洞穴次生碳酸盐后期成岩作用及其影响

来源 :中国科学院大学(中国科学院地球环境研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:fgh45
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洞穴次生碳酸盐中的碳、氧稳定同位素组成及微量元素含量等指标被广泛应用于古气候研究。然而,石笋发生的后期成岩作用(如文石-方解石转变,方解石重结晶)可能会改变稳定同位素和微量元素组成。因此,探究石笋后期成岩过程(即文石-方解石转变,方解石重结晶)及机制,认识该过程对碳、氧稳定同位素和微量元素组成的潜在改变及机理至关重要。本研究以江西神农宫洞的两个文石石笋SN3和SN15(文石部分转变成为了方解石),陕西地洞河溶洞的一个方解石石笋DDH-Z-2(部分方解石发生了重结晶作用)作为研究对象,对这三个石笋样品分别进行了岩相学观察、稳定同位素组成(δ13C,δ18O)和微量元素含量分析(Mg/Ca,Sr/Ca),以及铀系年代测试。得出以下结论:1.两个洞穴不同石笋样本中发生的文石-方解石转变和方解石重结晶均通过溶解-再沉积机制发生。文石-方解石转变主要受控于晶间流体组分、石笋原生构造(孔隙度和渗透性)以及文石晶格缺陷。相较于孔隙度,石笋的渗透性对转变速率的影响更大。方解石重结晶作用主要受控于外源流体组分以及石笋的原生构造(孔隙度和渗透性)。2.文石-方解石转变导致微量元素(Mg和Sr)发生再分配。当仅有晶间流体参与该转变过程时,结晶学差异、次生方解石对Mg的非平衡吸收和元素在溶液内缓慢的扩散运移对次生方解石中的Mg/Ca比值有重要影响,而元素间的吸收竞争关系会影响次生方解石中的Sr/Ca比值。3.在有外源流体参与的情况下,方解石重结晶会改变石笋的稳定同位素组成(δ13C,δ18O)。外源流体改变了次生方解石的稳定同位素(δ13C,δ18O)组成,导致DDH-Z-2中次生方解石中的δ18O值较原生方解石偏轻,次生方解石中的δ13C值较原生方解石偏重。此外,不同时间段的外源流体稳定氧同位素组成不同,造成不同区域的次生方解石与原生方解石之间δ18O值变化幅度不同。然而,二者在不同区域的δ13C值变化幅度差异却相对较小,这主要归因于长时间的CO2去气过程和外源流体中溶解的CO2总量较少。4.外源流体组分基本决定了石笋DDH-Z-2中次生方解石的微量元素(Mg/Ca,Sr/Ca,U)组成,其较高的Mg,Sr含量导致次生方解石的Mg/Ca和Sr/Ca比值明显高于原生方解石。结合次生方解石δ13C值的变化结果,说明方解石先期沉积(PCP)可能是外源流体微量元素浓度升高的主要原因。同时,U含量较高的外源流体进入重结晶系统中导致再沉积的次生方解石中U含量明显增加、δ234U和230Th/238U比值减小,但由于石笋DDH-Z-2超出了测年范围,无法确定方解石重结晶造成的绝对年代偏差。
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