碳同位素组成特征及其在地质中的应用
浅谈放射性碳同位素在水文地质领域的应用
浅谈放射性碳同位素在水文地质领域的应用①同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。
由于质子数相同，所以它们的核电荷和核外电子数都是相同的，并具有相同核外电子排布。
由于最外层电子数相同，因此原子核的某些物理性质也有所不同，例如放射性，并不是所以同位素都具有放射性，有放射性的同位素称为“放射性同位素”，没有放射性的则成为“稳定同位素”。
大多数的天然元素都是由几种同位素组成，目前已知的稳定同位素约多种，而放射性同位素竟达种以上。
②一般来说，原子质量很大金属，像鈈、铀、镭等，都具有较强的放射性，在化学元素周期表中，锕系元素和镧系元素以及铀元素全部带有放射性。
另外某些原子质量小的同位素也带有放射性，如碳14、钴60。
③放射性同位素的原子核很不平衡，全系列不间断地，自发性地炽热射线，直到变为另一种平衡同位素，这就是所谓“裂变”，放射性同位素在展开裂变的时候，可以放射治疗α射线、β射线、γ射线对人体危害不大，而γ射线对人体存有很大的危害，可以引致人体基因突变。
④放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期。
换言之，半衰期是指某个样品中一半的原子核发生衰变所需的时间，不同放射性同位素的半衰期差异很大，短的只有几天、几个小时、几分钟，甚至不到1秒钟，长的却达几千年、几万年，甚至是几亿年，几十亿年，例如，日本“3.11”地震及海啸引发的核辐射中的碘的半衰期约为8天，铯为30年，鈈为年，铀则为44.7亿年。
半衰期越短，其原子越不稳定。
⑤经过相连接的几个半衰期后，放射性同位素的'活度会因裂变而增至起始活度的1/2、1/4、1/8，等等。
这意味著我们可以预测任何时候的余下活度。
随着放射性同位素数量的增加，所收到的电磁辐射也适当的增加。
⑥放射性同位素释放的放射性能够破坏活的细胞，对人体造成巨大的伤害，但在医疗上，可以用来杀菌消灭微生物，并且可以用来杀灭癌细胞等。
放射线也具有很强的贯穿能力，它可以用来观察固体内部的目标，就像x射线那样用于病灶的检查。
稳定碳同位素法在油气地球化学分析中的应用
稳定碳同位素法在油气地球化学分析中的应用李惠平（中国地质大学地球科学学院，湖北武汉，430074）摘要: 随着现代分析测试技术的提高,碳同位素在油气地球化学中的应用也越来越广泛。
总结碳同位素在油气地球化学中的应用,这些应用包括:用碳同位素研究来鉴别原油的生成环境和母质类型,对天然气进行成因分类和鉴别,判断天然气的成熟度,进行油气源对比，讨论油气的次生变化,研究油气运移,研究天然气的混合情况和油藏地球化学。
关键词: 稳定碳同位素;油气地球化学;进展1.鉴别原油的生成环境和油气母质类型稳定碳同位素技术在油气地球化学上应用广泛。
现在普遍认为石油是由古代海相或陆相盆地中的沉积有机质随地层沉降埋深热演化而生成的, 沉积环境决定了有机质的性质, 而有机质的类型影响生成油的碳同位素组成。
因此, 通过原油单体烃碳同位素的研究, 可以确定其生成环境和母质来源。
一般认为原油< - 30‰时, 其烃源岩的沉积环境为海相; 为- 29. 5‰～ - 28‰时, 其烃源岩的沉积环境为湖相; 为- 28‰～ - 24‰时, 其烃源岩的沉积环境为陆相, 与煤系地层有关。
总的来说, 海相来源原油碳同位素比陆相来源的轻。
Bjoroy研究认为湖相来源和陆相来源的原油中正构烷烃和类异戊二烯的同位素值有明显的差别: 在湖相来源的原油中, 类异戊二烯的同位素值与相同碳原子数的正构烷烃的类似; 而在陆相来源的原油中, 类异戊二烯的同位素值比相应的正构烷烃的轻;在湖相来源的原油中, 正构烷烃和类异戊二烯的同位素比值均随着碳原子数的增加变化微弱; 在陆相来源的原油中, 正构烷烃的同位素比值随着碳原子数的增加而变轻, 而类异戊二烯的同位素比值则随着碳原子数的增加而变重。
