全油正烷烃和类异戊二烯碳中同位素的变化

油样和源岩中沥青的碳同位素分析，主要是根据馏分法或全馏分法（即饱和烃、芳烃和ＮＳＯ化合物）完成的。量到最近，前人对单个碳氢化合物中碳同位素组成的研究受到了下列两个问题的限制：（１）使单个化合物分辨率平衡；（２）为获得完善的分析结果而取得足够的分析原料。前人对单个碳氢化合物中碳同位素组成变化的研究，是利用填充柱气相色谱法收集用于分析的足够量的单个化合物；或者在最近，联合利用填充柱气相色谱仪和质谱仪，     

辽河西部凹陷古潜山原油及其源岩的分子碳同位素地球化学

以辽河西部凹陷潜山带原油及其源岩为例,系统研究了正构烷烃、异戊二烯烷烃、异构与反异构及藿烷系列化合物的碳同位素组成与分布特征,探讨了其相互关系及生源-环境因素的影响。各系列化合物的分子碳同位素组成的变化具有较好的相关性,反映了沉积体系中生源-环境因素的系统变化。应用各系列分子碳同位素组成相关分析有效地区分了不同潜山带原油的油源差异。原油正构烷烃较异戊二烯烷烃碳同位素偏正0.5‰～5.0‰、姥鲛烷较植烷偏正0.4‰～1.4‰,指示了甲烷生成菌对植烷的重要贡献;C21 长链异戊二烯烷烃较植烷系列碳同位素偏正0.5‰～2.0‰,表明其生源存在差异。异构及反异构烷烃与其他系列化合物碳同位素的对比显示了蓝细菌对这类化合物的重要贡献。C31 藿烷较C30藿烷富集13C达10‰～12‰,指示其生源不同,13C强烈损耗型C30藿烷(-61.2‰～-51.8‰)主要衍生于嗜甲烷菌,它们生存于Es4期强烈分层水体中的缺氧/有氧界面。Es3油源油中正构烷烃碳同位素特别偏正,且异构、反异构烷烃及藿烷碳同位素都明显偏正,综合反映了蓝细菌的重要贡献,而干酪根碳同位素明显偏正及4-甲基甾烷相对富集指示了沟鞭藻对沉积有机质的重要贡献。     

川西坳陷天然气中烷烃气碳同位素倒转成因分析

在充分认识可能造成天然气中烷烃气碳同位素倒转原因的基础上,分别对川西坳陷构造变形强度不同的北段、中段、南段3地区天然气中烷烃气碳同位素倒转成因进行了分析。结果表明,构造变形强度相对较弱的北段与中段地区,烷烃气碳同位素倒转相对较少发生,倒转现象仅出现在须二段,北段烷烃气碳同位素倒转成因是同源不同期天然气混合,中段2类烷烃气碳同位素倒转成因分别是同源不同期天然气混合与不同成因天然气混合;构造变形强度相对较大的南段地区,烷烃气碳同位素倒转现象明显增多,中侏罗统、须四段与须二段都有倒转发生,中侏罗统与须四段倒转成因主要是同型不同源天然气混合,而须二段倒转成因则为天然气同源不同期混合。对川西坳陷烷烃气碳同位素倒转特征与构造变形强度的关系分析表明,构造变形强度对烷烃气碳同位素倒转有一定的影响,在构造变形强度相对较大的地区,构造变形对烷烃气碳同位素倒转的发生起了促进作用,使得该地区碳同位素倒转现象更为常见。     

