共生矿物对的同位素地质温度测定

测定岩石和矿石形成温度的方法很多,如包裹体测温、矿物标型特征测温、微量元素分配测温等。同位素地质测温,虽早在四、五十年代就有人建议应用,但真正发展起来还是在近期,特别是有了氧、硫、碳和氢同位素测定工作之后,引起了人们极大的重视,许多学者反复作了大量的实验和理论研究,使方法发展很快。同位素地质温度计测定的是同位素停止交换时的温度,所谓同位素交换是一种等体积的置换,不会引起晶体结构本身发生变化,所以同位素测温法不会受压力变化的影响,这也正是该法的优点。一般说来,用于同位素地质温度计的共生矿物对必需具备如下条件。     

碳酸盐矿物激光原位U-Pb定年基本原理、分析方法与地学应用

碳酸盐矿物作为地壳中沉积作用与流体活动的直接产物,记录了沉积、热事件的全过程,是进行同位素年代学研究的理想矿物。碳酸盐矿物传统的U系列定年法、同位素稀释法定年体系成功率低,耗时长,导致定年难度大,限制了碳酸盐矿物地质年代学的发展。近年来,碳酸盐矿物激光原位U-Pb定年技术取得重要进展,使低U碳酸盐矿物地质年代的精确测定成为了可能。碳酸盐矿物LA-ICP-MS U-Pb年代学具有空间分辨率高、耗时短等显著优势,被广泛应用于地学研究中。文章归纳总结了碳酸盐矿物同位素定年体系的基本原理及分析方法,回顾了近5年碳酸盐矿物LA-ICP-MS U-Pb年代学应用的研究进展,重点论述该方法在确定脆性变形时代、岩石破裂以及盆地流体流动时限、碳酸盐地层的成岩时代和成矿热液活动时限4个方面的应用,并梳理了该方法尝试解决的科学问题和取得的新认识。碳酸盐矿物定年方法的发展和应用,增强了人们对地壳变形和演化的理解,解决了部分迄今为止难以确定的地质体历史演化问题,为未来地质年代学的研究提供了新思路,在地球科学研究中具有重要潜力。     

不同地质储库中的镁同位素组成及碳酸盐矿物形成过程中的镁同位素分馏控制因素

镁同位素在低温地球化学过程中显著的分馏效应,是其示踪地球表生环境演化及物质循环的基础。本文在前人研究的基础上,对地球上不同地质储库中的镁同位素组成及碳酸盐矿物形成过程中的镁同位素分馏控制因素进行了总结:火成岩的镁同位素组成较均一;风化产物总体富集重的镁同位素,且变化较大;碳酸盐岩中灰岩相对白云岩富集轻的镁同位素,但总体上富集轻的镁同位素;岩石类型、风化强度以及植被等因素对河流地表水的镁同位素组成影响较大,导致地表水的镁同位素组成总体变化较大;海水的镁同位素组成均一,平均值约为-0.83‰;低温条件下,控制碳酸盐矿物无机成因过程中镁同位素分馏的因素有矿物相、沉淀速率和温度,其中矿物相是主要控制因素;生物成因碳酸盐矿物镁同位素组成与生物体对含镁碳酸盐矿物的利用形式有关,除了需考虑与无机碳酸盐沉淀类似的控制因素外,还需考虑不同物种对轻、重镁同位素的选择性吸收能力;因生物成因海相碳酸盐矿物几乎都是由最初的无定形相碳酸盐转变而来,故生物成因海相碳酸盐矿物的镁同位素特征不能代表生成无定形相碳酸盐的流体的镁同位素特征。镁同位素在低温条件下具有良好的分馏效应,随着分析测试技术的发展及不同地质储库中镁同位素组成数据的积累和完善,有关表生环境中镁同位素分馏机制的许多问题将逐步得到解决,镁同位素在揭示地球表生环境演化及物质循环方面将发挥更大的作用。     