沈平等将我国主要地区石油分离为饱和烃和芳烃两个馏份进行碳同位素测定, 发现不同来源的石油, 其饱和烃和芳烃的碳同位素组成具有明显差异: 对型或煤系有关的轻质油, 其饱和烃和芳烃都富集较重的碳同位素,型原油与煤系有关的轻质油(或凝析油) 相比, 均具有较轻的饱、芳同位素组成。
bruker 碳同位素
bruker 碳同位素摘要：一、布鲁克碳同位素简介二、碳同位素的应用1.生物基与石油基材料的区分2.碳同位素在地质年代测定中的应用3.碳同位素在其他领域的应用三、碳同位素的检测方法四、我国在碳同位素研究方面的进展五、碳同位素研究的发展趋势正文：布鲁克碳同位素是一种具有放射性的碳元素，其在自然界中存在三种同位素：C12、C13和C14。
C12占据了自然界中99%的碳原子，C13占据了1%，而C14则极为稀少，仅占兆分之一。
碳同位素的研究具有广泛的应用价值，尤其在地质、生物和化学等领域。
碳同位素在许多应用中发挥着重要作用。
首先，通过ASTMD6966方法，可以分辨物质是生物基还是石油基。
生物质材料含有C14，而石化衍生材料则不含。
例如，100%来源于石油衍生成分的聚乙烯制品只有0%的生物基含量，而100%来源于植物的聚乙烯制品则含有100%的生物基含量。
此外，碳同位素在地质年代测定中也具有重要应用，如通过测量地层中的C14含量，可以准确确定地质年代的年龄。
碳同位素的检测方法主要包括放射性测量和稳定同位素比值分析。
放射性测量是通过检测样品中C14的放射性强度来确定其含量；稳定同位素比值分析则是通过比较样品中C12和C13的含量比例来推断其来源。
在我国，碳同位素研究取得了世界领先的成果。
科学家们通过对碳同位素的研究，揭示了生物质起源、地球气候变迁、水资源演化等方面的诸多奥秘。
此外，我国还在碳同位素的应用技术研发方面取得了显著进展，如石油基与生物基材料的鉴别、地质年代测定等。
展望未来，随着科学技术的不断发展，碳同位素研究将在地球科学、生物科学、材料科学等领域发挥更为重要的作用。
碳同位素技术的发展将有助于解决能源、环境、资源等全球性问题，为人类的可持续发展提供有力支持。
C和O稳定同位素在矿层沉积环境分析方面的应用
C和O稳定同位素在矿层沉积环境分析方面的应用瞿 琮（东华理工大学地球科学学院，江西 南昌 ３３００１３）摘 要：为了精确恢复地区的矿层性质、沉积环境和沉积特征，对于稳定同位素的地球化学分析研究尤其重要，主要是对Ｃ和Ｏ同位素的分析，从而可推断出当时的沉积环境和气候条件。
对于样品中元素的异常进行了分析，采用多接收电感耦合等离子体质谱仪（ＭＣ－ＩＣＰ－ＭＳ）对同位素比值进行了测定，使用δ（‰）＝（Ｒ样品／Ｒ标准－１）×１０００来表示。
对于碳氧同位素的研究表明，其与沉积环境具有一定的相关性，同时古环境中各类碳酸盐岩的碳、氧稳定同位素组成也受到沉积作用和成岩作用的影响，随之发生变化，进而我们可以利用碳氧同位素的原始沉积信息来推断当时的沉积环境。
