湖泊沉积物碳酸盐碳、氧同位素研究进展

湖泊沉积物自生碳酸盐碳、氧同位素已经大量地应用在古气候、古环境研究中。本文综述了碳酸盐碳、氧同位素指标的主要啦制因素、指标的环境指示意义,举例说明了碳氧同位素指标在古气候研究上的应用,指出了其存在的问题与不足,展望了在古气候应用上的前景,认为氧同位素是定量古气候参数的最有效指标之一。     

方解石811N:一种可能的微区碳氧锶同位素分析标准

同位素标准物质是同位素分析的基准物质和数据比较的重要依据。方解石811作为碳酸盐碳氧同位素的实验室标准物质,具有良好的适用性,但由于制备时间久远,存量日益减少,且性状信息缺乏,影响了该标准在微区微量分析中的运用。本次研究选用未制备的811方解石(811N)作为研究对象,结合多种分析技术从不同尺度对其矿物组成、元素含量分布、碳氧同位素组成进行分析,揭示其相关信息及规律,并探讨了其Sr同位素组成,从而为下一步811N的制备和使用提供参考信息,有助于该样在不同碳酸盐分析和研究,特别是微区微量元素和同位素中的运用。实验结果表明,方解石811N较为纯净,主要为方解石,只含有微量的白云石、针铁矿、黏土矿物;除主要化学成分(CaCO₃)外,含有微量的Mg、Mn、Sr、Si、REE、U、Th等元素,Mg、Mn、Sr含量在整体分布上存在一定的变化,但在局部相对均匀。碳氧同位素组成整体差异程度相对较小,且其差异程度和元素均匀性呈对应关系,主要区域碳氧同位素组成均匀。Sr同位素组成在不同区域中无明显差异。本次研究认为811N是合适的碳酸盐碳氧同位素分析标准物质,该样制备后能够满足碳氧同位素分析和研究的需要,同时该样具备适用于微区微量C、O、Sr同位素分析和研究的潜力。     

激光探针稳定同位素分析技术的现状及发展前景

微区分析是同位素测试发展的重要方向。激光探针微区稳定同位素分析方法是同位素微区分析的重要手段。激光探针微区稳定同位素研究始于 2 0世纪 80年代 ,开始时主要集中于轻元素的稳定同位素研究。目前它已广泛用于碳酸盐碳、氧同位素 ,硫化物硫同位素 ,硅酸盐氧、硅同位素和氮同位素研究。近年来 ,多接收等离子质谱分析技术在重金属元素 (如铁、铜、锌、钼等 )的同位素分析方面取得迅速发展。因而 ,重金属元素的微区稳定同位素研究又成为当前的热点。文中对轻元素和重元素的激光探针微区稳定同位素分析的制样装置与设备 ,各种相关分析技术 ,以及在矿物、岩石与矿石研究中的应用现状进行了介绍。对激光探针微区稳定同位素分析技术的发展前景做了讨论。     

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。     

气液包裹体稳定同位素样品制备及与气液相成分联测方法

本方法研制了一套“气液包裹体稳定同位素样品制备与气液相成分分析联测装置”，将包裹体稳定同位素样品制备装置与气相色谱仪连结起来，能在一个样品中测定出包裹体中的碳、氢、氧稳定同位素及气相和液相成分。整套装置性能良好，主要测定项目均能达到规定的技术指标，并满足包裹体测定要求：①δＤ制样及测定结果的标准偏差≤３‰；②δ＾１８Ｏ制样及测定结果的标准偏差≤０．３‰；③δ＾１３Ｃ制样及测定结果的标准偏差≤０．１     

黄土沉积物中碳酸盐同位素组成的研究方法

利用逐段加热法获得的黄土沉积物中碳酸盐的碳、氧同位素组成表明，黄土沉积物中的碳酸盐是不同来源和成因的碳酸盐的混合物。不同来源和成因的碳酸盐具有不同的碳、氧同位素组成，其示踪意义也不同，７００～８００℃的δ１３Ｃ比用磷酸法获得的δ１３Ｃ更灵敏于古气候的变化。因此，采用磷酸法研究黄土沉积物碳酸盐的同位素组成是不适宜的。     

