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张磊(博士生), 赵来时*等 GPMR国家重点实验室 Geochimica et Cosmochimica Acta, 2017. Raman spectral, elemental, crystallinity, and oxygen-isotope variations in conodont apatite during diagenesis

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《Geochimica et Cosmochimica Acta》发表题为Raman spectral, elemental, crystallinity, and oxygen-isotope variations in conodont apatite during diagenesis(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(分别发表于Global and Planetary Change、Earth-Science Reviews和Palaeogeography , Palaeoclimatology, Palaeoecology)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(该成果于2017年发表于Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology)。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、LA-ICP-MS原位元素和SIMS原位氧同位素分析研究,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(ν1-PO3− 4峰位和半高宽)的偏移。拉曼光谱参数的偏移量(SS1)指示牙形石成岩作用过程会导致牙形石磷灰石Sr2+和Mg2+的富集,以及Fe3+, Mn2+和Ca2+的丢失。其中,牙形石磷灰石对Sr元素的吸收是导致SS1红移的主要原因。牙形石主要由非晶质磷灰石(如牙形石内部)或结晶度较低的磷灰石晶体(如牙形石表层)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δ18O值比玻璃质牙冠和牙基低0.28-0.32‰(对应古温度高约1.2-1.4℃)。牙形石内部的δ18O值比外部低约1.08 ± 0.37‰(对应古温度高约3.0-6.4℃)。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18O组成,因此可能是受到成岩作用改造最强烈的部位。

论文信息:

Title: Raman spectral, elemental, crystallinity, and oxygen-isotope variations in conodont apatite during diagenesis

Authors:Lei Zhang,Ling Cao,Laishi Zhao*,Thomas J. Algeo,Zhong-Qiang Chen,Zhihong Li,Zhengyi Lv,Xiangdong Wang

Source: Geochimica et Cosmochimica Acta,Volume 210, 1 August 2017, Pages 184–207

https://doi.org/10.1016/j.gca.2017.04.036

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