沼泽沉积物中单体正构烷烃碳同位素研究

80年代末,国外研制出GC-C-IRMS碳同位素分析新技术,使碳同位素研究进入了分子水平,出现了生物标志化合物稳定碳同位素地球化学研究新领域.生物标志化合物碳同位素组成与生物先质及成岩演化的关系,是该研究领域的关键问题之一.国外已从生物体、现代沉积物和热模拟实验研究着手,对这一问题进行了一些研究.研究结果表明,沉积物中生物标志化合物碳同位素组成与生物先质碳同位素组成和成岩演化关系密切.例如,Rieley等研究了Ellesmere湖泊现代沉积物和湖周围C_3植物叶中单体正构烷烃碳同位素组成,发现两者具有成因联系.本文对我国甘南(甘肃省南部)现代沼泽沉积物泥炭和准噶尔盆地古代沼泽沉积物长焰煤样品中单体正构烷烃碳同位素进行了分析,研究了它们碳同位素组成与有机质输入源和成岩演化的关系.     

某些现代生物中正构烷烃碳同位素研究

选择了对油气生成具有意义的各种现代生物进行热压模拟实验,测定了不同生物体中正构烷烃碳同位素值,并研究了不同生物体中单个正梦烷烃的同位素分布特征,该实验结果为判别沉积有机质中正构烷烃的生物来源提供了重要线索。     

2002年华北沿海特大沙尘单体长链正构烷烃的碳同位素组成

利用气相色谱/质谱(GC/MS)和气相色谱/同位素比值质谱(GC/IRMS), 就2002年春季华北沿海青岛两次特大沙尘长链正构烷烃的单体碳同位素组成进行了分析和研究. 结果显示典型植物蜡源正构烷烃(C29和C31)单体碳同位素组成比典型人为源汽车尾气部分(C₂₁~C₂₃)明显偏轻. C₂₉非沙尘期碳同位素组成为－30.3‰ ~－31.9‰, 平均为－30.5‰; 特大沙尘期为－31.1‰ ~－31.5‰, 平均为－31.3‰. C₃₁非沙尘期碳同位素组成为－31.1‰ ~－33.0‰, 平均为－31.4‰; 特大沙尘期为－31.3‰ ~－32.6‰, 平均为－31.7‰. 研究区特大沙尘中的植物蜡主要来源于草本植物由长程输送而来, 本地源植物蜡主要来源于落叶植物和木本植物. 华北沿海特大沙尘期的植物蜡83.3%为C₃植物的贡献, 非沙尘期C₃植物对植物蜡的贡献可占80.0%, 表明现代气候环境下, 东亚沙尘向中国近海及西北太平洋输送的植物蜡主要源于C₃植物. 长链正构烷烃的分子和分子-同位素组成可作为东亚沙尘及西北太平洋沉积物中陆源有机质物源识别的有效指标.     

中国东部表土总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素对比研究及其意义

中国东部较高空间分辨率表土总有机质(TOC)碳同位素, 以及从中抽提的来自陆生高等植物的具有明显奇偶优势的长链正构烷烃碳同位素, 具有一致的空间变化趋势和显著的正相关关系. 两者都在北纬31°~40°之间较为偏正, 而在该区域以北和以南都较为偏负, 这一结果与中国东部表土植硅体碳同位素研究结果是一致的, 共同指示了中国东部地区北纬31°~40°之间区域的水热组合条件较适合C₄植物的生长. 来自华北同一研究地点相同植被类型(草地)下的12个表土, 其总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素变化幅度都很小, 两者之间的差异也很稳定. 这些研究结果说明, 在中国东部地区, 表土TOC碳同位素和长链正构烷烃碳同位素可以同等有效的作为上覆植被中C₃/C₄植物比例的指示器. 同时, 中国东部表土两类碳同位素的对比表明, -22‰和-32‰可以作为纯C₄和纯C₃植被下表土长链正构烷烃碳同位素组成的端元值(C27, C29, C31加权平均值)而应用于估计历史时期C4植物的相对生物量贡献.     

