中国北方黄土区C4植物稳定碳同位素组成的研究

通过对中国北方黄土区C₄植物稳定碳同位素(δ ¹³C)的系统分析, 发现C₄植物δ ¹³C值分布区间为-10.5‰ ~ -14.6‰, 其平均值为-12.6‰ ± 0.82‰; C₄植物δ ¹³C组成有随年降雨量减少, 即从半湿润区到半干旱区, 再到干旱区微微变轻的趋势; C₄植物的稳定碳同位素组成雨季比旱季偏重. 以上变化趋势都与C₃植物稳定碳同位素变化趋势相反.     

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.     

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.     

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.     

高演化海相碳酸盐烃源岩地球化学综合判识

针对中国海相碳酸盐岩烃源岩的成熟度高、有机质丰度低等特殊性, 以鄂尔多斯盆地下古生界为例, 通过微量元素富集系数计算、稀土元素的配分模式、元素和碳同位素等的数理统计分析及三维图解等多元综合分析, 结合必要的有机参数, 反演了盆地烃源岩发育环境, 评价碳酸盐岩烃源岩及其分布. 就鄂尔多斯盆地而言, TOC为0.2%是个重要的界限值, 研究表明: 在TOC>0.2%的层段中, Ba富集, δ¹³C_carb正偏移, δ¹³C_org<&#8722;28‰, 反映出古生产力、有机质埋藏量较高, 具较好生烃潜力, 稀土元素分异强, 指示沉降速率低, 有机质保存条件好, 利于烃源岩发育. 克里摩里组、乌拉力克组具一定规模, 可视为潜在有效烃源岩. 而TOC＜0.2%的层段, Ba含量低, δ¹³C_carb多为负值, δ¹³C_org为&#8722;24‰~&#8722;28‰, 指示有机质埋藏量低, 生烃潜力差, 稀土元素分异弱, 沉降速率较快, 多属浅水高能氧化环境, 不利于烃源岩发育. 利用无机与有机地球化学方法综合评价高演化海相有潜力的碳酸盐岩烃源岩及分布是可行的.     

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.     

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.     

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.     

中国北方黄土区C-3草本植物碳同位素组成研究

对生长在我国北方黄土区的367个C-3草本植物样品进行了碳同位素分析, 结果表明我国北方黄土区C-3草本植物δ ¹³C值分布区间为-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.7‰; 黄土高原中部半湿润区的C-3草本植物δ ¹³C值分布集中, 在-24.4‰ ~ -28.5‰之间, 平均值为-27.5‰; 而黄土高原西部边缘的半干旱-干旱气候区的C-3植物δ ¹³C值变化范围在-21.7‰ ~ -30.0‰, 平均值为-26.2‰; C-3植物的δ ¹³C值在黄土高原中部的半湿润气候区比黄土高原西部边缘半干旱-干旱气候区显著偏轻. 年降雨量是造成这种显著偏轻的主要原因, C-3植物的碳同位素组成随着年降雨量的减少而变重, 在我国北方黄土区年降雨量每增加100 mm, C-3植被 δ ¹³C平均值将偏负约0.49‰左右.     

贾湖遗址人骨的稳定同位素分析

古代人类食谱研究是生物考古的重要组成部分, 也是当前国际科技考古领域的研究前沿. 利用稳定同位素分析方法, 尝试揭示贾湖遗址先民的食物结构以及生活方式的变化. 人骨的骨胶原含量、C含量以及N含量, 尤其是骨胶原C/N摩尔比的分析表明, 28个样品中13个已经受到埋藏环境的污染, 不能用作食谱分析. 其余样品骨胶原的δ ¹³C((-20.37±0.53)‰), 表明先民主要以C₃类作为食物来源. 根据骨胶原中δ¹³C和δ ¹⁵N的不同，先民的食谱可划分为4类. 两者相关性的缺乏, 当与该遗址以农耕经济为主有关. 骨胶原δ¹⁵N和羟磷灰石δ¹³C纵贯整个文化段的变化, 反映了先民从狩猎转向采集、捕捞直至发展稻作农业和家畜饲养的改变. 而羟磷灰石中δ ¹⁸O则无明显变化, 揭示了该遗址气候较为稳定.     

