青藏高原地区湖泊正构烷烃有机单体氢同位素组成及其水文与环境应用

湖泊沉积物中正构烷烃氢同位素组成(δD)广泛应用于古环境变化研究,但其正构烷烃通常包含多种植物来源,使其作为环境和气候指标进行解释时面临许多挑战.我们系统调查了青藏高原地区15个湖泊中51个沉水植物(包括39个眼子菜、1个狐尾藻和11个川蔓藻),13个藻类(包括5个轮藻、3个刚毛藻和5个水绵)以及20个湖边陆生植物(包括10个灌木和10个草本植物)正构烷烃的δD值.结果表明:藻类和沉水植物C29正构烷烃δD值与湖水δD值显著正相关(藻类:R~2=0.85,p0.01,n=9;沉水植物:R~2=0.90,p0.01,n=25),表明这些藻类和沉水植物正构烷烃的δD值反映了湖水δD值的变化.不同种属的藻类和沉水植物,以及不同水文条件下生长的同一种属植物,其氢同位素分馏值(ε_(a/w))并不稳定,表明生物合成和环境条件(如盐度)可能会影响藻类和沉水植物的δD值.希里沟湖(封闭湖)中川蔓藻的δD值显著偏正于其湖边草本植物的δD值(one-way ANOVA,p0.01),但可鲁克湖(开放湖)中的轮藻植物与其湖边草本植物的δD值接近(one-way ANOVA,p=0.8260.05),表明干旱半干旱地区湖泊中藻类和沉水植物仅在封闭湖记录了湖水相对于大气降水富集δD值的信号.对每一个藻类和沉水植物样品,不同碳数正构烷烃δD值无明显差别,表明结合Paq和平均链长(ACL)等指标,不同碳数正构烷烃δD值的差值能帮助我们判断沉积物中正构烷烃的植物来源,及分析古湖泊盆地的沉积类型(开放沉积或封闭沉积).     

塔里木盆地天然气氢同位素地球化学与对热成熟度和沉积环境的指示意义

通过对塔里木盆地主要含气区74个天然气样品碳、氢同位素分析, 天然气可分为6类, 即: ①与陆相煤系有关的煤成气; ②与三叠-侏罗系湖相泥岩有关的煤成气; ③与海相沉积的寒武系-下奥陶统烃源岩有关的油型气; ④与海相-海陆过渡相烃源岩有关的油型气; ⑤石炭系海陆过渡相烃源岩与中生界腐殖型有机质形成的混合气; ⑥塔西南坳陷有机热解气与少量深部气形成的混合气. 不同类型天然气中甲烷氢同位素组成受源岩沉积环境(有机质类型)和热成熟度双重因素控制, 其中沉积环境(有机质类型)为主要控制因素, 其次为热成熟度; 在源岩热演化程度相近时, 甲烷氢同位素组成主要与其源岩沉积环境(有机质类型)有关. 随着气源岩热演化程度的增高和/或烷烃气碳数的增加, 烷烃气氢同位组成呈逐渐变重的趋势; 重烃气氢同位素组成(d D2, d D3)主要受源岩热成熟度控制, 其次为源岩沉积环境. 烷烃气氢同位素系列局部倒转与细菌氧化、不同类型天然气混合和/或同一类型不同热成熟天然气混合有关. 在油型气中, d D1>d D2可能与硫酸盐还原反应有关.     

