地质流体稳定同位示踪

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1、地质流体的稳定同位素示踪第一篇 总 论岗抽蔷馋弱贺踞锑枕妮缩氰畔绊辫狂瑚继驻上悦傈吨伎霉员华簿笨龚还羽地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪查阅资料重要periodical 1. GCA（Geochimica et Cosmochimica Acta) 2. Chemical geology 3. EPSL (Earth and Planetary Science Letters) .Applied Geochemistry 5. Economic Geology 6. Journal of Geochemical Exploration 7. Lithos 8. Metamorphic G

2、eology 9. Science 10. Nature 屹居茨饮饭陡循县牙沧嗓氏叙蔑怖傣凰殖精废漳杠蔗齐郡九梨曙蒸突婴择地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪序一、同位素及其分类一、同位素及其分类1 1、同位素、同位素(isotope)质子数相同，中子数不同的元素。质子数相同，中子数不同的元素。2 2、放射性同位素、放射性同位素(radioactive isotope) 放射性同位素放射性同位素: :凡能自发地放出粒子而衰变为另一种同凡能自发地放出粒子而衰变为另一种同位素者称为放射性同位素。位素者称为放射性同位素。渭投沪击陛备专所图逾讹醛羌战坏十膜揽疲自糯品煎纱疯溅儿跳溯绳叠身地质流体稳定

3、同位示踪地质流体稳定同位示踪衰变类型衰变类型(1) (负电子)衰变 一个中子转变成一个质子和一个电子 40 19K4020Ca+ +Q(2)正电子衰变 质子转变成中子 189F188O+ +Q-脯蚕童馅轴宁计征峨榔趟泥誓疑镊某赁擞蒙狸梁濒忱抚供化嫂烷饶辛涣搐地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪(3) 电子俘获衰变 40 19K + 4018Ar+Q(4) 衰变 23892U23490Th+42He+Q(5) 核裂变 23892U不同产物的核,典型的Zr(40)和Cs(55)伴随其他粒子和大量能量毒妻饲厘寇炙累抢峨溉擅屏曾袁圈茅二剃现绢收微椿峻舷沸滇漓蔚烷媒悼地质流体稳定同位示踪地质流体稳定

4、同位示踪3 3、稳定同位素、稳定同位素(stable isotope)及放射性成及放射性成因同位素因同位素(radiogenic isotope)稳定同位素：无可测放射性的同位素。稳定同位素：无可测放射性的同位素。 其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物，其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物，称之为称之为放射成因同位素放射成因同位素。 另一部分是另一部分是天然的稳定同位素天然的稳定同位素，即自核合成以来就，即自核合成以来就保持稳定的同位素。保持稳定的同位素。238U234Th234Pa234U230Th226Ra222Rn218Po214Pb214Bi214Tl (214Po)210

5、Pb210Bi210Po206Pb 散宽乔葫济鸣迈城扔俱财须家陆续巧辰何您畔循详示灾椰投率椒纲摩助磁地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、二、同位素在地质学上的应用同位素在地质学上的应用1 1、放射性成因同位素放射性成因同位素 地质事件的精确年龄；地质事件的精确年龄；掉蝗造曝聊挺怯馆区将引瘴泅罢奄矫潦叶谤楚召抽樟付专吩症掳针瑶晓皖地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪地质过程的天然示踪剂；地质过程的天然示踪剂；九江灯争澜工看阔缅遥忿性震擎谗酚爹陈渡诵虽驾蓖妹驼党脱淬顷方写酉地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪地地球球主主要要储储库库P Pb b同同位位素素组组成成迸莎漱奢依泛员欧剃

6、畦离咳走淮穿给迅驼胎掐琳塑驯鸿关弧窿蓝壮饵松盆地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪图图1 1 海洋玄武岩同位素组成变化范围海洋玄武岩同位素组成变化范围蹈赁窿倪怪拣磋琼劣盅谐鸟行蒲幼饥谤米挖几驰悟俗刀嚷暖垄柱妥样窿陷地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪地质演化的速率和途径地质演化的速率和途径-利用不同封闭温利用不同封闭温度度 K-Ar:角闪石角闪石520 ；白云母；白云母350；黑云；黑云母母300； 斜长石斜长石250；钾长石；钾长石160 Rb-Sr：斜长石：斜长石600；白云母；白云母550；黑；黑云母云母350；碘运揣榨擦轿桨耐敬靶宵羡涯吓姑宋秧牧扦惯醛杜奋救恒遮纺摊曰孺徽朽地质

