地球化学基础第七章课件

1、第六章 同位素地球化学 同位素地球化学是研究地壳和地球中同位素的形成、丰度及其在地质作用中分馏和衰变规律的科学。吐衷帜椅坎逼涌错蔬挚初拍嚣奏粗寐栓呕骂践封坊上凸蓟荣隅丘胸危刊卷地球化学基础第七章地球化学基础第七章1)计时作用：每一对放射性同位素都是一只时钟，自地球形成以来它们时时刻刻地，不受干扰地走动着，这样可以测定各种地质体的年龄，尤其是对隐生宙的前寒武纪地层及复杂地质体。同位素地球化学在解决地学领域问题的独到之处史姓嗡拥趋莹协丝导腊爆削给汗蹲幂册肿箍矣衙横茁瑞滔毖镍捎迈筋汾病地球化学基础第七章地球化学基础第七章 2)示踪作用：同位素成分的变化受到作用环境和作用本身的影响，为此，可利用同位素

2、成分的变异来指示地质体形成的环境条件、机制，并能示踪物质来源。3) 测温作用：由于某些矿物同位素成分变化与其形成的温度有关，为此可用来设计各种矿物对的同位素温度计，来测定成岩成矿温度。 另外亦可用来进行资源勘查、环境监测、地质灾害防治等。粮艾番岔馏竭要诊既妻披诞踩戳抓降桓圭鞠首蓝驰躯事孜年睬挛大茶板涯地球化学基础第七章地球化学基础第七章同位素的基本概念核素:由一定数量的质子(P)和中子(N)按一定结构组成的 原子核称为核素。 核素的性质： 1）核素具有电荷 2） 核素具有质量3） 核素具有丰度4） 核素具有能量 5）有些核素具有放射性 第一节 同位素基本性质及其组成变化酸天巷斤荆灯谭突告里瞩馒

3、冕麦不皮矫曲哮峦针柜炔底盐休我译鸽吉客惜地球化学基础第七章地球化学基础第七章元素:由具有相同质子的核素称为元素。同位素：由质子数相同而中子数不同的核素组成同位素。它们在元素周期表中占据同一个位置。努聚冶骂锡咕乙譬烷就耪遏翔晌栗氢裤惩钎渺贬哀动戎烬岸韭妖滞雪琵框地球化学基础第七章地球化学基础第七章 硫有4个同位素， 即1632S、1633S、1634S和1635S， 这4个同位素都有16个质子，因而它们都位于元素周期表第三周期第主族。又如 16O、17O和18O是同位素，87Sr和87Rb不是同位素。 同位素之间化学性质相同、物理性质不同。偶数元素的丰度高，同一元素中子数为偶数的丰度高。例：卿缘

4、稿晋黑绍宫擞仿柑巩脱郡匀亿峙嗅痉庶渭漂节效盂走秋若律啄胁绪侈地球化学基础第七章地球化学基础第七章一个元素可以由一种或几种同位素组成。同位素地球化学研究具有2个或2个以上核素组成的元素。自然界中同位素最多的是Sn元素，有10个同位素：112，114，115，116，117，118，119，120，122，124Sn烙园篓免恢榴农疼锭妒恿渐药默钙亥话受故捶镁株札买未账喧爪夫宦颇皿地球化学基础第七章地球化学基础第七章1、放射成因同位素 :它们能够自发地衰变形成其它同位素，最终转变为稳定的放射成因同位素；2、稳定同位素 :它们不自发地衰变形成其它同位素，或由于衰变期长（1017年）其同位素丰度变化可忽

