几个Ge同位素平衡分馏参数的理论研究

Ge同位素的研究能对Ge矿床、陨石成因、海水体系和全球环境变化等起到地球化学示踪作用.然而,国内外关于Ge同位素地球化学的研究非常薄弱,仅有的一些研究只限于标准样品中Ge同位素成分的测定,尚处于试探性研究阶段.尤其是缺乏基本分馏参数,影响了对各种地质体系Ge同位素分馏机制的解释、平衡和非平衡过程的判定,以及复杂动力学变化的探索.     

本期文章导读

正305铅锌矿床地质样品的Ge同位素预处理方法研究朱传威,温汉捷*,樊海峰,张羽旭,刘洁,杨涛,王光辉Ge是一个分散元素,具有亲石、亲铁、亲硫(铜)和亲有机质性的地球化学特性。近年来,随着多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)技术的成熟,Ge同位素的高精度测试已经成为可能。目前,Ge同位素已经广泛地应用于富锗煤矿中Ge的来源和富集机制、反演大陆风化作用、地球深部环境、地热温泉体系及宇宙演化等方面的研究。然而,作为     

川滇黔铅锌(锗)成矿区区域地球化学测量在找锗预测中的作用

锗作为一种稀散元素,是现代信息产业最重要的金属之一,然而大多数锗资源是在综合评价煤矿床、铅锌矿床以及铁矿床的过程中发现的,缺乏专门的找锗方法。为了进一步加强锗矿找矿方法的研究,本文以川滇黔接壤处作为研究区,通过采用探索性分析方法(EDA)和基于分形理论的浓度-面积(C-A)方法以及证据权模型,分析研究区内低密度水系沉积物测量数据Zn、Ge元素的数字特征和分布规律。结果表明:(1) Ge元素分布由单个总体构成,基本符合正态分布,数值变化小(变异系数=0. 13),基本围绕地壳丰度值(1. 6×10~(-6))波动,且矿床的分布与地球化学异常之间没有明显的相关关系,因此采用以Ge找Ge的思路是行不通的,而这可能是由于Ge在表生氧化状态下的多亲和性和高度分散性造成的。(2) Zn元素分布明显不符合正态分布,且有多个峰值,数据离散程度大(变异系数=1. 14),可能至少由两个以上总体构成,且在空间上矿床的分布与地球化学异常之间有良好的相关关系,大多数矿床位于相对高值区。另外鉴于在原生状态下,Ge元素往往以类质同象的形式赋存在闪锌矿中,因此在区域上采用以Zn找Ge的思路是可行的。(3)采用累计概率法、直方图法、箱式图法、原生晕法以及基于多重分形的C-A方法,确定的异常下限分别为146. 5×10~(-6)、392. 7×10~(-6)、153. 9×10~(-6)、87. 5×10~(-6)和124×10~(-6)。通过采用证据权方法所提供的空间相关性统计量(t)进行检验,发现异常下限应当落在120×10~(-6)～130×10~(-6)的区间内。因此基于分形理论的C-A方法是最合理的,这可能是其不仅考虑了频数特征,还考虑了空间几何特征的原因。(4)在圈定地球化学块体的基础上,结合热液矿床受构造控制,且往往具有"丛聚效应"以及"鹤立鸡群"的特点,圈定黑区-赤普、大湾子-大桥边、茂租-乐红、毛坪、天宝山-小石房、猫猫厂-白蜡厂、大梁子、会泽、青山-杉树林、猴子厂-顶头山以及富乐作为寻找锗矿的潜力区,建议进一步加强这11个矿田级远景区锗资源的找矿工作。     

