有机碳和有机分子碳同位素的地球化学意义

有机碳和有机分子碳同位素组成的研究不仅在沉积地层对比，油－油，油－源对比研究方向发挥了独特作用，而且在古气候，古环境研究方面更具有广阔的应用剪影。开展对全球气候变化及全球碳循环有重要意义的有机碳碳同位素组成及分布研究和对生物演化，恢复古生态，古环境有重要意义的化石及沉积物中有机分子的碳同位素成及分布研究已势在必行。     

藏北羌塘盆地晚侏罗世海相油页岩生物标志物特征、沉积环境分析及意义

胜利河油页岩位于青藏高原腹地的羌塘盆地,具单层厚度薄、区域延伸长的特点,为羌塘盆地新发现的又一处海相油页岩.采用GC-MS(IRMS)分析方法对该油页岩进行了研究,结果表明,胜利河油页岩(11层以及13层)含有丰富的正烷烃、类异戊二烯烃、萜类化合物和甾类化合物.正构烷烃呈前高后低的单峰型分布,nC15、nC16为主峰碳,轻烃组分占有绝对优势,OEP值0.96～0.97,接近平衡值1.00,Pr/Ph为0.57～0.75,显示弱的植烷优势;萜烷丰度顺序为五环三萜烷》三环萜烷》四环萜烷;规则甾烷呈不对称的"V"字型分布,表现为C27》C29》C28的分布特征.这些特征与剖面中其他岩性的生物标志物特征存在一定的差异,9层泥晶灰岩C21-/C21 值为0.86,轻烃优势并不明显;14层泥灰岩C21-/C21 值为0.41,具有明显的重碳优势;9层泥晶灰岩以及12层泥灰岩规则甾烷呈C29》C27》C28的特征也与油页岩层存在显著的差异.这些差异不仅反映了油页岩层与其他岩性间生物母源输入的差异,也反映了他们之间沉积环境的不同.胜利河地区油页岩的形成是综合因素控制的结果,古地理变化、海平面升降、生物群差异以及气候的变化均对该区油页岩的形成有一定的影响.     

藏北羌塘盆地胜利河油页岩干酪根特征及碳同位素指示意义

胜利河油页岩位于北羌塘盆地南部,走向长超过34 km,宽9 km.笔者对该油页岩各岩系于酪根进行了分离、镜鉴、元素分析和碳同位素分析,结果表明,该油页岩干酪根为Ⅱ型干酪根,油页岩中干酪根含量较高,介于15.79%~20.37%,具有富氢少氧的特征,其H/C和O/C比率分别为1.11~1.19和0.08~0.25,为胜利河地区非常好的烃源岩.油页岩层干酪根~(13)C相对富集,具有相对较高的δ~(13)C PDB值(~20.79‰~21.78‰),与胜利河地区油页岩母源为较单一的藻类有关.藻类的人量繁殖造成了该类生物死亡埋藏速率远大于氧化速率,在还原环境下大部分藻类还未被氧化就被埋藏,从而保留了原始藻类略富~(13)C的特征.胜利河油页岩的空间展布以及规模明显受古泻湖环境的控制.     

藏北羌塘盆地双湖地区下侏罗统油页岩的有机碳同位素异常和正构烷烃分布特征及大洋缺氧事件研究

针对世界性的大洋缺氧事件的成因机制问题,以藏北羌塘盆地双湖地区曲色组油页岩为例,根据野外地质观察与室内有机地球化学分析,探讨全球性的侏罗纪早Toarcian缺氧事件。有机地球化学分析表明,样品有机碳(TOC)变化范围为0.34%~15.28%,平均为6.85%,干酪根δ~(13)C_(org)值变化范围为-22.9‰~-27.2‰,平均值为-24.77‰,δ~(13)C_(org)值发生2次负偏移夹一次正偏移,最大偏移量达4.2‰,这种偏移模式指示所测剖面是一个国内罕见的较完整的Toarcian剖面。n(C)/n(N)原子比变化范围27.06~67.42,干酪根以Ⅱ型为主,正构烷烃碳数分布范围C_(13)-C_(35_之间,主峰碳多为n C_(16_或n C_(17_,OEP平均为0.97,碳优势指数CPI平均为1.02,TAR_(HC)值分布在0.13~0.79,有机质来源以藻类占优势,陆源植物持续输入,地层剖面上δ~(13)C_(org)值、n(C)/n(N)以及TAR_(HC)的变化趋势一致,分析认为藏北羌塘盆地双湖地区Toarcian缺氧事件受有机质组分变化控制。     

