湖泊沉积物碳氧同位素和介形虫Li/Ca比值与古环境重建

了解过去是认识现在和预测未来的基础。晚全新世是PAGES研究的目标时段之一。寻找和解译最近2000年连续、高分辨率自然记录是古气候研究的热点与难点。本项研究有针对性地选择程海、草海和青海湖开展湖泊沉积物环境记录的精细研究，结合14C、210Pb和137Cs定年，系统探讨了碳酸盐碳氧同位素、纤维素碳氧同位素、有机质碳同位素以及介形虫壳体Li/Ca比值指标的古环境指示意义。 通过研究，本论文取得了如下成果和新的认识： 1. 建立了一套有效的四阶段湖泊沉积物有机质纤维素提取方法（5%NaOH碱洗、5%HCl酸洗、亚氯酸钠和冰醋酸混合溶液漂白以及17.5%NaOH碱洗），红外光谱鉴定提取物为纯的α-纤维素，表明该实验方法是可行的，为今后广泛开展湖泊沉积物纤维素稳定同位素研究打下了坚实基础。 2. 多指标综合辨识了程海和草海沉积物碳酸盐主要是自生碳酸盐。程海和草海沉积物有机质C/N比值结合有机质碳同位素结果表明两湖的有机质分别源于水生植物藻类和大型水草。程海和草海沉积物碳酸盐含量主要反映了湖区温度的变化。 3. 程海、草海沉积物碳酸盐与青海湖沉积物介形虫壳体氧同位素组成均反映了湖区降水/蒸发比。降水/蒸发比大的湿润期，碳酸盐δ18O值小；降水/蒸发比小的干旱期，碳酸盐δ18O值大。程海沉积物碳酸盐碳同位素组成影响因素复杂，除了受大气与湖水之间的CO2交换影响外，还受水生植物光合/吸收作用的影响；草海沉积物碳酸盐碳同位素组成更大的变化范围，反映了湖区水生植物光合/吸收作用的影响，其异常的正值可能指示了湖区细菌参与有机质碳同位素分馏过程。 4. 利用草海沉积物有机质纤维素氧同位素定量恢复了湖水氧同位素组成变化。在此基础上，结合碳酸盐氧同位素组成初步恢复了草海地区过去500年来温度变化历史：草海地区在过去500年明显存在四个冷期，包括1550－1610年，1670－1730年，1770－1870年和1890－1920年冷期，其中前三个发生在传统意义上的现代小冰期时段。与其它记录研究结果的一致性表明纤维素氧同位素结合碳酸盐氧同位素是恢复古温度变化的最有效途径之一，同时也为现代小冰期在中国西南地区的存在提供了湖泊沉积学方面的证据。 5. 不同类型水生植物湖泊，湖泊沉积物有机质δ13C值对湖泊初级生产力变化的响应过程不同。大型水草为主的湖泊（草海），其沉积物有机质δ13C值随湖泊生产力的增大呈现增加的变化趋势；藻类为主的湖泊（程海），其沉积物有机质δ13C随湖泊生产力的增大呈现减小的变化趋势，藻类易降解是导致δ13C值随湖泊生产力的增大呈现减小变化趋势的主要原因。 6. 程海沉积物碳酸盐和有机质碳同位素组成的正相关变化以及草海沉积物碳酸盐和有机质碳同位素组成的负相关变化.表明湖泊生产力变化并不是导致碳酸盐和有机质碳同位素正相关变化的主要原因，湖泊水生植物类型以及湖泊大小均起着重要作用。湖泊沉积物碳酸盐与有机质之间的碳同位素分馏（△δ13C）是一种有效的湖泊生产力指示剂，即使是在有微生物参与有机质碳同位素分馏过程的草海，△δ13C值也反映了湖泊生产力的变化过程。 7. 青海湖沉积物单一种属介形虫壳体胖真星介（Eucypris inflata）Li/Ca比值与气象记录以及邻近地区都兰和祁连山树轮宽度指数恢复的古温度变化序列的对比研究揭示，介形虫壳体Li/Ca比值与温度呈明显的负相关变化（Li/Ca比值高，温度低；Li/Ca比值低，温度高），表明介形虫壳体Li/Ca比值是一种有效的古温度代用指标。 8. 青海湖沉积物单一种属介形虫壳体胖真星介（Eucypris inflata）Li/Ca比值、氧同位素与反映太阳活动的大气14C含量和冰芯10Be含量的一致性变化表明青海湖地区温度和降雨量的同步变化主要受太阳活动控制。