铅锌矿床地质样品的Ge同位素预处理方法研究

目前Ge同位素研究主要局限于地球有机质(煤等)、火成岩及陨石样品,作为Ge重要储库之一的铅锌矿床,其Ge同位素的研究涉及较少。铅锌矿床样品中Ge的化学分离及提纯是Ge同位素研究的基础。本文详细考察了陨石样品中Ge同位素预处理方法(分离和提纯)对铅锌矿石样品的适用性。阴离子条件实验说明,目前普遍采用的离子交换树脂单柱法虽然对铅锌矿样品中Fe、Se等元素的剔除效果理想,但无法有效剔除其中的Zn,当Zn/Ge比值大于3时,样品必须经过阳离子交换树脂柱作进一步处理剔除Zn。通过对闪锌矿标准样品、锌矿石标准样品的条件实验以及实际闪锌矿样品对条件结果的验证显示,当闪锌矿的称样量为0.15 g左右时,仅需将前人对玄武岩等样品Ge同位素处理方法中阴离子树脂洗脱酸(1.4 mol/L硝酸)的用量6 mL调整为10 mL,而阳离子树脂洗脱方法保持不变,此方法即满足闪锌矿样品Ge同位素的化学分离和提纯要求。样品经过本文推荐的阴阳离子交换树脂双柱法处理后,主要干扰元素(Fe、Zn、Se、Ni)及基质元素的剔除率接近100%,Ge的回收率优于99%。而前人对玄武岩等样品的Ge同位素处理方法中,主要干扰元素(Fe、Zn、Se、Ni)及基质元素的剔除效果亦较好,但Ge的回收率仅为97.3%,比本文推荐方法的Ge回收率要差。利用MC-ICP-MS对Ge化学分离和提纯后的富乐铅锌矿床闪锌矿样品的检验结果显示,测试过程中未见同质异位素以及可能的多原子离子影响,样品中Ge同位素符合质量分馏定律,经过调整后的阴阳离子交换树脂双柱法满足闪锌矿样品的Ge同位素测试要求。     

银同位素地球化学综述

银(Ag)是生活中常见的贵金属元素.Ag有2个稳定同位素107Ag和109Ag.随着多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)的应用,国内外对银同位素体系开展了一系列研究.Ag在矿床中常与Au元素共生,且Pd-Ag同位素体系可作为早期太阳系演化计时器,因此在天体化学、环境科学、矿床地球化学等领域都具有广泛应用.本文首先介绍了银同位素的地球化学特点及其研究历史,对前人工作进行了系统总结,包括化学分离流程、质谱测定及质量分馏校正方法、储库同位素组成,评述了银同位素在地球科学及交叉学科中的应用.最后总结了银同位素地球化学研究的难点,展望了银同位素储库组成和分馏机理研究.     

MC-ICP-MS高精度Ba同位素分析方法

<正>Ba在岩浆作用过程中是不相容的微量元素,在陆壳中的含量远高于地幔。过去针对碱土金属同位素(例如Mg、Ca、Sr)体系的研究表明,这些同位素在各种高温和低温的地球化学过程中可以发生分馏。因此,我们预测Ba同位素在风化作用、热液活动和生物地球化学等一系列过程中也可能产生同位素分馏,例如,已有研究发现低温环境中Ba同位素分馏可以高达0.5‰[1]。当高含量、大分馏的地壳物质随俯冲板块进入     

四川乌斯河大型锗铅锌矿床锗超常富集特征及其地质意义

锗(Ge)是我国的一种优势战略性关键矿产,闪锌矿是其主要载体和重要工业来源之一。尽管前人对闪锌矿富锗有了较为深刻的认识,但是对其中锗的替代方式和超常富集机制仍缺乏深入理解。位于扬子地块西南缘的川滇黔铅锌矿集区是我国最重要的锗和铅锌资源基地之一,区内的乌斯河大型铅锌矿床(5.4Mt@8.6%Zn,2.0%Pb)显著超常富锗(铅锌矿石中Ge平均品位为72.3×10~(-6),闪锌矿中Ge含量高达1934×10~(-6))。何种因素制约该矿床中锗的超常富集亟待解密。乌斯河矿床发育两期闪锌矿,早期闪锌矿(Sp1)单偏光下呈白色-棕黑色,发育半自形细粒结构,浸染状构造;晚期闪锌矿(Sp2)单偏光下呈白色-红色或灰色-棕黑色,发育自形-半自形细-粗粒结构,块状或脉状构造。激光剥蚀耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)闪锌矿原位微量元素含量分析结果显示,闪锌矿中Ge含量为3.17×10~(-6)～1934×10~(-6),平均563×10~(-6),相对Ge的地壳丰度(1.5×10~(-6))具有显著超常富集特征(高达1000倍)。闪锌矿中Ge与Fe、Cu、Ag、Pb具有正相关关系,而与Cd呈负相关性。元素面扫描(Mapping)结果显示,闪锌矿中Ge主要以类质同象形式存在,且Ge与Fe、Cu、Ag、Pb、Cd等元素相关关系与含量分析结果一致。结构相似度计算结果进一步显示,Sp1中Ge与Ag相关程度最高,而Sp2中Ge与Cu相关系数最大,暗示结构相似度计算在比较元素相关关系中有较大的应用潜力。然而,乌斯河矿床闪锌矿中Cu、Ag含量常低于Ge含量,且(Ge/Cu) mol和(Ge/Ag) mol比值变化范围大,所以单一的元素相关程度分析并不能完全解决Ge替代方式问题。综合研究认为,该矿床闪锌矿中Ge替代方式与Cu、Ag等元素关系不大,而是直接替代Zn(Ge(4+)■2Zn~(2+)或Ge~(2+)■Zn~(2+))。另外,乌斯河矿床同一闪锌矿颗粒不同部位(如扇形分区和振荡环带) Ge含量变化显著,暗示Ge的超常富集很可能受闪锌矿的沉淀速率和结晶过程控制,而Sp1与Sp2中Ge含量的明显差异,则很可能与成矿流体演化过程流体成分和成矿物理化学条件改变有关。因此,乌斯河大型锗铅锌矿床锗的超常富集是流体成分、物化条件、沉淀速率和结晶过程等多要素耦合作用特殊地球化学过程的结果,并受到矿物和矿床等不同尺度苛刻成矿条件的影响。     

