黔中碳酸盐岩和非碳酸盐岩上覆土壤CO_2 来源的对比研究

利用含量和碳稳定同位素组成相结合的分析方法, 分别对黔中灰岩、白云岩和粘土岩上覆土层中CO2的来源进行对比研究. 结果显示: 不同基岩上覆土壤CO2浓度相比, 灰岩＞白云岩＞粘土岩; 土层20 cm深度以下, 灰岩上覆土壤CO2的δ13C值介于－12.811‰ ～13.492 ‰ (PDB)、白云岩上覆土壤CO2的δ13C值介于－13.212‰～－14.271‰ (PDB), 粘土岩土壤剖面CO2的δ13C值介于－20.234 ‰ ～－21.485‰ (PDB). 以土壤有机碳和碳酸盐岩的δ13C值为两个同位素端元, 计算CO2来自于碳酸盐岩溶蚀产生的比例, 灰岩上覆土壤为21%～25%, 白云岩上覆土壤为19%～21%, 粘土岩上覆土壤基本上没有碳酸盐岩溶解产生的CO2混入．     

中国致密砂岩大气田的稳定碳氢同位素组成特征

至2010年底中国共发现15个致密砂岩大气田,分布在鄂尔多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地.这些气田2010年气产量和总储量分别为222.5×108和28657×108 m3,分别占全国的23.5%和37.3%,是中国产量和储量的主要组成部分.根据81个气样分析,中国致密砂岩大气田稳定碳氢同位素组成主要特征为:(1)综合δ13C1-δ13C2-δ13C3图版,δ13C1-C1/C2+3图版和δ13C1-δ13C2回归线分析,中国致密砂岩大气田的天然气为来自含煤岩系的煤成气;(2)原生烷烃气随分子中碳数顺增,碳氢同位素值随之变重,即δ13C1δ13C2δ13C3δ13C4和δ2H1δ2H2δ2H3;(3)δ13C2-δ13C1,δ13C3-δ13C1和δ2H2-δ2H1,δ2H3-δ2H1随Ro(%)和C1/C1~4值渐增而减小;(4)碳氢同位素倒转成因有7种,中国致密砂岩大气田碳氢同位素倒转主要是多期成藏充注所致.     

河库连续体中溶解性无机碳及其同位素的时空分异特征——以澜沧江云南段为例

河流及水库等水生态系统中的溶解性无机碳(DIC)是全球碳循环与大气、陆地和海洋之间碳相互作用的重要组成部分.以澜沧江云南段上游天然河段及下游梯级水库群形成的连续体为研究对象,分析了河库连续体表层水体中水化学特征、溶解性无机碳浓度及其碳同位素时空分布特征.研究结果表明:河库连续体水体中溶解无机碳(DIC)及其同位素(δ13 C DIC)组成特征总体表现为:DIC浓度丰水期较低,枯水期较高,平均值分别为2.59±0.44和3.30±0.37 mmol/L;δ13 C DIC值丰水期偏负、枯水期偏正,平均值分别为-8.52‰±0.38‰和-6.95‰±0.53‰,与自然河流的季节变化特征相似.水体DIC来源主要包括土壤及水体有机质分解生成的CO 2、碳酸盐风化和水气界面CO 2的交换过程.澜沧江河库连续体中DIC浓度及δ13 C DIC组成的时空异质性特征与流域岩性、土壤生物地球化学过程以及微生物活动强度等均有较大关系.当前,澜沧江梯级水库群建库时间短,梯级联合运行下调度复杂,水文条件多变,梯级水库对河流重要生源要素——碳累积影响方面的“水库效应”还不明显.     

