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。     

大洋碳循环的地质演变

地球表面各圈层中，大洋是碳循环活跃而容量最大的碳储库，在地质历史上经历了重大的变化. 元古代大气圈的氧化，引起了海洋碳酸盐沉积的型变和有机碳δ¹³C变重；中生代早、中期钙质骨骼浮游生物的繁盛，导致了海水碳酸盐沉积向深海转移和海洋碳同位素加重；元古代末期和新生代晚期的大气CO₂浓度急剧减低，又使得无机碳与有机碳同位素差值大幅度减小. 大洋碳储库的地质演变史反映了地圈、生物圈的相互作用，是认识地球系统变化机制的重要切入点；认识地球表层系统中碳循环在地质尺度上的变化，是查明温室效应如何影响人类生存环境长期趋势的前提.     

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。     

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。     

济阳坳陷下古生界碳酸盐岩储层形成机理和发育特征

位于渤海湾盆地内的济阳坳陷是中国油气最为富集的地区之一.古生界碳酸盐岩是济阳坳陷今后油气增储上产的主要领域.通过对济阳坳陷下古生界碳酸盐岩的锰、锶等微量元素及氧、碳、锶等同位素的测试与分析研究,认为岩溶作用和白云石化作用是济阳坳陷下古生界碳酸盐岩储层形成最为重要的成因机理.与不整合面有关的海相碳酸盐岩岩溶储层主要由强烈的大气淡水改造作用而形成.各种洞或脉中的碳酸盐矿物的87Sr/86Sr比值显著高于基质碳酸盐的87Sr/86Sr 比值,而δ13C 和δ18O值则显著低于基质的δ13C和δ18O值.大气淡水作用深度主要在不整合面之下150 m 的深度范围.对油气储集有价值的奥陶系冶里-亮甲山组储集层与埋藏成岩过程的白云石化作用,尤其是粒屑的优先白云石化造成的体积收缩作用有关.作者总结提出了济阳坳陷下古生界碳酸盐岩岩溶的发育模式,及古地貌、古水系和岩溶作用的关系,并深入研究了济阳坳陷下古生界碳酸盐岩储层的发育特征与分布规律.     

鄂尔多斯盆地西南缘蓟县系碳酸盐岩碳氧同位素特征及其地质意义

通过对鄂尔多斯盆地西南缘蓟县系白云岩进行碳氧同位素分析、成岩环境分析及古盐度、古温度的恢复,结果表明,研究区蓟县系未经过深埋藏,一直处于近地表,其δ~(13)C_(PDB)和δ~(18)O_(PDB)分布范围较窄,分别为-0.4‰～-0.2‰、-4.7‰～-3.9‰,与研究区稳定存在的潮间带环境特征相一致;得出古盐度值(Z)为124.24～124.74,古水温(T)为19.12～22.67℃,反映该区中元古代温暖的古气候环境.分析表明,在温暖的古气候背景下,蓟县系碳氧同位素变化特征具有一定的正相关性,推测温度可能对碳氧同位素的变化起主要控制作用.垂向上,δ~(13)_C_(PDB)、δ~(18)O_(PDB)、Z与T具有波动性变化,但整体变化幅度较小,在一定程度上反映了研究区中元古代稳定的构造环境.综合分析认为,鄂尔多斯盆地西南缘中元古代气候环境温暖并具有稳定的构造环境,这可能是华北板块在中元古代处于较低纬度及研究区在该时期持续热沉降的良好响应.     