藏北羌塘上侏罗－下白垩统胜利河油页岩碳同位素研究

上侏罗－下白垩胜利河油页岩位于北羌塘盆地与中央隆起之间的过渡带上,呈北西西－南东东向展布,长约30 km。油页岩含有丰富的正烷烃、类异戊二烯烃、萜类化合物、甾类化合物和芳香烃化合物。正构烷烃呈前高后低的单峰型分布,nC17、nC19为主峰碳,∑C-21/∑C 22比值范围为0.78～3.43,均值为1.57,轻烃组分占有绝对优势,OEP值介于0.77-1.12之间,平均值0.95,接近平衡值1.00; Pr/Ph值介于0.33～1.28之间,平均值0.71,绝大多数样品Pr/Ph值小于1.0,显示弱的植烷优势;萜烷丰度顺序为五环三萜烷＞三环萜烷;规则甾烷呈不对称的“V”字形分布,表现为C27> C29> C28的分布特征。油页岩正构烷烃碳同位素δ13C值介于-29.89‰~-23.73‰之间（平均-26.99‰）,为略为倾斜的平直型分布,其不同碳数单体烃同位素及生物标志物特征均显示有机质主要来自低等生物菌藻类。类异茂二烯烷烃姥鲛烷和植烷碳同位素δ13C值分别介于-30.72‰~-24.57‰（平均-28.39‰）和-29.87‰~-27.24‰（平均-28.52‰）之间,两者δ13C值非常相似。与通常情况不同的是,姥鲛烷和植烷碳同位素明显比正构烷烃轻,姥鲛烷平均轻1.59‰（范围0.02‰-3.66‰）,植烷平均轻1.84‰（范围0.37‰-3.69‰）;分析认为水体中沟鞭藻或群体绿藻-丛绿藻Botryococus的繁盛可能是导致此碳同位素异常的原因。镜检显示有机质类型为腐殖腐泥型（Ⅱ1）和腐泥腐殖型（Ⅱ2）,镜质体反射率（Ro）值介于0.37～0.9%之间,均值为0.55％,有机质处于未成熟—低成熟阶段。热解峰温Tmax值、孢粉颜色、饱和烃生物标志化合物成熟度参数和芳香烃甲基菲成熟度指数也证实有机质处于未成熟—低成熟阶段。     

三万年来南沙海区古环境重建:生物标志物定量与单体碳同位素研究

17962钻孔沉积物提供了南沙海区3万年来古气候、古环境变化的高分辨沉积记录。通过对314个柱状样沉积物进行有机分析，提取了相关的古环境信息，揭示出南沙海区末次冰期的古海洋环境及古气候是不稳定的，水生生物来源的生物标志物沉积通量在冰期出现了较大的波动，H3时出现了海洋生产力增大事件；陆源指标如高碳类脂物的沉积通量，既反映了陆源物对南沙海区海洋沉积的贡献，又揭示了造成末次冰期南沙海区陆源物质增高的古气候事件。高碳正烷烃、长链脂肪醇、长链脂肪酸的单体化合物碳同位素δ^13C值:—34．2‰-—28．6‰、—35．8‰-—26．6‰、—31．8‰-—27．1‰都显示其陆源C3植物输入的特征，末次冰期的普遍的干旱化在这一地区并不存在。这些化合物的堆积速率在H3都出现了极大值，反映出在南海海平面降低，巽它陆架出露背景下这一时期丰富的季风降雨导致河流洪水泛滥，从而引起南沙海区输入的陆源营养元素增多，海洋表层生产力增高。     

