地質(zhì)流體穩(wěn)定同位素示蹤

地質(zhì)流體穩(wěn)定同位素示蹤第一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日查閱資料重要periodical

1.GCA（GeochimicaetCosmochimicaActa)2.Chemicalgeology3.EPSL(EarthandPlanetaryScienceLetters)４.AppliedGeochemistry5.EconomicGeology6.JournalofGeochemicalExploration7.Lithos8.MetamorphicGeology9.Science10.Nature

第二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日序一、同位素及其分類

1、同位素(isotope)

質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的元素。

2、放射性同位素(radioactiveisotope)

放射性同位素:凡能自發(fā)地放出粒子而衰變?yōu)榱硪环N同位素者稱為放射性同位素。

第三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日衰變類型(1)(負(fù)電子)衰變一個中子轉(zhuǎn)變成一個質(zhì)子和一個電子

4019K4020Ca+－+ν+Q(2)正電子衰變質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子

189F188O++++Q-第四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日(3)電子俘獲衰變4019K+－

4018Ar+Q(4)衰變

23892U23490Th+42He+Q(5)核裂變

23892U不同產(chǎn)物的核,典型的Zr(40)和Cs(55)伴隨其他粒子和大量能量第五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日3、穩(wěn)定同位素(stableisotope)及放射性成因同位素(radiogenicisotope)穩(wěn)定同位素：無可測放射性的同位素。其中一部分是放射性同位素衰變的最終穩(wěn)定產(chǎn)物，稱之為放射成因同位素。另一部分是天然的穩(wěn)定同位素，即自核合成以來就保持穩(wěn)定的同位素。238U234Th234Pa234U230Th226Ra222Rn218Po214Pb214Bi214Tl(214Po)210Pb210Bi210Po206Pb

第六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、同位素在地質(zhì)學(xué)上的應(yīng)用1、放射性成因同位素地質(zhì)事件的精確年齡；第七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日地質(zhì)過程的天然示蹤劑；

第八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日地球主要儲庫Pb同位素組成第九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日圖1海洋玄武巖同位素組成變化范圍第十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日地質(zhì)演化的速率和途徑-利用不同封閉溫度K-Ar:角閃石520℃；白云母350℃；黑云母300℃；斜長石250℃；鉀長石160℃Rb-Sr：斜長石600℃；白云母550℃；黑云母350℃；第十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日2、穩(wěn)定同位素

地球化學(xué)示蹤(流體和物質(zhì))地質(zhì)溫度計第十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日三、地質(zhì)流體的同位素示蹤意義

——本課程重點應(yīng)用范圍：1、成礦流體的來源示蹤與礦床成因和找礦預(yù)測2、俯沖帶流體的來源示蹤與殼/幔演化3、地表流體的來源示蹤與環(huán)境地球化學(xué)第十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)穩(wěn)定同位素基本知識

第一章、穩(wěn)定同位素基礎(chǔ)第十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日一、同位素豐度絕對豐度：指某一同位素在所有各種穩(wěn)定同位素總量中的相對份額。通常取與1H(1012)或28Ｓi(106)的比值。相對豐度：指同一元素各同位素的相對含量。1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)第十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、同位素效應(yīng)

由同位素質(zhì)量差所引起的物理和化學(xué)性質(zhì)上的差異。第十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)、同位素分析結(jié)果的表達(dá)和標(biāo)準(zhǔn)正是由于同位素效應(yīng)，造成了地質(zhì)過程中，兩相或多相共存時，不同相中同位素比值差異——使同位素示蹤成為可能。一、實測δ值

δA=1000×(RSa－RSt)/RSt(單位：‰）

SMOW(RSt)：18O/16O:2005.2×10-6；Rock（RSa)：18O/16O:2020×10-6則該巖石δ18O=1000×(2020×10-6－2005.2×10-6)／2005.2×10-6

