南沙海区生物单体脂类碳同位素研究

应用GC-IRMS碳同位素分析技术, 对南沙海区典型生物的单体脂类碳同位素进行了测定. 饱和脂肪酸碳同位素δ ¹³C值分布在-25.6‰~-29.7‰之间, 其平均值在不同类型生物中为-26.4‰~-28.2‰, 差值仅为1.8‰. 不饱和脂肪酸具有较重的碳同位素组成, 与同碳数饱和脂肪酸的δ ¹³C值平均相差2.9‰~6.8‰. 正构烷烃碳同位素组成为-27.5‰~-29.7‰, 不同生物之间平均值极为接近, 为-28.6‰~-28.9‰. 饱和脂肪酸和正构烷烃平均δ ¹³C值只相差1.5‰, 表明它们具有相似的生物合成途径. 不同碳数脂类碳同位素δ ¹³C值差异大都在±2.0‰之间, 反映了它们经过碳链拉长的生物合成特征. 同时, 将这些生物单体脂类碳同位素与该海区沉积脂类的进行对比研究, 建立了生物与沉积脂类的碳同位素成因关系, 为脂类碳同位素应用研究提供了科学依据.     

中国北方黄土区C-3草本植物碳同位素组成研究

对生长在我国北方黄土区的367个C-3草本植物样品进行了碳同位素分析, 结果表明我国北方黄土区C-3草本植物δ ¹³C值分布区间为-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.7‰; 黄土高原中部半湿润区的C-3草本植物δ ¹³C值分布集中, 在-24.4‰ ~ -28.5‰之间, 平均值为-27.5‰; 而黄土高原西部边缘的半干旱-干旱气候区的C-3植物δ ¹³C值变化范围在-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.2‰; C-3植物的δ ¹³C值在黄土高原中部的半湿润气候区比黄土高原西部边缘半干旱-干旱气候区显著偏轻. 年降雨量是造成这种显著偏轻的主要原因, C-3植物的碳同位素组成随着年降雨量的减少而变重, 在我国北方黄土区年降雨量每增加100 mm, C-3植被 δ ¹³C平均值将偏负约0.49‰左右.     

中国北方黄土区C4植物稳定碳同位素组成的研究

通过对中国北方黄土区C₄植物稳定碳同位素(δ ¹³C)的系统分析, 发现C₄植物δ ¹³C值分布区间为-10.5‰ ~ -14.6‰, 其平均值为-12.6‰ ± 0.82‰; C₄植物δ ¹³C组成有随年降雨量减少, 即从半湿润区到半干旱区, 再到干旱区微微变轻的趋势; C₄植物的稳定碳同位素组成雨季比旱季偏重. 以上变化趋势都与C₃植物稳定碳同位素变化趋势相反.     

沼泽沉积环境中植物和沉积脂类单体碳同位素组成特征及其成因关系研究

为了认识沼泽典型沉积环境中沉积脂类与生物脂类碳同位素的内在联系, 应用GC-IRMS碳同位素分析新技术, 对若尔盖沼泽草本植物、木本植物叶和沉积物中单体脂类碳同位素进行了测定. 结果表明, 不同类型植物之间的正构烷烃碳同位素组成存在着明显的差别, 草本植物的δ¹³C值(−32.2‰~−36.9‰)要比木本植物叶类的(−27.2‰~−35.0‰)平均低3.3‰. 植物中脂肪酸碳同位素组成(−30.3‰~−36.2‰)与正构烷烃的类似, 并且不饱和脂肪酸的δ¹³C值分布在饱和脂肪酸δ¹³C值范围之内. 植物脂类之间的碳同位素组成变化较大, 范围为2.4‰~7.8‰. 沼泽沉积脂类碳同位素组成与生物脂类的密切相关, 沉积物中正构烷烃、≥C₁₆脂肪酸、正构脂肪醇、甾醇和α-正构脂肪酮碳同位素组成(−27.0‰~−36.9‰)类似于植物脂类, 并且短链和长链沉积脂类碳同位素组成较为相似, 说明它们都来自高等植物; 只有沉积C_14:0和C_15:0脂肪酸碳同位素组成比植物中同碳数的轻, 反映了它们部分细菌成因的特征.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

