论值较为接近的结果:偏心率周期,4092 ka/周期(E1),1279 ka/周期(E2),93 ka/周期(E5);斜率周期,512 ka/周期(O1),409 ka/周期(O2),389 ka/周期(O2)。在功率谱分析过程中,利用层束和超层束组的关系进行了调谐的处理,并比较调谐前后结果,来确定调谐的重要性,证明该地层沉积速率的变化:地层由老至新,其沉积速率的变化趋势整体为由小变大,变化范围为086～253 cm/ka。进一步对比东西特提斯和其他地区研究结果,证明东西特提斯海相沉积在外形、成因和所蕴含的轨道周期的一致性,地球轨道周期变长与理论值变化的一致性。最后给出了下一步工作的建议。
关键词：藏南; 定日; 晚白垩世; Coniacian阶; 旋回地层学

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白垩纪中期海相富有机碳沉积的地球生物学背景

贾建忠万晓樵张翼翼赵静

2009, 16(5): 143-152.

摘要 ( 1831 )

PDF(1810KB) ( 926 )

白垩纪中期(约125~88 Ma)海相富有机碳沉积广泛发育于全球各主要洋盆和沉降区,是许多大油田的重要烃源岩。文中从地球生物学的角度探讨了当时海相富有机碳沉积的地质背景和主控因素,认为在白垩纪中期全球事件频发的特殊背景下,保存条件(大洋缺氧)和生产力的提高共同控制了有机质的富集。大洋缺氧不但加快了海洋生物的灭绝和更替,使有机质大量堆积,而且促进了营养元素(P、N、Fe等)的再生和厌氧自养型海洋微生物(如蓝细菌、绿硫细菌和古菌类等)的极度繁盛,提高了生产力水平;而高的生产力又反过来加剧了海洋的缺氧。新的研究成果(Os同位素证据)表明,白垩纪大规模海底火山作用引发了持续的温室效应和海水循环的静滞、紊乱以及弱上升流发育,进而导致生产力的提高和大洋缺氧事件(OAE)的发生,最终造成有机质的广泛堆积和保存。

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色度学方法的深时研究:以藏南贡扎剖面白垩系赛诺曼/土仑阶为例

李林周锡强黄永建马超

2009, 16(5): 153-159.

摘要 ( 1941 )

PDF(1456KB) ( 701 )

色度学方法在揭示未固结或半固结沉积物沉积时的古气候方面有着良好的应用,但成岩或成岩后演化对原岩成分的改造使得其在已成岩岩石中的应用还不多。文中以藏南定日贡扎剖面白垩系晚赛诺曼阶到早土仑阶的98件岩石样品为研究对象,应用色度学方法,并结合镜下观察和主量元素分析,得到以下的主要结论:(1)对样品的CIE1976 L* a* b*色度空间分析显示,L*与a*的变化趋势呈镜像对称,通过快速傅里叶变换可识别出半周期分别为92 m和18 m的两个主周期;而L*与b*的变化趋势大致相同。(2)色度指标与主量元素的相关性分析表明,L*值与碳酸盐含量正向相关,b*值可能主要与Mn元素含量相关,L*和b*可以对古海洋化学条件做出一些制约;a*受粘土矿物含量制约,反映了古气候的变化。

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海洋Nd同位素演化及古洋流循环示踪研究

赵葵东蒋少涌郑新源陈天宇凌洪飞

2009, 16(5): 159-171.

摘要 ( 2172 )

PDF(1489KB) ( 1168 )