=+9.4‰第十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、同位素標(biāo)準(zhǔn)要求：組成均一，性質(zhì)穩(wěn)定；數(shù)量相當(dāng)大，以便長期使用；化學(xué)置備和同位素測量的手續(xù)簡便；大致為天然同位素比值變化范圍的中值，以便用于絕大多數(shù)樣品的測定；可作為世界范圍的零點。H和O同位素標(biāo)準(zhǔn)：SMOW(standardmeanoceanwater)

O同位素有時用PDBδ18OSMOW=1.03091δ18OPDB+30.91C同位素標(biāo)準(zhǔn)：PeeDeeBelemite(PDB)南卡羅林納州S同位素標(biāo)準(zhǔn)：亞歷桑那州CanyonDiabloTroilite鐵隕石的隕硫鐵(CDT)N同位素標(biāo)準(zhǔn)：空氣第二十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日同位素之比縮寫符號標(biāo)準(zhǔn)樣2D/1HSMOW標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水18O/16OSMOW標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水18O/16OPDB美國南卡羅林納州白晉系皮狄組的美洲似箭石13C/12CPDB美國南卡羅林納州白晉系皮狄組的美洲似箭石34S/32SCDT美國亞歷桑那州卡揚(yáng)迪阿布洛鐵隕石中的隕硫鐵第二十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日三、自然界一般物質(zhì)的同位素值范圍第二十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)、同位素分餾

（isotopefractionation）指在一系統(tǒng)中，某元素的同位素以不同的比值分配到兩種物質(zhì)或兩相中的現(xiàn)象，是同位素效應(yīng)的表現(xiàn)。★熱力學(xué)平衡分餾熱力學(xué)平衡分餾可以有很多過程,但都達(dá)到平衡。例如：化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散交換動力學(xué)非平衡分餾A.交換時未達(dá)到平衡Ｂ．后期平衡被破壞非質(zhì)量相關(guān)分餾同位素質(zhì)量差一般與分餾效應(yīng)成正比。碳質(zhì)球粒隕石的白色包體δ１８Ｏ不滿足質(zhì)量相關(guān)分餾第二十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)、分餾系數(shù)由δ定義得:δA=(RA/Rst－1)×1000,即RA=(10-3δA+1)×Rst,同理RB=(10-3δB+1)×Rst代入α定義式αA-B=RA/RB=(10-3δA+1)/(10-3δB+1)……………(1)或=(δA+103)/(δB+103)……………..(2)公式(1)兩邊取自然對數(shù)㏑αA-B=㏑(10-3δA+1)－㏑(10-3δB+1),右邊泰勒展開得㏑αA-B≈10-3δA－10-3δB≈10-3(δA－δB)或103㏑αA-B≈δA－δB……………..(3)或:△≈103㏑αA-B,（富集系數(shù)△=δA－δB）由(2)得或△≈103(αA-B－1)…………(4)由上得：103㏑αA-B≈δA－δB≡△

≈103(αA-B－1)

第二十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第三十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二章、穩(wěn)定同位素分析方法（略）兩個步驟：樣品制備質(zhì)譜測定第三十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日1.樣品制備具體要求1.1

氫同位素樣品(1)水，鈾或鋅還原法(2)含羥基礦物(3)氣液包裹體第三十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日1.2氧同位素樣品水碳酸鹽－磷酸法硅酸鹽和氧化物第三十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日1.3碳同位素樣品有機(jī)化合物碳酸鹽第三十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日1.4硫同位素樣品硫化物直接氧化法，SF6法(2)自然硫和硫酸鹽三酸還原法碳還原法熱分解法第三十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第三章、同位素?zé)崃W(xué)平衡分餾同位素交換反應(yīng)：分餾系數(shù)理論計算：第一節(jié)、同位素分餾系數(shù)獲?。ㄐ?zhǔn)）方法一、理論計算第三十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第三十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、實驗測定１、雙向交換（Ｐ４４）２、外推法（公式３．２３，？）b=(?i-?f)/(?i-?e)b(?i-?e)=(?i-?f),兩邊乘１／b得：?i-?e=(?i-?f)／b,?i=?e+(?i-?f)／b或書上：?i=?e－(?f－?i)／b三、經(jīng)驗估計條件：１、假定平衡２、已知溫度（一系列溫度，線性擬合）第三十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)、影響同位素平衡分餾的因素一、溫度103lnα=A×106/T2+B×103/T+C二、壓力三、組分