青藏高原北部中新统五道梁群湖相沉积碳氧同位素变化及古气候旋回

通过对中新统五道梁群湖相沉积进行全岩心钻探和碳氧同位素测试,获得青藏高原北部中新世早期古环境变化和古气候旋回的重要地质记录.五道梁群约150 m湖相沉积以灰岩、白云质灰岩与泥灰岩为主.仅在深度50.0～51.0 m出现湖相沉积间断,上下均为连续湖相沉积.深度140～145 m湖相沉积碳氧同位素剧烈变化,碳同位素(δ13C/‰)出现2次最低峰值,氧同位素(δ18O/‰)出现2次最高峰值;深度140.7 m湖相沉积碳同位素(δ13C/‰)和氧同位素(δ18O/‰)同时出现极低值.对应于渐新世/中新世界线深海沉积记录的Mi-1全球古气候事件.深度140.7～14.2 m湖相沉积碳氧同位素记录了Mi-1期后7次1.2 Ma天文周期的古气候旋回,深度62.6～9.86 m湖相沉积碳氧同位素记录了9次周期约17.4 ka的古气候旋回.根据湖相沉积碳氧同位素记录的古气候旋回,推断青藏高原北部五道梁盆地中新世早期古大湖发育时期为(24.1±0.6)Ma～(14.5±0.5)Ma,年均气温变化范围为19～21℃,平均约20.0℃.     

生物标志化合物碳同位素地球化学研究的几个相关问题

生物标志化合物稳定碳同位素地球化学是８０年代末期新兴的研究领域。单个生物标志化合物碳同位素组成的成因解释是该领域至关重要的问题。本文综合讨论了与此有关的生物合成过程中脂类化合物碳同位素变化、细菌生物合成过程中碳同位素分馏及其脂类化合物碳同位素组成特征，从而为我国的生物标志化合物碳同位素地球化学研究提供了新的理论依据     

湖北清江岩溶洞穴现代土壤有机碳同位素与生物标志物指标变化规律

为进一步理解中国南方岩溶区现代土壤生物有机地球化学演化规律,对采自湖北清江流域典型岩溶洞穴上覆土壤开展了系统的分析。分别采用稳定同位素质谱仪(MAT-251)与气相色谱质谱仪(GC-MS)测试了样品中的有机碳同位素与生物标志物指标。其中有机碳同位素值(δ13Corg)在-28.3‰~-27.4‰之间变化,并随深度的增大呈逐渐正偏的趋势,指示了当地的植被类型自土壤层形成以来主要为C3植物。而可抽提有机质的总量、正构烷烃高碳数奇偶优势(CPIh值)、高碳数与低碳数含量比值(Rh/l值)、平均链长(ACL值)以及脂肪酸C16:1/C16:0等指标随土壤剖面深度的增大呈现逐渐降低的趋势,与土壤有机碳同位素的变化趋势基本一致,说明岩溶地区表层土壤中有机碳同位素和生物标志物均与土壤层内微生物活动的强弱密切相关。另一方面,也暗示了有机碳源是制约岩溶地区土壤微生物活动的重要因素之一。为进一步深入理解湖北清江和尚洞洞穴石笋记录提供了新的思路。     

青藏高原东北缘小水子地区晚中新世-上新世生态演化及其意义

晚中新世-上新世古生态演化是探讨构造-气候-生态环境相互耦合作用的热点议题,该时段不同区域C4植物是否发生大规模扩张及其在时空维度上如何演化等问题尚存争议.以青藏高原东北缘小水子红黏土为研究对象,基于总有机碳同位素重建了小水子地区晚中新世-上新世(6.7～3.6 Ma)的植物生态型,并结合周边结果对C3/C4植被时空演...     

柴达木盆地中新世-早上新世有机碳同位素记录和植被演化历史

晚中新世C₄植被扩张的过程和驱动机制是全球古气候变化研究的焦点问题。然而,这一生态格局的转变在亚洲中纬度地区的扩张范围尚存在争议,阻碍了对中国北方陆地生态系统的形成及其与高原隆起关系的清晰认识。青藏高原东北缘柴达木盆地河湖相沉积保存了晚新生代连续的古生态演化记录,是研究这一科学问题的理想载体。本研究选取柴达木盆地已具有古地磁年代的、厚度约6200 m的大红沟剖面河湖相地层,通过有机碳同位素和正构烷烃分析,恢复了高原东北缘约20.5~4.4 Ma的植被演变历史。结果发现,大红沟剖面典型样品正构烷烃C₂₇、C₂₉和C₃₁组分含量占总含量的绝大多数,且具有明显的奇偶优势,指示陆生高等植物是该剖面河湖相沉积物有机质的主要来源;大红沟剖面有机碳同位素记录指示中新世-早上新世青藏高原东北缘生态系统以C₃植物为主且晚中新世没有出现C₄植被的大规模扩张,这与低海拔的中国北方晚中新世C₄植被大规模扩张的观点不同。晚中新世较低的大气CO₂浓度和高原隆升引发亚洲夏季风降水增强有利于晚中新世C₄植被的扩张,而晚中新世C₄植被的大规模扩张并没有发生于青藏高原东北缘。据此推测这可能是晚中新世高原东北缘构造抬升造成植物生长季温度较低,限制了C₄植物的生长。这一研究为晚中新世高原东北缘构造隆升提供了间接的生态学证据。