植物碳、氮同位素对喀斯特石漠化过程的响应特征研究——以贵州清镇王家寨小流域为例

本研究选定喀斯特高原区贵州省清镇市王家寨峰丛洼地小流域为研究对象，以植物碳、氮稳定同位素为研究手段，探讨了喀斯特石漠化过程中植物对环境变异的生态响应特征。通过研究，得出了以下几点认识:（1）石漠化过程中，土壤结构呈现出紧密化、粘质化发展趋势；土壤OM、pH、CEC、C/N比值和易移动的元素随石漠化的加深而降低，难移动的元素随石漠化的加深而升高。（2）研究区植物具有高Ca、Fe和低P、K的显著特点，属于Ca > K > Mg型；植物各元素含量种间差异较显著，且除P、K、Fe、Zn外基本均随石漠化的加深而降低，随生长期延长而增加；P是研究区植物生长发育的主要限制因子。（3）研究区常见灌木植物叶片δ13C值主要分布在 -29.5‰ ～ -24.60‰ 之间，种间差异极显著，基本随石漠化的加深而趋正，随生长期的延长而趋负；植物叶片δ13C值对土壤环境的响应较对小气候的响应更敏感。（4）研究区常见灌木植物叶片δ15N值主要分布在 -6.08‰ ～ +1.30‰之间，种间差异同样极显著，随石漠化程度的加深而趋正；植物所吸收氮同位素的种类和数量除了受土壤和气候环境因子的影响外，还受到其自身生理遗传和生长发育的控制。（5）植物叶片δ13C值对小生境的响应不如δ15N值敏感。

西南喀斯特典型坡地土壤有机碳库特征及碳同位素组成

喀斯特石漠化及其影响己经成为制约中国西南地区可持续发展最严重的生态环境问题，越来越受到人们的关注，已成为环境地球化学研究的一个重要领域。石漠化的本质就是土地退化，造成土壤肥力和生产力的下降。因此喀斯特地区现阶段主要面临如何管理好陆地生态系统，以保持原有碳储量，并尽可能沉积更多碳是当前面临的主要挑战。 峰丛洼地是喀斯特地区的典型景观，该景观的坡地是喀斯特地区自然环境最脆弱的区域，存在基岩大量裸露的情况，土地和植被退化最为严重。本文以西南喀斯特地区具有不同植被类型的典型峰丛坡地（草丛、灌草丛、稀疏灌丛和乔木林）作为研究对象，为了解喀斯特地区碳的循环机制，我们采集了4个典型坡地不同地形部位的表层和剖面土壤，主要分析了土壤可溶性有机碳（DOC）、整体土壤及不同粒径土壤组分中有机碳含量和稳定碳同位素（δ13C）值组成，同时测定了植物优势种叶片、枯枝落叶δ13C值组成。得到以下几点认识： 1、草丛和灌草丛坡地各地形部位的土壤有机碳（SOC）含量和碳氮比(C/N)值差异较大，其上坡位的土壤都具有较高SOC含量和C/N值。而稀疏灌丛和乔木林坡地SOC含量和C/N值比较稳定，其变幅较小。 2、各坡地剖面土壤中DOC含量分布和变化主要受到了有机质输入､坡地地形及土壤质量等影响｡草丛和灌草丛坡地各地形剖面中DOC含量变幅要大于乔木林和稀疏灌丛坡，对各个坡地几个剖面上层土壤（0～20cm）中DOC含量来看，其含量主要表现为：乔木林坡地＞稀疏灌丛坡地＞灌草丛坡地＞草丛坡地。