兴凯湖沉积物有机碳和氮及其稳定同位素反映的28kaBP以来区域古气候环境变化

兴凯湖是东北亚最大的淡水湖,也是中俄界湖。我们是国内首次对兴凯湖一根长269 cm的沉积岩心进行了研究,结果显示:δ13Corg和TOC之间显示较好的负相关性,说明δ13Corg低值时期,气候温暖或湿润,δ13Corg值处于高值时期,气候冷干;C/N比值和TOC之间显示较好的正相关性,C/N比值平均值为11.4,显示兴凯湖沉积物有机质以内源浮游植物生产为主;δ15Norg高值对应于气候冷干期,此时沉积物有机质更多的来源于浮游植物,δ15Norg低值对应于暖湿期,但营养盐输入的减少也会造成δ15Norg值降低。兴凯湖沉积物有机碳和氮及其稳定同位素数据综合分析结果表明:28 480～26 160 cal.aBP,湖区气候冷干;26 160～22 880 cal.aBP,湖区气候温暖湿润;22 880～18 180 cal.aBP,流域处于末次盛冰期多年冻土环境;18 185～12 650 cal.aBP,对应于Blling/Older Dryas/Allerd气候波动暖期;90～78 cm段,对应于Younger Dryas事件;11 500～4 570 cal.aBP,进入全新世暖湿期,早期气候温干,晚期气候温湿;4 570～1 470 cal.aBP,气候冷干;1470 cal.aBP以来,又转为暖湿气候。     

陇西黄土高原东南部地区末次冰期以来C3/C4植物相对丰度变化及其区域性剖面的对比研究

相对黄土高原东部地区而言,处于六盘山以西的陇西黄土高原,其末次冰期以来陆地生态系统中C3/C4植物相对丰度变化的研究,不仅已开展研究工作的剖面数量相对较少,所得到的结果也不如黄土高原东部地区那样一致.本文对陇西黄土高原东南部边缘区的张家川剖面末次冰期以来的黄土/古土壤地层进行总有机质碳同位素的分析测试,得到的结果表明该剖面全新世古土壤的总有机质碳同位素相对末次冰期马兰黄土更为偏正,这一结果与黄土高原东部地区数个剖面的研究结果是一致的,表明该区域末次冰期向全新世转化过程中,C4植物相对丰度有一定程度的上升.进一步将张家川剖面的研究结果与陇西黄土高原其他几个研究剖面进行了对比,发现陇西黄土高原末次冰期以来陆地生态系统中C3/C4植物相对丰度变化情况要比黄土高原东部地区更加复杂,很可能在该区域内部还存在一些地区之间的差异,该区域东部和南部地区全新世相对于末次冰期C4植物相对丰度有一定程度的增加,而该区域西北部地区则很可能末次冰期至全新世都以C3植物占绝对优势.由于大量现代C3植物的研究结果表明,其碳同位素组成的变化主要响应于降水量的变化,因此,来源于C3植物为绝对优势植被的黄土有机质碳同位素很可能是一个潜在的古降水量的指示器,陇西黄土高原黄土/古土壤序列的有机碳同位素研究还值得进一步加强.     

正构二十四烷裂解成气碳同位素动力学模拟及其地质意义

以甲烷的量子化模型及正构二十四烷(n C24)金管限定体系裂解成气实验为基础,从理论上进一步论述了量子化模型应用于重烃气体（乙烷和丙烷）碳同位素动力学模拟的适应性,计算了甲烷、乙烷及丙烷生烃动力学与碳同位素动力学参数, 重点探讨了δ13C2与δ13C3变化的主控因素。研究结果表明, n C24裂解生成的气态烃碳同位素与早期报道的n C18、n C25及原油裂解生成的气态烃碳同位素具有可比性,可应用于地质条件下解释原油裂解气的某些地球化学特征。n C24生烃地质模型表明,其在150～160℃是稳定的,主要裂解温度介于180～200℃之间,与目前所报道的原油裂解地质模型吻合。随热解程度的增加,δ13C2与δ13C3体现了比δ13C1更明显的变化。气藏充注历史控制的同位素累积效应对天然气碳同位素有很大的影响,与累积聚集气相比,阶段聚集气的δ13C变重,并在更大程度上影响了演化曲线的分异。在此基础上,应用n C24裂解成气碳同位素分馏地质模型探讨了塔里木盆地某些油气藏天然气碳同位素值变化的原因。     