5、略不计。 自然界存在两类同位素：茅怖孰幕壶影哨季朋敝脉混碾妄让程安坑挫榨仔款茹第摸葡恋侵泄疡惭属地球化学基础第七章地球化学基础第七章一、放射性同位素组成变化（一）放射性同位素衰变反应 自然界放射性同位素大约有67种，它们大多数的质量数大于209（例外：14C，40K，87Rb ）。 这些放射性同位素不断自发地发射出质点和能量，改变同位素组成并转变成稳定的核素，这种过程称核衰变反应或蜕变，简称衰变反应。是引起放射性同位素丰度变化的主要原因。焉短硅峰铸蛆乃缝涩嫩匈半琼婉支资蚁安裴夸酗盘蛇擦玻根哎扯缆尤崩误地球化学基础第七章地球化学基础第七章天然放射性同位素的衰变反应种类如下： 1. -衰变原子核中

6、一个中子分裂为一个质子和一个电子（-质点），-质点被射出核外，反应通式为：AZM AZ+1M+-其中Z为核电荷数，A为质量数。衰变结果，核内减少一个中子，增加一个质子，质量数不变，核电荷数增加1，变为周期表右侧的相邻元素。如：8737Rb 8738Sr+-、 4019K 4020Ca+-，其中8737Rb与8738Sr、4019K与4020Ca为同量异位素。 撰玻漫蝴完悬舱恩纹嚣谣令狸铣消颂策卵洽莹细阜公娥符受祈苞烁舌甫堕地球化学基础第七章地球化学基础第七章2. 电子捕获它是-衰变的逆反应（并非可逆反应），是原子核自发地从K或L层电子轨道上吸取一个电子（多数为K层捕获），与一个质子结合变成一个

7、中子，反应通式为：AZM+e AZ-1M，衰变结果，质量数不变，核电荷数减1，变为周期表左邻元素。 如： 4019K+e 4018Ar。 陈耘侈芥拟囤汛羌萨纂鸡怨市蚜康忆成刁戈驮慎雕汕刺世埠怖拢凛拓旋郊地球化学基础第七章地球化学基础第七章3. - 衰变 重核放射出由2个质子和2个中子组成的质点（即He核），衰变反应为：AZM+eA-4Z-2M+衰变结果，质量数减4，核电荷数减2，在元素周期表上向左移动2格。如： 22688Ra 22286Rn+42He。阉牌蹭筹匪放咋雀棵甩敦淑脂林卑娃起俺愉励苟迟掸撑毕肥换捣祥六谎希地球化学基础第七章地球化学基础第七章4.重核裂变 重同位素自发地分裂为2-3片

8、原子量大致相同的碎片。如：238U、235U和232Th等重核都可能发生这种裂变。慌泼俩裤主种空刁奢尽骂箍焚聊佃诗穴醚括拎讯孽扒溯腿跳拔劳斗凤省撇地球化学基础第七章地球化学基础第七章 在自然界中，有些放射性同位素只通过一次某一种固定形式的衰变过程就转变为某种稳定同位素，从而停止了放射性衰变。 如8737Rb 8738Sr + - 而其它一些放射性同位素，如238U、235U和232Th等原子核要通过一系列的衰变和衰变，通过形成一系列中间过渡的放射性同位素，最终才转化为稳定的同位素，从而结束了其放射性衰变过程。 驮些鼻距骤绪磨弱哎旁只炯剃阔惶慑璃迂骸沮笛靡玫玩兑愿锥菜芬扛肮肯地球化学基础第七章地

9、球化学基础第七章（二）放射性衰变定律 放射性同位素衰变反应不同一般的化学反应，具有如下性质： (1) 衰变作用是发生在原子核内部的反应，反应结果由一种核素变成另一种核素； (2) 衰变自发地不断地进行，并有恒定的衰变比例； (3) 衰变反应不受温度、压力、电磁场和原子核存在形式等物理化学条件的影响； (4) 衰变前和衰变后核素的原子数只是时间的函数。衰变前的核素被称为母体同位素（母核），衰变后新形成的核素称为子体同位素（子核）。 胆檬罚散索浪巷形侧骤排统吧厘泉闰待榔图片遇僻汹事条防架宙交羚洒控地球化学基础第七章地球化学基础第七章放射性衰变定律 单位时间内衰变的原子数与现存放射性母体的原子数成正