层控菱铁矿的氧、碳同位素组成及其成因意义

自然界中碳酸盐的氧和碳同位素组成取决于形成这种碳酸盐的水体同位素组成,水体的氧、碳同位素组成又直接反映了成岩或含矿流体的性质和来源。菱铁矿是仅次于方解石和白云石的常见碳酸盐矿物,它作为成岩成矿的多相作用产物,在地层中广泛发育。本文试图通过它们的氧、碳同位素组成,探讨我国不同时代地层内层状和层控菱铁矿的成因问题,着重研究菱铁矿的形成环境和成矿作用。     

辽河盆地西部凹陷沙河街组砂岩碳酸盐胶结物特征

碳酸盐胶结物中氧碳同位素组成研究是分析成岩过程中流体-岩石相互作用的重要技术方法.综合运用岩石学、矿物学和地球化学方法，对辽河盆地西部凹陷沙河街组砂岩中碳酸盐胶结物的化学组成和碳酸盐胶结物及成岩流体同位素组成特征进行系统分析.研究表明，研究区碳酸盐岩主要为方解石和白云石，胶结物主要类型为嵌晶式胶结、孔隙式胶结、斑块状胶结和星点状胶结.碳、氧稳定同位素组成能有效地反映成岩-成矿流体及其他物质的来源，碳酸盐胶结物与现今浅层地下水氧同位素组成差异巨大而与变质水同位素组成具有相似性，反映了盆地演化过程中活动热流体对成岩作用的影响.包裹体的氢、氧同位素组成可表征成矿溶液的演化特征，砂岩碳酸盐胶结物包裹体更富集氢的轻同位素和氧的重同位素，表明发生了明显的“氧-18漂移”.碳酸盐胶结的成矿溶液表现出“受热雨水”的同位素组成特征，反映了深源活动热流体对成岩作用的影响.      

南海北部有孔虫碳氧同位素特征与晚第四纪水合物分解的响应关系

为探寻晚第四纪以来水合物分解事件在南海北部甲烷渗漏环境下有孔虫中的记录,对南海北部陆坡2个区块的沉积柱状样有孔虫碳氧同位素组成和测年分析发现,底栖有孔虫Uvigerina spp.碳同位素值为-2.12‰～-0.21‰,浮游有孔虫Globigerinoides ruber.氧同位素值为-3.11‰～-0.60‰,ZD3、ZS5 2个柱状样孔底年龄分别为26 616、64 090 a,对应了氧同位素Ⅲ、Ⅳ期末期,有孔虫碳同位素负偏的层位与氧同位素Ⅱ、Ⅳ期(冷期)层位相对应,负偏程度达到了-2‰,与布莱克海台和墨西哥湾等地区晚第四纪沉积层中有孔虫碳氧同位素组成相似。分析认为:研究区是典型的甲烷渗漏环境,该区在氧同位素Ⅱ、Ⅳ期,由于全球海平面下降,导致海底压力减小,天然气水合物分解释放,具轻碳同位素的大量甲烷释放进入海底溶解无机碳(DIC)池并记录在有孔虫壳体内,造成有孔虫碳同位素负偏;同时在有孔虫负偏层位黄铁矿和自生碳酸盐较发育,进一步证实了有孔虫碳同位素受甲烷影响较大,而海洋生产力的降低和早期成岩作用对有孔虫碳同位素负偏的影响较小。     

陆生蜗牛壳体碳氧同位素在古环境中的应用综述

陆生蜗牛壳体碳、氧稳定同位素组成分别受蜗牛生长时期植被中碳同位素组成和大气水中氧同位素组成的控制,已成为古气候和古环境重建的重要代用指标.本文详细介绍了蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素古气候重建的指示机理、样品预处理方法及其在14C测年、古气候和古植被研究中的应用现状.在此基础上讨论了蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素古气候解释中存在的问题,介绍了该领域未来的研究方向与趋势.     

