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。     

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。     

内陆湖泊贝壳碳酸盐碳氧同位素组成与古气候研究

通过对江川湖盆沉积物中螺壳化石样品的处理和分析,测定了贝壳碳酸盐的δ~(13)C值和δ~(18)O值。结合孢粉资料,研究贝壳碳酸盐碳氧同位素分布及变化,对江川湖盆的古气候及盆地演化提供有用的信息。     

安固里淖自生碳酸盐碳氧同位素组成与环境

湖泊自生碳酸盐碳氧同位素变化是反映内陆湖泊水环境与气候环境的重要指标．通过在河北坝上安固里淖钻取沉积样柱,分样进行自生碳酸盐矿物类型分析和碳氧同位素分析,结合剖面的纹层年代以及粒度分析和易溶盐分析,对湖泊地区的全新世古环境进行了探讨：8507—7909 a B．P．,湖区气温较高,蒸发量大,夏季风先减弱随后增强．7909—7004 a B．P．,冬季风较强,气温低,蒸发量小,湖水盐度高;7004—5491 a B．P．,气温较高,降雨量大,湖水冰冻时间短,相当于大暖期鼎盛阶段;5491—4617 a B．P．,大气湿度低,气温低,冬季风较强,湖泊冰冻时间长,代表大暖期气候剧烈波动阶段;4617—574 a B．P．,冬季风较强,降水量少,河流补给少,湖泊冰冻时间较长;574 a B．P．至今,冬季风较弱,冰冻时间缩短,气候向暖湿发展．安固里淖自生碳酸盐碳氧同位素反映的环境变化与我国北方地区的全新世环境以及海平面的变化基本一致。     

稳定碳同位素在海洋生态学上的应用

同位素技术创立于上世纪二十年代初,到1956年,已发展到超微结构水平,能在电镜下观察标记在亚细胞上同位素定位状态,八十年代初已发展到分子水平,能直接分辨出单个标记的核苷酸。放射性同位素和稳定同位素的发现,极大地拓展了人类认识客观世界的视野,孕育了新兴边缘学科的出现,同位素海洋学即是其中之一。其研究对象包括海洋环境中的水固、生物圈以及大气圈中的天然、人工放射性和稳定同位素。研究它们在海洋环境中的行为及其发展变化规律。     

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。     

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.     

鄂尔多斯奥陶系白云岩岩相学及其碳、氧稳定同位素特征

应用岩石薄片鉴定、阴极发光及电子探针技术,研究白云岩岩相特征,应用全岩及矿物微区碳、氧稳定同位素测试及X衍射分析方法,研究白云岩地球化学及成岩环境特征。研究后可知,奥陶系白云岩主要有6类:1形成于准同生白云化作用的块状泥晶云岩,以高白云石含量、泥晶结构、低有序度和较高的δ~(18)O,δ~(13)C为特征;2形成于准同生及微生物白云化作用的生屑云岩和藻云岩,以高白云石含量、生物骨架结构、低有序度、较高δ~(18)O和较低δ~(13)C为特征;3形成于准同生白云化及淡水淋滤与溶蚀作用的角砾白云岩,以含灰质及溶孔、角砾结构、低有序度、较低δ~(13)C为特征;4形成于卤水回流渗透白云化作用的细—粉晶白云岩,以含残余灰质、细粉晶结构、高有序度、较高δ~(18)O和δ~(13)C为特征,经淡水淋滤之后发育晶间孔,同时δ~(13)C明显下降;5形成于海水交代白云化作用的残余结构中—细晶白云岩,以含灰质组分及晶间孔、残余颗粒结构、高有序度、高δ~(18)O和δ~(13)C为特征;6形成于埋藏封闭环境重结晶作用的镶嵌结构中—粗晶白云岩,以高白云石含量、镶嵌结构和似斑状构造、异形白云石及高有序度、保持原岩δ~(18)O和δ~(13)C为特征。孔、缝中的热液或淡水白云石均以高有序度、极低的δ~(13)C为特征,淡水白云石较热液白云石,具有较高的δ~(18)O,Fe2+及较低的Mn2+。研究结果表明,白云岩的δ~(18)O,δ~(13)C以及白云石有序度等地球化学参数是识别白云岩岩相、成岩条件和成岩环境的重要指标。     