高演化海相碳酸盐烃源岩地球化学综合判识

针对中国海相碳酸盐岩烃源岩的成熟度高、有机质丰度低等特殊性, 以鄂尔多斯盆地下古生界为例, 通过微量元素富集系数计算、稀土元素的配分模式、元素和碳同位素等的数理统计分析及三维图解等多元综合分析, 结合必要的有机参数, 反演了盆地烃源岩发育环境, 评价碳酸盐岩烃源岩及其分布. 就鄂尔多斯盆地而言, TOC为0.2%是个重要的界限值, 研究表明: 在TOC>0.2%的层段中, Ba富集, δ¹³C_carb正偏移, δ¹³C_org<&#8722;28‰, 反映出古生产力、有机质埋藏量较高, 具较好生烃潜力, 稀土元素分异强, 指示沉降速率低, 有机质保存条件好, 利于烃源岩发育. 克里摩里组、乌拉力克组具一定规模, 可视为潜在有效烃源岩. 而TOC＜0.2%的层段, Ba含量低, δ¹³C_carb多为负值, δ¹³C_org为&#8722;24‰~&#8722;28‰, 指示有机质埋藏量低, 生烃潜力差, 稀土元素分异弱, 沉降速率较快, 多属浅水高能氧化环境, 不利于烃源岩发育. 利用无机与有机地球化学方法综合评价高演化海相有潜力的碳酸盐岩烃源岩及分布是可行的.     

陆良、保山气藏碳、氢同位素特征及纯生物乙烷发现

近10余年间云南陆良和保山两个盆地中分别发现了小型天然气藏. 过去基于地质背景、天然气组分和碳同位素组成研究, 基本厘定两个气藏为细菌成因气藏. 本次研究全面测定了两个盆地天然气碳、氢同位素组成, 从较深层次揭示了其成气作用的机制. 陆良盆地天然气δ¹³C₁值 为-73.3‰ ~ -72.1‰, δ D_CH4为-242‰ ~ -234‰, 显示其生物成气作用以CO₂还原占主导地位. 证明在陆相淡水条件下, 存在CO₂还原的生物成气过程. 保山盆地天然气δ¹³C₁为-63.6‰ ~ -62.5‰, δ DCH₄为-260‰ ~ -252‰, 为过渡相区生物气特征. 在陆良盆地一个重要发现, 是测得了纯生物成因乙烷的碳同位素组成, δ¹³C₂值为-66.0‰ ~ -61.2‰. 这批数据在我国是首次发现, 与世界迄今两例δ¹³C₂<-55‰的报道相比, 一个重要差异是后两例中均有表征热成因乙烷的混杂.     

内蒙古大井铜-锡-银-铅-锌矿床的流体混合作用——流体包裹体和稳定同位素证据

内蒙古大井铜-锡-银-铅-锌矿床的石英包裹体水的δ D值集中于-100‰～-130‰, 表明为大气降水来源. 硫化物的δ ³⁴S值(-0.3‰～2.6‰)指示深部岩浆硫来源. 根据碳酸盐矿物的δ ¹³C值(-2.9‰～-7.0‰), 计算了成矿流体的CO₂气体和全碳的δ ¹³C值, 分别介于-0.3‰～-9.4‰和-2.6‰～-11.7‰, 表明主要来源于岩浆. 定量模拟表明, 岩浆去气不是造成流体包裹体气体组分变异的原因; 流体包裹体的显微温度计也不指示相分离. 在包裹体气体组分H₂O-CO₂, 以及CO, N₂, CH₄和C₂H₆的二元协变图上, 样点表现正相关关系, 代表了富CO₂岩浆流体与大气水来源的地下水的混合作用. 地下水从古生界沉积岩的有机质中吸收了CO, N₂, CH₄, C₂H₆和放射性成因Ar. 混合引起的冷却效应导致了矿石矿物的沉淀.     

湖泊现代沉积物碳环境记录研究

通过对云南程海现代沉积物的精细采样和分析, 研究了湖泊沉积物中有机碳与无机碳含量阶段性的正相关和负相关变化. 结果表明, 温度及其引起的相关变化是控制沉积物无机碳含量、碳酸盐δ ¹³C和有机碳含量变化关系的主要因素. 当温度及其引起的光合作用强度变化对湖泊自生碳酸钙沉淀起主导作用时, 沉积物有机碳含量与无机碳含量及碳酸盐δ ¹³C呈正相关变化; 当温度及其引起的蒸发速率等其他物理化学因素变化对湖泊自生碳酸钙沉淀起主导作用时, 沉积物有机碳含量与无机碳含量及碳酸盐δ ¹³C呈负相关变化. 程海沉积物无机碳含量和碳酸盐δ ¹³C是湖区气候冷暖变化的良好代用指标.     