西南天山托云盆地新生代玄武岩中巨晶的研究

西南天山托云盆地新生代玄武岩中同时产出有深源岩石包体和辉石、角闪石、长石、金云母等高压巨晶. 巨晶主要产于火山活动早期形成的锥状岩席中, 辉石巨晶主要产于剖面下部, 角闪石、金云母以及深源岩石包体主要分布在中部, 长石巨晶主要分布在上部. 晶体的完整性、缺乏变形组构及其与寄主岩的关系表明, 它们是从寄主岩浆中晶出并快速上升到地表的. 矿物学研究表明, 辉石巨晶为铝质普通辉石, Al₂O₃含量高(>9%); 角闪石TiO₂含量很高(>4.5%), 为钛闪石; 长石巨晶主要为歪长石, 双晶发育. 部分普通辉石和钛闪石巨晶发育磁黄铁矿包裹体. 巨晶辉石结晶温度为1185~1199℃, 压力约为1.53~1.64 GPa, 为壳幔边界晶出的产物; 巨晶角闪石结晶压力约为0.85 GPa, 温度约为1000℃, 大致于30 km处晶出. 巨晶歪长石结晶压力在0.8~1 GPa, 温度为900℃左右. 角闪石巨晶中没有金红石等富钛包裹体, 反映了岩浆的快速上升. 辉石巨晶和斑晶成分计算的温压条件位于玄武岩液相线附近, 其大致的P-T轨迹斜率较大, 也可以作为岩浆快速上升的证据之一. 但是, 角闪石巨晶形成温度明显低于同等压力条件下的辉石巨晶, 可能暗示角闪石巨晶形成于岩浆活动前锋温度较低且富含挥发分的环境. 因此, 托云新生代玄武岩应当形成于拉张环境中, 巨晶的形成和上升具有较为复杂的历史.     

青藏高原东缘表土正构烷烃δD高度效应及其分馏值的高程变化

稳定同位素高度计极大地促进了全球较大山体隆升历史的研究,然而,古土壤氢氧同位素古高度计获得的古高度结果一般比通过古生物化石获得的要高得多.因此,需要在不同地区深入评估其现代高度关系及其影响因素,借此探讨稳定同位素古高度重建方法的校正.本研究测定了青藏高原东部东亚季风区龙门山29个表土叶蜡正构烷烃氢同位素值(δD_(wax))、22个土壤水氢同位素值(δD_(sw)),以及贡嘎山47个河水氢同位素值(δD_(rw))、55个泉水的氢同位素值(δD_(springw))和2个水文观测站的夏季降水氢同位素值(δD_(p)).龙门山断面表土δD_(wax)值分布在.160~.219‰(其δD_(wax)高程递减率为.18‰km.1(R2=0.83;p0.0001;n=29),比贡嘎山断面整体上偏正约40‰.气候和水汽来源的区域差异性可能导致了两个地区δD_(rw)值、表土δD_(wax)和ε_(wax)/p值的不同.另外,本研究发现两个断面表土δD_(wax)相对δD_(rw)、δD_(p)和δD_(sw)的分馏值(ε_(wax)/_(rw)、ε_(wax)/p和ε_(wax)/_(sw))整体上随海拔高度的升高而增加(两个断面分别高达34‰和50‰).通过这两个高程断面的表土δD_(wax)、δD_(p)、δD_(rw)(δD_(springw))和δD_(sw)的对比研究,讨论了水汽再循环、冰川融水、蒸散发、植被类型、纬度和山形等因素对ε_(wax)/p值随高程变化的综合影响.因此,在估算高海拔处的古高度时,如果仍然参考有些低海拔处估算的植物的ε_(wax)/p值,那么,以此推导的古降水δD_(p)偏负于实际值,因而高估古高度.     

单斜辉石中氢的扩散:高温脱水实验研究

通过高温连续脱水实验,在９５０和８５０℃下,测定了女山的一个单斜辉石巨晶平行于［００１］~＊方向的氢扩散系数,分别为（６．５±土１．５）×１０~（－１２）和（１．８±０．７）×１０~（１２）ｍ~２／ｓ．碱性玄武岩中的幔源单斜辉石巨晶可能是研究上地幔中水的性质、演化和氢同位素特征的可靠样品。     