摘要：海洋Nd同位素演化已经成为示踪陆源风化输入和洋流循环改变的最重要的手段之一,得到了越来越多的应用,并取得了许多重要的成果。海水的Nd同位素组成主要受陆源输入物质控制,热液输入几乎可以忽略。由于Nd在海洋中的停留时间(约500～1 000 a)略小于海水的平均混合时间(约1 500 a),且各洋盆有不同的Nd同位素风化输入,因此现代各大洋海水具有不同的Nd同位素组成。在陆源输入稳定的情况下,可以利用海水的Nd同位素组成和演化来示踪水体的混合或洋流循环的改变。目前主要依靠对海洋中水成铁锰结壳、海洋钙质有孔虫壳体、磷酸质鱼骨头或鱼牙齿化石以及沉积物中铁锰氧化物组分等的研究来恢复和反演古海水的Nd同位素组成和演化。4种分析材料各有其优缺点。其中,通过对水成铁锰结壳的Nd同位素分析,基本建立了各大洋新生代以来的主要洋流的Nd同位素组成的长尺度演化。通过有孔虫壳体、鱼化石碎片和沉积物中FeMn氧化物组分可以进行高时间分辨率的古海水Nd同位素演化示踪。利用海水Nd同位素演化可以示踪古洋流通道的开启或闭合,以及获得水体交换的直接信息,为研究构造运动与气候变化之间的关系提供指示。同时,将海水Nd同位素演化与气候变化的指标结合起来,可以用于示踪各种气候条件下洋流循环的改变,将洋流循环的改变与气候变化联系起来,研究两者之间的成因关系。对表层水体的Nd同位素组成的研究则可以示踪不同气候条件下大陆陆源风化输入的改变。

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古海洋活性铁循环研究进展及对白垩纪缺氧富氧
沉积转变的启示

黄永建王成善

2009, 16(5): 172-180.

摘要 ( 1548 )

PDF(1247KB) ( 1730 )

铁作为地壳中丰度最高的元素之一,广泛参与到一系列地球化学循环中。现代海洋中的铁主要来源于河流、冰川和风的铁氧化物颗粒和溶解铁的输入。陆源输入的铁氧化物在有机质埋藏、降解的早期成岩作用过程中,发生一系列转化过程而埋藏下来,该过程被称作活性铁循环。氧化强氧化条件利于沉积物中氧化铁的持续产生或者至少保持不被溶解的状态,从而形成棕色—红色沉积物;还原条件利于沉积物中铁氧化物的溶解,形成菱铁矿、黄铁矿(铁硫化物) 等形式的埋藏,并可能造成溶解铁在海洋内的迁移。Raiswell、Canfield、Poulton等通过对现代典型海洋环境活性铁循环研究,提出了一系列用于判别古海洋氧化还原条件的活性铁指标体系,并成功地将太古宙以来的古海洋划分成为含铁的大洋、硫化的大洋和氧化的大洋等3个演化阶段。由于活性铁的不同形态对磷具有不同的生物地球化学效应,将造成“氧化条件下磷的优先埋藏、缺氧条件下优先释放的现象”。磷是海洋生产力的限制性元素,铁和磷循环的上述耦合关系将造成“缺氧的大洋生产力越高,富氧的大洋生产力越低”现象的出现。目前已在白垩纪古海洋缺氧富氧沉积中初步证实了上述反馈关系的存在,但是对活性铁埋藏形式对该特殊沉积的贡献还需要进一步的工作。

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松辽盆地松科1井晚白垩世沉积地层有机地球化学研究

冯子辉霍秋立王雪方伟宋之光

2009, 16(5): 181-191.

摘要 ( 2396 )

PDF(2057KB) ( 773 )

松科1井是中国大陆第一口以白垩系陆相地层为主的全取心科学探井。通过取心样品的系统地球化学分析,研究了泥岩有机质丰度、类型、成熟演化及有机质沉积环境在纵向上的变化特征。结果表明:青一段泥岩有机质丰度最高,有机碳一般大于2％,平均为321％,发育优质烃源岩,其次在青二、三段、姚家组和嫩江组一、二段中也均发育有机质丰度相对较高的源岩层。纵向上泥岩有机质丰度显示出从高向低的9个韵律性变化,反映了湖相沉积过程中气候与水体环境、生物发育及有机质保存条件的周期性变化。青一段泥岩有机质类型主要为Ⅰ型,较高的甾烷含量反映以藻类输入为主,较高的伽马蜡烷和低的Pr/Ph及甲藻甾烷的存在反映该时期水体具有盐度分层和强还原的沉积环境,可能与海侵有关。青二、三段泥岩有机质类型主要为Ⅰ—Ⅱ型,伽马蜡烷和Pr/Ph等多项指标反映出该时期水体呈现振荡变化,有机质受陆源影响加大。姚家组有机质类型变化大,一部分为Ⅰ—Ⅱ1型,另一部分则Ⅱ2—Ⅲ型,较高丰度的泥岩通常具有较好的有机质类型,多项指标反映出该时期沉积环境波动较大。嫩江组一、二段泥岩主要以Ⅰ型和Ⅱ型为主,4甲基甾烷的存在反映具有沟鞭藻的贡献,较高的伽马蜡烷和低的Pr/Ph反映水体有盐度分层。有机质成熟度指标反映青二、三段中部泥岩开始进入成熟,源岩开始大量生油的深度在1 500 m。