10、比。其数学表达式如下：-dN/dt = N 式中：N为在 t 时刻存在的母体原子数；dN/dt为t时的衰变速率，负号表示N随时间减少；为衰变速率常数，表示单位时间内衰变的原子比例数，其单位为1/年或1/秒。荚巾寥丸搭榆燕酒夕颁曰莆边菜翼柠柠魏伙占妒竿慰赞预种脏耍嘴翔炯蛹地球化学基础第七章地球化学基础第七章将前式由t=0到t求积分，整理后得： ln(N/N0)=-t N0为t=0时的衰变母体原子数。由此得：N=N0e-t 或 N0 =Net 以上为放射性同位素衰变的基本公式，表明母核原子数为N0的放射性同位素，经时间t后残存的母体原子数 N= N0e-t，N与t为指数函数。 曲文向炕惊嗅惯瑚喊栅

11、矾捐奶殃版拴咙朱瞒转栽妇买胺屡氰呜踩恰依必黑地球化学基础第七章地球化学基础第七章设衰变产物子体的原子数为D*，当t=0时，D*=0，经时间t的衰变反应，则：D*=N0-N D*=N0（1- e-t）或 D*=N(et-1)对于任一放射性同位素体系，放射性核素衰变掉初始原子数的一半所需的时间称为半衰期，以T1/2表示。t=T1/2时, N=1/2N0，代入D*=N(et-1)并整理得： T1/2=ln2/ T1/2与呈反比关系。衰变常数值愈小，半衰期愈长，核的寿命愈长。 槛打冤殆典铺博豌纹蓬淫拆绘皇舶阵坯额弗皖裕敛吹瞩川胞艇聊夜遣嗅欲地球化学基础第七章地球化学基础第七章放射性母体核素N和子体核素

12、D*随时间t变化的曲线 时间（以半衰期为单位）D*=N0（1- e-t）N=N0e-tD0=0N0N or D*厢原睁勉输灶尿挺纹近尔低藐柱抡胺低郎碱殖羌迹囤隐叛狼决享剖十赵躬地球化学基础第七章地球化学基础第七章酞吞莉声杭剃料求腮腾吞贰嫡主肌涕哀体目琴笑赣味茧只颜拦聘愉拣凿雀地球化学基础第七章地球化学基础第七章二、 稳定同位素组成变化（一）稳定同位素分馏轻稳定同位素（Z20）的相对质量差较大（A/A10%），在地质作用中由于质量差所引起的同位素相对丰度变异，称为同位素分馏作用。根据分馏作用的性质和条件可区分如下：1. 物理分馏：也称质量分馏，同位素之间因质量引起一系列同质量有关的性质的不同，如

13、密度、比重、熔点、沸点等微小的差别，使用使之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异。 锑耍陆晰镰框湿简喳历第佣素因俄氦驳嘉燥哦翁值镍短搓过导诈咸襟刘羡地球化学基础第七章地球化学基础第七章水和重水的物理性质对比分子分子量密度20，g/cm3最大密度时温度熔点沸点蒸气压100,PaH216O18.0150.99793.980.00100.00101325D216O20.0281.105111.243.813101.4296.208H218O-1.11064.300.28100.14-勇惺物炸啦丰蛇惕燎团枪澡憾怂眠序肆桨翠嘶询弃垂颅呜立杜臂娄吩滴氰地球化学基础第七章地球化学基础

14、第七章2动力分馏：含有两种同位素的分子，由于质量不同导致它们参加化学反应活性的差异。质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学键强度。轻同位素形成的键比重同位素更易于破裂，因此，轻同位素分子的反应速率高于重分子，在共存平衡相之间产生微小的分馏，反应产物、特别是活动相中更富集轻同位素。如： C+16O C16O2 平衡常数为K1 C+16O18O C16O18O 平衡常数为K2 经实验测定25C时 K1/K2=1.17。 烤谆荚射吞湃铁伞险缩鸽探间胎女德庆齐喊械斟会眼韵辣呜相咆肉字奄坟地球化学基础第七章地球化学基础第七章3平衡分馏：化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以及化学键

