南海北部甲烷渗漏系统环境变化的碳、氧同位素记录

冷泉碳酸盐岩记录了甲烷渗漏活动和流体组分随时间的变化过程,对示踪冷泉系统沉积环境变化具有非常重要的意义.对南海北部获取的冷泉碳酸盐岩进行了碳、氧同位素剖面研究,并对南海北部冷泉碳酸盐岩的碳、氧同位素变化范围进行了统计分析.研究结果及已发表的δ13C和δ18O剖面数据表明,南海北部冷泉碳酸盐岩剖面的δ13C和δ18O之间普遍存在相关性,相关系数R2最高可达0.933 1.经统计,南海北部冷泉碳酸盐岩样品δ13C和δ18O均具有较大的变化范围,其最大变化分别为34.50×10-3和5.89%(Vienna Pee Dee Belemnite,V-PDB).冷泉碳酸盐岩δ13C和δ18O的相关性特征可能指示了初始流体的变化、后期矿物形成/重结晶作用、渗漏系统较为复杂或者成岩作用等环境变化信息.对不同碳酸盐岩样品来说,δ13C的变化主要由海水的参与程度决定,而δ18O的变化可能与温度和Mg元素参与方解石沉淀的程度有关.      

南海北部烟囱状碳酸盐岩记录的冷泉流体活动演化特征研究

冷泉碳酸盐岩是冷泉渗漏活动的重要产物之一,它记录了冷泉流体的来源、其活动演化特征和沉积环境等。通过对南海北部东沙海域Site3站位采集的三个烟囱状冷泉碳酸盐岩的矿物成分、碳氧同位素及碳酸盐岩中黄铁矿硫同位素的研究,确定了冷泉渗漏可能的流体来源,结合烟囱状碳酸盐岩独特的形貌特征,探讨了研究区冷泉流体的活动演化特征。烟囱A为环状,外环直径16 cm,中央流体通道直径5 cm;烟囱B呈底部直径8 cm的实心锥形;烟囱C也为环状,外环直径20 cm,中央流体通道直径12 cm。三个烟囱都具有较负的碳同位素组成(δ~(13)CVPDB值低至–55.7‰)和较正的氧同位素组成(δ~(18)OVPDB值高达5.4‰)特征。研究认为,甲烷是该海域冷泉渗漏流体的主要烃类来源,其中沉淀烟囱C的冷泉流体中很可能存在水合物分解释放流体的加入。三个烟囱状碳酸盐岩的外层相比于内层,普遍具有δ~(13)C值高、δ~(18)O值低、δ~(34)S值高的特征,认为这是由于烟囱状碳酸盐岩从外至内形成过程中沉积空间逐渐受到限制导致流体渗漏强度增强而造成的。综上所述,烟囱状冷泉碳酸盐岩因其独特的形态结构,是冷泉流体渗漏特征在时间和空间上变化的优良记录者。     

松辽盆地北部地层水同位素特征及其地质意义

盆地流体是沉积盆地中非常活跃的因子,盆地流体的水文地球化学特征主要是受控于流体-岩石相互作用。本文以松辽盆地北部为研究对象,基于地层水的水文地球化学特征、锶-氢-氧同位素数据分析,初步探讨了水-岩反应与锶-氢-氧同位素的关系。这一研究对于丰富同位素示踪、水-岩相互作用等基础理论具有重要研究意义。分析表明,位于盆地西部地区地层水明显受到古大气降水的影响,中央凹陷地区δ18O正偏移可能是由水岩作用加强引起的。地层水为大气水与原生沉积水的混合,较轻的δD值反映出原始沉积水属陆相沉积水。地层水的87Sr/86Sr值略低而Sr2+含量又较高,是高87Sr/86Sr值流体端元与低87Sr/86Sr值流体端元的混合,即地表来源水与深部水的混合,也更多地受到高Sr2+含量低87Sr/86Sr值的火山-地热水等幔源深部水的补给。     

柴达木盆地北缘原油中单体正构烷烃的碳、氢同位素组成研究

以柴达木盆地北缘不同构造带代表性原油作为研究对象,采用GC-TC-IRMS技术对原油中正构烷烃单体碳、氢同位素进行测定。利用样品正构烷烃单体碳、氢同位素组成特征及分布模式,进行原油成因类型划分和对比分析。研究结果表明,正构烷烃可溶有机质的δ13C分布在-36‰～-25‰,δD分布在-180‰～-110‰。对比发现,不同构造带原油中正构烷烃单体碳、氢同位素组成特征上存在着比较明显的差别。以-30‰（δ13C）和 -140‰（δD）作为分界,结合同位素曲线的分布型式,可以划分为不同的分布模式判识生烃母质和沉积环境。     