     

蓟县剖面中—新元古代沉积物的稳定碳同位素生物地球化学研究

本文报道了蓟县剖面约1Ga的中一新元古代沉积物中干酪根，可溶单体烃类等沉积有机质与共生碳酸盐的稳定碳同位素特征，并结合剖面古环境和古生物资料对这些同位素数据进行了初步讨论。干酪根和共生碳酸盐碳同位素数据表明，约1.55Ga以前地表环境中CO2浓度曾迅速下降，而之后趋于稳定。沉积碳酸盐和共生干酪根之间的碳同位素差值（△c）记录了燕山盆地元古宙演化中海侵和海退的交替以及随之具有不同适应性生物群落的更迭。剖面1.4Ga以前的干酪根和正构烷烃，类异戊二烯烷烃的稳定碳同位素特征符合正构烷烃和类异戊二烯烷烃主要起源于喜盐古细菌类脂的假设，而之后，三者之间的碳同位素特征表明正构烷烃主要起源于原始落藻类有机质，而类异戊二烯烃则保持着喜盐古细菌类脂的输入。正构烷烃生物起源的转变表明，1.4Ga以后，古燕山盆地水体中原始类脂物质的异养降解程度明显降低。这一降低可能与在此阶段形成的稳定浅水陆表海环境有关。蓟县剖面干酪根与可溶单体烃类的稳定碳同位素关系显示了具有局限海特征的元古宙燕山海盆独特的生物地球化学过程。     

单分子烃碳同位素分析方法及影响因素探讨

本文介绍了原油和岩石可溶有机质的单分子烃C同位素分析方法.通过饱和烃样品预处理与未处理、标准样品及其加入异构烷烃后的对比试验以及常见的3种基线模式数据处理方法的讨论.分析了单分子烃C同位素测定的误差来源,阐明了正构烷烃与异构烷烃预分离处理、色谱升温程序和数据处理是影响单分子烃C同位素测定结果的重要因素.指出采用尿素络合法或5A分子筛吸附法进行样品预分离处理,选择单一升温速率或在待测化合物溢出的时间范围内保持较平缓的升温梯度,对多拐点基线模式进行分段数据处理等方法可提高分析结果的精度和准确度.     

白垩纪缺氧事件期间分子有机碳同位素偏移的二种不同机制

对我国业已发现的白垩纪大洋缺氧事件进行了对比研究.结果显示,我国河北滦平盆地高等植物叶腊碳同位素正偏,是weissert缺氧事件的陆地响应,weissert缺氧事件可能是全球性缺氧事件,而不是区域性的缺氧事件.叶腊烷烃单分子碳同位素正偏有两种不同的机制:早白垩世分子碳同位素正偏主要反映的是大气CO2水平增加;晚白垩世分子碳同位素正偏主要反映的是陆地植物类型的变化.     

石家庄地区地下水中溶解性有机碳同位素特征及其环境指示意义

溶解性有机碳(DOC)是地下水中微生物代谢活动的主要能量来源,δ13CDOC值是指示DOC来源及生物代谢活动的重要参数.通过对石家庄地区浅层地下水中DOC浓度及δ13CDOC特征进行分析,结合相应的水化学检测,探讨了δ13CDOC值对地下水环境演化的指示作用.结果表明:DOC浓度及其同位素特征均受到天然及人为两方面影响,表现出一定的空间特征.在垂向上,除石家庄西北部地区以外,研究区地下水中DOC浓度随地下水埋深的增大有降低趋势,δ13CDOC随地下水埋深的增大而增大;石家庄西北部地区具有一定特殊性,地下水埋深较浅,交替强烈,TOC含量较高,而DOC浓度较低,δ13CDOC值偏负.在水平方向上,滹沱河沿岸地区,沿地下水流向,DOC浓度逐渐降低,δ13CDOC值逐渐偏正.石家庄南部地区受污灌影响,DOC浓度较高,δ13CDOC值偏负.研究区地下水埋藏深度、补给条件、径流特征以及人为作用均对地下水中DOC浓度及其同位素特征产生显著影响.δ13CDOC值与SO42-、NO3-浓度的相关关系指示出研究区地下水中反硝化作用和硫酸盐还原作用的发生,从吴家营、宋营一带开始逐渐由硝酸盐还原环境向硫酸盐还原环境过渡;沿地下水流向,地下水环境还原程度增强.     