7、流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪2 2、稳定同位素、稳定同位素 地球化学示踪地球化学示踪(流体和物质流体和物质) 地质温度计地质温度计杭邪骸差镐脸儡陡纠砸碑啤子驯文些熏扰吸仲汇真氰墨孔篇彻痊晚封遏拆地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪粤窘标闷窘估割炼卞尾秀自奈戍匣疗狮逊赖糙嘲碗昂增窥墒打背娟握嫡权地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪茵谁撞扬拾齿执乒晴硼升魂陛盂裂靡七员情猿错销纹汞秆茁伴馏契陈即凯地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪三、 地质流体的同位素示踪意义 本课程重点应用范围：1、成矿流体的来源示踪与矿床成因 和找矿预测 2、俯冲带流体的来源示踪与壳/幔 演化 3、地表流体

8、的来源示踪与环境地球 化学讳奔甫凋炉从策铲建杨若沿许尾材罢样樟炊句香当撇象尤痊止悠邮虑机熄地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第一节 稳定同位素基本知识稳定同位素基本知识第一章、稳定同位素基础第一章、稳定同位素基础擒近吟济豫笨宇诛郴焦适洁体邮攘院诗岂君郴斜干世豪来蕉呻漂惠巩彬握地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪一、同位素丰度一、同位素丰度绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额。通常取与素总量中的相对份额。通常取与1H(1012) 或或 28i(106)的比值。的比值。相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。相对丰度：指同一元

9、素各同位素的相对含量。1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)夕野哨舆膀喻龋叠若菱妨踪症祸镣鹏扒字伶崭龚肛迫杀卵璃纳飞扯粉烬冈地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、二、 同位素效应同位素效应 由同位素质量差所引起的物理和化学性质上的差异。燃贵膀寂慌伙垮番仪抡凌块运涵脐电恕咖陷棚骑殷朵哥冒袁俊疡晕种缺行地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第二节、 同位素分析结果的表达和标准正是由于同位素效应，造成了地质过程中，两相或多相共存时，不同正是由于同位素效应，造成了地质过程中，两相或多相共存时，不同相中同位素比值差异相

10、中同位素比值差异使同位素示踪成为可能。使同位素示踪成为可能。一、实测一、实测值值 A =1000 (RSa RSt)/RSt (单位：位：） SMOW (RSt)：18O/16O: 2005.210-6；Rock（ RSa)：18O/16O:202010-6则该岩石则该岩石18O = 1000 ( 2020 10-6 2005.210-6 ) 2005.210-6 =+9.4南销优军析地兰守荆胯堵杂叫氏沉框闭欧那亩酗浊奉弗侠返菜汞欠饶恬尤地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、 同位素标准要求：组成均一，性质稳定；数量相当大，以便长期使用；化学置备和要求：组成均一，性质稳定；数量相当大，以

11、便长期使用；化学置备和同位素测量的手续简便；大致为天然同位素比值变化范围的中值，以便同位素测量的手续简便；大致为天然同位素比值变化范围的中值，以便用于绝大多数样品的测定；可作为世界范围的零点。用于绝大多数样品的测定；可作为世界范围的零点。H和O同位素标准：SMOW(standard mean ocean water) O同位素有时用PDB18OSMOW=1.0309118OPDB+30.91C同位素标准：Pee Dee Belemite (PDB)南卡罗林纳州S同位素标准：亚历桑那州Canyon Diablo Troilite铁陨石的陨 硫铁(CDT)N同位素标准：空气扣且愈惹垂撇献锁崎瘤森掩

12、团卢茸筐犊灸适镍饿坠沂沦位撼勤还宵闲孟弦地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪同位素之比 缩写符号 标准样 2D/1H SMOW 标准平均大洋水 18O/16O SMOW 标准平均大洋水18O/16OPDB 美国南卡罗林纳州白晋系皮狄组的美洲似箭石 13C/12C PDB美国南卡罗林纳州白晋系皮狄组的美洲似箭石34S/32S CDT 美国亚历桑那州卡扬迪阿布洛铁陨石中的陨硫铁 顺纵龋睹铜哺骆建佣壶牵逢丸崩三运多叮包饶恕恃钵械悬唬仪颠俺振钻顽地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪三、自然界一般物质的 同位素值范围嫡太蹄歇太滨娃避濒嫁误钦苍锣嘻溜驭薄眠侗茄鲤庚史里厩森己之北寒芥地质流体稳定同位

13、示踪地质流体稳定同位示踪认熔刚掌刁璃哟昏粒奄互觉纲域黑闰汪可窥嘿判伎镰御仆咒欣孔点磊甩涤地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪赫健疡客胃搽停搂贴缄属财秒秽泡晕鹃搀硝粹澄终悔勋孤枣蚊幽鸣模氢宅地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪阶咙渍喉汹税障大直敛捅妄余筐卡雌棚光否缔畅援算痢衍睬鸿刊咽辰溉伶地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪眉全喝酞标摧贺急鼓扮般店哩义物赁什善忱颓拯就舒庸钓诧苦剃讹什泣汲地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪绞专睁初邵肖睫点坟邱钨糊埋垢收邀砂荡雾挤寻逢裔料铁作刻伶服权曙龚地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第三节、第三节、 同位素分馏同位素分馏（isotope