贵州二叠纪海相碳酸盐岩碳、氧同位素地球化学演化规律

以贵州罗甸二叠纪剖面为研究对象，详细讨论了海相碳酸盐岩的碳、氧同位素组成特点，及影响碳酸盐岩的δ１３Ｃ和δ１８Ｏ的主要因素。在此基础上系统阐述了整个二叠纪海相碳酸盐岩的δ１３Ｃ和δ１８Ｏ的演化与海平面升降的关系，第一次系统建立了二叠纪古海洋碳酸盐岩的碳、氧同位素演化曲线。     

柴北缘冷湖七号地区碳酸盐胶结物特征及其意义

碳酸盐胶结物是碎屑岩储层中最常见的胶结物类型,其形成环境、物质来源、反映的成岩温度对储层研究具有重要意义。通过对柴北缘冷湖七号下干柴沟组砂岩碳酸盐胶结物进行岩石学、矿物学和地球化学分析,研究区下干柴沟组砂岩碳酸盐胶结物包含方解石、含铁方解石、铁方解石和白云石等4种类型。碳同位素（δ¹³C_PDB）和氧同位素（δ¹⁸O_PDB）值分别为8.81‰~3.51‰和8.77‰~17.36‰,平均值分别为5.33‰及13.50‰;利用碳同位素和氧同位素计算出古盐度值和古温度值分别为113.61~102.85和63.03~123.06℃,平均值分别为109.66及94.47℃。反映出研究区下干柴沟组所处成岩阶段为早成岩阶段B期-中成岩阶段A期,形成过程受到有机质脱羧基作用影响,成岩环境偏酸性,成岩流体来自碎屑的析出水和大气淋滤淡水。储层物性除了受成岩环境和温度的影响外,与碳酸盐胶结物含量具有明显的负相关关系,随着碳酸盐胶结物含量的增加,储层的孔隙度和渗透率降低。     

基于华南钻孔碳同位素记录制约埃迪卡拉纪海洋可溶性有机碳储库（英文）

地球历史时期大气氧含量的变化是古气候和古环境研究的关键。在寒武纪之前，地表至少发生了两次氧化事件，其见证了生物的革新和环境的根本变化。然而，在新元古代时期，深海中存在的大量可溶性有机碳(DOC)可能延长了两次氧化事件之间的间隔。为了验证DOC假说，我们对埃迪卡拉系钻孔样品(王集钻孔)进行了详细的微钻碳酸盐碳同位素(δ¹³Ccarb)分析，该钻孔的全岩δ¹³Ccarb和有机碳同位素(δ¹³Corg)记录已被报道。本次研究表明，微钻和全岩的δ¹³Ccarb结果相对一致，这排除了自生碳酸盐大量混入的影响。值得注意的是，王集钻孔中的多次δ¹³Ccarb负偏移可能与海水上涌事件相关，DOC在此过程被大量氧化。通过箱式模型计算，我们认为，在维持数百万年的两次δ¹³Ccarb负偏移中，约有3.6×10¹⁹mol和2.0×10¹⁹mol的DOC被氧化，这规模大约是现代海洋DOC总量的1000倍。我们的研究进一步支持如下结论：在埃...     

石灰泥岩——一种陆源机械成因的碳酸盐岩

石灰泥岩是束鹿凹陷含量最多的岩石类型之一,它分布于始新世沙河街组三段中下部,前人笼统地称之为泥灰岩.应用沉积学及同位素地球化学方法,对石灰泥岩的岩石类型进行详细的岩石学特征及成因研究.结果表明:研究区该类岩石结构组分主要为砂粒级、粉砂粒级碳酸盐成分的碎屑颗粒以及泥粒级的碳酸盐质点;岩石的碎屑结构较清楚;石灰泥岩和由同成分而不同粒级颗粒(碳酸盐成分的砾、砂、粉砂、泥质等)所构成的岩石在空间上相伴出现;岩石中氧同位素(δ18O)值为-9‰～-5‰,碳同位素(δ13C)值大于1‰,最大值为3.2‰;碳-氧同位素资料均显示受物源的影响明显,认为这是一种罕见的陆源机械成因的碳酸盐岩.     

镇安西口地区二叠纪碳氧同位素特征及意义

文章对镇安西口地区二叠纪剖面进行了碳酸盐岩稳定同位素和烧失量的测定,探讨了“年代效应”的校正和古盐度、古温度的计算问题.结果表明古盐度Z值大于120,为海相沉积,与沉积环境的研究结论一致;用校正后的δ18O计算出灰岩形成时的古海水温度为13.4～35.1℃,与前人的计算结果基本一致;碳氧同位素值在少数层位有较大的偏差;...     

