太平洋东北部水合物脊现代甲烷渗漏区有孔虫记录甲烷的碳同位素证据

俄勒冈州外海水合物脊现代甲烷渗漏区的发现,为研究甲烷对活体有孔虫生态和地球化学方面的影响提供了机会。2002年在水合物脊南部高点获取一批岩心。样品经保存和染色后用来测定Uvigerina peregrina、Cibicidoidesmckannai和Globobuliminaauriculata3个底栖有孔虫属种的活体（经染色）和死体的碳同位素（δ13C）组成。有孔虫样经光学显微镜和扫描电镜检查,未发现有成岩作用或自生碳酸盐沉淀作用的迹象。渗漏区活底栖有孔虫单体记录的乎δ13C值在-0．4％--21．2％0之间,说明受高浓度甲烷碳同位素的影响。渗漏区底栖有孔虫护C平均值（由单体样品计算）范围在-1．28％--5．64％0之间,而背景区（没有甲烷渗漏）的介于-0．81％--0．85％之间。为了解环境因素对底栖有孔虫δ13C值的影响,对细菌席和蛤床两种截然不同的甲烷渗漏环境的底栖有孔虫进行研究。细菌席区的有孔虫单体比蛤床区的具有更负的δ13C值。我们解释这种差异是食物来源或共生细菌对底栖有孔虫δ13C值影响的结果,通过溶解无机碳（DIC）作用于底栖有孔虫,使其δ13C值负偏移。对比活体和死体底栖有孔虫的δ13C值,并未发现统计上的差异。这说明自生碳酸盐沉淀作用未在观测到的同位素组成中起主导作用。然而,少量极度亏损δ13C（〈-12％）的死体底栖有孔虫确实显示了自生碳酸盐岩沉积对有孔虫δ13C值影响的潜在证据。     

侏罗纪大洋缺氧事件中气体水合物的大量分解

欧洲贫有机物的海洋碳酸盐可以很好地说明众所周知的托阿尔早期的碳同位素正偏移 ,而海洋有机质以及相关的碳酸盐则主要记录了负偏移（以前认为后者主要为成岩成因）。缺失有机物的特提斯期灰岩的碳同位素也存在负偏移 ,其在阿尔伯特阶则极少出现。总之 ,这些δ１３Ｃ曲线记录了一个同位素值缓慢上升的阶段 ,其同位素值首先被一个负偏移间断 ,然后突然变为正偏移。英格兰约克郡的ＨａｗｓｋｅｒＢｏｔｔｏｍｓ剖面提供了海洋有机物中负偏移的详细资料。这种偏移与黑页岩沉积作用和高分辨率鲕状岩生物地层学的关系很容易确定。也出现了木化石…     

南海北部陆坡沉积物硫酸盐-甲烷反应界面深度的空间变化及其对甲烷水合物赋存状态差异性的指示意义

海洋沉积物中的硫酸盐-甲烷反应界面（SMI）的深度变化能够指示下伏甲烷水合物的赋存状态。本文通过对南海北部陆坡天然气水合物潜在分布区沉积物间隙水化学和自生碳酸盐氧、碳同位素组成资料系统分析和对比,探讨了南海北部陆坡沉积物的SMI深度空间变化对下伏甲烷水合物的赋存状态的指示意义。结果表明,南海北部陆坡沉积物的SMI的深度呈现出从西南-东北变浅的趋势,这一趋势与自生碳酸盐的碳同位素组成揭示的甲烷释放量增大趋势有很好的对应关系,进而表明在南海北部陆坡从西南-东北甲烷水合物的埋藏深度变浅或者甲烷水合物的分解程度增大。     

日本海西部大陆坡自生碳酸盐的特征与成因

对日本海西部大陆坡沉积物柱状样中的自生碳酸盐样品进行了X射线衍射、扫描电镜、地球化学和碳氧同位素组成的系统研究。X射线衍射和扫描电镜分析结果表明,碳酸盐主要组成矿物为颗粒状自生高镁方解石微晶,放射状自生文石微晶仅在一个层位出现。结合碳酸盐的地球化学组成,认为研究区碳酸盐来自于富Ca2+、Mg2+和HCO3-流体的沉淀。中度亏损的13C(-33.85‰～-39.53‰)表明碳来自于甲烷的厌氧氧化,同时,这也是研究区海底存在甲烷冷泉的重要证据。重氧同位素比值(5.28‰～5.31‰)则指示着富18O流体来源,而该流体应源于天然气水合物的分解。综上可知,研究区碳酸盐来自于研究区甲烷冷泉上升流的沉淀,指示着海底更深处天然气水合物的存在与分解。     