黄土高原西部地区黄土地层有机质主要来源分析*

黄土有机质的主要来源是决定其稳定碳同位素(δ13Corg.)能否应用于重建过去C3/C4相对丰度变化及相应的古气候变化的关键基础科学问题.如若黄土地层当中的有机质主要由粉尘携带而来,而非当地植被,显然其δ13Corg.不是一个局地植被过去C3/C4相对丰度变化及古气候变化的良好指示器.本文对黄土高原西部地区(六盘山以西)新获得和已发表的相关数据进行综合分析,尝试对该地区黄土有机质的主要来源进行定量的分析.结果表明,总体而言,该地区黄土地层有机质主要来源于当地植被,由粉尘携带而来的有机质贡献量不超过8％,所造成的有机碳同位素变化幅度不超过1.7‰.这些结果说明该地区的黄土地层有机质δ13Corg.是可以用来重建过去C3/C4植物相对丰度及相应的古气候变化的.为了更精确的重建,后续的工作应当更多考虑粉尘搬运过程当中的有机质输入以及粉尘沉积之后的微生物活动的可能潜在影响.     

柴达木盆地天然气的碳同位素地球化学特征及成因分析

依据天然气碳同位素中δ13C1、δ13C2、δ13C3的组成与划分标准，将柴达木盆地天然气划分为煤型气、裂解气、油型气与生物气四种类型，通过对天然气同位素中的δ13C1、δ13C2-δ13C1、δ13C3-δ13C2值的差异分析以及与对应的烃源岩干酪根碳同位素进行对比分析，探讨了柴达木盆地不同地区天然气的成因以及影响因素，这对于探索柴达木盆地的成气规律以及在不同地区天然气勘探的目标选择都有着现实意义。     

温度影响东北地区更新世植被变化的黄土记录

温度、降水(湿度)和大气CO2含量被认为是影响C3植物生长的主要因素.大量的现代植物和土壤有机质碳稳定同位素(δ13C)研究表明,温度升高可使C3植物的碳同位素变重(正),降水增多(湿度增大)和大气CO2含量升高可使C3植物的碳同位素偏轻(负);同时,C4植物可明显地影响土壤的有机碳同位素组成.基于这些认识,以前对黄土高原的黄土-古土壤序列有机质碳同位素和植被组成变化进行过不少研究.但是,相关的研究在我国东北地区的黄土中还未开展.本文对我国东北地区厚度36m的喀喇沁旗牛样子沟黄土-古土壤剖面进行了间隔10cm的采样和总有机碳含量(TOC)、有机质稳定碳同位素的测试分析.结果表明,在间冰期发育的古土壤有机质含量高、δ13C值偏正;反之,在冰期堆积的黄土有机质含量低、δ13C值偏负.通过分析表明,研究区的植被类型是以C3植物占主导地位,C4植物对土壤有机质δ13C变化的贡献有限,并且气候变化具有冰期-间冰期季风气候变化的特点,据此推断温度是决定东北地区植被碳同位素组成变化的主要因素,超过了降水(湿度)和大气CO2含量对植被(植物碳同位素组成)变化的反向影响.这一发现揭示了温度对我国东北地区长时间尺度植被变化的控制作用.这些认识对于在未来全球变暖背景下,东北地区的林木和小麦、大豆、水稻等C3作物的种植有借鉴意义.     