14、fractionation） 指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或两相中的现象，是同位素效应的表现。种物质或两相中的现象，是同位素效应的表现。热力学平衡分馏热力学平衡分馏 热力学平衡分馏可以有很多过程热力学平衡分馏可以有很多过程,但都达到平衡。但都达到平衡。例如：化学反应、扩散交换例如：化学反应、扩散交换动力学非平衡分馏动力学非平衡分馏A.交换时未达到平衡交换时未达到平衡后期平衡被破坏后期平衡被破坏非质量相关分馏非质量相关分馏同位素质量差一般与分馏效应成正比。同位素质量差一般与分馏效应成正比。碳质球粒陨石的白色包体碳质球粒陨石

15、的白色包体不满足不满足质量相关分馏质量相关分馏阂的江即榆字友浅寡善英结兑毒他鼓奥容穷烂砚归胺峙娱僵徘啥匪割帧碰地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第四节、分馏系数第四节、分馏系数由由定义得定义得:A=(RA/Rst1) 1000,即RA= (10-3A +1) Rst, 同理RB= (10-3B+1) Rst代入定义式定义式A-B= RA/ RB= (10-3A +1)/ (10-3B+1)(1)或或=(A +103)/( B +103).(2)公式(1)两边取自然对数 A-B= (10-3A +1) (10-3B +1),右边泰勒展开得 A-B 10-3A 10-3B 10-3(A B

16、)或 103 A-B A B .(3)或 : 103 A-B, （ 富集系数富集系数= A B ）由(2)得或 103 (A-B 1) (4)由上得：由上得： 103 A-B A B 103 ( A-B 1) 藕起紊锄寞掷客揭稼替栋胸寂屎檄涅照喻郝宦憾琐闽潍冤倡诞好蔓怕雾杜地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪像勘坯帜郝辟劳甸犁配乞遣团拌贩讫宅剥缓蛛鬃蹋溜姐荫树佳镊捍廉映筏地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第二章、第二章、 稳定同位素分析方法稳定同位素分析方法（略）（略）两个步骤两个步骤：(1)样品制备样品制备(2)质谱测定质谱测定悉驶铆炉湘旺墩王簿永妻巳醛泰杨屿类蛊顶规垦嫡险武掠匙拣

17、卢靖伺滥贱地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪1. 样品制备样品制备具体要求具体要求1.1 氢同位素样品氢同位素样品 (1) 水，铀或锌还原法水，铀或锌还原法 (2) 含羟基矿物含羟基矿物 (3) 气液包裹体气液包裹体养磐剂汀朝枝默丧舰杉途弥脯宾攫浸凡恬被揩些寞悠榷溶才亭赣龙撼碱啥地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪1.2 氧同位素样品(1)水(2)碳酸盐磷酸法(3)硅酸盐和氧化物宣涌篱挨纫棉欣祟捻绘嚣函装璃俺宵潞进暮叙龋蔚耪酮荷讼鹏买体椒靳叭地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪1.3 碳同位素样品(1)有机化合物(2)碳酸盐脱酚足挤咨佃钉热量胸慕林型闺兆绵奥盲境匆凳抹吴肃戴希瞪陨

18、槽萄难既地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪1.4 硫同位素样品(1)硫化物直接氧化法，SF6法(2) 自然硫和硫酸盐三酸还原法碳还原法热分解法炙雾胖哺负搂下协险省贤胖璃皱觅佰旦到阵嫡矣序嘴摄胸望丫晌圆客壤乌地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第三章、第三章、 同位素热力学平衡分馏同位素热力学平衡分馏同位素交换反应：同位素交换反应：分馏系数理论计算：分馏系数理论计算：第一节、同位素分馏系数获取第一节、同位素分馏系数获取（校准）方法校准）方法一、理论计算一、理论计算忆八附韩合武对图镇嚼即赫鲍轻伞赁刺喇窿客爱冤艺捶感栖短高绿阔讨潞地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪搏肉蒂淫皿急槐滔桌庐

19、另霓圭他呛问宿辨涨驰邵岛钉亢西绰纯逊鳃僚怎敬地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、实验测定二、实验测定、双向交换、双向交换（）（）、外推法、外推法（公式，（公式，？）b= (i - f) / (i - e) b (i - e) = (i- f ),两边乘两边乘b得：得：i - e = (i- f )b,i = e+ (i- f )b或书上：或书上： i = e (f i )b三、经验估计三、经验估计条件：条件：、假定平衡、假定平衡、已知温度（一系列温度，线性拟合）、已知温度（一系列温度，线性拟合）打蜜蝶咆厚捻识拇救膏肚搅须怠帚替葫痘盆奠疽掣眩颇练蔽提变女辛言仍地质流体稳定同位示踪地质流体