四川盆地东部天然气中CO2的成因和来源

四川盆地东部天然气中CO2含量多数小于2%,但H2S含量大于5%时CO2含量普遍较高.川东地区天然气13C1值较高,与H2S含量之间没有明显关系.油型气样品普遍发生了甲、乙烷碳同位素倒转,而煤成气样品则表现出正序特征.天然气中CO2的δ13C1值大致可以分为较低（24‰～12‰）和较高（8‰～4‰）两类.这些天然气具有较低的R/Ra值和分布较广的CO2/3He比值,与幔源气体不同,CO2均为典型壳源成因.高δ13CCO2值的天然气均位于川东北地区,其中低（不）含H2S气藏中的CO2主要来自二叠纪岩浆活动和高热流作用下碳酸盐岩的热分解,而TSR反应程度较高的气藏中的CO2则主要来自碳酸盐岩储层在酸性较强的地层水中发生的去白云岩化作用,TSR成因的CO2基本进入到次生方解石中.川东的中、南部地区天然气则具有低的δ13CCO2值,该区受峨眉山地幔柱活动影响较小,天然气中的CO2均为有机成因,其中卧龙河气田天然气尽管经历了TSR作用,但反应程度相对较低,地层水酸性较弱,储层尚未发生去白云岩化,CO2仍以TSR成因的为主,具有较低的δ13C值.     

贡嘎山东坡C_3植物碳同位素组成及C_4植物分布沿海拔高度的变化

通过对贡嘎山东坡C3植物碳同位素组成（δ^13C）的系统研究和对C4植物分布的初步调查,探讨了C3植物δ^13C在湿润环境下随海拔的变化规律,以及环境因素对其的影响.同时还揭示了C4植物在贡嘎山东坡随海拔的分布以及控制C4植物分布主要环境因子.结果显示：贡嘎山东坡C4植物主要分布在2100m以下的低海拔地区,过低的夏季温度是限制C4光合途径很难发生在高海拔的主要原因;在贡嘎山东坡海拔2000m以上的湿润地区C3植物δ^13C随海拔升高显著变重,变化梯度为1.3‰·km^-1.温度可能是影响δ^13C变化的主要环境因子,降水量、大气压、大气中CO2浓度和碳同位素值的影响可能较小.     

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.     

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.     

鄂尔多斯盆地上、下古生界和中生界天然气地球化学特征及成因类型对比

鄂尔多斯盆地位于中国中部,是中国第二大沉积盆地,天然气类型多样、分布广泛,在上、下古生界都有找到千亿立方米以上的大气田,中生界也找到一些气藏.通过对上、下古生界和中生界200多个气样的组分及碳同位素的对比分析,对不同层位天然气的类型进行研究,并分析其气源.上古生界天然气烷烃碳同位素值较重,显示煤成气的特征;各气田天然气发生单项性碳同位素倒转,这主要是同源不同期煤成气混合的结果.下古生界天然气δ13C1值重,δ13C2和δ13C3值较轻,属于煤成气为主油型气为辅的混合气;有多项性碳同位素倒转,更有少见的δ13C1>δ13C2,这是由于高(过)成熟阶段的煤成气和油型气混合造成的.中生界天然气碳同位素值较轻,显示油型伴生气的特征;少数气样发生δ13C3>δ13C4倒转是由于细菌氧化作用和不同期次油型气混合所致;丁烷碳同位素出现δ13iC4>δ13nC4,与上古生界相反,这可能是与干酪根类型不同有关.通过δ13C1-Ro的判别以及奥陶系碳酸盐岩有机碳含量低,否定了奥陶系碳酸盐岩是下古生界油型气的主要来源,认为下古生界油型气主要来自上古生界海相石灰岩,可能有少量奥陶系碳酸盐岩的贡献.     

生物气中轻烃分布特征及其成因

在对柴达木盆地涩北1号气田、保山盆地保山气田和松辽盆地阿拉新气田、葡浅气藏和敖南气藏生物气组分及碳、氢同位素分析基础上,应用轻烃分析技术对这些气田(藏)生物气轻烃进行了研究.天然气轻烃中异构烷烃含量与δ13C1值之间具有良好的负相关性,在涩北1号和葡浅气藏生物气δ13C1值小于-60‰,轻烃中的异构烷烃含量很高,大于40%,并且在异构烷烃中主要由细菌来源的2,2-二甲基丁烷和2-甲基戊烷具有优势分布,认为这些气田(藏)生物气中轻烃成因以微生物作用为主;而生物气轻烃中环烷烃含量与δ13C1值呈正相关性,在生物气δ13C1值大于-60‰的阿拉新气田和敖南气藏,环烷烃平均含量大于44%,认为这两个气田生物气轻烃成因以催化作用为主;保山气田生物气轻烃中异构烷烃和环烷烃含量均较高,可能这两种成因都存在.生物气轻烃成因研究对完善有机质地质演化过程中轻烃生成的演化序列和生物气及低熟气的鉴别提供了重要的依据.     