关键词：Ｃ和Ｏ同位素；同位素比值；沉积环境中图分类号：Ｐ６１８．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）１９－０１７２－２Application of C and O stable isotopes in the analysis of deposit sedimentary environmentQU Cong（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｒｅｓｔｏｒｅ ｔｈｅ ｏｒｅ ｂｅｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｅａ， ｉｔ ｉｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔａｂｌｅ ｉｓｏｔｏｐｅｓ， ｍａｉｎｌｙ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃ ａｎｄ Ｏ ｉｓｏｔｏｐｅｓ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｉｎｆｅｒ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｌｉｍａｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｔ ｔｈａｔ ｔｉｍｅ． Ｔｈｅ ａｎｏｍａｌｙ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｓｏｔｏｐｅ ｒａｔｉｏ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｍｕｌｔｉ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ （ＭＣ－ＩＣＰ－ＭＳ）， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｙ δ （‰） ＝ （ｒｓａｍｐｌｅ ／ ｒｓｔａｎｄａｒｄ－１） × １０００． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｏｘｙｇｅｎ ｉｓｏｔｏｐｅｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｏｘｙｇｅｎ ｉｓｏｔｏｐｅｓ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｏｘｙｇｅｎ ｉｓｏｔｏｐｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｒｏｃｋｓ ｉｎ Ｐａｌｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｒｅ ａｌｓｏ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉａｇｅｎｅｓｉｓ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｃｈａｎｇｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ． Ｗｅ ｃａｎ ｉｎｆｅｒ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｏｘｙｇｅｎ ｉｓｏｔｏｐｅｓ．Keywords: Ｃ ａｎｄ Ｏ ｉｓｏｔｏｐｅｓ； ｉｓｏｔｏｐｅ ｒａｔｉｏ； ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ对于研究某地区矿层的沉积环境，运用的常规方法有：沉积地质矿物的原生沉积构造、构造、古生物化石的分析、岩芯的观测和测井曲线等，但对于各个层段相似的冲积相特色，不便观察。
碳酸盐岩c,o,sr同位素组成在古气候、古海洋环境研究中的应用
碳酸盐岩c,o,sr同位素组成在古气候、古海洋环境研究中的应用全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：碳酸盐岩是一种重要的地球岩石，其中含有丰富的钙、镁和其他金属碳酸盐。
