由穩定碳、氧同位素分析結果探討標本保存度

碳酸鹽岩的 ¹³C 數值在不同的沉積環境具有不同的數值，淺海沉積

物的 ¹³C 與 ¹⁸O 數值易受天水成岩作用影響， ¹³C 與 ¹⁸O 數值會出現明 顯的降低(Algeo et al., 1992)，且過度的蒸發作用又會使 ¹³C 與 ¹⁸O 數值 增加(Grossman et al., 2008)，因此，要進行碳酸鹽岩的穩定碳同位素討論 時，要確定其 ¹³C 是否記錄原始海水資訊。

檢驗碳酸鹽岩的碳氧同位素是否有遭受成岩作用影響的方法有：(1) 若碳酸鹽岩的 ¹³C_carb與 ¹⁸O_carb呈正相關，通常被認為是受到天水成岩作 用的影響(Meyers and Lohmann, 1985)。(2)碳酸鹽岩的 ¹⁸O_carb< -10‰，其 碳氧同位素數據不宜使用。因早石炭紀腕足殼體方解石的均 ¹⁸O 大於-5‰

(Popp et al., 1986; Mii et al., 1999)，Kaufman and Knoll(1995)以及 Xiao 等 人(1997)認為 ¹⁸O_carb< -5‰的碳酸鹽岩可能已經遭受成岩作用改變，

18O_carb< -10‰的碳和氧同位素數據皆不宜使用。

本研究自中國貴州省羅甸縣的納嬈剖面、納水剖面、羅悃剖面，分 別分析了 583 個、246 個、191 個碳酸鹽岩標本的碳、氧同位素數值。標 本 LKI_142 在顯微鏡下發現有生物殼體，因此鑽取此標本中生物殼體、

發光或不發光方解石的粉末進行碳氧同位素分析，共有 6 個數值做進一 步比較。另外，為檢驗標本是否為均質，在同一標本，由風化層向內以 每隔 1cm 取樣進行碳、氧同位素分析，共分析 25 個碳酸鹽岩標本，碳、

氧同位素數值各 108 個。故本研究共計有 1134 個碳氧同位素數值。

31

納嬈剖面，共有 583 個碳氧同位素記錄， ¹⁸O 數值介於-12.9~3.8‰，

18O 平均值為-4.6 1.7‰ (N=583)； ¹³C 數值介於-0.4~6.4‰， ¹³C 平均 值為 3.6 1.2‰ (N=583) (圖 4.1；附錄三)；將 ¹⁸O 數值< -10‰的數據扣 除後， ¹³C_carb與 ¹⁸O_carb的相關係數(R²)為 0.154，碳氧同位素無相關性，

若不扣除 ¹⁸O 數值< -10‰的數據， ¹³C_carb與 ¹⁸O_carb的相關係數(R²)為 0.155，碳氧同位素也無相關性，且 ¹⁸O 數值< -10‰的樣本，其 ¹³C 數值 並沒有很負，顯示納嬈剖面碳酸鹽岩的碳同位素沒有遭受明顯成岩作用 影響，因此 ¹⁸O 數值< -10‰的樣本仍保留下來進行後續的討論。

納水剖面，共有 246 個碳氧同位素記錄，同位素 ¹⁸O 數值介於 -13.3~-1.1‰， ¹⁸O 平均值為-5.6 2.4‰ (N=246)； ¹³C 數值介於-1.1~5.5‰，

13C 平均值為 3.2 1.3‰ (N=246) (圖 4.1；附錄一)；將 ¹⁸O 數值< -10‰

的數據扣除後， ¹³C_carb與 ¹⁸O_carb的相關係數(R²)為 0.284，碳氧同位素無 相關性，若不扣除 ¹⁸O 數值< -10‰的數據， ¹³C_carb與 ¹⁸O_carb的相關係數 (R²)為 0.368，碳氧同位素也無相關性，且 ¹⁸O 數值< -10‰的樣本，其 ¹³C 數值並沒有很負，顯示納水剖面碳酸鹽岩的碳氧同位素沒有遭受成岩作 用影響，因此 ¹⁸O 數值< -10‰的樣本仍保留下來進行後續的討論。

羅悃剖面，共有 191 個碳氧同位素記錄，同位素 ¹⁸O 數值介於 -9.7~-1.4‰， ¹⁸O 平均值為-5.2 1.7‰ (N=191)； ¹³C 數值介於-3.0~5.0‰，

13C 平均值為 2.3 1.4‰ (N=191)(圖 4.1；附錄二)； ¹³C_carb與 ¹⁸O_carb的相 關係數(R²)為 0.255，碳氧同位素無相關性，顯示羅悃剖面碳酸鹽岩的碳 同位素沒有明顯遭受成岩作用改變。

從三個剖面的碳酸鹽岩碳氧同位素分布中可以看到，氧同位素數值 散布的範圍較碳同位素數值大，且氧同位素數值變化幅度比碳同位素數 值大(圖 4.1，4.2，4.3，4.4)，有此現象這是因為碳酸鹽岩岩石的碳同位

32

素數值受天水成岩作用影響較弱，其碳同位素數值不容易受到改變 (Hudson, 1975; Anderson and Arthur, 1983)，因此碳酸鹽岩的碳同位素數值 基本上保存了水體原始的同位素訊息，但是碳酸鹽岩的氧同位素容易受 天水成岩作用影響，與較輕的氧同位素重結晶、膠結後，使得氧同位素 數值明顯的變輕(Kennedy et al., 1998)。基於對碳酸鹽岩的氧同位素數值 是否受成岩作用影響的不確定性，往後的討論以碳酸鹽岩的碳同位素為 主。

圖 4.1 碳酸鹽岩穩定碳氧同位素分布圖。紫色為羅悃剖面，綠色為納水 剖面，橘色為納嬈剖面，黑色線為平均值的兩個標準偏差。

-4 -2 0 2 4 6 8

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

δ13C(‰)

δ¹⁸O (‰)

羅悃剖面 納水剖面 納嬈剖面 羅悃平均值 納水平均值 納嬈平均值

33

34 Serpukhovian

Bashkirian Moscovian Kasimovian

Gzhelian Asselian Sakmarian Artinskian Kungurian Roadian Wordian

PermianCarboniferous

280

300

320 270

290

310

330 Age (Ma)

δ¹³C (‰)

δ¹⁸O (‰) ^{-2 -1 0 1 2 3 4 5 6}

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -14 -13 -12 -11

δ¹⁸O 5點平均連線 δ¹³C 5點平均連線

δ¹⁸O δ¹³C

圖 4.3 中國貴州省納水剖面碳酸鹽岩碳氧同位素組成變化。虛線代表無 生物地層的區間，紅色星號為有牙形刺生物地層的界線，絕對年 代採用 International Chronostratigraphic Chart (v. 2014/02)。

35

圖 4.4 中國貴州省羅悃剖面碳酸鹽岩碳氧同位素組成變化。虛線代表無 生物地層的區間，紅色星號為有牙形刺生物地層的界線，絕對年 代採用 International Chronostratigraphic Chart (v. 2014/02)。

Serpukhovian

Visean Bashkirian Moscovian Kasimovian Gzhelian

Asselian

PermianCarboniferous

300

320

340 Age (Ma)

310

330

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

δ¹³C (‰) -10 -9 -8 -7 -6 -5

δ¹⁸O (‰)

δ¹⁸O 5點平均連線 δ¹³C 5點平均連線 δ¹⁸O δ¹³C

36

37

38