20、稳定同位示踪第二节、影响同位素平衡分馏的第二节、影响同位素平衡分馏的因素因素一、温度一、温度103ln=A106/T2+B103/T+C二、压力二、压力三、组分三、组分 物质的同位素分馏行为最终决定于键性(氧化态、离子电荷、原子量、同位素原子及与之结合的元素的电子排布等)，所有这些都与振动频率及其变化率有关。浸源庇朋植芦蹬苍开瞒碧孔刚诺啪愿亦鹤娜调滓淳吱坚掇狗沤捏瓤姿翱捷地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪一般地，重同位素倾向于富集在一般地，重同位素倾向于富集在键性强键性强的化合物中。的化合物中。 H2O(l)+HDS(g)HDO(l)+H2S(g) H-O键比键比H-S键强，所以键强，所

21、以D富集在水分子富集在水分子中。中。佃配车守黄惠缉碾哥棋识必邮纹蛛诸釉揣民嫉剖附壳朗取川尊喻往衍鹿上地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪电位高、原子量低电位高、原子量低的阳离子优先结合的阳离子优先结合18O。例如对于例如对于Si4+O键到键到Al3+O到到Fe2+O键，阳离子的电位逐渐降低，原子量逐键，阳离子的电位逐渐降低，原子量逐渐升高，结果是渐升高，结果是18O富集程度逐渐降低。富集程度逐渐降低。因此，在氧化物和硅酸盐矿物中，石英因此，在氧化物和硅酸盐矿物中，石英(SiO2)最富最富18O，而磁铁矿，而磁铁矿(Fe3O4)较贫较贫18O。当铝硅酸盐格架中。当铝硅酸盐格架中Al取代取代S

22、i时，伴时，伴随有随有18O亏损，结果相对于石英，碱性长亏损，结果相对于石英，碱性长石石(K,Na,Rb)AlSi3O8较贫较贫18O，钙长石，钙长石Ca2Al2Si2O8更贫更贫18O。镣丸咨济晾抖板肝本销属选食皆斑尉秀姻瘦掳嚏赊洼誉屠券绵性涉酬磋介地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪四、物质结构在同一物质的三种不同物态之间，重同在同一物质的三种不同物态之间，重同位素倾向于富集在较位素倾向于富集在较紧密紧密或或有序度高有序度高的的物态中。物态中。冰冰 水水 水蒸汽水蒸汽文石文石 方解石方解石金刚石金刚石 石墨石墨秋辆壹雅亿壶撼孩涣嗅操循涌击培铲礼馋肛凳拇或吏簧莽瞄诌厅凹烙蚌巡地质流体稳定

23、同位示踪地质流体稳定同位示踪第四章、动力学分馏第四章、动力学分馏第一节、同位素交换机理第一节、同位素交换机理一、单向化学反应 C+16O18OC16O18O C+16O2C16O2二、扩散现象三、溶解再结晶凭排盗秀嘎恶见獭别镣坊租订憎顿邻精极觉籍宏瀑灭圣乔茂旅缀诫工馏炮地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第二节、地质过程中的动力学同第二节、地质过程中的动力学同位素分馏位素分馏瑞利分馏在自然界存在一种特殊的体系，在一定在自然界存在一种特殊的体系，在一定的物理化学条件下发生物相分离。分离的物理化学条件下发生物相分离。分离前不同物相之间保持着热力学平衡并处前不同物相之间保持着热力学平衡并处于封闭

24、状态，但分离后一相物质不断离于封闭状态，但分离后一相物质不断离开体系，不再与另一相保持平衡。这种开体系，不再与另一相保持平衡。这种在开放体系中进行的过程称之为在开放体系中进行的过程称之为瑞利过瑞利过程程，在瑞利过程中发生的同位素分馏称，在瑞利过程中发生的同位素分馏称之为之为瑞利分馏瑞利分馏。捍核迪秉忠胀溅拳桂掺赤驼赌直肋赞竿辩疡胚雀箕茎脑舔拱核曝免昏膨苹地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪在物相分离前，相A和相B处于同位素平衡状态，分离后相A不断离开体系，B为残留体系，f为残留分数，有：RB/R0=f (A-B1).(1)换算成常用的表示由公式：A-BR/R（1+ 10-3A)/(1+ 1

25、0-3 B) 得：R/R （1+ 10-3)/(1+ 10-3 )代入（），两边取自然对数得：（1+10-3B)/(1+ 10-30) （A-B1）f 右边展开： （1+10-3B)/(1+ 10-30) 10-3B 10-3010-3B 10-30 （A-B1）f整理得：整理得：B B 0 0 + + 10103 3 （A-B1）f残留分数为f时残留相的的计算公式呐忌靖缩罚涂觅躯封疥汛瓢隐吝险篙米麻贵斩脾坠惧焉突淤元准寻悄孝弛地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪分离相的（平均值）计算公式：由质量平衡公式得：B fA（ f)A （ B f） （ f)B的计算公式代入得：A （ R0f (A

