沉积岩汞同位素的古环境指示意义

环境与生命的协同演化是地球科学的核心问题之一,而古环境的精确重建对于认识生命演化规律、机制以及预测地球宜居性的未来发展方向具有至关重要的意义.近年来,沉积岩中的汞及其同位素组成在重建地球古环境演化方面展现出巨大的潜力,获得了广泛的关注和应用,已发展成一个新的研究方向.其主要原因是汞及其同位素组成在记录古代火山活动和海洋氧化还原状态方面具有不可替代的优势,能为研究上述过程与重大环境和生命演化事件的关系提供新的证据.本文系统分析了古代沉积岩的汞同位素数据及其意义,总结了大型火山活动和海洋氧化还原状态改变引起汞同位素变化的特征与机制,深入探讨了火山类型及释放汞的方式、大气和海洋汞循环过程、沉积环境、岩性、成岩作用、汞赋存形态等因素对沉积岩汞同位素组成的影响,并对该领域当前存在的问题和发展前景作出了评述和展望.总体而言,这一研究领域仍处于起步阶段,对古环境演化事件中汞同位素组成的变化规律和分馏机理还缺乏系统和定量的认识,亟须深入研究.未来需要揭示古环境汞循环过程中的同位素分馏机理,进一步明确汞同位素指示古环境演化的原理和影响因素,拓展其在环境和生命协同演化领域的应用.     

黄土高原现代植被花粉稳定同位素基本特征

中国黄土地层的稳定同位素特征与黄土高原气候环境特征的关系前人已做过一些工作,并取得了一些很好的成果.耿安松等指出黄土地层中碳酸盐的δ~(13)值越低显示生物活动越强气候越温湿,反之气候越冷干生物活动越弱则碳酸盐的δ~(13)C值越高,可以用做古气候代用指标.魏明建等做出了较详细的碳酸盐碳、氧同位素序列,其中δ~(13)C序列可与深海沉积同位素气候曲线对比,与磁化率、全氧化铁气候曲线的波动一致,表明是一种较好的气候指标.同时指出:由于其易迁移所以时间分辨率较低,且记录的气候变化超前于其他指标.谭桂声等研究了钙质结核碳、氧同位素组成,认为δ~(13)C主要指示古土壤发育时的环境降水量,δ~(18)O指示土壤发育时的环境温度,δ~(13)C-δ~(18)O直线指示控制古土壤形成环境的古夏季风风场.     

一种研究赤潮的新途径--珊瑚古环境重建法的探讨

本文提出了用珊瑚古环境重建的方法,提取有关珊瑚生长率、硼同位素、碳同位素、微量金属元素含量等信息,建立与赤潮发生年代、范围、强度和机制等的相关联系,从百年、千年尺度研究赤潮变率,结合现代的研究理论和结果,探讨赤潮发生的环境,为预防赤潮发生提供新的科学判据.     

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.     

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.     

古元古代冰期事件: 山西五台地区滹沱群的碳同位素证据

古元古代全球性冰期(~2.3 Ga)可能是地质历史时期发育最早的雪球事件. 华北地区广泛出露古元古代轻微变质沉积岩, 但缺乏古元古代冰期事件的沉积学证据. 研究了山西五台地区古元古代滹沱群(2.5~2.2 Ga)稳定碳同位素组成, 结果显示δ¹³C 值在垂向地层序列中的变化有明显的规律性: 豆村亚群大石岭组碳同位素高正值(δ¹³C_carb 值3.2‰~1.0‰); 东冶亚群纹山组-大关洞组中部碳同位素值的降低(δ¹³C_carb 值2.0‰~-1.2‰), 伴随着叠层石从繁盛到衰落的过程; 至大关洞组上部及其与槐荫村组界线附近碳同位素发生显著负漂移(δ¹³C_carb值1.4‰~-3.3‰), 该段地层叠层石不发育; 在其之上的北大兴组-天蓬垴组碳同位素比值逐渐恢复到零值附近(δ¹³C_carb 1.2‰~1.4‰), 叠层石迅速繁盛. 在东冶亚群建安村组-大关洞组中部出现的碳同位素负漂移可能是古元古代全球性冰期事件在我国华北地区的响应, 反映古元古代全球古气候发生了重要的变化.     