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陆相盆地充填类型及对烃源岩形成的控制:以松辽盆地为例

王晓伏王成善冯子辉张顺黄清华黄永健

2009, 16(5): 192-200.

摘要 ( 2644 )

PDF(1503KB) ( 1120 )

文中阐述了Bohacs、Carroll等提出的陆相湖泊充填类型的划分理论,总结了陆相湖泊沉积的3种典型沉积组合:河流湖泊相组合、波动深湖相组合和蒸发相组合,并对应各自的组合方式划分出3种湖泊充填模式:过充填湖泊、平衡充填湖泊和欠充填湖泊。笔者通过对中国松辽盆地中、晚白垩世时期泉头组—嫩江组的湖泊沉积相组合、层序地层特征等资料进行总结,并与Bohacs提出的湖泊填充模式划分进行对比,初步建立起松辽盆地当时的湖泊充填模式,进而对松辽盆地当时烃源岩埋藏和分布进行了分析和总结。

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地球磁极倒转的分形混沌研究

申维房丛卉张德会

2009, 16(5): 201-206.

摘要 ( 1656 )

PDF(813KB) ( 1559 )

地球磁场多次发生南北(正负)磁极位置的变换,这已为大家所公认。但造成这种异常现象的原因,则是迄今未能很好解答的一个难题。应用分形混沌理论对地球磁极倒转进行了分析,认为发生地球磁极倒转时间段在时间轴上具有分形分布的性质;地球磁场系统通过不断与外界交换物质和能量,维持一种空间或时间的有序结构。地球磁场极性的随机倒转具有混沌运动的自逆转特性,混沌理论给地磁极性倒转提出了一个简明的动力机制解释。

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中元古界非叠层石灰岩中的MISS:以北京延庆千沟剖面高于庄组第三段为例

梅冥相高金汉孟庆芬

2009, 16(5): 207-218.

摘要 ( 1715 )

PDF(2480KB) ( 772 )

前寒武纪碳酸盐岩多以叠层石碳酸盐岩序列为特征。燕山地区中元古界高于庄组,其中的第三段(张家裕亚组)则为一个以灰岩为主、贫乏叠层石的碳酸盐岩沉积序列,该序列被定义为前寒武纪非叠层石碳酸盐岩序列。该非叠层石碳酸盐岩沉积序列,尤其以燕山西部的延庆千沟剖面最为典型。根据沉积相序列及其所反映的旋回性,可以将该剖面的高于庄组第三段划分为 3个三级层序。在这些三级层序的海侵体系域和早期高水位体系域中,中薄层隐晶质泥晶灰岩(均一石灰岩)和灰黑色薄层泥灰岩组成若干潮下型米级旋回;而在隐晶质泥晶灰岩层面上,普遍发育各种奇形怪状的沉积构造。这些沉积构造包括穹窿状构造、规则网状和杂乱的帐篷脊、变余波痕等,构成一个潮下相灰岩层面上的特别的微生物形成的沉积构造(Microbial Induced Sedimentary Structure, MISS)组合。因此,延庆千沟剖面的高于庄组第三段,特别的岩石类型和沉积构造成为前寒武纪碳酸盐岩沉积中非叠层石碳酸盐岩沉积序列的典型代表,尤其是那些奇形怪状的MISS所代表的沉积学特点表明:在前寒武纪,即使在叠层石生长的黄金时段,也发育非叠层石碳酸盐岩沉积序列。因此,这些现象将特别有助于对前寒武纪非叠层石生态系所造成的另一类席底生境的深入理解,也有助于复杂多变的碳酸盐岩世界。

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碳酸盐成岩作用研究现状与前瞻

黄思静张雪花刘丽红郇金来黄可可

2009, 16(5): 219-231.

