黔中碳酸盐岩和非碳酸盐岩上覆土壤CO2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CO     

蓟县元古界碳酸盐岩的碳同位素变化

天津蓟县元古界剖面长城系碳酸盐岩的δ~(13)C值基本为负值,蓟县系大体在(0±1)‰的范围内,进入青白口系井儿峪组一般在(2±2)‰的正值.从串岭沟组到大红峪组(约1700～1600 Ma)碳酸盐岩的δ~(13)C值大约由-3‰变化到0‰,但大红峪组δ~(13)C值大幅度振荡.蓟县系地层碳同位素组成发生两次较大的变化,分别在杨庄组和雾迷山第三亚组之后.相当完整和连续的碳同位素记录反映了约 1700～800 Ma全球海水的δ~(13)C值长期变化趋势.发生在约1700～1600 Ma和<约 1300 Ma海水的δ~(13)C值升高及大幅度振荡可能是两次全球性构造事件的响应.     

藏北措勤盆地早白垩世Aptian-Albian浅水碳酸盐岩碳同位素组成及其意义

藏北措勤盆地早白垩世Aptian-Albian台地型浅水碳酸盐岩的δ ¹³C值分布于2.48‰~5.46‰之间, 平均值为3.93‰. 不仅具有正偏移特征, 而且比具有较高δ ¹³C值的同期深水碳酸盐岩的δ ¹³C值还平均偏高1.17‰. 研究表明其成因为, 首先在全球大洋缺氧事件背景下, 有机质的高速埋藏使海洋总溶解碳库中δ ¹³C值升高, 致使所有海相碳酸盐岩的δ ¹³C值普遍升高; 然后在具有分层结构的古海洋中因经历不同的碳同位素分馏作用而造成浅水碳酸盐岩的δ ¹³C值明显高于深水碳酸盐岩的该值.     

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.     

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.     

中国大别山双河超高压变质大理岩的氧、碳同位素

中国大别山双河超高压变质岩板中发育了一系列大理岩层和透镜体 ,其δ18O值介于 1 1 1‰～ 2 0 5‰ (SMOW)间 ,δ13 C值介于 1 .0‰～ 5 .7‰ (PDB)间 .详细调查表明 ,大理岩的氧、碳同位素值在厘米尺度上表现出均一化 ,但在大于1m的范围内则不均一 .与已经同地幔中的碳发生均一化的挪威榴辉岩相大理岩不同 ,双河超高压大理岩的碳同位素则保留了沉积碳酸盐岩的特征 ,而且表现出白云石含量与δ13 C间的负相关关系 .与原岩相比 ,双河大理岩18O有所亏损 .这种亏损来自 3种可能的地质过程 :( 1 )在超高压变质作用前曾与亏损18O的水发生过氧同位素交换 ;( 2 )在超高压变质过程中发生过脱碳酸盐作用 ;( 3)在退变质过程中与围岩片麻岩在接触部位发生过有限的氧同位素交换 .氧、碳同位素研究表明 ,超高压变质岩的俯冲和折返过程历时较短 ,且在该过程中 ,流体的活动性极为有限 .     

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.     

黔中岩溶地区土壤CO2的稳定碳同位素组成研究

岩溶地区土壤CO2 的δ13 C值低于大气CO2 的δ13 C值 .在地 气界面层 ,土壤CO2 的δ13 C值随土层深度的增加而降低 ;在地 气界面层以下 ,土壤CO2 的δ13 C值基本不变 .植被类型影响土壤CO2 的δ13 C值 ;草地植被下土壤CO2 的δ13 C值存在季节变化 .同位素示踪表明 ,大气中的CO2 对下部土壤气中的CO2 有较大的贡献 .     

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。     

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.     

四川广安龙门峡南剖面下三叠统海相碳酸盐岩的碳同位素组成与对比

早三叠世作为二叠纪末集群灭绝后地球系统的生态恢复时期,与古海洋生态变化有关的各种地球化学记录为地质学家长期高度关注.在岩石学研究和样品对海水代表性评估的基础上,测试了四川盆地东部广安龙门峡南剖面下三叠统(包括相邻地层)350个碳酸盐岩的碳氧同位素组成.研究表明:龙门峡南剖面下三叠统碳酸盐岩对海水碳同位素组成具有良好的保存性,碳氧同位素组成之间缺乏相关性,二者间的确定系数只有0.0205,350个样品中只有44个Mn/Sr2和/或δ~(18)O-6.5‰;根据306个Mn/Sr2和/或δ~(18)O-6.5‰的样品建立了完整的下三叠统碳同位素曲线,曲线具有非常好的全球可对比性,二叠,三叠界线附近、嘉一段顶部和三段内部的δ~(13)C极小值,夜郎组一段顶部、四段顶部和嘉陵江组二段底部、四段下部的δ~(13)C极大值,以及代表这些极大值的峰和代表这些极小值的谷所反映的都是全球信号;与全球其他地方年代地层框架内同期碳同位素曲线的对比结果表明,剖面夜郎组一段可大致与Griesbachian亚阶对应,夜郎组二,四段可大致与Dienerian亚阶对应,嘉陵江组一段大致与Smithian亚阶对应,嘉陵江组二-三段以及四段下部大致与Spathian亚阶对应,嘉陵江组四段的中上部则应归于中三叠世的Aegean亚阶;代表Smithian-Spathian亚阶界线(SSB)的嘉一、嘉二段界线附近δ~(13)C从-0.911‰急剧上升至3.679‰,海水碳同位素如此剧烈的变化耗时可能小于36kyr,对沉积环境反映更为敏感的氧同位素在SSB附近先于碳同位素变化,反映海水在碳同位素急剧升高之前,盐度已显著增加,并导致了蒸发岩和白云岩的形成,该问题的更深入研究还需要考虑白云石-水和方解石-水系统、白云石-CO_2和方解石-CO_2系统白云石和方解石形成过程中同位素分馏效应的差别.     

