（一）碳同位素组成与分布
自然界碳有两种稳定同位素：12C占98.89%，13C占1.11%。此外还有放射性14C，它主要由大气上层14N通过（n，p）反应生成。
碳同位素测定一般用PDB标准。其他标准相对于PDB的δ13C值见表3-7。
表3-7 其他常用碳同位素标准
表3-7 其他常用碳同位素标准
自然界碳同位素组成变化很大（图3-20），已发现有的碳酸盐δ13C值大于+20‰，甲烷可达-90‰。
陨石中碳元素的含量变化大，存在状态复杂，因而δ13C变化范围大。
深源的碳酸盐岩及金刚石的δ13C为-3.0‰～-7.0‰，沉积岩与变质岩的平均δ13C为-5.5‰，考虑到地壳碳主要来自地幔排气，故一般认为地幔碳的δ13C约为-5.5‰。
（二）碳同位素分馏与岩石、矿石碳同位素组成特征
（1）光合作用过程中的动力学效应可以引起强烈碳同位素分馏。光合作用为：6CO2+6H2 O→C6 H12 O6+6O2可看作单向化学反应。由于12 CO2键较13 CO2键易被破坏，所以光合作用时，冲码缓植物组织中有12 C的明显富集，陆生植物δ13 O值为-24‰～― 34‰，海生植物（浮游植物除外）的δ13 C约比陆生植物大10‰。这导致煤和石油都具负的δ13 C值。煤的平均δ13 C值约为-25‰，石油的平均δ13 C 值约为-28‰，其中海相石油负值较小（-22‰～-29.4‰），陆相石油负值更大（-29.7‰～-32.8‰），同位素平衡反应和动力学效应都使甲烷更富集12 C，所以天然气具有δ13 C更大的负值，并有广阔的变化范围。
图3-20 自然体系碳同位素组成
图3-20 自然体系碳同位素组成
（2）另一种重要的碳同位素分馏体系是气态CO2与水溶液的之间的同位素交换反应：
地球化学原理（第三版）
地球化学原理（第三版）
在25℃时，前一反应的α=1.014，后一反应的α=1.012。这两种反应调节着大气CO2与海水中和之间的同位素平衡，散模结果是溶液的和中有13 C 的富集，从而导致沉积碳酸盐中富13 C。Baertschi（1957）从世界各地样品中，测得海相碳酸盐岩石δ13 C为-3.2‰～+5.2‰，平均-1.16‰；淡水相碳酸盐δ13 C是-18.5‰～+8.5‰，平均为-4.34‰。Clayton和 Degens（1969）测得海相碳酸盐岩石δ13 C值为-6.39‰～0.0‰，平均-1.54‰，而淡水相碳酸盐δ13 C值是-11.07‰～-2.59‰，平均-6.66‰。淡水相灰岩比海相灰岩一般富轻同位素12 C（约 5‰～7‰），这是陆地土壤中大量富含12 C的有机物所产生的 CO2引起的，所以δ13 O与δ18 O一起可以作为区别碳酸盐的沉积相标志。
海相石灰岩的δ13C≈0‰，深成或平均地壳来源碳的δ13C≈-7‰，生物成因的有机化合物δ13C≈-25‰，不同成因碳的δ13C特征明显，这为研究成矿物质来源提供了有利条件。石墨中δ13C值变化范围很大，反映了石墨成因复杂。瑞士的结晶片岩中的石墨含12C较高，δ13C接近于生物碳，这说明石墨是有机碳经变质而成。而斯里兰卡同伟晶岩伴生的石墨脉，其δ13C值与碳酸盐矿物中比值相近，说明可能为无机碳酸盐还原而成。
热液矿脉中大多数早期形成的碳酸盐矿物δ13C值范围为-6‰～-9‰，晚期沉积的碳酸盐常比早期形成的碳酸盐富集13C，甚至可能具有正的δ13C值，例如加拿大西北地区的松峡矿床就是如此。当然在探讨碳的物质来源时，必须考虑到碳的分馏以恢复成矿热液总的碳同位素特征，才能得到正确的结论。因此，成矿温度、fO它决定CO2／模脊CH4比值，石墨的出现等）和pH值等地球化学研究，必须与碳同位素研究同时进行。
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