贾湖遗址人骨的稳定同位素分析

古代人类食谱研究是生物考古的重要组成部分, 也是当前国际科技考古领域的研究前沿. 利用稳定同位素分析方法, 尝试揭示贾湖遗址先民的食物结构以及生活方式的变化. 人骨的骨胶原含量、C含量以及N含量, 尤其是骨胶原C/N摩尔比的分析表明, 28个样品中13个已经受到埋藏环境的污染, 不能用作食谱分析. 其余样品骨胶原的δ ¹³C((-20.37±0.53)‰), 表明先民主要以C₃类作为食物来源. 根据骨胶原中δ¹³C和δ ¹⁵N的不同，先民的食谱可划分为4类. 两者相关性的缺乏, 当与该遗址以农耕经济为主有关. 骨胶原δ¹⁵N和羟磷灰石δ¹³C纵贯整个文化段的变化, 反映了先民从狩猎转向采集、捕捞直至发展稻作农业和家畜饲养的改变. 而羟磷灰石中δ ¹⁸O则无明显变化, 揭示了该遗址气候较为稳定.     

温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ13C的气候意义

详细了解多树种树轮碳同位素组成(δ¹³C)对气候的响应机制是进行古气候重建的基础. 利用川西高原温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ¹³C序列, 探讨了气候环境要素对两树种δ¹³C的控制作用及利用该指标进行气候重建的潜力. 结果表明: 铁杉和高山松树轮δ¹³C序列之间存在差异, 其原因可能与树种本身的生理特性有关; 当去除大气CO₂浓度引起的低频影响后, 两树种年轮碳同位素分辨率(Δ¹³C)序列之间的相关程度有所加强, 且呈显著相关关系, 说明气候要素对两树种的(Δ¹³C有类似的控制作用. 温度和水分与两树种(Δ¹³C序列密切相关, 但二者对(Δ¹³C起控制作用的时段和强度因树种的不同而存在差异. 其中, 温度对铁杉(Δ¹³C影响的关键时期为前一年12月至当年2月, 对高山松影响的关键时期为当年4~7月; 水分对铁杉和高山松(Δ¹³C起控制作用的关键时期分别为当年2~4月和3~5月. 可见在温暖湿润区, 树轮碳同位素分馏因树种的不同而不同, 且受多个气候要素共同作用, 但最优多元回归方程的解释方差最大仅38.5%. 因此, 在温暖湿润的川西高原单独利用树轮δ¹³C进行气候要素重建受到一定限制.     

慕士塔格冰川地区降水中δ18O的时空变化特征

根据2002年6~8月和2003年5~8月期间在慕士塔格冰川西坡收集的降水样品, 探讨了该区降水中δ¹⁸O的时空变化特征. 分析结果表明, 观测期间降水中δ¹⁸O具有较大的变幅, 可达20‰左右, 其值随时间的变化趋势和气温的变化趋势基本一致. 该区降水中δ¹⁸O与温度存在正相关关系, 但与降水量无关. 在海拔5500~7450 m的范围内, 稳定同位素比率的高程效应显著. 降水中δ¹⁸O随海拔而垂直变化的梯度值接近-0.40‰/100 m. 综合目前山地高海拔区的降水中δ¹⁸O资料, 初步建立了全球山地高海拔区(>5000 m)降水中δ¹⁸O和海拔的关系.     

中国部分盆地原油氮同位素地球化学特征

测定了中国部分盆地不同性质原油的氮同位素组成, 结合分子有机地球化学的部分方法, 对中国不同盆地原油的氮同位素地球化学进行了初步研究. 所测定中国不同性质原油氮同位素组成分布在&#8722;6‰~20‰之间. 不同类型盆地原油的氮同位素组成有不同分布, 淡水沉积环境原油的δ¹⁵N较低, 大致在1‰~5‰左右; 咸水和半咸水沉积环境形成的干酪根和原油δ¹⁵N较高, 通常在10‰以上, 有些甚至超过17‰. 塔里木塔中地区奥陶系原油δ¹⁵N最低, 大多在0以下, 反映出可能以海相碳酸盐岩有机质为主要来源的特点. 分馏作用影响氮同位素的分布范围. 微生物的降解作用往往会引起δ¹⁵N明显增加. 油气运移过程导致同位素比值下降, 但近距离的运移对同位素组成分布影响不大.     

