塔里木盆地下第三系储层砂岩自生碳酸盐碳氧同位素组成及流体来源讨论

在塔里木盆地下第三系储层砂岩中 ,碳酸盐是分布最广的自生矿物之一 .其形成从早成岩期延续到了晚成岩期 .成分以方解石为主 ,白云石亦常见 ,二者均含数量不等的铁锰 .分析结果显示 ,自生碳酸盐 δ13C值分布范围在 - 31‰～ +6‰ ,大部分样品介于 - 12‰～ +3‰之间 .δ18O值变化范围在12 .4‰～ 2 8.5‰ ,样品在 18‰～ 2 4‰组区间相对集中 .其碳氧同位素变化范围远远高于沉积碳酸盐 ,并且有不同的众数计算表明与自生碳酸盐平衡的水相氧同位素组成具双峰正态分布 .δ18O值在 - 4‰～ - 2‰和 4‰～ 6‰各有一个峰值 ,前者具封存盐卤水特征 ,后者反映了成岩过程泥质沉积物的脱水作用及水岩反应 .与自生碳酸盐平衡的 CO2 δ13C值最高频数出现在 - 4‰～ - 8‰组区间 .此类 CO2 应来自上地幔 .另有部分 CO2 来自生油岩热解作用 。

不纯碳酸盐碳氧同位素组成的在线分析

利用GVIsoPrimeⅡ型稳定同位素质谱仪测量不纯碳酸盐样品的碳氧同位素组成,这些样品是用国家碳酸盐碳氧同位素一级标准物质GBW04406与去除了碳酸盐的沉积物混合配制而成的,CaCO3含量在2%～90%之间。结果显示,δ13C内部精度为0.002‰～0.005‰(1σ),δ18O内部精度为0.003‰～0.009‰(1σ),与测量所得的纯CaCO3国际国内标准物质结果的内部精度范围一致,且外部精度达到仪器的指标要求,同时,不同CaCO3含量样品的δ13C和δ18O的测量值(测量平均值:δ13C=-10.932‰±0.021‰,δ18O=-12.483‰±0.054‰;1σ)也在误差允许范围之内与GBW04406推荐值(δ13C=-10.85‰±0.05‰,δ18O=-12.40‰±0.15‰;1σ)一致。可见碳酸盐的含量并不影响其碳氧同位素组成的分析结果,所以在线分析不纯碳酸盐的碳氧同位素组成是可行的,在线分析不纯碳酸盐样品的碳氧同位素组成之前应先对样品中碳酸盐含量进行大致估计,根据碳酸盐含量高低来确定样品用量以达到最佳分析效果。

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:8507～7909aB.P.,湖区气温较高,蒸发量大,夏季风先减弱随后增强.7909～7004aB.P.,冬季风较强,气温低,蒸发量小,湖水盐度高;7004～5491aB.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;5491～4617aB.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;4617～574aB.P.,冬季风较强,降水量少,河流补给少,湖泊冰冻时间较长;574aB.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.

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。

冷泉碳酸盐岩有机碳、氮同位素的耦合及其对甲烷厌氧氧化过程的指示

驱动甲烷厌氧氧化(AOM)过程的微生物不仅能同化吸收甲烷等碳氢化合物作为碳源,同时也能进行氮素的同化吸收,从而导致这些微生物的生物体出现显著的^(13)C、^(15)N亏损。目前还缺乏来自冷泉环境有机氮δ^(15)N数据来直接证实AOM参与氮的循环过程。本研究分析了来自墨西哥湾海底5个冷泉站位的自生碳酸盐岩的总氮(TN)、总无机氮(TIN)和总有机氮(TON)的含量及其δ^(15)N值,并结合前人获得的总无机碳和总有机碳含量和δ^(13)C数据进行研究,结果发现总氮的δ^(15)N与总有机碳的δ^(13)C只在部分站位表现出正相关性。然而,在排除无机氮的干扰后,总有机氮的δ^(15)N与总有机碳的δ^(13)C在所有站位均表现出正相关性。表明这种有机碳、氮同位素上的耦合与甲烷的活动密切相关,有望作为有效示踪过去海底甲烷渗漏及AOM作用的指标。