贵州贵定竹林沟锌矿床发现锗超常富集

正1研究目的(Objective)锗(Ge)是一种典型的稀散元素,其地壳丰度为1.5×10~(-6),主要富集在煤和铅锌矿床中。统计结果显示,闪锌矿是铅锌矿床中Ge的主要载体矿物,但不同类型铅锌矿床闪锌矿中Ge的含量存在差异。除热液脉型和浅成热液型铅锌矿床闪锌矿中Ge的含量较高(可达2500×10~(-6))外,其他主要类型(如喷流沉积型,SEDEX;火山块状硫化物型,VMS;密西西比河谷型,MVT,等)铅锌矿床闪锌矿中Ge的平均含量通常300×10~(-6)。本次发现贵州贵定竹林沟锌矿床闪锌矿中Ge的显著超常富集现象,现报道如下。     

红枫湖碳同位素变化指示的湖泊碳循环过程

碳同位素是示踪湖泊碳循环最有力的工具,其所有的生物地球化学过程只要碳的流动发生分异,并有同位素分馏效应,都可以利用同位素变化进行示踪.反过来,湖泊碳同位素与碳循环的相互关系研究也可以进一步提高对湖泊碳同位素的认识,揭示碳同位素变化指示的地球化学意义.     

碲的地球化学与碲资源研究现状

碲是战略性关键矿产。碲独特的地球化学性质，使碲元素及其同位素有望为多种地球化学和宇宙化学过程提供重要信息。本文综述了碲的物理和化学性质、碲矿物学、各储库碲含量、陆地和海洋碲资源以及碲同位素地球化学等方面的研究现状。地壳中碲丰度很低，但碲矿物数量多，主要为自然碲、碲化物、碲硫(硒)化物、碲氧化物和含氧盐。碲在大洋结核和结壳、陆地富碲矿床及富有机质沉积物中含量较高。浅成低温热液矿床、造山型金矿、火山成因块状硫化物矿床等热液成因矿床和岩浆铜镍铂族硫化物矿床是重要的陆地富碲矿床类型。大洋结核和结壳中的碲达到了碲矿床的富集程度，且蕴含的碲资源量远超过陆地碲资源量。与球粒陨石相比，地球物质也存在显著的碲同位素分馏，碲同位素地球化学在陆地和海洋碲资源研究中已得到初步应用。     

非传统稳定同位素锗的测试进展及其地质应用

Ge具有亲硫、亲铁、亲石和亲有机质的特性,被广泛应用于矿床学、环境科学等学科。然而,由于测试技术和手段的限制,Ge同位素在地球科学中的应用还很有限,但已显示出较好的应用潜力。本文在综合前人研究成果的基础上,结合笔者最新的研究工作,对Ge同位素的测试技术和手段等方面做了较全面的总结,内容包括Ge同位素化学前处理方法的研究进展、Ge同位素测试过程中仪器产生的质量歧视的校正方法。同时,亦对自然界样品中Ge同位素的组成、Ge同位素分馏机制及应用等方面做了评述。     

Ga同位素平衡分馏系数的理论计算

<正>镓(Ga)原子序数为31,位于周期表中第四周期、第三主族,是一种典型的两性(酸性和碱性)金属,与其同族元素铝(Al)和铟(In)以及同周期相邻元素锌(Zn)和锗(Ge)具有非常相似的化学和物理性质。镓有两种稳定同位素:69Ga和71Ga,丰度分别为60.16和39.84%。Ga的两种稳定同位素丰度都比较大,分析容易。但是,截至目前为止有关Ga同位素的地球化学研究很少。我们文     

