江苏沿海沉积物有机磷含量、总有机碳、总氮与同位素特征及有机质来源解析

沉积物有机质分布与来源是海陆过渡带生物地球化学循环和沿海生态环境研究中的重点和难点问题,一直受到广泛关注。选择江苏沿海为研究区域,于2016年采集61个表层沉积物样品,查明其中的有机磷(OP)含量、总有机碳(TOC)、总氮(TN)及有机碳和总氮同位素(δ^(13)C_(org)、δ^(15)N_(tot))特征,试图阐明江苏沿海沉积物有机质来源。结果表明:沉积物有机磷含量、总有机碳、总氮与粒度之间存在显著的相关关系,明显受水动力作用的影响。元素比值与同位素的定性分析表明,沉积物有机质主要由海洋生物提供,也受陆源输入的影响。同位素混合模型计算结果进一步发现,海源对沿海沉积物有机质平均贡献比例达到56.9%,其次为陆源C3植物、土壤以及农业肥料,平均贡献比例为38.5%,生活污水的贡献比例仅为4.6%。海源有机质通过洋流和潮波输送至江苏沿海,而河流输入和沿海养殖可能是陆源输入的重要方式。尽管陆源输入不是江苏沿海沉积物有机质的主要贡献来源,但可能是沿海水体富营养化的驱动因子。

昆明城市土壤有机碳氮含量及其稳定同位素耦合关系研究

随着城镇化的快速推进,城市土壤已成为陆地生态系统重要组成部分,不同土地利用类型土壤有机碳氮含量、稳定同位素组成分布特征及其耦合关系是了解城市土壤碳氮循环过程的重要途径.选取昆明市区受人类活动影响程度不同的公园绿地、居住绿地、道路绿地、耕地4类土壤作为研究对象,开展0—20 cm土壤有机质碳氮元素及其同位素组成的空间分异特征与影响因素研究.结果表明,昆明城市土壤有机质含量低,有机碳(SOC)和总氮(TN)含量中值分别为6.14 g·kg^(−1)和0.55 g·kg^(−1),较全国城市土壤平均水平低27.22%(C)和28.57%(N).土壤有机碳同位素(δ^(13)C)平均值为-25.22‰±1.56‰,氮同位素(δ^(15)N)则分布范围较广,为1.22‰—10.12‰,平均值为6.55‰±1.58‰,显著高于其他自然土壤δ^(15)N值. 4类土地利用类型中,耕地土壤SOC、TN含量显著偏高,δ^(13)C和δ^(15)N值显著偏正.垂向分布上,公园绿地、居住绿地、道路绿地SOC、TN含量随土层深度的增加而降低,δ^(13)C和δ^(15)N值则呈现富集趋势,表明重同位素^(13)C、^(15)N在土壤腐殖质中富集.耕地土壤因人为耕作,理化性质分层特征不明显.昆明市较低的土壤有机质含量与城市化进程导致的土地利用类型改变、绿化年限影响的成土时间较短以及昆明市气候、土质、植被类型等多因素有关.昆明城市土壤δ^(13)C值主要受昆明C_(3)、C_(4)植被覆盖度等自然环境因素影响,而δ^(15)N值由于受城市中水灌溉影响,显著偏正于自然土壤,指示人类活动已显著改变城市土壤氮循环过程,使土壤中更富集重同位素^(15)N.不同土地利用类型土壤垂向分布特征揭示有机质的分解、转化过程会对碳、氮同位素产生分馏作用,且氮同位素分馏高于碳同位素的分馏.

济阳坳陷南部烃源岩总有机碳含量测井评价及其在致密油成藏中的应用

有效烃源岩是致密油成藏与富集的基础,准确预测烃源岩质量一直是致密油有利区优选面临的关键问题之一。在济阳坳陷南部的临南、东营地区,分泥岩、油页岩和灰岩3种岩性,采用多元回归分析法进行了总有机碳含量w (TOC)的预测,并讨论了研究区烃源岩质量对致密油分布和富集的意义。多元回归分析法预测的不同类型烃源岩有机碳含量较为准确。临南地区沙河街组沙三下亚段为好―极好烃源岩,从临南次洼向边缘各构造带逐渐变差;东营地区沙河街组沙三下亚段、沙四上纯上亚段烃源岩为好―极好烃源岩,以洼陷内部及其附近地区最好。研究区沙三下亚段―沙四上亚段致密油主要分布于烃源岩有机碳含量高值区,当w (TOC)>2.0%时,区内油层、油水同层比例及油浸、油斑级别储层比例均明显增加;源上、源下致密储层要获得工业或高产油流,需要处于一定源储距离内。研究结果可为济阳坳陷致密油富集区预测提供指导。

