碳酸盐耦合同位素(△47)温度计及其在古高度重建中的应用

古高度重建为地质模型的建立提供了重要的制约条件,而古地温的恢复在古高度重建中至关重要.基于均质(或同相)同位素交换平衡的碳酸盐耦合同位素温度计(Δ_(47)温度计)相比于传统的古温度计具有两个显著的优点:(1)其测量的参数Δ_(47)仅仅与碳酸盐的形成温度相关而不受环境水中δ18O值影响;(2)Δ_(47)的精度能够达到0.010‰,换算到相应的碳酸盐形成温度可优于±2°C.随着碳酸盐耦合同位素温度计的实验方法的发展,实现了利用该温度计精确重建古高度.本文通过总结全球碳酸盐耦合同位素温度计应用于古高度重建中的实例,进一步解析该温度计在区域抬升历史的恢复以及构建动力学模型中的应用前景.     

南海东沙东北冷泉流体的来源和性质:来自烟囱状冷泉碳酸盐岩的证据

大陆边缘海底冷泉活动区往往赋存有大量的冷泉碳酸盐岩,冷泉碳酸盐岩的类型和地球化学特征记录了过去海底富甲烷冷泉流体活动的状况.相对于在海水-沉积物界面上生长的化学礁灰岩和碳酸盐结壳等冷泉碳酸盐岩类型,形成于海底以下流体通道周围的烟囱状冷泉碳酸盐岩能更忠实地反映过去海底冷泉流体的信息.本文对采集自南海东沙东北的高镁方解石质烟囱状冷泉碳酸盐岩进行了详细研究,在定量分析碳酸盐物相及其碳氧同位素组成的基础上,结合产出环境特征和年龄对其形成温度进行约束,利用高镁方解石-水体系氧同位素分馏方程计算沉淀流体的氧同位素组成,研究古富甲烷冷泉流体的来源与性质,并探讨其与海底天然气水合物藏之间潜在的成因联系.研究认为,南海东沙东北陆坡烟囱状冷泉碳酸盐岩的碳源自生物成因甲烷,它的形成与海底天然气水合物藏的破坏密切相关.古冷泉流体的δ18O值为（1.9‰±0.3‰）^{0.6‰±0.3‰}V-SMOW（Vienna standard mean ocean water）之间变化,平均1.4‰±0.3‰ V-SMOW.经估算,水合物分解释放出来的流体在冷泉流体中的贡献最高可达45.7%.分析认为,古海平面下降和陆缘海底峡谷的下切,以及海底滑坡等气候与环境变化因素是导致南海东北陆坡水合物藏曾经遭受破坏的主要原因.研究区广泛分布的烟囱状冷泉碳酸盐岩指示水合物分解释放的甲烷在渗漏出海底之前已经有相当一部分被硫酸盐-甲烷转换带附近的微生物捕获和消耗转化,最终以冷泉碳酸盐岩形式实现了永久封存.     

陕甘宁盆地上三叠统有机-生物成因次生淡水方解石的发现及地质意义

对陕北靖边地区ZJ23井上三叠统延长组长3段地层中,首次发现的次生方解石进行了碳、氧同位素测试,其结果显示具有异常低的碳、氧同位素特征,6个样品的δ~(13)C_(PDB)值为—30.08％～—32.47％,δ~(18)O_(PDB)值为—14.28‰～—15.47‰。次生方解石的碳同位素组成正好与盆地内上三叠统～下侏罗统湖相原油(源岩为T_3Y_长8～T_3Y_长6半深水湖相沉积的偏腐泥型生油岩)中正构烷烃分子系列的碳同位素组成相近,这一现象预示了两者之间的某种成因联系。对该井段岩芯的矿物岩石学特征、缝洞和方解石包裹体中原油、巨晶方解石的包裹体测试结果,进一步证实了形成次生方解石的CO_2是由油气的细菌降解作用所提供的。运用各项资料,并结合地质背景,建立了此类有机-生物成因次生淡水方解石的成因模式,并探讨这一发现的地质意义。     