地幔和大洋玄武岩的钒同位素研究

钒(Ⅴ)是一个变价元素,其赋存状态和地球化学性质对环境的氧化还原条件非常敏感,因此Ⅴ同位素可以作为一个新的地球化学示踪剂来制约高温地质过程氧化还原条件的变化。随着多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)的发展,Ⅴ同位素的分析精度不断提高,高温地质过程的Ⅴ同位素分馏能够被分辨出来,使得Ⅴ同位素的高温地球化学研究得以开展。本文对地幔和大洋玄武岩的Ⅴ同位素组成进行了总结,综述了Ⅴ同位素在蚀变过程、部分熔融和分离结晶重要地质过程的分馏行为,对比了硅酸盐全地球与陨石之间Ⅴ同位素组成的差异,并探讨了高温Ⅴ同位素地球化学未来的发展方向。     

锡同位素研究进展及其在矿床学中的应用展望

锡同位素是一种新兴的非传统稳定同位素,其在考古学及天体化学中的运用显示出非常大的示踪潜力和价值,然而目前其在地质学(尤其是矿床学)中的研究和应用前景缺乏系统介绍.本文总结分析了世界上目前所发表的主要天然及人工样品的锡同位素数据,发现天然样品中锡同位素组成有较大差异,其中玻璃陨石最富重锡(其δ122/118 Sn值可达2.53‰),而黝锡矿(黄锡矿)最富轻锡(其δ120/116Sn值可达-1.71‰).其中,含锡矿物(如锡石和黝锡矿)中的锡同位素组成变化范围要远远大于全岩样品.地幔及地壳来源的不同岩性或地质体的全岩锡同位素组成有明显差别;锡同位素在一定条件下可以发生分馏,且分馏程度可能远远大于锡同位素的初始值差异.锡石锡同位素对成矿环境非常敏感,其形成时的流体成分、化学反应速率以及物化条件(如温度、盐度、氧逸度、pH值等)等因素均能影响其锡同位素的组成.深部流体(如岩浆来源)结晶的锡石富重锡,而浅部流体(如地层流体)的加入将使锡石富轻锡,因此锡石的锡同位素具有判别不同矿床成因类型的潜力.展望未来,锡同位素的研究有望在以下三方面取得突破:①各地球圈层锡同位素储库数据的精确测定;②矿物原位微区锡同位素的准确快速分析;③热液矿床锡同位素分馏机制的建立.聚焦岩浆-热液演化过程中含锡矿物的锡同位素组成变化,有望揭示含锡流体性质及物化环境,从成矿流体来源、演化、沉淀等角度探讨成矿过程中锡同位素分馏的控制因素及其示踪机制,建立复杂锡成矿系统中的锡同位素演化模型.系统的锡同位素研究可为深入认识多类型锡矿化的"源"、"运""储"过程提供新的思路,为判别有争议锡矿床的成因类型及成矿物质来源提供关键的锡同位素证据,进而为研究大规模锡多金属成矿作用提供全新的视角,具有重要的理论价值及现实意义.     

铜同位素地球化学及研究新进展

多接收杯电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)的应用极大地提高了铜(Cu)同位素的分析精度和效率,推进了铜同位素地球化学的发展和应用。文中对Cu同位素地球化学进行了全面的综述,并更新了铜同位素研究的最新进展及其在地质与环境过程中的应用。自然界中铜同位素(δ65Cu)的变化范围可达20‰以上,高温下铜同位素分馏较小,而在低温条件下,铜同位素能产生巨大的同位素分馏,其主要取决于低温下铜的氧化还原反应。作为最重要的金属成矿元素之一、重要的重金属元素和重要的挥发性元素,铜同位素在矿床地球化学、环境地球化学和天体化学领域均显示了巨大的应用潜力。     

汞同位素地球化学概述

汞同位素是一个新兴的地球化学示踪手段。过去十多年来,随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得了引人注目的进展,主要体现在如下两个方面。(1)实验及理论地球化学研究表明,汞生物地球化学循环的一系列过程都能导致显著的汞同位素质量分馏。此外,汞还是自然界少数存在同位素非质量分馏的金属元素之一。汞同位素非质量分馏对识别某些特殊地球化学过程(如光还原作用、挥发作用等)具有重要指示意义。(2)自然样品的汞同位素测试表明,自然界汞同位素组成(δ202 Hg和Δ199 Hg)变化可达10‰。目前,汞同位素地球化学已被应用于汞污染源示踪、汞生物地球化学过程判别等领域,并有望在不久的将来在汞的大气化学、生物地球化学等领域得到更为广泛的应用。     