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.     

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.     

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.     

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.     

贵州草海湖泊系统碳循环简单模式

本文分析了贵州草海湖泊系统中的主要含碳物质－湖水DIC、表层沉积物有机质、水生植物的稳定碳同位素组成,其δ^13C值分别为：－3．70‰至－10．60‰,－20．90‰至－21．60％,－16．10‰至－17．40,通过质量平衡计算,建立了草海区域碳循环的简单模式,结果表明：对于草海这样一个水生植物茂盛的浅水富氧湖而言,光合一呼吸作用和有机质的降解对整个湖泊体系的稳定碳同位素组成具有决定性的作用。     

震旦纪和早寒武世黑色页岩有机碳同位素组成

扬子地台震旦纪和早寒武世黑色页岩所含有机质属轻碳同位素类型 ,δ13 C数值范围从 - 2 7‰至 - 35‰ ;而且 ,还明显低于同时期沉积的碳酸盐岩和磷块岩 .经研究提出了一个由上升洋流所造成的、在碳同位素组成上具有分层结构的古海洋模式 ,它不仅可以解释晚震旦世至早寒武世黑色页岩有机碳同位素的组成特征 ,而且还可以解释该时期沉积岩碳同位素组成在古地理展布上的差别     

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.     

华南埃迪卡拉纪-寒武纪过渡期的有机碳同位素梯度和海洋分层

埃迪卡拉纪-早寒武世是地球历史上碳循环的重大波动期,但有关其成因和古环境意义仍存在很大分歧.为阐明这一问题,本文对华南晚埃迪卡拉纪-早寒武世两条剖面进行了高分辨的碳同位素研究.在浅水相区九龙湾-季家坡剖面,晚埃迪卡拉纪灯影组大部分δ13Corg值在δ29‰~δ24‰变化;而在深水相区龙鼻嘴剖面,大部分δ13Corg值在δ35‰~δ32‰.这些新的研究结果与华南埃迪卡拉纪δ早寒武世其他剖面发表的δ13Corg数据对比表明,δ13Corg在时间和空间上均存在着巨大变化,并受岩相的明显约束.在以碳酸盐岩为主的地层中,δ13Corg相对较高,通常大于δ30‰;而在黑色页岩和暗色硅质岩为主的地层中,δ13Corg相对较低,一般小于δ32‰.这种有机碳同位素组成的显著差异很难以存在巨大的溶解有机碳库(DOC)解释,我们认为不同微生物类群的贡献可能是导致这种差异的主要因素.浅水相样品中较高的δ13Corg值(δ30‰)与显生宙同位素变化相近,可能反映了光合作用为主的同位素分馏;而深水样品较低的δ13Corg值(δ32‰)可能反映了缺氧环境条件下化能自养或甲烷氧化微生物对有机质的重要贡献.这意味着在埃迪卡拉纪-早寒武世之交扬子地台的海洋仍处于强烈分层状态,且氧化还原界面波动频繁.     

碳氮稳定同位素示踪鄱阳湖流域蚌湖丰水期的氮污染

鄱阳湖边缘深水区是鄱阳湖水位上涨时扩散而成的低洼湖区,通过对其一典型边缘湖泊——蚌湖丰水期的氮浓度和同位素特征值的检测,分析这类洪泛湖泊在水位最高时期水体颗粒有机质及无机氮的氮同位素变化特征,并识别氮污染来源及转化途径.结果表明:6月悬浮颗粒有机质碳氮同位素值(δ~(13)C:-26.7‰~-23.7‰,δ~(15)N:2.6‰~6.2‰)介于土壤有机质(δ~(13)C:-25.21‰±0.52‰,δ~(15)N:3.79‰±0.37‰)和水生植物的碳氮同位素值(δ~(13)C:-28.8‰~-24.9‰,δ~(15)N:5.3‰~8.2‰)之间.7月相比于6月,降低的δ~(13)C(-27.6‰~-23.2‰)和升高的δ~(15)N(4.3‰~7.7‰)表明暴雨冲刷带来更多的周边陆地碎屑输入.无机氮在6月以铵态氮(NH_4~+-N)为主要形态,7月以硝态氮(NO_3~--N)为主要形态.6月δ~(15)NH_4~+较负的特征值(-18.6‰±5.2‰)表明铵态氮主要来源于雨水,硝态氮(δ~(15)NO_3~-:1.4‰±3.0‰)主要来源于农业化肥和雨水.7月相比于6月,铵态氮和硝态氮的浓度和同位素值都大幅升高(分别升高了0.3和2倍,6‰和3‰),是暴雨冲刷陆地使农业化肥、城镇生活废水和畜禽养殖废水输入的结果.水生植物的δ~(15)N在7月(8.8‰±1.1‰)相比于6月(6.6‰±1.1‰)也升高了较多,是由于水生植物吸收了更高δ~(15)N废水无机氮的结果.通过颗粒有机质和无机氮的δ~(15)N分析可知,湖区水体氮的矿化作用和硝化作用较强,藻类对湖泊的内源氮贡献较弱,沿河湖的畜禽养殖在暴雨时对水域污染的威胁较大.本研究提供了洪泛湖泊氮污染治理的科学依据.