Carbon and oxygen isotope compositions of the carbonate facies in the Vindhyan Supergroup, central India

The Vindhyan sedimentary succession in central India spans a wide time bracket from the Paleoproterozoic to the Neoproterozoic period. Chronostratigraphic significance of stable carbon and oxygen isotope ratios of the carbonate phase in Vindhyan sediments has been discussed in some recent studies. However, the subtle controls of facies variation, depositional setting and post-depositional diagenesis on stable isotope compositions are not yet clearly understood. The Vindhyan Supergroup hosts four carbonate units, exhibiting a wide variability in depositional processes and paleogeography. A detailed facies-specific carbon and oxygen isotope study of the carbonate units was undertaken by us to investigate the effect of these processes and to identify the least altered isotope values. It is seen that both carbon and oxygen isotope compositions have been affected by early meteoric water diagenesis. The effect of diagenetic alteration is, however, more pronounced in case of oxygen isotopes than carbon isotopes. Stable isotope compositions remained insensitive to facies only when sediments accumulated in a shallow shelf setting without being exposed. Major alteration of original isotope ratios was observed in case of shallow marine carbonates, which became exposed to meteoric fluids during early diagenetic stage. Duration of exposure possibly determined the magnitude of alteration and shift from the original values. Moreover, dolomitization is found to be accompanied by appreciable alteration of isotope compositions in some of the carbonates. The present study suggests that variations in sediment depositional settings, in particular the possibility of subaerial exposure, need to be considered while extracting chronostratigraphic significance from δ¹³C data.     

Carbon and Oxygen Isotopic Composition of Surface‐Sediment Carbonate in Bosten Lake (Xinjiang,China) and its Controlling Factors

Bosten Lake is a mid-latitude lake with water mainly supplied by melting ice and snow in the Tianshan Mountains. The depositional environment of the lake is spatially not uniform due to the proximity of the major inlet and the single outlet in the western part of the lake. The analytical results show that the carbon and oxygen isotopic composition of recent lake sediments is related to this specific lacustrine depositional environment and to the resulting carbonate mineralogy. In the southwestern lake region between the Kaidu River inlet and the Kongqi River outlet, carbon isotope composition (δ13C) values of the carbonate sediment (?1‰ to ?2‰) have no relation to the oxygen isotope composition of the carbonate (δ18O) values (?7‰ to ?8‰), with both isotopes showing a low variability. The carbonate content is low (<20%). Carbonate minerals analyzed by X-ray diffraction are mainly composed of calcite, while aragonite was not recorded. The salinity of the lake water is low in the estuary region as a result of the Kaidu River inflow. In comparison, the carbon and oxygen isotope values are higher in the middle and eastern parts of the lake, with δ13C values between approximately +0.5‰ and +3‰, and δ18O values between ?1‰ and ?5‰. There is a moderate correlation between the stable oxygen and carbon isotopes, with a coefficient of correlation r of approximately 0.63. This implies that the lake water has a relatively short residence time. Carbonate minerals constitute calcite and aragonite in the middle and eastern region of the lake. Aragonite and Mg–calcite are formed at higher lake water salinity and temperatures, and larger evaporation effects. More saline lake water in the middle and eastern region of the lake and the enhanced isotopic equilibrium between water and atmospheric CO2 cause the correlating carbon and oxygen isotope values determined for aragonite and Mg–calcite. Evaporation and biological processes are the main reasons for the salinity and carbonate mineralogy influence of the surface-sediment carbonate in Bosten Lake. The lake water residence time and the CO2 exchange between the atmosphere and the water body control the carbon and oxygen isotope composition of the carbonate sediment. In addition, organic matter pollution and decomposition result in the abnormally low carbon isotope values of the lake surface-sediment carbonate.     

