四川盆地海、陆相烃源岩有机质稳定碳同位素组成变化及其地球化学意义

采用质谱和色谱-同位素质谱技术,测定了500余个干酪根及饱和烃、芳烃组份、正构烷烃的δ13C值,以此揭示了四川盆地海、陆相烃源岩有机碳同位素组成随地质时代的变化特点及其在高成熟阶段的演化特征,并结合其他相关分析资料,应用碳同位素剖析了不同类型海、陆相烃源岩的有机质生源及沉积环境。研究结果表明,该盆地从震旦系灯影组到中三叠统雷口坡组的海相地层中,干酪根的碳同位素组成随层位变新呈逐渐变重的趋势,可能的原因之一是浮游植物的进化作用;而上三叠统须家河组至中侏罗统千佛崖组的陆相有机质碳同位素组成则有反向的年代变化,主要与生源构成和沉积环境性质有关。这些海、陆相烃源岩的有机源难以用干酪根δ13C值进行区分,而可用饱和烃与芳烃组份的δ13C及其CV值来区别。海洋和湖泊不同沉积相带烃源岩的干酪根具有明显不同的δ13C值,结合其他相关资料可识别其有机质来源。煤系地层中煤与泥岩在干酪根碳同位素组成上没有可区分性,而两者有不同的正构烷烃碳同位素分布曲线。从成熟晚期到高-过成熟阶段,海、陆相干酪根的碳同位素均变重1~2‰,煤系泥岩的正构烷烃碳同位素分布曲线由负向线型分布向平直型演变。这些碳同位素的变化特征为油气源对比和烃源识别提供了依据。     

37 ka以来日本海沉积物有机质碳和氮稳定同位素变化及其古海洋学意义

海洋沉积物有机质碳氮稳定同位素(δ¹³C、δ¹⁵N)广泛用于有机质来源示踪、古生产力和古海洋环境重建。日本海沉积物δ¹³C和δ¹⁵N值一个显著特征是在末次冰盛期(LGM)同步负偏,但是对这一现象产生的原因以及他们的演化过程的认识仍然存在明显不足。在本研究中,我们详细调查了37 ka以来日本海中部LV53-23-1岩心沉积物δ¹³C和δ¹⁵N演化历史。结果显示,沉积物δ¹³C和δ¹⁵N分别介于-26.3‰至-22.5‰和1.6‰至6.1‰,低值出现在LGM(26.5~17 ka)暗色层状泥发育时期,指示较强的陆源输入贡献。在Heinrich冰阶1时期(17~14.5 ka),δ¹³C和δ¹⁵N快速正偏,表明日本海海洋环境发生了明显的转换,对应于对马海峡淹没及对马暖流入侵。14.5 ka之后,沉积物δ¹⁵N值恢复到5‰,与开阔大洋海水硝酸盐的δ¹⁵N值近似。我们采用二端员混合模型粗略地估算了有机质来源的相对贡献。LGM时期陆源有机质贡献介于65%至80%,14.5 ka以后海源有机质贡献介于60%至80%。除了增加的陆源有机质贡献以外,LGM时期沉积物δ¹⁵N亏损还涉及如下过程:(1)较高的含Fe沙尘供给提高日本海表层海洋生物固氮效率;(2)缺氧环境盛行减弱成岩作用对沉积物δ¹⁵N影响。37 ka以来,日本海沉积物δ¹³C和δ¹⁵N变化与有机质来源、营养盐的供给、表层生产力和沉积物氧化还原条件相关,实际受海平面和全球气候制约。     

珠江口盆地珠江组碳酸盐岩碳同位素组成负偏的成因意义

在岩芯观察、铸体薄片以及阴极发光分析的基础上,测定了珠江口盆地珠江组碳酸盐岩的碳氧同位素组成,获取判别流体性质的地球化学信息,探究其成岩意义。研究结果表明:1珠江组碳酸盐岩全岩样品的δ~(13)C(PDB)值主体分布在0‰±2‰之间,与该时期底栖有孔虫的碳同位素值接近,反映了与早中新世同期海水碳源一致的特征;2珠江口盆地东沙隆起流花地区部分钻井中存在碳同位素明显偏负并且胶结物发育的样品,全岩δ~(13)C(PDB)值可低至-7.2‰,碳氧同位素之间以及碳同位素与岩石中胶结物的含量之间均显示出良好的正相关关系(相关系数在0.6以上),碳同位素偏负伴随着氧同位素变轻,表明碳同位素的偏负是由胶结物造成的;3成岩演化序列分析以及块状亮晶方解石单矿物的碳氧同位素分析进一步证实了是由晚期胶结物造成碳同位素的偏负,埋藏成岩过程中有机酸的作用可能是造成碳同位素偏负的主要原因。     