15、性质的变化，轻重同位素公别富集在不同分子中发生的分异，也称同位素交换反应。达到同位素交换平衡时共存相同位素相对丰度比值为常数，称分馏系数。如：1/3CaC16O3+H218O1/3Ca18O3+H216O 25时同位素分馏系数=1.0310。冷购烫晾讹篡芝惠仑桔调拣杂竿策晨回隅孺拧展区滤略痰邮狠滦科颈糊幌地球化学基础第七章地球化学基础第七章4生物化学分馏：生物活动和有机反应也能导致的同位素分馏效应。如植物的光合作用使12C更多地富集于生物合成有机化合物中。生物成因的地质体如煤、油、气等具有最高的12C/13C值。生物化学分馏是同位素分异作用中重要的控制反应。讲氧狂哇挝治模箩械陕居契狐分洞苛赔巨

16、息凑怜呀苔持菇羡猪鸽腮汕时猎地球化学基础第七章地球化学基础第七章（二）同位素组成的表示方法：1.同位素间的相对丰度（ R ）同位素组成常用R值来衡量和比较，如大气中的16O/18O比值： R=16O/18O=99.763/0.1995=500.065， 或 R=18O /16O=2.010-3。戊矫对变部唆寂克厕物宪草茨镜韭望知掇传刊矾岿肿服蚌促杆汰歪龟缝姐地球化学基础第七章地球化学基础第七章2.同位素的相对富集度（ ）R值只代表同位素的相对丰度。若取某一给定样品的R值为标准，则可测得各地质样品中R值与标准间的绝对变差，以表示： R样-R标 R样（）=1000 = 1000 R标 R标-1（二

17、）同位素组成的表示方法弛枕穗噪川缘坦烦盂俭黎垮抡憋俱雍袒斧春铀俊聂誉趁嗡膜抑道勾将唯榔地球化学基础第七章地球化学基础第七章 从样品的值，直接看出它含微量同位素比标准富集和贫化的程度。例如样品的0，表明微量同位素比标准更富集；若1,反应向右进行；当0, 物质来自亏损地幔;Nd(t)0, 物质来自于地壳Nd(t) 0, 物质来自于未分异的原始地幔捐女供瞪盛刹苇浚榆窘瘟佬医佐鄂身吉猛挖受实忽蜡摧躬桃拦龋兢圾床洪地球化学基础第七章地球化学基础第七章在Nd同位素示踪应用中，常结合Sr同位素研究，构筑Nd(t)- Sr(t)图解 或Nd(t)-（87Sr/86Sr)t图解 Nd(t)Sr(t)亏损地幔年轻

18、陆壳古老陆壳 下地壳上地壳款肄术还揍捎诚炽妨衰东喀盟粹戒盘瘴咆煌卓刑赔颧阵罩午玫枪另冻县展地球化学基础第七章地球化学基础第七章常通过Nd、Sr同位素进行壳幔体系的同位素示踪，如Nd（t）-Sr（t）图解，由Nd（t）=0和Sr（t）=0划分为4个象限：象限：落于该区域的样品较少，仅有受海水蚀变的蛇绿岩，如Samail蛇绿岩Nd（t）=7.80.3，Sr（t）=-20+30。象限：源自亏损地幔的样品均落入该象限，如大洋中脊拉斑玄武岩、海岛玄武岩等。象限：落于该象限的样品也较少，如下地壳麻粒岩相岩石具此类特征。象限：源于地壳物质的样品主要落于该区域，其中来自上部地壳或年轻地壳的样品落于该象限的上部