煤储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响

煤层气作为一种吸附气,在储层中解吸扩散运移时甲烷碳同位素发生分馏。笔者通过采集山西晋城和新疆昌吉不同演化程度的煤样进行解吸试验,系统记录整个解吸过程中甲烷碳同位素组成的变化情况,研究了储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响。结果表明：对于基质致密的煤样,解吸气体的δ13C1随时间增加逐渐变重,其变化的速率具有先快后慢的阶段性特点。对于基质疏松的煤样,解吸气体的δ13C1随时间增加先轻后重,这是由于取芯操作及煤样解吸过程中的基质收缩变形破坏了煤体原生结构,从而对正常的同位素分馏效应产生了影响。随着成熟度的增高,煤中微孔丰度增加,气体解吸扩散过程中受的限制增强,同位素分馏效果更显著。压裂裂缝的存在影响了煤层甲烷碳同位素的分馏效果,使得试采过程中井口气样δ13C1的变化规律不明显。     

过去典型增温期黄土高原东西部C3/C4植物组成变化特征

过去典型增温时段的自然植被演化规律是未来增温情形下植被变化趋势的重要参照.黄土高原全新世中期(4 ～8kaB.P.)和末次间冰期(80 ～110kaB.P.)温度分别比现高约1.2℃和2～5℃,是揭示过去不同增温幅度下植被演化的理想时段.通过对黄土高原东西部黄土-古土壤序列有机碳同位素(δ13Corg.)对比研究表明:在全新世中期黄土高原东西部有机碳同位素变化一致,相对末次盛冰期表现为正偏2.2‰～2.9‰,指示C4植物丰度增加.而在末次间冰期黄土高原东、西部不同地貌单元有机碳同位素结果产生空间分异,相对末次盛冰期西部梁峁区表现为负偏约0.8‰,指示C4植物丰度减少,而东部塬区则表现为正偏0.9‰ ～4.0‰,指示C4植物丰度增加.由于上述典型时段大气CO2浓度相近且温度升高,末次间冰期与全新世中期黄土高原C4植物丰度变化的差异可能与降水增加的季节性变化有关.上述结果表明,在过去典型增温期不同增温幅度下黄土高原东、西部不同地貌单元植被演化呈现明显不同.     

类脂化合物单体碳稳定同位素在古气候环境研究中的意义

类脂化合物极大地扩展了全球变化研究的深度，尤其是单体碳稳定同位素技术在古气候、古环境重建上有着重要作用。基于近些年来国内外的最新研究成果，就类脂化合物单体碳同位素在古气候环境方面的应用研究进行了较为全面的评述。已有研究表明利用类脂化合物单体碳同位素组成可以追溯到海洋和湖泊环境中陆源有机质的物源，其母源区历史时期 C3、C4植被的变迁以及区域性的古气候、古环境重建。     

中国半干旱-湿润区末次间冰期以来黄土有机碳同位素特征与植被变化

对比研究中国半干旱-湿润气候区的黄土有机碳同位素(δ13CTOC)变化的控制因素及其所揭示的植被演替过程,能够为认识这些地区植被变化规律提供新的依据.迄今,秦岭以南亚热带地区土壤δ13CTOC与植被和气候之间的关系及其与黄土高原地区的联系还不清楚.本研究选取末次间冰期以来黄土高原的镇北台、西峰、洛川,以及秦岭地区的洛宁和长江下游的镇江等5个代表性黄土剖面,对其δ13CTOC进行对比分析.结果表明,湿润区黄土δ13CTOC在间冰期偏正,在冰期偏负,可以反映季风强度的变化.末次间冰期以来湿润气候条件下黄土沉积区的植被是以C4草本为主的C4/C3混合的草地.温度满足一定条件后,季风降水变化可能是控制半湿润-湿润区黄土沉积上覆C3/C4植物丰度变化的主要因素.     