南海东北部甲烷成因碳酸盐岩的矿物学及同位素组成(英文)

取自南海北部的3块自生碳酸盐岩主要为圆环状、结核状和结壳状。X射线衍射分析显示,这3件碳酸盐岩主要由黏土矿物、陆源碎屑(石英、长石)和碳酸盐矿物(高镁方解石和铁白云石)组成;碳氧同位素分析表明,结核状和结壳状碳酸盐岩具有极负的δ13C(分别为-32.83‰和-38.01‰PDB)和正的δ18O(分别为+2.19‰和+2.96‰PDB),不同于正常沉积的海相碳酸盐岩,甲烷厌氧氧化过程控制了这些碳酸盐岩的形成。碳酸盐岩为甲烷成因,记录了南海东北部海底富含甲烷的冷泉活动历史。     

古新世/始新世过渡期碳旋回和气候转暖的年代

现代全球碳旋回模式不能用自然机制解释碳储层中稳定碳同位素比值（δ１３Ｃ）记录大的瞬间变化。大约１２００～２０００Ｇｔ碳输入大气层（如沉积的甲烷水合物分解形成的甲烷）能够解释大约５５Ｍａ前的δ１３Ｃ异常 ,以及高纬度地区温度上升和古新世—始新世界面附近海洋和陆地生物群的变化。对北大西洋西部沉积岩心进行物理、化学和光谱分析显示 ,三分之二的碳同位素异常出现在不足几千年范围内 ,表明是灾害事件将碳释放到大洋和大气中。５４９３～５４９８万ａ前 ,大洋和大陆同期开始δ１３Ｃ异常和生物变化。δ１３Ｃ异常持续时间表明…     

南海东北部GMGS2-16站位自生矿物特征及对水合物藏演化的指示意义

硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)是海洋富甲烷沉积环境中重要的生物地球化学分带,其内发生的甲烷厌氧氧化反应(AOM)通常能影响多种自生矿物(碳酸盐类、黄铁矿、重晶石和石膏等)的形成过程。本文选取南海东北部天然气水合物赋存区GMGS2-16站位的58个沉积物样品,对其中发育的自生矿物进行了类型、含量、分布、显微形貌和稳定同位素研究。GMGS2-16站位岩心沉积物中主要发育碳酸盐类、黄铁矿和石膏3类自生矿物,亦发现单质硫颗粒的存在。自生矿物含量分布变化较大,存在多个富集层位。自生碳酸盐类均为块状,具极负的δ~(13 )C值(-37.3‰~-51.7‰VPDB)和较重的δ~(18 )O值(3.13‰~4.95‰VPDB),指示其为甲烷碳源,即AOM成因。自生黄铁矿主要呈不规则块状、棒状-管状和生物充填状,δ~(34 )S值变化范围为-41.7‰~27.1‰VCDT,其中δ~(34)S值异常正偏很可能与大量甲烷流体上涌至SMTZ内加强AOM反应有关。多层AOM成因的自生碳酸盐类与δ~(34)S值异常的自生黄铁矿产出层位基本吻合,共同指示了研究站位曾发生过多期次甲烷渗漏事件,可能与研究站位天然气水合物藏失稳存在一定联系。自生石膏主要呈棱柱状和透镜状,偶见黄铁矿-石膏共生体,初步推测自生石膏可能与水合物形成过程中的排离子效应和(或)沉积环境氧化还原条件改变导致的黄铁矿氧化有关。因此,海洋沉积物中碳酸盐类-黄铁矿-石膏自生矿物组合对探讨古海洋甲烷渗漏事件和天然气水合物藏的演化具有重要指示意义。     

天然气水合物气体成因及其来源

天然气水合物中烃类气体主要有微生物和热因两种，应用天然气水合物烃类气体的C1／（C2＋C3）比值以甲烷的δ^13C同位素组成可以较好地区分气体成因，而甲烷的δD同位素组成可以用于判别CO2还原或醋酸根发酵的微生物成因方式。根据CH4以及CO2的δ^13C同位模式计算以及孔隙水的Br^-含量可以推测天然气水合物的气体来源。     