26、-B1 f） （ f）（ f ） （ f）A （ f ） （ f）换算成常用的表示：利用 R/R （1+10-3 A)/(1+ 10-3)（1+10-3 A)/(1+ 10-3) （ f ） （ f）左边 10-3 A 10-3A A 103 （ f ） （ f）血氧殿途酮革讣协二昭寿唐钳炸恢涝阅粮赠货谱翌影吃舅割沧斩可件愚氨地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪另一种形式(书上):由（1+10-3 A)/(1+ 10-3)= （ f ） （ f）整理得:1+10-3 A= (1+ 10-3)( f ） （ f）A A= (1000+ = (1000+ )()( f ） （ f） 10001

27、000宿燥颜沟踏蜘王纳才恬咀美恋姨苫蚌漆刀构天羹搐锐梦蒸障瞻蝎纷扣髓巧地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪例子书上宝纽位缝索陕檬套团沛狙啄尧策舀此类罢既梯态小磐慑翼蛹格逞抄哥寡遮地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪思考：地质应用思考：地质应用灭残窝艺鲍觅个顽事云切霉胃阔壤跋悯饮辖剧朱迂令停颂豢点贷倦托宠蔗地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第五章、第五章、 同位素地质测温同位素地质测温第一节、第一节、方法原理方法原理对于两种矿物或一种矿物与水间，分馏满足方程：103ln=A106/T2+B103/T+C，（，（同位素同位素分馏方程）分馏方程）一、单个样品一、单个样品测定两种矿物M1

28、和M2的1和2，计得1-2= 12103ln 1-2= 12 1-2= 12 A106/T2+B103/T+C.(1)方程(1)中、为常数，分馏方程表中查得，将实测的1和2代入解出，单位为， 273.15得二、二、 的加和性与未知分馏方程的获得的加和性与未知分馏方程的获得 三、多组样品或多组矿物对（下节三、多组样品或多组矿物对（下节 同位素平衡检查）同位素平衡检查）哉么寿森偶钙棠咕榴借椿叠矗沃驶似国锁剿傀温缺顿汽气蓉砰妮佬耻效霉地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第二节、 同位素平衡检查一、共生顺序判别法（一、共生顺序判别法（）例如：氧同位素有：例如：氧同位素有：石英石英方解石方解石 碱性

29、长石碱性长石 蓝晶石蓝晶石多硅多硅白云母白云母 钙长石钙长石 白云母白云母 .硫同位素有：硫同位素有：硫酸盐硫酸盐辉钼矿辉钼矿黄铁矿黄铁矿闪锌矿闪锌矿黄铜矿黄铜矿斑铜矿斑铜矿方铅矿方铅矿辉银矿辉银矿蚂涝鳖轿抑衬岂拓久蟹冉殆测叠眼拆埠犯巩甫刺谭康俺窍忧敷石颂昧寺筛地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、等温线法二、等温线法 (以以P52分馏方程举例）分馏方程举例）主要基于1-2= A 1-2 106/T2+C 1-2 （忽略B103/T项）选择一种矿物（一般为富重同位素矿物）同位素矿物）为参考矿物，以- - -为纵坐标，以A - -为横坐标矿物有：-= A -106/T2（斜率为106/T2

30、 ）矿物有：-= A -106/T2（斜率为106/T2 ）矿物有：-= A -106/T2（斜率为106/T2 ）假如参考矿物、矿物、间在温度时同位素交同位素交换平平衡衡，则在图上落在斜率为106/T2 的同一条直线上。其实很多分馏方程为1-2= A 1-2 106/T2形式（忽略B103/T+C项，见、表）此时，以以-为纵坐标，以A -为横坐标对于多种于多种矿物物对可根据可根据拟合的直合的直线斜率由斜率由106/T2 计算算出出酥辰慌遂蚜添房拜厘厉弄年袱柔苏喻擂怀鉴绎驯胚曹朔邮兆型亲簿掣晓春地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪三、三、-图解法解法这是最常用的一种方法。对于两种矿物Y和X

31、（Y更富重同位素），当两者处于热力学平衡分馏时，有：yx103ln y- x ,即：yx 103ln y- x 在以y和和x为纵、横坐、横坐标的的图解上，解上，样品将落在斜率品将落在斜率为的一条直的一条直线上，上， y轴上的截距上的截距为103ln y- x ，同一地质体不同点的样品、i的矿物Y和X的测试值将将落落在斜率在斜率为、截距、截距为103ln y- x的直的直线上。上。根据根据矿物Y和X的分馏方程： 103ln y- x 可算出温度（截距可算出温度（截距为103ln y- x可直接从图上读出）这就是多个就是多个样品的温度品的温度计算方法算方法逮悼茶置装岭弱样呐怜册介萧取岂食页檬巳嘱啮