青藏高原北部新生代湖相碳酸盐岩碳氧同位素特征及古环境意义

对青藏高原北部地区新生代陆相地层中湖相碳酸盐岩进行了系统采样分析，以碳氧同位素作为古环境和古气候变化的替代指标,试图从古湖泊演化的角度，阐明高原新生代早期环境演变历史和过程。研究结果表明，该区所有分析样品中生物碎屑灰岩类样品的δ¹⁸O和δ¹³C显示最低值，反映它们沉积在一个水体滞留时间短的开放性淡水湖泊系统中。泥晶灰岩类样品的δ¹⁸O和δ¹³C之间具有正相关关系，表明它们发育在蒸发作用明显的封闭性咸水湖泊体系中，而叠层石灰岩类明显富集13C可能与微生物活动有关。从始新世到渐新世至中新世，湖相碳酸盐岩δ¹⁸O值具有逐渐增大的趋势，δ¹³C则由古近纪的负值变为新近纪的正值，反映该区古湖泊系统经历了一个由开放到封闭的过程，预示古近纪到新近纪之交高原古气候格局发生了重大变革。     

论分子有机地球化学若干名词与术语的辨析和厘定

本文对多年来地质学中文文献常见的约20个分子有机地球化学名词与术语概念上的不规范现象，提出质疑、辨析和讨论，其中有些名词与术语的使用，还不限于有机地球化学地的学科范畴。笔者期望通过讨论得到有关专家的批正和厘定，防止以讹传讹，使某些谬误得到进一步的流传，并促进相关学科之间的学术交流。     

黔北早寒武世缺氧事件：生物标志化合物及有机碳同位素特征

本文首次报道了黔北早寒武世黑色岩系的生物标志化合物，并结合有机碳同位素组成特征，探讨该时期所发生的重大地质事件。所有样品均检出了丰富的正构烷烃、类异戊二烯烃、萜类化合物以及甾类化舍物。在GC谱图上，正构烷烃显示明显的单峰型分布特征，碳数分布范围为nC14-nC31主峰碳为nC18、nC19或nC20，nC17／nC31为1．15～50．17，显示轻烃组分占绝对优势，OEP值为0．84～1．11，CPI值为0．92～1．16，接近平衡值1．0，无明显的奇偶碳数优势分布。Pr／Ph值为0．24～0．79，具有明显的植烷优势。萜烷化合物以C30藿烷占优势，其相对丰度三环萜烷〉五环三萜烷〉四环萜烷，并且检出少量的γ-蜡烷。规则甾烷C27-C28-C29呈“V”字型分布，∑（C27＋C28）〉∑C29，其比值为1．25～1．99，∑C27／∑C29为0．78～1．22，重排甾烷C27／规则甾烷C27值为0．21～0．47。4-甲基甾烷普遍存在，但丰度相对较低。在地层剖面上，有机碳含量（TOC（％））从0．05～7．91％，平均为2．52％；有机碳同位素组成（δ^13Corg）从-29．49‰～-34．41‰（PDB），发生负偏移，偏移量达到4．3‰，代表该期海平面处于上升阶段，底层水处于严重缺氧状态，底栖生物缺乏。本文根据生物标志化合物特征参数，结合有机碳同位素组成变化，详细分析了黔北早寒武世这套黑色岩系的有机质来源、成熟度、沉积环境以及古海洋意义，将为我国南方早寒武纪古地理重建、地质事件记录提供可靠依据。     

地质体中主要生物分子的研究方法及应用

现代分子生物学,生物化学及有机地球化学等领域的发展,为古生物研究者在发子水平上探索地质生物世界提供了新的概念和技术手段,本文着重讨论了可用于分子古生物学研究的生物分子,例如,维管植物的木质素等稳定生物聚合物,古生物细胞内的类脂化合物,碳水化合物,蛋白质及氨基酸和含遗传信息的核酸,分子古生物资料可用于探讨化石埋藏学,古生物分子系统学,生物演化模式与机制,分子演化速率,古生态环境再造等问题,本文较详细