物質(zhì)的同位素分餾行為最終決定于鍵性(氧化態(tài)、離子電荷、原子量、同位素原子及與之結(jié)合的元素的電子排布等)，所有這些都與振動頻率及其變化率有關(guān)。第三十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日一般地，重同位素傾向于富集在鍵性強(qiáng)的化合物中。H2O(l)+HDS(g)?HDO(l)+H2S(g)H-O鍵比H-S鍵強(qiáng)，所以D富集在水分子中。第四十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日電位高、原子量低的陽離子優(yōu)先結(jié)合18O。例如對于Si4+－O鍵到Al3+－O到Fe2+－O鍵，陽離子的電位逐漸降低，原子量逐漸升高，結(jié)果是18O富集程度逐漸降低。因此，在氧化物和硅酸鹽礦物中，石英(SiO2)最富18O，而磁鐵礦(Fe3O4)較貧18O。當(dāng)鋁硅酸鹽格架中Al取代Si時，伴隨有18O虧損，結(jié)果相對于石英，堿性長石(K,Na,Rb)AlSi3O8較貧18O，鈣長石Ca2Al2Si2O8更貧18O。第四十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日四、物質(zhì)結(jié)構(gòu)在同一物質(zhì)的三種不同物態(tài)之間，重同位素傾向于富集在較緊密或有序度高的物態(tài)中。冰>水>水蒸汽文石>方解石金剛石>石墨第四十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第四章、動力學(xué)分餾第一節(jié)、同位素交換機(jī)理一、單向化學(xué)反應(yīng)C+16O18O→C16O18OC+16O2→C16O2二、擴(kuò)散現(xiàn)象三、溶解－再結(jié)晶第四十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)、地質(zhì)過程中的動力學(xué)同位素分餾

－瑞利分餾在自然界存在一種特殊的體系，在一定的物理化學(xué)條件下發(fā)生物相分離。分離前不同物相之間保持著熱力學(xué)平衡并處于封閉狀態(tài)，但分離后一相物質(zhì)不斷離開體系，不再與另一相保持平衡。這種在開放體系中進(jìn)行的過程稱之為瑞利過程，在瑞利過程中發(fā)生的同位素分餾稱之為瑞利分餾。第四十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日在物相分離前，相A和相B處于同位素平衡狀態(tài)，分離后相A不斷離開體系，B為殘留體系，f為殘留分?jǐn)?shù)，有：RB/R0=f(αA-B－1)…...……….(1)換算成常用的δ表示由公式：αA-B＝RＡ/RＢ＝（1+10-3δA)/(1+10-3

δB)得：RＢ/R０＝（1+10-3δＢ)/(1+10-3

δ０)代入（１），兩邊取自然對數(shù)得：㏑[（1+10-3δB)/(1+10-3δ0)]＝（αA-B－1）㏑f

右邊展開：㏑[（1+10-3δB)/(1+10-3δ0)]≈10-3δB－10-3δ010-3δB－10-3δ0≈（αA-B－1）㏑f整理得：δB≈δ0+

103

（αA-B－1）㏑f……殘留分?jǐn)?shù)為f時殘留相的δ的計算公式第四十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日分離相Ａ的δ（平均值）計算公式：由質(zhì)量平衡公式得：ＲB

f＋ＲA（１－

f)＝Ｒ０ＲA＝（Ｒ０－ＲB

f）／（１－

f)ＲB的計算公式代入得：ＲA＝（Ｒ０－R0f(αA-B－1

f）／（１－

f）＝Ｒ０（１

－fα）／（１－

f）ＲA／Ｒ０＝（１

－fα）／（１－

f）換算成常用的δ表示：｛利用RＡ/R０＝（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)｝㏑[（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)]＝㏑[（１

－fα）／（１－

f）]左邊≈10-3

δA－

10-3δ０δA＝δ０＋103

㏑[（１

－fα）／（１－

f）]第四十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日另一種形式(書上):由（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)=（１