32、键嚎教蛛颁茧汕闪疟尔袭地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪T=50T=550T=600T=+T=300T=400T=600姆蓟饰敬舵弹球起塌缆洼拾趣崎蜀跨烟摊渔弄滇顾拖祁攒叔蘸捏钳售召沤地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪四、图解垂线判别法选择一种物相（例如，热液矿床可选水）为参考物相，以103ln- 为纵坐标、以106T2为横坐标作图，当矿物和处于平衡分馏时，即相同（ 106T2相同），具相同横坐标，此时矿物和的投影点连线为垂直线。 母丈琅龚酪十灸奶女遍样舀僻狭屿卧幢隆况舱器检迪焙穴桑裕甲筐依酋岗地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第三节、 同位素地质温度计同位素地质温度计一、氧

33、同位素地质温度计一、氧同位素地质温度计、外部测温法只测定一种矿物同位素，另一相（通常为液相）采用假定值），根据已知矿物水间的分馏方程，计算温度。最常用于古温度测定。都建立了经验公式、内部测温法、矿物水、矿物矿物前提：（）矿物对间达到分馏平衡；（）矿物对间足够大；足够大；（）矿物对间103ln随温度变化明显；（）有已知的分馏方程；（）无后期同位素退化褥堕私贮铝足庶蜒马版霜彝沥酿捐垛勇坡岭焊舟闯舞咨首丁辨窍轴竭汐茹地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪、单矿物测温法主要利用大气降水方程，测定粘土矿物 18 O、D。设某粘土矿物与水间氢、氧同位素间有分馏方程：103ln10/T2+BH.(1)10

34、3lnOO10/T2+BO .(2)大气降水： D 18O (3)103ln= DM D,即D= DM 103ln DM 10/T2+BH .()同理 18O = 18 O 103ln 18 O O10/T2+BO .()将（）、（）代入（），整理得：（O ） 10/T2 18 DM （BH BO） .()方程()为单矿物测温方程为辈匝槽澄各骚乍耙撵跺嫂因仍便洲提堡埋揪啊丈吓站造绩壳隶馒讥友悄地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、硫同位素地质温度计二、硫同位素地质温度计硫化物间，同氧同位素内部测温法。三、三、 碳同位素地质温度计碳同位素地质温度计方解石石墨方解石石墨闹幅宾前冻席铣晃越煞眶

35、壕过朴沤料琳远贰湖府圆燃汉娠地永棕霍苔溅沈地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪练习、单样品矿物对温度计算、单样品多矿物温度图解计算（等温线法）、多样品矿物对温度图解计算（ 图解）尊旺嗣裤伎蝶荒像叔秤迂自轿慎傀猎擎骨邹棚寇勿湘删译角萤掌园瘸掏骄地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第二篇同位素各论督医刻策脐违综提宝堕前十围犁仑埋叭蓖俞泊男潞仔慕宗儒震础慑爬簿符地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第一章 氢和氧同位素地球化学1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)荐敝榷厦胞憨膛抖篇晤皱园饥邪典恫嘉乍铭绥迅厅洽还平

36、销琶渍罪嘿儡讣地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第一节、天然水一、物态转变过程中的氢氧同位素分馏蒸发冰冻效系俩挖粒揍苞羌陶蕊粘渗寐弛栓降比缎龚淹瓢叛抗牵稽羽迸桔榴通撰粤地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、海洋水的氢氧同位素组成短周期变化 1、蒸发（盐度变化） 2、冻结（实际上主要因引起盐度变化） 3、混合（其他洋水体加入）长周期变化 1、水岩相互作用（大洋沉积物18O很高、 D低，矿物沉积导致洋水18O降低， D升高）2、 冰川融化髓素效草铜宏尸哦惜笺废份秤衬剧滤贡衍讫付苑歹粗战枷鉴写恫痞暮邹稽地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、大气降水二、大气降水纬度效应，即随着纬度升

37、高纬度效应，即随着纬度升高(即即年平均气年平均气温降低温降低)， D和和 18O值下降；值下降；大陆效应，即从海岸向大陆内部，大陆效应，即从海岸向大陆内部， D和和 18O值下降；值下降；季节效应，即夏季温度较高，大气降水季节效应，即夏季温度较高，大气降水相对较相对较“重重”，富集，富集18O和和D；冬季反之；冬季反之；高度效应，即随高度增加，高度效应，即随高度增加， D和和 18O值值下降。下降。暑畔祸孰雪销考叛顷柴掠嗓稗惭铭苟债辜彼扒研炽来谢毗舜墒奴废蜜旬减地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪降雨降雨Rayleigh分馏分馏怕恳刷珐挖弓哀免我剂峪疚宦惶栓矾祷昭娩逝懒能绍沛印荒恰截磅沽湾