南沙海洋沉积单体长链正构烷烃成因的碳同位素证据

对南沙海洋现代沉积物中单体长链正构烷烃同位素进行了测定,研究了单体正构烷烃碳同位素组成特征及其成因问题,结果表明,它们的碳同位素组成较轻,具有混源成因的特征,经研究认为低纬度高等植物和微生物是它们的主要端元生物源,根据单体正构烷烃丰度和碳同位素组成,采用混合模型定量计算了两种端元生物源对单体构烷烃的贡献,所获得资料指示了两种生物源在不同样品中的贡献是不同的,趋势是随着埋深,微生物生物源贡献增大。     

食物控制的陆生蜗牛碳同位素组成

陆生蜗牛壳体化石碳酸盐(文石, CaCO₃)稳定碳同位素组成已被用于解释过去古植被C₃/C₄光合作用类型的变化, 但是蜗牛壳体碳同位素组成是否取决于其食物碳同位素组成一直是争议的问题. 对黄土高原等地现生蜗牛软体躯干有机碳和壳体文石无机碳同位素组成测量表明, 壳体文石无机碳同位素δ¹³C_a分布范围为-13.1‰ ~ -4.3‰; 对应的软体躯干有机碳同位素δ¹³Corg分布范围为-26.8‰ ~ -18.0‰, 两者之间存在显著的相关关系(δ¹³C_a = 1.021 δ¹³C_org + 14.38; R = 0.965; N = 31), 壳体文石¹³C相对于躯干平均富集(14.2 ± 0.8)‰. 由于蜗牛软体和食物碳同位素组成一致, 这样结果表明黄土高原陆生蜗牛壳体碳同位素组成可以反映其食物的同位素特征和潜在生态背景. 进而认为: (1)蜗牛碳酸盐壳体中的碳主要来自于蜗牛代谢(呼吸)作用产生的CO₂; (2) 蜗牛休眠、壳体封闭时期壳内CO₂与体液HCO₃^-之间碳同位素处于平衡分馏状态; 蜗牛活动时期CO₂的释放, 壳体文石形成, 碳同位素动力分馏作用发生, 导致壳体文石¹³C富集程度显著高于同位素平衡分馏值.     

沼泽环境中有机质碳同位素组成特征

对不同环境中现代生物和现代沉积物的有机质碳同位素特征的研究国外做了许多工作,研究发现植物的δ~(13)C值变化范围为—4到—34‰,影响植物碳同位素组成变化的主要因素是植物的生长环境和植物的光合作用特征。不同沉积环境的有机质碳同位素组成有着明显的差别。如太平洋沉积物中富里酸和腐殖酸的δ~(13)C值分别为—20.4‰和—22.3‰。滨海沉积物中富里酸和腐殖酸的δ~(13)C值分别为—24.1‰和—25.1‰。而美国加里福尼亚州沼泽     

塔里木板块震旦系碳同位素组成及其意义

对取自库鲁克塔格震旦系的102个灰岩、泥岩、页岩和冰碛岩样品做了碳同位素分析．震旦系内4个组为冰期沉积，其δ^13C值差别较大(-14.7‰— 4．2‰)，δ^13C出现3次明显的负漂移，支持前人提出的该地区出现过3次冰期沉积的观点，只是具体时间上存在差别．下震旦统下部贝义西组δ^13C值总体为正值，可能代表与Rodinia超大陆裂解有关的大陆裂谷岩石记录．全部地层的δ^13C曲线有3次明显的变化，第1次是贝义西组从底部正值变为顶部-5‰左右；第2次从下震旦统上部阿勒通沟组的0‰—3‰左右变为特瑞爱肯组的—3．4‰——14．4‰。第3次是从上震旦统下部扎莫克提组的正值到汉格尔乔克组顶部冰成纹泥的负值。     

