黄康俊1,张攀1,冯东2,颜文3
1西北大学地质学系,大陆演化与早期生命国家重点实验室,陕西省早期生命与环境重点实验室,西安 710069
2上海海洋大学海洋与生态科学学院,上海 201306
3中国科学院南海海洋研究所,边缘海与大洋地质重点实验室,南海生态环境工程创新研究院,广州 510301
HUANG Kangjun1, ZHANG Pan1, FENG Dong2, YAN Wen3
1. Department of Geology, State Key Laboratory of Continental Evolution and Early Life, Shaanxi Key Laboratory of Early Life and Environment, Northwest University, Xi'an 710069
2. College of Ocean and Ecological Engineering, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306
3. South China Sea Institute of Oceanography, Chinese Academy of Sciences, Key Laboratory of Marginal Sea Geology, South China Sea Ecology and Environment Engineering Innovation Research Institute, Guangzhou 510301
摘要: 海相碳酸盐岩的镁同位素组成(δ²⁶Mg)为深入理解海洋镁循环、古气候及成岩作用提供了重要约束。然而, 混合水带和大气淡水成岩作用对碳酸盐岩δ²⁶Mg的影响仍缺乏系统认识,不同成岩环境对其改造效应亦表现出明显的区域差异。本研究以南海美济礁南科一井(NK-1)全岩碳酸盐岩样品为研究对象,综合矿物学、地球化学分析与数值模拟结果,系统探讨不同矿物相(文石、方解石和白云石)及成岩环境(大气淡水、海水、混合水带成岩作用及白云石化作用)对海相碳酸盐岩 δ²⁶Mg 的影响及其作用机制。研究结果表明, 海相碳酸盐岩δ²⁶Mg主要受矿物组成与成岩环境的共同控制。流体缓冲成因的白云石和保存完好的高镁方解石, 其δ²⁶Mg分别相对于同期海水偏负约2‰和2.4‰, 是重建海水δ²⁶Mg的可靠载体。相比之下, 以文石为主的样品由于文石Mg含量极低, 其δ²⁶Mg极易受混入的方解石影响。此外, 方解石的δ²⁶Mg变化范围很大(−5.1‰至−3.1‰), 且在大气淡水、混合水带和海水成岩过程中, 镁同位素的分馏值在−4.5‰至−4‰之间。这表明文石和低镁方解石并非理想的海水δ²⁶Mg载体, 而受改造程度最低的灰岩样品可能代表了同期海水δ²⁶Mg的下限(偏差约−2.4‰)。通过与全球其他现代海相碳酸盐岩数据的对比, 我们提出全球不同地区灰岩δ²⁶Mg的变化主要受控于成岩环境及改造程度。这一发现强调了利用受强烈改造样品来评估碳酸盐岩记录海水化学特征保真度的重要性。本研究加深了对成岩过程中碳酸盐岩镁同位素行为的理解, 评估了碳酸盐矿物作为海水δ²⁶Mg档案的可靠性, 并阐明了全球范围内碳酸盐岩δ²⁶Mg的关键控制因素。