碳稳定同位素在泥盆系-石炭系及弗拉阶-法门阶界线层远距离地层对比的应用

在广西和贵州泥盆系-石炭系界线有强烈的δ~(13)C值负异常,两地负异常可以对比。在广西和湖南弗拉阶顶部δ~(13)C值有多次负异常,两地负异常亦可以对比,δ~(13)C值波动曲线具有显著特征,它为今后弗拉阶-法门阶界线的识别及远距离对比具有实际应用价值。在生物地层工作基础上,对无机碳同位素的研究,在一定条件下可以提高远距离对比的精度。     

米仓山-汉南隆起牛蹄塘组页岩稳定碳同位素组成及其意义

利用牛蹄塘组暗色泥页岩样品进行有机碳同位素(δ~(13)C_(org))、无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))、氧同位素(δ~(18)O)、总有机碳(TOC)、微量元素测定,分析米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境及其与页岩有机质生产的关系。基于原始海洋巨大溶解有机碳库(DOC)和海洋分层理论,结合不同古海洋微生物种属碳分馏特征,描述米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境和有机质生产模式。结果表明:研究区牛蹄塘组页岩中获取的碳氧同位素具有良好的原始性,对研究区古海洋环境具有良好的指示意义;δ~(13)C_(org)明显富集轻碳同位素(~(12)C)显示强烈的负异常,分布在-34.032‰～-29.537‰,属于L型无定形有机质,且更富集轻碳同位素;δ~(13)C_(carb)明显富集重碳同位素(~(13)C),分布在-1.21‰～3.64‰;氧同位素δ~(18)O分布在-8.94‰～-3.5‰;研究区南北部碳氧同位素空间分布具有差异性,与南部西河乡剖面相比,北部宁强铁锁关和两河村剖面的碳同位素具较高的δ~(13)C_(org),偏正的δ~(13)C_(carb)和高的δ~(13)C_(carb-org),且δ~(13)C_(carb)与δ~(13)C_(org)呈明显的解耦关系而与δ~(13)C_(carb-org)线性相关;牛蹄塘组页岩碳氧同位素组成取决于海侵过程中藻类、化能自养、甲烷细菌、甲烷氧化菌等特殊的古海洋微生物种属分布或活动强度与上升洋流、海洋分层的有机结合。     

合川盐井溪嘉陵江组第二段盐溶角砾岩-次生灰岩的碳氧同位素组成

以四川盆地东部合川盐井溪剖面三叠系嘉陵江组第二段的盐溶角砾岩-次生灰岩为重点研究对象,在薄片观察、阴极发光和元素分析的基础上,探讨了盐溶角砾岩-次生灰岩和相邻地层中微晶灰岩、微晶白云岩的元素地球化学特征和碳、氧同位素组成。研究表明:盐溶角砾岩-次生灰岩锰、锶的质量分数和δ~(13) C、δ~(18) O平均值分别为268×10~(-6)、120×10~(-6)、-5.80‰和-8.97‰,微晶灰岩锰、锶的质量分数和δ~(13) C、δ~(18) O平均值分别为142×10~(-6)、767×10~(-6)、-1.60‰和~(-6).31‰。与相邻地层的微晶灰岩相比,盐溶角砾岩-次生灰岩具有较高的锰含量、较低的锶含量、较负的碳、氧同位素组成,显示盐溶角砾岩-次生灰岩的地球化学特征代表了表生成岩环境,其碳源主要与近地表大气水环境的CO_2有关,并可能掺和细菌硫酸盐还原作用产生的CO_2,氧除与近地表大气水有关外,并可能继承了硫酸盐中的氧;微晶灰岩则对海水地球化学信息具有更好的代表性。相邻地层微晶白云岩的锰、锶的质量分数和δ~(13) C、δ~(18) O平均值分别为291×10~(-6)、98×10~(-6)、-0.30‰和-4.23‰,具有和盐溶角砾岩-次生灰岩类似的锰、锶含量和较正的碳、氧同位素组成,碳同位素可能较好地代表了同期海水,氧同位素则代表了蒸发海水。     