呼伦湖东露天矿剖面有机碳的总量及其稳定碳同位素和古环境演化

湖泊沉积物中有机碳的总量（TOC）取决于湖泊的初始生产力及有机质沉积后的保存能力,而有机碳的稳定同位素（δ^(13)C）值则反映了不同来源有机质的组成以及流域古植被状况。本文通过对内蒙呼伦湖东露天煤矿剖面TOC及δ^(13)C值的垂直分布的研究,结合剖面的沉积特征及孢粉、硅藻分析结果,讨论了呼伦湖地区末次冰期以来古气候古环境演化过程。结果表明有机碳的总量及其稳定碳同位素可作为分析古气候环境的一种有效的代用指标。

元素分析仪-稳定同位素比值质谱仪测定胶乳总固形物碳含量及其稳定碳同位素

应用元素分析仪和稳定同位素比值质谱仪(EA-IRMS)联用技术测定了胶乳总固形物碳含量及其碳同位素比值δ13C。将所采集的新鲜胶乳预先制成胶片,称取(0.500±0.100)mg样品,按EA仪器工作条件对其碳含量进行测定。分别用碳元素基准物质(尿素、天门冬氨酸、葡萄糖、蔗糖),在EA工作条件下测其碳元素,以碳质量为横坐标,CO2峰面积为纵坐标制得标准曲线,结果表明其线性关系良好。对EA-IRMS系统作了稳定性和线性试验,前者达到小于0.1‰的要求,后者则满足同类仪器小于0.06‰·V-1的要求。此外,还对Craig校正所得样品及3种CRMs的初始校正值作进一步校准的3种校准方法作了比较,结果表明:3种方法中回归法准确度最好,适用于不同性质、不同碳同位素组成的样品;而截距法只能用于碳同位素组成与参考气相近的样品的测量数据的校准;原始回归法则不能有效地消除测定过程中17O的影响和样品燃烧过程中可能存在的同位素分馏的影响而不能用于结果校准。测得胶乳样品的总固形物碳质量分数为81.83%,δ13Cs-PDBM(PDB为国际标准拟箭石化石)为-26.70‰(回归法校准值)。

中上扬子区海相页岩复电阻率响应特征及总有机碳含量预测

页岩的电性响应特征是评价页岩气储层总有机碳含量(TOC)的重要技术指标,而现有的TOC评价模型仅利用电阻率一个电性参数,不能满足储层评价的需要,复电阻率为此提供了新途径. 本文采用实验分析和理论建模的方法,以中上扬子区海相页岩为研究对象,通过对不同地区、不同地层及页岩气井的页岩进行复电阻率实验与模型研究,反演提取页岩的激发极化(IP)参数,揭示页岩有机质富集与复电阻率响应的内在联系及规律. 结合TOC测试结果,建立电阻率、极化率与TOC评价关系模型,发掘有利于页岩气储层评价的电性敏感参数,并应用于实际勘探试验区的储层TOC预测. 形成了一套以复电阻率参数测试为主的页岩储层岩石物性测试与分析的方法和技术,为应用电磁勘探方法进行页岩气储层TOC评价提供了理论基础和物性数据.

放牧对不同类型草原土壤碳氮及其稳定同位素的影响

为探究不同草原类型生态系统碳氮元素对重度放牧的响应,本研究以平原丘陵草原、平原丘陵荒漠草原和沙地荒漠草原3种草原类型为对象,通过测定围封和重度放牧下土壤有机碳、全氮、稳定碳氮同位素及土壤温湿度等指标,探究放牧处理对不同类型草原碳氮元素的影响。结果表明:(1)重度放牧显著降低了3种类型草原土壤有机碳、全氮含量(P<0.05),重度放牧条件下土壤稳定碳同位素和土壤稳定氮同位素值有降低的趋势;(2)土壤稳定碳同位素值与土壤含水量存在极显著负相关性(P<0.01),土壤有机碳、全氮含量及土壤稳定氮同位素值均与土壤含水量存在极显著正相关性(P<0.01)。重度放牧对不同类型草原碳氮养分含量造成了不同程度的影响,其中对平原丘陵草原影响较大,不利于土壤有机碳和全氮的积累。

