碳同位素组成特征
塔中地区晚寒武—奥陶世碳酸盐岩δ13C同位素组成特征
朱金富于炳松黄文辉初广震吕国
（中国地质大学北京100083）
摘要通过研究、分析塔里木盆地塔中地区寒武系至奥陶系海相碳酸盐岩的碳、氧同位素组成特征，分析和探讨了影响塔中地区寒武系至奥陶系碳酸盐岩碳同位素变化的原因。结果表明，寒武-奥陶系海相碳酸盐岩的碳同位素的变化可能与海平面变化有密切联系，在晚寒武世至早奥陶世晚期为一海退期，有机质产率及有机碳埋藏速率的下降导致了碳酸盐岩δ13C 值的降低；而在早奥陶晚期-中奥陶世为一海侵期，有机质产率及有机碳埋藏速率的增加导致了碳酸盐岩δ13C值的增高；晚寒武世至早奥陶世海水中的硫酸盐含量高,硫酸盐细菌的还原作用使有机质氧化,从而导致碳酸盐岩δ13C值降低。
关键词寒武-奥陶系碳酸盐岩碳同位素海平面变化硫酸盐
第一作者简介：朱金富，男，1978年生，中国地质大学（北京）在读博士，研究方向：含油气盆地沉积学
碳氧稳定同位素是解释碳酸盐岩成因的一种重要的地球化学标志。同时，碳、氧同位素分析是古环境研究中常用的一种手段，它在恢复水体的古温度、古盐度和研究沉积物成岩作用等方面已得到了广泛的应用。近年来，有关碳氧同位素与海平面变换的关系的研究备受关
注（彭苏萍等，2002年；邵龙义，1999年；李儒峰,刘本培，1996年；刘传联，1998年等）。本文通过对塔里木盆地塔中地区寒武系至奥陶系碳酸盐岩中碳同位素的分析，探讨了
碳同位素与沉积环境、相对海平面变化及硫酸盐含量的关系。
塔中低凸起位于塔里木盆地中部，北与满加尔凹陷、南与塘古孜巴斯凹陷、西与巴楚低凸起、东与塔东低凸起相接。东西长约300km，南北宽约160km，面积约4.8ⅹ104km2(图1所示)。它分为塔中?号断裂构造带、塔中北坡及中央垄断垒带三个构造单元。塔中地区地层发育比较齐全，除了缺失侏罗系和大面积缺失震旦系外，寒武系至古-新近系均有分布。
图1 塔里木盆地塔中地区构造位置
塔中地区寒武系-奥陶系的岩石类型主要为石灰岩和白云岩两大类型；其次是这两类岩石之间的过度类型；其中寒武系主要以白云岩为主，而奥陶系主要是以石灰岩为主。所采集的样品主要是区内几口钻井的寒武系-奥陶系的碳酸盐岩，并对不同层位的59个碳酸盐岩样品进行了δ18O和δ13C测定，样品处理主要是采用磷酸法，在DeltaS型质谱仪测定碳氧同位素组成。所有样品的δ18O和δ13C均为PDB标准给出。
1碳、氧同位素组成特征
从已有的样品分析结果来看，研究区四口井（中1、中3、中4、中12井）碳酸盐岩中的δ18O和δ13C具有如下特点（表1）：
1）研究区碳酸盐岩的δ18O和δ13C值变化范围大，δ13C最小值为-3.253‰，的最大值为1.917‰，而δ18O的变化范围-8.223‰—-3.543‰ (均为PDB)。正常海相碳酸盐岩的
δ13C值变化范围-5‰—+5‰(Schopf,1980;VeizerJ, DemovicR,1974)，正常海相碳酸盐岩的
δ18O值也近于文献[2](FaureG,1977)。本区碳酸盐岩氧同位素则明显偏向负值,而碳同位素组成与正常海相碳酸盐岩同位素相近，这主要是因为在成岩作用过程中与孔隙水中的大量的氧同位素发生同位素分馏所致（邵龙义1994），碳酸盐岩中碳的体积远远大于成岩作用过程中与其发生反应的孔隙水中的碳，所以碳酸盐岩的碳同位素基本不受成岩作用孔隙水的影响，基本反映原始岩石的同位素。
2）白云岩的成因类型上，低温萨勃哈、潮上带、汇流渗透、混合水白云石，δ18O值在-6.5—9‰之间；高温埋藏白云石的δ18O为负值，约-5 0‰—-9 0‰(ＰＤＢ)（邵龙义等，2002）之间。研究区白云岩的δ18O的变化特征如图2所示，δ18O的变化范围大都在-7—-5之间，由此分析可知研究区晚寒武系-奥陶系的白云岩几乎均经历了埋藏高温白云石化的改造。
图2 白云岩的δ18O的变化特征
表1 研究区碳-氧同位素组成特征（中1井，中3井，中4井，中12井）
2 碳同位素变化原因探讨
2.1 碳氧同位素与古盐度的关系
碳氧稳定同位素能反映沉积环境和时间地层界线。但是，由于δ18O受成岩作用影响明显，一般很难反映原始沉积环境，而碳同位素则受成岩作用影响相对较小，所以可以反映沉
积环境变化(彭苏萍等，2002年; 李玉成,1997; 李儒峰,刘本培,1996)。
一般来说,δ13C和δ18O均随介质盐度升高而升高,其中δ13C与古盐度关系最为密切，且受温度影响较小。Keith和Weber(1964)提出利用石灰岩的δ13C,δ18O区分侏罗纪及时代更新的海相石灰岩和淡水相石灰岩的公式：
Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50)
式中δ13C和δ18O均用PDB作标准。当Z值大于120时为海相石灰岩，Z值小于120时为淡水石灰岩。由于古代碳酸盐岩形成后，其碳同位素难以交换而使其δ13C值较为稳定，并且Z值主要取决于δ13C，所以仍可以用Z值来大致判断样品形成时的介质盐度的相对变化。δ13C和Z值越大，反映其沉积介质盐度越高。从表1可看出，塔中地区寒武系-奥陶系碳酸盐岩样品δ13C为-3.253‰-1.917‰之间，其Z除个别样品外,均大于120，反映了寒武系-奥陶系碳酸盐岩都是在稳定的海相环境中形成；这与本区碳酸盐岩中三叶虫、海百合等化石所指示的正常海相环境一致（如图3）。
图3 奥陶系古生物发育多样度
2.2海平面变化对碳同位素的影响
一般来说，地质历史中海洋碳酸盐的δ13C的变化与同期有机碳埋藏速率的变化密切相关，有机碳中往往富集较轻的碳同位素12C，因此当有大量有机碳快速埋藏时,这些有机碳会从自然界碳库中吸取过量的12C，使得自然界碳库中的13C相对富集，与之平衡的海水中的无机碳的13C也随之富集（邵龙义、JonesTP，1999）,相应的海水中沉淀出的碳酸盐岩，其13C 也相对富集，即δ13C相对升高。因此, 海相碳酸盐岩δ13C出现的高值期往往是有机碳得以快速埋藏的时期。而海洋中有机碳的埋藏速率明显受海平面变化的控制（田景春、曾允孚，1995；沈渭洲、方一亭等，1997），海平面上升期，一方面导致有机碳的埋藏速率增加，另一方面使得古陆氧化面积减小，因剥蚀而带入海洋的有机碳的量也随之减少，从而导致溶于海水中的CO2富13C，与之平衡的碳酸盐岩的δ13C值亦相应增高(李玉成,1998; 李儒峰、刘本培,1996)。反之，在海平面下降期，大陆面积增大，由于氧化剥蚀进入海洋的有机碳的数量增加，同时，海洋中的有机质埋藏速率降低（BaudA、MagaritzM、HolserWT，1989），结果造成大量的12C进入海水，与碳酸盐发生分馏作用，使得海相碳酸盐的δ13C值降低。从这一方面看,海相碳酸盐岩的δ13C演化与海平面升降亦有着密切的关系.