水体蒸发过程中稳定同位素分馏的模拟

通过对非平衡条件下水体蒸发中稳定同位素分馏机制的分析, 模拟了蒸发水体中稳定同位素比率的变化及与温度、大气湿度的关系. 在瑞利模式中, 剩余水中的稳定同位素随剩余水比例f的减小不断富集, 富集的速率与温度呈反比. 在动力蒸发条件下, 稳定同位素的分馏不仅与相变温度有关, 而且受大气湿度和液-气相之间物质交换的影响. 在动力蒸发过程中, 相对湿度越小, 剩余水中稳定同位素比率随 f的变化越快. 当相对湿度较大时, 在经历了一段时间蒸发后的剩余水中的δ将不随 f变化. 蒸发水体达到稳定状态的速率主要取决于大气的相对湿度. 当温度约20℃时, 在瑞利平衡条件下模拟的蒸发线与全球大气水线较接近. 在非平衡蒸发条件下, 蒸发线的梯度项和常数项与温度和相对湿度呈正比.     

稳定同位素分馏的量子化学计算研究——以硼和铁同位素为例

稳定同位素分馏研究是整个地球科学领域的基本核心内容之一.对其量子化学从头计算,是刚刚兴起的世界前沿.同半经验方法比较,从头计算更加准确和更具广谱性,是同位素实验方法的重要补充和延伸.本文简略介绍了稳定同位素分馏的量化计算的背景、方法,并用硼同位素和铁同位素的几个简单体系进行示例.     

察尔汗盐湖正构烷烃和单体碳同位素分布特征及其古植被意义

对察尔汗盐湖ISL1A钻孔沉积物样品进行了有机分子地球化学分析, 检测出了丰富的类脂物, 包括正构烷烃、一元正脂肪酸、一元正脂肪醇等, 本文主要讨论正构烷烃类脂物的分布特征。正构烷烃的分布型式表明其来源于低等菌藻类生物和陆生高等植物, 正构烷烃的高碳数部分均有显著的奇偶优势, 高碳数正构烷烃全部以C31 为主峰碳。正构烷烃分布特征表明在110.1~50.1 ka B.P.期间, 察尔汗盐湖地区为草原植被景观。对C27、C29、C31 长链正构烷烃进行了单体碳同位素测定, 利用二元模式估算了C3 和 C4 植物的相对输入贡献, 结果表明, 以C3 植物为主。     

峡东地区早奥陶世C同位素异常及其成因

以宜昌黄花场奥陶系剖面为研究对象,开展峡东地区早奥陶世C同位素研究,建立了峡东地区早奥陶世C同位素曲线,并识别出可全球对比的2次正漂移(C1,C3)和2次负漂移(C2,C4)。通过分析峡东地区沉积相序列及海平面变化特征,发现峡东地区C同位素变化曲线与海平面波动曲线一致,表明峡东地区C同位素的变化主要受控于海平面的波动。     

末次盛冰期以来泸沽湖沉积记录的正构烷烃分布特征和单体碳同位素组成及其古植被意义

泸沽湖是云贵高原上典型西南季风区的一半封闭湖泊, 本文通过研究水深69.3m处长度为18.3m岩芯中15个样品的陆源高等植物正构烷烃分布特征及碳同位素组成, 揭示了湖区木本/草本植被和C3/C4植被的变化历史, 并试图探讨C3/C4植被变化的可能影响机制。在末次盛冰期至全新世早期, 正构烷烃含量及(C27+C29)/2C31比值逐渐增加, 正构烷烃(碳数>C25)的平均碳链长度(ACL)值逐渐减少, 指示木本植物比例相比草本植物较多且呈逐渐增加态势, 表明气候逐渐向暖湿方向发展; 而同一时期, 陆源高等植物正构烷烃(C27、C29和C31)δ 13 C值均逐渐偏正, 无法用气候变化来解释, 应该反映了C3/C4植被变化, 由此, 通过二元模式计算得出的C4植物比例从19.6 % 逐渐增加至31.9 %, 上述结果表明该时期温度升高对C4植物增多起了主要作用。到全新世中期, 正构烷烃分布特征表明木本植物比例依然较高, 表明此时气候温暖湿润, 而δ 13 C值则呈偏负的趋势, 我们认为这是降雨增加和C4植物减少协同导致的。在全新世晚期, 正构烷烃分布特征指出草本植物比例相对增加, 而该时期的δ 13 C值则稍微偏正, 这可能是因为气候变干所导致的。陆源高等植物正构烷烃分布特征所揭示的植被变化可以与研究区域孢粉记录进行较好对比。研究进一步明确了温度是C4植物出现的主控因素, 而在温度满足要求时降雨的增多会降低C4对C3植物的竞争优势。     