甘肃西峰黄土-古土壤剖面的碳酸盐与有机碳的碳同位素差值(Δδ13C)的变化及其古环境意义

选取位于黄土高原中部的甘肃西峰剖面作为研究对象, 分析了该剖面末次间冰期以来土壤有机碳和全岩碳酸盐的碳同位素组成变化. 该剖面的土壤有机碳同位素组成(δ¹³C_SOM)变化范围为−23.8‰~−20.2‰, 间冰期偏高, 冰期偏低. 全岩碳酸盐的碳同位素组成(δ¹³C_TC)变化范围为−8.5‰~−3.6‰, 但总体显示出与δ¹³C_SOM值相反的变化趋势, 即δ¹³C_TC值在冰期偏高, 而在间冰期偏低. 土壤无机碳酸盐碳同位素与有机碳同位素的差值(Δδ¹³C)的变化范围为14.1‰~19.4‰, Δδ¹³C值的大小反映了源区原生碳酸盐物质在全岩碳酸盐中所占相对比例的多少. 据此, 计算了西峰剖面源区碳酸盐的贡献: 在黄土沉积阶段, Δδ¹³C值较大, 源区碳酸盐与次生碳酸盐的相对比例最高可达6:4; 而在古土壤(弱古土壤)阶段, Δδ¹³C值较小, 原生碳酸盐物质的相对比例低. 同时, 由于风尘颗粒包含了原生碳酸盐物质, 研究认为黄土沉积中的Δδ¹³C值变化指示了粉尘对黄土高原的贡献程度.     

贵州不同汞污染区表层土壤汞同位素组成变化

贵州是目前我国汞污染非常严重的地区.本研究报道了贵州省典型汞污染区(如汞矿区、锌冶炼区、燃煤电厂及自然背景区)表层土壤的汞同位素组成特征,并对比了自然界主要汞排放源(如热液矿床、煤及大气样品等)的汞同位素组成.研究发现,不同汞污染区表层土壤的汞同位素组成存在较明显的差异.其中,汞同位素质量分馏(δ202Hg)差异可达2.0‰,汞同位素非质量分馏(Δ199Hg)差异可达0.25‰,表明汞同位素"MDF-MIF"二维体系可以成为示踪环境中汞的有效手段.     

墨西哥湾北陆坡区冷泉碳酸盐岩脂肪酸及碳同位素特征

对墨西哥湾北部水深约540m的上陆坡GC185区(GC-F样品)和水深约2200m的下陆坡AC645区(AC-E样品)冷泉碳酸盐岩中的脂肪酸及其单体化合物的δ13C进行了分析.在AC-E和GC-F冷泉碳酸盐岩样品中检测到了30多种脂肪酸化合物,均以主峰碳为C16的低碳数(C20)脂肪酸为主,具偶碳优势,主要包括正构脂肪酸、异构(i-)/反异构(ai-)脂肪酸以及带支链的(iso/anteiso)奇碳数脂肪酸.其中n-C12:0,n-C13:0,i-C14:0和n-C14:0具有明显偏低的δ13C值(-39.99‰~-32.36‰),可能来源于冷泉生物.n-C18:2和C18:1△9具有相同的碳同位素值,可能来源于冷泉渗漏区贝氏硫细菌属/辫硫菌属.支链奇碳数脂肪酸(iso/anteiso-C13~C17)具有特别负的δ13C值(-63.95‰~-44.17‰),明显不同于其他类别脂肪酸的碳同位素值,推断这类化合物是海底渗漏区甲烷厌氧氧化过程中的硫酸盐还原细菌生命活动的产物.     

黄土高原中部S1古土壤次生碳酸盐稳定同位素组成与成因初探

我国黄土高原的黄土-古土壤序列是干旱-半干旱气候条件下的产物,富含碳酸盐物质.这些碳酸盐矿物一部分是由风力从源区带来的(原生碳酸盐),另一部分则是在风化成壤阶段形成的(次生碳酸盐).近年来利用黄土-古土壤中碳酸盐同位素组成追索我国黄土高原末次间冰期以来的古气候变迁,已经引起了一些研究者的注意.然而,由于已有的研究采用全岩样品,所得的分析结果可能包含了不同比例的原生碳酸盐的混合,使分析结果的解释复杂化.因此很需要对较纯的次生碳酸盐同位素组成作细致分析以求更加可信的数据.黄土高原中部的S_1古土壤是末次间冰期的产物.其中发育有清晰可辨的次生碳酸盐胶膜和菌丝体,是研究黄土高原中部末次间冰期古气候和古生态的极好样品.为此,我们选择洛川、西峰和段家坡3个采样点从中挑选出较纯的次生碳酸盐胶膜作对比研究.其目的是:(1)测定黄土剖面古土壤中纯次生碳酸盐的稳定同位素组成;(2)对土壤碳酸盐C,O同位素组成与古季风的关系作一初步探讨.     