晚泥盆世F-F之交菌藻微生物繁荣与集群绝灭的关系: 来自碳同位素和分子化石的启示

广西桂林杨堤斜坡相碳酸盐岩的无机、有机碳同位素, 分子化石和相关地球化学资料显示, 从上泥盆统弗拉阶上rhenana带至linguiformis带顶部, δ¹³C_carb和δ¹³C_kerogen正偏, 其值分别从+0.43 (‰ V-PDB) → +3.54 (‰ V-PDB)和从&#8722;29.38 (‰ V-PDB) → &#8722;24.14 (‰ V-PDB), B* (Ba* = Ba/ (Al2O3 X 15%))从0.015上升至0.144, TOC从0.02%上升至0.21%, V/Cr从0.3上升至2.0, Sr/Ba从3.20上升至49.50, 表明晚泥盆世弗拉阶-法门阶(F-F)之交生物量和生物产率以及有机碳的埋藏量是增加的, 水与沉积物界面附近由富氧到少氧, 沉积环境的含盐度增高. 上泥盆统弗拉阶顶部至法门阶下部, 分子化石丰度有所增加, 分子化石类型主要由正构烷烃、类异戊二烯烃、萜烷、甾烷构成, 其特征表明, 分子化石的母体生物主要为海洋浮游植物、浮游动物和底栖非光合作用的菌类. 因此文中认为, F-F之交生物集群绝灭的多期性、选择性、全球性和地质学意义上的同时性是菌藻微生物繁荣、中-低纬度浅水海洋生态环境不断恶化、积累的结果, 是陆地生态系与海洋生态系遥相关的具体体现. 简化的因果链是: 晚泥盆世裸子植物、高大乔木、多重结构森林出现→化学和生物化学风化盛行→真正意义土壤广为发育→地表径流向滨-浅海输送的有机物和营养物质增多→陆表海由超寡营养到富营养化→浮游植物和浮游动物等低等菌藻微生物繁荣、频繁的赤潮、海洋水团缺氧→中、低纬度浅水海相生物集群绝灭. 陆表海富营养化、缺氧使得有机碳埋藏量增加导致大气CO₂浓度降低致使气候变冷和海平面下降可能也是中、低纬度浅水海相生物集群绝灭值得关注的因素.     

黄土高原现代土壤和古土壤有机碳同位素对植被的响应

黄土高原古土壤碳同位素与古植被的关系是一直未能很好解决的问题. 其中一个主要原因是由于对该地区现代C₄/C₃植被分布特征与现代土壤碳同位素组成之间的关系缺乏足够的了解. 初步研究了黄土高原主要植物及现代土壤碳同位素组成, 对比了现代土壤和黄土-古土壤序列的有机碳同位素组成变化特征. 结果表明: 黄土高原现代植被以C3植物为主, C₄植物主要来自适宜在暖湿条件下生长的禾本科植物(如白羊草Bothriochloa ischaemum和狗尾草Setaria viridis等). 森林土壤的碳同位素组成δ ¹³C值明显低于黄土塬面的碳同位素组成, 现代土壤的碳同位素组成与现代植被的分布是一致的. 根据此关系推断: 在相对暖湿的古土壤阶段(间冰期)C₄草本植物比例增加, 在相对干旱的黄土阶段(冰期)灌木和C₃草本植物比例增加.     

温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ13C的气候意义

详细了解多树种树轮碳同位素组成(δ¹³C)对气候的响应机制是进行古气候重建的基础. 利用川西高原温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ¹³C序列, 探讨了气候环境要素对两树种δ¹³C的控制作用及利用该指标进行气候重建的潜力. 结果表明: 铁杉和高山松树轮δ¹³C序列之间存在差异, 其原因可能与树种本身的生理特性有关; 当去除大气CO₂浓度引起的低频影响后, 两树种年轮碳同位素分辨率(Δ¹³C)序列之间的相关程度有所加强, 且呈显著相关关系, 说明气候要素对两树种的(Δ¹³C有类似的控制作用. 温度和水分与两树种(Δ¹³C序列密切相关, 但二者对(Δ¹³C起控制作用的时段和强度因树种的不同而存在差异. 其中, 温度对铁杉(Δ¹³C影响的关键时期为前一年12月至当年2月, 对高山松影响的关键时期为当年4~7月; 水分对铁杉和高山松(Δ¹³C起控制作用的关键时期分别为当年2~4月和3~5月. 可见在温暖湿润区, 树轮碳同位素分馏因树种的不同而不同, 且受多个气候要素共同作用, 但最优多元回归方程的解释方差最大仅38.5%. 因此, 在温暖湿润的川西高原单独利用树轮δ¹³C进行气候要素重建受到一定限制.     

轮南油田代表性原油正构烷烃单体氢同位素组成、分布与母源信息

采用先进的色谱-高温热转变-同位素比值质谱(GC-TC-IRMS)分析技术, 首次对塔里木盆地轮南油田部分原油正构烷烃进行了单体氢同位素组成分析. 所测定的不同储层的原油样品, 正构烷烃单体氢同位素组成相近, 反映了原油母源沉积环境的相似性, 均来源于海相沉积环境. 与理论推算值(&#8722;150‰)和报道的Williston盆地奥陶系生源的原油正构烷烃氢同位素数据(nC₁₃~nC₂₇, &#8722;160‰~&#8722;90‰)相比, 轮南油田原油正构烷烃单体氢同位素组成较重(nC₁₂~nC₂₇, &#8722;120‰~&#8722;60‰). 从母质形成的生物化学过程和烃类生成的热成熟作用过程分析, 相对咸水沉积环境下形成的母质及相对较高的成熟度可能是造成上述轮南油田原油正构烷烃氢同位素组成与分布偏重的主要原因.     