湖北宜昌樟村坪埃迪卡拉系陡山沱组C同位素变化及成因

以宜昌樟村坪地区万家沟和白鹭垭2个陡山沱组剖面为研究对象,开展了黄陵背斜北缘浅水沉积区埃迪卡拉系陡山沱组C稳定同位素研究。建立了黄陵背斜北缘陡山沱组C稳定同位素曲线,并识别出4次负漂移(ZN1~ZN4),3次正漂移事件(ZP1~ZP3)。其中3次负漂移可以全球对比,1次负漂移(ZN3)在峡东地区可以显著识别。确认了ZN4与DOUNCE事件的对应关系,且该区缺失峡东典型剖面陡山沱组四段。认为ZN1是全球性甲烷渗漏事件的反映;ZN2是区域性海平面下降的反映,与全球WANCE事件有很好的对应关系,而对应年代值要远比Gaskeris冰期时间早;ZN3应当是区域性洋流上升带来贫13C沉积物引起的;ZN4则可以非常好地用埃迪卡拉纪海洋有机碳库氧化来解释。     

古骨中可溶性、不可溶性胶原蛋白的氨基酸组成和C、N稳定同位素比较分析

提取考古遗址出土的人和动物骨中的不可溶性胶原蛋白（ISC）,进行C、N稳定同位素分析,是目前古食谱分析的主要研究方法。然而,对于无法提取出ISC的骨样,古食谱的重建也就无从谈起。之前,我们通过凝胶层析法,首次成功提取出古骨中ISC的降解产物——可溶性胶原蛋白（SC）,并发现：SC与ISC的C、N稳定同位素比值相似,同样可以应用于古食谱研究。为进一步探明两者稳定同位素相似的机理,本文选取更多的古骨样品,开展了SC和ISC的元素含量、稳定同位素值和氨基酸组成分析。研究结果表明,SC与ISC的总氨基酸组成,完全符合Ⅰ型胶原蛋白的特点。此外,SC与ISC相比,8种必需氨基酸组成,非常接近,变异范围仅为0.25%（n=3）;而11种半必需氨基酸和非必需氨基酸,则变化稍大（0.90%,n=3）。显然,不同性质氨基酸含量的少许差异,是造成两种蛋白C、N稳定同位素相似但不相同的主要原因。     

土地利用变化对岩溶地下水溶解无机碳及其稳定同位素组成的影响

土地利用变化对岩溶地下水溶解无机碳（DIC）的影响关系到岩溶作用强弱及其相关的全球碳循环的正确评价。对贵州茂兰原始森林内的板寨岩溶地下河流域和普定岩溶石漠化强烈的陈旗、灯盏河泉域三种不同的土地利用下的地下水的DIC及其稳定同位素进行了分析,结果表明,地下水的DIC表现形式主要为HCO3^-。对于缺少土壤覆盖的板寨和灯盏河岩溶地区,雨季主要因为稀释作用,HCO3^-含量出现年内最低值;而对于较多土壤覆盖的陈旗岩溶地区,雨季主要受土壤CO2效应控制。HCO3^-含量出现年内最高值,反映了土壤在岩溶作用及其碳循环中的特殊重要性。此外,夏季由于生物量的增加,δ^13DIC值较冬季偏轻1‰～2‰。而对于不同土地利用而言,石漠化影响下的地下水δ^13DIC较原始森林下的地下水偏重2．5‰-3．0‰,且随着石漠化的发展,土壤的进一步流失,地下水δ^13DIC进一步偏重,反映了石漠化后生物量比例减少和大气成因CO2比例增加对地下水δ^13DIC升高的影响。     