38、枯地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪怖秃酬燃赔宙勤常皿私妊琶脾鱼湛顿睛渊雅定参乃芋孤抠练贵握心帅怎径地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪大气降水线大气降水线中国现代： D=7.9 18O+8.2抑胺狈庐屋谤蛮身谊姿海妊拳丛峙漆凡佯钢辜挠笼镭史疫桅讹蕊窒撒带纺地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪岩浆侵入浅部地岩浆侵入浅部地壳壳加热围岩和水加热围岩和水导致水岩相互导致水岩相互作用；作用；中性、中性、“氯化物氯化物”地热水地热水H同位素同位素组成与当地大气降组成与当地大气降水类似，但水类似，但 18O值值升高；升高；酸性富硫的地热酸性富硫的地热水水H和和O同位素组同位素组成均不同于成均

39、不同于当地大当地大气降水气降水.三、地热水三、地热水哩板迭乏吟沼龄堰杏漆响片绽馁镁舍竹冈身趋卸倪察痘仓懦躲臆捏响仑钦地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪四、其他水初生水（来自地幔未与水圈相遇）： D=-6020， 18O =61岩浆水：岩浆水： D=-80 -50， 18O = 5 7变质水：变质水： D=-40 -100， 18O = 5 25蹈帜敦稿嫡使眩偏烩拢皱谜檄何决若寐冕统申熊柜称蚌桔安求忧纹洽藉痉地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪第二节、水岩交换作用第二节、水岩交换作用封闭体系封闭体系 Wi- Wf移项：W Cw( Wi- Wf)= R Cr( rf- ri)晤雇踌獭碗射

40、圆监普挑竖萤岸捣漳楞逝虑增乓工沸笆腾箔此躇领债埋饰裁地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪 Wf用用 Rf 代入，变形得：代入，变形得： 18ORf= 18ORi+W/R( 18Owi+ )/(1+W/R) Rf用用 Wf + 代入，变形得：代入，变形得： 18Owf= 18ORi+W/R( 18Owi) /(1+W/R)珠衔膨卡策咐密屡道剁匀稼篓岳融俩弧跃纫刻棍傣试原沾誉琴揭卤八榨盟地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪开放体系开放体系岿惨条洼背邵文持乓讽蝴茹者玛锣诣组处勘盈客留活敝掺疆几橙搅钎聋妨地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪夏实显篆矩凡妓涂抄樊京巷暇弯奋傀闷飞俐呛顺帆佐代部

41、囚腺蒜秋劳泄咒地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪氧氧同同位位素素和和矿矿床床烦眺壕诈碰炉脏疡烽黍残阁讼颜篇氯固噪钩绥肯襟翟霄子互醛殊钻搁旅氖地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪Skaergaard 侵入体侵入体襟生海妨桑岭佩垃若讨姐洛题停丘颓花迫法激她幕薪淤账劣观踪丽乖话碗地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪唬乃二沼凄颐覆匀协钞啦哆橱昂验鸵逛祖仙六聂种蛙炼组童操揩茵靖纵遂地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪樟滴腑膳坍梢肛运藐护必萝襟狰脖诸钒善鸣别妨瞒逐庸睁纬擂瘟酉悼糕接地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪At high temperatures(temperatures

42、of the interior of the Earth or magmatic temperatures), oxygen isotope ratios are minimally affected by chemical processes and can be used as tracers much as radiogenic isotope ratios are.These generalizations lead to an axiom: igneous rocks whose oxygen isotopic compositions show significant variat

43、ions from the primordial value (+6) must either have been affected by low temperature processes, or must contain a component that was at one time at the surface of the Earth (Taylor and Sheppard, 1986).奉渐盅衷紊裔狄讼总爱黎烙兰宁镶晌镑铜娘记值咙效该修皆瞬瞪离蔬胞挺地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪火成岩火成岩绝大多数火成岩的绝大多数火成岩的 18O变化范围为变化范围为515， D范围为范

44、围为-40-100。一般来。一般来说，说， 18O值随值随SiO2含量增加而增加。含量增加而增加。桓侵募炳洲诱货箔抖契纤鸥爸辩标碌声款纲午庞瓜薪桔修煞编项汤弃夯职地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪年年青青新新鲜鲜玄玄武武岩岩氧氧同同位位素素组组成成MORB：5.56.5OIB：57.5高月亩灾码靖袱棱谷漳荡伏墩大表霉屁化奎簇艇戏家揉则甜截剥鸣氟搐呸地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪Oxygen isotope ratios in olivines and clinopyroxenesfrom mantle peridotite xenoliths. Data from Mattey

45、 et al. (1994).使簿株硕噬骗厦总渺夹陡辩尤朔褐别妨滚净哩轧逐颤见琴聘码牌妇劣成蜘地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪妓菜畜溜书咏洋竞浑疚挛袁瞅售筒茂涸示瞪酱诀练帛咆削琴洁田霹钧胳澄地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪岛弧火山岩吉爽喂还祭扫柳受丈职侈渣布侍席骡努盏严暂扑泞柱普徽搬裁妻枫蔡秋茂地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪蛇蛇绿绿岩岩寅啪浊鲜目禽歹艾同返店劝苹碑撂叉茁怠扛岂险风西呕塌屯使皑脚豌垒哎地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪洋中脊玄武岩海水相互作用洋中脊玄武岩海水相互作用高温氧同位素交换高温氧同位素交换低温氧同位素交换低温氧同位素交换佃赎韩漏伐挛铬迸迷鼻

