中国湖相碳酸盐岩时空分布与碳氧同位素特征*

湖相碳酸盐岩产状多样,多以夹层形式分布在碎屑岩剖面中,也见以结核或钙质微体化石等薄层赋存于泥岩、页岩等碎屑岩中,具有层数多、单层薄、呈韵律性变化等特点。受构造背景、物源输入和古环境等因素控制,中国湖相碳酸盐沉积最早出现于二叠纪,主要发育时段为古近纪,具有沉积时间跨度大、分布面积广的特征。湖相碳酸盐岩按成因可分为原生沉积型、成岩改造型和热液喷流型3类。中国湖相碳酸盐岩的碳氧同位素特征可揭示原生和成岩过程中水介质环境的差异性: (1)δ¹³C和 δ¹⁸O 密切相关,且δ¹³C多正偏,指示封闭型咸水、半咸水湖泊环境;(2)δ¹³C和 δ¹⁸O 无相关性,且δ¹³C多负偏,指示开放型湖泊环境;(3)δ¹³C严重正偏,指示成岩作用时发酵带的环境受到古细菌参与的甲烷生成作用的影响。     

吉木萨尔凹陷芦草沟组碳酸盐岩碳氧同位素特征及其古湖泊学意义

吉木萨尔凹陷芦草沟组是准噶尔盆地重要的湖相碳酸盐岩致密油富集区,为明确其沉积时期古湖泊的环境特征,利用磷酸法对吉木萨尔凹陷芦草沟组碳酸盐岩样品进行了测试。测试结果表明,芦草沟组碳酸盐岩δ~(13)C值介于6.80‰~9.70‰之间,平均值为8.30‰;δ~(18)O值介于-11.90‰~-3.50‰之间,平均值为-6.20‰。δ~(18)O和δ~(13)C的特征及变化规律表明,早期古湖泊为淡水短期注入的畅流湖泊环境,后期古湖泊为水体长时间滞留、封闭性强的咸化湖泊体系。由于火山物质带来大量营养物质,有机生物十分繁盛,致使湖相碳酸盐岩δ~(13)C较重,富含低值氧同位素的大气降雨周期性输入引起湖相碳酸盐岩δ~(18)O显著降低。芦草沟组沉积时期古湖水具有咸化程度较高、变化频繁的特点,受大气降雨和强烈蒸发作用的影响,湖泊水位具有高—低—高或高—低的变化规律,受其影响湖泊盐度随之表现为低—高—低或低—高的变化规律。     

柴达木盆地新生代湖相碳酸盐岩岩石学及碳氧同位素特征

在岩石学分析基础上,结合碳氧同位素分析方法对柴达木盆地大红沟和鄂博梁剖面上、下干柴沟组湖相碳酸盐岩样品进行系统研究,试图阐述不同类型湖相碳酸盐岩的古气候特征,研究该时期柴达木盆地古气候演化历史。结果显示:该地区湖相碳酸盐岩可以分为生屑灰岩、砂屑灰岩、藻灰岩、鲕粒灰岩、泥晶灰岩5大类。不同类型的碳酸盐岩样品的碳、氧同位素组成特征存在明显区别,鲕粒灰岩δ18O和δ13C偏高,且都为正值,形成于炎热干燥的古气候和咸水沉积环境中;藻灰岩类明显富集13C的特点与藻类等水生生物活动密切相关,反映沉积于温暖干燥气候背景下的一个水体盐度偏高的稳定水体之中;生屑灰岩和砂屑灰岩类δ18O和δ13C都比较集中,且表现出明显的低值,反映形成于温暖湿润气候条件下且具淡水补给的开放性湖泊环境;泥晶灰岩类样品的δ18O和δ13C之间具有一定的正相关性,反映发育在水体停滞、蒸发作用明显的咸水型湖泊体系。     

