长江流域的锂及锂同位素地球化学研究

锂的两个同位素（6Li和7Li）之间相对大的质量差导致它们在自然界的分馏强烈，仅在表生环境就达到了35‰。因而，作为一种有效的示踪剂被广泛地应用于研究宇宙事件、洋壳蚀变及海底热液活动、板块活动、壳幔演化以及示踪卤水来源等地球化学过程。近年来则以大陆风化过程的锂同位素地球化学研究为热点，主要研究方向包括流域尺度大空间范围的总体研究、风化壳剖面的精细研究以及实验室的模拟研究，均涉及水/岩作用过程的锂同位素分馏机理研究。但是，现有的研究结果有的需要进一步论证，有的相互之间存在矛盾，还有部分结论不能自圆其说。 因此，本项论文工作以地表环境过程的锂同位素地球化学研究为切入点，选择长江水系干流和主要支流的地表水、悬浮物和沉积物为研究对象。在低含量样品锂同位素分析方法研究和完善的基础上，就河流体系锂的来源、流域体系的锂同位素组成变化特征及其主要受控因素等方面开展探索性研究。 通过以上研究，本论文得出以下几点认识： 1、采用单一的阳离子树脂柱分离、提纯样品锂，MC-ICP-MS测定其同位素组成。其分析结果的准确度和精确度可以达到现阶段报道的最高水平。海水的锂同位素组成为+31.3±1.0‰（2σ）与前人测定结果的平均值（+31.2‰）接近；样品分析误差约为0.5‰（2σ），与TIMS的分析结果相似。 2、长江水系河水以富含HCO3-、Ca2+为主要特征，两者分别占阴、阳离子总量的70%和50%；其中，以Na+、Cl-含量的变化最大。长江河水的主要离子组成主要受流域岩石风化作用影响，蒸发结晶作用只在少数点起次要作用，而大气沉降的输入十分微弱。岩石风化作用以碳酸盐岩风化的影响最为显著，蒸发盐岩和硅酸岩的影响较小，仅限于长江流域的局部地区。 3、长江水系悬浮物的锂含量及δ7Li值变化较小，分别为41 µg/g~92 µg/g和-4.7‰~+0.7‰。沉积物的锂含量在13.26 µg/g~46.32 µg/g之间，略低于悬浮物的锂含量，而δ7Li较高，在+0.9‰和+9.1‰之间变化。悬浮物和沉积物的锂含量与Al2O3/SiO2、Fe2O3/SiO2、MnO/SiO2及K2O/SiO2等比值之间存在明显的正相关关系，与δ7Li值存在一定的负相关关系，主要表现为粘土矿物对锂的吸附作用，尤其是6Li。 4、长江水系河水的锂含量在1.04 µg/L和31.72 µg/L之间，平均为8.87 µg/L，呈现出从上游至下游逐渐降低的趋势，最高值出现在长江上游的攀枝花段（CJ1）。其锂同位素组成变化也较大，δ7Li值在+7.6‰和+28.1‰之间，但是却呈现出与锂含量变化相反的特征，即从上游至下游逐渐增加，最小值出现在长江上游的攀枝花段(CJ1)。 5、长江干流水体的锂摩尔浓度的倒数（1/Li）和δ7Li值之间存在明显的正相关关系，可能是两个端员组分混合的结果。综合考虑雨水、人为输入和碳酸盐岩对长江干流河水的贡献后，我们认为长江干流河水的锂应该是来自于流域岩石风化的贡献，即蒸发盐岩的溶解和硅酸岩的风化，两者对长江河水锂的贡献在78%和99%之间。 6、悬浮物总是比相应水体富集6Li，导致两者之间的锂同位素分馏明显。悬浮物和河水之间的锂同位素分馏系数（α矿物-流体）在0.976和0.993之间比变化，落在不同粘土矿物吸附产生的分馏范围内。长江上游地区的α矿物-流体落在室温下水铝矿和蒙脱石对锂吸附产生的分馏范围内，下游地区的α矿物-流体则与蛭石和高岭石对水体锂的吸附分馏范围内。除此之外，α矿物-流体还与悬浮物的量密切相关，尤其是在河水进入三峡库区之前。这种相关性同样是粘土矿物对6Li的优先吸附引起的。

陆相热水沉积与超大型锗矿床的成因——以临沧锗矿床为例

该文以产在滇西临沧县境内、以二云母花岗岩为在底的帮卖含煤碎屑岩盆地中的临沧超大型锗矿床（包括大寨和中寨两个矿床）为例,利用化学全分析、元素分析、ICP-MS、X射线衍射、透射电子显微镜、傅立叶变换红外光谱、同位素质谱等多种分析方法和手段,系统研究了临沧锗矿床不同含煤段中褐煤、第一含煤段中的层状硅质岩、薄层含碳硅质灰岩的岩石化学、微量元素、稀土元素和碳、氧同位素的组成特征.在调查清楚临沧锗矿床中褐煤、层状硅质岩与基底的二云母花岗岩关系的基础上,结合模拟实验研究结果,初步探讨了临沧超大型锗矿床的成因.

