Cascadia边缘与天然气水合物共生沉积物中有机质碳、氮同位素组成及意义

Hydrate Ridge南高点ODP204航次5个站位54个沉积物样品中有机碳C, N同位素组成及C/N比值表明沉积物中的有机质主要来自海洋. 对1245B孔的系统分析表明天然气水合物的发育改变了沉积物中有机碳和氮同位素的成岩演化轨迹, 水合物发育处δ¹⁵N值和C/N比值同时变低, 且δ¹³C值相对较重; 在水合物稳定带内δ¹⁵N值的亏损将近2‰. 水合物发育处沉积物中氮含量的增加和δ¹⁵N值的亏损, 推断可能与天然气水合物发育处沉积物中细菌(包括古细菌)的固氮作用有关. 沉积物中有机质中碳、氮同位素的分布与沉积环境的变化同步响应, 同时亦反映流体活动的变化.     

中国古生代腕足和珊瑚的硼同位素特征

报道了我国云贵高原,古生代腕足和珊瑚的硼同位素组成,可用来重建古海洋pH及硼同位素组成.所有腕足和珊瑚样品均利用阴极发光、微量元素B,Fe,Mn,Sr及扫描电镜等方法和手段进行了严格的筛选,以避免样品发生成岩蚀变及后沉积重结晶等地质作用.志留纪、泥盆纪、石炭纪和三叠纪腕足样品的硼同位素组成分别为：8.9‰~14.0‰,8.8‰~13.8‰,10.3‰~16.3‰和6.7‰~12.4‰.志留纪、泥盆纪和二叠纪珊瑚样品的硼同位素组成分别为9.1‰~12.2‰,6.1‰~13.8‰和9.2‰~16.1‰.古生代珊瑚和腕足的硼同位素组成和现代生物碳酸盐相比,都明显偏低,这意味着古生代海水的硼同位素组成比现代海水的硼同位素组成偏低至少达10‰.这和先前文献报道的古生代硼同位素组成相一致.另外,古生代珊瑚和腕足和现代生物碳酸盐相比,其硼同位素组成具有相似的下降趋势,但古生代珊瑚和腕足的硼同位素组成不完全相同.也许这种古生代较低的硼同位素组成和当时大量的径流输入的陆源性硼有关.     

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组火山活动的环境响应

通过岩心、薄片观察、X射线衍射分析、干酪根鉴定和碳氧同位素测试等技术方法,明确了岩石学特征、有机质组分类型及赋存状态、碳氧同位素值特征,结合准噶尔盆地二叠纪地层特征及火山机构分布,对吉木萨尔凹陷芦草沟组沉积时期火山活动的环境响应进行研究。结果表明:吉木萨尔凹陷芦草沟组岩性为火山物质与碳酸盐岩的混合沉积,火山物质为凹陷周缘或远源火山活动输入。有机质组分以降解藻和沥青质体为主,来源于遭受降解作用的低等水生藻类。剖面碳酸盐岩碳同位素介于6. 8‰～9. 7‰,平均值为8. 3‰,具有向正高值漂移的特征,氧同位素介于-11. 9‰～-4. 3‰,平均值为-6. 2‰。通过对准噶尔盆地二叠纪地层特征及火山机构分布调查的结果表明,该时期盆地范围内火山活动规模大,范围广。凹陷内部火山活动较弱,受其周缘火山活动的影响强烈。火山活动期间,飘落湖盆中的火山物质释放出大量营养元素有利于藻类等有机生物生长,在安静还原的水体环境中,有机质呈藻纹层分布,碳同位素具有正高值特征。火山活动间歇期,湖平面下降,湖泊底部水体向氧化环境转变,有机质遭到降解,以局部顺层富集或分散状分布,碳同位素值降低。凹陷周缘及盆地范围内长期、频繁的火山活动促使藻类等低等生物繁盛是碳同位素具有正高值特征及规律变化的根本原因。     

下扬子地区早三叠世碳酸盐岩碳同位素组成的演化特征

对分布于下扬子地区早三叠世海相碳酸盐岩台地相、斜坡相、盆地相3条地层剖面的碳同位素演化趋势研究表明, 早三叠世碳同位素组成演化表现为3次负漂移和1次正漂移. 经与牙形石生物地层对比, 3次负漂移分别发生在早三叠世Griesbachian期、Smithian期和Spathian晚期, 正漂移发生在Spathian早期. 相同时期不同沉积相区碳酸盐岩具有相同的碳同位素组成变化趋势, 但由台地相→斜坡相→盆地相碳酸盐岩δ¹³C值由高向低的变化说明其背景值受古地理因素控制. 碳同位素组成的正漂移与早三叠世生物繁盛及有机质的快速埋藏有关, 而碳同位素组成的负漂移则可能与早三叠世频繁的火山活动、生物绝灭有关.     

