水中氯代烃单体碳同位素分析中预富集方法进展

高精度准确测定氯代烃单体碳同位素对示踪污染物来源,了解污染物的生物降解过程具有重要意义。在环境转化过程中,有机污染物的同位素组成可能是稳定不变的,也有可能发生改变。若污染物的同位素组成在迁移转化过程中不变,根据其同位素组成可以示踪污染物的来源;若同位素组成变化,根据同位素分馏结果,可以评价环境中有机污染物降解发生的可能性和程度。本文综述了固相微萃取、静态顶空进样、吹扫-捕集、多级串联技术等前处理方法与气相色谱-燃烧-同位素比值质谱仪(GC-C-IRMS)联用分析水中氯代烃单体碳同位素的研究进展,比较了分析方法的优缺点。液-液萃取较少用于水中氯代烃的单体同位素分析。静态顶空进样、固相微萃取、吹扫-捕集都是无溶剂富集技术,与GC-C-IRMS联用分析水中氯代烃单体同位素过程中不存在或存在小且恒定的可校正的同位素分馏,分析精度一般优于1‰,没有二次污染,降低了杂质干扰,提高了GC-C-IRMS的分辨率和分析精度,降低了检测限。从静态顶空进样、固相微萃取、吹扫-捕集,到多级串联等技术与GC-C-IRMS联用分析水中氯代烃单体同位素比值,检测限逐渐降低。目前,吹扫-捕集-GC-C-IRMS在分析水中氯代烃中应用最广泛,重现性好、检测限低。针内微萃取、管内微萃取、搅动棒吸附萃取和顶空进样吸附萃取等前处理方法与GC-C-IRMS仪联用具有一定的应用前景。     

珠江口盆地珠三坳陷文昌组有机质碳同位素异常成因

部分中国近海湖盆和大西洋裂谷盆地发现了腐泥型有机质碳同位素偏重的现象,并伴随异常高总有机碳含量和生烃潜力。本文依据泥岩有机碳测试、孢粉分析、主微量元素、泥岩和原油碳同位素及饱和烃色质色谱资料,并结合现代湖泊盘星藻发育特征,从有机质来源、古环境条件和有机质保存改造三个方面探讨了珠江口盆地珠三坳陷古近系文昌组碳同位素正偏移的成因机制。珠三坳陷文昌组碳同位素异常与气候、古生产力、古水深和藻类勃发等古环境因素有关。然而,从三级层序尺度看,古水深可能是一个不可忽视的重要因素：指示水深的Rb/K比值随深度加深而增加,与碳同位素和TOC含量变化趋势一致。同时现代湖泊研究也证实了盘星藻分布于不同水深范围,因此“深水型盘星藻”的繁盛很可能是珠三坳陷文昌组二段烃源岩碳同位素偏重的根本原因。     

鄂尔多斯盆地西峰油田原油地球化学特征及其成因

通过对鄂尔多斯盆地西峰油田原油进行系统地采样和高分辨率的GC-MS、IRMS分析,研究了原油的生物标志化合物和碳同位素组成特征,并且进行了油源对比,探讨了其成因。研究资料指示了所研究原油属于同一成因类型;原油有机母质为菌藻类和高等植物,特别是高等植物为原油的形成作出了贡献;原油形成于弱还原和淡水或微咸水环境;原油均为成熟原油;原油地球化学特征和上三叠统延长组长,油层组具有亲缘关系,反映了原油主要来源于长,油层组。这些研究结果为盆地的石油勘探提供了科学依据。     

长江古河谷早中全新世沉积物碳埋藏通量与来源解析

为了研究长江古河谷地区早中全新世沉积物的碳埋藏速率及来源,进行了ZK1孔沉积物总有机碳（TOC）、总氮（TN）及δ¹³C的测定,结合AMS¹⁴C（植物碎屑、贝壳）测年、有孔虫及粒度数据,分析了长江古河谷碳埋藏的时空分布特征与TOC来源。采用历史地理学、沉积地质学结合测年数据进行了年代地层划分,自下而上分别为U1潮汐河道、U2河口湾、U3潮流砂脊和U4前三角洲。沉积物受到水深、径流、河口余环流、潮流、波浪、风暴与再矿化等作用或因素影响,TOC平均值为0.41%,低于长江河口表层沉积物基准值0.46%。ZK1碳埋藏通量（TOC_BF）介于7.4～110.5 g/(m²·a)之间,差异较大。TOC_BF数值主要受控于沉积速率。δ¹³C与TOC/TN（C/N） 投影点结果表明,TOC来源表现为多源特征,且整体表现为偏陆源特征。C/N与δ¹³C线性拟合相关性高,适合采用C/N与δ¹³C进行TOC来源的定量分析。基于C/N与δ¹³C采用三端源模型进行了TOC来源分析。U2、U3沉积期处于全新世大暖期,其海源碳与陆源碳较U1、U2沉积单元高,这主要与海洋、陆地初级生产力的提高有关。ZK1海洋浮游植物对TOC的贡献量平均值为31%。河口浮游植物对TOC的贡献量平均值为31%。陆源有机碳对TOC的贡献量平均值为38%。整体来看,陆源有机碳的贡献量大于河口浮游植物与海洋浮游植物的贡献量,这与图解法的分析结果基本一致。     