轮古西地区奥陶系碳酸盐岩古岩溶储层碳、氧同位素地球化学特征

中—下奥陶统鹰山组碳酸盐岩古岩溶储层是塔里木盆地轮古西地区的主要油气产层 .为了弄清储层的成因类型、储层古岩溶过程中的流体性质和古水文条件 ,为预测和评价此类储层提供有关的地球化学信息 ,讨论了储层形成过程中记录的碳、氧稳定同位素特征 .结果表明 :轮古西地区奥陶系鹰山组碳酸盐岩古岩溶储层中的δ13C和δ18O值的变化范围较大 ,δ13C值为 -0 .70‰～ -6.5 0‰ ,平均值 -1 .76‰ ;δ18O值为 -3 .75‰～ -1 7.1 0‰ ,平均值 -9.42‰ .碳酸盐岩基质、冲积岩和方解石胶结物的δ13C和δ18O分布具有一定的差异 .三类样品的δ18O值均具有明显偏负特征 ,表明在碳酸盐岩成岩过程中受到大气成因的淡水影响 ,反映了当时的风化壳岩溶成岩环境 .冲积岩样品的δ13C值的偏负程度较高 ,其物源可能来自石炭—二叠系地层     

四川盆地海相三叠纪硫同位素组成与地质成因分析

文章通过对四川盆地海相三叠纪蒸发岩硫同位素δ34S组成特征的对比分析,针对该区域三叠系δ34S具有异常高值并且呈现随时间由早到晚逐渐轻化的特点,结合其沉积地质背景、物化条件,特别是对复杂条件下同位素分馏、地质地球化学特征的研究,对硬石膏的δ34S异常高值和随蒸发而逐渐贫化的地质成因进行了探讨,旨在为重建古环境及地层的划分和对比提供重要依据。研究表明,硬石膏中δ34S异常高值的产生主要是处在封闭环境、硫酸盐细菌还原时的同位素分馏作用的结果。     

湖相碳酸盐碳、氧同位素与团簇同位素的研究进展

总结近年来传统碳、氧同位素及新兴团簇同位素在湖相碳酸盐中的研究进展,梳理湖相环境中碳酸盐同位素组成变化的影响因素及两种同位素方法在地质研究中的应用,探讨当前研究中存在的问题。湖相碳酸盐氧同位素组成受温度的影响较小,主要与湖盆水体的蒸发量和大气降水量有关,碳同位素组成则受湖水蒸发咸化作用以及湖泊有机质与无机质相互作用的共同控制;团簇同位素仅受温度单一因素的影响,是良好的碳酸盐温度计。指出湖相碳酸盐碳、氧同位素研究的两大方向:一是解决团簇同位素理论研究中存在的问题,尤其是埋藏改造过程中团簇同位素温度的重置机理;二是将传统的碳、氧同位素指标与新兴的团簇同位素指标相结合,进行多指标的地球化学综合分析,有效地避免二者在地质研究中的局限性。     

玉北地区奥陶系碳酸盐岩碳氧同位素特征及成岩环境分析

基于大量碳、氧稳定同位素(δ13C,δ18O)数据,利用岩心分析、岩石薄片单偏光、阴极发光以及扫描电镜等实验方法,结合玉北地区成岩环境特点,研究了该区奥陶系各类成岩环境的地球化学特征。研究结果表明:玉北地区奥陶系碳酸盐岩都是在稳定的海相环境中形成的,且基本上保持了原始环境的碳、氧同位素组成,其成岩埋藏深度经历了先上升后下降的过程,沉积地层由鹰山期至良里塔格期,对应着海平面的上升。用Z值作为定量指标来解释古盐度的相对变化精确度较低。三大类成岩环境中,近地表成岩环境的δ13C和δ18O普遍较高,表生淡水成岩环境的δ13C和δ18O普遍较低,中—深埋藏和热液成岩环境的δ13C和δ18O介于前两者之间。     