杭州市大气PM2.5中有机碳元素碳的同位素组成

为了探讨杭州市区大气细颗粒物(PM2.5)中有机碳(OC)和元素碳(EC)的来源, 以离线分步加热法氧化提取了PM2.5中的OC和EC, 用质谱仪测量了两者的碳同位素组成. 分析结果显示, 春、夏、秋、冬4个季节的δ¹³C_OC平均值分别是-52.8‰, -48.1‰, -50.0‰, -52.5‰, 总平均值为-50.9‰ (-85.0‰ ~ -35.6‰). δ¹³C_EC在相应季节的平均值分别是-26.4‰, -26.9‰, -26.7‰, -25.9‰, 总平均值为-26.5‰ (-30.5‰ ~ -23.8‰). 表明杭州市区大气PM2.5中OC和EC的碳同位素组成有很大的差别. d 13COC值普遍偏轻, 变化幅度大. 春、冬两季δ¹³C_OC值最轻, 秋季次之, 夏季相对最重. δ¹³C_EC值普遍偏重, 变化幅度小, 4个季节的平均值基本一致.     

我国煤层甲烷异常重碳同位素组成的发现及成因研究

天然气的稳定碳同位素δ~(13)C_(1-n)对于研究气体类型、演化规律、气/气和气源对比有着极为重要的意义。人们业已发现煤层气与油田气在碳同位素组成上存在着较大差异,这表现在煤层气很“干”以及δ~(13)C_1偏负(—40——80‰)两大特征上。近两年我们在重庆南桐煤田龙潭煤系的煤层气体中测得异常重的δ~(13)C_1值,其原因和意义为天然气地质学界所关注。     

好氧生物降解中烷烃单体稳定同位素分馏及其环境意义

通过气相色谱(GC-FID)监测了在好氧条件下微生物(石油降解菌GIM2.5和白腐菌Phanerochaete chrysosporium-1767)对正十二烷、正十五烷、正十六烷、姥姣烷、正十八烷以及正二十四烷烃等石油及其制品的常见组分以及原油样品的降解. 用色谱-同位素质谱(GC-IRMS)分析了降解过程中烷烃及原油中正烷烃组分(C₁₃ ~ C₂₅)的单体稳定碳、氢同位素组成. 结果发现, 在好氧微生物作用下, 上述烷烃的稳定碳 (δ ³C)、氢同位素(δ D)都较为稳定, 其同位素值变化基本上介于仪器的精确度以内, 尤其是nC₁₆以上正烷烃. 烷烃化合物δ ¹³C和δ D的稳定性和特定性可用于追索表生环境中石油类污染物的来源, 特别是当污染物风化严重, 常规的化学指纹技术难以明确判识时, 稳定同位素指纹(δ ¹³C和δ D)有望成为有效的环境污染源指示剂.     

克拉玛依油田稠油中萜类化合物单体碳同位素组成

利用ＧＣ－ＩＲＭＳ技术并结合１３Ｘ分子筛络合的方法对克拉玛依油田不同生物降解程度原油中化合物进行单体碳同位素测定。研究结果表明利用１３Ｘ分子筛能选择性地富集萜类化合物,使其满足ＩＲＭＳ的测定要求;另外,根据藿烷类单体碳同位素组成富＾１３Ｃ（－３１．７３％￣３７．７９％）的特征推测其可能主要来源于非嗜甲烷菌,结合其他地球化学方面的语气进一步表明克拉玛依油田的沉积环境为强还原的、快速堆积的封闭－半封闭     

沉积有机质芳核与侧链碳同位素组成分布特征

碳同位素组成是油气对比和有机质演化研究的重要手段.国内外先后提出了不同的天然气δ~(13)C_1与R_o的演化模式.认为在相同演化阶段Ⅲ型母质形成天然气比Ⅰ～Ⅱ型母质δ~(13)C_1偏重,即煤型气δ~(13)C_1重于油型气.但由于这些模式大多是局部或区域性的,很难完全代表有机质的完整演化序列.     

