同位素课总结

1、各同位素体系简介，包括表达形式及其在地球各储库的分布各同位素在地质过程中的主要分馏机制稳定同位素在地质过程中的应用，例举主要应用及其原理。一、稳定同位素理论及简介1、同位素(isotope)是同一化学元素的核素，它们具有相同的核外电子排布结构。由于核外 电子数由原子核中质子数决定，因而总的化学性质相同，只是质量不同。2、3、4、稳定同位素：不具有放射性的同位素称为稳定同位素(Stable isotopes)。一般传统稳定同位素限于质量数小于40的非金属元素，如CHONSo同位素比值R=X*/X，X*和X分别表示重同位素和轻同位素含量.5、6、7、8、9、5 = RSa RSt X 1000 =

2、 ( RSa - 1) X 1000RStRSta = R两种物质间同位素分馏的程度用分馏系数a表示：A-B R B = 103 lna ; A = (a - 1) x 103振动能是产生同位素分馏的主因一一这是理论计算同位素分馏的基础。自然界存在三种类型的同位素分馏，平衡分馏，动力学分馏和非质量相关分馏。二、H、O同位素1、氧有3种稳定同位素16O 17O 18O 氢有2种稳定同位素1H D(2H)2、地球上的岩石有相似的氢同位素组成，平均：-60%。；大气水具有非常轻的氢同位素组成； 地幔dD： -90-60%o；绝大多数火成岩的d18O变化范围为515%o，dD范围为-40-100%。橄

3、榄岩：d18O = 5.5%。MORB： d18O = 5.7%。； M 型花岗岩：6 18O = 6-7.5%，同正常玄 武岩浆分异有关；I型花岗岩：6 18O= 7.5 -10%，源岩是贫18O的地壳岩浆岩；S型花岗 岩：6 18O = 10-13%，是富18O沉积岩部分熔融产物。化学沉积岩6 18O较高，20-403、分馏机制：由于晶体化学差异，矿物不同18O富集程度也不同。石英方解石角闪石 黑云母橄榄石。4、O同位素应用：古温度计、古气候、示踪陆壳物质再循环、水岩相互作用H同位素应用：示踪成矿流体来源三、C同位素1、自然界中碳以12C、13C、14C等多种同位素的形式存在，12C、13

4、C相对丰度分别为98.89%、1.11%； 14C只有极微量且具放射性，半衰期为5730年。d13C标准物质：PDB2、碳质球粒陨石全岩:-5.6-11.6%o；生物d13C= -10-40%。，海洋生物比陆地生物重。硅 酸盐地球di3C= -6 to -5%；大气CO2 di3C = -7%；甲烷很轻，-47%；海水同位素重，深部1%。 左右，地表水+1%3、 分馏机制：同位素交换，13C富集顺序，CH4-C-CO-CO20-CO3;生物过程，光合作用；碳 酸盐与有机质之间存在很大的分馏，27%，碳酸盐重；岩浆去气，CO2和CH4不同。4、应用：深部碳循环，古海水信息，正漂移和负漂移。四、S

5、同位素1、自然界硫有32S、33S、34S和36S四种同位素形式，硫同位素标准是CDT2、 硅酸岩地球的6 34S= 01%。；陨石S同位素均一，但不同含S相有变化；总体与陨石的 d34S值类似；花岗岩：-13.4-26.7%，源区，岩浆过程火山岩：变化大，一般较重，去气物 理化学条件)海水S的加入(变重);S2-轻，SO2、SO42-重；沉积岩硫同位素变化很大，-65%。120%。，硫酸盐重，硫化物轻。3、分馏机制：价态变化，生物S循环，机械分离。微生物过程中的动力学同位素分馏效应； 34S 一般富集于S的最高氧化态或最大键强的化合物中。S2V S22-S0SO2SO42-4、示踪成矿流体来

6、源，反演古海水，硫同位素地质温度计，非质量分馏。五、1、Li有两个同位素。7Li/6Li,d7Li2、自然界变化范围-35+50%o； BSE d7Li = 4%。；陆壳：d7Li = 1.7%。；海洋沉积物较重；seawater： +30%;深源包体变化大，有许多较轻的。流体富集重的Li同位素。3、分馏机制：平衡分馏，花岗岩分异，石英和其他矿物之间存在分馏，海水蚀变，大陆风 化；动力学分馏，热扩散，化学扩散4、示踪沉积物的再循环，地质速率计。六、B同位素1、d11B, 11B,10B2、MORB： -6.5%。-1.2%。，平均3.9；海水40%。；卤水变化大，彳艮重；碳酸盐海洋沉积物变 化