基于Stacking算法集成学习的页岩油储层总有机碳含量评价方法

总有机碳含量(TOC)是页岩油储层评价的重要参数,而传统总有机碳含量测井评价方法精度较低且普适性较差,机器学习模型在一定程度上提高了总有机碳含量预测精度,但结果存在不稳定性。为了进一步提高页岩油储层总有机碳含量预测精度,基于有机质岩石物理特征和不同总有机碳含量测井响应特征的深入分析,优选出深侧向电阻率、声波时差、补偿中子和密度测井曲线作为总有机碳含量的敏感测井响应,并将其作为输入特征,以岩心分析总有机碳含量作为期望输出值,分别建立了决策树模型、支持向量回归机模型、BP(Back Propagation)神经网络模型,并建立了以决策树模型为基模型、支持向量回归机模型为元模型的Stacking算法集成学习模型。利用B油田A区块的岩心样本数据和实际井数据对不同模型预测总有机碳含量结果进行了验证,结果表明,基于Stacking算法的集成学习模型的总有机碳含量预测精度最高,相较于决策树模型、支持向量回归机模型、BP神经网络模型和改进的ΔlgR法,预测精度有较大提高。因此,基于Stacking算法的集成学习模型为该研究区最有效的总有机碳含量计算方法,这为准确地评估页岩油储层的生烃潜力、确保页岩油储层的高效开采及资源利用奠定了基础。

预处理过程对不同类型样品中有机碳含量和稳定碳同位素测定的影响

总有机碳（TOC）是土壤、沉积物以及降尘等固体样品的重要指标,对其含量和稳定碳同位素（#13 C）进行准确测定具有重要的科学意义。在测定过程中,样品的预处理方法可能会对测定值产生一定影响。本文主要从酸处理方式、干燥方式等方面研究了预处理方法对不同类型样品的TOC含量和#13 C值测定的影响。其中酸处理方式选取了盐酸酸化/分离、红外碳硫坩埚、Ag杯直接酸化等三种方式,干燥方式包括加热干燥和真空冷冻干燥等。研究结果显示：酸处理方式对TOC含量测定的影响很大,Ag杯和盐酸酸化/分离未去除残留酸液两组实验所测得TOC含量明显大于其他组,其中降尘样品TOC的损失量可达20%。这种明显的差异可能是样品酸处理过程中水溶性有机碳（DOC）的损失所造成的。对于#13 C测定来说,该两组实验所测得#13 C相对于其他组略微偏重,其中地表土壤样品偏重约为0.8‰~2‰。另外加热干燥和真空冷冻干燥方式测定的TOC含量和#13 C值没有明显的变化,表明了挥发性有机物（VOC）对本次实验所选用样品的有机碳分析影响甚微。综合来看,对于不同类型样品,特别是DOC含量高的样品,使用Ag杯的酸处理方式相对比盐酸酸化离心分离酸处理方式能更大限度的保留DOC,使TOC含量和#13 C值的测定较为准确可靠,同时操作起来也更加简便快捷。

新疆奎屯地区高砷地下水稳定碳同位素特征及其指示意义

地下水稳定碳同位素可以指示微生物作用下有机质降解过程对砷富集的影响.新疆奎屯地区是中国西北干旱区典型原生高砷水分布区,本研究以地下水为研究对象,奎屯河地表水为对照,通过野外采样,并借助原子荧光、稳定同位素分析等技术手段,对地下水的水化学指标、溶解性无机碳(DIC)、溶解性有机碳(DOC)和碳稳定同位素进行测定与分析.结果表明,研究区73%的地下水为高砷水,平均值为60.60μg·L^(-1),呈还原-弱碱性环境,地表水均为低砷水,呈中性和氧化环境.地下水中优势阴阳离子分别为Cl^(-)和Ca^(2+).地下水DIC受多种来源的共同影响,地表水DIC主要来自碳酸盐岩风化作用的影响.地下水δ^(13)C_(DIC)值的范围为-9.13‰—0.58‰,δ^(13)CDOC值的范围在-21.62‰—-13.79‰之间.地下水中除了微生物作用下有机质降解和碳酸盐岩溶解的影响外,还可能存在产甲烷过程对δ^(13)C_(DIC)值的影响.地下水中δ^(13)C_(DIC)-δ^(13)CDOC差值与ρ(As)、ρ(Fe)均呈显著负相关关系,表明微生物参与了铁氧化物的还原性溶解并促进了As的富集.