贵州凉风洞石笋的古气侯记录与古生态环境意义

自20世纪60年代以来，探索全球性气候变化规律和环境变迁史的研究工作在世界各国广泛开展。大规模的深海岩芯的研究、中国北方黄土的系统研究、大型湖泊沉积岩芯的研究及对树木年轮、泥炭、珊瑚、冰芯等“自然环境历史档案”开展的研究工作，都为重建古气候和古生态环境提供了大量的资料。洞穴化学沉积物（石笋）由于其特有的微层结构及其内的稳定氧、碳同位素和微量元素所蕴含的古气候与古生态环境信息，并且具有分布广、时间长、信息保存完整等特点，因此，它是研究地球环境变化很好的自然环境历史档案。本论文通过对凉风洞洞穴体系的综合研究和对凉风洞石笋（微层）生长特征及石笋的碳、氧稳定同位素组成的研究，系统探讨了贵州凉风洞石笋的古气候记录和古生态环境意义，得出以下主要结论：1，地表植被的类型及生物量等信息可综合反映于洞穴体系的不同组．分（气样、土样、水样）中。而洞穴的水动力条件也能很好的被洞穴滴水中所含微量（常量）元素记录。根据分析，洞穴综合体系对外界气候与生态环境的响应关系存在一定规律性。通过对比说明，我们所选的凉风洞基岩的溶蚀和缓冲对水体中的信息影响不大，即洞穴滴水较好的继承了土壤水所携带的地表气候与生态环境信息，是理想的研究对象。2．凉风洞石笋具有多个沉积旋回，不同沉积旋回的纹层组合及纹层结构存在一定的差异，指示不同的沉积环境。根据年龄数据判断，旋回①至旋回⑧之间年龄跨度为1570-8000 aBP，以呈缓平顶（柱）对称叠复状的沉积形态组合为主，示洞顶滴水量较大，滴水点相对稳定，且均匀，与全新世较为稳定的气候与环境变化的主旋律相一致。旋回⑧以下至底部石葡萄状沉积物之上部分之间年龄跨度为8000-14220 aBP，期间经历末次冰期晚期向全新世大暖期过渡，受诸如新仙女木事件（Younger Dryas）等的影响，气候变化幅度大，且经历多次反复，石笋生长的沉积学特征表现为斜锥（柱）、尖顶锥不对称叠复纹层组合，示洞顶滴水水量较小但变化较大，且洞穴滴水不稳（固）定。与此时间段内不稳定的气候与环境变化的主旋律也相一致。3．凉风洞石笋上段微层具有典型南方石笋微层发育的特性：微层发育较差，层面多弯曲，层间界面模糊等。下段因为沉积间断较多、风化层面厚及受到若干时段内碳酸钙重结晶而导致晶体穿插层位生长的影响，尽管在某些层位有微层发育，但无法对石笋微层作连续观察记录。根据高精度的石笋TIMS、ICP-MS测年数据和在显微镜下所数石笋微层数量的对比，扣除若干个沉积间断及风化层导致的微层缺失，以及显微镜下肉眼对细小微层计数的误差，我们认为，凉风洞石笋微层是年生长层的可能性较大。4，由于部分测年数据仍在测试中，目前无法精确控制石笋中沉积间断的存在导致的信息缺失，因此，我们仅仅根据部分石笋测年数据，建立了凉风洞石笋在不同时段的生长速率。全新世以来石笋的生长速率在22μm／yr-51μm／yr之间，明显高于末次冰期晚期向全新世过渡这一时间段内的石笋生长速率（16μm／yr）。这些数据间接印证了石笋生长响应于外界气候，尤其是降雨的变化。5．通过对洞穴体系的综合分析对比，我们判断凉风洞洞穴综合体系相对完整，洞穴化学沉积物的6先值较为直接的响应了土壤c压的61t值变化，即反映了地表的植被（c3植物和c；植物）的组成状况。贵州地区降雨80％集中在5-10月份，在此期间，基本受西南季风和东亚季风所控制。西南季风盛行时贵州各地的降雨频繁，是一年中雨量最集中的时期，在东亚季风影响时期，贵州多晴少雨，往往形成干早的天气。又西南季风控制区大气降雨创的值的加权平均值明显低于东亚季风控制区大气降雨δ18O值的加权平均值。因此，贵州地区年均降雨量和年均降雨δ18O值主要取决于西南（印度洋）季风的强弱：西南季风加强，降雨量增加，年均降雨剐、值偏负；西南季风减弱，降雨量减少，年均降雨δ18O值偏正。洞穴滴水的6旧O值变化基本继承了大气降水的别勿值变化。