中国湖相碳酸盐岩碳氧同位素时空特征及其古湖泊学意义

湖相碳酸盐岩是一种分布极其广泛的陆相碳酸盐岩。中国湖相碳酸盐岩沉积始于二叠纪—三叠纪,经侏罗纪—白垩纪发展,鼎盛于古近纪,具有沉积时间跨度长、分布面积广的特征。碳酸盐岩发育方式多样,常以多个单层、薄夹层状、互层状、韵律沉积为主,也见以结核状或钙质微体化石等薄层赋存于泥岩、页岩等细粒碎屑岩中。湖相碳酸盐岩δ¹³C值介于-10.0×10^-3~+10.0×10^-3之间,多数为-5.0×10^-3~+5.0×10^-3,正负值均有。二叠系—三叠系δ¹³C发生负偏,侏罗系—白垩系先正向漂移随后负偏,古近系—新近系再次正偏,达最大值约+5.0×10^-3。氧同位素δ¹⁸O值介于-20.0×10^-3~+2.0×10^-3之间,多数为-15.0×10^-3~-0.0×10^-3,几乎全部为负值。二叠系—三叠系、侏罗系—白垩系碳酸盐岩δ¹⁸O值在-15.0×10^-3~-3.0×10^-3之间变化,古近系—新近系δ¹⁸O值明显正偏移,多数位于-10.0×10^-3~0.0×10^-3。中国湖相碳酸盐岩碳氧同位素相关性分析表明,δ¹³C与δ¹⁸O密切相关,且δ¹³C值多正值或轻微负值,指示湖泊为封闭型咸水—半咸水环境;δ¹³C和δ¹⁸O不相关,δ¹³C值为负值,指示湖泊为开放型淡水环境。     

云南易门铜厂铜矿床C、O同位素组成及其地质意义

易门铜厂矿床是滇中易门铜矿带中的Cu品位较低的大型矿床,是矿带中的一种代表性矿床。矿区发育沉积-成岩型铜矿(铜厂式)和热液脉状铜矿(大尖山式)两种矿(化)体,成矿地质作用较特殊。本文系统分析两类矿体和赋矿碳酸盐地层的C、O同位素组成。结果表明,铜厂式矿石中白云石的δ~(13)C_(PDB)=-3.7‰~1.4‰,平均值-0.1‰,δ~(18)O_(SMOW)=19.7‰~21.7‰,平均值20.8‰,与赋矿碳酸盐地层(落雪组)中的白云石C、O同位素组成一致,均在正常海相沉积碳酸盐岩的范围,且受成岩期后作用的影响小,具有典型的沉积-成岩成因标志。尖山式矿体的脉石矿物方解石的δ~(13)C_(PDB)=-3.7‰~0.1‰(均值为-1.5‰),δ~(18)O_(SMOW)=11.9‰~17.0‰(均值为14.1‰),与沉积-成岩型矿体和赋矿碳酸盐地层的C、O同位素组成明显不同,在δ~(13)C_(PDB)-δ~(18)O_(SMOW)图上集中于岩浆碳酸岩与海相碳酸盐岩之间的狭小范围内,指示其成矿流体与幔源或深部岩浆活动有关,为壳-幔混合流体。其中壳源组分可能主要由矿区碳酸盐地层提供,而幔源组分则可能与晋宁-澄江期基性岩浆活动过程中的去气作用有关。C、O同位素组成证据说明,铜厂矿区层状铜矿和脉状铜矿的成矿作用类型不同,成矿流体也不具同源性,是典型的沉积-成岩型+热液叠加型矿床。     

鄂尔多斯盆地巴汗淖地区马五_6段碳酸盐岩C、O同位素特征及其成岩意义

鄂尔多斯盆地北部巴汗淖地区马五6段为风化壳型碳酸盐岩地层,岩性以鲕粒灰岩、晶粒白云岩为主,次生孔隙发育,是重要的油气储集层。采用Finnigan MAT252气体同位素质谱仪分别对该段碳酸盐岩进行C、O同位素测试,详细分析了巴汗淖地区马五6段碳酸盐岩成岩环境及孔隙演化条件。样品分析结果表明:埋藏高温成岩环境使得δ18O值与奥陶纪海水的δ18O值相比明显偏负,且白云岩δ18O值与灰岩δ18O值相比偏负,主要是埋藏白云石化作用的结果;δ13C值与奥陶纪海水δ13C值相当,极个别数值偏负,说明研究区马五6段在成岩作用过程中受有机碳影响较小,表明成岩作用发生在浅-中埋藏条件下。研究区孔隙度、渗透率的相关关系明显,主要是大气淡水成岩作用的改造,优化了孔隙及渗流通道,提高了储层的物性。     