青海湖沉积物有机碳含量与同位素和粒度特征及其古气候意义

对青海湖沉积物中粒度参数、总有机碳 (TOC)含量及其 δ1 3C值的形成条件与环境气候的关系进行了研究。结果表明 :在暖湿时期 ,沉积物中有机碳含量 (TOC)较高 ,有机质的 δ1 3C值较高 ,沉积物的平均粒径较细 ;反之 ,在冷干时期 ,沉积物中有机碳含量 (TOC)较低 ,有机质的 δ1 3C值较低 ,沉积物的平均粒径较粗。反映出沉积物中 TOC含量、有机质 δ1 3C值及粒度特征与气温具有良好的相关性。结合 1 4C测年 ,分析了湖区古气候演化序列 ,表明自 85 0 0 a BP以来湖区气候经历了 4个演化阶段

近8kaBP来云南洱海地区气候演化的有机碳稳定同位素记录

根据洱海湖泊沉积物有机碳稳定同位素记录，结合硅藻分析资料，恢复了近８ｋａ来云南洱海地区的气候演化序列。结果表明：８．１ｋａＢ．Ｐ．来的气候演化分为９个阶段，伴随湖泊水位波动变化。不同区域的全新世环境演化对比显示洱海气候演变主要受季风的强弱转换和时空变迁的控制，５．９ｋａＢ．Ｐ．以前气候偏暖，与太阳辐射增强引起的北半球季风环流加强有关。洱海湖泊沉积记录的暖（温）干期对应西南季风萎缩、东亚夏季风加强；相反，温（暖）湿期对应东亚夏季风减弱、西南季风加强。洱海湖泊沉积记录中三个冷事件出现在：７．２ｋａＢ．Ｐ．、５．３ｋａＢ．Ｐ．和３．７ｋａＢ．Ｐ．左右，冷干（湿）期受亚洲冬季风加强的影响。

湖泊沉积物中有机碳稳定同位素测定及其古气候环境意义

1991年5月，利用澳大利亚转动式采样器在江苏固城湖获得总长6．2m的完整柱状岩芯，以5cm间隔采样，对样品中有机质的稳定碳同位素研究表明，较低的δ13C值指示寒冷的气候环境；较高的δ13℃值指示温暖的气候环境。该研究与岩芯中孢粉、硅藻所反映的气候环境十分吻合，因此湖泊沉积物中有机质的δ13C值具有一定反映气候冷暖波动的意义。

江汉平原湖区周老镇钻孔磁化率和有机碳稳定同位素特征及其古气候意义

江汉平原地处我国东西、南北自然环境的过渡地带 ,该地带距今 30ka(大约相当于MIS3阶段 )以来的气候变化是研究过去全球气候变化的重要时段之一 ,已越来越引起人们的关注 .在精确测年的基础上 ,对采自江汉平原湖区周老镇钻孔(ZL0 1 )沉积物柱样的磁化率和有机碳稳定同位素进行了处理和分析 ,其结果表明 :( 1 )该区磁化率和有机碳稳定同位素值的变化特点具有较好的一致性和可对比性 ,它们与古气候的关系为 :磁化率的高值、有机碳稳定同位素的偏正值与偏冷、偏干的气候环境相对应 ;反之与偏温暖湿润的气候环境相对应 .( 2 )根据磁化率和有机碳稳定同位素值的变化特点将本区30kaB .P .以来的古气候分为 3个大的气候演化阶段 ,在每一个大的气候演化阶段中又可分为若干次小的气候演变阶段 .这 3个大的气候演化阶段分别为阶段Ⅰ :其年龄约为 30 0 0 0～ 1 4 1 0 0aB .P .,磁化率和δ1 3 C的平均值分别为 6 5 5 .6 9× 1 0 -6SI和 - 2 3.1 5× 1 0 -3 ,均为本区最高值并且曲线波动较大 ;阶段Ⅱ :相应时段为 1 4 1 0 0～ 35 4 0aB .P .,磁化率平均值为较低值 36 9.38× 1 0 -6SI和δ1 3 C为偏负值 ( - 2 7.2 9× 1 0 -3 ) ,相对较稳定 ;阶段Ⅲ :年代相当于 35 4 0～ 6 5 0aB .P .,平均磁化率为本区最低值 31 1 .