－fα）／（１－

f）整理得:1+10-3

δA=(1+10-3δ０)(１

－fα）／（１－

f）δA=(1000+δ０)(１

－fα）／（１－

f）

－1000第四十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日例子書上Ｐ７９第四十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日思考：地質(zhì)應(yīng)用第四十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第五章、同位素地質(zhì)測溫第一節(jié)、方法原理對于兩種礦物或一種礦物與水間，分餾滿足方程：103lnα=A×106/T2+B×103/T+C，（同位素分餾方程）一、單個樣品測定兩種礦物M1和M2的δ1和δ2，計得Δ1-2=δ1－δ2∵103lnα≈Δ1-2=δ1－δ2∴Δ1-2=δ1－δ2≈A×106/T2+B×103/T+C……….(1)方程(1)中Ａ、Ｂ、Ｃ為常數(shù)，分餾方程表中查得，將實測的δ1和δ2代入解出Ｔ，單位為Ｋ，273.15得℃二、Δ的加和性與未知分餾方程的獲得Δ１－３＝Δ１－２＋Δ２－３三、多組樣品或多組礦物對（下節(jié)同位素平衡檢查）第五十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)、同位素平衡檢查一、共生順序判別法（Ｐ１１７）例如：氧同位素有：石英>方解石>堿性長石>藍(lán)晶石>多硅白云母>鈣長石>白云母>…….硫同位素有：硫酸鹽>輝鉬礦>黃鐵礦>閃鋅礦>黃銅礦>斑銅礦>方鉛礦>輝銀礦第五十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、等溫線法(以P52分餾方程舉例）主要基于Δ1-2=A1-2×106/T2+C1-2（忽略B×103/T項）選擇一種礦物（一般為富重同位素礦物）為參考礦物，以ΔＲ-Ｍ－ＣＲ-Ｍ為縱坐標(biāo)，以AＲ-Ｍ為橫坐標(biāo)礦物Ｍ１有：ΔＲ-Ｍ１－ＣＲ-Ｍ１=AＲ-Ｍ１×106/T2（斜率為106/T2）礦物Ｍ２有：ΔＲ-Ｍ２－ＣＲ-Ｍ２=AＲ-Ｍ２×106/T2（斜率為106/T2）礦物Ｍ３有：ΔＲ-Ｍ３－ＣＲ-Ｍ３=AＲ-Ｍ３×106/T2（斜率為106/T2）假如參考礦物、礦物Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３間在溫度Ｔ時同位素交換平衡，則在圖上落在斜率為106/T2的同一條直線上。其實很多分餾方程為Δ1-2=A1-2×106/T2形式（忽略B×103/T+C項，見Ｐ４６、Ｐ４８、Ｐ５２、Ｐ５４表）此時，以ΔＲ-Ｍ為縱坐標(biāo)，以AＲ-Ｍ為橫坐標(biāo)對于多種礦物對可根據(jù)擬合的直線斜率由Ｋ＝106/T2計算出Ｔ第五十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日三、δ-δ圖解法這是最常用的一種方法。對于兩種礦物Y和X（Y更富重同位素），當(dāng)兩者處于熱力學(xué)平衡分餾時，有：δy－δx＝103lnαy-x,即：δy＝δx

＋103lnαy-x在以δy和δx為縱、橫坐標(biāo)的圖解上，樣品將落在斜率為１的一條直線上，y軸上的截距為103lnαy-x，同一地質(zhì)體不同點的樣品ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４、ＳＡ５………ＳＡi的礦物Y和X的δ測試值將落在斜率為１、截距為103lnαy-x的直線上。根據(jù)礦物Y和X的分餾方程：