通过对研究区碳酸盐岩样品的δ13C的变化特征进行分析,从晚寒武世至早奥陶世,区内碳酸盐岩的δ13C值由-1.229‰下降到-3.252‰(图5),平均值从-1.62‰变为-1.93‰(表2),而此期即为一海退期，沉积环境从早寒武世早期的以硅藻岩为代表的深水盆地、早寒武世中晚期局限台地云坪至晚寒武世蒸发盐台地膏盐泻湖；海平面下降期间，海洋生物因生存空间缩小而减少，有机质产率下降，大量富12C的CO2和HCO3-未被利用，同时有机质氧化速度因海平面下降而增加（BaudA，MagaritzM，HolserWT，1989），产生更多的富12C的碳酸盐组分，从而导致这一时期沉积的碳酸盐岩的δ13C值从高变低。自早奥陶世晚期-晚奥陶世晚期，研究区δ13C逐渐回升, δ13C从-1.934‰至0.906‰，此期恰为一海侵期，早奥陶世晚期演变为开阔台地环境，局部发育台内浅滩环境，海平面上升时期，生物繁盛，生物因新陈代谢作用而不断从海水中提取12C，并以有机质形式保存在海底沉积物中，造成有机质产率增加，同时，由于海水加深，有机碳受氧化作用影响减少，从而导致此期形成的碳酸盐岩具有较高的δ13C值。从研究区有限碳酸盐岩样品的δ13C变化特征分析，寒武—奥陶纪碳酸盐岩的δ13C演化与海平面的升降呈明显的正相关关系（如图4所示）.
图4 中41井寒武至奥陶系碳酸盐岩δ13C值变化与海平面升降关系图
表2 研究区碳酸盐岩δ13C统计结果
2.3海水硫酸盐含量对碳同位素的影响
研究区寒武系-奥陶系的大部分样品δ13C值均显示出明显的负偏移（如图5所示）,多分布在-0.027‰～-3.3‰,中奥陶世大部分样品的δ13C值均显示出明显的正偏移（如图6所示）。对这些样品进行详细分析之后，认为碳酸盐岩的δ13C值除与海平面变化所引起的有机碳埋藏速率变化有关外，海水中的硫酸盐含量也是一个重要的因素（TalbotMR，KeltsK，1990；刘传联，1998），晚寒武世晚期和早奥陶世晚期沉积时期，海水硫酸盐含量高，硫酸盐细菌的还原作用使有机质氧化，将大量富12C的CO2和HCO3-释放于水中，致使非生物成因的碳酸盐富12C，δ13C值偏负。例如塔中1井4150m-4222m，和4400m一4414m井段等，常有泥质沉积物和石
膏伴生，说明了当时海水富含硫酸盐；中4井寒武系发育300m厚左右的浅灰色、灰白色、褐色云质膏岩，云膏岩，也充分说明了但是海水中富含硫酸盐。
图5 碳酸盐岩δ13C同位素数值的分布特征
图6 中奥陶世δ13C同位素数值的分布特征
3 结论
1）塔中地区寒武-奥陶系碳酸盐岩样品δ13C值为-0.35%～+0.34%，δ18O值为-1.96%～-0.04%,其Z值除个别样品外，均大于120，反映出研究区寒武-奥陶系碳酸盐岩都是在海相环境中形成的。
2）海平面升降变化影响着δ13C值的变化，晚寒武世至早奥陶世为一海退期；早奥陶世晚期-中奥陶世晚期为一海侵期。通过对δ13C变化特征分析，发现寒武—奥陶纪碳酸盐岩的δ13C演化与海平面的升降呈明显的正相关关系。
3）海水中的硫酸盐含量也是影响δ13C值的一个重要的因素。海水硫酸盐含量高，硫酸盐细菌的还原作用使有机质氧化，将大量富含12C的CO2和HCO3-释放于水中,致使非生物成因的碳酸盐富12C,从而造成碳酸盐岩的δ13C过低.
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铅同位素示踪方法应用于考古研究的进展
铅同位素示踪方法应用于考古研究的进展 作者：金正耀 作者单位：中国社会科学院世界宗教研究所,北京,100732 刊名： 地球学报 英文刊名：ACTA GEOSCIENTICA SINICA 年，卷(期)：2003,24(6) 被引用次数：16次 参考文献(25条) 1.金正耀晚商中原青铜的矿料来源 1984 2.金正耀中国古代文明をさぐる--铅同位体比によるを中心に 2000 3.金正耀;W T Chase;平尾良光江西新干大洋州商墓青铜器的铅同位体比值研究 1994(08) 4.金正耀;马渊久夫;W T Chase广汉三星堆遗物坑青铜器的铅同位体比值研究 1995(02) 5.金正耀;W T Chase;平尾良光中国两河流域青铜文明之间联系 1998 6.彭子城;孙卫东;黄允兰赣鄂皖诸地古代矿料去向的研究 1997(07) 7.彭子成;王兆荣;孙卫东盘龙城商代青铜器铅同位素示踪研究 2001 8.平尾良光;铃木浩子;早川泰弘泉屋博古馆が所藏する中国古代青铜器の铅同位体比 1999(15) 9.孙淑云;韩如玢;陈铁梅盘龙城出土青铜器的铅同位素比测定报告 2001 10.朱炳泉;常向阳评"商代青铜器中高放射成因铅的发现" 2002(01) 11.Barnes I L;Chase W T;Deal E C Lead isotope ratios of ancient Chinese bronzes in the Arthur M.Sackler collections 1987 12.Doe B R;Zartman R E Plumbotectonics I-the Phanerozoic 1979 13.Hirao Y;Suzuki H;Hayakawa Y Lead isotopic ratios of ancient Chinese bronzes from collections of Scnoku Museum 1999(15) 14.Karpenko S;M H Deievaux;B R Doe Lead isotope analyses of galenas from selected ore deposits of the USSR 1981 15.Jin Zhengyao The ore sources for making bronzes in the Central Plain by the Late Shang Period 1984 16.Jin Zhengyao Quest for the Lost Civilization in China 2000 17.Jin Zhengyao;Chase W T;Y Hirao Lead isotope studies on bronzes from the Shang tomb at Dayangzhou in Xin'gan 1994(08) 18.Jin Zhengyao;Mabuchi H;Chase W T Lead isotope studies on bronzes from the pits at the Sanxingdui site in Guanghan 1995(02) 19.Jin Zhengyao;Chase W T;Hirao H Yellow River valley and Yangtze River valley:the question of contact with distant bronze