贵州草海沉积物碳酸盐碳同位素异常正值的发现及其环境指示意义

对贵州草海沉积物柱芯碳酸盐碳同位素组成测定的结果显示,其δ13C值的变化范围为- 14.25‰至23.10‰,变化幅度为37.35％,这是迄今所发现的湖泊沉积物碳酸盐中最大的碳同位素变化幅度,其中的部分同位素值也是迄今发现的最大碳同位素值.综合碳酸盐氧同位素、碳酸盐含量和有机质含量指标,认为草海沉积物碳酸盐碳同位素组成...     

沼泽沉积环境中植物和沉积脂类单体碳同位素组成特征及其成因关系研究

为了认识沼泽典型沉积环境中沉积脂类与生物脂类碳同位素的内在联系, 应用GC-IRMS碳同位素分析新技术, 对若尔盖沼泽草本植物、木本植物叶和沉积物中单体脂类碳同位素进行了测定. 结果表明, 不同类型植物之间的正构烷烃碳同位素组成存在着明显的差别, 草本植物的δ¹³C值(−32.2‰~−36.9‰)要比木本植物叶类的(−27.2‰~−35.0‰)平均低3.3‰. 植物中脂肪酸碳同位素组成(−30.3‰~−36.2‰)与正构烷烃的类似, 并且不饱和脂肪酸的δ¹³C值分布在饱和脂肪酸δ¹³C值范围之内. 植物脂类之间的碳同位素组成变化较大, 范围为2.4‰~7.8‰. 沼泽沉积脂类碳同位素组成与生物脂类的密切相关, 沉积物中正构烷烃、≥C₁₆脂肪酸、正构脂肪醇、甾醇和α-正构脂肪酮碳同位素组成(−27.0‰~−36.9‰)类似于植物脂类, 并且短链和长链沉积脂类碳同位素组成较为相似, 说明它们都来自高等植物; 只有沉积C_14:0和C_15:0脂肪酸碳同位素组成比植物中同碳数的轻, 反映了它们部分细菌成因的特征.     

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.     

西藏晚白垩世锶同位素曲线的全球对比及海相地层的定年

在样品成岩蚀变检测的基础上, 本文测试了西藏岗巴地区晚白垩世海相碳酸盐的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值. 样品对海水代表性的评估说明, 这些数据较好地反映了原始海水的锶同位素组成. 建立的晚白垩世锶同位素演化曲线与国际上已公布的同时代曲线有较好的可对比性, 说明全球事件是海水锶同位素组成最为重要的控制因素; 曲线的建立为该地区晚白垩世地层大范围洲际盆间对比提供了新的途径, 弥补了生物地层对比的不足. 在此基础上, 笔者尝试利用测试的锶同位素数据, 根据锶同位素地层学的原理确定了西藏南部岗巴地区白垩系剖面坎潘/三冬阶和马斯特里赫特/坎潘阶的界线, 按83.5 Ma和71.3 Ma分别作为这两个界线的年龄, 它们分别位于剖面的217 m和291 m处.     

湖泊沉积物不同粒级组分有机碳同位素差异及其对实验结果的影响

湖泊沉积物有机质碳同位素因常被用于识别沉积物中有机质来源或流域植被信息而逐渐成为一个常规代用指标,但当沉积物中有机质含量变化显著、赋存状态不同时,采用统一分析方法(全样或某一粒级组分)测试的结果在不同含量或赋存状态时是否会产生偏差,目前没有详细的研究进行评价.利用嘎顺诺尔湖泊沉积物,采用全样品、细颗粒组分(过120目筛和360目筛),分别进行有机质含量和同位素分析,评价选择不同粒级样品因有机质赋存状态不同对有机碳同位素分析结果的影响.结果显示,不同组分的烧失量或元素分析仪方法测得的有机质含量变化趋势相同,但不同组分的有机碳同位素结果出现差异:全样的有机碳同位素值存在较大波动,随着过筛孔径变小,δ¹³C_org值波动减小,且过360目筛的细颗粒组分的碳同位素值较全样或过120目筛后组分的δ¹³C_org值偏负.这一差异与有机质组分赋存的颗粒范围有关.对比认为过360目筛的细颗粒组分更有利于充分反应,且可获得较为准确的同位素值.因此,在进行不同湖泊沉积物δ¹³C_org值对比时,应注意研究使用样品的前处理方式,相同处理方式下的结果更具有可比性.该研究结果对于湖泊沉积物有机质碳同位素分析具有参考意义.     

