古代细粒沉积物中不同赋存状态氮的同位素分布特征及分馏机理

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeaceinter
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氮是地球中重要的基本元素,也是所有生物体的基本营养物质,从生命起源开始氮元素就参与了地球上各种生物——地球循环过程,并在各种过程中将发生一定的同位素分馏,因而氮同位素组成已成为研究生命起源、地球氮循环和环境变化等的重要参数。现阶段对富有机质沉积岩中的氮同位素研究多以全岩样品作为有机氮同位素的测定对象,忽视了沉积岩的氮元素存在有机氮与无机氮两种赋存形式。不能获得沉积岩中不同赋存状态氮元素的氮同位素组成特征,就失去利用不同赋存状态氮元素的同位素组成特征探讨地质、地球化学过程的可能。本次研究选取中国不同沉积盆地的富有机质细粒沉积岩和原油为研究对象,对其不同赋存状态氮同位素组成分布特征、分馏机理及其影响因素进行探究,所得到的认识包括:(1)沉积后作用对全岩氮同位素组成影响较小;不同的沉积氧化还原条件会引起沉积氮循环过程中反硝化作用程度的差别,不同程度的反硝化作用会引起不同程度的氮同位素分馏,引起未反应硝酸盐的氮同位素组成差异,最终这些硝酸盐被其他生物同化成有机质或转化为无机铵根(NH4+),这些最终体现在沉积岩总氮同位素组成差异上,也就是说,在沉积氮循环过程中反硝化作用对全岩氮同位素组成有重要的影响。(2)可溶有机质氮同位素组成具有轻于干酪根氮同位素组成的分布特征,这是由同位素热力学性质所致,重同位素间形成的化学键要比轻同位素间的更稳定。在烃源岩热解成烃的过程中,相对轻的同位素组分优先断裂成烃,成为可溶有机质。在不同沉积氧化还原条件下形成的沉积岩,由于沉积时所发生的氮循环不同,因此有机氮同位素和无机氮同位素组成会有差异。在水体分层情况下,例如青山口组沉积时,在水体氧化还原转化带,硝酸盐异化还原反应(DNRA)的发生会引起NH4+同位素组成偏轻,最终导致沉积中有机氮同位素组成重于无机氮同位素组成,即在沉积岩中体现为,干酪根氮同位素组成明显重于赋存于黏土矿物中的NH4+氮同位素。当水体中没有明显的分层,水体较浅,例如延长组沉积时,没有引起有机氮和无机氮之间发生明显氮同位素分馏的反应,因此有机氮与无机氮同位素组成没有明显的差异,即在沉积岩中体现为,干酪根氮同位素组成与赋存于黏土矿物中的NH4+氮同位素差别不大。(3)氮同位素由于其对沉积环境,特别是氧化还原条件的敏感性,对于有机质来源和热演化程度相似的原油,氮同位素在原油类型划分及油源对比等问题上具有其独特的优势。
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