储层介质环境对深埋油藏原油热裂解影响的初步实验研究

温度和压力对于原油热裂解的影响已有大量研究, 然而, 油藏所处介质环境对于原油热裂解的影响研究长期以来并未得到足够重视. 本文主要以原油中-高分子量正构烷烃(nC₁₀₊)为研究对象, 重点考察实验过程中轻烃(nC_8–)的生成行为, 通过轻烃这个窗口, 以热压模拟实验为手段, 探视碳酸盐储层和碎屑岩储层环境碳酸盐矿物、黏土矿物、石英的含水体系对于原油热裂解的影响. 研究结果表明, 不同储层介质环境设定实验温度点热裂解后不同实验系统内nC₁₀₊残余量表现为: 原油+伊利石+水>原油+蒙脱石+水>原油+水>原油+石英+水>原油+方解石+水. 若以原油+水系统为基准, 则伊利石和蒙脱石含水系统对原油热裂解有抑制作用, 而石英、尤其方解石含水系统对原油热裂解具有促进作用. nC₁₀₊稳定碳同位素组成表现为: 从原油+伊利石+水、原油+方解石+水、原油+蒙脱石+水、原油+石英+水到原油+水逐渐亏损¹³C. 不同储层介质环境作用的差异性是导致nC₁₀₊含量与对应稳定碳同位素值之间无显著协变关系的重要原因. 不同实验系统内nC_8–生成量等也存在较为显著的差异显示储层介质环境对轻烃生成及其裂解生气和nC₁₀₊烃类C—C键断裂及异构化、环烷-芳构化反应均具有重要影响. 本项研究对于原油热裂解化学动力学模型准确建立具有一定启示意义.     

冰芯记录所揭示的青藏高原升温

许多研究证实,青藏高原不仅在全球变化中具有重要作用,而且也对全球变化十分敏感,本文将以最新的冰芯资料阐述青藏高原的升温和青藏高原对全球升温的敏感性.冰芯样品中温度的最好指标是稳定氧同位素(简写δ~(18)O)和稳定氢同位素(简定δD).本文的讨论以稳定氧同位素为基础.以稳定氧同位素作为冰芯样品中反映温度的指标时,一个首先需要回答的问题是冰芯样品中的稳定氧同位素是否反映了温度的变化.为了回答这个问题,从1989     

大气硝酸盐中氧同位素异常研究进展

硝酸盐是大气中的主要污染物,其前体物NO_x(NO+NO_2)参与大气中多种光化学反应,可以改变大气氧化特性,有利于细颗粒物的形成,影响气候系统与人类健康.硝酸盐氧同位素异常(Δ~(17)NO_3~-)是解析大气硝酸盐生成途径的有力手段.本文对大气硝酸盐氧同位素异常的研究进展进行了综述.首先列举了测试大气硝酸盐三氧同位素(~(16)O, ~(17)O和~(18)O)的前处理方法(热解法、细菌法和化学法),并对比了全球范围内大气硝酸盐氧同位素异常的时空分布特征.其次总结了大气中硝酸盐生成的主要途径及其氧同位素质量守恒,讨论了大气硝酸盐中氧原子的可能来源及其氧同位素异常值,评估了全球及典型区域尺度上氧同位素异常的模型.最后对大气硝酸盐氧同位素异常的未来研究方向进行了展望.     