沉积有机质中稳定碳同位素逆转现象初探

本文研究了沉积有机质的可溶部分（抽提物）和不溶部分（干酪根）及抽提物的族组分（饱和烃、芳烃、非烃、沥青质）的碳同位素组成特征。通过其δ13C的分布为:干酪根>抽提物;沥青质 >非烃 >芳烃 >饱和烃。研究表明由于生源物质的不同,沉积环境的差异可构沉积有机质碳同位素组成异常。如非烃 >沥青质 >芳烃 >非烃、本文称为沉积有机质碳同位素局部逆转。当沉积有机质可溶部分>干酪根时,称之为总体逆转。湖沼相或河间湖相高等植物来源常为正常组或型;经细菌强烈改造生源以高等植物为主有低等生物为类脂组分加入常形成局部逆转的碳同位素组成。总体逆转则常现于有机质演化程度很高的海相沉积岩中。     

梁子湖沉积物有机质碳同位素特征及其古气候指示意义

分析了梁子湖8.35 kaB.P.以来沉积物中有机质δ(13C)的组成特征,并与代表印度洋季风的四川红原泥炭δ(13C)序列及代表东亚季风的长白山哈尼泥炭δ(13C)序列进行了对比,探讨了早全新世以来不同阶段的气候特点及古东亚季风与印度洋季风对该区的影响.研究表明,梁子湖在其形成演化过程中存在两种典型的湖泊沉积环境.5.98 kaB.P.以前δ(13C)值偏负,气候温暖湿润,有机质以湖泊内源水生生物为主,δ(13C)值与湖泊生产力有关.其早期东亚季风对该区的影响占较大优势.全新世大暖期中期(5.98～3.67 kaB.P.),气候持续暖湿,温度与降水达到顶峰,δ(13C)值也达到序列中的最小阶段,其δ(13C)值偏负与浮游生物生产力的增加有很大的关系.3.67～3.29 kaB.P.是气候突变期,δ(13C)值变幅达6‰.3.29 kaB.P.以后δ(13C)值逐渐偏正,气候逐渐变冷干,沉积环境发生较大变化,有机质以陆源C3植物碎屑为主,此时期东亚季风开始加强,印度洋季风持续减弱,但该区受印度洋季风影响更强烈.研究显示,东亚季风与印度洋季风强弱转换和时空迁移的影响对长江中游地区气候环境的演化具有重要作用.     

黄土有机质稳定碳同位素研究进展

有关黄土高原历史时期原生植被类型的研究不仅具有重要的理论意义,也具有现实的指导意义。土壤有机质稳定碳同位素（δ13Corg）是区域植被中C4/C3植物相对丰度的灵敏指示器,对黄土有机质稳定碳同位素的研究可以部分地重建过去的植被类型变化历史,并可探讨与此有关的气候、环境问题。已有的研究结果表明：黄土高原古土壤发育阶段δ13Corg偏正于黄土沉积阶段,表明随气候由冷干向暖湿转变黄土高原C4植物相对丰度上升,然而在C4植物相对丰度上升的主要驱动因素上仍存在夏季风和温度两种观点。相应的在空间上,C4植物的相对丰度无论冰期还是间冰期都是由黄土高原东南向西北递减。而基于黄土δ13Corg的研究认为黄土高原历史时期一直以草原为主,不存在大面积的森林。尽管已有的研究对黄土有机质稳定碳同位素分布和变化的一般性规律取得了共识,但在研究中还存在一些问题,在黄土δ13Corg变化机制上还存在争议,值得进一步研究。     