摘要 ( 2460 )

PDF(2043KB) ( 1183 )

碳酸盐成岩作用是沉积学最为活跃的领域之一,与之有关的研究成果会直接影响人们对碳酸盐油气储层形成机制和层控矿床形成机制的理解。近年来,碳酸盐成岩作用在多个领域取得了令人瞩目的研究成果,主要包括以下几个方面:(1)实验室沉淀白云石获得成功:人们模拟海水(泻湖)条件下的细菌硫酸盐还原环境,在常温下沉淀出具有序反射的白云石。(2)热液白云化作为新的主流模式成为关注的热点:人们已认识到热液白云岩储层、沉积喷流型铅锌矿床和Mississippi河谷型铅锌矿床具有共同的形成机制,它们均受构造(伸展、走滑构造)和热流体流动的强烈控制。(3)深埋藏条件下封闭系统的白云化作用受到关注:一些对油气储集空间和层控矿床有较大意义的白云化作用主要是在相对封闭条件下发生的,在对岩石储集空间的变化的贡献上以及在相应的地球化学指标上不同于开放条件下的白云化作用。(4)混合水白云化模式受到质疑:人们重新研究了作为混合水白云化典型地点的美国威斯康星弧碳酸盐的成岩作用,根据流体包裹体分析、阴极发光分析、偏光显微镜观察及稳定同位素分析等方法并结合有机物成熟度的数据,得出威斯康星弧与白云化有关的水岩相互作用是由与温度升高有关的浓卤水导致的,白云化作用是热水成岩作用的结果。(5)淡水环境的成岩机制受到挑战:新近研究证明,大范围的低位体系域中可以没有具化学活性的淡水透镜体,海水环境同样可以产生成熟的石灰岩,细菌硫酸盐还原作用可以引起海水对碳酸盐的不饱和。(6)锶同位素在海相碳酸盐研究中的广泛应用:由于锶同位素不像氧、碳同位素那样因温度、压力和微生物作用而分馏,矿物可直接反映流体的同位素组成,地质历史中海水锶同位素组成也具有独特的长期变化趋势,这使得海相碳酸盐的锶同位素组成在沉积期后流体示踪中得到广泛应用。(7)硫酸盐还原作用对碳酸盐成岩作用的影响受到重视:如BSR和TSR可减小SO2-4对白云石沉淀(或白云化)的动力学屏障,其产物H2S和CO2可在不同条件下对碳酸盐储层产生影响,BSR和TSR可提高成岩流体锶含量,甚至在形成天青石矿床中也具极大的潜在价值。

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苏鲁超高压变质带岗上超镁铁质岩铬尖晶石形成过程——铬成矿新机制

陈世忠杨经绥

2009, 16(5): 232-244.

摘要 ( 1639 )

PDF(2192KB) ( 780 )

岗上超镁铁质岩主要由纯橄岩和石榴橄榄岩组成,主要组成矿物有橄榄石、铬尖晶石、石榴子石、单斜辉石和斜方辉石等。铬尖晶石的Cr#［Cr/(Cr+Mg)×100］从51到89变化,铬尖晶石矿物表现为4期次演化的特点,反映了从岩浆期向榴辉岩相、角闪岩相和绿片岩相演化特征。随着超镁铁质岩的演化,铬尖晶石中Cr#不断增大(51增大到89),而铬尖晶石Mg#［Mg×100/(Mg+Fe2+)］不断减少,氧逸度不断增加。在绿片岩相—绿片角闪岩相退变质过程中,铬尖晶石中Cr、Mg和Al减少,Fe相对增加,产生富Cr尖晶石变质作用样式。晚期剪切变形等次生变化有利于富铬铬尖晶石矿物的形成和铬尖晶石的富集。同时,角闪岩相和绿片岩相变质作用使铬尖晶石富集呈现容易开采的条带状,降低了铬尖晶石与其他硅酸盐矿物的结合强度,降低了开采强度和成本,使原本不易于开采的铬铁矿矿体变得可以开采。这些意味着铬铁矿矿体展布要结合后期变质作用进行综合分析。

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柴达木台南地区第四系细粒沉积岩相与沉积模式研究

谢宗奎

2009, 16(5): 245-250.