麦盖提斜坡奥陶系碳酸盐岩碳氧同位素特征及其意义

依据实测的塔里木盆地麦盖提斜坡玉北地区41个碳酸盐岩碳氧同位素数据,结合岩石学方法,研究了碳氧同位素的组成、演化及其地质意义。数据显示,δ~(13) C值主要分布在-2.6‰~0.7‰,均值为-1.0‰;δ~(18) O值分布在-9.4‰~-3.5‰,均值为-6.9‰。玉北地区古盐度为118.39~126.34,平均为121.94。奥陶系碳酸盐岩淡水改造作用明显。碳氧同位素的组成和演化不但可以指示沉积环境,而且还与生物生产率以及古海平面变化呈正相关性:δ~(13) C的低值对应于局限台地台内滩亚相沉积环境;δ~(13) C的高值对应于开阔台地滩间海、台内滩亚相沉积环境。碳氧同位素组成还对成岩环境有明显响应:鹰山组δ~(13) C与δ~(18) O均向高负值偏移,表明经历过强烈的表生岩溶作用;蓬莱坝组δ~(13) C低—中负值,δ~(18) O表现为高负值,在白云岩储层中可见鞍状白云石及燧石,主要为深埋藏成岩环境;良里塔格组同位素特征为δ~(18) O高负值,δ~(13) C低正值,并且在进入埋藏岩溶阶段之前还经历过风化壳岩溶作用。     

泰国呵叻盆地二叠系碳酸盐岩元素地球化学特征与古环境意义

采用电感耦合等离子体发射光谱和同位素质谱等测试方法,对泰国呵叻盆地中部二叠系浅海相碳酸盐岩进行了微量元素与碳氧同位素组成及指标分析,讨论了研究区二叠系沉积古环境及其与碳酸盐岩烃源岩发育的控制关系。通过δ~(13)C/δ~(18)O指标及Sr/Ba、V/Ni、V/(V+Ni)比值等综合判别表明,研究区二叠系帕诺考组碳酸盐岩浅水斜坡亚相以淡-微咸水为主,属弱氧化-弱还原环境。深水斜坡亚相位于浪基面以下,以半咸水-咸水为主,属于缺氧的还原环境,为有机质保存提供了有利条件,是研究区碳酸盐岩烃源岩发育的有利相带。     

湖相碳酸盐氧碳同位素的相关性与生油古湖泊类型

对山东东营盆地和南海珠江口盆地早第三纪生油层中的湖相碳酸盐氧碳同位素进行了分析。结果显示，前者δ^18O多为负值，δ^13C基本为正值，两者之间相关性强，相关系数大于0．8，而后者δ^18O和δ^13C均为负值，两者不相关。通过与现代湖粕碳酸盐氧碳同位素特征的比较，得出东营盆地早第三纪生油湖泊为封闭型咸水或半咸水湖，珠江口盆地早第三纪生油湖泊为开放型淡水湖，这一结论与两盆地生油层的沉积学和古生物学证据相一致，说明利用湖相碳酸盐氧，碳同位素的特征及其相关性可以判断生油古湖泊的类型。δ     

四川盆地下侏罗统自流井组湖相碳酸盐岩的碳、氧同位素特征及其古湖泊学意义

四川盆地侏罗纪的湖相碳酸盐岩主要分布于早侏罗世自流井组地层之中。在对四川自贡、重庆合川自流井组上部大安寨段中的湖相碳酸盐岩的碳、氧同位素进行分析后,根据其组成特征及其相关性,探讨其碳、氧同位素的古湖泊学意义。两条剖面上碳酸盐岩的碳、氧同位素在组成上存在一定的差异,自贡贡井—高硐桥剖面上,样品的碳、氧同位素均为负值,δ13C值在-4.49‰~-0.85‰之间,1δ8O值-9.14‰~-6.75‰之间,两者具有一定的相关性(γ=0.62);合川炭坝剖面上,样品的碳同位素正负均有,氧同位素均为负值,δ18O值在-8.52‰~-4.56‰之间,δ13C值在-3.46‰~1.62‰之间,两者也具有一定的相关性(γ=0.64)。通过与现代湖泊碳酸盐碳、氧同位素特征的比较,认为四川盆地早侏罗世自贡地区的湖泊为开放型的淡水湖泊,而合川地区为具有一定封闭性的微咸水湖泊。     