碳酸盐岩是由生物和非生物过程共同形成的岩石，在地质历史上扮演着重要的角色。
通过分析碳酸盐岩中的氧同位素、碳同位素和锶同位素组成，可以为我们提供关于古气候和古海洋环境的重要信息。
碳酸盐岩中的氧同位素组成可以提供有关古气候的信息。
氧同位素是常见的地球化学元素之一，其在大气和水体中存在着不同的比例。
碳酸盐岩中的氧同位素组成受到大气和水体中的氧同位素比例的影响，在不同的气候和环境条件下，碳酸盐岩中的氧同位素组成也会发生变化。
通过分析碳酸盐岩中的氧同位素组成，可以重建出古气候条件，例如古气温和古降水量等信息。
这对于研究古气候变化和预测未来气候变化具有重要意义。
碳酸盐岩c、o、sr同位素组成在古气候和古海洋环境研究中具有重要的应用价值。
通过对碳酸盐岩中的同位素组成进行分析，可以重建出古气候和古海洋环境的变化过程，为我们深入了解地球历史的大气和海洋环境提供了重要依据。
这些研究对于预测未来气候变化和了解大气海洋环境的变化规律也具有重要的参考价值。
碳酸盐岩同位素组成研究将继续为我们揭示地球历史演化的奥秘，为地球科学研究提供新的视角和方法。
第二篇示例：碳酸盐岩是一种重要的岩石类别，由碳酸盐矿物组成，包括方解石、白云石、菱镁矿等。
碳酸盐岩中的碳、氧、锶同位素组成对古气候和古海洋环境的研究具有重要意义。
本文将重点阐述碳酸盐岩c、o、sr同位素组成在古气候、古海洋环境研究中的应用。
一、碳酸盐岩c同位素组成在古气候研究中的应用碳酸盐岩中的碳同位素组成可以反映古气候的变化。
通过测量碳酸盐岩中的δ13C值可以了解古大气中CO2的浓度变化及碳循环过程。
在古气候研究中，碳同位素组成常用于推断全球气候事件的发生，如古地球温室效应、冰期事件等。
研究表明在早、中侏罗纪发生的数次大规模火山喷发事件导致全球二氧化碳浓度升高，而碳酸盐岩中C同位素组成变化也得到了验证。
碳同位素组成特征及其在地质中的应用
同位素地球化学目录一、碳的同位素组成及其特征 (1)1.碳同位素组成 (1)Ⅰ、碳的同位素丰度 (1)Ⅱ、碳的同位素比值（R） (1)Ⅲ、δ值 (2)2.碳同位素组成的特征 (2)Ⅰ.交换平衡分馏 (2)Ⅱ.动力分馏 (3)Ⅲ.地质体中碳同位素组成特征 (4)二、碳同位素在地质科学研究中的应用 (8)1. 碳同位素地温计 (8)2．有机矿产的分类对比及其性质的确定 (9)Ⅰ.煤 (9)Ⅱ.石油 (9)Ⅲ. 天然气 (11)碳同位素组成特征及其在地质科研中的应用一、碳的同位素组成及其特征1.碳同位素组成碳在地球上是作为一种微量元素出现的，但分布广泛，在地质历史中有着重要作用。
碳的原子序数为6 ，原子量为12.011，属元素周期表第二周期ⅣA族。
碳在地壳中的丰度为2000×10-6，是一个比较次要的微量元素。
在地球表面的大气圈、生物圈和水圈中，碳是最常见的元素之一，是地球上各种生命物质的基本成分馏。
碳既可以呈固态形式存在，又能以液态和气态形式出现。
它既广泛分馏布于地球表面的各层圈中，也能在地壳甚至地幔中存在。
总之，碳可呈多种形式存在于自然界中。
在有机物质和煤、石油中，以还原碳的形式存在，在二氧化碳气体和水溶液中，以氧化碳形式出现。
碳还可呈自然元素形式出现在某些岩石中（如金刚石和石墨）。
一般用同位素丰度、同位素比值和δ值来表示同位素的组成。
Ⅰ、碳的同位素丰度同位素丰度指同位素原子在元素总原子数中所占的百分比，自然界中的碳有2个稳定同位素：12C和13C。
习惯采用的平均丰度值分别为98.90%和1.10%。
由此可见，在自然界中碳原子主要主要是以12C的形式存在。
另外碳还有一个放射性同位素14C，半衰期为5730a。
