我院教师张云峰、屈海洲在《Geochimica et Cosmochimica Acta》发表碳酸盐岩泥晶化作用机理新成果

高频海平面波动背景下由大气淡水所诱发的泥晶化作用及其具体动力学机制一直缺乏系统性研究。我院张云峰、屈海洲老师联合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、四川建筑职业技术大学，选取南海南部孤立环礁一段未受埋藏成岩作用影响的浅海碳酸盐岩为研究对象，综合利用高分辨率岩石学、微区微量地球化学及非传统稳定钙同位素（δ^44/40Ca），重建了大气淡水成岩环境下的矿物转化轨迹（图1、图2）。

图1 南海南部典型孤立环礁区域地质概况及泥晶化生物碎屑灰岩结构特征综合

图2 南海南部孤立环礁典型泥晶化作用层段地球化学元素垂向综合演化趋势图

研究揭示了泥晶化作用的发育程度与微观结构受控于渗流带-潜流带的水文地球化学分带，随着大气淡水淋滤程度的加剧，泥晶化样品表现出碳同位素与微量元素比值的同步显著降低，构建了泥晶化作用综合地球化学演化路径（图3）。研究从海洋沉积信号端元向泥晶化端元的演化沿弯曲的沉积物缓冲轨迹开展，与理论上的流体缓冲混合线特征差异显著（图3c）。这一地球化学演化轨迹记录了成岩流体由海洋孔隙水向大气淡水演变的连续过程，不仅指示了强烈的水-岩相互作用，也充分证明了大气淡水流体的持续介入以及早期成岩环境的高度开放性。

图3 大气淡水作用下泥晶化过程流体演化与动力学同位素分馏耦合综合演化路径

研究团队深入揭示了泥晶化作用过程中的同位素响应机制，创新性地提出了亚稳态碳酸盐矿物转化过程中，碳-钙循环与钙同位素动力学分馏耦合概念模型（图4），约束了泥晶化作用过程中δ^44/40Ca的动力学分馏效应。在快速结晶的过程中，轻钙同位素被优先摄入晶格，导致强烈泥晶化组分记录了约0.4‰的δ^44/40Ca显著负偏。该项研究打破了长期以来将泥晶化单纯归因于生物钻孔的传统认知，确立了大气淡水驱动的非生物化学泥晶化作为一种独立且普遍的早期成岩机制，并证实了非传统钙同位素体系在区分“受动力学控制的快速沉淀”与“受热力学控制的平衡重结晶”方面的独特潜力，为碳酸盐岩早期成岩环境的精准重建提供了全新的地球化学指标。

图4 大气淡水作用下亚稳态碳酸盐矿物转化过程碳-钙循环与钙同位素动力学分馏耦合模型

上述研究成果发表于自然指数（Nature Index）期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》，论文第一作者、通讯作者为我院教师张云峰。该研究得到了国家重点研发计划项目（2021-06）的资助。

论文信息：

Zhang, Y.F., Zhu, M.H., Yan, W., Qu, H.Z., Guo, K.X., Xu, W.H., Zhang, X.Y., Tan, F., Tang, Y., Wang, R., Wu, G.H., Huang, S., 2026. Micritization mechanism in penecontemporaneous carbonate rocks: coupled C - Ca cycles and constraints from diagenetic environments. Geochimica et Cosmochimica Acta.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.05.018