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。     

煤层甲烷碳同位素分布特征及分馏机理

煤层甲烷碳同位素分布范围很宽, 并且和常规煤成气相比, 煤层气中甲烷碳同位素存在强烈的分馏效应, 使煤层甲烷碳同位素变轻. 煤层甲烷碳同位素与煤的R_o相关性很差, 以致无法根据煤层甲烷碳同位素值来判断煤系烃源岩的成熟度. 煤层甲烷碳同位素变轻的程度差别很大, 且明显受地下水动力条件的影响: 水动力越强, 煤层甲烷碳同位素偏轻的程度就越大, 反之就越小. 前人试图用煤层气解吸-扩散-运移-分馏来解释煤层甲烷碳同位素偏轻的现象, 但不能圆满解释碳同位素的空间展布. 根据大量的实验和实际数据, 指出流动的地下水对游离气的溶解作用-游离气与吸附气的交换作用是煤层甲烷碳同位素分馏的机理. 煤系中的水对煤中游离态甲烷的溶解作用更容易把¹³CH₄带走, 留下更多的¹²CH₄, 使游离气中¹²CH₄会相对富集, 游离气中12CH4再与煤中的吸附气发生交换, 部分¹²CH₄变成吸附气, 把吸附气中部分¹³CH₄交换出来变成游离气, 交换出来的¹³CH₄再被水优先溶解带走. 这种过程是不停地在发生, 通过累积效应, 引起煤层气¹²CH₄大量富集, 煤层甲烷碳同位素变轻. 通过水溶气的模拟实验研究, 证实了流动的水可以对甲烷碳同位素产生明显的分馏作用, 容易把重碳同位素的甲烷溶解带走.     

鞍山-本溪地区条带状硅铁建造的硫同位素非质量分馏对太古代大气氧水平和硫循环的制约

目前人们对地球早期大气氧浓度和硫循环还存在不同的认识. 条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的沉积建造类型, 真实地记录了当时大气和海洋的状态. 测定了辽宁鞍山-本溪地区太古代(~2.7 Ga)条带状硅铁建造(BIFs)中硫化物的多硫同位素组成(δ³⁴S/δ³³S/δ³²S). △³³S = -0.89‰ ~ +1.21‰, 非质量分馏明显. 这种非零△³³S值意味着太古代硫同位素循环与现在不同, 气相光化学反应发挥了重要作用. 与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造具有负的△³³S值, 而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造具有正的△³³S值. δ³⁴S的变化范围很大, -22.0‰ ~ +11.8‰, 指示当时海水硫酸盐的细菌还原活动已经存在, 海水硫酸盐的浓度至少在局部地区已达1 mmol/L. 结合在条带状硅铁建造中同时出现的赤铁矿、磁铁矿和硫同位素非质量分馏产生和保存条件, 推测太古代大气氧水平相当于现代大气氧水平的10^-2~10^-3.     

黄土风化过程的硼同位素地球化学研究

采用低硼高杂质离子样品硼同位素分析方法测定了黄土、古土壤样品中酸溶相硼含量及硼同位素组成. 洛川黄土S₀~S₂剖面酸溶相硼含量变化范围为(0.8 ~ 2.7)×10^-6, 其δ¹¹B值在-1.8 ~ +18.6‰之间变化, 多集中在0 ~ +10‰之间. 古土壤层的硼含量及δ¹¹B高于黄土层, 尤以S₁表现最显著. 引起剖面上酸溶相硼含量及δ¹¹B值变化的主要原因是化学风化作用和粘土吸附作用强度的变化. 气候条件变化所引起的风化作用强度的变化可能是酸溶相硼含量及δ¹¹B值发生变化的原因.     

中国部分盆地原油氮同位素地球化学特征

测定了中国部分盆地不同性质原油的氮同位素组成, 结合分子有机地球化学的部分方法, 对中国不同盆地原油的氮同位素地球化学进行了初步研究. 所测定中国不同性质原油氮同位素组成分布在−6‰~20‰之间. 不同类型盆地原油的氮同位素组成有不同分布, 淡水沉积环境原油的δ¹⁵N较低, 大致在1‰~5‰左右; 咸水和半咸水沉积环境形成的干酪根和原油δ¹⁵N较高, 通常在10‰以上, 有些甚至超过17‰. 塔里木塔中地区奥陶系原油δ¹⁵N最低, 大多在0以下, 反映出可能以海相碳酸盐岩有机质为主要来源的特点. 分馏作用影响氮同位素的分布范围. 微生物的降解作用往往会引起δ¹⁵N明显增加. 油气运移过程导致同位素比值下降, 但近距离的运移对同位素组成分布影响不大.     