103lnαy-x＝Ａ×１０６／Ｔ２＋Ｂ×１０３／Ｔ＋Ｃ可算出溫度Ｔ（截距為103lnαy-x可直接從圖上讀出）這就是多個樣品的溫度計算方法第五十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日T=50℃T=550℃T=600℃T=+∞T=300℃T=400℃T=600℃第五十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日四、圖解垂線判別法選擇一種物相（例如，熱液礦床可選水）為參考物相，以103lnαＭ-Ｒ為縱坐標(biāo)、以106／T2為橫坐標(biāo)作圖，當(dāng)?shù)V物Ｍ１和Ｍ２處于平衡分餾時，即Ｔ相同（106／T2相同），具相同橫坐標(biāo)，此時礦物Ｍ１和Ｍ２的投影點連線為垂直線。

第五十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)、同位素地質(zhì)溫度計一、氧同位素地質(zhì)溫度計１、外部測溫法只測定一種礦物同位素，另一相（通常為液相）采用假定值），根據(jù)已知礦物－水間的分餾方程，計算溫度。

最常用于古溫度測定。都建立了經(jīng)驗公式Ｐ１２４－１２５２、內(nèi)部測溫法Ａ、礦物－水Ｂ、礦物－礦物前提：（１）礦物對間達(dá)到分餾平衡；（２）礦物對間△足夠大；（３）礦物對間103lnα隨溫度變化明顯；（４）有已知的分餾方程；（５）無后期同位素退化第五十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日３、單礦物測溫法

主要利用大氣降水方程，測定粘土礦物δ

18O、δD。設(shè)某粘土礦物與水間氫、氧同位素間有分餾方程：103lnαＨ＝ＡＨ×10６/T2+BH…………….(1)103lnαO＝ＡO×10６/T2+BO…………….(2)大氣降水：δDＷ＝８δ

18OＷ＋１０……(3)103lnαＨ=δDM－δDＷ,即δDＷ=δDM－103lnαＨ＝δDM－ＡＨ×10６/T2+BH……….(４)同理δ

18O

Ｗ=δ

18

OＭ－103lnαＯ＝δ

18

OＭ－ＡO×10６/T2+BO…….(５)將（４）、（５）代入（３），整理得：（８ＡO－ＡＨ）10６/T2＝８δ

18

Ｍ－δDM＋（BH－BO＋１０）…….(６)方程(６)為單礦物測溫方程第五十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、硫同位素地質(zhì)溫度計硫化物間，同氧同位素內(nèi)部測溫法。三、碳同位素地質(zhì)溫度計方解石－石墨第五十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日練習(xí)１、單樣品礦物對溫度計算２、單樣品多礦物溫度圖解計算（等溫線法）３、多樣品礦物對溫度圖解計算（δ－

δ圖解）第五十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二篇同位素各論第六十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第一章氫和氧同位素地球化學(xué)1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)第六十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)、天然水一、物態(tài)轉(zhuǎn)變過程中的氫氧同位素分餾 蒸發(fā) 冰凍第六十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、海洋水的氫氧同位素組成短周期變化1、蒸發(fā)（鹽度變化）2、凍結(jié)（實際上主要因引起鹽度變化）3、混合（其他洋水體加入）長周期變化1、水－巖相互作用（大洋沉積物δ18O很高、δD低，礦物沉積導(dǎo)致洋水δ18O降低，δD升高）2、冰川融化第六十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、大氣降水緯度效應(yīng)，即隨著緯度升高(即年平均氣溫降低)，D和18O值下降；大陸效應(yīng)，即從海岸向大陸內(nèi)部，D和18O值下降；季節(jié)效應(yīng)，即夏季溫度較高，大氣降水相對較“重”，富集18O和D；冬季反之；高度效應(yīng)，即隨高度增加，D和18O值下降。第六十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日降雨－Rayleigh分餾第六十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第六十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日大氣降水線中國現(xiàn)代：D=7.918O+8.2第六十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日巖漿侵入淺部地殼加熱圍巖和水導(dǎo)致水－巖相互作用；中性、“氯化物”地?zé)崴瓾同位素組成與當(dāng)?shù)卮髿饨邓愃?，?8O值升高；酸性富硫的地?zé)崴瓾和O同位素組成均不同于當(dāng)?shù)卮髿饨邓?三、地?zé)崴诹隧?，共一百三十四頁，編輯?023年，星期日四、其他水初生水（來自地幔未與水圈相遇）：D=-60±20‰，18O=6±1‰巖漿水：D=-80‰