海洋硅藻稳定同位素研究进展

对海洋初级生产力贡献约40%的硅藻,在全球气候与碳循环中扮演着重要的角色。硅藻稳定同位素(δ30Si和δ18O,δ13C和δ15N)测试对象分别为从海洋沉积物中提取的纯硅藻壳体的生物硅和氧及其内嵌有机质的碳和氮。联合运用各种物理分离(去有机质、碳酸盐,筛分,差异沉降,重液浮选以及微池分流重力场流分离技术)和化学纯化技术从沉积物中提纯出硅藻是其稳定同位素古海洋学应用的前提。确定硅藻δ15N两种制样过程(燃烧和湿式消解)中是否分别存在大气N2和非NO3-组分的污染;δ30Si分析中氟化剂使用的避免、制样方法的改进以及MC-ICP-MS对硅同位素分辨能力的提高;δ18O分析中硅藻壳体外层不稳定氧的完全有效去除,是其同位素古海洋学应用范围扩大和精度提高的关键。硅藻δ13C能评估大气PCO2和海洋初级生产力变化;δ15N和δ30Si可定量示踪海洋硝酸盐和硅酸等营养物利用程度;δ18O则记录了海表温度和海水氧同位素组成。硅藻稳定同位素信号单一,受后期改造作用弱,生命效应低,解译针对性强,在两极和赤道少(或缺)有孔虫海区应用广泛。在此基础上,对目前该领域中存在的问题及未来的研究方向进行了阐述。     

中国粉尘源区表土碳酸盐含量与碳氧同位素组成

在中国的主要沙漠和戈壁等粉尘源区采集了地表沙或土壤(统称为表土)样品,分析了样品的碳酸盐含量和碳酸盐的碳氧同位素组成。结果表明,中国粉尘源区表土碳酸盐含量在空间上随着年降水量的增加而逐渐减少,大致呈现自西向东逐渐降低的趋势;碳酸盐δ^13C值在空间上随着年降水量的增加而逐渐偏负．δ^18O值缺乏规律性;塔克拉玛干沙漠细颗粒物质中碳酸盐含量相对偏高,但不同粒级颗粒中碳酸盐的δ^13C值基本一致,表明风蚀时粒度的分选并不影响源区的同位素组成特征;由于粉尘源区表土碳酸盐含量和δ^13C值均具有区域特征,因此利用大气粉尘的碳酸盐含量和δ^13C值示踪不同的源区是可能的。     

利用黄土中的碳同位素半定量地重建古温度

在相对稳定的气候阶段,土壤中的CO2与其中的碳酸盐之间处于同位素平衡状态,这意味着二者的碳同位素分馏值可作为地质温度计估算古温度。对中国洛川黄土剖面的10组黄土-古土壤序列L1-1-S8同时做了碳酸盐和有机质的碳同位素分析。由于这些地层单元可以与深海氧同位素记录的2-21阶段对比,其中L1-1-L2可与南极Vostok冰心的大气CO2浓度记录对比,由此通过相关分析确定了各地层形成时的平均大气CO2浓度及其δ^183C值,再根据Cerling模型,用有机质δ^13C值代替土壤呼吸CO2的δ^13C,算出土壤CO2的δ^13值。将该值与次生碳酸盐的δ^13C值代入Deines分馏方程可算出各地层单元的古温度。该温度代表了平均深度约30cm处的土壤温度,相当于当时的夏季大气温度。所有数据与黄土-古土壤地层学记录的气候变化吻合,定量地反映了近800ka来黄土高原古气候的变化。     

稳定同位素在天然气水合物地球化学勘查中的应用简介--以"布莱克海隆"海区为例

介绍了国外在布莱克海隆（包括ODP164航次994、995、997站位）进行天然气水合物勘查过程中应用稳定同位素的研究实例；通过对这3个站位样品的甲烷、CO2、DIC（dissolved inorganic carbon)、有机碳以及自生碳酸盐的δ^13C分析，指出浅部（0－30m)甲烷和DIC的δ^13C值随深度迅速降低又迅速升高的变化可以作为天然气水合物存在的地球化学指标。994站位孔隙水δ^18O值深度从0.30‰下降到-0.37‰；氢同位素δD随深度略有下降（从11‰到-12‰），这与水合物形成时氢氧重同位素相对富集于固相有关，表明天然气水合物的存在。997站位δ^37Cl从海底沉积物表层以下30m处为接近海水的最大值0，至钻孔底746.85m处降为-3.68‰，可能也与天然气水合物的形成有关。     

