第四節(jié)穩(wěn)定碳同位素

同位素：指元素周期表中原子序數(shù)相同，原子量不同的元素。

穩(wěn)定同位素：指原子核的結(jié)構(gòu)不會自發(fā)的發(fā)生改變的同位素。

穩(wěn)定同位素有兩個最顯著的屬性：1.穩(wěn)定性：即經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)之后，原子核結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。2.分餾作用：指同位素在兩種同位素比值不同的物質(zhì)之間進行分配。一、穩(wěn)定同位素分餾機理

分餾作用是穩(wěn)定同位素的屬性之一，碳穩(wěn)定同位素的分餾機理有：

1.同位素的交換反應(yīng)：是化學(xué)物質(zhì)間，不同相或單個分子發(fā)生的同位素重新分配。

12CO2+13CH4=13CO2+12CH4

13CO2+H12CO3-=12CO2+H13CO3-

2.光合作用的動力效應(yīng)：植物在光合作用過程中，富集12C，而使13C進一步減小。

3.熱力和化學(xué)反應(yīng)的動力效應(yīng)：

-C-C-鍵的穩(wěn)定性順序：-13C-13C>-13C-12C->12C-12C-。

在低溫條件下，形成的烴類，富集12C；在高溫條件下形成的烴類，富集13C。

4.同位素的物理化學(xué)效應(yīng)：

蒸發(fā)：氣相富集輕同位素12C，夜相富集13C；擴散：先擴散12C，殘余13C。二、穩(wěn)定同位素在自然界的分布、比值符號和標(biāo)準(zhǔn)

同位素比值的測量和對比單位一般是用千分?jǐn)?shù)（‰）表示。

式中：Rs:為樣品的同位素比值；Rr：為標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定同位素的比值。各國用各自的標(biāo)準(zhǔn)計算Rr，再換算成PDB標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)之間的換算公式：

式中：δ13CB：為求取對B標(biāo)準(zhǔn)的δ值；

δ13CA：為測得對A標(biāo)準(zhǔn)的δ值；

RAr、RBr：為A、B標(biāo)準(zhǔn)的13C/12C比值。三、油氣中碳同位素的組成特征

1、原油

δ13C一般為-22‰～-33‰，平均值為-25‰～-26‰。

①海相原油δ13C值較高，為-27‰～-22‰；陸相原油δ13C值偏低，為-29‰～-33‰。

②隨組分分子量的增大,急劇增大烷烴<芳烴<膠質(zhì)<瀝青質(zhì)，烷烴<環(huán)烷烴，正構(gòu)烷烴<異構(gòu)烷烴，芳烴隨環(huán)數(shù)增加δ13C值增大，可溶瀝青<干酪根。

2、天然氣

δ13C隨天然氣成熟度的增大而增大，

生物成因氣:≤-60‰～-95‰

低

熱解成因氣:-50‰～-20‰

高

以上兩種氣的混合氣:-50‰～-60‰

天然氣成份中：δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4，分子量增加，增大。

四、油氣中碳同位素