钼同位素地球化学研究进展及其在成矿作用研究中的应用潜力

近年来,随着多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)的广泛应用和测试精度的不断提高,非传统稳定同位素成为同位素地球化学最前沿和最活跃的研究领域。其中钼同位素作为非传统稳定同位素发展较为成熟的方向之一,已经逐步应用到地球科学、生命科学、环境科学等各个重要领域,并取得了长足的发展。本文对近些年国内外所取得的钼同位素研究成果进行了系统整理、总结,并对钼同位素的应用潜力进行了概括性的综述,主要包括钼元素及其同位素的地球化学特征、钼同位素分析测试技术、钼同位素的分馏机制、不同地球化学储库的钼同位素组成、成矿作用过程中钼同位素组成的变化特征及其在矿床中的应用。以期让更多人了解钼同位素这一非传统稳定同位素的最新研究进展,进一步探索成矿作用过程中钼同位素的组成特征、分馏机制和影响因素等,并有效推动钼同位素地球化学在成矿作用研究方面的应用。     

Li同位素在矿床学中的应用:现状与展望

矿床的形成受制于多种复杂的地质作用,包括全球尺度的板块构造运动、岩浆活动、变质沉积改造等过程,并普遍伴随热液活动、流体迁移、水-岩相互作用、元素分异及同位素分馏等一系列局部区域地质和地球化学过程.在过去的矿床学研究中,地球化学方法主要围绕在主、微量元素和传统的稳定同位素等手段,解决了很多矿床成因问题.但仍存在不少的多解和难解问题,比如许多矿床在矿化类型、蚀变分带与金属矿物组合方面具有诸多相似之处,常规地球化学指标难以区分.随着测试精度的提高和自然储库组成的完善,Li同位素近些年来已成为新兴的稳定同位素体系.Li同位素在自然界过程中高达80‰的同位素分馏使其具有更好的辨识能力,同时兼有直接和间接指示作用,有潜力成为研究各种复杂成矿过程的良好示踪剂.本文总结了近年来有关矿床学中Li同位素的研究和应用进展,以俯冲带成矿为主,阐述了斑岩型-热液矿床、伟晶岩型矿床和沉积矿床等类型矿床的Li同位素地球化学特征,并探究新的Li同位素方法在矿床中的应用前景.基于Li同位素体系在各类矿床的应用实例,我们认为Li同位素体系将为矿床学研究提供更多的指示信息和依据.      

铊同位素分析技术及其在地学中的应用

应用多接收电感耦合等离子质谱(MC-ICP-MS)等分析技术进行铊(Tl)同位素分析已成为非传统稳定同位素地球化学研究的重要内容之一.对近年来Tl同位素的实验测试方法及其地质应用的有关研究进展做了详细论述,包括Tl的地球化学行为、Tl同位素分析测试技术、同位素分馏机理、在各地质储库中的组成特征以及Tl同位素的地质应用等多个方面.这些研究表明该分析技术为行星科学、古海洋学、地幔地球化学、岩石成因以及矿床学等领域的研究提供了其他同位素分析方法难以获得的重要信息,充分展示了该分析技术在地球科学和环境科学领域的应用前景.      

锂同位素在伟晶岩矿床成因研究中的应用

稀有金属矿产对现代工业和科技的发展极其重要,伟晶岩矿床作为稀有金属的主要来源,其成因与成矿作用有待深入研究,普遍争论的成因模式包括:花岗岩结晶分异、地壳部分熔融以及岩浆液态不混溶。研究表明地壳深熔过程中锂同位素不发生有意义的分馏,因此在解决花岗岩和伟晶岩的岩浆源区性质方面提供了强有力的证据。文章主要从花岗伟晶岩的成因、锂同位素分馏机制以及锂同位素在伟晶岩矿床中的应用三个方面系统综述了国内外近年来取得的一些研究进展。国内外学者以锂同位素分馏机制详细论述了花岗伟晶岩的Li同位素组成,认为伟晶岩矿床的成因主要为花岗岩结晶分异或地壳部分熔融。但是锂同位素应用于伟晶岩矿床成因方面的研究还不够成熟,需要开展更多的工作。