渔塘坝硒矿床富硒硅质岩的成因

下二叠统茅口灰岩顶部含碳硅质岩段(P₁³m )是渔塘坝硒矿床的主要富Se层位, 具有水平层理和纹层理构造, 硅质岩平均含Se 1646 μg·g^-1, 富含有机碳、Al₂O₃和SiO₂, 而S含量较低, 除主要富集Se元素外, 其他如Mo, Cd, V, Co等也有较高富集. 稀土总量低, 轻稀土略显富集. 样品富集较重的Si同位素, δ ³⁰Si值变化不大, 范围在1.1‰~1.2‰之间. 通过常量元素、微量元素、稀土元素以及Si同位素组成特征可以判断渔塘坝富硒硅质岩形成于浅海-半深海缺氧环境, 并主要受生物化学作用控制.     

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&#8722;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.     

210Pbex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示

²¹⁰Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的²¹⁰Pb_ex 通量稳定. 当沉积速率相对稳定时, 沉积物中²¹⁰Pb_ex 的比活度将随沉积年代呈指数衰减. 湖泊水体中的²¹⁰Pb_ex 主要随有机微粒的沉降而进入沉积物. 如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时, 则可能显著地增大²¹⁰Pb_ex 被清洗而转入沉积物的通量. 这种突发性清洗效应, 一方面显然不符合²¹⁰Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化. 根据云南程海近代沉积物²¹⁰Pb_ex 垂直剖面的特殊变化, 对这一问题进行讨论. 沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区. ¹³⁷Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征, 给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性. 而²¹⁰Pb_ex 比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布, 并与Corg垂直剖面相似. 这一现象可能与制约²¹⁰Pb_ex 转入沉积物的机制有关. 程海沉积物中H_org/C_org和C_org/N_org原子比平均值分别为5.51和7.04, 表明其有机质主要源于内生藻类残骸. 根据沉积物有机质“沉降-降解-堆积”的3阶段特征, 模拟计算出1970年以来有机碳C_org的沉积通量(F(C_org)). 不同年代²¹⁰Pb_ex 的沉积通量(F(²¹⁰Pb_ex ))与F(C_org)显示出很好的同步关系. 特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段, 二者同步增大. F(C_org)的变化导致F(²¹⁰Pb_ex )的变化; F (²¹⁰Pb_ex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化.     

高寒草甸土壤有机碳储量和CO2通量

选择青藏高原东北隅海北站区的4种高寒草甸土壤进行高分辨率采样, 测定土壤有机碳及其¹⁴C信号; 应用¹⁴C示踪技术探讨高寒草甸土壤有机碳更新周期和CO₂通量. 研究得出海北站高寒草甸生态系统土壤有机碳储量在22.12´104 ~30.75´10⁴ kgC·hm^-2之间, 平均为26.86´10⁴ kgC·hm^-2. 高寒草甸土壤有机碳的更新周期从表层的45~73 a随深度增加到数百年甚至数千年或更长. 高寒草甸生态系统土壤呼吸的CO₂通量变化于103.24~254.93 gC·m^-2·a^-1之间, 平均为191.23 gC·m^-2·a^-1. 土壤有机质分解产生的CO2通量变化于73.3 ~181 gC·m^-2·a^-1之间. 矮嵩草草甸土壤30%以上的有机碳贮存在土壤表层(0~10 cm)的活动碳库中, 土壤有机质更新产生的CO₂占整个剖面有机质更新产生的CO₂通量的72.8%~81.23%. 响应于全球变暖, 青藏高原高寒草甸生态系统土壤有机碳的储量、流量、归宿变化等问题有待进一步研究.     

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.     

亚北极白令海近百年海洋环境变化

采用²¹⁰Pb方法对亚北极白令海B_2~9岩芯样进行定年, 获得分辨率以10年等级变化的100来年(1890~1999年)连续海洋沉积环境序列. 该岩芯样检出众多的分子化石, 正构烷烃、类异戊二烯、脂肪酸和甾醇等. 利用这些精细分子C₂₇, C₂₈, C₂₉甾醇及分子组合特征Pr/Ph, SC⁺₂₂/SC^&#8722;₂₁, CPI, C_18:2/C_18:0并结合有机碳含量变化, 重建100年以来亚北极海洋环境变化史. 结果表明过去的100年以来北极经历了两次较强的气候变暖事件(7.5~5.5 cm和3.0~0.0 cm, 对应时间段约1920~1950, 1980~1999年), 随之陆源物质减少, 海洋自生源增长而沉积环境呈氧化状态. 还经历了两次短暂的降温事件(8.0 cm和4.0~3.0 cm, 对应时间段1910和1970~1980年), 随之陆源物质增加, 海洋自生源相应减少, 沉积环境呈弱还原状态. 同时揭示了这两种冷与暖变化过程与北极区域性和全球性变化有直接关系.