辽河原油好氧生物降解模拟过程中化学组成及其碳同位素值的变化

对辽河盆地中央凸起南部潜山原油进行了好氧生物降解模拟实验,分析了辽河原油在轻度至中度(PM 1~4级)的好氧生物降解过程中化学组分的变化,以及在此过程中原油族组分和正构烷烃单体的稳定碳同位素值的变化。结果显示,饱和烃组分的消耗速率最快,正构烷烃的消耗速率高于异构烷烃,低碳数正构烷烃的消耗速率高于高碳数正构烷烃。正构烷烃的疏水性及其在原油中的相对浓度可能是影响微生物选择性地消耗正构烷烃的主导因素,即低碳数的正构烷烃由于在油水界面上的表面张力较小而更容易被微生物降解。正构烷烃单体(C_(14)~C_(30))稳定碳同位素值在生物降解过程中较稳定,未产生明显的碳同位素分馏效应。正构烷烃的好氧降解产物主要是脂肪酸、醇和CO_2。辽河原油中正构烷烃组分的δ~(13)C值较饱和烃、芳烃、胶质和沥青质组分都要偏重,降解产物中水溶性较低的高碳数脂肪酸和醇大部分进入胶质中,少部分通过氢键缔合和形成酯键等方式进入到沥青质组分中,造成沥青质组分的δ~(13)C值发生相应的变化,即对沥青质的δ~(13)C值产生"拉动效应";而降解产物中高水溶性的低碳数烷基酸和醇会进入水相而脱离原油,导致残余油的整体δ~(13)C值相应变轻。因此,假如易受生物降解的烃类如正构烷烃等的δ~(13)C值与原油的δ~(13)C值差别比较大,那么生物降解过程中随着原油化学组成的改变,原油本身及其族组分的δ~(13)C值均可能发生明显的变化。     

Molecular and stable carbon isotopic compositions of hopanoids in seep carbonates from the South China Sea continental slope

The lipid biomarkers of hopanoids in cold seep carbonates from the South China Sea continental slope were investigated by gas chromatography–mass spectrometer (GC–MS) and gas chromatography-isotope ratio-mass spectrometer (GC-ir-MS). The distribution of hopanes/hopenes shows a preference for the ‘biological’ 17β(H), 21β(H)-over the ‘geological’ 17α(H), 21β(H)-configuration. This interpretation is in agreement with the strong odd–even preference of long-chain n-alkanes in those samples, suggesting that the ββ hopanes may be the early diagenetic products of biohopanoids and the αβ, βα configurations of hopanes were mainly derived from allochthonous sources contributing to the organic matter of the carbonates. In terms of hopanoid acids, the C₃₀ to C₃₃ 17β(H), 21β(H)-hopanoid acids were detected with C₃₂ 17β(H), 21β(H)-hopanoid acid being the most abundant. However, there is a significant difference in stable carbon isotopic compostions of the C₃₂ 17β(H), 21β(H)-hopanoic acid among samples (−30.7‰ to −69.8‰). The δ¹³C values match well with the carbon isotopic compositions of SRB-derived iso-/anteiso-C_15:0 fatty acids in the samples, which strongly depend on the carbon utilization types by microbe. The most abundant compound of hopanols detected in the samples, C₃₀-17β(H), 21β(H)-hopanol, may be a good indicator of diagenetic product of type I methanotrophs. The molecular and carbon isotopic compositions of hopanoids demonstrate clearly that there is a combination contribution of both SRB and type I or type X methanotrophs to the source organism in the seep carbonates from the South China Sea continental slope.     