因此，对地处我国西南地区贵州南部的凉风洞，源于洞穴滴水的凉风洞石笋的别勺值变化直接响应了外界的大气降雨量的变化和西南季风与东亚季风相互的强弱交替。6．对凉风洞石笋碳、氧同位素组成的时间序列曲线作20点移动平均，发现，特别是进入全新世后，石笋的引3c值和扩、值几乎具有完全一致的同步变化，只是在变化幅度上在某些时段存在差异。说明在凉风洞石笋反映的14220-1570 aBP时间段内，尤其是10500-1570 aBP期间，本区域气候具有雨热（或干冷）同期的气候特征：在气温较高时间段，西南季风增强，气候湿润多雨，更有利于地表。植物的生长。气温降低时，随着东亚季风增强，西南季风减弱，气候干旱少雨，地表C；植物的生长占有一定的比例。据此重建和恢复了本地区14220-1570 aBP期间的古气候和古生态环境：（1）．14220-10500aBP，处于末次冰期晚期，气温较低。凉风洞石笋此时段的司、值都大于-9.8‰，最小值为-9.31‰，最大值达-7.290‰，平均值为-8.552‰。说明凉风洞洞穴地表的生长植被。植物占有一定的组分，石笋的δ18C值受C3植物和C4植物的共同影响。此时段内石笋6、值也存在一定的波动（-5.651‰－6.942‰），考虑到末次冰期晚期先全新世过渡期间气温变幅较大，O'Neil等（1969）所建立的氧同位素平衡分馏方程中的温度变化已不能忽略，并且大气降雨的温度效应作用也比较明显，因此我们对此时段的季风和大气降雨量的变化不作讨论。（2）. 10500-9300 aBP，新仙女木事件结束，进入全新世，气温逐渐回升。凉风洞石笋此时段的扩3c值大都小于-9.8‰，最小值为-10.377‰，最大值为-9.267‰，平均值为-9.910‰。凉风洞洞穴地表植被已逐渐由C3植物占主导。此时段石笋δ18C值明显卜降，最小值为-7.420‰，最大值为-6.077‰，平均值为-6.854‰。反映在全新世早期夏季风盛行，降雨量较大，西南季风对本地区全年降雨贡献率大。（3）．9300-8300 aBP，经历一段明显温度波动变化。仟3c值在-9.8‰上下波动，最小值为-10.155‰，最大值为-9.096‰，平均值为-9.712‰。凉风洞洞穴地表植被C4植物所占比例存在反复。此时段石笋岁a0值变化幅度不是很大，最小值为-6.796‰，最大值为-6.260‰，平均值为-6.490‰。受冬季风影响，夏季风有一定的减弱，总体降雨量一般，东亚季风对本地区全年降雨贡献率比全新世初期有所增大。（4）．8300-3l000BP，俗称全新世大暖期，此时段全球气温明显回升，石笋δ18C值总体逐渐降低，最小值为-n．926编，平均值为-10.496‰。凉风洞洞穴地表植被基本由C3植物所控制。但在扩飞值总体逐渐降低的趋势一F，也存在若干扩3c值明显增大时段，如7700-6700 aBP时段，61七值最大值达-8.110‰，地表C4植物所占比例已不能忽略。此时段石笋6150值变化幅度较大，最小值为-7.373‰，最大值为-5.047‰，平均值为-6.261‰。反映在全新世大暖期的大背景下西南季风和东亚季风的交替以及大气降雨量的变化存在较大的波动，说明了季风气候的不稳定性。（5）．3100-1570 aBP，在3100aBP前后，凉风洞石笋的δ18C值和δ18O值均急剧上升，标志进入晚全新世。此时段气温变幅很大，δ18C值总体虽然仍偏低，平均值为-10.275‰，但刻畜介于-6.495-12.097‰之间；δ18C值平均值为-6.184‰，变幅介于-4.677-8.65‰之间，均超过以往任何时段。此时段凉风洞洞穴地表植被基本上仍然由C。植物所控制，始于3100 aBP的急速降温事件使得在全新世晚期开始时段C4植物所占比例有一定的上升。此时段内西南季风和东亚季风反复多次交替，大气降雨量存在较大幅度的变化，说明了季风气候在此时段的很不稳定性。对于169于巧70 oBP百年时间段内石笋的δ18C值和司、值巨大幅度的急剧升高，有待进一步研究，也不排除石笋表层长期裸露受外界污染所致。