75ka以来黄土高原蜗牛生长季节长度的变化

第四纪冰期-间冰期气候变化在年际尺度上是通过季节变化或季节长度的调整来实现的,如何揭示冰期-间冰期期间季节长度的变化,是深入探索气候变化过程和机制的新课题.蜗牛生长季节的壳体同位素具有记录季节性气候特征的潜力.通过对黄土高原不同气候区18个地点现生蜗牛组合中喜冷干种Pupillaaeoli(杂色虹蛹螺)和喜暖湿种Punctumorphana(显口多点螺)蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素分析,揭示出P.aeoli蜗牛壳体δ13C值相对于P.orphana壳体偏负1.3±1.0‰,δ18O值偏正3.3±1.1‰;而且从黄土高原东部山西娘子关到西部青海官亭,随着生长季节长度(日均温≥10℃)由202±6d缩短为162±7d,冷、暖2种蜗牛壳体的δ13C差值和δ18O差值都逐渐减小,其中δ13C差值从东部的2.8‰减小到西部的0.2±1.1‰,δ18O差值从4.7‰减小到2.9±1.3‰.且2种蜗牛壳体δ13C差值每相差1‰,蜗牛生长季节相差约15d左右;δ18O差值每相差1‰,蜗牛生长季节相差约19d左右.进一步对西峰剖面75ka以来蜗牛壳体同位素分析显示,全新世中期(8～3ka),蜗牛壳体δ13C和δ18O的差值最大,分别为2.6±0.7‰和2.1±1.4‰;间冰段MIS3次之,为2.5±0.4‰和1.6±0.8‰;末次盛冰期最小,为0.2‰和0.4‰.推测全新世中期蜗牛生长季节长度约为200±10d,间冰段MIS3为190±6d左右,冰期时蜗牛生长季节长度约160±3d左右.     

塔里木盆地地质热事件研究

塔里木盆地是我国最大的沉积盆地,也是我国石油工业的重要战略接替地区,因此塔里木盆地油气形成与演化研究具有十分重要的意义.塔里木盆地发育了多期地质热事件,这些盆地地质热事件直接影响了盆地油气形成和演化.作者采用~(40)Ar-~(39)Ar快中子活化技术对盆地火山岩进行~(40)Ar/~(39)Ar坪谱年龄研究,获得了塔里木盆地火山岩的~(40)Ar/~(39)Ar年龄,查明了本区构造热事件的地质年代,并通过Ar在热事件中的逸散程度恢复样品遭受热历史过程,在此基础上探讨了盆地的构造演化及与油气生成、演化的关系.1 盆地火山岩~(40)Ar/~(39)Ar年龄谱特征~(40)Ar/~(39)Ar坪年龄谱不仅能够很好地反映岩石形成的年龄,而且能很好地记录岩石形成以后所经历的各种地质热事件.因此,塔里木盆地火山岩的~(40)Ar/~(39)Ar坪年龄谱的研究能很好地确定盆地地质热事件的历史.     

蜗牛Achatina fulica壳体δ~(18)O环境指示意义的实验

陆生蜗牛化石氧同位素组成能够记录古降水和古温度信息,但古环境因子影响蜗牛壳体氧同位素组成的机理仍不明确,因此越来越多的研究侧重于对现代蜗牛壳体的环境效应进行探讨,而野外采样研究很难分离出单独环境因素的贡献,研究基于控制变量法的原理设计了两套实验方案,以Achatina fulica蜗牛为实验对象进行实验室培养,结果表明:(1)在相同的温湿度下,不同来源的环境水所饲养的结果均有一定的差异,并且得到分馏值与环境水δ18O值的相关性方程分别为:y=-0.4571x+1.4749,R2=0.9794(生菜叶组),y=-0.2179x+4.1566,R2=0.6821(玉米粉组);(2)在环境水来源单一、温度区间较小的情况下,温度与壳体氧同位素关系的经验方程为103lnα(Aragonite-H.2439×106T-2+48.033(R2=0.5666),这与无机碳酸盐分2O)=-1馏的相关实验结果趋势相反.实验结果表明,温度恒定的条件下,环境水是影响蜗牛壳体氧同位素组成的主导因素;在温度区间较小的条件下,温度对壳体氧同位素分馏的影响并不明显;研究结果还说明外加碳酸盐对壳体文石氧同位素组成几乎没有影响,但食物中所含的水分对蜗牛壳体δ18O值产生了不可忽视的影响.     