cultures,collected essays from the intemational conference on the Shang Culture,ed.Institute of Archaeology,Chinese Academy of Social Sciences 1995 20.Jin Zhengyao;Hirao Y;Chase W T Scientific study on Early Chinese Bronzes,collected essays from the fourth international conference on the Beginning of the Use of Metals and Alloys (Shimane,Japan) 1999 21.Peng Zicheng;Sun Weidong;Huang Yunlan A preliminary study on the areas using copper ore yielded
三江地区两类古陆成分的铅同位素组成——Ⅰ_碳酸盐岩类
三江地区两类古陆成分的铅同位素组成 ———Ⅰ.碳酸盐岩类3 1999年1月10日收稿. 3国土资源部“九五”科技攻关项目(No.95-02-001-02)资 助.徐启东 夏 林 (中国地质大学资源学院,武汉430074) 摘 要 根据铅同位素组成, 西南三江地区前中生代的碳酸盐岩可分成具高放射性和低放射 性成因铅同位素特征的两种类型,其数值范围和样品的空间分布都可分别与已知的冈瓦纳和劳亚古陆群的铅同位素组成对比.运用不同古陆群显示的块体铅同位素组成差异作为标志,判别兰坪盆地中以灰岩和细碎屑岩组成的上三叠统可能不是中生代兰坪盆地的沉积产物,而是新生代早期从盆地西部冈瓦纳古陆群中逆冲推覆过来的构造岩片.关键词 冈瓦纳古陆,劳亚古陆,铅同位素,兰坪盆地,特提斯.中图法分类号 P597第一作者简介 徐启东,男,副教授,1957年生,1982年毕业于长春地质学院地质系,1994年获中国地质大学博士学位,主要从事矿床学、地球化学和流体地质方面的科研和教学工作. 0 引言 西南三江地区位于特提斯构造域的东部,记录了劳亚和冈瓦纳两大古陆群裂解、古陆碎块间相互作用、拼合和隆升的地质历史.经过多年的研究,已 经建立起了由4条板块结合带和其间的陆块所构成的基本构造格局[1].它们实际上是由不同时期的陆 块碎片和洋壳、弧系物质拼合与叠置在一起的“岩 片”组合,反映了劳亚和冈瓦纳古陆之间多弧-盆系的演化、消亡和拼合过程[2,3].两个古陆群的碎片在三江地区交错分布,极大地影响了对造山带地层系统的建立、特提斯演化的细化和这一重要成矿域成矿物质聚散规律等问题的进一步认识. 不同陆块化学成分的不均一性,同一陆块地幔和地壳中某些元素及同位素组成的继承演化关系和块体效应,提供了分辨和区分不同古陆系统及其碎片的途径[4～7].其中铅同位素的块体效应明显,不同源区演化形成的地块岩石具有不同的铅同位素组成,只要识别和建立起了相应的铅同位素标志,就可以鉴别岩片的不同归属[8～11].笔者对本区及邻区主 要岩石类型的铅同位素资料的整理表明,碳酸盐岩类岩石的铅同位素组成显示了明显的块体差异,可 与已知的冈瓦纳和劳亚古陆的铅同位素组成对比, 可作为建立本区两类古陆群岩片综合地球化学标志的基础.1 两类铅同位素组成粗线条地看,三江地区冈瓦纳古陆群与劳亚古陆群的界线大致以澜沧江板块结合带为界[2] .为寻找两大古陆群的差异,选择了该结合带东西两侧,可能分属不同古陆群岩片的前中生界碳酸盐岩类样品数据:属于冈瓦纳古陆群的包括德钦南佐下二叠统 灰岩[12],澜沧老厂中上石炭统大理岩和西盟新厂下古生界大理岩 [13] ,共计7组数据;属于劳亚古陆群(扬子陆块西缘)的包括中咱地块中纳交系、 三家村上寒武统灰岩和白云岩、 杠日隆上二叠统灰岩[12,14](哀牢山1个样品归入其中)、 川西会东、会理、甘洛上震旦统大理岩 [15] ,共计13组数据.它们都是80年代中后期以来的测试数据,可靠性较高. 将上述数据投入图1中,可以清楚地看到,澜沧江结合带两侧的前中生代碳酸盐岩类岩石分布于图 中不同的区间.东侧的碳酸盐岩以相对低放射性成 因铅同位素组成为特征,w (206Pb )/w (204Pb )=18.110～18.471,w (207Pb )/w (204Pb )=15.260～ 第24卷第3期 地球科学———中国地质大学学报 Vol.24 No.31999年5月 Earth Science —Journal of China University of G eosciences May 1999
贵州独山巴年锑矿床硫_铅同位素特征及其对成矿物质来源的指示_沈能平
第 33 卷 第 3 期 2013 年 9 月 文章编号：1000-4734(2013)03-0271-07
矿 物 学 报 ACTA MIERALOGICA SINICA
Vol. 33, No.3 Sept., 2013
贵州独山巴年锑矿床硫、铅同位素特征及其 对成矿物质来源的指示
沈能平 1，苏文超 1，符亚洲 1，徐春霞 1, 2，阳杰华 1，蔡佳丽 1
（1. 中国科学院 地球化学研究所 矿床地球化学国家重点实验室，贵州 贵阳 550002； 2. 中国科学院大学，北京 100049）
摘 要：贵州独山巴年锑矿床是华南锑矿带代表性锑矿床之一。矿体赋存于中泥盆统独山组地层之中。本文 对该矿床辉锑矿的硫、 铅同位素组成进行了系统分析。 结果表明， 辉锑矿的 δ34S 值变化范围为-5.4‰～-1.2‰， 平均-4.2‰，计算获得成矿流体中总硫的 δ34SΣS=0.1‰，显示岩浆来源硫的同位素特征。辉锑矿铅同位素组成 变化范围较窄：206Pb/204Pb 为 18.561～19.156，平均 18.813；207Pb/204Pb 为 15.703～15.769，平均 15.734；
208
Pb/204Pb 为 38.573～39.207，平均 38.906。绝大多数样品中矿石铅为正常铅，具有华南区域性铅同位素组
成特征。我们认为巴年锑矿床成矿金属元素锑除主要来源于赋矿围岩泥盆系外，基底地层也可能提供了部分 成矿物质。 关键词：辉锑矿；硫同位素；铅同位素；成矿物质来源；巴年锑矿床 中图分类号：P597；P611 文献标识码：A 作者简介：沈能平，男，1979 年生，博士，副研究员，矿床地球化学专业，主要从事中低温热液矿床成矿 理论研究. E-mail：shennengping@https://www.wendangku.net/doc/529126092.html,