大布苏湖沉积剖面有机碳同位素特征与古环境

１９９４年９月,在吉林省大布苏湖湖盆东部,获取了总厚度为８．１０ｍ沉积剖面样品。以１０ｃｍ间隔采样,对样品中有机质成分及稳定碳同位素研究表明,沉积物中有机质主要来源于陆源高等植物,沉积物中有机物的δ＾１３Ｃ值指示了源生物的特征。在暖干时期,沉积物中有机质具有较高的δ＾１３Ｃ值;反之,冷湿时期,沉积物中有机质的δ＾１３Ｃ值降低,结合剖面碳酸盐含量及＾１４Ｃ年代分析表明,湖区１５０００年来经历了多期冷     

湘南黄沙坪铅锌钨钼多金属矿床辉钼矿的Re-Os同位素定年及其意义

通过对黄沙坪铅锌钨钼矿床六个辉钼矿样品的Re-Os同位素分析, 获得的模式年龄为150.9~156.9 Ma, ¹⁸⁷Re-¹⁸⁷Os 等时线年龄为(154.8 ± 1.9) Ma, MSWD＝1.5; 模式年龄和等时线年龄结果集中一致, 为黄沙坪矿床提供了一个准确的形成时限. 该成矿年龄与黄沙坪花岗岩体的成岩年龄(161.6 ± 1.1) Ma基本一致. 上述数据表明, 黄沙坪花岗岩体与黄沙坪矿床, 同区域内的骑田岭花岗岩体及其相关的芙蓉锡矿田、新田岭钨矿床, 以及千里山花岗岩体与柿竹园钨锡钼铋矿床、金船塘锡铋矿床等都是燕山中期的产物. 它们均为湘南岩浆-成矿带的重要组成部分, 也是华南燕山中期大规模成矿作用在湘南地区的集中表现. 黄沙坪矿床辉钼矿样品的Re含量较低, 表明其成矿物质主要来自于地壳.     

砂岩中碳酸盐胶结物成岩流体演化和水岩作用模式——以川西孝泉-丰谷地区上三叠统须四段致密砂岩为例

碳酸盐胶结物是川西坳陷孝泉-丰谷地区须四段第一重要的胶结物类型.通过碳酸盐胶结物岩石学、矿物学、碳氧同位素以及包裹体均一温度等的系统分析,讨论了研究区须四段致密砂岩中不同类型碳酸盐胶结物的沉淀机制、孔隙流体演化以及分布规律.连晶方解石胶结物具有相对较重的碳、氧同位素(δ13C=2.14‰,δ18O=-5.77‰),沉淀时间早,是在常温常压条件下,直接从过饱和碱性湖水介质中析出的产物.沉淀时流体的氧同位素较轻,主要表现为大气水-海水混合流体的特征(δ18O=-3‰),说明研究区须四段沉积时期的沉淀流体同时受到了大气水和海水的影响;次生孔隙中充填的方解石胶结物具有相对较轻的碳、氧同位素(δ13C=-2.36‰,δ18O=-15.68‰),沉淀时间晚,主要沉淀于中、晚侏罗沉积期的埋藏作用阶段,反映了有机质参与的长石溶蚀过程是该类碳酸盐胶结物沉淀的重要物质来源,粘土矿物转化过程中释放的Ca2+,Fe3+和Mg2+离子也是其重要的物质来源之一.由于埋藏过程中,水岩相互作用的影响,沉淀时流体的氧同位素出现了较明显增大(增重3‰左右);钙屑砂岩中的白云石胶结物沉淀于中侏罗沉积期的埋藏作用阶段,与碳酸盐岩屑具有类似的较重的碳氧同位素特征(δ13C=1.93‰,δ18O=-6.11‰),说明了两者在来源上的一致性,沉淀时流体氧同位素显著偏重(δ18O=2.2‰左右).不同胶结物沉淀时流体氧同位素的差异体现了不同水岩相互作用体系或是不同水岩相互作用强度的影响.这是含较多刚性颗粒的砂岩具有相对偏负的碳同位素(岩屑石英砂岩)、沉淀流体具有相对偏重氧同位素(钙屑砂岩)的主要原因.     