碳酸盐岩碳、氧同位素分析激光微取样技术

碳酸盐岩碳、氧同位素分析激光微取样技术是利用高能聚焦激光束与碳酸盐岩样品作用,热分解产生CO₂气体,经真空提纯净化后送质谱仪分析测定其C、O同位素值。其空间分辨率优于20μm,能有效地对碳酸盐岩各细微组分结构分别取样,以满足同位素地质学研究的需要。经标样测定,δ¹³C和δ¹⁸O的最好分析精度可达±0.22‰(σ),与常规磷酸分解法分析精度相;δ¹³C无明显分馏现象,δ¹⁸O分馏明显,但对同种矿物是一个常量(方解石偏负1.72‰;白云石偏负1.59‰)易于校正。激光微取样主要应用于碳酸盐储集岩样品碳、氧同位素分析,能较好地解释油气储层孔隙演化和成岩过程。     

川西地区中二叠统一下三叠统碳酸盐岩碳氧同位素特征

针对川西地区中二叠统一下三叠统碳酸盐岩,通过分析3个剖面的碳氧同位素数据,计算Z值及古温度,并结合沉积相、古生物等,对该区域碳酸盐岩碳氧同位素演化特征及古环境进行了系统研究。结果表明,川西地区中二叠统一下三叠统碳酸盐岩的δ~(13)C值为-3.90‰~2.80‰,主要值域为-2.80‰~2.80‰,均值为-0.04‰;δ~(18)O值为-9.70‰~-1.80‰,主要值域为-8‰~-4‰,均值为-6.60‰。研究区古环境基本处于海相环境,东北边缘水体相对较深,西南边缘水体相对较浅,海水温度为8.8~68.4℃,主要值域为16~33℃,属于温暖或炎热的亚热带气候,经历了栖霞期—茅口期、吴家坪期—长兴期、飞仙关期—嘉陵江期3次大的海平面变化旋回,且其间各有若干次次级旋回。     

南海北部陆坡NH-1孔沉积物中碳酸盐碳同位素特征及其地球化学意义

源于深部天然气藏渗漏或天然气水合物分解释放的甲烷,可导致海洋沉积物中生成δ13C明显负偏的碳酸盐矿物.对NH-1孔沉积物样品的碳酸盐含量、全岩碳酸盐及生物碳酸盐δ13C、有机碳含量等参数进行了分析.结果表明:沉积物中碳酸盐含量较高(平均6.90%);全岩碳酸盐δ13C(-6.09‰～-0.48‰)与正常海相碳酸盐相比明显负偏;浮游有孔虫(G.rube)壳体碳酸盐δ13C(-0.834‰～0.004‰)明显低于正常值.结合海域的地质特点,认为这很可能是沉积物中较高甲烷通量背景条件下自生碳酸盐的形成所导致的.有机碳、氮数据与全岩碳酸盐δ13C的相关性分析指示了有机质也可能是全岩碳酸盐δ13C偏低的根源之一.因此,NH-1孔碳酸盐碳同位素特征是较高甲烷通量背景下甲烷缺氧氧化-硫酸盐还原及有机质缺氧氧化-硫酸盐还原等地球化学过程的综合反映.全岩碳酸盐δ13C含量可用于指示沉积物中自生碳酸盐矿物及较高甲烷通量的存在.     

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。     

藏南海相白垩纪碳酸盐碳稳定同位素演化与古海洋溶解氧事件

系统测量藏南白垩纪海相碳酸盐样品的碳稳定同位素,建立了该区白垩纪碳稳定同位素演化曲线.在与欧洲同期碳酸盐岩对比基础上,发现白垩纪三次正向偏移和两次负向偏移具有良好的全球相关性.Albian-Cenomanian界线、CenomanianTuronian界线和Turonian-Coniacian界线δ13C正向偏移与该时期的全球大洋缺氧事件相关;Turonian中期δ13C负向偏移则是全球缺氧事件造成大规模有机碳埋藏,从而引起温室效应减弱而Santonian早期负向偏移对应于富氧事件的发生.