南海东沙东北部甲烷缺氧氧化作用的生物标志化合物及其碳同位素组成

南海东沙东北部碳酸盐岩和泥质沉积物中的生物标志化合物组合及其碳同位素组成分析表明,研究区内甲烷缺氧氧化作用(anaerobic oxidation of methane-AOM)发育.研究区内碳酸盐岩中含丰富的AOM标志化合物,2,6,11,15-四甲基十六烷(Crocetane-Cr.)、2,6,10,15,19-五甲基番茄烷(Pentamethylicosane-PMI)和2,6,10,15,19,23-六甲基二十四烷(Squalane-Sq角鲨烷)的13C亏损强烈(δ13C值介于-74.2‰~-119.0‰PDB之间),表明碳酸盐岩形成于AOM,同时反映该研究区曾发生过强烈、持续的富CH₄流体释放活动.柱状泥质沉积物中,AOM生物标志化合物在硫酸岩-甲烷过渡带(SMI-Sulfate-Methane Interface)边界附近相对丰度高,SMI之上样品中含量低,或未检出,表明现代环境在SMI附近有大量嗜甲烷微生物生长,使得深部上升的甲烷被大量消耗,很少有甲烷逸出海底.AOM生物标志化合物可用来指示SMI边界.不同站位、不同岩性AOM生物标志化合物组成(包括碳同位素组成)的差异反映了嗜甲烷古细菌组成的不同.     

南海西沙海槽的碳酸盐结壳及其对甲烷冷泉活动的指示意义

冷泉碳酸盐岩是指示南海北部可能发育天然气水合物的重要证据之一。对在西沙海槽采集到的冷泉碳酸盐结壳颗粒进行了形貌、稳定同位素等的研究,讨论和揭示了冷泉碳酸盐结壳的形成机理及其与甲烷冷泉活动的关系。结果表明,碳酸盐结壳具有多孔结构,冷泉矿物为文石和重晶石,文石呈针状,含量为39.5%—46.6%,重晶石呈矮柱状,含量为15.6%—21.2%,它们均是从流体中沉淀出来的。重晶石的δ34S值为23.47‰—26.32‰,表明硫同位素发生正漂移,属于与冷泉流体有关的成岩成因重晶石。文石的碳同位素轻度亏损,δ13C值为-13.30‰—-29.59‰,主要来源于热解成因气,但结合了少量正常海水的溶解碳,δ18O值为2.32‰—3.74‰,指示碳酸盐结壳形成时的温度为3.5—9.7℃。研究表明,碳酸盐结壳形成于流体活动缓慢的环境,是深部富含Ba2 的甲烷冷泉流体向上排放和喷溢,在近海底遇到向下渗漏的富含SO42-海水,发生缺氧甲烷氧化反应沉淀出文石,流体中剩余的重34S的SO42-与Ba2 形成重晶石,因此,碳酸盐结壳是西沙海槽存在甲烷冷泉活动的证据。研究结果为进一步开展该海域潜在天然气水合物的调查和研究提供了新证据。     

~(13)C/~(12)C比值在海洋生态系统营养关系研究中的应用──海洋植物的同位素组成及其影响因素的初步探讨

于1993年2月-1995年5月,采用生物显微镜鉴定并计数和高温氧化的方法,对崂山湾海洋植物的种类组成及其有机碳同位素组成的季节性变化作了5个季度月的研究。结果表明,该区同采浮游植物全年以硅藻为主,甲藻在夏季也可成为优势种之一。浮游植物的碳同位素组成在夏季较重,冬季和春季较轻,并与海水温度有弱的正相关性。浮游植物δ13C值的变化范围为-259ｘ10-3—-19.2ｘ10-3,全年平均值为（-23.2±2.4）ｘ10-3。该生态系统的另一碳源为底栖藻类,其δ13C平均值为（-18.5±2.4）ｘ10-3,明显区别于浮游植物。对除温度以外的其它影响海洋植物同位素组成的因素,诸如植物种类组成、海水中溶解无机碳δ13C值、CO2供应速率以及CO2固定过程中不同验化酶的同位素分馏作用等也作了初步探讨。     

南海北部浅表层沉积底栖有孔虫碳同位素及其对富甲烷环境的指示

对南海北部陆坡东沙海域、神狐海域及西沙海槽甲烷渗漏环境和无甲烷渗漏环境87个浅表层沉积物中的底栖有孔虫Uvigerinaspp.进行碳同位素分析研究,结果表明,东沙海域δ13C值为-0.52‰~-5.68‰,平均值为-1.41‰,出现明显的负偏移;神狐海域δ13C值介于-0.36‰~-1.10‰,平均值为-0.75‰,未见明显的δ13C值负偏移;西沙海槽δ13C值介于-0.01%~-0.89‰,平均值为-0.45‰;对Uvigerinaspp.碳同位素组成与沉积物有机碳(TOC)、甲烷(CH4)间的关系进行探讨,发现δ13C负偏移主要出现在甲烷渗漏环境,发生在末次盛冰期,与溶解无机碳负偏移以及沉积物全样的δ13C值负偏移层位相吻合,有可能作为富甲烷环境的替代指标。     