四川盆地晚奥陶世有机碳、氮同位素异常及其古环境意义

晚奥陶世全球海洋环境曾发生重要的改变,特别是赫南特冰期的气候变冷,造成了古海洋沉积物中多项地球化学指标出现异常现象,全球多地区出露的赫南特阶均记录了冰期时出现的碳、氮同位素异常,但对其产生机制的认识存在争议。四川盆地东南缘三泉剖面和双河剖面的奥陶系五峰组、观音桥段以及志留系龙马溪组的有机碳同位素、总氮同位素等地球化学指标测试结果显示,三泉剖面和双河剖面的赫南特阶观音桥段泥灰岩有机碳同位素和总氮同位素均出现正偏偏移,并可与其他地区奥陶系剖面进行对比。其中,三泉剖面δ¹³Corg值分布范围为-31.9‰～-27.9‰,自五峰组顶部开始偏重,在观音桥段达到峰值-27.9‰,偏移幅度约2‰;双河剖面δ¹³Corg平均值为-30.1‰,观音桥段最大值为-29.1‰,向正偏移幅度约为1‰左右。这些变化特征揭示,晚奥陶世有机质的埋藏作用可能改变了海洋溶解无机碳库的碳同位素组成,并且引起赫南特冰期碳同位素异常。三泉剖面和双河剖面δ¹⁵N平均值分别为1.4‰和1.1‰,冰期观音桥段δ¹⁵N值正偏幅度在0.5‰～1‰之...     

烷基萘分子稳定碳同位素组成演变的热模拟实验及其意义

萘及烷基萘是原油和沉积有机质的重要组成。目前对于烷基萘单体稳定碳同位素组成随有机质成熟作用加深的演变特征鲜见报道。本研究选取松辽盆地杜601井嫩一段低熟黑色泥岩进行热压模拟生烃实验,采用两步柱色谱层析技术分离烷基萘化合物使其达到稳定碳同位素的在线准确测定,从而厘定有机质不同成熟阶段烷基萘单体稳定碳同位素组成分布面貌。实验结果显示,不同模拟实验温度点排出的一甲基萘(MNs)和二甲基萘(DMNs)各异构体具有相对一致的稳定碳同位素值,分别介于–29.5‰~–29.3‰和–30.9‰~–30.5‰之间,这可能与生烃过程中干酪根的非均一性裂解有关;三甲基萘(TMNs)各异构体之间稳定碳同位素值差异较大,介于–36.8‰~–31.1‰之间,这可能与生源效应有关;其中,1,2,5-TMN稳定碳同位素组成偏轻,介于–36.8‰~–35.6‰之间,可能是细菌来源的藿类化合物降解及其芳构化的产物。实验结果表明,随着有机质热演化作用的加深,烷基萘单体稳定碳同位素组成变化介于0.8‰~1.4‰之间,基本在仪器测试误差范围之内,反映成熟作用所导致的烷基萘单体稳定碳同位素动力学分馏较小。因此,烷基萘单体稳定碳同位素组成可以成为油-源和油-油对比的潜在指标。     

华北北部前寒武纪有机质碳同位素组成特征及其地球化学意义

华北北部中、上元古界岩样干酪根碳同位素组成在-35‰～-26‰之间,前人研究表明,腐泥型干酪根相对富集^12C(δ^13C小于-28‰)。所以,研究区源岩干酪根类型为腐泥型和腐殖-腐泥型。经研究发现研究区泥质岩比碳酸盐岩更富集轻碳同位素,下马岭组有机碳同位素组成也比其它层位轻。长城系串岭沟组、团山子组到大红峪组干酪根碳同位素组成特征与地质历史表现出的随地史的发展变重的趋势相符。但到了高于庄组,碳同位素组成陡然变轻,然后从高于庄组到蓟县系雾迷山组,其干酪根碳同位素组成又变重。而从蓟县系雾迷山组到青白口系下马岭组干酪根碳同位素组成,随着地史的发展,有变轻的反常趋势。     

三峡水库建设对长江下游颗粒有机碳通量及碳同位素组成的影响

2008年4月至2009年4月,在南通长江干流每周采集一次表层悬浮物样品,共51个,分析了其粒度、颗粒有机碳(POC)、颗粒氮(PN)含量以及有机碳同位素(δ13Corg)组成,研究了下游干流颗粒有机碳组成的季节性变化特征.悬浮物的平均粒径在一年内变化不明显,而POC和PN含量呈现洪季缓慢减小,枯季增加的趋势;δ13C...     

乌裕尔河流域颗粒有机碳的来源：碳同位素证据

以2008、2009年所采集的乌裕尔河9个点位水体中的悬浮物为研究对象,对丰、枯水期颗粒有机碳（POC）含量、碳同位素组成（^13C、^14C）及表观年龄进行了系统测试与分析,以期探讨河流中颗粒有机碳来源与流域土壤侵蚀的关系。研究结果表明,该河流中颗粒有机碳（POC）主要来源于未受玉米残体及根系输入影响的深层土壤,且土...     