黔东南独山锑矿田是贵州省除晴隆县外锑 矿资源最丰富的地区，属于三都－丹寨汞锑成矿 带的南延部分，目前该锑矿田已发现包括半坡 （大型） 、巴年（中型） 、蕊然沟（小型）等锑矿 床（点） 、矿化点近 20 处。前人对该区锑矿地质 地球化学已进行了大量的研究，认为其成矿物质 但独山地区从下 主要来源于赋矿的围岩地层[1-3]， 、丹林组 中志留统至中泥盆统的翁项群（S1-2wn） 、龙洞水组（D2l） 、邦寨组（D2b） 、独山 （D1dn） 组（D2d）均有锑矿（化）体产出，赋矿围岩时 代跨度较大，难以有效制约物源。本次研究以巴 年锑矿床最主要的矿石矿物 —— 辉锑矿为研究 对象，系统测试了其硫、铅同位素组成，利用硫、 铅联合示踪优势，进一步分别探讨了其硫源和成 矿金属锑的来源。
1 矿区地质概况
巴年锑矿床是独山锑矿田内代表性锑矿床
收稿日期：2012-09-24 基金项目：贵州省科学技术基金（编号：黔科合 J 字[2009]2249、 [2008]2227 号） ；国家自然科学基金（批准号：40972072） ；中国科学院 重要方向项目（编号：KZCX2-YW-Q04-05） ；矿床地球化学国家重点 实验室自主研究课题
之一，其位于环“江南古陆”南西端，产于独山 箱状背斜轴部南西倾伏部位。矿区出露地层主要 为中泥盆统独山组（D2d）浅海相碳酸盐岩和碎 屑岩，与下伏地层中泥盆统邦寨组（D2b）为整 合接触（图 1） 。按岩性不同，独山组自下而上可 、宋家桥段（D2d2） 划分为三段：鸡泡段（D2d1） 和鸡窝寨段 （D2d3） 。 其中宋家桥段按其岩性组合 特征又可分为上、下两个亚段：下亚段（D2d2-1） 为中至厚层中粒石英砂岩夹薄层泥质灰岩或灰 岩透镜体；上亚段（D2d2-2）为碳酸盐岩与碎屑岩 互层，是巴年锑矿的主要赋矿层位。矿区内未见 岩浆岩出露。北北西向的独山箱状背斜和半巴断 裂、打鱼河断裂是矿区的主要控矿构造。矿化沿 背斜轴部分布，主断裂的旁侧构造和层间破碎带 为容矿构造。矿体的大小和富集程度与构造的产 状和发育程度有关，断裂组平行、交汇、膨胀地 段均是富矿体的产出部位。 巴年锑矿床矿化范围大，但矿体小，变化较 大，与围岩界线大多为突变关系。矿区虽具多层 赋矿特点，但在垂向上很少有矿体重叠出现。每 个矿化体包含若干矿体，矿体呈似层状、透镜状 等缓倾斜顺层产出， 与岩层产状一致， 倾向南西，
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动审批稿
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】
碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 摘要：随着科学技术发展，稳定性同位素已经广泛应用在生态学研究的诸多领域。在研究食物网中能量流动关系时，稳定性同位素能提供更迅速、客观的分析。此次实验利用碳稳定性同位素技术对受到人类破坏或其他因素影响的选定区域分析其食物网中的能量流动，旨在研究该区域生物之间的能量流动关系，从而对该区域采取合理的保护措施。 关键词：碳稳定性同位素；食物网；能量流动；δ13C值 Carbon Stable Isotopeanalyzes Studies Energy Flux in Food Web ABSTRACT: Stable isotopehas been widely used in various fields in ecology studieswith the development of science and isotope can provide rapider and more objective analysis when researching energy flux relationship in the food web. In the process of this experiment, we analyze the energy flux relationship in the food web of the chosen areas that are destroyed by human beings or affected by other factors by means of carbon stable isotope technology, with the aim of researching the energy flux relationship among population in this area, consequently we can adopt reasonable protective measures in this areas. KEY WORDS: Carbon stable isotope；food web；energy flux；δ13C 一．研究背景 随着世界人口的持续增长和人类活动范围与强度的扩展和增加，地球上的生物多样性逐渐降低。例如，持续不断地砍伐树木已经导致世界上大量树木物种面临灭种的危险；环境污染使得动植物的栖息地环境遭到严重的破坏，致使物种数量锐减[1]。在某一区域中，动植物数量的减少还有一个很重要的原因，即某些因素（例如栖息地减少和改变、滥捕乱猎、外来物种的引入、污染等[2]）导致该区域部分动植物数量的减少，而这进一步通过该区域的食物网影响到区域中其他动植物的种类和数量，进而对整个区域各种生物体造成影响。 食物网是在生态系统中的生物成分之间通过能量传递关系存在着一种错综复杂的普遍联系，直接反映生态系统的结构和功能[3]。生产者制造有机物，各级消费者消耗这些有机物，生产者和消费者之间相互矛盾，又相互依存。不论是生产者还是消费者，其中某一种群数量突然发生变化，必然牵动整个食物网。食物网是生态系统长期发展的进化过程中形成的。人类活动使生态系统中某一生物体种群数量遭到破坏，将使生态平衡失调，甚至是生态系统崩溃[2]。因此，研究食物网中生物的能量流动关系，对于维持生态系统的稳定、利用动物间的相互制约来减缓人类活动对生态系统的破坏具有重要的意义。
铅同位素地球化学
铅同位素地球化学 铅同位素地球化学 lead isotope geochemistry 研究自然物质中铅同位素的丰度、变异规律及其地质意义。自然界铅由204Pb、206Pb、207Pb和208Pb4个稳定同位素组成,它们的丰度分别为1.4％、24.1％、22.1％和52.4%。204Pb是非放射成因的,206Pb、207Pb、208Pb是由238U和235U 和232Th 3个天然放射性同位素经过一系列α、β衰变后最终形成的稳定同位素。这3个衰变系列可分别用下列简化式来表示： 238U→8α+6β-+206Pb 235U→7α+4β-+207Pb 232Th→6α+4β-+208Pb 铅同位素地球化学主要用于研究含放射性元素极低的矿物或岩石中的铅同位素组成。这些铅同位素组成自矿物或岩石形成之后不再发生变化，即不再有放射成因铅的加入，如方铅矿、白铅矿、长石、云母等及其所形成的矿石和岩石中的铅均属此类，把此类铅叫做普通铅。根据普通铅的演化历史和源区性质可分为单阶段铅和多阶段铅。 单阶段铅是指封闭体系中铅同位素组成保持恒定。如果一组样品是同源的，那么，它们的铅同位素比值如206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb等应该也是相同的。多阶段铅是指开放体系中普通铅同位素组成的变化。这种铅曾与具有不同U/Pb、Th/Pb比值的体系伴生过,而且铅在这些体系中存在的时间也各异，因此，铅同位素比值就会发生相应的变化。为追索这种铅的复杂历史，已建立了多种数学模式。 通过铅同位素地球化学研究，不仅可以确定成矿时代（见区域成矿学）或模式年龄（按照某种理论模式确立的公式计算年龄），而且还可判断成矿物质来源、矿床成因等。例如根据铅同位素组成及其特点，认为成矿物质的最初来源可分为幔源、壳源和混合来源。207Pb／204Pb比值或μ值(238U/204Pb)高的铅来自上地壳，低μ值的铅来自下地壳或上地幔。造山带（岛弧）铅被认为是地壳铅与地幔铅混合的结果。再如，矿床是单成因还是多成因、成矿物质是单一来源还是多种来源等问题均可利用铅同位素比值来判断。