塔里木盆地荒漠植物与表土碳同位素组成研究

表土有机质碳同位素组成(δ¹³C_org)反映了来自于地表各种植物δ¹³C_org的一个混合信息.要从沉积物δ¹³C_org中提取可靠的植被信息,需要系统研究现代表土有机质δ¹³C_org与地表植被δ¹³C_org的差异.初步研究了塔里木盆地主要现代植被及土壤碳同位素组成,对比不同地区土壤和地表植被δ¹³C_org的差异.结果表明:塔里木盆地柽柳属种群中植物与表土碳同位素组成之间存在显著相关关系,说明在干旱地区土壤中微生物和水生生物等的干扰因素可以忽略,其现代土壤的同位素组成只与地表相应的主要植被类型有关.塔里木盆地柽柳属种群中表土有机质δ¹³C_org值比地表植被δ¹³C_org值平均偏正1.71‰左右,不同于其它地区表土和地表植被δ¹³C_org差异(2.2‰,1‰,0.5‰)的结果,反映不同地区表土和地表植被有机质δ¹³C_org值差异不同.在利用沉积物δ¹³C_org值提取古生态植被信息时,应考虑到不同地区土壤有机质与地表植被δ¹³C_org值的不同差异会影响植被中C₃、C₄植物组成情况.     

土壤次生碳酸盐碳氧稳定同位素古环境意义及应用

土壤次生碳酸盐碳氧稳定同位素特征是反映古气候与古环境的重要代用指标,其碳氧稳定同位素组成分别受土壤CO2中C同位素组成和大气水的O同位素控制。在一定深度的土壤中,土壤次生碳酸盐δ^13C就主要受当地植物类型(C3植物和C4植物等)控制。土壤次生碳酸盐样预处理中剔除土壤中原生碳酸盐以及有机物污染尤为重要。土壤中次生碳酸盐C、O稳定同位素地球化学在土壤发生学、古气候恢复、古生态重建以及全球变化研究中应用日益广泛,但解译时可能受应用年代范围、成岩作用、原生和次生碳酸盐混杂、土壤碳酸盐多元发生等因素影响,其应用机理和范围还需进一步探讨。     

辽河盆地烃类气体组分及同位素组成

辽河盆地是一新生代断陷盆地,盆地内天然气资源丰富,天然气成因复杂.本文通过对该盆地80个天然气样中烃类气体组分组成及同位素组成的分析研究,探讨了该盆地烃类气体的成因,为盆地天然气勘探提供了地球化学方面的信息.     

甲烷及其同系物δ13C值反序排列特征的数值模拟与非生物成因天然气藏探讨

本文采用数值模拟的方法对天然气中甲烷及其同系物的δ13C排序特征进行了研究,结果表明:两种具正序分布特征的生物成因天然气混合后可产生具反序分布特征的天然气.相应地,两种具反序分布特征的非生物成因天然气混合后也可产生具正序分布特征的天然气.对于前者而言,作为混合的两个端元天然气,它们必须具有不同的成因或来源,或它们是明显不同的演化阶段的产物.关于松辽盆地昌德气藏若干口天然气井甲、乙、丙、丁烷碳同位素排序特征的讨论表明,用两种生物成因天然气混合的观点很难解释这种反序排列.     