珠江三角洲陈村钻孔剖面沉积特征及有机碳同位素古环境意义

陈村剖面位于佛山市陈村镇。AMS14C及OSL测年结果显示,剖面自晚更新世中晚期以来开始沉积,结束于全新世晚期,由老至新经历了河流相—河口湾相—三角洲相沉积环境。根据有机碳同位素曲线变化特征,结合孢粉、有孔虫等鉴定结果及沉积环境综合分析,将剖面划分为4个演化阶段:1晚更新世,34.15~24.5ka BP,属河流相沉积环境,δ13Corg平均值为-28.13‰,对应MIS 3期冷—稍湿气候,期间小幅波动;2晚更新世—全新世早期,24.5~9ka BP,属河流相沉积环境,δ13Corg平均值为-29.8‰,对应MIS 2期干冷气候及全新世早期温—干气候,YD事件得以记录;3全新世早—中期,9~6.7ka BP,属于河口湾—三角洲相沉积环境,δ13Corg平均值为-27.97‰,变化幅度小,对应暖—湿气候;4全新世中—晚期,6.7~0.44ka BP,属于三角洲相沉积环境,δ13Corg平均值为-26.94‰,变化幅度大,冷暖变化显著,气候特征为热湿—偏凉—暖干。     

Quantification and characterization of condensed organic matter in sediments from the Pearl River Delta and Estuary, South China

Nonhydrolyzable carbon （NHC） and black carbon （BC） were measured upon treatments with the HCl/HF/trifluoroacetic acid method, and with the combustion method at 375 ℃, respectively in three contaminated soils from the urban area of Guangzhou and twenty-two bulk and size-fractionated sediments from the Pearl River Delta and Estuary, China. The isolated NHC and BC fractions were also characterized using elementary analysis, radiocarbon accelerated mass spectroscopy （AMS）, solid state ^13C cross-polarization and magic angle spinning unclear magnetic resonance spectroscopy （^13C-CP/MAS NMR）, Fourier transformed infrared spectroscopy （FTIR）, and Raman microspectrometry. The results showed that the NHC and BC accounted for 25.6%-84.7 % and 4.14%-17.3%, respectively, of the total organic carbon （OC） with averages of 51.9% and 11.2% in the soils and sediments. For the less contaminated, low OC fiver and estuary sediments （WR and C08）, the OC and NHC concentrations increased with decreasing particle size.     

潮白河中游沉积物氮磷和有机质分布特征及评价

潮白河是京津冀地区的重要河流。本研究以潮白河中游段为研究区,针对该区段沉积物有机质、氮磷污染程度不明的问题,通过对研究区130个采样点表层沉积物中有机质(OM)、总氮(TN)和总磷(TP)的测定,分析了表层沉积物中有机质和氮磷的分布特征及污染来源,将有机指数和有机氮污染指数评价法相结合开展污染及生态风险评价。结果表明:(1)潮白河中游表层沉积物中OM含量变化范围为0.17%~13.15%,平均含量为5.32%; TN的含量为0.005~1.028 g/kg,平均含量为0.192 g/kg;TP的含量为0.367~4.825 g/kg,平均含量为1.662 g/kg。(2)相关性分析表明,OM与TP、OM与TN均呈弱相关,而TN与TP呈强相关。这是因为TN和TP来源相近,主要来自外源,与OM来源有一定差异。根据TOC/TN特征分析,OM主要受藻类、浮游植物和非纤维束植物等影响。(3)有机指数评价结果显示,潮白河中游段表层沉积物监测点中60%为清洁,33.85%为较清洁,4.62%为尚清洁,1.54%为有机污染。有机污染点主要位于运潮减河入潮白河口和田贾庄排干渠入潮白河口。区域有机氮评价结果以清洁级别为主,整体较好。     

Stable carbon isotopic composition of soil organic matter in the karst areas of Southwest China