长江口外冲淡水区悬浮颗粒物中总有机碳和叶绿素a的碳同位素分布

应用超声提取、固相萃取(SPE)、薄层色谱(TLC)技术,成功提取、分离了海水悬浮颗粒物中的色素类化合物,并对叶绿素a(Chl a)的碳同位素进行了测定,建立了海水悬浮颗粒物中叶绿素组分的TLC分离及稳定碳同位素测定方法.测定了长江口外冲淡水区颗粒有机碳(POC)和Chl a中的碳同位素.发现悬浮颗粒物中Chl a的δ13C介于-28.17‰～-32.29‰之间,平均值-29.75‰;POC的δ13C介于-17.92‰～-23.19‰之间,平均值-20.67‰,Chl a比POC的δ13C偏负9.08‰.表层Chl a的δ13C值由北向南逐渐偏负,由近岸向开阔海域逐渐偏正.     

广西及邻区泥盆系碳酸盐岩碳、氧同位素组成特征及意义

广西及邻区下泥盆统至下石炭统稳定碳同位素组成逐渐增大，由埃姆斯阶（Ｄ＿１）一１‰～一４‰增至法门阶，杜内阶的＋０．５‰～＋２．５‰。同时期δ￣１８Ｏ呈“Ｗ”型分布，在艾菲尔阶（）和弗拉斯阶（）两个负向波动；在埃姆斯阶（），吉维特阶（）和法门阶（）、杜内阶（）三个正向波动。这些变化趋势反映了当时气圈、沉积的变化，也反映了生物界的演化变迁。华南泥盆纪δ￣１３Ｃ和δ￣１８Ｏ的变化特征可与同时期、同纬度的北美大陆保存完好的低镁方解石质腕足动物壳中碳、氧同位素组成良好的对比。因此，华南碳酸盐中碳、氧同位素组成基本保存了泥盆纪古海洋中同位素的特征，是很有潜力的地层对比的工具。     

利用碳氧同位素识别碳酸盐层序界面

为更好地识别碳酸盐岩的层序界面,以周口店地区的马家沟组与本溪组、铁岭组与下马岭组两个不整合界面为例,综合采用野外露头及岩性特征描述。采集不整合面附近岩样进行稳定碳氧同位素检测,得出马家沟组稳定同位素测定值δ13C(PDB)‰为-6.19‰～-0.69‰,δ18O(PDB)‰为-10.57‰～-9.08‰,属浅海相沉积;铁岭组δ13C(PDB)‰为-2.44‰～-0.67‰,δ18O(PDB)‰为-8.39‰～-4.47‰,属潮间带沉积。将检测数据进行曲线拟合,证明与该地区沉积环境完全吻合,借此可以识别其不整合面。故提出结合不整合剖面及其岩性组合变化,利用稳定碳氧同位素检测可作为识别碳酸盐岩层序界面的另一种有效方法。     

鄂尔多斯盆地东南部马家沟组碳酸盐岩碳氧同位素特征及意义

对鄂尔多斯盆地东南部马家沟组白云岩和灰岩的碳氧同位素进行测定。结果显示,样品的碳氧同位素值分布较为离散,二者的相关性仅为0.18,氧同位素平均值为-8.34‰;对锰、锶元素含量进行测定,计算ω(Mn)/ω(Sr)平均值为1.4,表明采集样品大部分受后期成岩蚀变影响小,可较好地代表原始地层的沉积特征。马五段、马六段样品的碳氧同位素值变化差异明显:马五段白云岩δ13C在-1.33‰~1.01‰(PDB),δ18O值在-9.58‰~-6.46‰(PDB),为中低负值;马六段灰岩δ13C在-6.75‰~0.92‰(PDB),δ18O值在-11.36‰~-7.33‰(PDB),马六段的碳氧同位素值较马五段离散,且发生了明显的负漂移。Z值与碳同位素值具有较高的相关性,而与氧同位素值相关性低,仅作为该区古盐度变化的相对参考值。碳氧同位素值与Z值所反映的环境信息表明,鄂尔多斯盆地东南部马家沟组马五期为海退期,海水循环性差,气候干旱炎热,处于蒸发环境,海水盐度较高。马六期形成的灰岩由于长期裸露地表,受到大气淡水淋滤作用的影响,角砾泥晶灰岩发育,其碳氧同位素值较低。     