华北草地生态群落下表土中长链正构烷烃单体氢同位素组成

为了查明单一生态系统下表土中高等植物来源长链正构烷烃单体氢同位素（δ^13Cn-alkanes）的变化特征,从华北张家口市万全县大麻坪玄武岩风化壳随机采集了12个表层土壤样品,用来分析其长链正构烷烃分子组成特征及其单体碳（δ^13Cn-alkanes）、氢同位素,同时分析了其总有机质碳同位素（TOC,δ^13Cn）变化.结果表明δ^13Cn和来源于陆生高等植物的4个代表性的占优势地位的长链正构烷烃（n-C27,n-C29,n-C31,n-C33）的13Cn-alkanes在这12个样品中都非常稳定,仅有很小的变化幅度,这两类碳同位素数据均表明其上覆植被的光合作用类型构成非常均一,可以视为由纯C3草本植物构成.相应的这4个主要长链正构烷烃的Dn-alkanes变化幅度比较大,整体而言,相对丰度越高的同族体分子,其Dn-alkanes更为偏负,且其变化幅度更小.然而,这4个主要长链正构烷烃加权平均Dn-alkanes值约30‰的变化幅度小于先前研究当中报道的同一地点不同现代陆生C3草本植物之间长链正构烷烃Dn-alkanes值的变化幅度,甚至小于同一植物种长链正构烷烃Dn-alkanes值的季节变化幅度.由于表土和沉积物中长链正构烷烃来源上的相似性,即它们都来源于多种植物的混合,因此,我们的结果对于沉积物,尤其是其有机质为原地植物来源的陆相沉积物的长链正构烷烃单体氢同位素组成的古气候、古环境、古水文信息的精确解译,具有一定的参考价值.     

长江河口区悬浮颗粒物中十六烷酸和十八烷酸的氢同位素

类脂生物标志物氢同位素可以示踪水文环境过去的变化.近年来的研究表明微藻类脂化合物的生物标志物有定量重建环境水氢同位素值(?D)和盐度的潜力.本研究中,我们沿长江河口区盐度梯度采集了7个表层悬浮颗粒物样品,并测定了其中脂肪酸的氢同位素值.结果表明,环境水的?D值与盐度高度相关,与在其他河口区的结果一致.在长江河口区,十六烷酸和十八烷酸的?D值与水的?D值有正相关关系.但是,脂肪酸相对于环境水的氢同位素分馏程度随盐度的增加而升高,与藻类培养和其他现场调查的结果相反.脂肪酸氢同位素分馏随盐度增加而升高可能与光可利用性有关,也可能与长江河口区脂肪酸有多种来源有关.     

大别山超高压变质作用期前和期后水-岩相互作用的氢氧同位素证据

对大别山东部超高压变质岩单矿物进行了氢氧同位素分析 ,得到榴辉岩的全岩δ18O值变化较大 ( -5‰～ 9‰ ) ,而其中云母的δD值变化较小 ( -85‰～-70‰ ) .在石英与其它矿物之间存在氧同位素平衡和不平衡两种现象 ,并且部分榴辉岩中出现绿辉石与石榴石之间的氧同位素分馏“倒转” .然而 ,较低的榴辉岩δ18O值 ( -5‰～ 1‰ )反映了其原岩的氧同位素特征 ,是由于超高压变质作用之前与大气降水发生相互作用的结果 .大别 苏鲁造山带榴辉岩氧同位素不均一性的保存指示 ,引发前进变质作用的古板块俯冲是快速的 ,因而所伴随的变质流体流动为隧道式而不是弥散式 .退变质作用导致部分矿物之间出现氢氧同位素不平衡 ,但引起退变质反应的流体在稳定同位素组成上是内部缓冲的 ,其氢氧同位素组成取决于寄主岩石的化学性质 .     

郯庐断裂及胶辽断块区现代地热流体地球化学

地下水深循环过程产生的同位素物理分馏是地热水的δD ,δ18O值总是低于当地浅层地下水的主要原因 .给出了地热水可能的最大循环深度与其δD ,δ18O值降低幅度的关系式 .研究区内地热流体逸出气体属于壳内气体 .郯庐深断裂现今以压性为主的活动方式一直延续至深部 ,基本阻断了深源气体向地表的迁移     

中国东部新生代玄武岩中幔源包体和高压巨晶的氦同位素研究

对中国东部黑龙江鹿道，吉林辉南、蛟河，辽宁宽甸，河北汉诺坝，安徽女山和海南岛定安地区新生代玄武岩中幔源包体和高压巨晶的氦同位素进行了初步研究．大部分地区幔源包体和高压巨晶的～３Ｈｅ／～４ＨＥ比值分布在 １×１０～（－５）左右，与ＭＯＲＢ的～３Ｈｅ／～４Ｈｅ比值相似，反映了ＭＯＲＢ型亏损地幔的特征．蛟河地区幔源包体的～３Ｈｅ／～４Ｈｅ比值为４．８ × １０～（－６）；汉诺坝地区幔源包体的～３Ｈｅ／～４Ｈｅ比值为（０．１５～７．４）×１０～（－６）与，较ＭＯＲＢ值明显偏低，甚至低于大气的值，说明该地区曾发生过强烈的地幔交代作用．同一地区幔源包体和高压巨晶的氦同位素组成明显不同，提出幔源包体和高压巨晶不是同源的，两者可能与寄主玄武岩均无必然成因联系．在汉诺坝地区一件石榴石巨晶中发现了异常高的～３Ｈｅ／～４Ｈｅ比值     