This study dealt with the distribution characteristics of soil organic carbon （SOC） and the variation of stable carbon isotopic composition （δ^13C values） with depth in six soil profiles, including two soil types and three vegetation forms in the karst areas of Southwest China. The δ^13C values of plant-dominant species, leaf litter and soils were measured using the sealed-tube high-temperature combustion method. Soil organic carbon contents of the limestone soil profiles are all above 11.4 g/kg, with the highest value of 71.1 g/kg in the surface soil. However, the contents vary between 2.9 g/kg and 46.0 g/kg in three yellow soil profiles. The difference between the maximum and minimum δ^13C values of soil organic matter （SOM） changes from 2.2‰ to 2.9‰ for the three yellow soil profiles. But it changes from 0.8‰ to 1.6‰ for the limestone soil profiles. The contrast research indicated that there existed significant difference in vertical pattems of organic carbon and δ^13C values of SOM between yellow soil and limestone soil. This difference may reflect site-specific factors, such as soil type, vegetation form, soil pH value, and clay content, etc., which control the contents of different organic components comprising SOM and soil carbon turnover rates in the profiles. The vertical variation patterns of stable carbon isotope in SOM have a distinct regional character in the karst areas.     

Stable carbon isotopic analysis of sedimentary organic matter by stepped combustion

A stepped combustion technique, incremental heating in oxygen, has been used to study the carbon isotopic composition of carbonaceous sediments. This technique can afford data on the organic matter of the sediment and can give information on the structure, namely the variations in the isotopic composition of different portions, of the kerogen. Green River shale has been used as a model material and results indicate that it contains two distinct carbonaceous components, a carbonate and kerogen. Isotopic compositions for the kerogen measured by stepped combustion closely match those obtained by normal methods following preconcentration of the kerogen by mineral removal and solvent extraction.The variation in isotopic composition with combustion temperature has been used to investigate relationships with maturity and to look at its use as a possible correlation tool.     

长江干流颗粒有机碳及其同位素组成的季节性输送特征

2007年夏季和冬季对长江干流悬浮物进行了季节性采样,系统分析了悬浮物颗粒有机碳含量及稳定碳同位素的组成,研究了其空间分布以及季节变化特征。结果显示,长江干流夏季颗粒有机碳含量在0．4％～1．3％,冬季含量在0．7%-2．2％。冬季和夏季颗粒有机碳平均δ^13C值分别为-24．74‰和～24．83‰,季节性差异不大,在...     

长江悬浮颗粒物中磷的赋存形态

2006年9~10月在长江采集悬浮颗粒物样品,应用改进后的SEDEX法对磷的赋存形态进行了分析.结果表明,自生磷灰石磷是长江悬浮颗粒物中磷的主要赋存形态.涪陵至万州江段,碎屑磷灰石磷的含量较高,弱吸附态磷和有机磷含量较低,磷的赋存形态主要受悬浮颗粒物含量的影响;香溪至葛洲坝下江段,弱吸附态磷和有机磷含量较高,碎屑磷灰石磷含量较低,磷的赋存形态主要受浮游植物生长及泥沙粒径的影响;城陵矶至大通江段,有机磷、碎屑磷灰石磷和铁结合态磷含量较高,弱吸附态磷含量较低,磷的赋存形态主要受泥沙粒径和洞庭湖输入的影响.长江悬浮颗粒物中生物可利用磷占颗粒态磷的45.6%,长江上游水体中生物可利用磷含量较低,下游含量较高.     

Amino sugars in suspended particulate matter from the Bay of Bengal during the summer monsoon of 2001

Amino sugars (AS) are important constituents of organic matter. However, very little is known about their cycling in marine waters. In this research, we assessed the distribution and cycling of these compounds in waters of the Bay of Bengal. For this purpose, samples of suspended particu late matter (SPM) were collected from 8 depths (surface to 1000 m) at 6 locations during the 166th cruise of the ORV Sagar Kanya in the Bay of Bengal in July/August 2001. The SPM samples were analysed for particulate organic carbon (POC), particulate nitrogen (PN) and AS concentrations and composition. The AS varied between 0.4 and 17.5 nmol/l. Concentrations were high in the surface waters and generally decreased with increasing depth. AS concentration decreased from the south to north. AS accounted for 0.01 to 0.71% and 0.05 to 2.37% of POC and PN, respectively. Rapid decrease in AS-C% and AS-N% with depth indicates that these compounds were preferentially degraded relative to bulk POC and PN. The composition of AS suggests that glucosamine (GLU-N) and galactosamine (GAL-N) were present in the surface SPM samples, and their abundance decreased from surface downwards. Relatively, low values of GLU-N/GAL-N ratio indicate that the organic matter was mostly derived from the detritus of micro-organisms. Our data suggest that chitin, a polymer of the glucosamine produced by many marine organisms was not the major source of AS in the Bay. Rapid cycling of these compounds indicates their importance in the cycling of nitrogen in marine waters