微区原位碳氧同位素分析技术对碳酸盐岩成岩流体性质的约束——以塔里木盆地寒武系—奥陶系为例

随着分析测试水平的提高,微区原位地球化学分析作为揭示复杂沉积—成岩过程的重要技术手段,越来越受到广泛重视。通过微区原位碳氧同位素分析,结合常规分样方法获取的碳氧同位素数据,对比讨论了同生期—埋藏期海水胶结作用、表生期大气淡水的溶蚀—充填作用与多阶段白云石化流体交代—胶结充填作用。结果显示,微区原位取样碳氧同位素分析有利于揭示胶结物形成过程的多期、多阶段的流体性质演化。常规分样获取的此类胶结物碳氧同位素值可能是多期次产物的混合值。对于相对单一的产物,如碳酸盐岩基质组分、大气淡水成因方解石等,常规分样进行碳氧同位素分析基本可以满足研究需要。微区原位取样碳氧同位素分析提供了一种相对“低成本、高精度”的分析手段,对精确示踪碳酸盐岩成岩演化过程具有重要意义。

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。

延长组砂岩中碳酸盐胶结物氧碳同位素组成特征

碳酸盐胶结物中氧碳同位素组成研究有助于阐明成岩过程中流体—岩石相互作用的机理。为此,综合运用岩石学、矿物学和地球化学方法,对鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩中普遍存在的不同期次碳酸盐胶结物的成因机理和物质来源进行了系统研究。结果表明,研究区早期碳酸盐胶结物主要为方解石,其碳同位素值相对较重,为-0.3‰～-0.1‰,氧同位素值较轻,分布范围为-22.1‰～-19.5‰,与碱性湖水中碳酸钙发生过饱和沉淀有关。铁方解石的碳同位素值相对较轻,为-8.02‰～-3.23‰,氧同位素值也较轻,分布范围为-22.9‰～-19.7‰,它的形成明显与早成岩阶段晚期—晚成岩阶段早期的有机质脱羧基作用有关,属于成岩阶段中晚期产物,可以作为指示烃类在油气储层中正在发生显著运移的标型自生矿物。晚期铁白云石的碳同位素值相对较重,为-1.92‰～-0.84‰,氧同位素值变化较大,分布范围为-20.5‰～-12.6‰,它的形成与晚成岩阶段中晚期形成的碱性成岩环境及古代海相碳酸盐岩岩屑提供的碳有关。

中国粉尘源区表土碳酸盐含量与碳氧同位素组成

在中国的主要沙漠和戈壁等粉尘源区采集了地表沙或土壤(统称为表土)样品,分析了样品的碳酸盐含量和碳酸盐的碳氧同位素组成。结果表明,中国粉尘源区表土碳酸盐含量在空间上随着年降水量的增加而逐渐减少,大致呈现自西向东逐渐降低的趋势;碳酸盐δ13C值在空间上随着年降水量的增加而逐渐偏负,δ18O值缺乏规律性;塔克拉玛干沙漠细颗粒物质中碳酸盐含量相对偏高,但不同粒级颗粒中碳酸盐的δ13C值基本一致,表明风蚀时粒度的分选并不影响源区的同位素组成特征;由于粉尘源区表土碳酸盐含量和δ13C值均具有区域特征,因此利用大气粉尘的碳酸盐含量和δ13C值示踪不同的源区是可能的。

不同粒级黄土-古土壤中碳酸盐碳氧稳定同位素组成及其古环境意义

从黄土高原中部洛川和环县两个剖面选取若干黄土和古土壤样品,分为三种粒级(>45μm、2～45μm、<2μm),挑出>45μm粒级中的根状结核与蜗牛壳化石碎片,分别测定δ13C和δ18O值。结果显示,两个剖面不同粒级组分的δ13C和δ18O值表现出相似的分布规律。洛川剖面的根状结核和蜗牛壳与分粒级样品中的<2μm粒级中碳酸盐的δ13C和δ18O值最为接近,处于相同的区域内;而>45μm粒级中的δ13C和δ18O值与其他样品有明显的差别。因此,可以认为黄土-古土壤中<2μm粒级中所含的碳酸盐可代表成壤碳酸盐,其蕴涵的地球化学信息可用以重建成壤时的古气候和古环境条件。