中国东部大陆岩石圈地幔及幔源岩浆岩水含量和氢同位素组成

中国东部华北陆块和华南陆块的地幔包体单矿物和全岩水含量变化很大,总体低于全球其他克拉通和非克拉通岩石圈地幔包体单矿物和全岩水含量.然而,具有新生岩石圈地幔来源的莒南橄榄岩包体单矿物和全岩水含量总体高于其他中国东部岩石圈地幔包体,指示中国东部新生岩石圈地幔的初始水含量并不低.地幔包体中单矿物水含量与Mg~#之间无明显相关关系,其中的辉石缺乏水扩散环带,因此地幔包体的低水含量与包体随玄武岩岩浆上升过程的水扩散丢失无关.大陆岩石圈地幔底部受到热软流圈地幔烘烤有可能会造成水的扩散丢失,但是熔体提取也可能是引起低水含量的原因之一.通过斑晶水含量计算得到的中国东部中生代和新生代玄武岩初始熔体水含量均高于正常洋中脊玄武岩.中生代玄武岩初始熔体水含量与岛弧玄武岩类似,而新生代玄武岩初始熔体水含量则与洋岛玄武岩和弧后盆地玄武岩类似(部分地区与岛弧玄武岩类似).这些结果表明,大陆玄武岩地幔源区相对富水,指示其地幔源区曾经受到深俯冲地壳脱水所形成的富水流体/含水熔体的交代,使其水含量升高.中国东部新生代幔源巨晶、包体矿物和玄武岩斑晶的氢同位素组成变化也很大,反映中国东部新生代岩石圈地幔氢同位素组成高度不均一.新生代岩石圈地幔具有高于亏损地幔的水含量和偏离亏损地幔值的氢同位素组成,反映其受到过俯冲太平洋板片部分熔融所产生熔体的交代.俯冲大洋板片脱水熔融产生的富水流体和含水熔体对大陆岩石圈地幔底部的交代导致其水含量增加,引起底部岩石黏滞度降低,进而导致岩石强度的降低,使其容易被构造侵蚀乃至拆沉.因此,大洋俯冲隧道中的壳幔相互作用是克拉通岩石圈减薄的重要诱因.     

新疆北部二台北花岗岩体的两期同位素交换反应

对阿尔泰二台北花岗岩体的２０个岩石样品的共生长石、石英、黑云母做了氧、氢同位素组成测定．二台北岩体经历了两期同位素交换反应．第２期与大气水的Ｄ／Ｈ,~１８Ｏ／~１６Ｏ交换造成了第２组样品的δ~１８Ｏ_长石和δ_黑云母值显著降低;黑云母的Ｄ／Ｈ组成相对于~１８Ｏ／~１６Ｏ组成对大气水蚀变的反应更加灵敏．第１期与富~１８Ｏ的流体发生~１８Ｏ／~１６Ｏ交换,造成了反转△~Ｏ_石英－长石关系．富~１８Ｏ的流体来源于地壳深部的脱水反应;脱水熔融是花岗岩源区熔融的重要机制．深部流体具有围绕岩体分布的外封皮性质,它对地表流体构成了有效的屏蔽。     

青藏高原南部空姆错湖芯中陆源正构烷烃氢同位素比值的气候意义

在青藏高原南部空姆错钻取了一根浅湖芯,对其中时间跨度约为50年的剖面按7年间隔对其中陆源正构烷烃(C_(25),C_(27),C_(29),C_(31))进行了提取分析。通过将这些生物标志物的氢同位素比值与附近浪卡子气象站和拉萨气象站的气象参数记录进行比较,发现这些生物标志物的δD值与生长季节时段的平均气温显著相关,而与生长季节时段的降雨量和相对湿度的相关性差,说明陆源沉积正构烷烃的氢同位素比值主要记录了气温信号,可以被用于古温度重建。     