7、大，很轻；海相蒸发岩重，非海相轻。3、分馏机制，B(OH)3和B(OH)4-，pH7时以B(OH)3为主，7时以B(OH)4-为主。4、计算古海水pH。判断海相蒸发岩和非海相蒸发岩，七、Mg同位素1、24Mg,25Mg,26Mg,2、硅酸盐地幔-0.25%。，陨石-0.28%。，上地壳-1.64%。- +0.94%，下地壳。，海水-0.83%。， 河水-1.1%。，碳酸盐，-1-5.5%。，土壤，重3、分馏机制，矿物受配位数控制，岩浆分异，变质脱水过程不发生显著地变化，扩散过程， 低温风华过程，沉淀作用4、示踪古环境，碳酸盐成因，深部碳循环，温度计八、Ca同位素1、40Ca，42Ca，43Ca

8、，44Ca，46Ca，48Ca，d44/40 Ca，NIST SRM915a。2、上地幔1.05 + 0.04%，海水1.92%。，河水和孔隙水0.9%。，碳酸盐0.6%o,植物0.01%， 雨水和灰尘0.72%o3、分馏机制：高温平衡分馏，Opx比Cpx重0.360.75%o，受键长影响(Ca/Mg)；热扩散； 挥发作用；碳酸钙沉淀；生物提取；4、示踪深部碳循环；示踪古海水演化；古海水温度计(有孔虫)；九、Fe同位素1、54Fe，56Fe，57Fe，58Fe，d56/54Fe 和 d57/54Fe，标样 IRMM-014，2、BSE为-0.015%。，橄榄岩0%。，玄武岩为0.1%。，上地壳

9、0.11%，下地壳0.05%；可溶性Fe 一般具有比BSE轻的Fe同位素；化学沉积岩或沉积岩中的化学沉淀组分具有高度不均一 的Fe同位素组成。3、Fe的价态物相晶格、基团结构、化学键类型岩浆过程存在显著地Fe同位素分馏。部分熔融(Fe3+)。壳内分异(橄榄石、磁铁矿) 矿物间平衡分馏，矿物熔体间非平衡分馏，风华作用，流体一般优先溶解轻Fe同位素，但一般Fe3+残留。然而有生物参与或还原 条件时，存在显著地Fe同位素分馏4、大气氧含量演化与Fe同位素响应O输入，沉淀Fe氧化物，HS输入，沉淀硫化物，所以贫氧海洋Fe重。十、Cu同位素1、Cu 有 63Cu 和 65Cu，d65Cu2、 BSE：

10、0%o，花岗岩平均接近0；河水0.70.3%o，01.4%o；海水0.9-1.5%。；陨石Cu同 位素变化为1.2%o；3、分馏机制：非氧化还原（吸附，生成碱式Cu矿物）vs氧化还原部分熔融，没有。岩浆分异，在S不饱和的岩浆中硫化物不结晶没有显著Cu同位素分馏 岩浆去气：挥发分富集重Cu分布溶解：萃取的Cu重，HCl与ph有关矿物结晶流体-矿物反应矿物吸附作用：针铁矿吸附重的Cu，高岭土吸附轻的Cu生物耦合作用：植物吸收轻的。Cu的非质量分馏，63Ni63Cu4、应用：医学（男女，康患）、环境地球化学（示踪污染物来源）、矿床地球化学（示踪流 体运移方向，寻找隐伏矿体）、示踪星体撞击事件。十一、

11、Zn同位素1、64Zn，66Zn，67,68,70 d66Zn2、地幔0.3，现代海水0.5，碳酸盐重（0.51.5，0.9），Fe-Mn 结核，1.04，3、无机吸附（双向）有机吸附（残留变重），ZnCO3最重，ZnHS最轻，岩浆分异过程存在 分馏4、重建古气候（风化作用和生物复苏提取）、污染物来源，星体形成（月球样品17分馏）十二、Mo同位素1、Mo 有 92 94 95 96 97 98 100 七个同位素，表示 d97/95Mo 和 98/95MO2、 BSE： -0.2陨石平均-0.16； 97/95现代海水1.6, 98/95 2.3,火成岩和碎屑岩在0左右，Fe-Mn 结核-0.5；有氧沉积物重3、氧化还原4、 古海洋和古环境的演化指标（利用黑色页岩，氧化海洋，Mo同位素百变化大，以MoO42-（重）和MoO3 （轻）两种形式存在，硫化海洋（以MoS42-存在变化小集中）环境污 染，成矿作用演化、地球及行星演化过程十三、Cr同位素1、50Cr，52Cr，53Cr，54Cr，d53/53Cr 和 d54/53Cr，其中 53Mn53Cr2、BSE为-0.124，均一的幔源铬铁矿Cr同位