但通过DOC与SOC进行比对发现，在剖面土壤中DOC/SOC值整体变化趋势主要表现为随剖面土层的加深而增加的趋势，但在土层较薄的剖面中主要呈现一直增加的趋势，而在土层较厚的剖面中则出现先增加后降低或保持稳定的现象。除了稀疏灌丛坡地最低值出现在下坡位剖面PG3外，在草丛、灌草丛和乔木林坡地最低值均出现在上坡位的剖面，其中HC1、HG1和HG2剖面的DOC/SOC值最低，范围都在0.2%以下，具有明显的高SOC和低DOC的含量特征；而乔木林坡地各剖面DOC/SOC值相对较高，范围都在0.3%以上，并且各剖面之间的差异较小。 3、草丛和灌草丛坡地上坡位HC1、HG1和HG2剖面土壤主要是基岩风化物和植物残体堆积而成的砂质新成土，砂粒含量较高，剖面土壤中有机碳含量虽然高于下坡位各个剖面土壤，但有机碳主要贮存在砂粒土壤中，其碳库处于不稳定状态。而下坡位剖面中土壤主要以粉粒和黏粒为主，土壤有机碳含量相对较低，但主要贮存在粉粒和黏粒土壤中，其碳库处于相对稳定的状态。稀疏灌丛和乔木林坡地各地形剖面中主要以粉粒和黏粒土壤为主，各个剖面之间变化幅度较小，有机碳也主要贮存在粉粒和黏粒土壤中，其碳库组成比较稳定。 4、对采样点的植物优势种叶片的碳同位素组成进行了测定。结果显示，其δ13C值主要受到遗传因素的（光合作用途经）控制，植物碳同位素组成表现出明显的差异性，C3植物的δ13C平均值为-28.2‰，C4植物的δ13C平均值为-12.7‰。另外，对不同坡地采集的同种植物叶片的δ13C值分析发现，δ13C值受环境影响因素较小。 5、对各个坡地枯枝落叶和相应表层土壤有机质δ13C值之间的相关性研究发现，灌草丛和乔木林坡地具有显著相关性，其相关系数分别为R2=0.93和R2=0.77，明显高于草丛和稀疏灌丛坡地的R2=0.28和R2=0.36。由于土壤剖面发育历史及地表植被的不同，草丛和灌丛坡地土壤有机质的δ13C值要明显高于稀疏灌丛和乔木林坡地，并且不同地形剖面的土壤有机质的δ13C值的差异较大。另外，大多数剖面的土壤有机质δ13C值在剖面深度上的变化主要表现为随土层深度的加深呈现先升高后降低或趋于稳定的变化趋势。δ13C值在土壤剖面中随深度变化，反映了作物残体输入和土壤累积特征，有助于鉴定剖面中土壤有机碳的迁移转化过程。 6、剖面中土壤δ13CDOC值与δ13CSOC值的变化规律具有相似性，表明了土壤中DOC与SOC的具有密切的关系；另外，从△(δ13CDOC－δ13CSOC)来看，大多数剖面中δ13CDOC值要高于δ13CSOC值，其中乔木林的变化幅度最低，而草丛坡地的最高。 7、对剖面中不同粒径土壤有机质δ13C值的研究发现，不同粒径土壤有机质的δ13C值在剖面深度上的差异，主要受到输入土壤中有机质变化和进入土壤后分解程度的影响。各个坡地砂粒土壤中有机质的δ13C值对地表植被的变化较敏感，同时也指示了输入土壤中较新或是分解速率较慢的有机质来源，而粉粒和粘粒土壤有机质的δ13C值则指示了土壤中分解速率较快或是分解程度较充分的有机质来源。不同粒径土壤有机质δ13C值组成特征能够较好地反映土壤有机质更新速率。