广西钦州石炭-二叠纪深海硅质岩的锶同位素组成及其地质意义

报道了广西钦州海槽早石炭世-早二叠世深水硅质岩的锶同位素测定结果和经年代校正后的87Sr/86Sr初始值,建立了锶同位素演化曲线;通过与同时代上扬子地区台地相碳酸盐岩87Sr/86Sr比值和演化曲线的对比,研究了二者的异同和造成差异的原因。深水硅质岩和同期台地相碳酸盐岩的锶同位素演化曲线在总体特征上具有一定的相似性,反映海平面变化对其影响的一致性。玄武岩喷发等局部事件和硅质岩中无法回避的陆源碎屑的影响是造成87Sr/86Sr比值和演化曲线差异的主要原因。硅质岩锶同位素演化曲线显示,海平面上升发生于早石炭世,在晚石炭世早期达到最大值,晚石炭世晚期,海平面有所下降,在其后的早二叠世,海平面再次上升。     

Development and Application of Oxygen and Carbon Isotopic Measurements of Biogenic Carbonates by Ion Microprobe

The analytical capabilities of the ims 1270 ion microprobe (SIMS) in determining O and C isotope compositions in biogenic carbonate samples have been tested. Results indicated that, with a spot size of ≊ 30 μm, the average reproducibility at the 1s level was 0.3‰ for oxygen isotopes and 0.6‰ for carbon isotopes. Nevertheless, this reproducibility can reach 0.2‰ for oxygen isotope determinations during some sessions. These reproducibilities allowed us to perform analyses on biogenic carbonate samples for environmental studies. In this paper, examples of oxygen and carbon isotope measurements are presented for a modern coral and the Holocene scleractinian coral, Porites lutea.     

团簇同位素的基本原理与地质应用*

团簇同位素指的是含有2个及2个以上的重同位素结合在一起形成的同位素体。团簇同位素的数值定义为同位素体的相对丰度偏离随机分布状态的程度。测量该相对丰度较低的同位素体需要高精度的质谱仪,难点在于利用同位素组成已知的参考气体和不同同位素组成的加热气体,以获得绝对参考体系下的数值。团簇同位素体的相对丰度非常低,但是具有非常独特的物理和化学性质。比如碳酸盐矿物中¹³C¹⁸O¹⁶O的丰度对温度具有敏感性,而与矿物的全岩同位素以及矿物形成时期的流体性质无关,因此可以利用测量的碳酸盐团簇同位素来获得矿物的生长温度,再利用矿物的氧同位素(δ¹⁸O),根据传统的氧同位素温度计原理,可以进一步获得矿物的生长流体(水)的氧同位素。目前,团簇同位素温度计已经在古气候(温度)重建、古高度恢复、碳酸盐岩的成岩作用以及甲烷的成因分析等方面得到了广泛应用。评估深埋高温过程引起的C-O化学键重置对碳酸盐团簇同位素的影响、测试仪器产生对团簇同位素的非线性误差校正、以及其他丰度更低的团簇同位素体或大分子的团簇同位素的测量,是下一步的研究方向。     

国际全球变化研究发展态势文献计量评价

-全球变化研究是国际上地球系统综合研究的重大跨学科研究领域。随着全球环境问题的日益突出，国际上先后组织发起了全球环境变化研究的四大科学计划WCRP、IGBP、IHDP、DIVERSITAS及其组成的地球系统科学联盟ESSP，开展对全球变化和地球系统科学的研究。当前，全球变化问题不仅是科学界关注和研究的问题，也是政治界、经济界都关注的重大问题。 科技文献能够反映科学前沿的发展动态。对SCIE和SSCI数据库收录的全球变化研究文献进行统计，从文献计量学的角度，分析国际全球变化研究领域的发展态势，了解中国全球变化研究的国际影响力。可以看出：国际上全球变化研究的论文数量一直呈增长趋势，以地球科学多学科、生态学、环境科学、自然地理学、植物学等学科领域为主。中国自2000年以来在该领域的发文数量增长较快，特别是中国科学院的发文量已进入国际前列，但中国在该研究领域尚缺少高影响力的论文。     

