碳、氧同位素含量偏移的地質(zhì)意義研究

2222碳、氧同素含量偏移地質(zhì)意義研究在學(xué)習(xí)地球化學(xué)之前，我曾加入一個(gè)科研立項(xiàng)小組的科研工作中。這個(gè)科研項(xiàng)目的主題是“晚泥盆世弗拉斯—法門期之交Fr/Fa界線)所發(fā)生的全球性生物大絕滅事件我們對(duì)此項(xiàng)工作主要從牙形石分帶，微球粒的基礎(chǔ)研究及對(duì)碳酸鹽含量碳氧同位素的含量偏移等方向展開在加入到這個(gè)工作開始到學(xué)習(xí)完地球化學(xué)這門課止我閱讀了關(guān)“碳氧同位素含量偏移在重大地質(zhì)事件中的指示意義”這一知識(shí)點(diǎn)的文獻(xiàn)約十余篇。這些文獻(xiàn)除了有部分對(duì)FF事件的碳氧同位素的規(guī)律總結(jié)之外更有一部分是對(duì)其他重大地質(zhì)事件諸如中元古代海平面變化河南地區(qū)震旦系碳酸鹽沉積早寒武世黑色頁(yè)巖奧陶系—三疊系古環(huán)境變化白堊紀(jì)缺氧事件等的系統(tǒng)歸納本文即是對(duì)這些重大地質(zhì)事件運(yùn)用同位素含量分析的方法，對(duì)以往做過(guò)此方面工作的文獻(xiàn)進(jìn)行一次系統(tǒng)的梳理。碳酸鹽和有機(jī)物碳同位素組成的分析已成為推斷全球碳循環(huán)變化的有力工具碳循環(huán)的變化通常與生物集群滅絕事件有關(guān)碳同位素的正偏移在一些地質(zhì)學(xué)家看來(lái)被認(rèn)為是有機(jī)碳埋藏速率增強(qiáng)的結(jié)果這種變化被許多科學(xué)家認(rèn)為是由于海平面的變化或者海水溫度的變化導(dǎo)致大量暖鹽水體的形成導(dǎo)海水缺氧得海水中有機(jī)物氧化速率降低碳埋藏速率增加致濃度降低，全球變冷，這一系列變化又導(dǎo)致了生物的大量滅絕。在對(duì)北京十三陵地區(qū)中元古代霧迷山組海平面變化的分析中李任偉等人對(duì)白云巖進(jìn)行了取樣，分析以及檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：北京十三陵地區(qū)霧迷山組1310～1207Ma)白云巖的δ13C數(shù)值范-1.5‰～1.5‰，δ18O數(shù)值范圍一般為-4‰～-5‰(PDB)。它們碳同位素組成具有旋回性變化的特征。13C從地層層序的邊界發(fā)生正偏移，至15‰(PDB)，然后發(fā)生負(fù)偏移至-1.5‰(PDB)。有時(shí)，在δ13C為負(fù)值的層段18O數(shù)值較高，約為-4.0‰(PDB)。中元古代霧迷山時(shí)期碳酸鹽巖相對(duì)具有重碳同位素組成的層段與海侵相關(guān)?？梢栽谛略糯梢栽陲@生宙找到類似的例子白堊紀(jì)森諾曼階-倉(cāng)階、早侏羅世中奧陶世晚期以及晚寒武世人們都可以在海侵時(shí)期沉積的碳酸鹽巖地層中發(fā)現(xiàn)δ13C值的正偏移原因在于此時(shí)的海洋有較高的有機(jī)產(chǎn)率和高的有機(jī)碳埋藏速率，由于沉積有機(jī)質(zhì)從海洋中選擇地吸收了輕碳同位素12C)，結(jié)果造成海洋碳酸鹽庫(kù)對(duì)重碳同位素(13C)的相對(duì)富集。霧迷山組這種碳、氧同位素組成特征可以反映海平面的變化海侵體系域時(shí)期海水有相對(duì)高的有機(jī)產(chǎn)率和有機(jī)碳埋藏速率在高位體系域時(shí)期的碳酸鹽臺(tái)地可能為滯流和蒸發(fā)環(huán)境海水中微生物因呼吸而消耗有機(jī)質(zhì)的作用比較強(qiáng)烈。河南汝州魯山一帶羅圈組冰積層之上的東坡組以頁(yè)巖粉砂質(zhì)頁(yè)巖及粉砂巖為主而在對(duì)河南汝州一魯山一帶震旦系東坡組碳酸鹽沉積的研究中杜遠(yuǎn)生及張良等人發(fā)現(xiàn)了白云巖透鏡體及白云質(zhì)粉砂巖砂巖白云質(zhì)粉砂巖具有與東坡組頁(yè)巖不協(xié)調(diào)的軟沉積變形。白云巖透鏡體和白云質(zhì)粉砂巖具有明顯的13C負(fù)偏白云巖透鏡體的δ13C一419～一18‰白云質(zhì)粉砂巖的占δ13C大部分為一2‰～一4‰之間認(rèn)為坡組的白云巖透鏡體及白云質(zhì)粉砂巖、砂巖與華南震旦紀(jì)蓋帽白云巖及南華紀(jì)Sturtian冰期冰積層之上的碳酸鹽丘和菱錳礦類似，為冰積層中的天然氣水合物泄漏釋放的O和海水中的Mg+發(fā)生快速反應(yīng)快速沉淀而成的，即東坡組的白云巖、白云質(zhì)粉砂巖、砂巖為冷泉成因。而陳蘭等人對(duì)揚(yáng)子地臺(tái)湘黔地區(qū)旱寒武世黑色頁(yè)巖有機(jī)碳同位素的組成變化進(jìn)行野外地質(zhì)觀察與室內(nèi)分析研究表明究區(qū)燈影組白云巖主要為碳酸鹽臺(tái)