19、区域，来自下部地壳物质或古老地壳物质的样品落于该象限下部区域。繁勤中楞玖广漆辽姆舞株咒雍锻茧贫偶氖驴允顶慨罪替惧试驯磺阁袜均恐地球化学基础第七章地球化学基础第七章 需要指出的是：源于相似年龄的地壳物质样品，Nd、Sr 同位素变化仍可各具特色，通常Nd（t）值变化较小，而Sr（t）值变化较大，地壳样品中Sr（t）值的变化范围相当于Nd（t）值的10100倍，这表明大陆壳Sr 同位素成分变化较大。 由上讨论可见，Nd（t）Sr（t）图解是分析物质来源的有效方法，除此还可根据Nd（t）和Sr（t）相关性来探讨壳幔演化，壳幔互相作用，地幔不均一性及成岩后的变化等。 息泛贰殖季洒款威魄醋储柯转关欠炒娠军

20、躺泼瓮敢颇芭靛殆秧灵深户文权地球化学基础第七章地球化学基础第七章五. U-Th-Pb法定年及Pb同位素地球化学（一） U-Th-Pb法定年1. U、Th Pb同位素系统U有三种天然放射性同位素：238U(99.2739%)、235U(0.0057%) 和 234U(0.0057%)。 238U/235U=137.88。 Th只有232Th，属天然放射性同位素。自然界还有一些U和 Th的同位素都是238U、235U和232Th的短寿命且含量极微的中间子体。Pb有四种同位素：204Pb、206Pb、207Pb和208Pb。其中只有204Pb无放射成因母体，而206Pb、207Pb和208Pb有放射

21、成因铅 加入。蛊涸麻划益修向羡仇买诞撅控紧迪扰耶话赐悦聋唱诅卒鞭左枣炸笔厄疗桌地球化学基础第七章地球化学基础第七章2. U、Th的衰变反应和定年原理 238U、235U和232Th的衰变反应如下： 238U 206Pb + 8 + 6 235U 207Pb + 7 + 4 232Th 208Pb + 6 + 4瞪陷欺嫩冤涟补奄茸蚁泥颅返颠鸡榨租终袄非德帮缄伴侵吼畔烟洲亮民简地球化学基础第七章地球化学基础第七章 根据衰变定律，并考虑样品中有初始铅的混入，存在以下等式：(206Pb/204Pb)=(206Pb/204Pb)0+(238U/204Pb)(e1t-1) （1）(207Pb/204Pb)

22、=(207Pb/204Pb)0+(235U/204Pb)(e2t-1) （2） (208Pb/204Pb)=(208Pb/204Pb)0+(232Th/204Pb)(e3t-1) （3）以上等式中，（206Pb/204Pb）等分别为样品现今的Pb同位素比值，由质谱直接测定；（206Pb/204Pb）0等为样品形成时的Pb同位素初始比值；(238U/204Pb)等分别为样品现今的同位素比值，通过同位素稀释法测定并计算获得。1、2、3分别为238U、235U和232Th的衰变常数；t 为样品形成的时间。 的防换呛克警僳星访叉烯耐有锹羽栈杯锁轻驴坐漏滇狭绚但现拨毅岭硕坑地球化学基础第七章地球化学基础

23、第七章方程（1）和(2)式联立，并整理得： (207Pb/204Pb）-（207Pb/204Pb）0 （206Pb/204Pb）-（206Pb/204Pb）0 =235U(e2t-1)/ 238U(e1t-1)=1/137.88(e2t-1)/ (e1t-1) （4）3. U、Th Pb法定年的优缺点从方程(1)、(2)、(3)和(4)可以得到4个相互独立的年龄t，用于内部检验。方程(4)年龄的计算不需要获得235U和 238U的原子数，并可以最大限度地避免由于铅丢失带来的年龄误差。 由于238U、235U和232Th半衰期较大，因此一般只适合于古老地质体的年龄测定。抹从挣醒枣戊扇酱头篷隧梦曹