植物稳定同位素多尺度、高分辨率古气候信息综合辨识-以安图红松和红原泥炭为例

植物稳定同位素气候学因其具有坚实的理论基础，在古气候研究中倍受关注。同位素“语言”对气候变化的记录是一种“精确”记录。近30多年来，大量科学家不懈努力，提出并完善了植物C、H、O同位素分馏模型，为全球气候变化提供了理想的研究手段。古气候研究面临空前的机遇和挑战；不论是气候规律的发掘以及气候驱动机制的探讨，均需要大力加强。作者利用植物同位素气候学这一理想的研究“工具”，分别选取树轮和泥炭气候历史档案库作为信息载体，开展了中国全新世以来高分辨率、多时间尺度的气候信息综合辨识。我的工作表明：植物稳定同位素组成是理想的气候代用指标。树轮、泥炭档案库相结合，可以获得多尺度（年际、代际、百年以及千年时间尺度）、高分辨率气候信息，对于认识全球气候变化规律以及深入探讨全球气候动力学机制是十分重要的。1、安图红松树轮同位素气候代用记录研究（1）安图红松树轮同位素组成受多种气象因子的联合作用，因而单一地将某一同位素指标与某一气象因子做回归分析所得结果不甚理想。本论文构建了“温度一湿度”复合气候指标，取得了理想的结果。研究发现，不论是树轮δ13C还是δ18O，均与5-8月温湿复合指标显著相关。重建的气候变化与《安图县志》记录的气候变化事件大多吻合。证明这种新的研究方案是可行的，值得在以后的工作中进一步加强。（2）安图红松树轮δ13C灵敏地记录了该区过去200年来5-7月低云量变化。综合分析各种气象要素之间的相关关系以及气象要素与树轮δ13C之间的相关关系，作者认为，低云量对树轮δ13C的影响是一种间接影响。低云量非常显著地影响日照强度以及降雨量等气象因子，进而借助于日照强度及降雨量等气象因子在树轮δ13C中留下自身的变化“印记”。（3）功率谱分析证明，安图红松树轮δ13C、δ18O序列均包含了显著的准2年周期、准4年周期、准10-8年周期。分别是对东亚夏季风准两年振荡（QBO），ENSO准4年周期，太阳活动准11年周期的响应。（4）作者在传统树轮氢、氧同位素分馏模型基础上，同时引入“交换因子”和“蒸腾因子”两个新参数，改进了树轮氢、氧同位素分馏模型。改进的模型能利用树轮H、O同位素组成较准确模拟大气降水H、O同位素组成。改进的模型采用“自适应”方式，具有很大的灵活性，可望用于“用泥炭同位素组成模拟大气降水同位素组成”这项研究中。2、红原泥炭氧同位素气候代用记录研究（1）过去6000年来，红原温度变化趋势与金川、敦德温度变化趋势有很好的相似性，证明中国大多地区温度变化趋势是一致的。6000～4000aBP平均温度水平较低；4000-1500 aBP平均温度水平较高；1500aBP至今平均温度水平相对较低。4000aBP和1500aBP是近6000年温度变化序列中两个显著的转折点。（2）红原温度变化序列中记录到一系列低温突变，这些突变事件与金川、敦德、格陵兰、北大西洋，等等，广泛区域内温度突变事件具有很好的一致性。特别地，每当一次低温突变事件发生，通常有相应的社会结构重整、社会崩溃、古文明坍塌等重大历史事件与之对应。这进一步证实，气候变化（特别是气候突变）对整个社会经济和文明的冲击是十分明显的。（3）近6000年红原、金川温度变化趋势与大气14C变化趋势非常相似，暗示中国地区温度变化的主要驱动力来自太阳活动。功率谱分析进一步证实了这一结论。功率谱分析中最显著的周期信号是88-yr和123-127-yr年周期，体现了一种典型的世纪尺度温度变化特征。3、综合讨论（1）“红原-金川”平均温度变化趋势显示，近千年中国平均温度变化与经典的太阳活动极小期，如Darton极小、Maunder极小、sp6rer极小、oort极小，等等，表现一致。表明中国气温变化主要驱动力来自太阳活动。大约在1050-1250AD期间，中国温度水平较高。而同期大气14C，南极冰心10Be以及模拟的总太阳辐射等均表明太阳活动处于较高水平。大量树轮记录也表明近百年中国并无异常升温。这些资料表明，最近百年气温变化可能并未超出自然变率。（2）提出了“大洋温盐环流一季风”概念模型。这一模型能很好解释北大西洋温度突变与印度洋夏季风突变的一致性、中国东北和西南长期降雨趋势的反相性、北太平洋（温盐环流上翻区）温度记录与北大西洋温度记录的“跷跷板”效应（seesaw effect），等等。大洋温盐环流可能是主宰印度洋夏季风区、东亚夏季风区长期干湿变迁的主要因素。

