各类岩石中碳同位素

陨石中碳的平均含量比地球火成岩高，但各类陨石的含碳量差异较大， 某些碳质球粒陨石碳含量可高达 3％以上。碳在陨石中以碳化物、元素碳、金属相中固体溶液、碳酸盐和碳有机物等形式出现。它们的碳同位素组成有很大不同，其中石墨的δ13C 在-5‰～-8‰，陨硫铁在-17‰～-26‰，碳酸盐在+40‰～＋70‰，各类有机物在-5‰～＋27‰，可见氧化物碳最富 13C，有机碳化物富 12C。

各类火成岩中碳含量一般低于 0.1％，火成岩中碳可以分为氧化态的碳酸盐碳和还原态的非碳酸盐碳。一般说来氧化态碳的δ13C 值高，而还原态碳富集 12C，有时两者之间有一较稳定的差值，往往氧化态碳的δ13C 有较大的分散，它和次生成因和蚀变有关，还原态碳含量低、δ 13C 值变化小，与生物成因碳的δ13C 值较接近，这些情况表明，在高温条件下碳的不同价态之间仍有明显的同位素分馏现象，这种分馏除生物因素外，主要还是由氧化—还原反应的动力学分馏所致。

沉积碳酸盐的碳同位素组成比较稳定，由寒武纪到第三纪的海相碳酸盐δ13C 几乎都接近于零，淡水碳酸盐则有较大的变化，且相对富 12C，因此根据碳酸盐的碳同位素组成可以大致推断其沉积环境。有异常富 12C（δ13C：

-23‰～-60‰）的碳酸盐，多半情况下与细菌快速氧化有机碳形成 CO2 的过程有关，沉积岩中有机碳同样具有很低的δ13C 值（-15‰～-40‰）。不同沉积环境的有机碳同位素组成的差别，主要与它们的植物源有关。利用沉积物中有机碳的δ13C 值变化可以推断确定沉积岩的物质来源。

热液体系中碳主要呈碳酸盐矿物及流体包裹体中的 CO2 和 CH4 气体，极少

数情况下也可能出现石墨。热液流体中碳可有各种来源：富 12C 的幔源深成岩，海相灰碳、生物成因的有机物等。某些热液矿床中方解石的δ13C 值可能有很大变化，如澳大利亚某地锡石—硫化物矿床，其δ13C 在-14‰～＋5‰。这种现象难以用碳源和温度变化来解释，而主要与热液流体中氧化态碳和还原态碳的比例变化有关。热液体系中主要的含碳原子

团有CO 2 、H 2 CO 3，HCO 1- ，CO2- 和CH4 。和热液体系中含硫原子团一样，

各种含碳原子团的浓度受控于溶液的pH，f O ，原子团的活度系数、原子团

之间化学反应的平衡常数、离子强度以及温度等的控制，所以含碳原子团和沉淀出的含碳矿物（如方解石等）的同位素组成不仅仅取决于热液流体中总

碳浓度的δ13C值，也取决于流体的pH，fo ，T，I等物理化学参数。

各种参数中pH和fO 2 是控制热液流体中含碳原子团比例的最主要因素。

pH值直接影响水溶液中不同碳原子团的浓度。pH值低时，H 2 CO3超过HCO1- ，

CO2- 可以忽略；pH增加至碱性时，HCO1− 占优势；而当pH更高、呈强碱性

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时，则CO2- 占优势。体系氧逸度决定了含碳原子团的氧化还原状态。在高

f （logfO ≈ - 36）时，大部分碳呈氧化态，CH4 的浓度可以忽略，这时

δ13CH CO ≈δ13Cδ ；在低氧逸度时，CH的浓度大大增加，这时δ13CCH

2 3 ΣC 4

≈δ13CΣC，因此 CH4 浓度的变化对与之共存的碳酸盐原子团的δ13C 值产生明显影响。这种情况可以大致的从图 7.6 得到说明。不管氧逸度的数值大小

如何，当pH从6升至12时，由于CH 成分迅速降低，CO2- 占绝对优势，δ13

CH CO 趋向于接近4‰。Ohmolo同样给出了热液体系中沉淀方解石和石墨的

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δ13C值、稳定界线和pH值、fO

，之间变化的定量相图关系。当然其应用

前提仍然是同位素平衡体系和开放的热液环境。