洞穴次生碳酸盐沉积稳定碳同位素研究

对国内外有关洞穴石笋稳定碳同位素值（13C,其计算公式为：13C = （Rsamp/Rstd - 1）*1000,Rsamp和Rstd分别为样品和标准的碳同位素比值）的研究成果进行了梳理和归纳总结,介绍了影响石笋13C值变化的因素（如植被（包括植被类型和生物量效应）、土壤过程、大气CO2、岩溶地下水水文（包括地下水的水动力条件、水-岩相互作用和先期碳酸盐沉积等）,同时介绍了一些模型研究中对影响石笋13C值的某些具体气候环境因素（如滴水快慢或时间间隔、通风强度、地下水流动路径等）进行的定量评估. 综合迄今为止洞穴石笋13C值的研究成果,指出洞穴内滴水的CO2去气作用可能是影响石笋13C值变化的关键机制,建议在今后的研究中对此给予高度关注.     

鱼耳石的碳、氧稳定同位素成分研究

鱼耳石是沉淀在真骨鱼类内耳中的结石,矿物成分为碳酸盐类的文石.鱼耳石每日生长一条环带,且其形成过程中在文石矿物和鱼生活周围的水体之间达到(或接近于达到)氧同位素平衡,因而18O/16O的同位素分馏与温度密切相关.鱼耳石中的碳同位素分馏与鱼生活周围的水体不平衡,但可以记录鱼类的性成熟和食物源方面的变化.因此,鱼耳石的氧、碳稳定同位素成分(δ18O和δ13C)真实地记录了鱼类的生态环境和变化,可视为一种天然的环境变化的标记.伴随着微取样技术和同位素质谱仪分析灵敏度的提高,鱼耳石的同位素成分研究近年来在渔业和海洋环境重建方面得到了广泛的应用.     

稳定碳、氮同位素在生态系统研究中的应用

在简要介绍了稳定同位素测定方法之后，对稳定碳、氮同位素在生态系统领域中关于系统的碳源、能量流动、营养结构、污染物的生物放大作用及系统稳定性变化的应用研究作了较为系统的论述，并对稳定碳、氮同位素在赤潮研究、环境污染治理、生态动力学建模及有机分子化合物系列示踪技术等方面的应用提出展望。     

碳、氮同位素示踪法在农林业中的应用

对碳、氮同位素示踪法在相关的农林业研究中应用的基本原理、应用途径和方法及其研究进展进行了概括和总结。碳同位素主要应用于土壤碳循环、光合作用及其同化产物的传导和分布、植物水分利用效率、土地利用变化、农药残留代谢、降解和代谢等领域;氮同位素主要应用于农林N2O释放机理、固氮植物固氮量能力的分析以及氮素转化、氮肥利用率等方面的研究,为进一步在农林业及相关领域的应用提供参考。     

腕足化石壳体氧、碳同位素生命效应问题研究

利用产于四川龙门山地区中泥盆统吉维特阶的腕足化石,在保证测试分析精度相同的条件下,对原始生活环境相同、保存程度相同的化石进行了科、属、种3个级别上氧、碳同位素组成的对比,所研究的化石都没有显示出可检测的同位素生命效应.已有的腕足化石具有氧、碳同位素生命效应的认识很可能源于原始生活环境不尽相同和(或)保存程度不同的腕足化石的对比研究.因此腕足化石壳体是研究碳酸盐岩原始氧、碳同位素组成的较为理想的样品.     