扬子地块周边C、P硅岩建造中硒的富集机理对比研究-以渔塘坝、紫阳富硒区为例

在自然界中存在一套由硅质岩、泥质岩／页岩或板岩、碳酸盐岩和粉砂岩组成的沉积建造，并以富含有机质和菌藻微生物等为特征，沉积厚度较大，岩石类型以硅岩为主，称之为“硅岩建造”。硅岩建造中的硅质岩不仅是许多重要矿种（如金、硒、铀、钒、磷、锰、铂族元素、重晶石和黄铁矿等）的赋存层和含矿岩系的重要岩类，而且由于它形成于特定的地球化学条件下，能够反映出某些沉积相带特殊的地质背景，另外，硅质岩本身就是一种生物岩，对探讨生物成岩、成矿作用有重要意义。所以对硅岩建造及其内硅质岩研究具有十分重要的理论意义和实用价值。因此，本论文选择扬子地块周边寒武系（南秦岭紫阳硒富集区）、二叠系（湖北恩施双河渔塘坝硒矿床）富硒硅岩建造为研究对象。通过岩石地球化学、同位素地球化学、矿物学以及流体包裹体等方法从含硒规律、岩石成因、沉积环境、成矿流体性质等方面，分别对对两个不同时代或不同层位的富硒硅岩建造开展了系统的地球化学对比研究；并从矿物学、包裹体成分及物理化学条件等方面对渔塘坝硒矿床的成因作了探讨。通过研究，取得了以下主要认识：1渔塘坝硒矿区和紫阳硒富集区富硒硅岩建造岩石以硅质岩为主，硅质岩中5102含量范围分别为64.2％-95.84％和63.62％-95.24％。同时包括部分碳质硅质岩丫碳质页岩 和碳、硅板岩及含腐泥层的石煤；渔塘坝硒矿床硅质岩中Se含量大于80ug/g的样品均采自下二叠统茅口组的硅质岩段内，紫阳下寒武统硒富集体中硅质岩中硒的含量最高（可达278ppm）。2微量元素研究表明，两地区富硒硅质岩中均含有较高的Cu，Ni、V、As、Sb、Cr，且U／Th＞1。在U-Th、Zr-Cr和P2O5-Y相关图以及Fe-Mn-（Cu+Co+Ni）三角图上，两研究区内硅质岩样品点均落于热水沉积区。渔塘坝硒矿区硅质岩的REE总量较低，平均为38.9×10-6，紫阳硒富集区硅质岩REE总量除个别较高（达110×10-6以上）外，总体也较低（12.0-37.6）×l0-6；另外，从稀土元素配分模式看，两地区硅质岩均有较明显的Ce负异常，且Eu从无明显Eu异常到出现正Eu异常。都反映出热水沉积硅质岩的特征。从si和O同位素组成来看，两个地区硅质岩的δ3051和δ18O值也总体位于热水成因硅质岩区域内。根据隧石一水的氧同位素分馏方程计算得知，两研究区硅质岩的形成温度分别为46℃-72℃和78.6℃-126.20℃。地球化学特征表明，两地区富硒硅质岩均来自热水沉积作用。另外，渔塘坝硒矿区硅质岩中Cr含量较高，且存在腕足类生物化石；紫阳硒富集区硅质岩中Ba及有机质含量较高，且存在叶琳生物标志化合物。结合两地区碳同位素组成特征（渔塘坝地区δ13c为正值，可能和上扬子区早、晚二叠世之间多期次喷发的火山活动，造成地球史上二叠纪生物大灭绝有关；紫阳地区δ13C为负值，说明碳同位素来源于沉积有机物质），暗示两地区硅质岩的成因可能与火山沉积作用有关，且在成岩过程中有部分生物的参与。3渔塘坝赋矿硅质岩硫同位素组成具有较高的负值，表明矿床形成于缺氧的海盆内：紫阳硒富集区形成黄铁矿的硫主要来自海水硫酸盐。4系统研究了渔塘坝硒矿区硒的矿物学，显示硒以自然硒、独立矿物、类质同像及有机吸附四种形式赋存于矿床中。废弃石煤堆中的自然硒矿物，是自然因素和人为活动共同干预的结果，并非石煤的缓慢自燃的结果。5对研究区成矿流体中包裹体均一温度、盐度和密度进行了系统研究，结果显示：两地区的流体包裹体以原生包裹体为主，数量较多且形态复杂；研究区（渔塘坝硒矿和紫阳硒富集区）成矿流体处于中一低温（ 190-250）℃和（120-155）℃条件。渔塘坝硒矿区石英和方解石包裹体内的流体盐度分别为（5.9-10.l）B％和（3.9-4.5）WB％，紫阳硒富集区流体盐度为（1.2-2.8）WB％，后者流体盐度明显低于前者。流体密度经计算分别为0.79-0.79／cm3和0.69-0.969／cm3。重点对渔塘坝硒矿区的石英和方解石包裹体进行了拉曼光谱成分测试，结果显示：包裹体成分以H2O和N2为主，含少量 CH4、C2H4、C2H6、C3H5、C4H6、C4H4和C6H6等成分，说明成矿溶液介质主要为具有还原性质的水溶液，其成矿条件具还原性的特点。6渔塘坝硒矿区成矿物理化学条件的研究表明，即富硒成矿流体为中低温（190-250）℃、压力平均为60Mpa。成矿早期02、eZ相对较低，乃较高，且fS2/fSe2＞l，有利于硫化物沉淀在成矿主阶段，随着硫化物的沉淀，fS2和fSe2相应增大，且fO2较高。高的fO2阻止了硒进入硫化物，而有利于硒化物的形成。 7系统研究了富硒硅岩建造的沉积环境和构造环境特征，认为渔塘坝硒矿床中富硒硅质岩主要形成于浅海滞留的盆地沉积环境，紫阳下寒武统硅质岩沉积环境属于深水滞留沉积环境；渔塘坝硒矿床主要形成于拉张的断陷盆地中，紫阳硒富集体则形成于拉张的裂谷环境。