长江故道底栖动物群落特征及资源衰退原因分析

选取青藏高原南北断面气候环境条件差异明显的大枪勇错、空姆错、纳木错、克鲁克湖和小柴达木湖的表层沉积物进行了陆源正构烷烃（C25-C31）的提取分析．通过将这些生物标志物δD值与源区生长季节大气降水国值进行比较,发现两者有很好的相关性．说明陆源沉积正构烷烃记录了生长季节降水同位素信号正构烷烃n-C25、n-C27与大气降水间氢同位素分馏在-45‰至-70‰之间,而n-C29、n—C31与大气降水间氧同位素分馏在-70‰至-95‰之间,沿青藏高原南北断面分馏恒定,分馏平均值分别是-57‰和-82‰通过对比欧洲断面的-130‰分馏值,可以看出青藏高原南北断面陆源沉积正构烷烃与大气降水间表观同位素分馏小很多。     

氢同位素平衡分馏系数α^e与T,M,f间的定量关系

氢同位素平衡分馏系数（α＾ｅ）是氢同位素地球化学研究中必不可少的参数。然而实验测定α＾ｅ值难度大，周期长，所以还有不少羟基矿物尚无α＾ｅ值，另外，由于类质同象系列中羟基矿物的化学组成，羟基振动频率等的变化，各矿物的α＾ｅ值民不同，但不可能用实验方法系统地测定类质同象系列中每个矿物的α＾ｅ值，使氢同位素的应用受到一定影响，本文对α＾ｅ值与温度（Ｔ），矿物化学组成（Ｍ），羟基振动频率（ｆ）之间的关系和     

轮南油田代表性原油正构烷烃单体氢同位素组成、分布与母源信息

采用先进的色谱-高温热转变-同位素比值质谱(GC-TC-IRMS)分析技术, 首次对塔里木盆地轮南油田部分原油正构烷烃进行了单体氢同位素组成分析. 所测定的不同储层的原油样品, 正构烷烃单体氢同位素组成相近, 反映了原油母源沉积环境的相似性, 均来源于海相沉积环境. 与理论推算值(−150‰)和报道的Williston盆地奥陶系生源的原油正构烷烃氢同位素数据(nC₁₃~nC₂₇, −160‰~−90‰)相比, 轮南油田原油正构烷烃单体氢同位素组成较重(nC₁₂~nC₂₇, −120‰~−60‰). 从母质形成的生物化学过程和烃类生成的热成熟作用过程分析, 相对咸水沉积环境下形成的母质及相对较高的成熟度可能是造成上述轮南油田原油正构烷烃氢同位素组成与分布偏重的主要原因.     

东海盆地丽水凹陷天然气类型及其成因探讨

丽水凹陷目前发现的天然气成分差异很大,烃类气体的含量占2%～94%,非烃类气体主要为CO2气体.在烃类气体的组成中,甲烷含量均低于90%,C2 以上重烃气体含量均大于10%,属于湿气.烃类气体碳同位素分析表明,甲烷的碳同位素组成δ13C值小于-44‰、乙烷的δ13C值基本上小于-29‰、丙烷的δ13C值小于-26‰,甲烷与乙烷碳同位素组成差值大,属于有机成因的油型气,是混合型有机质在成熟阶段生成的产物.非烃CO2气体的碳同位素δ13C值均大于-10‰,属于典型无机成因气.黄金管封闭体系下有机质的生烃模拟表明,灵峰组海相陆源有机质生成的天然气甲烷的比例明显高于月桂峰组湖相水生和陆生混合有机质生成的天然气,而重烃的比例明显低于月桂峰组混合有机质生成的天然气.灵峰组海相陆源有机质生成的天然气甲烷碳同位素δ13C值比月桂峰组混合有机质生成的甲烷的碳同位素δ13C值大5‰左右,乙烷和丙烷的碳同位素δ13C值大9‰以上.LS36-1油气藏是丽水凹陷目前唯一的商业性油气藏,烃类天然气各组分的碳同位素组成与灵峰组有机质生成的天然气各组分碳同位素组成差异大,而与月桂峰组有机质生成的天然气各组分碳同位素却很相近,表明其主要源岩是月桂峰组湖相烃源岩,而非灵峰组海相烃源岩和明月峰组煤系烃源岩.     