δ^18O指示的古水温相对值与寒武纪牙形石分异度之间的关系

本文测试了采自湖南花垣中、上寒武统的11个碳酸盐岩样品的δ~(18)O值和δ~(13)C值。采样地层所含牙形石的CAI指标均为1。影响CAI值的主要因素和成岩改造作用对δ~(18)O的主要影响因素是相同的。据此可以推断出,这11个样品所在层位的成岩改造作用是大体相同的,也就是说,同原始沉积时的δ~(18)O值相比,测出的δ~(18)O值的变化幅度也大致相同,因而,可以用来指示古水温的相对值。作图结果表明,温度越高,牙形石分异度越大;反之,牙形石分异度越小.     

云南程海富营养化过程的碳氧稳定同位素示踪

近500年来程海生物成因碳酸盐δ18O和δ13C及其有机质δ13C同位素记录了程海湖泊环境由贫营养到中富营养的演化过程.碳酸盐δ18O记录显示,大约1690年程海成为封闭湖泊后,当时湖泊贫营养环境并没有发生变化,但造成了湖泊水体交换周期加长,碳酸盐δ13C、有机质δ13C及其色素含量、碳酸盐含量变化指示湖泊生产力开始增高.1911～1942年碳酸盐δ18O和δ13C及有机质δ13C突然显著偏负,表明湖泊生物种群结构发生转变,湖泊初级生产力迅速增加,湖泊由贫营养向中营养转化.湖泊沉积物色素含量及碳酸盐含量变化也记录了这一湖泊环境的转换过程.约1986年以来,随着藻类养殖业及其农业耕作方式的转变,程海水环境渐渐转变成目前的中富营养化状态.     

珠江口盆地东部陆坡末次冰期天然气水合物-冷泉活动的记录与时间

对珠江口盆地东部陆坡GMGS 08C孔的3层自生碳酸盐岩(结核状)和有孔虫(底栖和浮游)开展高分辨率氧碳同位素分析和AMS~(14) C测年,第1层自生碳酸盐岩δ~(13) C为-38.85‰,第2、3层的δ~(13) C介于-41.36‰~-56.74‰,平均值-51.64‰,均低于-40‰。δ~(18) O值介于2.94‰~4.18‰,平均值3.68‰,明显偏重。这表明其为天然气水合物分解的产物,形成于微生物对甲烷的缺氧氧化作用,甲烷主要源自生物成因;自生碳酸盐岩层位的底栖有孔虫Uvigerina peregrina和浮游有孔虫Globigerinoides ruber的δ~(13) C值几乎同时出现极负偏,最低值分别达到-12.17‰和-9.06‰,有孔虫δ~(18) O总体上正偏,最大正偏幅度达1.50‰,说明其负偏与后期源于甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic Oxidation of Methane,简称AOM)的成岩作用有关。自生碳酸盐岩及其与有孔虫异常碳(偏负)氧(偏正)、粥状沉积是GMGS 08C孔水合物分解甲烷渗漏的重要指标,据此推断该孔在末次冰期(MIS2—MIS3)发生过至少2次天然气水合物分解释放-冷泉甲烷渗漏活动,分别距今36ka和31~26ka,主要发生在低海平面期,说明冷泉活动明显受海平面变化影响。     