中元古代雾迷山组碳酸盐岩碳和氧同位素组成及海平面变化

北京十三陵地区雾迷山组白云岩的δ＾１３Ｃ数值范围从－１．５‰－１．５‰。（ＰＤＢ）,δ＾１８Ｏ数值范围一般为－４‰－－５‰（ＰＤＢ）。它们碳同位素组成具有旋回性变化的特征。     

中国西北地区大气CO_2浓度及其碳、氧同位素组成特征

由于不同来源的CO_2在同位素组成上存在差异,因此利用CO_2的δ~(13)C、δ~(18)O可以判别引起大气CO_2浓度变化的因素。作者从1989年1月至1990年2月以西北工业城市兰州为重点,并选择其它四种自然生态环境区,采集近地表(2—15m)空气样品259个,对CO_2浓度及其δ~(13)C、δ~(18)O进行了测定。本文报道有关结果,并首次尝试性提出δ~(18)O对CO_2气源的指示意义。     

白垩纪红层碳酸盐岩和恐龙蛋壳碳氧同位素组成及环境意义

白垩纪是地史中重要的变革时期之一。这一时期的古气候古环境是当今地学界关注的前沿课题。白垩纪的海相记录已被国际上正在开展的“全球沉积地质计划(GSGP)”列为研究重点。我国白垩纪时主要为陆相沉积,特别是中国南方广泛发育了陆相红层。这些红层形成于地圈与水圈、大气圈和生物圈的交界面上,比海相地层更有效地记录了地球表层环境的信息。     

沉积物的单体异构和环烷烃碳同位素研究

对抚顺油页岩中异构和环烷烃进行了分离, 研究了单体碳同位素组成特征, 探讨了其生物地球化学意义. 结果表明, 使用5Å分子筛长时间冷络合的方法, 使其饱和烃中异构和环烷烃与正构烷烃完全分离, 满足了GC-IRMS的分析要求. 异构和环烷烃单体碳同位素组成指示了它们主要来自养光合藻类、化学自养细菌(δ¹³C值为−33.4‰~−39.0‰)和甲烷自养细菌(δ¹³C值为−38.4‰~−46.3‰), 只有高碳数2-甲基-异构烷烃δ¹³C值反映了高等植物的成因. C₃₀ 4-甲基甾烷碳同位素组成最重(δ¹³C值为−22.4‰), 表明其先质甲藻所利用的碳源或生长条件有所不同. 藿烷异构体之间δ¹³C值的变化规律说明它们异构化过程中富集¹³C的先质优先被异构化. 对甲烷自养细菌成因藿烷的认识揭示了有机质的生物地球化学强烈改造作用和有机碳的循环过程.     

我国不同地质时期沉积有机质中稳定碳同位素组成特征及其意义

不少学者已经注意到原油和干酪根的δ~(13)C值随地质时代的变化.最近,我们对近2100个样品的分析数据进行了归纳统计(表1、图1),它们来自我国各主要油气盆地和地区,从前寒武纪到第三纪涉及整个显生宙,所以具有广泛的代表性.其中原油的时代归属,是根据前人的研究结果,按其源岩时代而确定的.     

中元古代雾迷山组碳酸盐岩碳和氧同位素组成及海平面变化

北京十三陵地区雾迷山组(1310～1207 Ma)白云岩的δ13C数值范围从-1.5‰～1.5‰ (PDB),δ18O数值范围一般为-4‰～-5‰ (PDB).它们碳同位素组成具有旋回性变化的特征.δ13C从地层层序的边界发生正偏移,至1.5‰(PDB),然后发生负偏移至-1.5‰(PDB).有时,在δ13C为负值的层段δ18O数值较高,约为-4.0‰(PDB).碳、氧同位素组成的这种特征可能与海平面变化相关.     

应用GC-IRMS技术测定气源岩热解产物中轻烃的碳同位素组成

采用玻璃管真空热解方法,并结合色谱／同位素比值质谱(GC-IRMS) 技术对气源岩热解产物中轻烃碳同位素进行测定．热解产物中大量CO₂的存在对CH4碳同位素组成的测定具有明显干扰,初始温度设为－40℃能够有效排除CO₂对δ¹³C_CH4测定的影响;另外,加大进样量（二次进样）或通过NaOH溶液吸收CO₂有助于C₂₊轻烃组分δ¹³C的测定．通过采取上述措施可以获得热解产物中 C₁~C₇轻烃的碳同位素组成,对气／源对比以及天然气成因的研究具有重要的意义．