青藏高原东缘鲜水河-安宁河断裂带深源气体释放

青藏高原东南缘分布的大规模超壳走滑断裂带和中-高温地热区释放大量深源气体.鲜水河-安宁河断裂带温泉水和逸出气体的化学和同位素组成分析结果显示,该断裂带的水-岩相互作用显著,深源含碳流体强烈释放,是研究大陆碰撞造山带巨型走滑断裂系统深源CO2释放的重要地区.δ18OH2O和δDH2O值显示温泉水主要来源于不同补给高度的大...     

内蒙古达里诺尔湖水体稳定同位素空间分布特征指示的区域补给差异

基于内蒙古寒旱区达里诺尔湖（简称"达里湖"）无河流外泄、冬季湖面冰封、水体流动缓慢等典型区域水文气象特征,对夏、冬季湖泊底层、表层水（冰）、入湖河水、浅层地下水（井水、泉水）等样品中稳定氢、氧同位素（δD、δ¹⁸O）值的变化进行对比分析,结果显示湖区不同水体δD和δ¹⁸O平均值均存在湖泊水体（水、冰体） > 大气降水 > 入湖河水 > 浅层地下水的变化特征.在达里湖,夏、冬季底层水δD、δ¹⁸O值均比表层水（含湖冰）中δD、δ¹⁸O值偏负且季节变化幅度较小.此外,冬季不同采样点底层水δD、δ¹⁸O平均值的区域差异性比夏季明显,这反映了湖泊底层水体相对封闭、稳定的储存环境,也说明地下水补给过程存在一定程度的区域差异.而基于不同区域底层水δD、δ¹⁸O值及氘盈余指数（d）值和水深变化间相互关系的分析,发现水深变化可能是影响达里湖底层水δD、δ¹⁸O值分布区域差异及补给过程的主要因素之一：东北部水体较浅（水深小于8 m）区域采样点水体δD、δ¹⁸O平均值多数比达里湖整体平均值偏负且d值偏正,指示浅层地下水输入及二次蒸发作用的影响;西南部水体较深（水深超过8 m）区域采样点水体δD、δ¹⁸O平均值多数比达里湖整体平均值偏正且d值偏负,说明水体相对稳定,受二次蒸发作用的影响较弱.     

内蒙古高原达里诺尔湖夏季水体稳定同位素变化特征

基于内蒙古高原寒-旱区达里诺尔湖（简称"达里湖"）相对集中的夏季大气降水、强烈的蒸发作用等典型区域气候环境特征,结合湖泊水体温度、盐度等理化指标变化,对夏季达里湖湖水、入湖河水、区域大气降水等样品中稳定氢、氧同位素（δD、δ¹⁸O）值变化进行了对比分析.结果显示：虽然整体上达里湖夏季水体并没有形成明显的物理性质"跃层"（如温跃层、盐跃层等）,水体理化指标的空间分布相对稳定,但是夏季湖水中δD、δ¹⁸O值却随着水深增加逐渐偏负：δD值由表层水体（0~1 m）到底层水体（7~9 m）偏负约1.40‰,δ¹⁸O值由表层水体到底层水体偏负约0.27‰.达里湖夏季"大气水线"为δD=8.22δ¹⁸O+6.82,显示大气降水中δD、δ¹⁸O值受季风降水效应影响的同时受到区域蒸发作用影响.特别是7、8月大气降水同位素变化受降水效应的影响比6、9月更明显,而6、9月大气降水同位素变化受蒸发作用的影响比7、8月更明显.这也导致达里湖夏季上层水体受大气降水的稀释作用影响显著;伴随水深的增加,降水效应及蒸发作用的混合影响逐渐减弱,底层水体受区域地下水补给过程等因素的影响则可能更加明显,即达里湖夏季上层水体和底层水体中稳定同位素组成变化的影响因素存在差异.