准噶尔盆地滴南凸起-阜北斜坡区原油地球化学特征及来源

滴南凸起-阜北斜坡区位于准噶尔盆地中央隆起带东段,其周缘地区有多个生烃凹陷,发育四套烃源岩,具复杂的油源关系。为厘清该区中上侏罗统油源关系,利用多项地化指标进行油源对比,结果表明:A类原油具轻碳同位素,植烷优势明显,高伽马蜡烷指数,表现出了湖相母质输入的特点,与二叠系泥岩具良好亲缘关系;B类原油具重碳同位素,姥鲛烷优势,几乎不含伽马蜡烷等特征,反映了原油母质形成于强氧化的沉积环境,与侏罗系泥岩同源;C类原油各项指标介于以上两类原油之间,是二叠系与侏罗系烃源岩的混源。     

雅砻江下游表层土壤碳储量及其驱动因素

采集青藏高原东南缘雅砻江下游代表性植物群落表层土壤(0 ~ 10cm)样品, 测量土壤不同形态碳含量和稳定碳同位素组成(δ13Corg), 运用δ13Corg和化学计量指标探讨干热河谷土壤碳储量及其驱动因素。结果表明: 1)雅砻江下游表层土壤碳储量为121×109 kg C, 其中颗粒有机碳储量占79.48 %, 颗粒无机碳储量占20.05 %, 溶解有机碳和溶解无机碳储量甚微。2)比较发现, 研究区土壤碳含量和碳汇潜力较大。土壤有机碳(SOC)含量较高(21.23g/kg), 尤其杂木林地SOC含量高达49.71g/kg。揭示研究区物种多样性对SOC含量的贡献。研究区分布多种植物群落且具有较强的光合碳同化(植被叶片碳氮比(C/N)高达31.21)固碳能力, 为研究区较大的SOC储量提供了充足的植物源碳保障。研究区较大的土壤无机碳含量和成壤无机碳输出通量(2.065×108 kg C/a), 揭示研究区存在相当大的成壤无机碳碳汇过程和贮存潜力。在流域尺度上计算土壤成壤无机碳碳汇时, 径流输出的成壤无机碳不可忽视。3)研究区土壤C/N变化率和δ13Corg变化率空间变化均不显著(p>0.05), 揭示研究区不同群落土壤微生物代谢活动无显著差异。研究区SOC含量变化受非生物因素(气温、降水和坡度)驱动的生物因素(群落生产力和微生物代谢活动)调控。本研究可为土壤碳汇/源调控机制研究和实现我国"碳中和"目标提供基础数据。     

峡东地区上埃迪卡拉系岩石、生物、层序和碳同位素地层及其年代学意义

本文系统研究了峡东灯影峡上埃迪卡拉系陡山沱组上部至灯影组石板滩段及其区内与之同期不同相区(或古地理部位)地层岩石、生物、层序和碳同位素地层,结果发现峡东埃迪卡拉系陡山沱组—灯影组界线附近地层横向上存在台地相、高陡边缘台地边缘相和盆地相多种沉积相类型,灯影组的底界和内部划分明显受沉积相的制约,以白云岩出现为标志的灯影组底界是一个明显的穿时面.与灯影组中部存在的两次海进—海退旋回相对应不仅发生了两次δ13C的上升和下降,而且发生了两次重要的生物辐射事件,在石板滩段下部和上部分别出现了具有全球广泛对比意义的叶状埃迪卡拉动物和管状Cloudiniids动物.据此可以将峡东灯影组划分出两个可以进行全球对比的年代地层单位泗溪阶和龙灯溪阶.由于龙灯溪阶上部,继Cloudiniids消失之后,小壳化石出现之前发生了δ13C的震荡下降,并在灯影组白马沱段底部出现了最小δ13C达到-12‰的碳同位素强烈负偏离.因此,生物和碳同位素组成变化特点及其全球对比显示长江三峡地区寒武系的底界应大致与灯影峡剖面上灯影组石板滩段与白马沱段界线一致.     