北冰洋马克洛夫海盆现代浮游有孔虫深度分布及其生态与氧碳同位素特征

北极地区对气候变化极为敏感,并通过海冰覆盖程度体现非常明显的放大效应.过去几十年的观察证明,北冰洋海冰正在加速后退和变薄,对全球气候的反馈和影响已成为当前气候变化研究的重大课题.浮游有孔虫钙质壳作为远洋沉积物的主要组成成分,也是古海洋重建的重要工具,但北冰洋海区因材料所限研究程度很低.本次工作通过对中国第4次北极考察在北冰洋马克洛夫海盆(Makarov Basin)浮游拖网取得的现代有孔虫样品的分析,解释现代浮游有孔虫组合及其稳定同位素组成所传达的生态信息,并建立主要属种分布与环境之间的相关关系.获得如下认识:(1)马克洛夫海盆150μm的浮游有孔虫组合以极地种Neogloboquadrina pachyderma(sinistral coiling)占绝对优势;(2)浮游有孔虫主要生活在水深50~100 m的上部盐跃层中,其次是100~200 m水层;(3)盐跃层中温度的变化会影响到浮游有孔虫的绝对丰度和在水柱中的分布,盐跃层更暖的环境更有利于浮游有孔虫的发育;(4)在100~200 m水深间隔,N.pachyderma(sin.)壳体较轻的?18O值(2.11‰)应与海冰冻结时析出的轻同位素卤水有关,而水深50~100 m处较重的?18O值(1.68‰~2.68‰,平均2.27‰)可能是受表层海冰融化形成的含较重氧同位素的低盐水影响.     

海河流域大气降水中稳定同位素的时空变化

利用海河流域2012年7月~2013年1月7个观测站点大气降水中的δD和δ18O数据,研究了流域降水稳定同位素的时空变化特征.结果表明流域降水稳定同位素季节变化具有明显的空间差异,南部站点降水稳定同位素值季风期(7~9月)相对贫化,非季风期相对富集;而流域北部站点则相反.这种季节上的空间差异主要反映了不同水汽来源和气候要素的控制,季风期间,受海洋水汽(d8.4‰)影响,流域降水中稳定同位素值普遍较低,而非季风期间由于大陆水汽(d14.1‰)影响,其降水中同位素以高值为特征;在日和月时间尺度上,降水中稳定同位素变化在流域南部地区(除惠民站外)表现出显著的降水量效应,而在北部地区则表现为显著的温度效应.流域降水易受到云底二次蒸发的影响,特别是在季风期间,受其影响,流域大气水线的斜率和截距显著降低.     

柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化特性

建立了描述柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化的H2SO4-H2O二元均相成核和气溶胶动力学耦合模型.利用该模型模拟计算H2SO4-H2O二元均相成核作用下分子团簇的生成率和团簇粒径等参数,以及分子团簇向挥发性纳米颗粒转化过程的气溶胶动力学作用;并考察了燃料硫含量和实验室内稀释采样条件变化对柴油机排气中挥发性纳米颗粒数浓度粒径分布的影响.研究表明:H2SO4-H2O二元均相成核作用产生大量分子团簇,燃料硫、温度、湿度对分子团簇的生成率和团簇粒径产生显著影响.凝并作用使成核作用产生的分子团簇由单分散系向多分散系转化,形成挥发性纳米颗粒;凝结作用进一步促进颗粒向大粒子方向迁移,排气中碳烟粒子会抑制挥发性纳米颗粒的形成;燃料硫含量和稀释参数(初级通道内混合气稀释比、温/湿度和停留时间)等均显著影响挥发性纳米颗粒的数浓度粒径分布.     

大别山-苏北榴辉岩带氧同位素特征及其地质意义

从80年代中后期开始,涉及同位素的资料多限于对榴辉岩形成年代的测定,谢窦克仅报道了安徽境内岳西地区榴辉岩中矿物的氧同位素组成,而研究整个榴辉岩带同位素地球化学特征的报道至今都还没有出现过.本文将根据13个样品的氧同位素分析数据简要报道大别山-苏北榴辉岩带的氧同位素组成和温度特征,并初步讨论全岩δ~(18)O值变化的原因及其在大地构造学上的某些意义.     