燕山地区1．6～1．0Ga时期碳酸盐岩碳、氧同位素组成、演化及其地质意义

依据实测的燕山地区(1.6～1.0Ga)高于庄组—景儿峪组114个碳、氧同位素数据,研究、讨论了中、新元古界碳酸盐岩碳、氧同位素组成、演化及其地质意义。研究表明,燕山中、新元古界由下至上的地层序列上,碳、氧同位素表现明显的旋回性演化特征,二者多显正相关关系;δ13C在-3‰～3‰区间低幅、高频振荡;δ18O则表现为-2‰～-8‰的高幅、高频波动;δ13C值的增大与沉积环境由潮间向潮下演变、海平面上升、海水变淡、生物量增多相关;降低的δ13C多代表潮间—潮上环境。高于庄组瘤状灰岩及洪水庄组页岩δ13C为低负值,代表最大海泛期沉积。氧同位素组成和变化指示研究区总体为咸化环境,杨庄组上部和雾迷山组下部古海水盐度最高,之后盐度逐渐降低,至雾迷山组上部又有所升高。研究区与天津蓟县和北京十三陵地区的中、新元古代碳酸盐岩碳、氧同位素组成与演化表现出明显的相似性,反映了它们共同受燕山裂陷槽发育的控制;同时,与北美Belt超群和俄罗斯乌拉尔里菲期碳酸盐岩碳、氧同位素组成、演变的高度协同性,又说明了中、新元古代碳酸盐岩中碳、氧同位素组成、演化响应于全球古海洋背景和地球化学条件。

辽西上白垩统义县组湖相碳酸盐岩碳氧稳定同位素组成及其沉积环境

通过辽西义县盆地上白垩统义县组湖相碳酸盐岩碳氧稳定同位素组成,分析了赋存热河生物群的义县盆地湖湘沉积环境。该地层序列中碳酸盐岩的δ13C值在-4.825‰～6.870‰之间;δ18O值在-16.190‰～-7.143‰之间,均呈负值,这表明当时水文特征趋于封闭,气候炎热干燥,湖水温度和盐度均较高,火山活动可能是影响义县盆地水文状况和区域气候的重要因素。

地下水溶解碳酸盐中碳氧稳定同位素组成特征与演化规律

利用任楼井田及所在的临涣矿区生产矿井常观孔、矿井出水点,从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层24个水样,测试溶解碳酸盐中δ13C与δ18O,分析13C与18O组成特征与演化规律.研究结果表明:任楼井田及所在的临涣矿区地下水溶解碳酸盐δ13C变化幅度大,碳循环复杂,土壤水补给机理、同位素交换反应机理和含水层围岩成分溶解机理明显;含水层碳酸盐岩含量决定溶解碳酸盐δ13C与δ18O的变化关系,碳酸盐岩含量越高,δ13C随δ18O变化斜率减小;四含水因埋藏较浅并受煤层开采影响,处于相对"开放"系统内进行地下水循环,煤系水循环系统相对比较封闭,岩溶含水层虽然埋藏深,水循环系统相比四含"封闭",但地下水径流速度快,补给源区水力梯度大,可能为山区补给.

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩碳氧同位素组成及流体来源讨论

奥陶系碳酸盐岩储层是塔中地区重要的油气产层．测定塔里木盆地奥陶系热液矿物（方解石、石膏、重晶石等）及围岩的碳氧同位素以及锶同位素，分析结果显示，热液溶蚀围岩后释放的CO2可能是形成方解石中特征氧同位素组成的主控因素；自生碳酸岩矿物的碳同位素组成反映其在成岩期至少有2种碳源，早期形成的碳酸盐岩与二叠纪富^13C的碳源相关，成岩早期至晚期的碳酸盐岩的沉淀或重结晶可能与由局部地质事件导致流体在沿裂缝系统运移时混合了有机质降解过程中产生的富^13C的CO2有关；^87Sr／^85Sr值（0．708-0．718）高于同期海水，说明是该区域的热液流体富。^87Sr值的特征．

长岭断陷火山岩储层内碳酸盐矿物碳氧同位素组成及其成因

碳酸盐矿物是火山岩储层内重要的矿物成分,长岭断陷火山岩储层内的自生碳酸盐矿物主要是方解石。本文通过对营城组储层内方解石矿物的碳氧同位素特征分析,探讨储层内碳酸盐矿物成因。研究表明,长岭断陷火山岩储层内方解石δ13 CV-PDB值范围为-12.7‰～0.4‰,δ18 OV-SMOW值范围为3.8‰～12‰,具有高δ18 O值。与方解石平衡的CO2碳同位素计算值范围较宽,为-16.0‰～2.2‰,表明其形成物质的多源性。在δ18 O-δ13 C图解中显示,形成碳酸盐矿物的CO2来源于幔源-岩浆无机成因的CO2和有机质演化过程中产生的CO2,以无机成因CO2源为主。这些无机成因CO2、有机成因CO2和沉积有机质热演化产生的有机酸溶于流体,形成酸性流体。火山岩储层中碳酸盐矿物的形成实质就是这种酸性流体与储层围岩反应的结果。