细纹灰尖巴蜗牛壳体氧同位素组成的季节性变化

陆生蜗牛壳体碳酸盐氧同位素组成,理论上取决于壳体生长季节的降水 18O丰度、温度和湿度,对揭示古气候和古环境变化具有巨大的潜力。然而,同一地区不同属种的蜗牛生长季节存在一定的差异,因此,了解不同季节生长的蜗牛壳体氧同位素特征,是其成为重建古气候、古环境变化的工具的关键。为了进一步阐明降水氧同位素组成和气候月际变化对蜗牛壳体 18O的影响,分别对从江苏镇江逐月采集的现生细纹灰尖巴蜗牛(Bradybaena ravida redfieldi)进行了整体壳体及壳口文石氧同位素组成的分析,结果表明： 1)不同月份采集的样品壳口的 δ18O 值变化较大,从－1.92‰至－6.79‰,幅度达4.87‰,其中,4～6月采集的样品 δ18O 值较正,平均 －2.40±0.42‰,7～9月采集的样品明显偏负,平均 －6.41±0.34‰; 2)整个壳体的 δ18O 值差别不大,平均 －2.61±0.47‰,与 4～6月壳口 δ18O 平均值相近; 3)不同月份蜗牛壳口 δ18O 值呈现出与当地的降水氧同位素组成、温度和大气相对湿度等相似的季节性变化模式,其中降水氧同位素组成对壳口 δ18O 变化的影响是主要的。这些特征说明,蜗牛壳体碳酸盐氧同位素组成受其生长时的环境因素(降水 18O丰度,温度和相对湿度)控制,对于中国夏季风影响地区来说,春季生长的蜗牛壳体相对富集 18O,而夏季生长的壳体 18O相对贫化。换句话说,根据蜗牛壳体碳酸盐氧同位素组成能够推测壳体主要生长季节,或降水 18O丰度及气候温湿程度的特征。对于B.ravida redfieldi来说,氧同位素组成显示了壳体主要生长时期为春季的特征。     

海底天然气渗漏系统微生物作用及冷泉碳酸盐岩的特征

海底天然气渗漏系统是全球海洋环境中广泛分布的自然现象。部分渗漏天然气通过细菌作用转变为二氧化碳,同时海水硫酸盐被还原为硫化氢, 与孔隙水中的钙和铁结合而沉淀冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩的常见矿物有微晶方解石、文石、白云石和黄铁矿。冷泉碳酸盐岩常发育一些特殊的组构, 如黄铁矿环带结核、溶蚀面、平底晶洞、凝块和向下生长的叠层石组构等。碳酸盐岩特别负的δ13C值指示碳来源于生物成因的甲烷, 而18O富集可能与天然气水合物的分解有关。冷泉碳酸盐岩中黄铁矿的δ34S值低于海水的, 这指示硫来源于微生物还原的海水硫。冷泉碳酸盐岩中的生物标志化合物及其极负的δ13C值指示微生物的生命代谢活动。     

有机质碳同位素热力学分馏与天然气碳同位素组成

干酪根中不同结构和官能团具有不同的碳同位素组成,这种差异可以用有机质碳同位素热力学同位素因子（β因子）进行预测。煤岩模拟实验产物中,δ13CCO2相对烃类气体而言明显偏重,这与干酪根中羧基的β13C较大有关。含水实验产物的δ13CCO2轻于无水实验产物的δ13CCO2是由于含水实验中所增加CO2的碳同位素组成相对较轻造成的,含水实验增加的CO2产率是由β13C相对较小的部分亚甲基碳通过断裂、氢转移、以及与水反应转变而来。模拟实验低温阶段（≤300℃）,甲氧基中的甲基断裂可能的甲烷形成的主要方式。而甲氧基的β13C大于甲基,所以低温阶段出现了甲烷碳同位素组成先较重后变轻的现象。     