碳同位素组成特征
塔中地区晚寒武—奥陶世碳酸盐岩δ13C同位素组成特征 朱金富于炳松黄文辉初广震吕国 （中国地质大学北京100083） 摘要通过研究、分析塔里木盆地塔中地区寒武系至奥陶系海相碳酸盐岩的碳、氧同位素组成特征，分析和探讨了影响塔中地区寒武系至奥陶系碳酸盐岩碳同位素变化的原因。结果表明，寒武-奥陶系海相碳酸盐岩的碳同位素的变化可能与海平面变化有密切联系，在晚寒武世至早奥陶世晚期为一海退期，有机质产率及有机碳埋藏速率的下降导致了碳酸盐岩δ13C 值的降低；而在早奥陶晚期-中奥陶世为一海侵期，有机质产率及有机碳埋藏速率的增加导致了碳酸盐岩δ13C值的增高；晚寒武世至早奥陶世海水中的硫酸盐含量高,硫酸盐细菌的还原作用使有机质氧化,从而导致碳酸盐岩δ13C值降低。 关键词寒武-奥陶系碳酸盐岩碳同位素海平面变化硫酸盐 第一作者简介：朱金富，男，1978年生，中国地质大学（北京）在读博士，研究方向：含油气盆地沉积学 碳氧稳定同位素是解释碳酸盐岩成因的一种重要的地球化学标志。同时，碳、氧同位素分析是古环境研究中常用的一种手段，它在恢复水体的古温度、古盐度和研究沉积物成岩作用等方面已得到了广泛的应用。近年来，有关碳氧同位素与海平面变换的关系的研究备受关 注（彭苏萍等，2002年；邵龙义，1999年；李儒峰,刘本培，1996年；刘传联，1998年等）。本文通过对塔里木盆地塔中地区寒武系至奥陶系碳酸盐岩中碳同位素的分析，探讨了 碳同位素与沉积环境、相对海平面变化及硫酸盐含量的关系。 塔中低凸起位于塔里木盆地中部，北与满加尔凹陷、南与塘古孜巴斯凹陷、西与巴楚低凸起、东与塔东低凸起相接。东西长约300km，南北宽约160km，面积约4.8ⅹ104km2(图1所示)。它分为塔中?号断裂构造带、塔中北坡及中央垄断垒带三个构造单元。塔中地区地层发育比较齐全，除了缺失侏罗系和大面积缺失震旦系外，寒武系至古-新近系均有分布。
地质样品有机地化测试有机质稳定碳同位素组成分析方法
MV_RR_CNG_0398地质样品有机地化测试有机质稳定碳同位素组成分析方法 1.地质样品有机地化测试有机质稳定碳同位素组成分析方法说明 2.地质样品有机地化测试有机质稳定碳同位素组成分析方法摘要 1 范围 本标准规定了有机质稳定碳同位素组成分析中质谱计的技术性能指标、样品制备、质谱分析的方法及精密度等。 本标准适用于原油及其各族组分、干酪根、煤、岩石沥青等各种沉积有机质和一切生物体有机质的稳定碳同位素组成分析。
本标准不适用含有碳酸盐矿物的有机物样品的稳定碳同位素组成分析。 2 方法提要 试样在流动氧同位素制样装置中分解燃烧，并进一步氧化，充分转化为CO2，所生成的H2O用冷冻法除去，在真空状态下去除杂质气体，经纯化后的CO2收集到样品管中，在气体稳定同位素比值质谱计上进行稳定碳同位素组成分析。 3 仪器和设备 3.1 气体同位素比值质谱计：具双进样系统、三束离子接收器的质谱计，要求具备技术性能指标如下： 3.1.1 灵敏度：S＞10 A/Pa(0.1 A/mbar)； 3.1.2 工作分辨率：M/ΔM＞95(10％峰谷)； 3.1.3 丰度灵敏度：A. S＜5×10-6； 3.1.4 测量精度：E. P＜0.04(‰)。 3.2 流动氧有机质碳同位素制样装置〔示意图见附录A(提示的附录)〕： 3.2.1 机械真空泵一台； 3.2.2 热偶真空计一台； 3.2.3 加热炉温度控制仪二台：温控范围室温～1 100℃； 3.2.4 带真空活塞的玻璃真空系统一套。 4 试剂和材料 4.1 线状氧化铜：分析纯。 4.2 无水乙醇：分析纯(或化学纯)。 4.3 高纯氧：纯度优于99.99％钢瓶氧气。 4.4 液氮：保存在杜瓦瓶中。 4.5 真空硅脂：7501型。 5 分析步骤 5.1 样品制备 5.1.1 燃烧样品：取原油样约1 mg～2 mg置于石英小舟中，燃烧生成的H2O由冷阱10在-45℃～-60℃的低温下捕集而除去。CO2由冷阱12在液氮低温(-196℃)下收集。 5.1.2 抽除氧气：当真空度约1 Pa，抽氧结束。 5.1.3 CO2转移：真空度约6 Pa，CO2转移结束。 5.1.4 抽除杂气。 5.2 质谱分析 5.2.1 开机：质谱计进样系统，分析系统抽真空。 5.2.2 预热：灯丝发射部件、离子加速电压(高压)部件、磁铁电流部件通电预热约1h，使其工作稳定。 5.2.3 “零”富集测试：样品(SA)及标样(ST)两个储样器中放进同一个工作标准ST-8301钢瓶CO2气，作“零”富集测试。 5.2.4 样品分析：进样系统样品SA一路引入样品CO2，标准ST一路引入工作标准ST-8301钢瓶CO2气，在已设定好实验条件下，作样品测量。测量前调整储样器中样品的压力，使样
川东南-湘西志留系砂岩胶结物碳、氧同位素特征
2015年3月第35卷第1期 四川地质学报 Vol.35 No.1 Mar.，2015 157 川东南-湘西志留系砂岩胶结物碳、氧同位素特征 安 倩，黄 迪，朱志军，贾永斌，魏志崇，方鸿飞 （东华理工大学地球科学学院，江西 南昌 330013） 摘要：测试分析结果表明：川东南-湘西地区氧稳定同位素相对较轻，而碳同位素变化相较于氧同位素变化大，这种变化与水介质性质、古气候及沉积有机质来源量有关；研究区志留系小河坝组砂岩形成胶结物的孔隙流体与海相环境中保存下来的底水密切相关；碳酸盐胶结物中的碳来源于与甲烷细菌作用生成生物气有关的碳酸盐。 关键字：志留系；小河坝组；胶结物；碳氧同位素 中图分类号：P597 文献标识码：A 文章编号：1006-0995（2015）01-0157-04 DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.037 砂岩储层中碳酸盐胶结和溶解是影响储集层物性的重要因素之一。碳酸盐胶结物在碎屑岩储层中既是最常见的成岩产物，又是重要的自生矿物，具有成因多样性、分布普遍性、形成多期性等重要特点。