21世纪中国陆地生态系统与大气碳交换的预测研究

利用大气-植被相互作用模型（AVIM2）模拟研究了中国陆地生态系统碳贮量的变化和与大气的碳交换,即生态系统的净初级生产力（NPP）、植被和土壤碳贮量、土壤呼吸和净生态系统生产力（NEP）对SRES B2气候变化情景和大气CO2浓度变化情景的响应。研究表明,未来100a大气CO2浓度不变而只考虑气候变化情景时,中国陆地生态系统NPP总量随时间变化逐渐下降;与此同时,植被和土壤碳总量以及NEP总量也下降。至2020年,中国陆地生态系统由21世纪初的碳汇变成碳源。在同时考虑未来气候变化和大气二氧化碳浓度增加的情景下,未来100a中国陆地生态系统NPP总量持续增长,由20世纪末的2.94Gt C·a^-1增加到21世纪末的3.99Gt C·a^-1,同时土壤和植被碳贮量也持续增加,到21世纪末总量增大到110.3Gt C.NEP总量在21世纪初期和中期保持上升趋势,大约在2050年达到最大值,之后逐渐下降,到21世纪末接近于零。     

库车坳陷天然气地球化学以及成因类型剖析

通过对库车坳陷114个天然气样品统计与分析,该坳陷天然气主要以烷烃气为主,干燥系数表现为中间高两端低和北部高南部低;烷烃气碳同位素组成整体偏重,烷烃气δ13C1,δ13C2和δ13C3主频率分别为-32‰～-36‰,-22‰～-24‰和-20‰～-22‰,烷烃气碳同位素随着碳数增大呈逐渐变重趋势;δ13CCO2值普遍轻于-10‰;3He/4He比值为n×10-8,由北向南呈升高趋势.根据以上天然气地球化学指标综合判识,可以确定库车坳陷天然气为典型煤成气.烷烃气碳同位素组成的局部倒转与同型不同源不同期气混合、高温高压条件下烃类气体多期成藏或供给与扩散等因素有关.     

用树轮α-纤维素δ13C重建天目山地区 近160年气候

对采自天目山的柳杉树轮进行交叉定年后,测得树轮的δ13C年序列.经谱分析,树轮的δ13C变化有与厄尔尼诺事件基本一致的准4.4年的周期.将δ13C年序列去除大气CO2的影响,利用其附近气象站资料,分析δ13C对气候要素的响应.结果表明天目山地区的树轮δ13C的高频振荡与季节的气温、降水等要素有显著相关,并有滞后效应,此外还与东亚季风的强弱变化有一定关系.通过建立回归方程重建浙江北部地区的气候序列,分析了这一地区一百多年来的气候变化状况及演化趋势.     

桂林地区降水、洞穴滴水及现代洞穴碳酸盐氧碳同位素研究及其环境意义

桂林地区降水及盘龙洞滴水和现代碳酸盐的氧碳同位素研究表明 :( 1 )从年内和年际的总体特征看 ,桂林地区降雨的δ18O值随着气温的升高和降雨量的增加而减小 ,就相关关系来看 ,与月均气温的相关关系更好 .但夏季风降雨的δ18O值要比冬季风降雨的δ18O值小得多 ;( 2 )洞穴滴水的δ18O明显与同期降雨的δ18O值成很好的相关关系 ;( 3)条件适宜时 ,δ13 C可以作为环境替代指标 ,即δ13 C值越负 ,C3 植物的比例就越大 ,降雨可能较丰沛 ,相反则可能以C4植物为主或为植被被破坏(由于气候原因或人为原因所导致 )后的石漠化环境 .     