潮白河上游有机质的碳、氮稳定同位素分析及来源探讨

河流是连接陆地和海洋两大生态系统的一个重要通道,河流中的颗粒有机质不仅反映了流域植被类型和土壤侵蚀状况的变化,而且记录了人文活动对其自然状态的改变.天然存在的碳、氮稳定同位素对于研究河流体系中颗粒有机质的来源有着非常重要的作用.本文通过测定和分析潮白河上游表层沉积物、植物和土壤中有机质的碳、氮稳定同位素值,对沉积有机质的来源进行了示踪,并在此基础上估算了不同物源的贡献.实验结果表明:该流域沉积物中有机质的碳、氮稳定同位素变化范围分别是27.75‰~21.58‰和1.32‰~6.74‰.有机质来源分析表明,土壤有机质、水生维管束植物和河流浮游生物是该流域沉积有机质主要的三种来源,其中土壤有机质的贡献最大;密云水库物源分析表明潮河和白河携带的有机物是该水库沉积有机质的主要来源,而水库本身有机质的贡献则较少,个别站位有少量的C4植物来源;和河北境内相比,潮河、白河北京境内沉积有机质中土壤有机质的贡献明显减少,水生维管束植物和河流浮游生物的贡献明显增加,反应出流域土壤侵蚀状况与河流有机质来源的密切关系.     

山东幔源岩浆岩的碳-氧和锶-钕同位素地球化学研究

系统研究了鲁西早白垩世碳酸岩、方城玄武岩、胶东白垩世煌斑岩、蒙阴古生代金伯利岩的碳-氧和锶-钕同位素组成特征. 古生代金伯利岩的碳氧同位素组成集中, δ¹³C和δ¹⁸O分别在−4.8‰~−7.6‰和+9.9‰~+13.2‰之间, 属正常情况, 而白垩纪3类岩浆岩的碳氧同位素则变化较大, 并暗示当时的地幔源区可能局部受到过含有机碳的地壳物质的混染. 白垩纪3类岩浆岩的锶钕同位素一致显示了EMII型富集地幔的源区特征, 暗示了再循环地壳物质对地幔源区的改造. 碳-氧和锶-钕同位素特征的系统对比显示, 华北东部克拉通下岩石圈地幔在早古生代、早白垩世、第三纪时期的特征互不相同, 表明该陆下岩石圈地幔自古生代以来至少经历了两次改造过程. 目前的资料暗示, 第1次改造过程可能主要发生在三叠纪-侏罗纪, 带有缓慢渐变的特征, 第2次改造过程主要发生在白垩纪, 显示为快速突变. 种种迹象表明, 华北东部早白垩世(尤其是120~130 Ma)可能是华北东部中生代动力学体制转折的关键时段.     

川东北地区飞仙关组高含H2S天然气TSR成因的同位素证据

四川盆地川东北地区是中国含油气盆地中已发现的高含硫化氢天然气储量最大的地区. 目前已探明储量和控制储量规模近3000×10⁸m³. 这些高含硫化氢天然气藏主要分布在渡口河、铁山坡、罗家寨、普光等构造带上, 储集层为三叠系飞仙关组鲕滩云岩. 天然气中硫化氢含量平均在14%, 部分高达17%. 虽然多数学者认为H₂S在深部碳酸盐储层中的大量聚集是硫酸盐热化学还原(Thermochemical sulfate reduction, TSR)的结果, 但是TSR过程及其留下的地质地球化学证据并不十分清晰. 作者通过对碳酸盐地层、次生方解石等的碳同位素, 硫化氢、硫磺、石膏、黄铁矿等的硫同位素分析, 以及天然气组成、烃类碳同位素和储层岩石学等方面, 进一步证实了该地区高含硫化氢天然气属硫酸盐热化学还原反应(TSR)成因. 硫化氢、硫磺和方解石是烃类气体参与TSR反应后形成的. 在TSR消耗烃类的过程中, 烃类气体中的碳参与反应并最终转移到次生方解石中, 成为次生方解石的碳源, 从而导致次生方解石的碳同位素严重偏轻, 可低到−18.2‰. TSR的中间产物硫磺和最终产物硫化氢及黄铁矿, 硫源均来自于飞仙关组地层中的硫酸盐. 在硫同位素分馏过程中, 键能决定了³²S先逸出, 而且逸出越早, 其形成硫化物(H₂S)或硫磺的d ³⁴S越小; 而对于参与反应的石膏来讲, 反应程度越高, 其³²S逸出越多, 剩余的³²S就越少, ³⁴S就会相对增多, 测试结果证明了硫同位素动力学分馏的这一过程.