南海东沙西南海域冷泉碳酸盐岩特征及其意义

海底冷泉流体或自生碳酸盐沉积可为碳氢化合物(主要指常规油气或天然气水合物)、冷泉生物群落的调查和研究提供有利线索。对东沙群岛海区、神狐海区和ODP184-1146钻孔碳酸盐沉积的特征进行了对比和研究,结果表明这些海区碳酸盐岩的岩性特征、碳氧同位素组成等存在明显差异。东沙群岛海区和神狐海区的碳酸盐岩的化学成分如TFe、A l2O3、TiO2、K2O、Na2O、MnO、P2O5等不同,表明它们可能分别受到了粘土矿物和铁锰氧化物影响。在神狐海区至少发生了一次冷泉流体活动,形成了早晚两期冷泉碳酸盐岩,而在东沙群岛海区发生了至少3次冷泉流体活动,形成了多期冷泉碳酸盐岩,反映了这两个海区碳酸盐沉积的甲烷成因不同,且形成环境也受不同的因素控制。研究揭示,在东沙群岛南部海区可能发育热成因甲烷汇聚的天然气水合物,其海底可能存在冷泉生物群落,这为东沙西南海域天然气水合物和冷泉生物群落的进一步寻找和研究提供了新思路。     

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。     

西沙石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩作用

西沙石岛风成碳酸盐沉积形成于晚更新世,正处于早期成岩阶段。通过薄片、扫描电镜、稳定碳、氧同位素、常量元素和微量元素分析,对石岛风成碳酸盐岩的早期大气淡水成岩作用进行了研究。发现石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩固结主要在大气淡水作用下完成,其中蒸发成岩作用在初始固结中可能起着主要作用;在大气淡水作用影响下,部分碎屑颗粒发生溶蚀和新生变形,新生的微亮晶低镁方解石（5~15 μm）镶边胶结在颗粒及孔隙周围,并成为主要的胶结物;而作为大气渗流带和潜流带典型产物的亮晶胶结物则很少占据主导地位。海水成岩作用主要表现为对早期成岩作用的改造,会造成锶、镁含量的增高,但影响范围仅止于浅表层,而且对δ13C和δ18O值的影响微弱。生物化学作用可能参与了古土壤中灰质壳与根管石的形成,但在风成碳酸盐沉积的整体成岩上不具意义。大气淡水成岩作用会造成石岛风成碳酸盐岩δ13C和δ18O值的降低,并使碎屑发生新生变形而导致锶、镁的淋溶。成壤风化作用会导致Al、Fe、Mn、Y、Cr元素在古土壤中明显富集,其中Al、Fe、Mn的富集与成壤风化作用有关,而Y、Cr元素则可能源于长期暴露引起的风尘或火山灰的相对富集。     

塔里木盆地东部地区寒武纪海盆局限期深水准同生白云岩化作用研究

塔东地区寒武纪盆地相以及斜坡相发育泥晶白云岩及泥质泥晶白云岩,具有深水环境标志。通过样品岩石学特征研究、碳、氧同位素分析、有序度分析、锶同位素比值分析以及阴极发光特征分析,提出了塔东地区海盆局限期海水咸化深水准同生白云化机理。海盆局限阶段水体盐度变高,使得斜坡以及海底松软碳酸盐沉积物发生白云石化形成深水环境的泥粉晶白云...     

从氧、碳同位素组成看蓟县元古宙碳酸盐岩特征

蓟县元古宙碳酸盐岩出露广袤，厚度巨大，产状稳定，化石丰富，沉积形象众多。其内赋含的氧、碳同位素组成及其数值变化对成岩机制及沉积环境仍然蕴含着较清楚的内函关系。依据其数值演化，探讨了蓟县碳酸盐岩的成岩作用、古盐度，进而结合其沉积环境特征，阐释了碳酸盐岩，更主要是白云岩为原生沉积所成。     