塔里木盆地深层碳酸盐岩中气体包裹体组成及其碳同位素特征

通过分步加热法和真空电磁破碎法, 对塔参1井深层(>5700 m)碳酸盐岩包裹体中微量气体组分进行了质谱计在线检测, 并对真空电磁破碎法释放的气体进行了碳同位素测定. 组分测定结果表明, 虽然两种方法获得的气体成分有差别, 但总的情况是, 深层碳酸盐岩中包裹气体成分以CO₂为主, 其次为烃类气体CH₄, C₂H₆和C₃H₈. 非烃气体CO在分步加热法中丰度较高, 而在真空电磁破碎法测定中含量较低, 包裹体中N₂, H₂和O₂含量较低. 在5713.7 ~ 6422 m的下奥陶统和上寒武统中, 气体包裹体δ ¹³C₁表现出富¹²C, 类似于生物气的特点(-52.4‰ ~ - 63.1‰), 但其组分却没有生物气“干”的特征. 深层包裹体中这一特征可能主要与烃类气体的运移分馏因素有关. 塔中个别深层天然气中较轻的CH₄碳同位素特征可能也有类似成因. 而在下寒武统7117 ~ 7124 m处的气体包裹体则δ ¹³C₁较重, 为高成熟度CH₄的特点. 深层碳酸盐岩包裹体中 主要表现出无机成因的特点, 与塔中天然气的CO₂碳同位素值所表现的成因一致.     

晚泥盆世F-F之交菌藻微生物繁荣与集群绝灭的关系: 来自碳同位素和分子化石的启示

广西桂林杨堤斜坡相碳酸盐岩的无机、有机碳同位素, 分子化石和相关地球化学资料显示, 从上泥盆统弗拉阶上rhenana带至linguiformis带顶部, δ¹³C_carb和δ¹³C_kerogen正偏, 其值分别从+0.43 (‰ V-PDB) → +3.54 (‰ V-PDB)和从&#8722;29.38 (‰ V-PDB) → &#8722;24.14 (‰ V-PDB), B* (Ba* = Ba/ (Al2O3 X 15%))从0.015上升至0.144, TOC从0.02%上升至0.21%, V/Cr从0.3上升至2.0, Sr/Ba从3.20上升至49.50, 表明晚泥盆世弗拉阶-法门阶(F-F)之交生物量和生物产率以及有机碳的埋藏量是增加的, 水与沉积物界面附近由富氧到少氧, 沉积环境的含盐度增高. 上泥盆统弗拉阶顶部至法门阶下部, 分子化石丰度有所增加, 分子化石类型主要由正构烷烃、类异戊二烯烃、萜烷、甾烷构成, 其特征表明, 分子化石的母体生物主要为海洋浮游植物、浮游动物和底栖非光合作用的菌类. 因此文中认为, F-F之交生物集群绝灭的多期性、选择性、全球性和地质学意义上的同时性是菌藻微生物繁荣、中-低纬度浅水海洋生态环境不断恶化、积累的结果, 是陆地生态系与海洋生态系遥相关的具体体现. 简化的因果链是: 晚泥盆世裸子植物、高大乔木、多重结构森林出现→化学和生物化学风化盛行→真正意义土壤广为发育→地表径流向滨-浅海输送的有机物和营养物质增多→陆表海由超寡营养到富营养化→浮游植物和浮游动物等低等菌藻微生物繁荣、频繁的赤潮、海洋水团缺氧→中、低纬度浅水海相生物集群绝灭. 陆表海富营养化、缺氧使得有机碳埋藏量增加导致大气CO₂浓度降低致使气候变冷和海平面下降可能也是中、低纬度浅水海相生物集群绝灭值得关注的因素.     

Cascadia边缘与天然气水合物共生沉积物中有机质碳、氮同位素组成及意义

Hydrate Ridge南高点ODP204航次5个站位54个沉积物样品中有机碳C, N同位素组成及C/N比值表明沉积物中的有机质主要来自海洋. 对1245B孔的系统分析表明天然气水合物的发育改变了沉积物中有机碳和氮同位素的成岩演化轨迹, 水合物发育处δ¹⁵N值和C/N比值同时变低, 且δ¹³C值相对较重; 在水合物稳定带内δ¹⁵N值的亏损将近2‰. 水合物发育处沉积物中氮含量的增加和δ¹⁵N值的亏损, 推断可能与天然气水合物发育处沉积物中细菌(包括古细菌)的固氮作用有关. 沉积物中有机质中碳、氮同位素的分布与沉积环境的变化同步响应, 同时亦反映流体活动的变化.     