南海东北部陆坡天然气水合物分解释放成因的有孔虫碳同位素轻值事件

2013年中国地质调查局广州海洋地质调查局对南海北部实施第二次天然气水合物钻探并成功钻获可视天然气水合物实物样品,共有五个站位获取沉积物岩芯.本文对其中的GMGS2-08站位沉积物开展有孔虫同位素分析研究,以了解天然气水合物地质系统有孔虫的碳同位素特征及其对甲烷释放的响应.GMGS2-08岩芯沉积物中顶空气甲烷浓度最高达到39300μmol L~(-1),气态烃δ~(13)C值在-69.4~-72.3‰PDB,明确指示其为生物成因,根据甲烷δD测试结果(-183~-185‰SMOW)可进一步判别为CO2还原型微生物气.同位素分析结果显示GMGS2-08站位所获得的岩芯中共出现5期有孔虫碳同位素轻值事件,有孔虫δ~(13)C值明显低于南海冰期-间冰期的正常变化区间,底栖Uvigerina peregrina出现-15.85‰PDB的δ~(13)C极轻值,浮游Globigerinoides ruber的δ~(13)C值同样低至-5.68‰PDB.电镜扫描发现δ~(13)C负偏层位有孔虫壳体经历后期成岩改造被自生碳酸盐所充填,有孔虫壳体的成岩矿化程度与埋深并不相关.与有机碳的相关性计算表明有机质的厌氧氧化对底栖有孔虫的δ~(13)C组成影响微弱,意味着有孔虫的δ~(13)C异常负偏可能主要来源于甲烷厌氧氧化成因的次生碳酸盐的叠加影响.GMGS2-08岩芯记录中有孔虫δ~(13)C负异常和δ~(18)O正异常的耦合性是地质历史时期研究区天然气水合物分解释放的重要证据.     

西藏冬虫夏草寄主蝠蛾幼虫食性的稳定碳同位素证据

对青藏高原色季拉山冬虫夏草适生地的寄主蝠蛾幼虫及其主要近邻植物的嫩根和土壤腐殖物质组分进行了系统的稳定碳同位素组成研究,发现在该地区存在两类食性不同的蝠蛾幼虫。第一类以土壤腐殖物质为主要食物,其δ^13C值为-22.6‰－-23.4‰,头部的δ^13C值大于-23.4‰;第二类以植物嫩根为主要食物,其δ^13C值为-24.6‰－-27.6‰,头部的δ^13C值小于-24.6‰。突破了前人关于蝠蛾幼虫的食物来源仅限于植物嫩根的认识,为规模化繁育蝠蛾幼虫时选取廉价优质食物和建造适合蝠蛾幼虫生长的人工适生地提供科学依据。     

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.     

松辽盆地北部基底浅变质岩热模拟实验及其气态产物地球化学特征

松辽盆地北部徐深气田探明储量已超过1000×108m3,是中国潜在的一个大气田区.但是,关于深层天然气的成因和来源仍存在较多争议.盆地北部基底浅变质岩分布广泛,是深层天然气的可能气源岩.主要通过对松辽盆地北部基底浅变质岩的热模拟实验,对其生烃潜力及其气态产物地球化学特征进行研究.将取自盆地基底石炭-二叠系浅变质岩在半封闭体系下从300℃加热到550℃进行生烃模拟,温度间隔为50℃,并对每个温度点气态产物进行定量与地球化学分析.实验结果表明:热模拟生成气体烷烃碳同位素组成δ13C1<20‰,δ13C1<δ13C2<δ13C3或δ13C1<δ13C2>δ13C3,表现为高过成熟煤成气的特征;均不具有无机气反序的特征(即δ13C1>δ13C2>δ13C3),与兴城气藏烷烃气碳同位素特征不符,而与取自盆地基底的天然气样碳同位素相近;模拟气体与高过成熟煤成气或油型气混合均不能使烷烃气碳同位素系列反序.浅变质岩具有一定的生烃潜力,相当于烃源岩Ro在2.0%～3.5%范围内,生烃强度为3.0×108～23.8×108m3/km2.     

