现代冷泉碳酸盐岩稳定同位素特征

(一)碳、氧同位素特征

地球化学上冷泉流体系统化学自养生物体及沉积碳酸盐岩的碳来源于微生物作用，相对海水碳而言，它们的碳同位素具特别负的值(表5－5)。从表中可见现代冷泉碳酸盐岩的碳同位素为+4‰～－66‰，明显与正常海相碳酸盐岩的碳氧同位素组成有很大的差异，特别负的碳同位素值是区别正常海相碳酸盐岩与冷泉碳酸盐岩最重要的地球化学标志。但是，冷泉碳酸盐岩的碳同位素值并不都具有大的负值。Roberts＆Aharon^［105］对墨西哥湾北部冷泉碳酸盐岩的碳同位素值与地理分布间的关系研究后发现，碳同位素在0‰左右的样品(部分接近+4‰)，主要分布于陆架底和陆坡顶部的生物碳酸盐岩，具有正值比较高的样品可能与发酵作用有关，而接近于海水值0‰的样品则来源于海水碳。在深水区陆坡上的样品具有较大的负值，其碳来自石油和甲烷的碳、氧同位素的差别与碳酸盐岩沉积时的温度有关。但从表5－4可见，加州蒙特里海湾浅水区的碳酸盐岩也具有很负的碳同位素值。因此，碳酸盐岩产出的水深并不是控制其碳同位素值的主要因素，主要受碳的来源和生物作用的控制。

表5－5现代冷泉碳酸盐岩的碳、氧同位素组成^［14］

(据陈多福，2002)

(二)硫同位素特征

目前，现代天然气渗漏系统有关硫同位素特征的认识还很肤浅。一般认为现代天然气渗漏系统中具有极正的硫同位素值^{［118，119］}。同时也有人认为现代天然气渗漏系统中具有极负的硫同位素值，但似乎难以解释^{［106，120］}。

PeckmannJetal.(2004)认为，黄铁矿是天然气渗漏系统冷泉碳酸盐岩中最常见的非碳酸盐矿物，反应生成的黄铁矿继承了微生物活动形成的硫化氢的硫同位素特征，具有极负的δ³⁴S值^［120］。不同种类的硫酸盐还原细菌的硫同位素分馏能力的差异很大，δ³⁴S为2‰～42‰^［121］。Bolligeretal.^［122］实验表明在纯培养基中硫酸盐还原细菌的最大分馏的δ³⁴S可以达到47‰。墨西哥湾天然气渗漏系统中的硫酸盐还原过程中硫同位素的分馏系数α=1.009～1.026，差异较大的原因是细菌还原硫酸盐的同位素动力学分馏效应^［123］。Kohnetal.^［124］分析了加利福尼亚MontereyBay沉积物中黄铁矿的硫同位素，δ³⁴S值为－41‰～－5‰;而且，同一沉积物中不同黄铁矿集合体的δ³⁴S的差值达35‰，即使在同一集合体内δ³⁴S的差值也达15‰，显示细菌还原硫酸盐的空间非均质性很强。因此，海水硫酸盐的硫同位素组成(δ³⁴S为+21‰)^［125］及实验观察的硫酸盐还原细菌的最大分馏能力(δ³⁴S为47‰)^［122］是无法解释冷泉碳酸盐岩中黄铁矿中δ³⁴S低到－41‰的原因。

现代鄂霍茨克海底的甲烷冷泉口的自生重晶石的δ³⁴S值为21.0‰～38.6‰^［118］、南海大洋钻探ODP1146站位自生黄铁矿的硫同位素值也达47.8‰～67.1‰^［119］，现代海水硫同位素的平均值为20.3‰。

由上可知，现代天然气渗漏区域冷泉碳酸盐岩δ³⁴S值具有很大的变化范围，与天然气渗漏中硫酸盐还原细菌作用生成硫化物的过程和构造背景密切相关。与碳同位素相比，冷泉碳酸盐岩的硫同位素研究还需进一步加强和深入。