岩溶洞穴系统稳定碳同位素演化的地球化学过程及其环境意义

稳定碳同位素作为环境替代指标己经在不同的载体上得到了广泛运用，例如树轮。泥炭、碳酸盐岩等。目前岩溶学者也逐渐开始运用洞穴次生化学沉积物中的稳定碳同位素探讨古气候环境的变迁史，例如植被的更替、大气CO。的浓度变化等。然而由于缺乏该指标在岩溶洞穴系统中形成机理的研究，使得该环境替代指标的运用非常有限。本论文在贵州岩溶地区选择了上覆植被分别为原始森林。灌丛草坡、草坡和石漠化的凉风洞、七星们、犀牛洞、将军们作为研究对象，对岩溶洞穴系统稳定碳同位素的时空演化规律进行了详细的分析，得出以下几点认识：一．洞穴系统稳定碳同位素对地表气候环境的响应通过对4个不同生境洞穴系统的研究，认为洞穴系统稳定碳同位素可以很好地将原始森林植被同其它植被类型区分开；但是不能很好地区分植被退化的过渡类型如灌丛、草坡以及石漠化等。表明石笋的δ13C值在一定情况下可以用来探讨地表植被的变化。但要做更精确的反演需要在加深机理方面的研究。通过同一洞穴不同滴水点的对比研究，发现不同滴水点沉积物的稳定碳同位素存在差异，并且差异还比较大。表明用石笋的δ13C值对古气候环境进行重建时需要慎重考虑滴水点的详细情况。在这种情况下，应该对稳定碳同位素的地球化学过程进行详细研究，尤其应该结合水化学数据对水的运移途径进行深入研究，才能合理地运用稳定碳同位素对洞顶的植被情况进行正确的反演。洞穴滴水和塘中水DICδ13C值和月累积降雨量成相反的变化趋势；地表泉水、土壤水DICδ13C值。土壤CO2、土壤呼吸δ13C值和月累积降雨量的变化在多数时候具有一致的变化趋势。总体而言，洞穴系统水样DICδ13C值对月平均气温的响应不是很明显。只有洞穴塘中水DICδ13C值和月平均气温成相反的变化规律；土壤呼吸CO2δ13C值对月均温响应较为明显：月平均温度越高，土壤呼吸CO2δ13C值越偏轻，反映了温度较高的时候土壤层中的生物活动较强烈。二．岩溶洞穴系统稳定碳同位素的时间演化犀牛洞、将军洞。七星洞10月份植被δ13C值样品的δ13C值比7月份样品的δ13C值偏重。犀牛洞和将军洞土壤空气CO。的δ13C值在8月份出现了一个峰值，以前在清镇红枫湖生态站草地土壤剖面所作的工作8月份的值也同样偏重。在6月份时，凉风洞和七星洞存在一个较为明显的低值，与微生物和植物的强烈呼吸作用有关。土壤呼吸气CO2的δ13C值在6月份出现了明显的低值，和土壤CO。的变化趋势一致。4个洞穴空气CO2的δ13C值在8、9月份有一个低值。七星洞和外界的连通性最好，其洞穴空气CO2δ13C值随时间的变化最不明显，而凉风洞与夕十界的连通性最差，洞穴空气CO2δ13C值的变化幅度最大。土壤水DIC的δ13C值8月份存在一个峰值，在9月份的时候存在一个低值。七星洞地表泉水DIC的δ13C值自6月份开始有逐渐偏重的趋势，到8月份达到一个不甚明显的峰，这个峰值在凉风洞的表层泉中也略有体现。和土壤水比较，地表泉水的不同点在于低值不出现在9月份，而是出现在10月份，相对而言滞后1个月。原因可能是表层泉水所到达的深度比土壤水深；土壤强烈呼吸作用的响应要比土壤水慢。各个洞穴的滴7RDICδ13C值随时间退推移出现了不同的变化规律，可能与滴水的来源和途径不同有关。4个洞穴塘中水DIC的δ13C值统一在7月份达到了最低值；之后DIC的δ13C值逐渐偏重。三．岩溶洞穴系统稳定碳同位素的空间演化植被样不同部位的δ13C值总体上逐渐偏重的顺序是皮一叶一枝一根～干，说明植物不同部位的稳定碳同位素存在差异。随着凉风洞一七星洞一犀牛4同一将军洞的顺序，植被δ13C值逐渐变重；反映了地表植被由C3植物向C3＋C4植物的过渡，指示了生态环境由原始森林→石漠化方向的退化。土壤有机碳的δ13C值基本继承地表植物δ13C值的特征。没有发生植被更替上壤剖面上有机碳的δ13C值随着深度的增加逐渐偏重；植被发生了变化的土壤剖面则可能出现与正常规律相反的变化情况。土壤剖面上CO2的δ13C值自地表；句下逐渐变轻，在一定深度后大致趋于稳定；土壤呼吸CO2δ13C值位于土壤CO2δ13C值的变化范围；土壤呼吸CO2δ13C值的变化规律和植被δ13C值的变化在空间上具有一致性。土壤水DIC的δ13C值比土壤CO2值偏重；泉水DIC的δ13C值比土壤水DIC的δ13C值偏重，原因是泉水可能己经渗入到基岩层之后再出露到地表，已经混入了部分基岩无机碳的成分。四个研究洞穴系统盖板基岩的δ13C值变化范围大约在2－3‰之间。凉风洞和犀牛洞不同滴水点滴水的δ13C值相对比较稳定，七星们和将军洞的变化比较大。洞穴塘中水DIC的δ13C值和洞穴滴水相比明显偏重，原因为洞穴塘中水经历了强烈的蒸发作用；满后水比滴前水整体偏重。从洞日往内洞穴空气CO2的δ13C值逐渐偏轻，并且洞穴空气CO2δ13C值继承了洞穴水样DICδ13C值的变化趋势。洞穴化学次生沉积物的δ13值：同一个洞穴中不同滴水点化学沉积物的δ13C值存在差异，但是和滴水DIC的δ13C值相对应，反映了沉积物δ13C值对洞穴滴水DICδ13C值的继承，沉积物δ13C值比滴水DICδ13C值偏重。最新鲜沉积物和比较老的沉积物之间的对比偏轻1-2‰，沉积物中的δ13C值有可能发生沉积期后的变化。

