基于碳酸根中¹³C-¹⁸O键的相对丰度与温度的关系,碳酸盐团簇同位素组成(Δ₄₇)具有独特的温度指示能力,而且不受碳酸盐沉淀时流体组成的影响,是古气候古环境研究中最具潜力的温度代用指标之一。然而,目前人们对Δ₄₇的特征和其与氧同位素(δ¹⁸O)分馏关系的了解十分有限,对于生物碳酸盐（如蜗牛壳体和珊瑚骨骼）Δ₄₇特征以及“生命效应”而导致的非平衡分馏的认识也相当不足。理解这些分馏特征及其机制有利于更好地应用该指标解决与温度相关的地球科学问题。为此,本论文系统地综述了碳酸盐团簇同位素体系的基本原理、分析方法和应用进展。在此基础上,我们通过自主搭建CO₂提取纯化系统和开发同位素比值质谱（253 Plus）分析流程,建立了碳酸盐Δ₄₇的分析方法。利用气体标准标定碳酸盐的Δ₄₇值,碳酸盐标样测量值的长期重现性达到了国际先进水平。我们在25°C和90°C条件下进行了生物碳酸盐的蚀变实验,测试了蚀变后碳酸盐的δ¹³C、δ¹⁸O和Δ₄₇同位素组成以探讨其动力学分馏特征。结果表明,在溶液中珊瑚骨骼的文石向方解石转化过程中,碳酸根离子Δ₄₇分馏的速率远低于δ¹⁸O。这使得转化后的方解石保持着原始文石的团簇同位素信息,而¹⁸O则与溶液发生显著的同位素交换。因此,相比氧同位素温度计,团簇同位素温度计在蚀变碳酸盐上的应用可能更加可靠。我们分析了我国代表性季风气候区域的陆生蜗牛全壳体的Δ₄₇。通过与器测环境温度比对,发现壳体Δ₄₇值反映了蜗牛生长时期的平均体温,而与年均气温之间没有显著相关性。壳体Δ₄₇值很可能受蜗牛生理学或行为学的影响而无法记录极端环境温度。结合氧同位素温度计和模型计算,我们认为在大气相对湿度较高时（⁹0%）,由Δ₄₇温度推导的蜗牛体液δ¹⁸O能更有效地指示降雨的δ¹⁸O,因此,蜗牛壳体的团簇同位素在重建陆地古降水研究中有潜在的应用价值。我们分析了南海滨珊瑚骨骼Δ₄₇在不同时间尺度上的变化特征,结果表明,与无机成因碳酸盐相比,珊瑚Δ₄₇值明显受生命效应的影响,呈现出显著偏正的特征,但与表层海水温度有显著的线性关系,因此具有指示海水温度的应用潜能。珊瑚个体间和个体内部的对比结果表明,在年际尺度上,珊瑚的Δ₄₇值受珊瑚个体间或个体内部差异的影响并不显著。然而,在季节尺度上,珊瑚个体内部同时期不同生长部位的Δ₄₇偏正程度存在明显差异,同时伴随着δ¹³C的显著差异。对此,我们认为珊瑚新陈代谢产生的CO₂参与钙化时可能影响了其骨骼中Δ₄₇偏离了平衡分馏状态。