中国南方灯影峡期海洋碳酸盐岩原始δ13C和δ18O组成及海水温度

中国南方灯影峡期(晚前寒武纪)是白云岩广泛发育的海洋碳酸盐沉积时期,在灯影组.中部发育从海水直接沉积、沉淀的原生白云岩,目前仍保留其原始组构特征。从40个原生白云石(岩)中测得:泥晶白云石的δ13C值为3.64‰,δ18O值为-1.17‰(n=6);藻白云岩的δ13C值为3.52‰,δ18O值为-1.86‰(n=15);海水纤状白云石胶结物δ13C值为2.90‰,δ18O值为-2.65‰(n=8);海水刃状白云石胶结物的δ13C值为2.96‰,δ18O值为-2.41‰(n=8);泥晶纹层和海水纤状白云石胶结物的δ13C值为2.79‰,δ18O值为-3.13‰。40个岩样的δ13C平均值为3.25‰±0.44‰,δ18O平均值为-2.12‰±0.98‰(均以PDB标准)。对于灯影峡期海相白云岩的原始δ13C和δ18O值,不采用所有样品的平均值,而是采用原生白云石沉积物与海水白云石胶结物δ13C值和δ18O值两个图示分布区重叠部分的最重同位素值,即：δ13C值为4.43‰(PDB标准),δ18O值为-0.62‰(PDB标准),将其作为灯影峡期海洋碳酸盐岩的原始同位素组成。对海水原生白云石胶结物包裹体盐度进行了测定,海水δ18O计算值为2.90‰(SMOW标准),用原始δ18O值计算的原生白云石形成时的海水温度为40.8 ℃。这说明中国南方灯影峡期的海洋为炎热的较高的海水温度环境。     

南海北部甲烷渗漏系统环境变化的碳、氧同位素记录

冷泉碳酸盐岩记录了甲烷渗漏活动和流体组分随时间的变化过程,对示踪冷泉系统沉积环境变化具有非常重要的意义.对南海北部获取的冷泉碳酸盐岩进行了碳、氧同位素剖面研究,并对南海北部冷泉碳酸盐岩的碳、氧同位素变化范围进行了统计分析.研究结果及已发表的δ13C和δ18O剖面数据表明,南海北部冷泉碳酸盐岩剖面的δ13C和δ18O之间普遍存在相关性,相关系数R2最高可达0.933 1.经统计,南海北部冷泉碳酸盐岩样品δ13C和δ18O均具有较大的变化范围,其最大变化分别为34.50×10-3和5.89%(Vienna Pee Dee Belemnite,V-PDB).冷泉碳酸盐岩δ13C和δ18O的相关性特征可能指示了初始流体的变化、后期矿物形成/重结晶作用、渗漏系统较为复杂或者成岩作用等环境变化信息.对不同碳酸盐岩样品来说,δ13C的变化主要由海水的参与程度决定,而δ18O的变化可能与温度和Mg元素参与方解石沉淀的程度有关.      

苏北盆地高邮凹陷阜宁组一段古环境恢复及其古湖泊学意义

沉积岩中碳氧同位素值的测定在古环境恢复方面具有重要意义。本文采用苏北盆地高邮凹陷韦马地区阜宁组一段(E1f1)的13个砂岩样品,利用MAT-252型稳定同位素比质谱仪,精确测定砂岩样品中沉积的碳酸盐岩胶结物的碳氧同位素比值。样品的碳、氧同位素值均为负值,δ13C值在-2.05‰~-6.44‰之间、δ18O值在-8.33‰~-12.08‰之间,通过计算及与海相和陆相碳酸盐岩同位素值对比得出,高邮凹陷阜宁组一段沉积时期发育淡水陆相开放性湖泊,成岩温度较低,湖泊古生产力具有分段性,由深变浅,湖泊的古生产力具有由低变高的趋势。     

云南兰坪盆地古近系云龙组上段沉积环境研究——来自碳、氧同位素的证据

云南兰坪盆地古近系云龙组地层记录了盆地由淡水湖泊→盐湖、干盐湖→淡水湖泊沉积的一个完整的Ⅰ级韵律。在云龙组上段沉积了一套灰岩地层,上覆于云龙组上段含盐层之上,对此套灰岩共取样25个,测试结果显示,δ~(13)C和δ18O均为负值,δ~(13)C介于–13.13‰~–6.67‰之间,均值为–11.57‰,δ18O介于–15.55‰~–13.90‰之间,均值为–15.02‰,δ~(13)C和δ~(18)O具有较小相关性(0.57),表明当时湖泊封闭性较差。根据Z值和δ~(13)C表明,当时为陆相淡水或微咸水湖泊沉积,含盐度较低。根据经验公式计算所得温度为35.5~44.3℃,平均为41.4℃。相对于现代湖水温度,当时水体温度较高,可能与PETM事件有关。因此,整个云龙组沉积时期气候炎热干旱,造成蒸发岩沉积中断的主要原因为湖泊的封闭性降低。     