新生代深海冷水碳酸盐泥丘成因及IODP 307航次初步研究结果

记述了新生代深海冷水碳酸盐泥丘近期的9个重要研究事件;总结了冷水泥丘具有全球海洋(大陆斜坡为主)分布、形态各异、冷水枝状珊瑚构筑泥丘的特点;介绍了冷水泥丘形成的(地质流体渗流和微生物作用)内因及(海底牵引底流作用)外因两种主要观点.对2005年IODP 307航次实施的北大西洋Porcupine Seabight冷水泥丘大洋钻探工作初步成果进行了编译,公布了中国科学家在碳氧同位素方面的初步实验结果.实验结果显示上新世中期以来的2 Ma里冷水碳酸盐泥丘启动和发育过程中存在2次碳氧同位素偏移事件(Ⅰ和Ⅱ),碳氧同位素偏移事件Ⅰ与泥丘的启动相呼应,暗示北大西洋古海洋气候发生巨大变化,可能与北极冰盖极盛有关.     

祁连山木里三露天天然气水合物层段碳酸盐矿物学地球化学特征

祁连山木里三露天天然气水合物与碳酸盐相伴产出是一种常见现象。为探讨这些碳酸盐的形成环境,对碳酸盐进行了矿物X射线衍射分析、主微量元素 测试以及碳氧同位素测试。X射线衍射结果表明,样品中碳酸盐矿物主要由方解石、白云石以及少量菱铁矿组成。微量元素和稀土元素特征显示碳酸盐形成于干旱氧化环境。δ¹³C_VPDB为-2.3 ‰~3.77‰,平均为2.43‰;δ18OVPDB为-17.90‰~-10.69‰,变化范围不大,碳氧同位素显示碳酸盐矿物中的碳可能为天然气水合物分解、白云石沉淀和湖水混染等联合作用所致,氧的 来源可能受大气降水影响。     

河蚬壳体不同断面碳、氧同位素研究

生物壳体碳酸盐的稳定氧、碳同位素已经被广泛地应用在古气候、古环境研究中,在生物壳体就位分析中,壳体不同断面上同位素的差异将影响对壳体同位素所指示的环境意义的判断,从而对利用其提取气候环境信息造成不利影响。本文对河蚬壳体不同断面碳氧同位素进行了研究,结果表明:河蚬壳体碳同位素变化序列在不同断面上不存在显著差异,因此在做碳同位素时间序列研究时可以不考虑不同断面差异的问题,在取样过程中可以通过延长取样的长度来获得足够量的样品进行碳同位素的测定;而氧同位素变化序列在不同断面上存在差异,因此在进行壳体就位分析研究时,选取不同断面上氧同位素变化序列对研究结果影响较大,存在壳体断面选择的问题,而在取样过程中取样的长度应控制在一定范围内,避免同一生长环上距离较远位置粉末的混合。文中最后根据壳体不同断面同位素差异确定了在壳体就位分析中如何选取研究断面。     

Authigenic Carbonate Formation in the Ocean

Oceanic authigenic carbonates are classified according to the origin of carbonate carbon source using a complex methodology that includes methods of sedimentary petrography, mineralogy, isotope geochemistry, and microbiology. Mg-calcite (proto-dolomite) and aragonite predominate among the authigenic carbonates. All authigenic carbonates are depleted in heavy carbon isotope ¹³ and enriched in heavy oxygen isotope ¹⁸O (in PDB system), indicating biological fractionation of isotopes during the carbonate formation. Results obtained show that authigenic carbonate formation is a biogeochemical (microbial) process, which involves carbon from ancient sedimentary rocks, abiogenic methane, and bicarbonate-ion of hydrothermal fluids into the modern carbon cycle.