～-50‰，18O=5‰

～7‰變質(zhì)水：D=-40‰

～-100‰，18O=5‰

～25‰第六十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)、水－巖交換作用封閉體系Wi-Wf移項：WCw(Wi-

Wf)=RCr(rf-

ri)第七十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日Wf用Rf—△代入，變形得：18ORf=[18ORi+W/R(18Owi+△)]/(1+W/R)Rf用Wf+△代入，變形得：18Owf=[18ORi+W/R(18Owi)－△]/(1+W/R)第七十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日開放體系第七十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第七十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日氧同位素和礦床第七十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日Skaergaard侵入體第七十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第七十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第七十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日Athightemperatures(temperaturesoftheinterioroftheEarthormagmatictemperatures),oxygenisotoperatiosareminimallyaffectedbychemicalprocessesandcanbeusedastracersmuchasradiogenicisotoperatiosare.Thesegeneralizationsleadtoanaxiom:igneousrockswhoseoxygenisotopiccompositionsshowsignificantvariationsfromtheprimordialvalue(+6)musteitherhavebeenaffectedbylowtemperatureprocesses,ormustcontainacomponentthatwasatonetimeatthesurfaceoftheEarth(TaylorandSheppard,1986).第七十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日火成巖絕大多數(shù)火成巖的18O變化范圍為5~15‰，D范圍為-40~-100‰。一般來說，18O值隨SiO2含量增加而增加。第七十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日年青新鮮玄武巖氧同位素組成MORB：5.5~6.5OIB：5~7.5第八十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日Oxygenisotoperatiosinolivinesandclinopyroxenesfrommantleperidotitexenoliths.DatafromMatteyetal.(1994).第八十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第八十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日島弧火山巖第八十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日蛇綠巖第八十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日洋中脊玄武巖－海水相互作用高溫氧同位素交換低溫氧同位素交換第八十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日花崗巖高18O花崗巖(>10‰)1、源區(qū)2、圍巖混染3、低溫水/巖反應(yīng)低18O花崗巖(<6‰)1、源區(qū)2、與大氣降水反應(yīng)3、聯(lián)合作用正常18O花崗巖第八十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日沉積巖1、碎屑沉積巖取決源區(qū)，介于未蝕變火成巖（5~10‰）與粘土礦物（20~30‰）間2、粘土礦物受大氣降水控制3、化學(xué)沉積巖海相灰?guī)r28~30‰-穩(wěn)定燧石32‰粘土礦物氫氧同位素組成第八十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日變質(zhì)巖原巖性質(zhì)變質(zhì)改造第八十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日生物圈的氫和氧同位素生物過程中的動力學(xué)分餾有機(jī)物中的同位素分餾第八十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日OxygenandHydrogenIsotope

FractionationbyPlantsCO2，H2O和O2進(jìn)入生物質(zhì)；光合作用過程中氧同位素平衡；控制反應(yīng)：Fractionationsof+16to+27‰第九十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第九十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日古氣候Urey(1947),碳酸鹽古溫度計方解石－水第九十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第四紀(jì)海洋18O記錄和Milankovitch循環(huán)生物體方解石O同位素古海洋溫度；復(fù)雜性：溫度，海水O同位素組成，分餾系數(shù)差異，埋藏后同位素交換；CesareEmiliani(1955)分析有孔蟲18O值，發(fā)現(xiàn)60萬年以來15個冰期－間冰期循環(huán)，第四紀(jì)以來氣候變化源于地球軌道參數(shù)的變化。第九十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日碳酸鹽氧同位素變化海水氧同位素和溫度；CesareEmiliani(1955)溫度變化是主要因素；ShackletonandOpdyke(1973)，海水氧同位素組成變化是主要因素。第九十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日海水氧同位素組成變化第九十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日Milankovitch循環(huán)第九十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日軌道參數(shù)變化第九十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日冰的記錄第九十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日土壤和古土壤碳酸鹽氧同位素組成第九十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第二章、碳同位素地球化學(xué)12C(98.90%)，13C(1.10%)兩個主要儲庫：有機(jī)碳和碳酸鹽第一百頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日生物體系同位素分餾生物過程同位素分餾；植物(光合作用)，細(xì)菌＋無機(jī)物能量有機(jī)物食物鏈(同位素分餾)第一百零一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日CarbonIsotopeFractionationDuringPhotosynthesis光合作用；陸地植物利用大氣CO2(–4.4‰)；海洋藻類和水生植物利用溶解CO2或[HCO3]-