滇西新生代富碱火成岩及其与金成矿关系研究-以北衙金矿为例

本论文在前人数据资料和研究成果的基础上，以北衙金矿床及其相关的富碱侵入岩作为主要研究对象，以探讨滇西新生代富碱火成岩成岩过程及富碱岩浆上升演化过程中的流体分异，北衙金矿床的成因，最终揭示北衙金矿床与相关的富碱侵入岩之间的关系为主要研究目的，通过主、微量（包括稀土）元素地球化学，Pb、Sr、Nd、C、O、S及He-Ar等同位素地球化学，以及流体包裹体地球化学等方面的研究获得以下主要认识：-1．滇西新生代富碱火成岩来源于EM-II型富集地慢，源区的交代富集过程与古特提斯洋壳的俯冲有关，俯冲板片的含水流体对上覆上慢楔的交代是滇西富碱侵入岩（相当于A型花岗岩）含水的原因，这次富碱岩浆活动是一次滞后的弧岩浆活动；富碱中、酸性岩浆由碱性玄武质岩浆混染约20％的主要来自变质基底的地壳物质演化而来；滇西新生代富碱岩浆具备岛弧岩浆的氧化条件（即fogfo2＞FMQ＋2，FMQ代表铁橄榄石一磁铁矿一石英氧缓冲），并在其上升演化过程中分异出大量的流体相，具有较大的An、Cu成矿潜力。2．北衙金矿的矿化时代33.0±1.5Ma与相关的富碱侵入岩的成岩时代（32-34Ma）一致。3，成矿早期流体或初始流体具有富碱岩浆在变质基底内分异的流体的Nd和sr同位素组成（Isr≈0.722390，ε Nd（t）≈-2.8）、矿区及外围富碱斑岩的平均Pb同位素组成（206Pb／204Pb＝18.590，207Pb／204Pb=15.606，208Pb／204Pb＝38.770）、与相关富碱斑岩一致的稀土配分模式、岩浆热液的C、O同位素组成（δ13C≈-5％0，61、尧11％0）、以及壳一慢混合He－Ar同位素组成（3He尸He；1 ．80-1．94 Ra，3He／3 6Ar＝1 ．19 * 10-3-3．93火10·3）并显示明显的He-Ar分异（4oAr*/He＝0．34-0．75），且以高温、高压、高盐度、富c02为特征，说明初始流体主要在变质基底内由富碱岩浆分异而来；初始流体在上升过程中由于温度、压力降低发生富co2相和盐水相的分离，成矿元素优先分配进入富COZ相，逐步演化为成矿阶段流体；成矿阶段流体在去气或与大气降水混合过程中释放出其中的成矿元素。4．约80％的成矿金属来自富碱岩浆，其余部分主要通过岩浆流体从变质基底摄取。结论：北衙金矿与相关的富碱侵入岩具有密切的成因关系。