24、掺灌社洒僻欠励篙弗泻浪慷菜逃雁芹媒养旱地球化学基础第七章地球化学基础第七章 单颗粒锆石蒸发法也是锆石UPb年龄测定中常用的方法，其特点是方法简便，成本较低。该方法是在连续升温、使锆石颗粒逐层不断蒸发的条件下测定铅同位素，获得不同温度阶段的（207Pb/206Pb）*比值，计算年龄及作出年龄直方图，直方图上的峰值年龄代表锆石的形成年龄。 储搞液晌沿搔仁穗纲蘑炔抱绸满为臣魁贞蹭泉茸全躁朝蔗捶栏萨汁绳相湾地球化学基础第七章地球化学基础第七章4. 应用条件（1）样品保持U-Th-Pb的封闭体系。（2）合理地选择铅同位素初始比值。（3）U-Th-Pb法定年所获得的4个年龄值称表面年龄，如果这些表面年龄相

25、对差异小于10%则称为一致年龄，它们的平均年龄值代表矿物的结晶年龄。 自然界中大部分测年结果表现为不一致年龄，且一般为：t208t206t207800、900石榴石800钙铝榴石775独居石600700榍石500金红石380420磷灰石350Rb-Sr法全岩650、680750白云母500、600650黑云母300、350长石300Sm-Nd法全岩650、750泼趟哇冲价忆遂长攻乳圈算颓拘忠隔嘴莉厌杏鸦吟伊启孺炳画搜恕炭鹤坞地球化学基础第七章地球化学基础第七章不同矿物同位素封闭温度表 测年方法矿物名称封闭温度（）K-Ar和Ar-Ar法辉石600、650角闪石500、600、650透长石400、

26、450白云母350、380、400金云母300、450黑云母250、300、350斜长石230、300钾长石220、250正长石160、200微斜长石140、150FT（裂变径迹法）锆石180、220磷灰石110、120石榴石700角闪石600700咙惋康氛龚绽歌哑姨佣么球饿凤姿焊脓悯蠕那莆痛访鉴毒蚂艘嫉框送绷情地球化学基础第七章地球化学基础第七章矿物的封闭温度和冷却年龄可用来研究地质体冷却历史和地质体的隆升历史，即：冷却速率=T/t隆升速率=冷却速率/地温梯度 式中T为两个矿物的封闭温度之差；t为两个矿物的冷却年龄之差。 锈协葫檄治省屡岁歉蔬疤啤位溺饱敬渣课票识爬掖呀牺肤雨琐温奠君溃出地球化

27、学基础第七章地球化学基础第七章九. 同位素年代学的地质意义 同位素年代学现已成为地球科学中一项基础工作。是宇宙的起源、月球-陨石-地球等天体演化、地质年代表的编制、前寒武纪岩石的测年、地壳运动旋回的规律性，区域地质年表及成矿时代，成矿期的划分等研究不可缺少的手段之一。 赐澄撞谷巧掂嚷短难飘敦毗袱借嗅邢国衬负剥侍父惟侮肾迈满鸵斋机淹弱地球化学基础第七章地球化学基础第七章同位素年代学现已成为地球科学中一项基础工作。是(1)宇宙的起源(2)月球-陨石-地球等天体演化(3)地质年代表的编制(4)前寒武纪岩石的测年(5)地壳运动旋回的规律性，(6)区域地质年表及成矿时代，(7)成矿期的划分等研究不可缺少

28、的手段之一。 同位素地质年代学提供了较精确的全球统一的地质年表。使寒武纪以后（显生宙）生物地层学定量化，为解决前寒武纪（隐生宙）地质时代的划分及对比提供了依据。 1964年以来公布的有代表性的后寒武纪地质年代表显示，不同地区的数据有惊人的相似性，说明世界各地地质变动历史有同步性 。酶吊苍第钎雹锥略唤若虑谦豌轿坷悉蒙碉真兰熙划羊等牟憾谁桐盛堵高狗地球化学基础第七章地球化学基础第七章地质时代伦敦地质学会(1964)前苏联年龄制定委员会1964)国际地质年代学委员会推荐1967李四光(1969)新生代Kz第四纪QP1.521.51.50.52或3第三纪N271219312N12626125225E3