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。

基于多测井参数的陆相页岩储层总有机碳含量预测:以和尚塬地区延长组长7段为例

总有机碳含量(Total Organic Carbon,TOC)是评价页岩油气潜力的关键参数,利用测井数据预测TOC,能刻画整段储层的TOC变化,对于明确地质-工程“甜点”意义重大.和尚塬地区延长组长7段陆相页岩由于沉积环境频繁交替变化,页岩层系内大量发育粉砂质泥岩条带.针对岩性非均质性强的特点,将页岩储层细分为页岩和粉砂质泥岩两种岩性,分别建立TOC预测模型.在比较现有方法的基础上,结合研究区的测井资料实际,选用△lg R改进法和机器逐步回归学习法分岩性建立预测模型.经过实测数据的精度检验,机器逐步回归学习法的预测精度更高.通过对单井预测值与实测值的误差分析,印证了细分岩性机器逐步回归学习预测模型的可靠性,证明该方法对预测以常规测井为主的陆相泥页岩TOC是有效的.在此基础上,应用该方法对研究区101口井长7段泥页岩进行预测,获得了TOC的空间展布.

珠江水体悬浮物颗粒有机碳稳定同位素组成及分布特征

研究了珠江三干流西江、北江和东江水体中悬浮物颗粒有机碳稳定碳同位素的组成、分布以及季节变化特征。研究结果显示:可以根据.C_3、C_4植物及悬浮物的δ^(13)C值区分不同流域的植被覆盖状况;东江流域水土流失区以草地、农田为主,C_4植物影响较大;北江水体中颗粒有机碳主要来源于森林覆盖区,同位素组成受C_3植物影响较大;西江水体中颗粒有机碳同位素组成介于其间,同时受C_3、C_4植物影响,颗粒有机碳部分来源于森林覆盖土壤,部分来源于草地和农田。

树木年轮中不同组分稳定碳同位素含量对气候的响应

通过研究贺兰山油松树轮中全木、综纤维素、α-纤维素中δ13C值的变化 ,来探讨树木生长过程中引起其中同位素差别的原因 ,以及它们对环境变化的响应。研究发现不同组分的δ13C值在过去 30 a中变化并不一致 ,其中 ,树轮中 α-纤维素中 δ13C序列含有最强周围环境变化的信息。δ13C序列和周围大气平均气温和降雨量关系密切 ,其中和 6～ 8月份的平均气温相关系数为 0 .42 7( α=0 .0 5 ) ;和 2～ 7月份总降水量的相关系数为 ( r=- 0 .5 1 4,α=0 .0 1 )。分析发现树轮 α-纤维素序列和树轮宽度序列呈显著负相关 ( r=- 0 .5 4 5 ,α= 0 .0 1 )。对比树轮各种组分的 δ13C值和气候之间的相关性及和树木的生长量的关系可以发现 ,树轮 α-纤维素中碳在经历了光合作用的固碳过程中的同位素分馏后 ,其 δ13C值就保持了相对稳定 ,是研究过去环境变化的良好载体。

长江口潮滩有机质稳定碳同位素时空分布与来源分析

通过测定长江口潮滩悬浮颗粒有机质和表层沉积有机质在枯水季节(2006年2月)和洪水季节(2006年8月)的稳定碳同位素值,对有机质潜在来源及局部岸段改造作用进行了分析。结果显示,悬浮颗粒有机质稳定碳同位素值在2月明显低于8月,变化范围分别在-25.8‰～-23.4‰和-25.1‰～-22.9‰,主要是受径流量枯洪季变化和浮游生物生长季节变化两种因素的叠加作用。表层沉积有机质2月和8月的稳定碳同位素分别为-25.0‰～-20.4‰和-24.7‰～-19.5‰,季节变化不明显,主要来自悬浮颗粒物的沉降。除受大背景环境因素影响,局部环境对潮滩有机质也有一定的改造作用,污水、支流河水的输入对悬浮颗粒有机质碳同位素有一定的影响,埋藏的潮滩植物和底栖微藻则对沉积有机质有部分贡献。