广西百色盆地州景矿第三系褐煤有机地球化学与煤岩学研究 Ⅳ．单化合物碳稳定同位素推断生物标志物起源

一个未成熟褐煤抽提物中，高等植物生源化合物的同位素值在全煤碳同位素组成（δ１３Ｃ值－２７．０‰）的±２‰范围内，表明相似成煤植物对这些化合物的贡献，或者其成煤植物经历过相似的生物合成分馏效应。所检测的萜烃类按同位素差异分为两组:二萜类（δ１３Ｃ值－２５．０±１．４‰）和倍半萜类（δ１３Ｃ值－２５．９±１．５‰）平均较全煤样富集１～２％。１３Ｃ，而奥利烷－乌散烷－羽扇烷型衍生物（δ１３Ｃ值－２９．０±０．８‰）平均比全煤样减少１～２‰１３Ｃ。Ｃ₁₅～Ｃ₃₅正烷烃δ１３Ｃ平均值－３２．４±０．６‰，据此表明Ｃ₁₇～Ｃ₂₂和Ｃ₂₂～Ｃ₃₃正烷烃的同位素值与上述平均值没有明显差异。与全煤样相比较，该煤样抽提物的藿烷衍生物１３Ｃ值则减少８～３４‰，标志在成煤过程中甲烷的细菌循环起着作用。     

青海聚乎更钻探区含水合物岩心气体组成及其指示意义

对青海聚乎更钻探区含天然 气水合物岩心气体组成特征进行研究,有助于弄清钻探区天然气水合物的气体成因及来源,对于区内天然气水合物的勘探开发具有重要的指导意义。对DK8-19、DK10-17、DK11-14、DK12- 13和DK13-11等5个钻孔获得的18个含水合物岩心样品,开展了气体组成和同位素特征及C_l/(C₂+C₃)-δ¹³C_C1、δD_C1-δ¹³C_C1和δ¹³C_C2-δ¹³C_C1等关系图解的综合研究。结果显示：青海聚乎 更钻探区含水合物岩心气体以轻烃为主,具湿气特征,其同位素表现为正碳同位素系列特征。除DK8-19孔浅层岩心烃类气体可能含有少量生物成因气外,钻探区其余各孔所有样品的气源组成均以热解成因气为主,为典型的有机成因烃类气体,且来源于淡水环境下形成的天然气。     

天然气成因类型及判别标志

本文通过前人对天然气类型划分的分析,基于多年的研究结果,以“多源复合、多阶连续”的天然气成因新模式,提出了科学的天然成因类型划分方案,并讨论了不同成因类型天然气的地球化学特征,建立了天然气成因类型的判识标志。     

原油在储层介质中的加水裂解生气模拟实验

采用高温高压热模拟实验方法,开展了原油在砂岩和火成岩储层介质中的加水裂解生气模拟实验研究.结果表明,原油开始大量裂解的温度是400℃,随模拟温度增加,甲烷相对含量增大,乙烷以上重烃气尤其是丙烷相对含量减小.其中砂岩的油水混合物裂解生气主要发生在450～500℃之间,生气窗范围小,对应的烃气产率高,火成岩的油水混合物裂解生气主要发生在450～600℃之间,生气窗范围大,对应的烃气产率小.模拟烃气的组分碳同位素分馏显著,随模拟温度增加呈变重趋势.在裂解生气过程中,水解加氢和催化作用对烃气的组成、产率和碳同位素分布有重要影响。     

生物─热催化过渡带油气关系

本文在辽河盆地原油和天然气之间碳氢同位素关系研究的基础上，系统地研究了中国生物─热催化过渡带油气的地球化学特征，特别是它们之间同位素组成关系，划分出油气的不同组合类型，从而证明生物─热催化过渡带油气的自生自储特征，认为过渡带是油气形成聚集的重要垂向演化层段。同时为完善烃类形成的多源复合和多阶连续提供了佐证。     

青藏高原(东北部)现代植物碳同位素组成特征及其气候信息

分析了青藏高原(东北部)现代植物(全部为C3植物)全木混合样的碳同位素组成(其δ13C值分布范围一般为-235‰~-308‰,平均值为-266‰),对影响其变化的各种环境因素进行了探讨.研究表明,降雨量及大气压力是影响该区植物δ13C值变化的最重要环境因素.一方面,降雨量增大,空气相对湿度增大,植物的δ13C值降低(偏负);另一方面,大气压力降低,植物的δ13C值增大(偏正).可见,植物中保存着自然环境变化的大量信息.