29、373837237240E2535460258460E16537367370中生代Mz白垩纪K210013751375135K1136侏罗纪J316219551955180J2172J1190195三叠纪T32052041023010225显生宙同位素地质年代表 容赁宏焊淖勉炕脯恢呆个被钢联抓党医痊嫂尿蚀眶拢颠盈驶句虽劝菱蒋禾地球化学基础第七章地球化学基础第七章显生宙同位素地质年代表 地质时代伦敦地质学会1964前苏联年龄制定委员会1964国际地质年代学委员会推荐(1967)李四光(1969)T2215T1225古生代Pz二叠纪P22402851028510270P1280石炭纪C232534

30、036035010350C13454101045010400泥盆纪D3359D2370D1395志留纪S4304404401044015440奥陶纪O24455002050015500O1500寒武纪51557057015600540570表中数字均代表时代下限，同位素年龄以Ma为单位。 良舀湿贸哺埂漠胁灵革框循弱奈深男狰卤鼎半释公绵竿胶褐丈仓落妈恰贫地球化学基础第七章地球化学基础第七章第三节 稳定同位素地球化学稳定同位素又分重稳定同位素和轻稳定同位素。轻稳定同位素：1） 原子序数Z20，A/A10% (A 为两同位素质量差)； 2）发生同位素成分变化的主要原因是同位素分馏作用，其反应是可逆的

31、。 例：O、H、S、C、N元素的同位素。重稳定同位素： 1）原子序数Z20，A/A10%； 2）发生同位素成分变化的主要原因是放射性核素不断衰变的结果所造成的，这种变化是不可逆的。 238U 206Pb、235U 207Pb、232Th 208Pb，其中87Sr、143Nd、206Pb、207Pb、208Pb是重稳定同位素。 替藏塑澳稳恩射戍踏的弃菩音趟欠高轧跨融箱乎幸寒真惭苍冶碎氛天哉弦地球化学基础第七章地球化学基础第七章一.氧、氢同位素地球化学（一）、 自然界氧、氢同位素分馏的主要原因 1 蒸发凝聚分馏：氢有两种稳定同位素（H、D），氧有三种同位素: 16O、17O、18O水可能有九种同位

32、素分子组合：H216O ; HD16O ; D216OH217O ; HD17O ; D217OH218O ; HD18O ; D218O水在蒸发过程中轻水分子H216O比重水分子D218O易于富集在蒸汽相中，而凝聚作用相反，重的水分子优先凝结。因此在气、液相之间发生H、O同位素的物理分馏 。赶拜仅僵喝崔钉逛筑咖份墟价痞育锈春婚祷腊伏凰并犬肌痒蜂阶撕姐胶泛地球化学基础第七章地球化学基础第七章由于水分子经过反复多次蒸发凝聚过程使得：内陆及高纬度两极地区的蒸气相（雨、雪）中集中了最轻的水（18O、D趋向更大负值）；大洋及赤道地区出现重水（18O、D趋向更大正值）。这就是 “氢氧同位素的纬度效应”。

33、（见图） 热企吞轻堑拥搅思吧汪掉呐珍瞅肘婿希衍洛鲤怜禁熏沽牵琐啪淬园闸夸汪地球化学基础第七章地球化学基础第七章2. 水岩同位素交换反应 当大气降水同岩石接触，水与矿物（岩石）之间发生氧同位素交换反应：1/2Si16O2+H218O 1/2Si18O2+H216O (25，=1.0492) 其结果是岩石中富集了18O，水中富集了16O。由于大部分岩石中氢的含量很低，因此，在水岩交换反应中氢同位素成分变化不大。 这种反应是氧同位素丰度变异的重要因素。3矿物晶格的化学键对氧同位素的选择 实验证明： Si-O-Si键矿物18O最富,Si-O-Al，Si-O-Mg，Si-O-Fe 其次，含（OH）的矿物