广西及邻区泥盆系碳酸盐岩碳,氧同位素组成特征及意义

广西及邻区下泥盆统至下石炭统稳定碳同位素组成逐渐增大，由埃姆斯阶（Ｄ１）－１‰－４‰增至法门阶，杜内阶的＋０．５‰－＋２．５‰。同时期δ＾１８Ｏ呈“Ｗ”型分布在艾菲尔阶和弗拉斯阶两个负向波动；在埃姆斯阶，吉维特阶和法门阶、杜内阶三个正向波动。     

长江口外冲淡水区悬浮颗粒物中总有机碳和叶绿素a的碳同位素分布

应用超声提取、固相萃取（SPE）、薄层色谱（TLC）技术,成功提取、分离了海水悬浮颗粒物中的色素类化合物,并对叶绿素a（Chl a）的碳同位素进行了测定,建立了海水悬浮颗粒物中叶绿素组分的TLC分离及稳定碳同位素测定方法.测定了长江口外冲淡水区颗粒有机碳（POC）和Chl a中的碳同位素.发现悬浮颗粒物中Chl a的δ13C介于-28.17‰～-32.29‰之间,平均值-29.75‰;POC的δ13C介于-17.92‰～-23.19‰之间,平均值-20.67‰,Chl a比POC的δ13C偏负9.08‰.表层Chl a的δ13C值由北向南逐渐偏负,由近岸向开阔海域逐渐偏正.     

四川盆地龙马溪组页岩中碳酸盐矿物形成机制

碳酸盐胶结物是四川盆地龙马溪组页岩中重要的自身矿物,但对其形成机制目前尚无深入研究。以四川盆地龙马溪组A井和B井为研究对象,综合应用全岩X射线衍射测试、扫描电镜分析了页岩中自身碳酸盐矿物的类型,并利用分成分碳氧同位素对其形成机制进行了研究。结果表明:四川盆地龙马溪组页岩中碳酸盐矿物沉积水介质主要为陆相淡水。A井的方解石δ~(13)C平均值为-1. 14‰,δ~(18)O平均值为-12. 63‰,B井的方解石δ~(13)C平均值为-2. 40‰,δ~(18)O平均值为-12. 84‰,氧同位素表明两口井方解石均主要形成于早成岩B期,碳主要来源于有机质脱羧反应; A井白云石δ~(13)C平均值为-1. 84‰,δ~(18)O平均值为-7. 56‰,其形成主要与早成岩阶段硫酸盐还原作用密切相关; B井白云石的δ~(13)C平均值为-4. 48‰,δ~(18)O平均值为-11. 12‰,主要与中成岩A期有机质脱羧反应密切相关,铁白云石主要形成于晚成岩阶段;黏土矿物转化提供了研究区碳酸盐矿物沉淀所需要的钙离子、镁离子及铁离子。该研究成果对进一步分析四川盆地龙马溪组页岩成岩演化具有重要指导意义。     

贵州瓮安陡山沱组碳同位素特征及古海洋意义

通过对贵州瓮安含磷岩系剖面进行碳同位素分析,对震旦纪陡山沱期的成磷事件、生物事件及古海洋环境的变化进行了研究。瓮安大塘剖面陡山沱组碳酸盐岩碳同位素值表现为正偏移的趋势,与其他地区同期碳同位素变化趋势相似。这与大冰期后生物生产率的提高有关,其中的负偏移与环境的波动相关,环境的快速变化刺激了生物的进化。穿岩洞剖面上磷矿段的黑色碳质磷块岩获得的较低的有机碳同位素值与浮游生物吸收12 C有关,体现了生物有机质聚磷作用。该时期的碳酸盐岩碳同位素值的正偏移、磷矿的沉积与生物事件之间有一定的关联性,大洋深部的缺氧事件使底水富磷质;随着古海洋流通性的提高,富磷海水随上升洋流运移到浅海沉积成矿,并为生物圈供应营养物质,进而引发生物竞争及推动进化。     