不同期次的碳酸盐胶结物的形成可以有效的记录流体组分特征在成岩过程中的变化，尤其是胶结物中碳稳定同位素组成可以用来指示成岩流体中碳的来源，而氧稳定同位素可以用来估算其结晶时的温度和流体成分。碳酸盐胶结物中碳氧稳定同位素组成可以为判断其形成时的物质来源和地球化学特征等提供重要信息，进而有利于阐明成岩过程中孔隙流体演化史、次生孔隙形成机理和流体-岩石相互作用机制等基本的地质问题。因此，通过运用岩石学、矿物学和地球化学等多学科交叉渗透的方法来分析砂岩储集 层中碳酸盐胶结物的氧、碳同位素组成特 征，对研究碳酸盐胶结物的来源和成因具有一定的理论意义和实践意义，进而正确的评价砂岩储层的储集性能。本文对川东南-湘西志留系小河坝组砂岩中碳酸盐胶结物的碳、氧同位素特征进行研究，来探讨其形成环境及碳的来源。 1 地质背景 川东南-湘西地区主要位于四川盆地东南部油气地质条件优越的有利天然气富 收稿日期：2014-05-23 基金项目：国家自然科学基金项目（41362008）和江西省教育厅科技项目（GJJ14475）联合资助 作者简介: 安倩（1990－），女，江西九江人，硕士研究生，主要从事沉积地球化学研究工作 通讯作者：朱志军（1976－） ，男，博士，主要从事沉积学研究工作 图2 采样位置分布图 图1 研究区位置图(据王根海,2001）
碳同位素组成特征及其在地质中的应用
同位素地球化学
目录 一、碳的同位素组成及其特征 (1) 1.碳同位素组成 (1) Ⅰ、碳的同位素丰度 (1) Ⅱ、碳的同位素比值（R） (1) Ⅲ、δ值 (2) 2.碳同位素组成的特征 (2) Ⅰ.交换平衡分馏 (2) Ⅱ.动力分馏 (3) Ⅲ.地质体中碳同位素组成特征 (3) 二、碳同位素在地质科学研究中的应用 (8) 1. 碳同位素地温计 (8) 2．有机矿产的分类对比及其性质的确定 (9) Ⅰ.煤 (9) Ⅱ.石油 (9) Ⅲ. 天然气 (11)
碳同位素组成特征及其在地质科研中的应用 一、碳的同位素组成及其特征 1.碳同位素组成 碳在地球上是作为一种微量元素出现的，但分布广泛，在地质历史中有着重要作用。碳的原子序数为6 ，原子量为12.011，属元素周期表第二周期ⅣA族。碳在地壳中的丰度为2000×10-6，是一个比较次要的微量元素。在地球表面的大气圈、生物圈和水圈中，碳是最常见的元素之一，是地球上各种生命物质的基本成分馏。碳既可以呈固态形式存在，又能以液态和气态形式出现。它既广泛分馏布于地球表面的各层圈中，也能在地壳甚至地幔中存在。总之，碳可呈多种形式存在于自然界中。在有机物质和煤、石油中，以还原碳的形式存在，在二氧化碳气体和水溶液中，以氧化碳形式出现。碳还可呈自然元素形式出现在某些岩石中（如金刚石和石墨）。一般用同位素丰度、同位素比值和δ值来表示同位素的组成。 Ⅰ、碳的同位素丰度 同位素丰度指同位素原子在元素总原子数中所占的百分比，自然界中的碳有2个稳定同位素：12C和13C。习惯采用的平均丰度值分别为98.90%和1.10%。由此可见，在自然界中碳原子主要主要是以12C的形式存在。另外碳还有一个放射性同位素14C，半衰期为5730a。放射性14C的研究，目前已发展成为一种独立的同位素地质年代学测定方法，主要应用于考古学和近代沉积物的年龄测定。适合用于作碳稳定同位素分馏析的样品包括：石墨、金刚石等自然碳矿物，方解石、文石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等碳酸盐矿物；石灰岩、白云岩、大理岩等全岩样品；各种矿物包裹体中的C O2和CH4气体以及石油、天然气及有机物质中的含碳组分馏等。 Ⅱ、碳的同位素比值（R） 同位素比值R=一种同位素丰度/另一种同位素丰度 对于非放射性成因稳定同位素比值： R=重同位素丰度/轻同位素丰度 由此可见，碳的同位素比值R=1.1%/98.9%=0.011
碳、氧同位素含量偏移的地质意义研究
碳、氧同位素含量偏移的地质意义研究在学习地球化学之前，我曾加入一个科研立项小组的科研工作中。这个科研项目的主题是“晚泥盆世弗拉斯—法门期之交( Fr/ Fa 界线) 所发生的全球性生物大绝灭事件”，我们对此项工作主要从牙形石分带，微球粒的基础研究及对碳酸盐含量，碳、氧同位素的含量偏移等方向展开。在加入到这个工作开始到学习完地球化学这门课止，我阅读了关于“碳、氧同位素含量偏移在重大地质事件中的指示意义”这一知识点的文献约十余篇。这些文献除了有部分对F—F事件的碳、氧同位素的规律总结之外，更有一部分是对其他重大地质事件诸如中元古代海平面变化、河南地区震旦系碳酸盐沉积、早寒武世黑色页岩、奥陶系—三叠系古环境变化、白垩纪缺氧事件等的系统归纳。本文即是对这些重大地质事件运用同位素含量分析的方法，对以往做过此方面工作的文献进行一次系统的梳理。 碳酸盐和有机物碳同位素组成的分析已成为推断全球碳循环变化的有力工具，碳循环的变化通常与生物集群灭绝事件有关。碳同位素的正偏移，在一些地质学家看来被认为是有机碳埋藏速率增强的结果。而这种变化被许多科学家认为是由于海平面的变化或者海水温度的变化导致大量暖盐水体的形成，诱导海水缺氧，使得海水中有机物氧化速率降低，有机碳埋藏速率增加，导致CO2浓度降低，全球变冷，这一系列变化又导致了生物的大量灭绝。 在对北京十三陵地区中元古代雾迷山组海平面变化的分析中，李任伟等人对白云岩进行了取样，分析以及检验发现：北京十三陵地区雾迷山组(1310～1207 Ma) 白云岩的δ13C 数值范围-1.5 ‰～1. 5 ‰(PDB) ，δ18O 数值范围一般为- 4 ‰～- 5 ‰(PDB) 。它们碳同位素组成具有旋回性变化的特征。δ13C 从地层层序的边界发生正偏移，至1. 5 ‰(PDB) ，然后发生负偏移至- 1. 5 ‰(PDB) 。有时，在δ13C 为负值的层段δ18O 数值较高，约为- 4. 0 ‰(PDB) 。 中元古代雾迷山时期碳酸盐岩相对具有重碳同位素组成的层段与海侵相关。可以在新元古代，也可以在显生宙找到类似的例子。在白垩纪森诺曼阶-土仓阶、早侏罗世、中奥陶世晚期以及晚寒武世，人们都可以在海侵时期沉积的碳酸盐岩地层中发现δ13C数值的正偏移。原因在于此时的海洋有较高的有机产率和高的有机碳埋藏速率，由于沉积有机质从海洋中选择地吸收了轻碳同位素(12C)，结果造成海洋碳酸盐库对重碳同位素(13C) 的相对富集。雾迷山组这种碳、氧同位素组成特征可以反映海平面的变化。在海侵体系域时期海水有相对高的有机产率和有机碳埋藏速率，在高位体系域时期的碳酸盐台地可能为滞流和蒸发环境，海水中微生物因呼吸而消耗有机质的作用比较强烈。 河南汝州、鲁山一带罗圈组冰积层之上的东坡组以页岩、粉砂质页岩及粉砂岩为主。而在对河南汝州一鲁山一带震旦系东坡组碳酸盐沉积的研究中，杜远生及张良等人发现了白云岩透镜体及白云质粉砂岩、砂岩。白云质粉砂岩具有与东坡组页岩不协调的软沉积变形。白云岩透镜体和白云质粉砂岩具有明显的δ13C 负偏。白云岩透镜体的δ13C为一4．19‰～一6．18‰。白云质粉砂岩的占δ13C 大部分为一2‰～一4‰之间。因此认为，东坡组的白云岩透镜体及白云质粉砂岩、砂岩与华南震旦纪盖帽白云岩及南华纪Sturtian冰期冰积层之上的碳酸盐丘和菱锰矿类似，为冰积层中的天然气水合物泄漏释放的CO2和海水中的Mg+发生快速反应快速沉淀而成的，即东坡组的白云岩、白云质粉砂岩、砂岩为冷泉成因。 而陈兰等人对扬子地台湘黔地区旱寒武世黑色页岩有机碳同位素的组成变化进行野外地质观察与室内分析研究表明：研究区灯影组白云岩主要为碳酸盐台