青藏高原咸化湖泊沉积碳酸盐岩碳、氧稳定同位素组成及其地质意义

青藏高原咸化湖泊沉积碳酸盐岩的碳、氧稳定同位素分析数据表明，咸化湖泊沉积碳酸盐岩富集１３Ｃ和１８Ｏ，在很大程度上同海洋沉积碳酸盐岩的１３Ｃ、１８Ｏ同位素区间值重叠，也具有较高的Ｚ值。所以，在运用１３Ｃ、１８Ｏ稳定同位素值或Ｋｅｉｔｈ和Ｗｅｂｅｒ的区分侏罗纪以来的海洋、淡水沉积碳酸盐岩的Ｚ值时，应考虑陆相咸化湖泊沉积碳酸盐岩的特点。

中国西北干旱区不同粒径表土碳酸盐含量及碳、氧同位素组成

通过对我国典型干旱区表土分粒级样品的碳酸盐含量及其碳氧同位素的测试,结果显示:我国西北干旱区表土不同粒级样品的碳酸盐含量以及碳氧稳定同位素组成存在较大的差异。随着粒径的减小,碳酸盐含量逐渐升高,氧同位素逐渐偏正,碳同位素逐渐偏负。可以认为细颗粒组分中土壤次生碳酸盐相对比例大,而粗颗粒组分中原生碳酸盐相对占优势。而次生碳酸盐氧同位素可能受蒸发的控制,碳同位素更多的受植被的影响,所以表现出细颗粒组分较粗颗粒组分碳酸盐的氧同位素更偏正,而碳同位素更偏负。因此,干旱区表土细颗粒组分碳酸盐能更好地反映成壤过程中次生碳酸盐形成时期的气候环境信息。

从氧、碳同位素组成看蓟县元古宙碳酸盐岩特征

蓟县元古宙碳酸盐岩出露广袤，厚度巨大，产状稳定，化石丰富，沉积形象众多。其内赋含的氧、碳同位素组成及其数值变化对成岩机制及沉积环境仍然蕴含着较清楚的内函关系。依据其数值演化，探讨了蓟县碳酸盐岩的成岩作用、古盐度，进而结合其沉积环境特征，阐释了碳酸盐岩，更主要是白云岩为原生沉积所成。

蓟县早寒武-新元古不整合界面处风化壳碳酸盐碳、氧同位素组成特征

由于土壤中有机质降解产生的ＣＯ２ 和淡水成岩作用的影响，在蓟县早寒武世和晚元古代景儿峪组不整合界面处古风化壳中碳酸盐的δ１３Ｃ值和δ１８Ｏ 值明显偏负，从风化壳向下往原岩的方向，δ１３Ｃ和δ１８Ｏ 数值逐渐增加；此外，与风化壳上、下碳酸盐岩地层的δ１３Ｃ和δ１８Ｏ 数值具有明显的差别。上述同位素组成特征可以用于其它古风化壳剖面及地层不整合界面的判识。

鄂尔多斯盆地长8储层碳酸盐胶结物成分组成与碳氧同位素特征研究

以碳—氧同位素特征为切入点辅助薄片镜下观察和沉积环境分析,对鄂尔多斯盆地长8段储层碳酸盐胶结作用进行系统研究。从镜下矿物观察可知:碳酸盐胶结物发育方解石、白云石、铁白云石、铁方解石和菱铁矿。矿物成分和分布特征受不均一流体化学活动影响强烈,碳酸盐胶结对孔渗主要起破坏作用。同时通过磷酸法测定氧—碳同位素值,由实验结果可知:碳同位素分布范围是-14.8‰^-1.5‰,氧同位素分布范围是-25.7‰^-9.9‰;样品的Z值大都小于120,指示样品中的碳酸盐胶结作用发生于淡水—微咸水环境;通过δ^(18)O值测定得到古温度为68℃~128℃,说明胶结作用发生于早成岩B期至中成岩阶段A期;长8上部层位碳酸盐胶结物含量比下部多,说明胶结作用来源于与有机酸脱羧作用有关的碳酸盐沉积;按照沉积亚相划分为三个区,氧—碳同位素由湖心相—重力流相—三角洲相逐渐减轻。最后推断同位素分布形成原因:压实作用下有机酸由高势区向低势区逐渐运移,经一系列化学变化后发生胶结作用有机碳被捕捉而成。