地沉積環(huán)境蹄塘組黑色頁(yè)主要為陸棚沉積環(huán)境南地區(qū)有可能水體更深，過(guò)渡到斜坡相沉積區(qū)通過(guò)分析黔地區(qū)黑色頁(yè)巖有機(jī)碳含量TOC)為～12．31，平均為97％。有機(jī)碳同位素δ13C)組成的變化幅度很大，從-29．‰～-34．41‰(PDB)，平均為31．78‰，最大偏移量為43‰。牛蹄塘組黑色頁(yè)巖的δ13C和T含量變化也很大，具有明顯3個(gè)升降旋回，代表海平面具有海進(jìn)海退變化特征。而下伏地層燈影組白云巖占13Corg值相對(duì)比較高代表海平面下降研究區(qū)兩個(gè)典型剖面的有機(jī)碳同位素變化曲線反映了該期海平面變化海洋原始生產(chǎn)率以及上涌洋流的變化情況揭示湘黔地區(qū)早寒武世的古海洋信息。盧鴻等人

通過(guò)對(duì)輪南14井正構(gòu)烷烴和類異戊二烯烴的單體碳同位素分析,證實(shí)該井奧陶系和石炭系油藏具有相同或相似的油源均屬奧陶系源巖產(chǎn)物而三疊系油藏與奧陶系、石炭系油藏具有較大的碳同位素差異反映其油源不同。無(wú)論是正構(gòu)烷烴還是類異戊二烯烴的單體碳同位素值,均呈現(xiàn)出三疊紀(jì)油藏較輕、奧陶紀(jì)原油較重的分布,這與地史上原油碳同位素的長(zhǎng)期變化規(guī)律相吻合對(duì)于奧陶紀(jì)和三疊紀(jì)之間如此大的時(shí)間跨度,不宜于以常規(guī)的簡(jiǎn)單的母源成熟度和沉積環(huán)境方面的差異來(lái)解釋上述“異?！狈植?而應(yīng)該結(jié)合大氣CO2濃度及生物生長(zhǎng)速率等環(huán)境變化因素來(lái)解釋資料表明,地史中全球范圍內(nèi)的古環(huán)境大氣CO濃度變化和藻類生長(zhǎng)速率演變共同造成了奧陶紀(jì)的正向變化和三疊紀(jì)的負(fù)向變化。鄒艷榮等人對(duì)我國(guó)業(yè)已發(fā)現(xiàn)的白堊紀(jì)大洋缺氧事件進(jìn)行了對(duì)比研究果顯示,我國(guó)河北灤平盆地高等植物葉臘碳同位素正偏是weissert缺氧事件的陸地響應(yīng),weissert缺氧事件可能是全球性缺氧事件而不是區(qū)域性的缺氧事件。葉臘烷烴單分子碳同位素正偏有兩種不同的機(jī)制:白堊世分子碳同位素正偏主要反映的是大氣CO2水平增加晚白堊世分子碳同位素正偏主要反映的是陸地植物類型的變化。另有十多篇我認(rèn)真研讀過(guò)的關(guān)于碳氧同位素偏移分析的文獻(xiàn)在此就不一一列舉通過(guò)對(duì)這些文獻(xiàn)的總結(jié)發(fā)現(xiàn)碳氧同位素的偏移不論是正偏還是負(fù)偏都對(duì)應(yīng)著海平面的升降海水溫度的變化以及有機(jī)碳埋藏的速率變化等現(xiàn)象其指示的意義可能是海水缺氧，海洋生態(tài)環(huán)境變化乃至大型生物滅絕等地質(zhì)事件。通過(guò)對(duì)碳同位素含量的定量測(cè)定能夠?qū)Υ祟悊?wèn)題做出解答并依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯推理從而了解地質(zhì)歷史時(shí)期的地質(zhì)活動(dòng)。因而這一種地球化學(xué)的方法應(yīng)該得到足夠的重視在類似的科研工作中將作為一種有力的佐證來(lái)指明某些猜想而對(duì)我們認(rèn)識(shí)地球了解地球歷史打下基礎(chǔ)。參考文：1.許冰，顧兆炎，劉強(qiáng)，王成源，李鎮(zhèn)梁.廣西桂林洞村上泥盆統(tǒng)碳同位素正偏移與全球一致性的記錄.科學(xué)通報(bào)第48卷第8期，2003年4月2.許冰，顧兆炎，劉強(qiáng)，王成源，李鎮(zhèn).廣西上泥盆統(tǒng)F—F界線碳同位素的變化特征.沉積學(xué)報(bào)第22卷第4期.2004年12月.3.李任偉陳錦石張淑坤.中元古代霧迷山組碳酸鹽巖碳和氧同位素組成及海平面變化.第44卷第6期，1999年.4.張.河南汝州一魯山一帶震旦系東坡組碳酸鹽沉積的碳同位素負(fù)偏及其地質(zhì)意義地球科學(xué)——中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)第33卷第4，2008年月.