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。     

恰什古伊地区碳氧同位素地层学分析

土库曼斯坦恰什古伊地区有效储集层为卡洛夫-牛津阶碳酸盐岩,该段GR 变化小,旋回分析困难,导致
有利储层预测难。利用该区Cha–21 井所取岩芯中采集的41 个样品测定的碳氧同位素,结合区域沉积演化分析资
料,探讨了卡洛夫-牛津阶储层段沉积时的海平面变化。结果表明,氧同位素的原始信息已被成岩作用破坏,而碳
同位素基本保持了原始特征,因此碳同位素可用于同位素地层研究和古环境分析;据此计算出盐度指数变化范围为
128.25～136.63,明显大于海水和淡水的分界标准,反映成岩流体具有较高盐度海源水性质;由δ13C 的变化所确定的研
究区的海平面变化曲线与卡洛夫-牛津阶全球海平面变化曲线吻合,印证了该区储层地质年代定为卡洛夫-牛津期
是准确的;依据海平面变化曲线,将卡洛夫-牛津阶主力储层段分为3 个沉积旋回5 个演化阶段。该成果填补了该区
碳氧同位素地层研究的空白,对深化盆地沉积演化规律的认识及预测储层有利区块具有重要意义。     

川东北宋家洞石笋氧碳同位素周期分析

对采自川东北宋家洞的石笋SJ3的氧碳同位素值进行了小波分析和REDFIT分析,得到以下结果:(1)氧同位素值在18.3～17.5 ka有显著的174 a的周期,碳同位素值在16.2～15.4ka、18.3～17.8ka有显著的174 a的周期;(2)氧碳同位素值的周期与太阳活动周期有关。这些表明石笋记录在短时间尺度上与太阳活动存在显著关联。     

埋藏古木树轮碳、氢、氧同位素研究与古气候重建

树轮作为自然档案的一种,其同位素研究对探讨全球气候和环境变化具有重要的意义.文章系统地介绍了树轮碳、氢、氧同位素的分馏原理, 研究方法以及纤维素的提取等.研究表明,树轮同位素作为环境变化的示踪剂,是古环境再造和了解现代环境气候变化的一个强有力工具.尤其是在过去全球变化(PAGES)研究中,埋藏古木纤维素中的碳、氢、氧同位素分析已成为环境演化研究的主要量化手段.另外,对于中国这样典型的季风气候国家,开展树轮稳定同位素随季节性变化的研究具有重要的意义. 我国在树轮研究方面起步较晚,研究方法和研究内容上也比较简单,还存在不小差距,既要进一步积累基础资料,又要做区域对比,加强与相关学科的交叉研究.     

碳氧比能谱测井及其应用

碳氧比能谱测井,又称快中子非弹性散射伽马能谱测井,能穿透套管、水泥环等介质而直接探测地层中的元素,不受地层水矿化度的影响,进而计算出储层中的含油饱和度,进行油田动态分析。该文主要介绍碳氧比能谱测井在L油田的应用情况。     

川中地区下寒武统沧浪铺组下段碳氧同位素特征及其地质意义

探讨川中地区早寒武世沧浪铺早期古海洋环境特征。对川中地区沧浪铺组钻井资料、镜下薄片以及65个碳酸盐岩样品的碳、氧同位素进行了测试分析。剔除无效数据后,结果表明,沧浪铺早期δ¹³C_V-PBD值为-3.4‰～-0.4‰,平均值为-1.4‰;δ¹⁸O_V-PBD值为-10.0‰～-5.9‰,平均值为-8.2‰。纵向上,碳同位素值整体呈负漂移,具有先升高后降低的趋势,且底部及中上部变化幅度较小,顶部波动范围大。古海洋环境分析结果显示川中地区沧浪铺组下段古海水平均盐度为33.6‰,古海水盐度在沧浪铺早期较低,晚期较高,与海平面波动明显有关,盐度指数和盐度低值可能由陆相淡水混入导致。古海水温度为11.6～29.6℃,平均为21.3℃。沧浪铺组下段沉积早期温度相对较高,晚期温度波动频繁,且有明显降低的趋势。     

碳同位素组成分析在油气运移研究中的应用

确定含油气区油气运移方向及油气源,是石油地质研究的重要内容,然而,在多产层、多源岩、构造复杂的含油气区,用常规研究方法很难对油气运移方向、油气来源进行正确判定。油气族组分碳同位素组成具有很强的母质继承性,应用这一性质,通过碳同位素组成对比,可以确定油气来源及油气运移方向。用该方法对摆宴井油田及黄骅坳陷孔古3井进行研究,都得到了可信的结论,说明碳同位素组成分析是确定油气运移方向、判别油气源的有效手段。