成壤钙结核孔隙和基质碳酸盐碳同位素对比及其对碳酸盐成因的指示意义

成壤碳酸盐碳同位素常被用于古环境研究, 而原生碳酸盐的干扰会使其碳同位素值发生改变. 为了建立判定成壤钙结核中是否存在原生碳酸盐的实验方法, 对黄土高原地区中新世黄土中23个成壤钙结核孔隙和基质部位进行了微形态鉴定和碳酸盐碳同位素测试. 结果表明, 同一个钙结核基质(B)与孔隙(A)碳酸盐碳同位素差值(δ¹³C_(B–A))范围为−0.16‰~0.44‰, 其中基质中含原生碳酸盐的钙结核的δ¹³C_(B-A)值范围为0.27‰~0.44‰, 大于测量误差(±0.2‰), 而不含原生碳酸盐的钙结核的δ¹³C_(B-A)值范围为−0.16‰~0.13‰, 在测量误差之内. 由此, 得到利用碳同位素手段判断黄土钙结核中是否含有原生碳酸盐的简便方法, 将δ¹³C_(B-A)的值在测量误差之内作为判断钙结核中不含原生碳酸盐的碳同位素标准.     

贵州开阳晚震旦世磷块岩的硫同位素组成及意义

Nathan和Nielsen和Benmore等人承认在碳氟磷灰石结构中的硫酸根(SO_4~(2-))作为类质同相取代磷酸根(PO_4~(3-)),并调查了自二叠纪以来的一些海相磷块岩中碳氟磷灰石内硫酸盐的硫同位素及磷块岩的成因、沉积和成岩环境.这里,我们将研究贵州开阳磷矿晚震旦世陡山沱期磷块岩的硫同位素及其意义.     

甲烷碳同位素分布数理模型的探讨

对天然气甲烷碳同位素及源岩成岩演化的研究表明,甲烷碳同位素值与源岩中沉积有机质的埋深存在统计学上的线性关系。本文以成岩反应动力学、同位素瑞利分馏理论为基础,探讨了甲烷碳同位素值演化的内在规律,建立起一个数理模型来描述甲烷碳同位素值的演化规律,并用辽河盆地的实际资料对该模型进行了标定,获得了良好的效果。     

树轮稳定碳同位素的研究现状及前景

本文系统地介绍了树轮碳同位素的分馏模型，综述了树轮碳同位素在大气参数、环境气候和水文上的研究进展。结果表明，树轮碳同位素反映了大气δ＾１３Ｃ和大气ＣＯ２浓度的变化，与温度、湿度、降水及河流径流量存在一定的相关关系；环境污染也可解释树轮碳同位素比率的变异。同时，对未来该领域的研究方向作了展望。     

河蚬壳体δ~(13)C:由水体溶解无机碳重建过去环境变化的代用指标

溶解无机碳(DIC)是陆地生态系统水体重要的组成物质.其含量、组成以及碳的来源决定于汇水区域环境条件和流域水体碳循环特征.如果能够反演水体DIC的地球化学特征,则可以为重建过去环境变化提供一条新途径.河蚬是陆地生态系统水体中广泛分布的底栖双壳类动物,其壳体由碳酸盐矿物构成,是软体在生长过程中依次分泌的结果,因而具有DIC代用指标的潜质.通过对中国西江流域河蚬壳体及其环境水体DIC的分析,发现了二者碳同位素组成之间显著的相关关系(P0.01,r=0.63),表明河蚬壳体碳同位素组成的变化记录环境水体DIC的相应变化,其时间分辨率很容易达到季节变化的水平.新陈代谢作用虽然使壳体的碳同位素组成平均低于水体DIC同位素组成1.4‰,但整体上并未改变壳体与水体DIC同位素组成变化的相关性.分水岭地区小溪流DIC同位素组成在时间上变化较大,因而对壳体样品选取的空间分辨率要求较高,不宜作为代用指标的首选.该结果为利用湖泊滨岸和/或河流阶地沉积物中河蚬化石的分析重建流域过去环境变化和碳循环提供了科学基础和技术途径.     

工业革命以来大气CO_2浓度不断增加的树轮稳定碳同位素证据

树轮稳定碳同位素研究已被广泛用于探讨古气侯波动、大气圈过去CO_2水平,以及全球碳循环.我国对这一领域的研究几乎还是一个空白.本文对采自我国黄土高原上的两棵油松年轮进行了δ~(13)C分析,探讨了工业革命以来大气CO_2碳同位素组成的变化对树轮δ~(13)C的影响.     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于−22.6‰ ~ −27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.     