新西兰东海岸盆地会聚边界的烃渗漏

在太平洋—澳大利亚弧前会聚／扭断边界（北爱尔兰东部,新西兰）发生的烃渗漏已持续了近２０Ｍａ。沿这５００ｋｍ左右的边界分布的实质流体排出的证据包括１３处在下—上中新统获得甲烷的碳酸盐沉积层,达１３处现代海上渗漏和３５０多处海岸油、气和卤水的渗漏。Ｃ１—Ｃ４烃至丰富海洋源石油的海岸渗漏是由从露头获知的白垩系—上新统地层地球化学有关的热成因和生物成因过程形成的。中新统站位以不同大小（巨砾至３００ｍ×１００ｍ×４０ｍ的土丘）的自生碳酸盐为特征,北部沉积以双壳类为主,并且碳酸盐碳同位素值降低到－５１．７‰…     

南海北部表层沉积物碳酸盐含量和δ18O及δ13C的空间与粒径分布特征及其控制因素

为深入研究南海北部表层沉积物中碳酸盐的来源及其控制因素,采用湿筛法,对南海北部珠江口、陆架、陆坡及海盆表层沉积物中碳酸盐的含量、δ18O和δ13C及其粒度分布特征进行了研究。结果表明,南海北部表层沉积物中的碳酸盐可能主要以海洋自生碳酸盐为主,其含量在空间上以陆坡显著高于海盆、陆架及珠江口为特征。粒度上,陆架(水深80 m)和浅陆坡(水深550 m)处碳酸盐的粒度分布相对平均,但在珠江口及730 m以深,76.9%~84.5%的碳酸盐分布于小于32 μm的粒级中。另外,珠江口和陆架与陆坡和海盆碳酸盐δ18O和δ13C的空间及粒度分布特征显著不同。珠江口陆架区,在空间上从珠江口向陆架,全样碳酸盐的δ18O和δ13C由轻变重。粒度上,碳酸盐的δ18O和δ13C随着粒径的增大而变重,并且δ18O和δ13C之间正相关,主要受珠江淡水的δ18O及其δ13C_DIC控制。陆坡海盆区,空间上,从陆坡向海盆,δ18O略有变轻,δ13C基本不变。粒度上,碳酸盐的δ18O和δ13C随着粒度的增大没有明显的变化趋势,并且δ18O与δ13C之间不相关或负相关。其δ18O可能主要受表层海水的温度控制,其δ13C可能主要受海水δ13C_DIC控制。     

沉积物中碳酸盐~(14)C年龄的可靠性

本文根据放射性碳杂志上发表的300余个~(14)C年龄数据及在中国和澳大利亚进行的野外调查,对土壤碳酸盐的形成途径,稳定同位素成份,钙结核的生长速率及古气候效应等问题进行了讨论.可区别出的三个δ~(13)C丰值,看来与环境和碳的来源无关.而土壤碳酸盐~(14)C年龄分布频率揭示它们形成于相对温暖-潮湿的古气候期.“老碳”的混入及土壤碳酸盐缓慢的生长速率是主要的误差来源.δ~(13)C值不能用于校正土壤碳酸盐的~(14)C年龄.     

晚古新世冰后高温期的全球沟鞭藻事件

晚古新世的气候环境在地质上具有全球快速变暖、时间间隔短暂的特征。这个时间间隔为晚古新世高温期 ,或称为ＬＰＴＭ。该时期深海快速变暖４～８℃ ,赤道和高纬大洋表层水变暖１～６℃。在深海底栖有孔虫中出现了大范围灭绝事件 ,而表栖浮游生物和陆生哺乳动物也经历了明显的种交替和多样性变化。经过测年 ,ＬＰＴＭ始于５４．９３～５４．９８Ｍａ ,ＬＰＴＭ中也可观察到明显的碳同位素负偏移（ＣＩＥ）（２‰～３‰） ,这在海洋和陆生化石记录中已得到证实。同位素异常的特征表明了极度富含 １２Ｃ的储层（例如甲烷气体水合物）曾向海洋…