放射性14C的研究，目前已发展成为一种独立的同位素地质年代学测定方法，主要应用于考古学和近代沉积物的年龄测定。
适合用于作碳稳定同位素分馏析的样品包括：石墨、金刚石等自然碳矿物，方解石、文石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等碳酸盐矿物；石灰岩、白云岩、大理岩等全岩样品；各种矿物包裹体中的C O2和CH4气体以及石油、天然气及有机物质中的含碳组分馏等。
碳、氧同位素测定及在碳酸盐岩储层分析中的应用探讨
2017年07月碳、氧同位素测定及在碳酸盐岩储层分析中的应用探讨乔羽(大庆油田勘探开发研究院有机地球化学研究室,黑龙江大庆163000)摘要：碳酸盐岩中的碳、氧同位素组成能够揭示丰富的储层地质信息。
文中介绍了碳酸盐岩中碳、氧同位素的组成特征及测定方法，对碳、氧同位素在古温度测定、碳酸盐岩沉积环境及成岩环境分析方面的应用进行了探讨。
关键词：碳酸盐岩；碳、氧同位素；特征；测定；应用近几年来，大庆油田在塔里木东部地区开辟了油气勘探的新战场，塔东区块地质特征和油气储层条件与大庆区块差别较大，有利的油气储层主要分布在寒武系碳酸盐岩地层中，加强对碳酸盐岩储层地质分析具有重要意义。
碳酸盐岩中碳、氧同位素的组成在古温度测定、沉积环境及成岩环境分析方面具有一定的优势，熟练掌握相关技术具有一定现实意义。
1碳酸盐岩中碳、氧同位素特征碳酸盐岩中的碳基本上是以无机碳(氧化碳)和有机碳(还原碳)的形式储藏的,二者的δ13C 平均值大约相差25‰左右。
有机碳显示出低的δ13C （-24‰PDB ）,远低于氧化形式的CO 2（-7‰）和海洋碳酸盐岩的碳(0‰~4‰)。
δ13C 值的大小通常涉及到甲烷的产生，它们既可以在近地表通过生物的发酵作用产生，也可以在大于100℃温度的地下通过有机质的热化学还原作用（TSR ）来产生[1]。
从发酵作用中产生的甲烷会生产很低的δ13C 值，但是残余有机质显示出高的δ13C 值，当甲烷的氧化作用及随后的胶结作用将造成含有很低δ13C 值的胶结物。
来自热化学作用的甲烷不能直接导致会有很低的δ13C 值的地下胶结物的沉淀。
土壤风化作用与海洋石灰岩的溶解作用，及其后的渗流带和浅的潜流带方解石胶结物的沉淀通常将造成含有中等低的δ13C 成分的胶结物和石灰岩。
δ13C 如果来源于正常海相碳酸盐岩的溶解，那么其产物形成的方解石胶结物就会具有与原始海相碳酸盐岩相似的δ13C ；来自风化壳上有机质氧化来源的13C 加入时,就会引起δ13C 值的偏负,δ13C 偏负的程度决定于水岩反应的强度,水岩反应强度越大,那么来自围岩的13C 比重也就越多,导致方解石胶结物的δ13C 偏负程度变小。
沉积有机质芳烃分子碳同位素组成及其意义
沉积有机质芳烃分子碳同位素组成及其意义沉积有机质芳烃分子碳同位素组成是指沉积有机质中的芳烃分子中，不同碳同位素的含量比例。
通常来说，沉积有机质中的芳烃分子碳同位素组成主要包括δ13C值和13C/12C比值。
其中，δ13C值是指沉积有机质芳烃分子中13C/12C比值与国际标准VPDB（Vienna Pee Dee Belemnite）的差值，以‰（千分之一）为单位表示。
13C/12C比值是指沉积有机质芳烃分子中13C和12C的数量比例。
沉积有机质芳烃分子碳同位素组成在地质学、环境科学和能源领域有着重要的应用意义。
具体来说，它可以用于：
1. 识别古环境和古气候：不同类型的有机质来源和生长环境对碳同位素组成有不同的影响，因此通过分析沉积有机质芳烃分子碳同位素组成，可以判断沉积物的古环境和古气候条件，为古地理学和古气候学提供重要依据。
2. 探测烃类资源：沉积有机质芳烃分子碳同位素组成可以指示烃类化合物的来源和成因，因此可以用于烃类资源的勘探和开发。