白云鄂博白云岩氧、碳同位素组成及其成因讨论

本文除概略地举出白云鄂博白云岩的地质产状、地球化学特征、围岩与海西期花岗岩的关系以及稳定同位素特征等内生成因证据外,着重从本区白云岩(包括作者和前人的计38件样品)的δ~(18)O值和δ~(13)C值特征,据此与受热液改造或未受改造的沉积碳酸盐岩的δ~(18)O值和δ~(13)C进行对比、讨论,并结合世界上一些著名火成碳酸盐岩产地中该类岩石的氧、碳同位素值特征,讨论了本区白云岩并非沉积成因,应属内生成因的火成白云碳酸盐岩。     

羌塘地块南缘新近系唢呐湖组湖相喷流岩岩石学特征及沉积模式

针对改则地区新近系唢呐湖组湖相喷流岩的岩石学研究,认为总体上新近系唢呐湖组喷流岩以硅质岩-碳酸盐岩为组合特征,识别出热液通道、皮壳状构造等热液沉积构造及4种热水矿物。喷流岩7件样品δ~(18)O平均值为-15.2‰,δ~(13)C平均值为-3.79‰,所得喷流岩成岩温度平均值为92.10℃;微量元素中Ba,U,Sr,Zr,Sm的富集,U/Th平均值为19.35,Co/Ni为0.23;稀土元素的总量ΣREE变化在6.90×10~(-6)~19.28×10~(-6)之间,稀土元素的页岩标准化配分形式具有中组稀土富集的特点,中等偏强正铕异常,地球化学特征整体上符合热水沉积岩特征,属于中低温热液沉积成因。根据热水沉积岩结构构造特征,将新近系唢呐湖组喷流岩角砾型喷流岩、脉状充填型喷流岩、喷流口附近盆地沉积型喷流岩和远端区域扩散型喷流岩,并建立其沉积模式。     

湘西花垣地区铅锌矿床C、H、O同位素特征及其对成矿流体来源的指示

湘西花垣地区铅锌矿床是铅锌矿资源储量超过千万吨的世界级超大型矿床之一。对该矿床主矿化期的方解石和闪锌矿进行了系统的C、H、O同位素研究。分析结果显示,花垣地区铅锌矿床主成矿期方解石样品的δ~(13)C_(PDB)值范围为-2.71‰~1.21‰,δ~(18)OSMOW值范围为16.09‰~22.48‰,团结、李梅、土地坪、蜂塘和大石沟各铅锌矿床中主成矿期方解石的13C、18O同位素依次表现出逐渐降低的特征,在δ~(18)O_(SMOW)-δ~(13)C_(PDB)图上主要介于原生碳酸盐岩与海相碳酸盐岩之间,该地区铅锌矿床成矿流体中的碳主要来源于海相碳酸盐岩的溶解作用。花垣矿区围岩的δ~(13)C_(PDB)值范围为0.15‰~1.17‰,δ~(18)O_(SMOW)值范围为19.79‰~23.89‰,指示沉积成因海相碳酸盐岩的特征。方解石和闪锌矿样品中流体的δD_(SMOW)变化于-91.1‰~-15‰之间,δ18Ofluid变化范围为-4.1‰~9.25‰,在矿区范围内流体的迁移方向是由北向南,δ~(18)O_(fluid)-δD_(SMOW)图显示,矿床成矿流体的主要来源是建造水和大气降水。成矿流体与围岩间的水-岩反应是导致湘西花垣地区铅锌矿床中方解石和闪锌矿矿物发生沉淀的主要机制。