塔北轮南地区原油沥青质生烃动力学研究

利用限定体系下的黄金管热解技术，研究了轮南地区原油沥青质生烃过程中气态烃的分子组成和分子碳同位素的变化特征．结果表明，轮南地区原油沥青质具有较高的生成甲烷的潜力，生烃过程中气态烃成分和碳同位素的变化规律与干酪根初次裂解气以及原油二次裂解气有所差异。根据原油储层的古地温史对沥青质生成甲烷的动力学计算结果表明，沥青质生成的甲烷具有碳同位素较轻的特征，与已报道的轮南地区天然气甲烷偏重的碳同位素组成不符。轮南地区天然气可能主要来自烃源岩干酪根高温裂解的贡献．     

华北北部中元古界洪水庄组埋藏有机碳与古生产力的相关性

总有机碳(TOC)是直接表征古生产力状况的传统指标,但是,TOC并不仅仅受到初始有机质输入量的控制,还可能受到氧化-还原环境和陆源碎屑物输入状况的影响.本文采用元素地球化学指标评价了冀浅1井洪水庄组氧化-还原环境和古生产力状况,进而探讨了埋藏有机碳与古生产力的相关性.碳-硫关系,V/Cr和Mo含量表明,洪水庄组白云岩形成于氧化环境,大部分黑色页岩形成于静海环境.洪水庄组沉积物中P/Ti可类比于被认为是中等-高生产力的日本Ubara二叠-三叠系剖面的P/Ti,Ba/Al仅略低于被认为是高生产力的中加利福尼亚大陆边缘薄层沉积物的Ba/Al,表明洪水庄组沉积期古生产力状况为中等-高.洪水庄组沉积物埋藏有机碳含量与氧化还原环境指标(V/Cr和Mo含量)呈正相关,与反映古生产力的参数(P/Ti和Ba/Al)呈弱或无直接相关性,说明洪水庄组沉积期虽然总体生产力水平较高,但埋藏有机碳含量主要受控于氧化-还原环境,与古生产力之间无直接关系.     

介形类壳体δ~(18)O,δ~(13)C与Mg/Ca比值的灰色统计特征及环境意义

研究介形类壳体氧、碳稳定同位素组成和微量元素组成是探讨湖泊古环境的一个重要途径.目前的研究大都采用“系统白化(System whitenize)”的方法,这种方法目前尚有其局限性,首先,介形类壳体组成与环境因子的依赖关系仅建立在对个别属种测试的基础上,并且仍存在不同观点,这些经验公式的普遍意义尚需进一步证实;其次,大多数古湖盆不完全属于单一封闭体系,这种半开放型古湖盆更近似于一个“灰色系统(Grey system)”,由于内部机理不完全明确,用已有的知识进行简单的类比是困难的.本文尝试使用灰色统计的方法探讨介形     

云南马厂箐铜矿床氦同位素组成研究

众所周知,氦同位素对示踪地壳现代流体(如地下水、温泉、地热体系、海底热液、火山气体和天然气等)中有无幔源组分加入十分灵敏.但是,在示踪地壳古流体(如成矿流体)方面,则因长期以来难以评估氦在扩散丢失过程中所产生的同位素分馏,以及难以扣除原地放射性衰变对流体初始氦同位素组成的影响,而一直未发挥出应有的作用.只是80年代末至90年代初以来,随着对这些问题认识程度的加深,一些学者才先后以矿床中的矿物流体包裹体为测定对象,研究了部分成矿古流体的氦同位素组成,从而开拓了氦同位素在成矿古流体研究中的应用.这些工作主要包括对秘鲁Casapalca Ag-Pb-Zn-Cu矿床和Pasto Bueno W-贱金属矿床、韩国Dae Hwa W-Mo矿床以及一些洋中脊热水沉积黄铁矿等的研究.不过,至今国际上被研究过的矿床和矿种都极其有限.     

大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ13CSC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值与磁化率的变化基本同步,δ13CSC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO2的介入会导致δ13CSC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C4植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低δ13CSC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L2的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40～30 kaBP的青藏高原"高温大降水事件"的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.     

洞穴次生沉积物石笋的稳定同位素古气候的研究

用稳定同位素地球化学古温度的方法,对洞穴次生沉积物石笋进行碳、氧稳定同位素的测定,并对石笋进行铀系地质年龄和~(14)C地质年龄测定,可以获得第四纪以来的古气候演化规律。     

环境空气中非甲烷烃类化合物的碳同位素组成

报道了太原市和兰州市夏季环境空气中和燃煤烟气、机动车尾气、油类挥发和餐饮油烟气中部分NMHCs化合物的碳同位素组成特征,并利用同位素组成初步探讨了环境空气中NMHCs的来源.吸附管采样-热解析-色谱-同位素质谱联用仪测试结果表明:兰州市环境样品的δ13C值为-34.6‰～-26.6‰,太原市为-33.8‰～-18.1‰.几种污染源的碳同位素组成为:汽车尾气-31.8‰～-26.7‰、燃煤烟气-25.0‰～-23.1‰、油类挥发-32.5‰～-27.4‰和餐饮油烟气-31.6‰～-24.5‰.环境空气样品与油类挥发、汽车尾气和餐饮油烟排放产生的NMHCs化合物的碳同位素值较接近,说明油类挥发、汽车尾气和餐饮油烟可能为夏季环境空气中NMHCs的主要来源.