比如，含油气盆地中的芳烃分子δ13C值通常较高，而含煤盆地中的芳烃分子δ13C值通常较低。
3. 研究环境污染和生物演化：沉积有机质芳烃分子碳同位素组成还可以用于研究环境污染和生物演化。
例如，石油和煤的燃烧会释放大量的二氧化碳，导致大气中的13C/12C比值降低，进而影响沉积物中芳烃分子碳同位素组成；同时，生物演化也会对沉积物中有机质的碳同位素组成产生影响。
总之，沉积有机质芳烃分子碳同位素组成是一种重要的地球化学指标，可以用于研究地质、环境和能源等方面的问题，有助于推动相关领域的发展。
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同位素地球化学目录一、碳的同位素组成及其特征 (1)1.碳同位素组成 (1)Ⅰ、碳的同位素丰度 (1)Ⅱ、碳的同位素比值（R） (1)Ⅲ、δ值 (2)2.碳同位素组成的特征 (2)Ⅰ.交换平衡分馏 (2)Ⅱ.动力分馏 (3)Ⅲ.地质体中碳同位素组成特征 (3)二、碳同位素在地质科学研究中的应用 (8)1. 碳同位素地温计 (8)2．有机矿产的分类对比及其性质的确定 (9)Ⅰ.煤 (9)Ⅱ.石油 (9)Ⅲ. 天然气 (11)碳同位素组成特征及其在地质科研中的应用一、碳的同位素组成及其特征1.碳同位素组成碳在地球上是作为一种微量元素出现的，但分布广泛，在地质历史中有着重要作用。
碳的原子序数为6 ，原子量为12.011，属元素周期表第二周期ⅣA族。
碳在地壳中的丰度为2000×10-6，是一个比较次要的微量元素。
在地球表面的大气圈、生物圈和水圈中，碳是最常见的元素之一，是地球上各种生命物质的基本成分馏。
碳既可以呈固态形式存在，又能以液态和气态形式出现。
它既广泛分馏布于地球表面的各层圈中，也能在地壳甚至地幔中存在。
总之，碳可呈多种形式存在于自然界中。
在有机物质和煤、石油中，以还原碳的形式存在，在二氧化碳气体和水溶液中，以氧化碳形式出现。
碳还可呈自然元素形式出现在某些岩石中（如金刚石和石墨）。
一般用同位素丰度、同位素比值和δ值来表示同位素的组成。
Ⅰ、碳的同位素丰度同位素丰度指同位素原子在元素总原子数中所占的百分比，自然界中的碳有2个稳定同位素：12C和13C。
习惯采用的平均丰度值分别为98.90%和1.10%。
由此可见，在自然界中碳原子主要主要是以12C的形式存在。
另外碳还有一个放射性同位素14C，半衰期为5730a。
放射性14C的研究，目前已发展成为一种独立的同位素地质年代学测定方法，主要应用于考古学和近代沉积物的年龄测定。
适合用于作碳稳定同位素分馏析的样品包括：石墨、金刚石等自然碳矿物，方解石、文石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等碳酸盐矿物；石灰岩、白云岩、大理岩等全岩样品；各种矿物包裹体中的C O2和CH4气体以及石油、天然气及有机物质中的含碳组分馏等。
Ⅱ、碳的同位素比值（R）同位素比值R=一种同位素丰度/另一种同位素丰度对于非放射性成因稳定同位素比值：R=重同位素丰度/轻同位素丰度由此可见，碳的同位素比值R=1.1%/98.9%=0.011Ⅲ、δ值由于同位素的绝对丰度和同位素比值不可能足够准确的测定，因此，稳定同位素丰度和变化使用同位素比值的相对差来表示。
对于非放射性成因稳定同位素，通常用样品的同位素比值相对标准样品同位素比值的千分偏差，即δ值表示。
天然物质中碳同位素组成通常用δ13C 表示：δ13C(‰)=1000)/()/()/(121312131213⨯-标标样C C C C C C 天然物质中δ13C 值变化范围约为160‰，最高的值见于碳质球粒陨石中的碳酸盐，为70‰，地球上已发现有δ13C 为55‰的白云石；最富含12C 的是天然气甲烷，δ13C 的值为-90‰。