碳同位素分析
二里头遗址出土陶容器内残余物的碳同位素分析 赵春燕赵海涛陈国梁许宏 （北京，王府井大街27号，中国社会科学院考古研究所，100710） 摘要：考古出土陶容器内残余物的分析与鉴别对于探讨古代人类饮食结构、生存状况及周围环境等问题具有特别重要的意义.依据残余物的碳同位素分析可以区分食物的种类，因而碳同位素分析是最重要的方法之一. 对二里头遗址出土的11份陶容器内残余物进行的碳同位素分析结果表明，二里头遗址居民食物中兼具C3类和C4类植物，而且，C4类植物也就是粟的比例可能更高一些。 关键词：二里头遗址，残余物，碳同位素 考古出土陶容器内残物的分析与鉴别对于探讨古代人类饮食结构、生存状况及周围环境等问题具有特别重要的意义。人类在学会制作陶器以后,生活方式发生了质的改变。蒸煮等烹调方式的使用改善了古人类的生活,使得人类对动植物的利用更加充分,吸收更多的营养,身体更加健康。因而,了解古代人类烹饪方式的发生、发展的历史也就是了解人类自身文明发展的历史。一般而言,了解古代人类饮食结构及生存状况所涉及的研究对象主要可以分为两个方面：一是被研究的主体-人类本身，包括对人类骨骼和牙齿遗存的研究；二是人类食用的对象，包括考古遗址中发现的动植物的遗存研究等等。但出土器物中发现的残余物的分析研究，可以帮助考古学家获得更多的不可见的动植物利用信息。 残余物的分析方法比较多, 根据残余物的状态不同相应有不同的方法.其中,碳、氮同位素分析是最重要的方法之一。依据残余物的碳同位素分析可以区分食物的种类。其原理并不复杂: 植物是通过光合作用将空气中的二氧化碳转化为植物组织。到目前为止所发现的光合作用的途径主要三种。一是卡尔文途径。因为它的最初产物是3-磷酸酰甘油酸（3-PGA），这是一种含三个碳原子的化合物，所以又称为C3途径,遵循 C3光合作用途径的一类植物称为C3植物。温和湿润环境下生长的大部分植物都属于C3植物,例如各种乔木、灌木和大部分禾本科的植物。二是哈-斯途径。这种途径的最初产物是含四个碳原子的化合物-草酰乙酸,所以遵循哈-斯光合作用途径的一类植物称为C4植物。 C4植物包括玉米、粟、甘蔗等旱暖开放环境中生长的某些草类。三是少数多汁植物如菠箩、甜菜等所遵循的称为CAM的光合作用途径[1、2]。 自然界的植物因光合作用的途径不同，而导致了最初产物的不同。而不同的最初产物的植物间碳同位素组成是有差别的,可以用δ13C值定量表示。通过对自然界数百种不同科、属、种的植物的研究发现，C3类植物如稻米、小麦、豆类等，其δ13C值范围为 -23‰～-30‰，平均值为-26‰。C4类植物，如玉米、小米、高粱、甘蔗等，δ13C值范围为–8～-14‰，平均值为-11‰。CAM类植物如菠萝、甜菜等，δ13C值范围为–12‰～-23‰，平均值为-17‰。豆科植物可以直接从空气固氮，其δ15N值约为0~1‰；非豆科植物利用土壤中的氮，δ15N 值平均为3~4‰。这些研究结果给后来的研究提供了直接的对比标准。对于出土残余物而言，因炭化过的植物残骸不会再受土壤微生物的影响而改变，一般认为碳氮同位素不会发生分
同位素(名词解释、填空)
1.同位素地球化学：研究地壳和地球中核素的形成丰度及其在地质作用中分馏和衰变规律，并利用这些规律解决有关地质地球化学问题的学科。 2.核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。 3.同量异位数：质子数不同而质量数相同的一组核素。 4.稳定同位素：目前技术条件下无可测放射性的元素。 5.放射性同位素：能自发的放出粒子并衰变为另一种核素的同位素。 6.重稳定同位素：质子数大于20的稳定同位素。 7.亲稳定同位素：质子数小于20的稳定同位素。 8.同位素效应：由同位素质量引起的物理和化学性质的差异。 9.同位素分馏：在同一系统中某些元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或相态中的现象。 10.同位素热力学分馏：系统稳定时，导致轻重同位素在各化合物或物相中的分配差异。 11.同位素动力学分馏：不同的元素组成的分子具有不同的质量，由此而引起扩散速度、化学反应速度上的差异，由这种差异所产生的分馏效应称为同位素动力学分馏。 12.纬度效应：温度效应，随纬度升高，大气降水中的δD，δ18O降低。 13.大陆效应：海岸线效应，从海岸线到大陆内部，大气降水的δD，δ18O降低。 14.高度效应：岁地形增高，大气降水δD，δ18O降低。 15.季节效应：夏季，大气降水δD，δ18O比冬季高。 16.岩浆水：与高温岩浆处于热力学平衡的水，其中来自地幔，与铁、镁超基性平衡的水称为原生水。 17.半衰期：母核衰变为其原子核数一半，所经历的时间。 18.原生铅：指地球物质形成之前，在宇宙原子核合成过程中，与其他元素同时形成的铅。 19.原始铅：地球形成最初时期的铅。 20.初始铅：（普通铅、正常铅）U/Pb、Th/Pb比值低的矿物和岩石中任何形式的铅。 21.异常铅：一种放射性成因铅含量升高的铅。 22.矿石铅：一般是指硫化物矿中所含的铅。 23.岩石铅：火成岩和其他岩石中所含的铅。 24.BABI：目前公认玄武质无球粒陨石的（87Sr/86Sr）。代表地球形成时的初始比值，其值为0.69897+-0.00003
稳定碳同位素
稳定碳同位素 自然界有六种碳同位素：10C、11C、12C、13C、14C*和15C*。主要有三种，它们的丰度是：12C－98.9％；13C－1.08％；14C－1.2×10-10％。其中12C、13C是稳定同位素，14C是放射性同位素。碳有两种稳定同位素：12C和13C，由于它们的质量不同，在自然界中的物理、化学和生物作用下产生分馏。一般来说，在碳的有机循环中，轻同位素容易摄入有机质（例如烃、石油中富含12C，-30～-20‰）中；而在无机循环中，重同位素倾向于富集在无机盐（例如碳酸盐富含13C，海相灰岩约0‰）中。 碳同位素分馏包括动力学分馏（如光合作用、有机物的生物降解等）和平衡 分馏（如大气CO 2－溶解的HCO 3 -－固体CaCO 3 系统）。(1) 光合作用中的碳同位素 动力分馏（6CO 2+6H 2 O→C 6 H 12 O 6 +O 2 ）：由于轻同位素分子的化学键比重同位素分子的 化学键易于破坏，因而光合作用的结果使有机体相对富集轻同位素（12C），而残 留CO 2中则相对富集重同位素（13C）。