0.9‰

+7.0to+8‰第一百零二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日生物過程的動力學(xué)效應(yīng)光合作用：6CO2+11H2OC6H22O11+6O2三步：植物從大氣中優(yōu)先吸收12CO2，使之溶解于細(xì)胞質(zhì)中；溶解在細(xì)胞質(zhì)中的12CO2通過酶的作用優(yōu)先轉(zhuǎn)移到磷酸甘油酸中，使殘余的12CO2富集13C，這些重CO2在呼吸作用中排出；植物磷酸甘油酸合成各種有機(jī)組分時進(jìn)一步分餾。生物分餾第一百零三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日C3循環(huán)(Calvin循環(huán))酶3C－磷酸甘油酸影響植物碳同位素分餾的內(nèi)在因素此循環(huán)長，所以分餾大，13C=-23~-38‰C3植物占90%，包括藻類，自養(yǎng)細(xì)菌，和絕大多數(shù)種植植物如小麥，水稻和堅果等羧化過程動力學(xué)分餾，陸地植物(-29.4‰)，細(xì)菌(-20‰)第一百零四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日C4(HatchandSlack)循環(huán)分餾為-2.0to-2.5‰此循環(huán)是短循環(huán)，分餾小，13C=-12~-14‰，C4植物包括熱帶地區(qū)的草和相關(guān)農(nóng)作物如玉米和甘蔗第一百零五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日CAM循環(huán)介于C3和C4循環(huán)二者之間。許多體內(nèi)有過剩水的植物，如仙人掌等具此循環(huán)，其13C虧損程度介于C3和C4植物之間。植物的部分、組織、組成間的同位素組成差異。第一百零六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日影響植物碳同位素組成的外部因素C的來源；呼吸的影響；大氣CO2同位素組成變異；溫度效應(yīng)。第一百零七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日陸地C3植物平均13C=-27‰,C4植物平均13C=-13‰；海洋植物(均為C3植物)利用溶解的重碳酸鹽而不是大氣CO2，海水重碳酸鹽比大氣CO2的13C值大8.5‰，因此海洋植物13C值比陸地C3植物高約7.5‰；由于C的來源變化大，因此海洋植物的13C值具有較大的變化范圍；海洋藻青菌對C同位素分餾比真正的海洋植物小，因此其13C值高約2~3‰。第一百零八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日化石燃料煤石油天然氣食品質(zhì)量控制方面的應(yīng)用第一百零九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日巖石圈的碳同位素沉積巖石灰?guī)r前寒武紀(jì)沉積巖火成巖隕石火成碳酸巖和金伯利巖第一百一十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日Carbonisotoperatiosinmantle(red)andmantle-derivedmaterials(gray).AfterMattey(1987).第一百一十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日N同位素第一百一十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第三章、N同位素植物分類：可直接利用N2vs.只能利用氨或硝酸鹽；前者包括豆類和海洋藻青菌；豆類(C3植物)15N=+1‰，現(xiàn)代非豆類植物15N=+3‰；史前非豆類植物15N=+9‰，化學(xué)肥料的使用；15N變化范圍為±4or5‰；海洋植物15N=+7±5‰,海洋藻青菌15N=-1±3‰。第一百一十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日植物C-N同位素組成第一百一十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日動物組織與食物C同位素關(guān)系DeNiroandEpstein(1978)動物組織13C值比食物高約1‰，12CO2優(yōu)先被呼吸；陸地食物鏈通常不超過三級，因此最大的C同位素分餾為3‰；海洋食物鏈可達(dá)7級，因此頂級掠食者與初級食物之間的13C值差異可達(dá)7‰。第一百一十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日動物組織與食物N同位素關(guān)系DeNiroandEpstein(1981)動物組織15N值比食物高約3~4‰第一百一十六頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日SchoeningerandDeNiro(1984)骨膠原質(zhì)的C和N同位素組成與動物體類似；埋藏后，骨中的磷灰石可與大氣降水進(jìn)行同位素交換；骨膠原質(zhì)和牙釉質(zhì)保持初始同位素組成；骨膠原質(zhì)和牙的C和N同位素組成可以用于重建化石動物的食物。第一百一十七頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日穩(wěn)定同位素考古骨膠原質(zhì)，牙齒，瓷器上的谷物和蔬菜炭化斑同位素組成古人類食物。第一百一十八頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第一百一十九頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第四章、S同位素地球化學(xué)32S(95.02%)，33S(0.75%)，34S(4.21%)，36S(0.02%)自然界總的變化范圍-65~120‰第一百二十頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日由于S是多價態(tài)元素，所以分餾大。同時由于不同價態(tài)和礦物間34S的差異，在利用硫化物34S測定，進(jìn)行成礦物質(zhì)來源示蹤時，千萬不能用礦物的34S來代替成礦熱液的總硫的34S∑。大本（Ohmoto)模式：硫化物的34S=f(34S∑,fo2,pH,T,I)第一百二十一頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日熱液系統(tǒng)硫同位素及示蹤一、高溫?zé)嵋褐辛蛲凰禺?dāng)T>400oC時，含S物種主要是H2S和SO2,此時，34S熱液=34SH2S+Δ34SH2SSO2×R/（1+R）R為SO2/H2S摩爾比關(guān)鍵要確定R第一百二十二頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日假如成礦熱液來自巖漿系統(tǒng)，此時，34S熱液與34S熔體的關(guān)系是：34S熱液=34S熔體-Δ34SH2SHS-+