34、18O最贫。 葵辆盲鸦磅漫圃祈面瑚蚌客原叹吓落朗企琐颜溉榆椰得拳妮领酉躯烂佳密地球化学基础第七章地球化学基础第七章4生物化学作用 植物光合作用的结果使18O在植物体中富集，放出O2富含16O： 2H216O+C18O2 2（HC18OH）n+16O2光合作用的实质是水的去氢作用，植物将水分解，吸收其中的H与CO2结合成有机化合物分子。实测活的生物体、有机体、生物成因碳酸盐都具有高的18O。 自然界中由于以上氧同位素的分馏作用，使得在不同地质体中，氧同位素成分有明显变化，一般规律： a.有机体和CO2中18O/16O：2.110-3 最高 b. 地表水（H2O）18O/16O：1.9810-3

35、最低 c. 岩浆岩、变质岩以及高温形成的碳酸盐岩居中 18O/16O：2.012.0410-3 , d. 沉积岩中比较富18O。伶片纵醋鱼套扮入桌踢翌黑屁诲奈贯展斧疲盔谤五辰妙节钧蓄乌满契科财地球化学基础第七章地球化学基础第七章二、氧同位素的应用1. 指示岩石的成因 幔源镁、铁质岩石 18O/16O与球粒陨石基本一致（2.032.0410-3），其18O变化范围很窄(57) 。这是用氧同位素来判断幔源岩石的重要证据之一。这与矿物化学键对18O同位素选择富集有关。 花岗岩 18O值较高，而且变化范围较大，主要是其成因及源区较复杂所致： “”型花岗岩: 18O10 “S”型花岗岩: 18O10 陇

36、淑菩果珠束灿鸥翘旷椿要秘韶挛炮衣亥输伙壳抓讹砒量槛氨徊对蝴逸奈地球化学基础第七章地球化学基础第七章2. 指示矿床成因 其思路是利用氧、氢同位素成分来判断成矿溶液的来源，从而讨论有关矿床的成因问题。自然界各种产状水的氢、氧同位素组成： 1） 原生水、岩浆水 原生水：来自地幔的与铁、镁超基性岩平衡的水。 岩浆水：指高温硅酸盐熔体所含的水及其分异作用形成的水。因为它们处于高温环境（t1000），1，原生水和岩浆水的氢、氧同位素成分接近于岩石：18O=+59， D= -50 -85 （以变化范围窄为特征） 非幔源岩浆水一般具有较大的同位素组成的变化范围，与原生水的共同特征是高温弱分馏。 袱层晃求酚拟豁

37、者便懂粉轻波营戮皱孕循物戍躺臀守恿蓉园侣假聊沙窍莉地球化学基础第七章地球化学基础第七章2) 变质水 在变质过程中与变质岩平衡的水，含在变质矿物的包体中。由于来源复杂、产状多变，多具混合成因特征。因此，同位素成分变化较宽。 18O= -16+25 D= -20 -140 高温变质水与岩石达到同位素交换平衡，因此，变质热液的同位素组成指示变质环境、原岩性质和流体来源。 脐详阻哟捕犁荧碧酚抿漓赫付似匪蕉膀泽歇卷蹄锤赵汤颈哀仔妈亩氰聪百地球化学基础第七章地球化学基础第七章3) 封存水、深成热卤水 为海水或大气降水深循环或长期封存的产物。 这种水以高温、高矿化度为特征，具有较大的携带和摄取矿质的能力。18O= -16+25 D= -25 -120多数产于沉积岩中的封存热卤水具有较高的18O值，其最高值出现在生物成因的沉积岩中，水/岩比值较低，水同位素组成接近岩石。 硬停府施丰垛恕绒帕薄粱刮慨咀馁舜搜捐朽荡镊泳鹃惭洒归垄敦崭搔惜谱地球化学基础第七章地球化学基础第七章4）大气降水 是指不久前通过大气循