稳定碳同位素在湘中千佛洞上覆土壤-滴水-现代沉积物的迁移特征研究

通过对2021年1月~2022年10月期间,湘中千佛洞洞外大气-上覆土壤气-洞穴空气二氧化碳含量（pCO₂）及其碳同位素（δ¹³C_CO2）、8个洞穴水体（4个滴水、3个地下河水、1个池水）溶解无机碳同位素（δ¹³C_DIC）以及洞穴现代沉积物碳同位素（δ¹³C）的连续监测,初步获得了监测时段内千佛洞岩溶系统中δ¹³C在垂直方向上运移的变化特征,并得到以下3点主要认识：1）千佛洞上覆土壤气、洞穴空气pCO₂及δ¹³C_CO2表现出相似的季节变化特征,夏季pCO₂偏高,δ¹³C_CO2偏轻,冬季则相反。降水量和温度是土壤pCO₂及δ¹³C_CO2变化的主要影响因素;2）千佛洞洞穴水体δ¹³C_DIC值呈现显著的季节变化规律,夏季偏轻,冬季偏重,表明土壤pCO₂及δ¹³C_CO2对其影响较大,说明该洞洞穴水体δ¹³C_DIC可以较好地响应外界环境变化。此外,4个滴水点δ¹³C_DIC值在变幅和绝对值之间存在一定差异,这可能是受到不同滴水点的运移路径和滴水速率等因素的影响;3）千佛洞现代沉积物δ¹³C也表现出明显的季节变化特征,说明该洞现代沉积物δ¹³C可以较好地继承滴水中的δ¹³C_DIC信号。千佛洞的初步观测结果为利用该洞穴或者临近区域洞穴沉积物开展古气候重建提供了借鉴和参照。

     

西北太平洋九州-帕劳海脊北部KPR12岩芯40万年来有机碳来源、埋藏特征及其环境响应

西北太平洋海陆相互作用强烈,受黑潮和亚洲大陆风尘输入影响显著,是研究海洋沉积物中有机碳埋藏与陆源输入、海洋初级生产力和海洋环境演化关系的理想靶区。本研究基于采自九州-帕劳海脊北部的重力活塞647 cm长的KPR12岩芯,分析了总有机碳（TOC）、总氮（TN）、有机碳稳定碳同位素组成（δ¹³C_TOC）、蛋白石（Opal）以及粒度等指标,初步探讨了近40万年来轨道尺度沉积有机碳的来源、埋藏特征及其影响机制。岩芯的TOC含量平均值为0.214%,呈冰期较高、间冰期较低的旋回特征。岩芯沉积物粒度的不同端元反映了研究区风尘输入大致呈冰期较高的趋势。岩芯的δ¹³C_TOC（-25.24‰~-21.04‰,平均值为-22.59‰）显示有机质以海源为主（约62%）,海源有机碳含量趋势与TOC的变化一致。研究区不同时期陆源物质的输入受风尘输送和黑潮的综合控制,黑潮增强可能对该区间冰期陆源有机碳贡献的升高有一定影响。岩芯中TOC与Opal含量的相关性分析表明,海洋初级生产力可能不是控制该岩芯有机碳含量变化的主要原因。冰期-间冰期旋回中的深层水通风条件、黑潮和北太平洋中层水的发育以及陆源细颗粒物质输入可能共同影响着本区沉积有机碳的降解与埋藏保存。

     

植物正构烷烃及其单体氢同位素在古环境研究中的应用

正构烷烃是植物类脂的重要组成部分,主要用来维持叶片表面的水分平衡,其平均碳链长度(ACL)作为植物对水分胁迫程度的生理性反映,与植物进化程度存在表观上的联系。高等植物来源烷烃的ACL高于低等植物和水生藻类,裸子植物高于被子植物,C4植物高于C3植物,因此植物正构烷烃具备粗略的植物分类学意义,并在古环境研究中被广泛应用。在河口和海洋沉积物中主要用来判断水生低等植物和陆地高等植物的相对贡献,在古土壤中则用来区分草本/木本植物的消长变化。植物烷烃中的氢元素主要来自光合作用时吸收的环境水,其δD主要受环境条件和生物化学过程影响,但环境条件、气候状况和植被类型的影响可以在很大程度上相互抵消,使烷烃δD具有记录大气降水δD的潜力,从而可以用来重建大气降水δD并反演气候变化。