钙钛矿的氧同位素分馏

钙钛矿(CaTiO_3)是金伯利岩中的特征副矿物,偶尔可以成为主要组成矿物.它也常以副矿物形式存在于许多碱性岩和某些变质岩中.具有钙钛矿结构的硅酸盐是下地幔的重要组成矿物.因此,理解钙钛矿的氧同位素分馏性质不仅对于含这种矿物的地壳地幔岩石的地质测温和热历史探索,而且对于地幔的化学结构研究具有重要意义.然而,至今尚未有人对钙钛矿的氧同位素分馏进行深入系统的研究.仅加拿大的Gautason等对方解石-钙钛矿之间的氧同位素分馏做了初步实验测定.本文根据作者建立的增量方法,从理论上计算了钙钛矿的氧同位素分馏.     

青藏高原东北缘白银矿田表生黄钾铁矾~(40)Ar/~(39)Ar年代学和氢-氧同位素地球化学的初步研究及其古气候意义

黄钾铁矾是干旱-半干旱地区硫化物矿床风化壳中常见的表生矿物.对表生黄钾铁矾进行精确的40Ar/39Ar定年和H-O同位素组成分析,不仅可以直接限定大陆化学风化和硫化物矿床次生富集的时间和历史,而且可为区域古气候演变和构造隆升等重大地质事件提供关键信息.本文对青藏高原东北缘祁连山地区白银矿田折腰山块状硫化物矿床风化壳中表生黄钾铁矾进行了40Ar/39Ar年代学和H-O同位素地球化学的初步研究,为祁连山地区新生代古气候条件的分析提供新的资料和思路方法.折腰山矿床的表生黄钾铁矾主要有两种产状:一种是赋存于风化壳顶部坡积物中的块状黄钾铁矾,另一种是风化壳中切割容矿岩石的脉状黄钾铁矾.块状黄钾铁矾具有板状晶形,K2O含量为8.21wt%~8.31wt%,两个样品的40Ar/39Ar年龄分别为41.2±0.4和37.1±0.3 Ma,对应的δD值分别为-156‰和-133‰,δ18OSO4值为2.5‰和2.6‰.脉状黄钾铁矾具有六方双锥状晶形,K2O含量为2.44wt%~2.72wt%,两个样品的40Ar/39Ar年龄分别为3.3±0.1和3.2±0.1 Ma,对应的δD值为-160‰和-158‰,δ18OSO4值是2.5‰和2.8‰.黄钾铁矾的40Ar/39Ar年龄和H-O同位素组成特征表明,白银矿田折腰山矿床至少在始新世中期就已隆升到地表并接受了长期的化学风化和矿床的次生富集,其中晚始新世和晚上新世的2次风化事件记录了白银地区干旱-半干旱气候条件下2次相对湿润的气候,且晚上新世比晚始新世的温度低.对祁连山地区硫化物矿床风化壳年代学和稳定同位素地球化学的进一步系统研究有可能为祁连山和青藏高原东北缘新生代以来的构造隆升、气候变化和矿床次生富集等重要地质事件提供制约.     

传感器电解质CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-a)的导电性能

采用固相反应法在1673 K合成了CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)(x=0,0.005,0.01,0.02)陶瓷粉体,在空气中1873K下对材料进行二次烧结10 h.X射线衍射物相分析结果确定合成后的样品中有CaZrO_3基固溶体和微量的MgO存在.为了明确CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)的电化学性能,采用交流阻抗法在1073~1473 K,富氧气氛(Ar/O_2/D_2O)/(Ar/O_2/H_2O)和富氢气氛(Ar/H_2/H_2O)/(Ar/D_2/D_2O)下测量了固体电解质的电导率及其同位素效应与气氛依赖性.通过检测电导率的H/D同位素效应,确定了固体电解质的质子导电优势区域.结果显示在富氢气氛下,测定的1073~1473 K温度范围内有明显的H/D同位素效应,表明质子是主要的载流子.在富氧气氛下,1073~1273 K温度范围内,质子也是主要的载流子.该材料有可能作为氢传感器的固体电解质.