(一)一般分布规律
碳酸盐岩的碳、氧同位素组成与沉积环境密切相关,从已获得的大量数据看,海相碳酸盐样品 δ13C值高于淡水相灰岩(陈锦石等,1983),这种明显的差别提供了沉积环境不同的信息。Hudson(1977)总结了碳酸盐沉积物的δ13C、δ180分布规律及其控制因素(图5—15),从中可以得出:海相碳酸盐岩δ13C平均值为-5‰—5‰(PDB),δ180平均值为-10‰—2‰(PDB)。
北京十三陵中、新元古界δ13C值变化范围-2.6‰—0.81‰,主要集中于-1.5‰—0.5‰(PDB)的值域内。δ18O值在-8.8‰—2.8‰(PDB)的值域内。显然,北京十三陵中、新元古界δ13C、δ18O值均在Hudson总结的海丰碳酸盐岩平均值范围内,因而其δ13C、δ18O值仍具有环境指示意义。
(二)影响控制因素
海相碳酸盐中13C主要受有机碳含量及其埋藏速率、碳酸盐形成环境如氧化-还原条件两种因素影响最大(图5—15)。一般有机碳埋藏速率增大会使δ13C值变重,反之δ13C变轻(Scholle and Arthur,1980;Berger and Vincent,1986;Robert and Antonio,1989;Chen et al.,1991)。在氧化带或氧化条件下的碳酸盐有贫13C、富12C的趋势。其次,成岩作用过程中同位素交换作用也会影响δ13C的分布,但比较微弱。同时,海相碳酸盐岩δ13C值随地质年代做长期变化,这种变化趋势不受后期沉积作用和沉积相的控制(Veizer等,1976)。因此,海相碳酸盐岩的δ13C值基本能反映初始沉积环境的δ13C值变化。
图5—15 碳酸盐沉积物的 δ13C、δ18O的分布及控制因素(据Hudson,1977修改)
海相碳酸盐岩18O受介质温度和浓度影响最为强烈(图5—15)。同时成岩作用中的重结晶作用、白云岩化作用、淡水淋滤作用等都会使原始碳酸盐沉积物中的δ18O值发生较大的变化。因此,古老的岩石样品其δ18O环境指相意义较差,但通过系统测定得到的δ180值仍能反映其原始沉积环境的相对差异。