西藏南部晚白垩世厚壳蛤不同壳层的地球化学特征及其对古海洋信息的保存性

测试了西藏南部岗巴剖面上白垩统宗山组上段地层中厚壳蛤不同壳层的Sr、Mn、Al、Si含量,以及碳、氧、锶同位素组成,测试结果表明:1）厚壳蛤的不同壳层（包括柱状层、珍珠层和二者间的过渡层）的碳酸盐矿物均已新生变形为成岩低镁方解石（DLMC）,各种原始碳酸盐矿物（沉积低镁方解石或文石）都已不同程度地发生重结晶;2）从壳的外层（柱状层）向内层（珍珠层）方向,碳酸盐矿物重结晶作用有逐渐增强的趋势,柱状层仍具有很好的柱状结构,其平均阴极发光强度明显弱于内部的珍珠层;3）厚壳蛤不同壳层的Sr含量和δ18O值都呈现有规律的变化,从靠外部的柱状层到内部的珍珠层,Sr含量和δ18O值都逐渐降低,同样说明内部的珍珠层丢掉的海水信息相对较多;4）厚壳蛤不同壳层和体腔充填物的δ18O值都显著低于前人报道的同期海水值,说明在新生变形过程中,厚壳蛤不同壳层和体腔充填物的氧同位素都与大气水或其它成岩流体发生了交换,但柱状层的氧同位素与大气水（或其它成岩流体）的交换相对较少;5）厚壳蛤不同壳层和体腔充填物的锶、碳同位素组成与同期海水值接近,不同壳层之间也没有表现出有规律性的变化,因而在矿物的新生变形过程中,厚壳蛤的锶、碳同位素与成岩流体间的交换相对较少,同时也说明,在氧、碳、锶三种同位素中,氧很容易与成岩流体发生同位素交换,而碳、锶同位素则更多地代表了海水信息。     

鄂尔多斯盆地南部奥陶系碳酸盐储层的胶结作用

鄂尔多斯盆地南部奥陶系马家沟组主要由原始沉积的碳酸盐岩和岩溶角砾岩组成。储集空间以次生孔隙为主。中奥陶世沉积作用之后不久,即发生了溶解作用、白云石沉淀、干化脱水作用、机械压实作用、岩溶作用和胶结作用。胶结作用很普遍,主要发生在中石炭世之后的埋藏条件下,是对储层重要的破坏作用。充填于硬石膏结核溶模孔和非组构选择性溶蚀孔、洞、缝的方解石和白云石是最常见的胶结物。这些方解石和白云石胶结物具泥晶、嵌晶状或粒状晶粒结构。泥晶白云石基质的δ18O值-10.98‰~-0.8‰,平均-5.54‰;δ13C值-4.76‰~5.77‰,平均1.51‰。充填于溶蚀孔、缝中的白云石的δ18O值-12.54‰~-2.67‰,平均-7.34‰;δ13C值-5.56
‰~3.48‰,平均0.28‰。充填于溶蚀孔、缝方解石的δ18O值-15.42‰~-6.02‰,平均-9.51‰;δ13C值-12.44‰~1.33‰,平均-3.20‰。总的来说,白云石和方解石胶结物的δ18O和δ13C值低于泥晶白云石基质的,原因是形成晚,受淡水淋滤、埋藏作用和有机质影响较大。泥晶白云石基质的Na含量0~350 μg/g,平均59 μg/g; Sr含量0~380 μg/g,平均10 μg/g;Fe含量0~14 570 μg/g,平均1 040 μg/g;Mn含量0~4 670 μg/g,平均183 μg/g。充填于次生孔隙中的胶结物的Na、Sr、Mn含量与泥晶白云石基质的差别不大,因这些元素含量均低。充填于次生孔隙的碳酸盐胶结物较泥晶白云石基质有明显高的Fe含量。胶结物包裹体的均一温度在90℃~140℃范围内。胶结物沉淀于埋藏较深,温度较高的还原条件下。流体包裹体的气相成分以CH4最为普遍,液相成分以H2O占绝大多数。早期胶结物形成于天然气形成前,晚期胶结物形成于天然气形成之后。岩溶洼地是胶结作用最发育的地带。     

西成矿化集中区热水沉积岩物质来源的同位素示踪及其意义

利用硅同位素、锶同位素和碳氧同位素,对西成矿化集中区与矿体紧密伴生的热水沉积岩的物质来源进行了探讨。硅质岩的硅同位素δ3 0 SiNBS -2 8=- 0.6‰～ - 0.1‰,硅主要来源于下伏沉积岩;热水沉积岩的锶同位素比值87Sr/ 86Sr变化于 0.70 938～ 0.72 812之间,位于海洋锶和陆壳锶之间,为混合锶,其锶主要来源于下伏沉积地层柱;碳同位素组成略低于正常沉积碳酸盐岩,碳主要来源于下伏沉积地层柱在循环碳,同时又受其它来源碳的影响。同位素研究结果表明,热水沉积岩的组成物质主要来源于下伏沉积地层柱 (地壳内部 ),形成方式主要是外生沉积作用,即热水沉积岩是内生作用与外生作用共同作用的结果,是内外生矛盾的统一体。     