重庆北碚嘉陵江组第三—第四段碳酸盐岩碳同位素组成对古海水代表性

早三叠世海水的碳同位素组成是近年来地学研究的热点之一,但全球早三叠世碳同位素组成并没有获得统一的认识。上扬子地区早三叠世晚期普遍发育蒸发岩,地表剖面则因表生成岩作用而形成一套夹盐溶角砾岩及次生灰岩的碳酸盐地层,其地球化学信息不同程度地偏离海水,因而样品成岩蚀变性对古海水碳同位素组成的代表性的评估显得十分重要。本文以中、下三叠统界线清楚的重庆北碚剖面为对象,研究了下三叠统嘉陵江组第三、第四段和中三叠统雷口坡组底部样品的元素组成,碳、氧同位素组成及彼此之间的相互关系,选择Mn含量和氧同位素作为条件评价碳酸盐岩的成岩蚀变性及其对海水碳同位素组成的代表性,在此基础上建立了早三叠世晚期海水的碳同位素演化曲线。研究表明:(1)北碚剖面嘉陵江组第三、第四段(嘉三、嘉四段)及雷口坡组底部碳酸盐岩的Mn、Fe含量与碳同位素组成之间具有良好的负相关性,氧同位素组成和碳同位素组成之间则具有良好的正相关性,大量样品具有低δ18 O值、低δ13 C值以及较高Mn、Fe含量的特征,说明其碳同位素组成偏离海水。(2)以δ18 O-7.5‰、方解石的Mn质量分数100×10-6、白云石的Mn质量分数120×10-6为评价条件,北碚剖面嘉三、嘉四段(含雷口坡组底部)的73个样品中有38个需要在建立海水碳同位素曲线时剔除,占全部样品的52%。其中嘉四段需要剔除的样品占嘉四段样品的78%,而嘉三段的该数值为11%,说明作为原始沉积的灰岩段对海水地球化学信息保存较好,而分布盐溶角砾岩及次生灰岩的层位对海水地球化学信息保存很差。(3)氧同位素作为成岩蚀变评价标准比Mn含量更为苛刻,并可基本覆盖Mn含量评价条件,说明对于嘉三—嘉四段这样的石灰岩—白云岩—蒸发岩地层的地表剖面的样品来说,选择氧同位素作为评价条件可较好地对碳同位素的原生性进行控制。(4)白云岩对海水地球化学信息总体上保存较好,与相邻石灰岩相比,白云岩具有更高的δ18 O和δ13 C值,但其原因仍然需要进一步研究,可能与同位素分馏系数的差别以及白云岩形成于盐度更高的流体有关,因而白云岩所代表的海水地球化学信息可能不完全与伴生石灰岩相同。(5)除绿豆岩附近出现了短时间的变化超过4‰的大幅度波动以外,早三叠世晚期海水的碳同位素演化相对平稳,大致在-0.3‰~-1.8‰的范围内波动,呈现一个低幅的"V"字形,显示早三叠世晚期地球生态的恢复与碳循环系统的重建。     

Paleoproterozoic glaciation: Evidence from carbon isotope record of the Hutuo Group,Wutai Mountain area of Shanxi Province,China