喀斯特城市地下水C、N同位素地球化学——污染物迁移和转化研究

中国西南喀斯特地区有突出的地球化学敏感性和生态环境脆弱性等特征，其中水环境污染是喀斯特地区所面临的极其严重的生态与环境问题。水环境生源物质循环过程对于人类生存环境质量的保护和提高有着直接的联系，由于环境体系受多种控制因素影响，利用多同位素方法讨论单一环境体系中物质循环过程和生态环境效应已成为同位素地球化学发展的一个重要趋势。碳、氮同位素已被广泛用于探讨和解决当前的一些重大环境问题，如生源要素生物地球化学对人为污染物的响应、温室气体的来源、湖泊富营养化、地下水硝酸盐污染等。为此本论文利用稳定同位素技术（13C、I5N、18O），以喀斯特城市地下水为主要研究对象，对贵阳雨水中的C、N沉降过程、贵阳／遵义地下水C、N同位素地球化学进行了初步研究。通过以上研究，得到以下的主要认识。1．探讨了贵阳雨水中碳沉降的年变化特征，结果表明贵阳雨水DOC平均值为3.76mg／L，POc平均值为0.54mg/L，含量季节间变化不显著。雨水中DOc与PH呈负相关关系，表明有机碳中酸性成份对酸雨有一定贡献。δ13C-POC取值范围在（-27.0，-24.0‰）之间，季节间差异不大，结合已有研究结果表明雨水中颗粒有机碳主要来源于雨水所冲刷的本地大气颗粒物。2．探讨了贵阳雨水无机氮沉降的年变化特征，结果表明贵阳城区雨水中的NH4＋、NO3-、δ15N-NH4+，δ15N-NO3-，δ18O-NO3-，季节性差别都不大。NH4＋主要来源于土壤中NH3挥发以及大气颗粒物中按的洗脱，而硝酸盐可能主要来源于燃煤和机动车的排放等，同时气候是影响同位素组成差异性表现的一个重要影响因素。3．初步分析了贵阳与遵义地下水／地表水主要水化学成分，结果证实水体水化学组成主要受研究区水文地质背景控制，即阳离子主要以Ca2+，Mg2+为主，而阴离子以HCO3-，SO42-离子为主。但是有部分水样有较高的人为输入物质K+，Na+，Cl-和NO3-，表明人为活动在研究区内已对地表水／地下水产生一定影响。4．利用碳同位素较好地示踪了地下水溶解无机碳季节变化的主要规律，地下水夏季的DIC含量明显低于冬季DIC含量，这是由于大量降水的稀释作用引起的。地下水DIC夏季一般比冬季更富集12C，表明夏季地下水中生物成因无机碳贡献增加。经计算表明贵阳／遵义地下水来源于碳酸盐风化的无机碳比重大多数大于50％，表明硫酸可能参与风化过程。5．较为系统地探讨了地下水／地表水中有机碳的冬季／夏季演化规律以及受影响因素，地下水大多数样品DOC和POC含量不高，个别受污染样品明显具有较高有机碳含量。大部分夏季地下水δ13C-POC明显大于冬季，表明夏季地下水颗粒有机碳受外源（C4植物碎屑）输入影响。地表水TOC（DOC+POC）与人为输入离子［K+Na++Cl-］呈一定的正相关关系，表明有机碳主要受人为污染影响。6．以贵阳为例，根据δ13CDIC等势图、结合主要水化学特征在空间上的分布可知，贵阳市区中部，东北部及西郊农业区地下水受污染较为严重。表明一定条件下，碳同位素组成可以用来指示区域地下水受人为活动影响范围。7．通过对地下水三氮分析初步掌握了地下水氮污染的基本特征，地下水中NO3-是最主要的无机氮形态，NH4+和NO2-含量大多较低，地下水中具有高NO2-与NH4+的水样比较分散，表明点源污染是主要的。8．利用氮氧同位素示踪了贵阳地下水硝酸盐污染来源的季节变化，同时证实了部分地下水发生反硝化。冬季硝酸盐相对夏季含量较低，并且目SN与夕80的平均值都相对较高，表明夏季受外源氮污染明显，郊区地下水硝酸盐主要受硝态氮肥污染影响，城区地下水硝酸盐污染严重，城市生活排泄物是主要的氮污染源；硝酸盐氮氧同位素联同按氮同位素等可以得知部分地下水中存在明显的反硝化作用。9．利用氮同位素取值分布和季节间频度分布变化初步讨论了遵义地下水硝酸盐污染来源的季节变化。遵义含NO3-较高的地下水主要分布在市区、茅草铺（市东北郊）和新店子一忠庄一带（市东南郊）。夏季地下水硝酸盐δ15N的平均值明显低于冬季，一表明夏季地下水受农业化肥等低δ15N值氮污染源污染。10．两城区地下水受点源污染为主，在局部区域有向含水层面源污染转化的趋势。喀斯特城区地下水中C、N物质的循环对环境变化响应较快，同时受不同区域降雨过程和土壤营养物质过程影响而表现出一定的差异性。