详细见图1。
图1 天然物质中同位素组成分布图2.碳同位素组成的特征地球上最重要的两个碳贮存体是碳酸盐和生物成因的还原碳，它们的δ13C 平均值分别为0和-25‰。
这是由于同位素分馏机理不同所造成。
大气CO 2—溶解HCO -3—CaCO 3体系中的同位素交换平衡反应，使碳酸盐富集13C 。
而光合作用的动力分馏效应，导致有机物中富集12C 。
Ⅰ.交换平衡分馏各种碳化合物之间的平衡分馏很少进行实验研究，只有HCO -3-CO 2体系进行了实验研究，其余的平衡分馏系数都是通过理论计算得到的。
根据Y,Bottinga(1969)的计算结果，在各种碳化物种达到同位素平衡分馏时，δ13C增加的顺序如下（T≦800℃）:CH4<C(石墨)<C(金刚石)<HCO-3<MCO-3.反映出随价态的升高，重同位素富集。
对于CO2(g)、水溶含碳原子团和CaCO3，13C富集的顺是：低温（<130℃）时，CaCO3>HCO-3(aq)>CO-3(aq)>H2CO3(aq)或CO2(aq)；温度高于200℃时，CO2(aq)≈CO2(g)或H2CO3(aq)>CaCO3>CO-3(aq)>HCO-3(aq)。
CaCO3和CO2(g)和HCO-3和CO2(g)分馏的换向温度分别为193℃和148℃。
如图2所示：图2 重要碳化合物之间的同位素分馏曲线图H2CO3(aq)= H2CO3+CO2(aq)（据H.Ohmoto等，1979）Ⅱ.动力分馏光合作用期间的同位素分馏受动力学效应控制，即光合作用形成的化合作用物中富集12C。
整个分馏过程大体上分为三个步骤：1.在大气CO2穿过细胞壁进入叶绿体的扩散作用过程中优先吸收12CO2，其分馏程度取决于植物周围空气CO2浓度等因素；2.在酶的作用下，溶解的CO2发生羟化反应时，12CO2优先被固定在初级光合作用产物中；3.在磷酸甘油酸合成各种有机化合物的过程中发生谭同位素分馏。
此外，碳氢化合物裂化时也伴有动力效应，这对轻烃特别是甲烷的δ13C 值影响很大。
Ⅲ.地质体中碳同位素组成特征⑴在地球岩石中碳同位素组成a．在火成岩中，碳含量为地球中总碳含量的7%左右，碳呈多种存在形式：①碳酸盐矿物（方解石、白云石、菱铁矿等）及气液包裹体中的CO2和CH4气体；②石墨和金刚石等自然碳；③有机分馏子和碳化物的混合物。
A.N.Fuex和D.R.Baker（1973）指出，在火成岩中，氧化碳的含量范围为0～≥20000×10-6及δ13C值－18.2～+2.9‰，变化十分馏明显，变化范围大大超过岩浆成因的碳酸岩δ13C值－2～+8‰。
这表明，火成岩中的碳酸盐矿物可能主要不是岩浆成因的，而是由后生作用形成的。
火成岩中的还原碳的含量一般为30～360×10-6，较低，它们的δ13C值（表1）与生物成因碳的δ13C值十分馏相似，因此，还原碳很可能是后生成因的，或者是由含生物成因碳的沉积岩经岩浆同化并进入岩浆所造成的。
详见表1。
表1 火成岩中的还原碳的同位素组成b．对于变质岩来说，在温度和压力不同程度升高的条件下所发生的变质作用过程中，岩石的碳同位素组成会发生一定的变化。
详见表2。
表2 接触变质带岩石的碳、氧同位素组成变化从表中可看出，从围岩→接触变质带→侵入体，方解石的δ13C值和δ18O值逐渐降低。
c．沉积岩中最主要的碳库是碳酸盐和有机碳。
它们的δ13C的平均值分别为1‰和-23‰，是两种成因上完全不同的碳。
沉积岩中大约有80%以上的碳以碳酸盐的形式存在，其余的是有机碳，包括岩石中分散的有机物（绝大部分为干酪根）和矿物燃料。
①碳酸盐的δ13C值从溶液中沉淀出来的无机和生物碳酸钙，其同位素组成主要受控于下列因素：1.与溶液中含碳原子团处于平衡的CO2气体的δ13C值；2.含碳原子团与碳酸钙之间的平衡分馏系数；3.温度和溶液的pH值。