Palaeoproterozoic global glaciation (～2.3 Ga) may have been the first “snowball” Earth event in Earth history. North China has well-exposed sedimentary deposits of this time period with minimal postdepositional alteration. Sedimentary evidence of a glaciation event has been lacking, however. Here we analyzed carbon isotope composition of the Paleoproterozoic Hutuo Group (2.5–2.2 Ga) in the Wutai Mountain area, Shanxi Province, North China. Our data show, in an older to younger chronostratigraphic order, (1) positive δ ¹³C_carb values in the Dashiling Formation of the Doucun Subgroup (3.2‰ to 1.0‰, VPDB); (2) a decrease in δ ¹³C_carb values from the Wenshan Formation to the middle Daguandong Formation (from 2.0‰ to–1.2‰), during which time the occurrence of stromatolites declined; (3) a pronounced negative excursion in the upper Daguandong Formation, at the boundary of the Daguandong and Huaiyincun formations (from 1.4‰ to ?3.3‰), where stromatolites disappeared; and (4) a gradual increase of δ ¹³C_carb values in the Beidaxing and Tianpengnao formations (from ?1.2‰ to 1.4‰), during which time stromatolites returned. We argue that the negative carbon isotope excursion recorded from the Jian’ancun Formation to the middle Daguandong Formation of the Hutuo Group may have been North China’s response to the Palaeoproterozoic global glaciation.     

贵州拉也剖面下Kellwasser事件生物地层及化学地层特征研究

为研究下Kellwasser事件的生物地层及化学地层特征, 对贵州拉也剖面进行细致的牙形石生物地层学和高分辨率化学地层学研究。结果表明, 剖面底部无机碳同位素及有机碳同位素有显著正向偏移, 样品LY-8代表的层位为下Kellwasser事件的界线。Kellwasser事件碳同位素变化的主要原因是有机碳埋藏量的增加, 可能是由初级生产力增加和缺氧环境共同造成的。     

鄂尔多斯盆地宜川—句邑地区长8储集层碳酸盐胶结物特征

鄂尔多斯盆地廷长组储层质量严重地受碳酸盐胶结物影响.通过对宜川—句邑地区长8储集层薄片、碳酸盐胶结物碳氧同位素及流体包裹体测试分析,表明碳酸盐胶结物主要是铁方解石(含铁方解石),在薄层砂岩中和厚层砂岩顶底与泥岩紧密毗邻的区域含量较高,以中细晶及粗—巨晶颗粒充填孔隙.碳酸盐胶结物δ13CPDB值为-5.56‰～0.22‰...     

塔里木盆地奥陶纪碳同位素波动特征与对比

在牙形石生物地层的基础上,利用塔里木盆地塔北隆起钻井全岩碳同位素数据,结合其他学者公布的碳同位素曲线,探讨了塔里木盆地奥陶纪碳同位素波动特征,并与世界其他地区进行对比。塔里木盆地奥陶纪特马豆克阶－达瑞威尔阶早期碳同位素波动较弱,缺乏可全球对比的波动标志。达瑞威尔阶中期和凯迪阶早期发育明显的碳同位素正漂移,分别对应于国际上的中达瑞威尔阶碳同位素正漂移（MDICE）和加顿伯格碳同位素正漂移（GICE）,能够进行全球对比。桑比阶早期牙形石 Pygodus anserinus 带内发育波动幅度达1.4‰的正漂移,其可能仅在部分地区分布,暂时命名为早桑比阶碳同位素正漂移（ESICE）。凯迪阶中后期碳同位素波动特征目前还不清楚,晚奥陶世赫南特阶碳同位素正漂移（HICE）在塔里木盆地也未见报道。MDICE 和 GICE 可作为塔里木盆地中上奥陶统的等时对比标志。     

巢湖地区早三叠世晚斯密斯亚期含鱼化石碳酸盐岩结核的地球化学特征及其地质意义

以安徽省巢湖地区下三叠统和龙山组顶部的黑色泥页岩段及其产出的含鱼化石碳酸盐岩结核为研究对象, 综合岩相学、地球化学(主微量元素和碳、氧同位素)和环境矿物学等分析手段, 探讨富有机质页岩中含鱼化石碳酸盐岩结核的形成机制及可能的地质环境指示意义。结核中心三维保存的鱼化石和较高的碳酸盐含量(80%)表明结核形成于早期成岩阶段, 结核内部呈同心环状结构, 从中心至边缘, 碳酸盐矿物含量降低, 硅质碎屑矿物增多并逐渐出现纹层, Fe和S含量升高、δ¹³C值增高、δ¹⁸O值降低和TOC含量逐渐增多等特征均表明结核为同心生长模式。对围岩中草莓状黄铁矿的粒径分析结果表明, 结核形成于硫化还原环境。结核出现在斯密斯亚阶与斯帕斯亚阶界线(SSB)之下1 m处, 与界线层有机碳埋藏增加、碳同位素组成快速正漂移(δ¹³C = -1.3‰~1.9‰)和水体硫化还原事件吻合, 有潜力作为华南地区SSB的辅助识别标志。     

