第五章4同位素地球化学基础

1、同位素地球化学基础 八、稳定同位素地球化学 （一）氢氧同位素地球化学 1.氢和氧的基本性质 (A/A)D/H = 100% (A/A)O18/16 = 100% H,99.985; D,0.015%16O,99.756%; 17O,0.039%; 18O,0.205%同位素地球化学基础 2.自然界中氢和氧的分馏作用 （1）蒸发-凝聚分馏 H216Ol + H218OV H218Ol + H216OV 25oC下 a(18O) = (18O/16O) l / (18O/16O)V =1.0029同位素地球化学基础 H216Ol + D216OV D216Ol + H216OV a( D) = (

2、D/H)l /(D/H)V = 1.071 D 与 18O之间有如下关系： D = 8 18O + 10同位素地球化学基础 (2)水-岩同位素平衡分馏 1/2Si16O2 + H218O 1/2Si18O2 + H216O a = (18O/16O)SiO2/(16O/16O)H2O =1.0492 1/3C16O32- + H218O 1/3C18O32- + H216O a = 1.0286 反应结果：岩石中富重同位素 原因：键强度同位素地球化学基础（3）矿物晶格的化学键对氧同位素的选择 离子与氧之间的键强度顺序为：Si-O-Si Si-O-Al Si-O-Mg Si-O-Fe 18O的富

3、集程度顺序为：Si-O-Si Si-O-Al Si-O-Mg Si-O-Fe同位素地球化学基础造岩矿物富集18O顺序石英白云石硬石膏碱性长石方解石白榴石霞石蓝晶石钙长石海绿石十字石石榴石普通辉石角闪石黑云母18O降低橄榄石榍石同位素地球化学基础（4）生物分馏作用植物通过光合作用，使18O富集在植物体中，释放出16O2H216O + C18O2 2(HC18OH) n + 16O2同位素地球化学基础2.各种环境中水的氢氧同位素组成（1）大气降水 变化范围大 纬度效应 内陆效应 高程效应 高程高， 18O低 温度效应 T高 18O高同位素地球化学基础（2）岩浆岩（3）沉积岩：最高的18O和变化范围

4、（4）变质岩：同位素地球化学基础4.研究意义（1）矿物和矿床的成因根据矿物及其中的流体包裹体研究同位素地球化学基础（2）花岗岩成因 S型花岗岩：18O %o = 10-12.5 (Sediment type) I型花岗岩：18O %o = 7.5-9.5 (Igneous type) （3）古环境（纬度）的确定同位素地球化学基础（4）氧同位素温度计 分馏系数与温度的关系1000 ln =18O相1- 18O相1 = A(106T-2) + B式中是分馏系数；T为绝对温度（K）;A和B对于给定的同位素交换反应为常数。同位素地球化学基础矿物对的同位素温度计参数矿物（对）AB石英-水3.38-3.4

5、0白云母-水2.38-3.89磁铁矿-水-1.59-3.60方解石-水2.78-3.40硬石膏-水3.878-3.40石英-白云母2.20-0.60辉石-橄榄石1.240辉石-石榴石0.200同位素地球化学基础（二）硫同位素地球化学1.硫的同位素A/A = 6.25% 32S 33S 34S 36S95.02 0.75 4.21 0.02同位素地球化学基础 34S %o = (34S/32S)样品- (34S/32S)标准/ (34S/32S)标准同位素地球化学基础2.硫同位素分馏作用（1）平衡分馏-交换反应H234S + 32SO42- H232S + 34SO42- 25oC时，=(34S

6、/32S) SO4/(34S/32S) H2S =1.075同位素地球化学基础 硫同位素分馏的一般规律：高价硫富34S，即 SO42- SO32- SO2 Sx H2S S2- 34S %o = 降低同位素地球化学基础3.自然环境中的硫同位素同位素地球化学基础自然环境硫同位素特征 岩浆岩具有很窄的34S变化范围，其 34S （%o）约为零； 蒸发硫酸盐和海水具有正的34S值； 沉积岩具有宽广的34S值，与其复杂的来源有关。同位素地球化学基础4.研究意义（1）矿床物质来源（沉积岩，岩浆岩？）（2）硫同位素地质温度计同位素地球化学基础（三）碳同位素地球化学 自然界中的碳同位素12C = 98.89

7、%13C = 1.11%1. 碳同位素的分馏反应：同位素地球化学基础1. 碳同位素的分馏反应： 氧化-还原反应：CH4 +2H2O CO2+4H2 = 1.010-1.035 光合作用：6CO2 +6H2O = C2H12O6+6O2有机物中将富集12C (13C =-25%o)同位素地球化学基础 同位素交换反应13CO2(气) +12CO32-(液) 12CO2(气) +12CO32-(液) = 1.012 规律： 13C%o : COCH4CCO2CO32-即有机物中富集12C, 无机物中富集13C同位素地球化学基础2.地壳中的碳同位素变异同位素地球化学基础本章总结1.衰变反应与定年 衰变反应的基本公式： ln(N/No) = -t D* = N(e t-1)2.同位素年龄应用的条件同位素地球化学基础2.同位素分馏与稳定同位素的应用（1）稳定同位素变异的原因（2）同位素示踪剂同位素地球化学基础 思考题和习题： 1.试说出Rb-Sr,Sm-Nd,K-Ar,14C等定年方法的原理和应用特点。 2.有下列数据： 矿物 87Rb/ 86Sr 87Sr/ 86Sr 黑云母 4.5 0.92 白云母 3.4 0.86 斜长石 2