根据平衡分馏系数计算，沉积碳酸钙相对于总溶解无机碳和CO2气体分别富集13C大约1－3‰和1－11‰。
温度对于碳酸盐δ13C值的影响很小。
海水中溶解碳主要呈HCO-3形式，在平衡情况下，正常海相碳酸钙的δ13C值约为1.5－3.5‰，与HCO-3之间的分馏小。
淡水碳酸盐比海相碳酸盐富含12C，并且表现δ13C值的很大可变性。
湖水、河水和地下水中溶解无机碳的δ13C值变化范围为－30‰—＋3‰，平均－8‰。
盐湖溶解无机碳的13C含量一般比淡水湖高。
据统计，世界上许多地方淡水石灰岩比海相的平均富12C约5‰—7‰。
②有机碳中的δ13C值近代陆相沉积物中有机碳的δ13C值为－10‰—－36‰，变换很大，但大多数介于－20‰—－30‰之间，平均为－25‰。
不同沉积环境中有机碳同位素组成上有差别，主要与它们的植物源有关。
陆相沉积物的δ13C为－8‰—－38‰，幅度达到30‰。
随着纬度增高，湖泥有机碳的δ13C值有降低的趋势。
河流沉积物有机碳的δ13C平均值接近－26‰，但在河口处明显变重。
近代海相沉积物中有机碳的δ13C值为－10‰—－31‰，但90%以上介于－19‰—－27‰之间。
通常远海沉积物中为－19‰—－23‰，近岸地带则由于陆生植物的加入而富含12C。
⑵热液体系的碳同位素组成热液矿床中碳主要呈碳酸盐矿物及流体包裹体重的CO2和CH4气体，极少数情况下可能出现石墨。
热液流体中碳的主要来源可归纳为一下三种：①岩浆源或深部源，它们的δ13C值为－2.0～－8.0‰之间；②沉积碳酸盐来源，其δ13C值为0‰左右；③沉积岩、变质岩与火成岩中的有机碳（还原碳）, 它们δ13C值为-25‰左右。
碳是变价元素，电价的改变对13C是富集还是贫化影响极大。
因此在热液矿床中，碳酸盐矿物的碳同位素组成不仅取决于热液的总碳同位素组成，而且也强烈依赖于热液的物理-化学参数，如氧逸度、酸碱度、温度、碳总浓度的变化。
由于这些参数的变化，即使热液体系中碳的来源均一，从热液中沉淀的碳酸盐矿物的碳同位素组成也会发生明显的变化。
H. Ohmoto (1972) 在这方面作了详细的研究，为热液矿床中碳、硫同位素数据的解释开辟了新的途径，这对于稳定同位素地质研究工作的深入具有十分馏重要的意义。
一般而言，碳同位素组成是热液物理-化学参数的函数，这种关系可表达为：δ13C i=ƒ (δ13C∑C,T,ƒo2，pH，I)上述公式表明，从热液中沉淀的碳酸盐矿物的碳同位素组成是热液总碳同位素组成、温度、氧逸度、酸碱度和阳离子浓度的函数，也就是说，热液碳酸盐矿物的碳同位素组成取决于热液的总碳同位素组成以及矿物沉淀时热液的温度、氧逸度、酸碱度和阳离子浓度的变化特征。
氧逸度主要影响热液中含碳组分馏的氧化-还原状态。
在高氧逸度情况下，热液中大多数碳以氧化碳形式出现，CH4（水溶液）可以忽略不计。
在这种高氧逸度条件下形成的磷酸盐矿物的δ13C值与热液的总碳同位素组成相似。
当热液氧逸12C，因而所形成的碳度降低时，CH4（水溶液）的数量迅速增加。
CH4（水溶液）强烈富集酸盐矿物便明显富集13C，δ13C值可高达29‰。
pH值变化对矿物碳同位素组成的影响分馏为两种情况:①在pH＞7的碱性、弱碱性溶液中，热液矿物碳同位素组成的变化明显依赖于pH值：在低氧逸度lgƒo=-41～-39条件下，矿物的δ13C值随pH值升高而2=-36条件下，矿物的δ13C值先是随pH 值升高而增加，降低，在高氧逸度lgƒo2然后逐渐趋向降低。
②在pH＜7 的酸性、弱酸性溶液中，矿物碳同位素组成的变化同pH值的变=-36条件下，矿物的δ13C值与热化无关而仅同氧逸度的变化有关。