Δ34SH2SSO2

R/（1+R）由此可見，也不能簡單用34S熱液與巖體34S類比，進(jìn)而判別成礦物質(zhì)和熱液來自巖體圖8.3，但當(dāng)磁鐵礦-磁黃鐵礦-石英-橄欖石共生時，此時34S熱液≈34S熔體≈34SH2S第一百二十三頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日二、中低溫?zé)嵋褐辛蛲凰禺?dāng)T<350oC時，含S物種不再是簡單的H2S和SO2，

S物種可有三類：H2S、HS-、硫酸鹽，由于H2S與HS-間的硫同位素分餾很小，忽略不計，因此：34SH2S=34S∑

-

Δ34SH2SSO4-×R′/（1+R′）R′為∑SO4-/∑H2S的摩爾比同樣，從圖8.6可以看出，低溫?zé)嵋旱V床中，當(dāng)磁鐵礦-磁黃鐵礦共生時，34SH2S與34S流體相同。第一百二十四頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日三、不同氧逸度下，34S流體（或34S∑）的定性判別：1、高氧逸度下（重晶石-赤鐵礦-磁鐵礦-磁黃鐵礦組合），重晶石（BaSO4）的34S與34S∑相當(dāng)；2、中等氧逸度下，黃鐵礦的34S與34S∑相當(dāng)；3、低氧逸度下（石墨-磁黃鐵礦），磁黃鐵礦的34S與34S∑相當(dāng)；第一百二十五頁，共一百三十四頁，編輯于2023年，星期日第五章、同位素體系定量模式一、分離結(jié)晶瑞利過程，δB=δ0+

103

（αA-B－1）㏑f……殘留分?jǐn)?shù)為f時殘留相的δ的計算公式，巖漿分離結(jié)晶就有：δ18O巖漿=δ18O巖漿i+

103

（α礦物-巖漿－1）㏑f巖漿結(jié)晶溫度下，α很小，α－1≈㏑α，所以，δ18O巖漿=δ18O巖漿i+

103㏑α·㏑fδ18O礦物=δ18O巖漿i+

103㏑α·（1+㏑f