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我校在“牙形石生物磷灰石化石成岩作用”领域研究取得新进展

发表时间:2019-09-12 18:30:05

  

  (地大之声通讯员王琼 王小龙)近日,我校地质过程与矿产资源国家重点实验室赵来时教授团队在国际著名期刊《地球化学和宇宙化学学报》发表题为《牙形石磷灰石的拉曼光谱、元素、结晶度和氧同位素在成岩作用过程中的变化》的学术论文,提出了牙形石磷灰石结构和成分的不均一性及其与成岩改造之间的关系,对牙形石磷灰石的古海洋和古气候应用具有重要的指导意义。

  牙形石化石广泛存在于寒武系-三叠系的海相地层中,不仅是地层划分和对比的重要化石依据,而且其生物磷灰石成分也是多种元素和同位素的重要载体,常被用于古环境气候事件研究。赵来时教授研究团队在2013年-2016年间的研究成果表明:牙形石磷灰石元素组成与其围岩化学成分有着十分紧密的联系,受成岩改造强烈的牙形石磷灰石无法代表原始海水的信息,并提出了一系列判别方法。经过筛选后的牙形石磷灰石可以用于古环境分析。目前对牙形石磷灰石化学成分的成岩改造过程有了比较清楚的认识,但是针对牙形石磷灰石个体的研究却比较缺乏。以往的研究指出,牙形石磷灰石可能存在成分的不均一性。在此背景下,赵来时教授研究团队以湖北宜昌地区奥陶系黄花场剖面的19颗牙形石锥形分子为研究对象,通过显微激光拉曼光谱、高分辨率X射线衍射、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱原位微区元素和二次离子质谱原位微区氧同位素分析研究,探讨了牙形石表层与内部结构和成分的差异性、与成岩改造的关系以及判别方法。

  该研究团队发现,牙形石表层主要由含氟羟基磷灰石组成,内部由含锶氟羟基磷灰石组成。元素的取代导致了拉曼光谱参数的偏移。拉曼光谱参数的偏移量指示牙形石成岩作用过程会导致牙形石磷灰石锶离子和镁离子的富集,以及铁离子, 锰离子和钙离子的丢失。其中,牙形石磷灰石对锶元素的吸收是导致拉曼光谱参数红移的主要原因。牙形石主要由非晶质磷灰石或结晶度较低的磷灰石晶体构成,代表了牙形石最原始的显微结构。单一牙形石个体氧同位素组成有较大差异。牙形石乳白色牙冠的氧同位素值比玻璃质牙冠和牙基低0.28-0.32‰。牙形石内部的氧同位素值比外部低约1.08±0.37‰。虽然牙形石乳白色牙冠常被认为是牙形石组织中保存最好的部位,但因其具有较高的结晶度和较低的氧同位素组成,因此可能是受到成岩作用改造最强烈的部位。

  该项研究成果得到国家自然科学基金委、教育部“111计划”和地质过程与矿产资源国家重点实验室开放基金等项目的联合资助。论文第一作者张磊是地质过程与矿产资源国家重点实验室2014级博士生、我校与美国辛辛那提大学联合培养的博士生。博士期间,得到学校“优秀博士学位论文创新基金”项目、“研究生国际交流基金”资助。2017年6月15日,张磊博士在“国际地学计划”日本仙台国际会议上报告该研究成果。