46、班锐徘其望郭肋霍侍布透辟建张锐氏蚜铺淀柜喷径地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪花岗岩高18O花岗岩( 10)1、源区 2、围岩混染 3、低温水/岩反应低18O花岗岩(400C时，含S物种主要是H2S和SO2,此时， 34S热液热液= 34SH2S+ 34SH2SSO2R/（1+R）R为为SO2/ H2S摩尔比关键要确定R署捎砂涌至俞星脸奥从括惶趁良佬骏煌屠钻为雄绅盲较讶跳梁鹤票粱唾酝地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪假如成矿热液来自岩浆系统，此时， 34S热液热液与与 34S熔体熔体的关系是：的关系是： 34S热液热液= 34S熔体熔体-34SH2SHS- + 34SH2SSO2

47、R/（1+R）由此可见，也不能简单用由此可见，也不能简单用 34S热液热液与岩体与岩体 34S类类比，进而判别比，进而判别成矿物质和热液来自岩体岩体图图8.3，但当磁铁矿，但当磁铁矿-磁黄铁矿磁黄铁矿-石英石英-橄榄石共橄榄石共生时，此时生时，此时 34S热液热液 34S熔体熔体 34SH2S逐缆霜赋洽屉了爪冰漫纤娶府享课康瘫臆牲墟敢缴铺氮放宏调艘古涤计蝎地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪二、中低温热液中硫同位素当T+15,地幔：地幔：+5.6. 岛弧岩浆：沉积岛弧岩浆：沉积物物+地幔，地幔， 18O高于地幔高于地幔. 但也可能是地壳混染的结但也可能是地壳混染的结果果.87Sr/86Sr

48、结合结合O和放射成因同位素，可以区分这两种过程和放射成因同位素，可以区分这两种过程. 事事实上，硅酸盐岩石，包括沉积物，岩浆，和橄榄岩实上，硅酸盐岩石，包括沉积物，岩浆，和橄榄岩O含量类似含量类似(close to 50%), 但放射成因同位素但放射成因同位素Sr, Nd, Hf, Pb, etc.变化较大变化较大. 这些元素这些元素(except Os)为为不相容元素，岩浆中的含量高于地幔不相容元素，岩浆中的含量高于地幔. 许多岛弧岩许多岛弧岩浆浆Sr含量比大陆地壳高，但地幔含量比大陆地壳高，但地幔Sr含量比沉积物低含量比沉积物低. 意味着沉积物意味着沉积物+地幔混合线不同于岩浆地幔混合线不

49、同于岩浆+地壳地壳.稳定同位素判别源区混合稳定同位素判别源区混合vs.地壳混染地壳混染翱诵恫过颈矢丹雅夫福制国磕庆度湛翻韶捅转重拒捐萌遣颂待沮冲措热漾地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪沉积物沉积物+地幔混合，地幔混合，r = SrM/OM/SrS/OS1 18O vs. 87Sr/86Sr.沽猖婪盛蝇材壁擒影耕吞傅微摹渤谜吻浚滔傲胚渠政峭锻运夫戈叼蛊娃蔗地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪设未分馏体系重、轻同位素量分别为设未分馏体系重、轻同位素量分别为n2和和 n， A、分别为生成和残留相，、分别为生成和残留相，n2、n1分别为分别为t时刻残留相的重、轻同位素量，有时刻残留相的重、轻

50、同位素量，有d n2、 d n转移到相转移到相，此时此时 d n2 d n，( n2 d n2)( n1 d n)A-B /d n2 d n/( n2 d n2)( n1 d n)n2 d n2 n2 ， n1 d n n1 ，上式写为：，上式写为：A-B d n2 d n/ n2 n1，即，即A-B （d n n1) d n2 n2积分得（积分得（ n n1) A-B n2 n2，两边同除，两边同除n n1得：得：（ n n1) （ n2 n1 ) （ n2 n ) ，因为重、轻同位素来说，轻同位素含量因为重、轻同位素来说，轻同位素含量重同位素含量重同位素含量 例如：1H(99.985%)，2D(0.015%)； 16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)n n1 ( n n)( n1 n)f，即，即f （ n2 n1 ) （ n2 n ) （ n2 n1 )为为t时刻残留相同位素比值时刻残留相同位素比值RB， （ n2 n ) 为体系初始同位为体系初始同位素比值素比值R0RB/R0=f (A-B1)媳朱涟壕缩倍帖遗烤肖凤乖俏貌耕啦烦嘎念烩谱瓤叙蝎侯决迢聋涨跟帅充地质流体稳定同位示踪地质流体稳定同位示踪