叶子表面对两种二氧化碳（12CO 2 、13CO 2 ）同 位素分子吸收速度上的差异是造成这一分馏的主要原因。光合作用中碳同位素分馏程度与光合碳循环途径密切相关。根据CO 2 被固定的最初产物的不同，光合碳循环可分为C3、C4和CAM三种方式。C3循环长，分馏大，δ13C=-23‰~-38‰；C4循环为短循环，分馏小，δ13C=- 12‰~-14‰；CAM循环介于C3与C4间，其13C的亏损程度也介于C3与C4植物间。（2）生物氧化－还原作用过程中的碳同位素分馏：一方面，微生物通过氧化还原反应获取能量，加速氧化还原反应的进行。另一方面，微生物在参与反应的过程中，对于同位素的利用具有选择性，优先选择利用化学能较弱的轻同位素化学键，使得轻同位素较重同位素更易被微生物所利用，进而产生显著的同位素分馏。 大气CO 2－溶解的HCO 3 -－固体CaCO 3 系统中的化学交换平衡反应：同位素平 衡分馏只与温度有关，碳同位素分馏的结果是使固体碳酸盐中富集重同位素13C 从大气中的CO 2 到生物圈中有机碳化合物再到生物燃料和生物成因的甲烷，其碳同位素呈现出递减趋势，总体变化规律是氧化态的碳富集13C，还原态的碳 富集12C。海洋上空大气CO 2很少受到其它来源的CO 2 的影响，其δ13C值变化范 围很窄，平均δ13C＝-7.0‰；沙漠和山区大气的CO 2 的δ13C值接近-7.0‰；而在
碳氢氧氮稳定同位素在生态学中的研究案例
碳氮氢氧稳定同位素示踪技术在生态系统研究案例稳定同位素作为示踪剂广泛应用于生态循环和大气循环中的相关研究。研究人员通过测量空气、植物和土壤中的稳定性同位素组成，进而研究传统生态学无法解释的复杂生态学过程，例如：碳同位素用于分析生态系统CO2循环，区分碳通量研究中各组分的贡献率，确定不同物种对全球生产力的分配和贡献；氢氧同位素用于分析植物对土壤水分的利用效率，进而区分土壤水分的蒸腾与蒸散；氮同位素用于分析植物及生态系统的氮素循环，通过反硝化细菌转化成N2O，根据15N在N2O分子的不同位置，可以示踪N素循环的不同化学反应过程。在这些生态研究中，要求使用的设备同时具备高环境耐受性、高精度、高测量速度及宽量程等特点。 美国Los Gatos公司采用专利的OA-ICOS技术（第4代CRDS技术）设计的一系列稳定同位素分析仪，具有操作温度范围宽、量程宽、高速、高精度的优点。能够满足实验室野外多点长期同步监测、不同高度长期同步监测等研究的需要。其与其他传统测量方法相比，改进了对外界温度、压力变化比较敏感的缺陷，具备无法比拟的优势，适用范围也大大得到扩展。 一、测量原理 LGR：采用OA-ICOAS技术，符合Beer-Lambert定律，通过测量光损失来确定未知物质的浓度；通过改变入射激光的波长，一次扫描测量需要的全部光谱，每秒300次测量，做平均，从而保证了多点连续监测的同步性以及高精度性。 特点：1、测量速度非常快，每秒300次全光谱扫描取平均，测量速度及精度远超传统质谱仪； 2、一次扫描测量全光谱，实时显示光谱曲线，即使温度压力的变化引起峰漂移 也不会影响到峰面积的变化； 3、离轴的光腔设计，避免反射光与入射光直接的相互干扰，信噪比低； 4、通过峰面积来计算位置物质的浓度，所以测量范围很宽； 二、 试验方案 1、碳氧稳定同位素示踪设计方案 1.1土壤-植物根系呼吸的区分 利用土壤、植物根系呼吸产生的CO2中13C同位素信息，可以区分它们各自在总呼吸中所占的比例，同时对18O同位素进行监测，使得多混合源的同位素区分成为可能。
绛县横水西周墓地青铜器的铅同位素比值分析
一、前言 自然界中任何形式的铅都是由非放射性成因的２０４Ｐｂ和放射性成因的２０６Ｐｂ、２０７Ｐｂ及２０８Ｐｂ混合组成。受冶炼技术所限，古代青铜器所使用的铜、锡、铅金属原料中均含有一定量的铅。这些含量不等的铅主要来源于各金属矿床中的含铅矿石。由于地球上各金属矿床的地质年龄和形成环境中所含的铀、钍浓度完全相同的几率很小，因而不同地区金属矿床所含的铅同位素组成亦各有差异［１］。而矿石在开采、冶炼及熔铸等青铜生产的物理、化学过程中，铅同位素组成也几乎不产生变化。因此，当古人使用同一产地的金属矿料铸造一批器物时，它们所含铅的同位素比值便具有相同的特征［２］。所以，通过比较不同时期青铜器的铅同位素组成特征，便可了解一定历史时期青铜业金属原料供应地的变迁和变化情况［３］。 横水西周墓地位于山西省运城市绛县以西约１１公里的横北村之北，南北约长２００米，东西约宽１５０米，面积约３万平方米［４］。２００４～２００６年，山西省考古研究所等对其进行了考古发掘，出土鼎、簋、甗、盘、盉、鬲、觚、爵等西周铜礼乐器１８０余件，从铜器铭文、墓葬规模和随葬品级别可知，该墓地为西周时期倗国国君、夫人及其国人的墓地［５］。本文对横水西周墓地部分青铜器和锡器的金属残片进行了铅同位素比值测试分析，结合相关研究成果，使用铅同位素示踪技术对其金属原料的来源进行了相关分析和探讨。 二、实验部分 １．检测分析 首先采用电离沉积法对样品中的铅进行提取，随后使用ＩＳＯＰＲＯＢＥ－Ｔ热电离质谱仪进行铅同位素比值测定，分析结果详见表１。为使检测数据准确和标准化，以便与其它数据进行比较分析，实验中穿插测定了ＮＢＳ－９８１国家标准铅样品。实验精确度：２０７Ｐｂ／２０４Ｐｂ和２０６Ｐｂ／２０４Ｐｂ分析误差为０．００２；２０８Ｐｂ／２０４Ｐｂ分析误差小于０．００３。此外，使用ＥＤ－ＸＲＦ对样品的铜、锡、铅含量也进行了检测分析，分析结果一同列入表１中。 ＸＲＦ分析结果显示：１６件青铜样品的材质可分为纯铜、锡青铜和铅锡青铜三类。其中，铜金属器１件，含锡１．２４％，含铅１．０９％。锡青铜器６件，含铅量为０．４２～１．７９％，平均为０．９１％。铅锡青铜器９件，含铅量为２．４７～１７．２１％，平均５．３３％。２件锡器均为纯锡器，含锡量为９８．１２～９８．２２％，平均值为９８．１７％，铜、铅微量，均在１％以下。 铅同位素比值分析结果显示：１６件青铜样品，仅ＪＨＭ２５３１：１３铜提梁卣为高放射成因铅，其余均属普通铅。１５件普通铅青铜样品的２０６Ｐｂ／２０４Ｐｂ、２０７Ｐｂ／２０４Ｐｂ、２０８Ｐｂ／２０４Ｐｂ、２０７Ｐｂ／２０６Ｐｂ、２０８Ｐｂ／２０６Ｐｂ数值范围分别为１７．３９４～１８．４４２、１５．４８２～１５．６０４、３７．６６２～３８．５２０、０．８４６～０．８９０和２．０８９～２０．１６３。２件锡器中铅也属普通铅，其２０６Ｐｂ／２０４Ｐｂ、２０７Ｐｂ／２０４Ｐｂ和２０８Ｐｂ／２０４Ｐｂ、２０８Ｐｂ／２０６Ｐｂ、２０７Ｐｂ／２０６Ｐｂ数值范围分别为１８．３１９～１８．５４７、１５．６２６～１５．６９９、３８．５１０～３８．７７７、０．８４６～０．８５３、２．０９１～２．１０２。 ２．铅同位素比值特征 为探索各类样品铅同位素比值的数值特征，使用Ｏｒｉｇｉｎ软件绘制了不同材质青铜器及锡器的铅同位素比值数据箱式图（图一～图五）。不难 绛县横水西周墓地 青铜器的铅同位素比值分析 南普恒马江波