Carbon and sulfur isotopic compositions of basal Datangpo Formation, northeastern Guizhou, South China: implications for depositional environment

Isotopic compositions of Mn-carbonate and organic carbon from the same individual samples and sulfur isotopic compositions of pyrites in the basal Datangpo Formation were analyzed. Highly 34S-enriched pyrites （834Spyrite =31.7-59.4‰） were precipitated in rel- atively occlusive pore water under anoxic condition in sediments, which is consistent with the observation of large and scattered pyrite framboids. The sulfidic deep ocean was not ＂oxidized＂ in the early Datangpo interglacial interval, thus the level of seawater sulfate remained low and marine δ34Ssulphate remained high. Low δ13Ccar （average -7.4‰） and abnormal relationship between δ13Ccar and fractionation （ΔCar-ors） imply that the negative δ13CCar excursion may have resulted from oxidation of part of a large organic carbon reservoir. High Δcar-org （average 25.1‰） implicates high CO2 level in the atmosphere. Small standard deviation （1.0‰） of δ13CCar values indicates the Mn-carbonate was precipitated near the water-sediment interface under dysoxic conditions rather than in occlusive pore water in sediments.     

全球古元古代碳同位素正异常的数据分析与成因评述

归纳总结了前人关于全球古元古代(2.20 ～2.06 Ga)碳酸盐岩碳同位素正异常现象的基础数据及资料。在此基础上, 对前人关于该正异常成因的假说(生物演化- 大气充氧说、古元古代冰期期后说、超级地幔柱- 超大陆裂解说及蒸发环境说等)进行了评估, 认为以上假说虽然都有地质证据支持, 但其重要性还是有些差异。根据碳同位素分馏原理, 有机物的繁盛会使碳酸盐碳储库的同位素变正。生物演化导致大气充氧、古元古代冰期后形成的温暖环境和Kenorland超大陆裂解均为生物的繁盛提供了有利条件, 从而使碳酸盐碳储库的同位素变正。另外, 蒸发环境在全球多有分布, 它可能是造成部分局域封闭式环境碳同位素正异常的原因, 所以应对发现正异常的各区域进行详细的沉积环境分析。以4个区域的数据为对象, 分析了古元古代碳酸盐岩碳同位素正异常数据的可靠性; 通过Mn/Sr, δ¹³C和δ¹⁸O三者的关系图, 判断了沉积期后作用对于数据的改造程度。     

大洋缺氧事件的碳稳定同位素响应

从碳稳定同位素组成及其分馏机理出发 ,系统探讨了大洋缺氧事件与海相碳酸盐和有机碳稳定同位素分馏之间的关系。缺氧事件期间 ,由于生物大批死亡和快速埋藏 ,其分解消耗海水中大量的溶解氧 ,引起大洋水体缺氧 ,富含 1 2 C的有机质从而得以大量保存 ;相应地大气和海水中富 1 3 C,同期海相碳酸盐岩碳同位素 δ值 (δ1 3C)正偏。在世界各地缺氧事件层内 ,无一例外地碳酸盐岩碳稳定同位素出现了不同程度的正偏 ,Cenomanian- Turonian 界线偏幅达～2‰。海相碳酸盐与有机质碳稳定同位素变化不仅可以提供地质历史中有机碳埋藏量的记录。研究全球碳循环变化 ,还可能追溯有机碳风化和埋藏速率的变化 ,定性地恢复大气 p CO2 变化。