Metabolic effects on stable carbon isotopic composition of freshwater bivalve shell Corbicula fluminea

The stable isotopic composition of the bivalve shell has been widely used to reconstruct the pa-laeo-climate and palaeo-environment. The climatic and environmental significance of carbon isotopic composition of the bivalve shell is still in dispute, and incorporation of metabolic carbon can obscure carbon isotope records of dis-solved inorganic carbon. This study deals with freshwater bivalve, Corbicula fluminea aragonite shell. The results indicated that the δ13C values of bivalve shells deposited out of equilibrium with the host water and showed an onto-genic decrease, indicating that there are metabolic effects and more metabolic carbon is incorporated into larger shells. The proportion of metabolic carbon of shells varies between 19.8% and 26.8%. However, δ13CS can still be used as qualitative indicators of δ13CDIC and environmental processes that occurred during shell growth.     

贺兰山地区树轮碳氧同位素与夏季风降水的相关性讨论

分析了贺兰山地区油松树轮的稳定碳氧同位素组成对环境因素的响应关系 , 发现树轮碳氧同位素组成均与当年 5～ 9月总降水量具有较好的响应关系 , 碳同位素组成与 5～ 9月总降水量呈负相关关系 ,而氧同位素组成与 5～ 9月总降水量呈正相关关系 ,二者都可较好地反映该地区夏季风降水量的变化.同时 ,碳氧同位素的相关性分析表明二者具有一定程度的负相关性.树轮碳氧同位素的分馏机理十分复杂,其同位素组成不仅与降水量有关,同时还受其他环境因素的影响,单纯利用一种同位素指标来提取相应的气候信息,存在很大的不确定性.在本研究中 ,同时采用两种同位素指标来研究其气候意义 ,使得出的结论更加可靠.因此 ,夏季风降水量是控制该地区树轮稳定碳氧同位素组成的主要因素.     

Distribution patterns and stable carbon isotopic composition of alkanes and alkan-1-ols from plant waxes of African rain forest and savanna C3 species

Leaf wax components of terrestrial plants are an important source of biomass in the geological records of soils, lakes and marine sediments. Relevant to the emerging use of plant wax derived biomarkers as proxies for past vegetation composition this study provides key data for C₃ plants of tropical and subtropical Africa. We present analytical results for 45 savanna species and 24 rain forest plants sampled in their natural habitats. Contents and distribution patterns of long chain n-alkanes (n-C₂₅ to n-C₃₅) and n-alkan-1-ols (n-C₂₄ to n-C₃₄) as well as bulk and molecular carbon isotopic data are presented. The variations of the analysed parameters among different growth forms (herb, shrub, liana and tree) are small within the vegetation zones, whereas characteristic differences occur between the signatures of rain forest and savanna plants. Therefore, we provide averaged histogram representations for rain forest and savanna C₃ plants.The findings were compared to previously published data of typical C₄ grass waxes of tropical and subtropical Africa. Generally, trends to longer n-alkane chains and less negative carbon isotopic values are evident from rain forest over C₃ savanna to C₄ vegetation. For n-alkanols of rain forest plants the maximum of the averaged distribution pattern is between those of C₃ savanna plants and C₄ grasses. The averaged presentations for tropical and subtropical vegetation and their characteristics may constitute useful biomarker proxies for studies analysing the expansion and contraction of African vegetation zones.     

碳同位素和水化学在示踪贵阳地下水碳的生物地球化学循环及污染中的应用

地下水污染影响碳的生物地球化学循环,碳的演化也能够反映地下水的污染状况。对贵阳城区地下水的水化学、溶解无机碳含量及其碳同位素进行了分析。研究结果表明,地下水化学以SO4·HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Ca·Mg型为主,化学组分分析结果表明,水化学特征主要受岩性控制。地下水中溶解无机碳表现形式主要为HCO-3,丰水期由于稀释作用其含量减少。而丰水期δ13CDIC较枯水期偏负,生物成因无机碳占比重大。结合碳同位素和NO-3等人为活动输入物质的负相关性尝试对城区地下水污染分区,结论为贵阳市区中部、东北部以及西郊农业区地下水受污染较为严重。