珠江流域20世纪环境变化的叶蜡正构烷烃δ~(13)C沉积记录

分析了珠江口外两个短沉积柱状样的叶蜡正构烷烃单体稳定碳同位素组成(δ~(13)C),讨论了它在揭示年代际尺度上流域环境变化的能力.长链正构烷烃主峰为C_(29)或C_(31),且表现出明显的奇数碳优势,说明这些烷烃主要来自维管束植物的叶蜡.所有的沉积样品中,C_(29)和C_(31)正构烷烃的δ~(13)C值在-28.8‰-31.2‰变化,这与珠江流域以C_3植物为主的陆地生态系统相吻合.两个沉积柱的δ~(13)C时间变化序列是相似的.从20世纪初期到70年代末这段时间都呈现出一个持续减小的趋势.但在随后的大约15年时间里,δ~(13)C值趋势反转,开始不断增大.在校正了大气CO_2浓度上升和δ~(13)Catm下降所带来的影响后,δ~(13)C_(29)记录基本上仍保留了上述变化规律,但在80年代δ~(13)C值的上升趋势表现得更加明显.通过与实测资料比较,我们认为,1980年之前δ~(13)C校正值的轻微减小趋势应该和珠江流域降水量的增加有关,之后的δ~(13)C值上升则很可能是受干旱气候条件以及人为森林砍伐的影响.因此,我们的结果表明,埋藏于珠江口外沉积物中的叶蜡正构烷烃可以很好地反映该流域在过去一个世纪里的气候变化和人类活动情况.     

判识天然气成因的轻烃指标探讨

对我国4个盆地典型煤型气和油型气的209个样品轻烃组成和53个样品轻烃单体碳同位素进行了分析,提出或完善了我国煤型气和油型气的鉴别指标.在天然气轻烃单体碳同位素指标系列中,煤型气具有δ13C苯>-24‰,δ13C甲苯>-23‰,δ13C环己烷>-24‰,δ13C甲基环己烷>-24‰的分布特点,油型气具有δ13C苯<-24‰,δ13C甲苯<-24‰,δ13C环己烷<-24‰和δ13C甲基环己烷<-24‰的分布特点.在正庚烷(nC7)、甲基环己烷(MCH)、二甲基环戊烷(ΣDMCP)等C7轻烃化合物组成中,nC7相对含量和MCH相对含量受影响因素少,能够较好地反映天然气的成因类型.因此,提出nC7相对含量大于30%,MCH相对含量小于70%,为油型气;nC7相对含量小于35%,MCH相对含量大于50%,为煤型气;在C5-7脂肪族组成中,C5-7正构烷烃含量大于30%的区域为油型气,而C5-7正构烷烃含量小于30%的区域为煤型气.这些指标范围具有相对较好的适用性,可作为鉴别煤型气和油型气的重要指标.     

不同生态系统CO2通量和浓度特征分析研究

本文利用1993～1994年日本国家农业环境研究所与中国科学院沙漠研究所合作在内蒙古奈曼地区实测的7种不同生态系统（沙丘、轻度放牧草原、中度放牧草原、重度放牧草原、无放牧草原、玉米田和大豆田）的净辐射、土壤热通量、两个高度的CO2浓度、温度、湿度和风速等资料，采用空气动力学方法，计算了CO2通量及其与环境和人为干扰因子的关系，并分析了不同下垫面的光合作用特征. 结果表明：各种下垫面CO2通量的共同特点是：在白天，CO2通量和梯度的输送方向是从大气向植被，在中午（11～13时）输送达到负的最大值； 在夜间，CO2通量和梯度输送方向与白天相反，是从植被向大气，在早晨（3～5时）达到正的最大值. 植被覆盖率及生物量不同的下垫面光合作用强度有明显差异，天气状况对光合作用也有一定影响.