珠江水体悬浮物碳稳定同位素组成与流域土壤侵蚀研究

以珠江流域水体悬浮物为研究对象,对其碳稳定同位素组成(δ13C)及颗粒有机碳(POC)的含量进行了测定和研究。结果表明:河流悬浮物同位素组成与珠江流域植被分布格局、土壤有机质密切相关;珠江悬浮物碳同位素组成主要受C3植被影响,其中,西江悬浮物碳同位素组成表现出较强的C4植被特征。东江水体悬浮物碳同位素组成在洪水季节表现出较强的C4植被特征,其它季节则表现出C3植被特征;北江水体悬浮物碳同位素组成无明显的C4植被特征。东江悬浮物样品POCδ13C值呈逐年上升趋势,与近年来流域内植被破坏和土壤侵蚀加剧相对应,并显示其侵蚀程度超过西江流域。     

窑街煤田碳酸盐与突出气体的同位素组成特征

为探讨窑街煤矿突出CO₂气的成因与来源,对煤田中方解石、菱铁矿和水中溶解HCO₃-及沉淀碳酸盐的碳、氧同位素组成进行测试研究,并对“5.24”突出点涌出气的13C_CO2值和3He/4He值进行了测定.结果表明,煤田中CO₂气的碳同位素组成发生了复杂的分馏效应而和各种可能母质的碳同位素组成难以进行简单的对比;突出点气体的3He/4e值表明其为典型的壳源气;煤田中烧变岩可能为突出气的气源.     

准噶尔盆地石炭-二叠系方解石脉的碳、氧、锶同位素组成与含油气流体运移

在准噶尔盆地当前油气勘探的重点目标区西北缘和腹部地区,油气主要源于深部石炭系—二叠系。通过对其中的典型水岩反应产物,即裂隙方解石脉进行碳、氧、锶同位素组成分析,尝试讨论了油源流体运移的基本特征。实验结果表明,25件方解石脉样品的δ13CPDB位于－21.5‰~ 5.2‰之间,δ18OPDB(δ18OSMOW)在－8.1‰～－22.3‰(22.6‰~ 6.9‰)之间;20个87Sr/86Sr比值分布在0.703 896～0.706 423之间。据此,结合样品地质产状和区域地质背景,提出本区含油气流体在运移过程中伴随着深部热流体的影响,它们在流经石炭—二叠系时,对火山岩层的溶蚀使得流体岩石相互作用产物,即方解石脉的同位素组成反映出火山岩地层的地球化学标记。该认识表明,在今后的区域储层成岩演化和油气运移研究工作中,应充分考虑这类深部热流体作用的影响。     

青藏高原现代湖泊沉积物碳酸盐矿物氧同位素组成特征及影响因素

选择青藏高原14个代表性现代湖泊的表层沉积物为研究对象,它们是冷湖、大苏干湖、小苏干湖、大柴旦湖、小柴旦湖、托素湖、尕海、茶卡湖、唐古拉-1、错鄂、乃日平错、纳木错、空姆错和普莫雍错,探讨这些湖泊碳酸盐矿物组成及相应氧稳定同位素组成的影响因素。XRD结果显示这些湖泊的碳酸盐矿物多以方解石为主,并含白云石。其中冷湖以白云石为主,尕海还含有一定量的文石。碳酸盐氧同位素分析结果显示总碳酸盐δ¹⁸O在-15.9‰到2.6‰范围变化,方解石δ¹⁸O变化范围为-16.2‰～3.9‰,白云石δ¹⁸O变化在-15.3‰～-5.4‰范围内。通过氧同位素与湖区环境因素的相关性分析,认为总碳酸盐δ¹⁸O受湖水δ¹⁸O组成、温度、降水量/蒸发量、盐度、海拔和纬度多种因素影响;方解石δ¹⁸O主要受湖水δ¹⁸O、温度、盐度、海拔和纬度的影响;白云石δ¹⁸O受降水量/蒸发量和盐度的影响。总碳酸盐δ¹⁸O对湖水δ¹⁸O、温度、海拔和纬度的响应是以方解石为载体而体现的;总碳酸盐δ¹⁸O对降水量/蒸发量的响应则归因于白云石δ¹⁸O对其的响应结果;另外总碳酸盐δ¹⁸O通过方解石和白云石δ¹⁸O的叠加作用响应于盐度。该研究初步建立了总碳酸盐、方解石和白云石氧同位素与环境各个指标之间的响应关系,对于揭示过去青藏高原地区环境变化有重要意义。