摘要 ( 1884 )

PDF(1192KB) ( 837 )

柴达木盆地台南地区第四系涩北组为坳陷湖盆中央低缓穹窿状继承性发育地貌环境下的湖泊沉积,沉积地层为弱固结粉细砂岩、泥岩。应用高压氮气特殊取心资料进行岩相研究,研究结果表明,台南涩北组细粒级岩相可划分为7种类型,垂向上有5种组合,进而可划出砂坝、滩砂、泥坪3种水体能量不同的沉积微相。这3种微相有序分布,砂坝在中央低缓穹窿高部位处、枯水面附近集中发育;滩砂于翼部、枯水面以下集中发育;砂坝常镶嵌在滩砂中;泥坪集中于向斜部位,且在湖平面相对上升期全区分布。这3种微相易于区分储层与非储层,并能突出储层非均质性,砂坝物性明显好于滩砂,滩砂非均质性强于砂坝,泥坪既是生物气的物质来源,又形成天然气的渗流屏障。

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空间数据库技术实现定量古地理研究——以鄂尔多斯盆地中奥陶统一个三级层序的形成时间为例

李斌程长青

2009, 16(5): 251-263.

摘要 ( 2283 )

PDF(3345KB) ( 1036 )

以沉积层序为时间单位进行岩相古地理研究需要对野外剖面、测井、录井、地震、岩心等海量数据进行定量分析对比,而传统的人工方法往往难以有效地管理并利用这些资料。文中使用空间数据库技术将基础地质数据以自然层为单位,按统一标准定量化处理;并以层序为单位计算、统计、分析,提取厚度、白云岩含量、灰泥含量、陆源碎屑含量等反映沉积环境特征的多种单因素,定量绘制各单因素等值线图。在区域地质背景分析的基础上,将各单因素等值线图叠加分析,并探索定量古地理研究方法——通过单因素复合公式计算值划分古地理单元的边界,最终绘制出古地理图。以鄂尔多斯奥陶系马五组上部一个层序时段(464~466 Ma)为例,运用上述方法自动识别出古陆、山丘高地、潮上带、潮间带、潮下带等古地理单元。研究表明,空间数据库技术是实现定量古地理的有效手段。

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另外一种类型的差异聚集作用:油气的差异溶解作用

刘静江刘池洋王震亮毛光周

2009, 16(5): 264-272.

摘要 ( 1423 )

PDF(2656KB) ( 693 )

经典的油气差异聚集理论描述了油气在一系列不同盖层条件圈闭中的聚集现象:在盖层封闭性较好的圈闭序列中油气的聚集过程表现为差异聚集作用,在盖层不好的圈闭序列中油气的聚集过程表现为差异渗漏作用。当新生成的油气再次充注到老的油藏里时,将采用另外一种类型的差异聚集方式进行聚集——差异溶解作用。差异溶解作用的实质是油、气分子之间的溶解不平衡,其表现形式为新生成的油气在原有油藏里边溶解边聚集。差异溶解作用的结果是造成油气分布的复杂性,并呈规律性的变化:圈闭近源区充满干气或凝析气,远源区为油。

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煤矿灾害时空序列特征分析

陈波

2009, 16(5): 273-279.

摘要 ( 1848 )

PDF(2063KB) ( 1697 )

中国70％以上的矿井灾害并不是随机发生的,而是沿着灾害矿井周边向其他矿井“扩散”。这种“扩散”既包括同类事故,也包括不同类型灾害;有些灾害事故还伴随周边地震活动。当然,也有一小部分灾害事故孤立发生。这些现象显示矿井灾害事故似乎存在一定规律,如果能够掌握并加以利用,具有多方面的意义:(1)各矿区进行统一、科学、合理的释放应力,制定更全面的卸压方案；(2)对于矿井密集的地区,每个矿区要了解周边邻近县市煤矿采掘点、构造应力场、区域应力场情况,在制定开采方案过程中,除了保证自身卸压需要,还要保证整个大区的应力平衡；(3)各煤矿大区需建立灾害通报机制,进行灾害预警,提前防范。彼此掌握大区灾害情况,以利于煤矿生产防灾、减灾。最后,文章提出了开展中场、近场地压监测的设想,并就地压监测与煤矿生产运行进行初步描述。

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