山东幔源岩浆岩的碳-氧和锶-钕同位素地球化学研究

系统研究了鲁西早白垩世碳酸岩、方城玄武岩、胶东白垩世煌斑岩、蒙阴古生代金伯利岩的碳-氧和锶-钕同位素组成特征. 古生代金伯利岩的碳氧同位素组成集中, δ¹³C和δ¹⁸O分别在&#8722;4.8‰~&#8722;7.6‰和+9.9‰~+13.2‰之间, 属正常情况, 而白垩纪3类岩浆岩的碳氧同位素则变化较大, 并暗示当时的地幔源区可能局部受到过含有机碳的地壳物质的混染. 白垩纪3类岩浆岩的锶钕同位素一致显示了EMII型富集地幔的源区特征, 暗示了再循环地壳物质对地幔源区的改造. 碳-氧和锶-钕同位素特征的系统对比显示, 华北东部克拉通下岩石圈地幔在早古生代、早白垩世、第三纪时期的特征互不相同, 表明该陆下岩石圈地幔自古生代以来至少经历了两次改造过程. 目前的资料暗示, 第1次改造过程可能主要发生在三叠纪-侏罗纪, 带有缓慢渐变的特征, 第2次改造过程主要发生在白垩纪, 显示为快速突变. 种种迹象表明, 华北东部早白垩世(尤其是120~130 Ma)可能是华北东部中生代动力学体制转折的关键时段.     

下扬子地区早三叠世碳酸盐岩碳同位素组成的演化特征

对分布于下扬子地区早三叠世海相碳酸盐岩台地相、斜坡相、盆地相3条地层剖面的碳同位素演化趋势研究表明, 早三叠世碳同位素组成演化表现为3次负漂移和1次正漂移. 经与牙形石生物地层对比, 3次负漂移分别发生在早三叠世Griesbachian期、Smithian期和Spathian晚期, 正漂移发生在Spathian早期. 相同时期不同沉积相区碳酸盐岩具有相同的碳同位素组成变化趋势, 但由台地相→斜坡相→盆地相碳酸盐岩δ¹³C值由高向低的变化说明其背景值受古地理因素控制. 碳同位素组成的正漂移与早三叠世生物繁盛及有机质的快速埋藏有关, 而碳同位素组成的负漂移则可能与早三叠世频繁的火山活动、生物绝灭有关.     

渔塘坝硒矿床富硒硅质岩的成因

下二叠统茅口灰岩顶部含碳硅质岩段(P₁³m )是渔塘坝硒矿床的主要富Se层位, 具有水平层理和纹层理构造, 硅质岩平均含Se 1646 μg·g^-1, 富含有机碳、Al₂O₃和SiO₂, 而S含量较低, 除主要富集Se元素外, 其他如Mo, Cd, V, Co等也有较高富集. 稀土总量低, 轻稀土略显富集. 样品富集较重的Si同位素, δ ³⁰Si值变化不大, 范围在1.1‰~1.2‰之间. 通过常量元素、微量元素、稀土元素以及Si同位素组成特征可以判断渔塘坝富硒硅质岩形成于浅海-半深海缺氧环境, 并主要受生物化学作用控制.     

从相位差探讨更新世东亚季风的驱动机制

南海南部ODP1143站和北部ODP1144站的深海有孔虫氧碳同位素、蛋白石和孢粉记录第一次揭示了更新世轨道尺度上东亚季风演变与轨道驱动及全球冰量变化的关系. 1143站和1144站的Globigerinoides. ruber δ¹³C、蛋白石百分含量、松类花粉(Pinus)和草本花粉的百分含量均表现出很强的偏心率、斜率和岁差周期. 1143站的G. ruber δ¹³C与地球轨道参数(ETP = 正交化的偏心率+正交化的斜率-正交化的岁差)在偏心率、斜率和岁差周期上都相关, 然而大部分的相关关系都集中在岁差周期上; 其他的季风替代性指标与ETP只在岁差周期上相关. 这说明更新世热带地区的气候变化主要受地球轨道的岁差控制. 东亚季风替代性指标与有孔虫δ¹⁸O曲线的对比以及它们之间的交叉频谱分析表明, 更新世全球冰量变化对东亚季风至少是东亚冬季风产生了重大的影响, 这与印度季风的驱动机制显然不同. 东亚季风, 至少是东亚冬季风在岁差周期上的演化, 部分地受控于地表的感热对太阳辐射的响应, 也受控于南海表层海水的潜热对太阳辐射的响应.