大别山双河超高压变质矿物O同位素平衡及其对Sm-Nd和Rb-Sr等时线年龄有效性的制约

对于变质岩 Sm-Nd 和 Rh-Sr 同位素年代学来说,其中一个重要问题是等时线矿物之间在一特定的变质事件过程中是否达到并在随后保持同位素平衡。矿物 O 同位素地质测温也是如此。由于许多情况下 Nd、Sr 和 O 在变质矿物中的扩散速率具有可比性,变质矿物之间 O 同位素平衡状况能够为矿物 Sm-Nd 和 Rb-Sr 内部等时线定年结果的有效性提供制约。为了验证其适用性,本文对大别造山带双河超高压榴辉岩和片麻岩 Sm-Nd 和 Rh-Sr 等时线矿物进行了 O 同位素地质测温。尽管Sm-Nd 等时线给出一致的三叠纪年龄(213～238Ma),同一样品 Rb-Sr 等时线却给出侏罗纪年龄(171～174Ma)。片麻岩、榴辉岩和榴闪岩矿物对 O 同位素测温得到600～720℃和420～550℃两组温度,分别对应于约225±5Ma 榴辉岩相变质和约 175±5Ma 角闪岩相退变质条件下停止同位素扩散交换的温度。同一样品三叠纪 Sm-Nd 等时线年龄的保存、侏罗纪 Rh-Sr 等时线年龄的出现以及有规律的 O 同位素温度,表明在角闪岩相退变质过程中,Sr 和 O 在含水矿物(如黑云母和角闪石)中的扩散速率在手标本尺度上比石榴石 Nd 和多硅白云母 Sr 的扩散速率快。在退变质作用过程中,等时线矿物之间的初始同位素比值均一化速率主要受扩散速率慢的矿物控制,而矿物等时线时钟的启动主要受具有高母/子体比值的矿物控制。只有当高母/子体比值矿物具有快的放射成因同位素扩散速率时,才能够应用合理的矿物等时线确定变质再造的时间。     

稳定同位素地质测温的理论和方法

稳定同位素测温是现代地球化学中迅速发展的一个分支。近年来,对～18O/～16O、～34S/～32S、～13C/～12C和D/H同位素比值,在平衡固-液相和多种共生矿物对之间的分馏系数进行了实验测定和理论计算,制定出适用于各种地质条件的同位素温度计。同位素测温方法应用于地质科学,不但能提供各种成岩、成矿环境的温度数据,而且近年来已开始应用实测同位素分馏系数,探讨地质作用的平衡性质及其他物理化学条件指标。同其他地质测温技术相比,同位素测温法具有适用范围广和基本不受压力因素影响的特点。随着实验数据的积累和质谱分析技术的改进,同位素测温的精度不断提高,方法日趋完善。同位素测温已成为地质工作者手中又一有力工具。     

扩散作用与同位素地质温度计

大量的氧同位素地质温度测定结果表明,月球玄武岩和地球玄武岩的氧同位素平衡温度通常接近于用其他方法测定的固结温度。例如,阿波罗12,12021号样品的氧同位素平衡温度为1061℃,用其他测温方法获得的固结温度为1070℃(Biggar,1971)和1050℃(Green,1971)。六个夏威夷玄武岩样品的氧同位素平衡温度为1050℃,光学高     

安徽黄梅尖岩体热历史及其与成矿关系：同位素证据

本文根据全岩Ｒｂ－Ｓｔ，锆石Ｕ－Ｐｂ和角闪石、黑云毒、钾长石Ｋ－Ａｒ同位素年龄综合测定结果，再造了安庆－庐江石英正长岩带中黄梅尖岩体的冷却史。矿物对氧同位素地质测温结果证实，扩散作用是控制同位素体系封闭的主导因素。     

大别山双河超高压变质矿物Ｏ同位素平衡及其对Sm-Nd和Rb-Sr等时线年龄有效性的制约

对大别造山带双河超高压榴辉岩和片麻岩Sm-Nd和Rb-Sr等时线矿物进行了O同位素地质测温。尽管Sm-Nd等时线给出一致的三叠纪年龄(213~238 Ma)，同一样品Rb-Sr等时线却给出侏罗纪年龄(171~174 Ma)。片麻岩、榴辉岩和榴闪岩矿物对O同位素测温得到600~720℃和420~550℃两组温度，分别对应于约225±5 Ma榴辉岩相变质和约175±5 Ma角闪岩相退变质条件下停止同位素扩散交换的温度。同一样品三叠纪Sm-Nd等时线年龄的保存、侏罗纪Rb-Sr等时线年龄的出现以及有规律的O同位素温度，表明在角闪岩相退变质过程中，Sr和O在含水矿物（如黑云母和角闪石）中的扩散速率在手标本尺度上比石榴石Nd和多硅白云母Sr的扩散速率快。     

用矿物包裹体进行地质测温的方法

一、地质测温的重要意义地质测温法在发展地质科学和找矿勘探工作上均有重要意义。如密西西比河流域大型铅锌矿的成因长期争论不休,直至测定其闪锌矿形成温度为115℃—135℃后才肯定为低温热液矿床。不同成因的矿物和     

长积分双路进样(LIDI)方法及其在 Clumped同位素测量中的应用

<正>1前言最近几年,clumped同位素地球化学得到快速发展,在地球化学界受到较大关注(Eiler,2007;Eiler2011)。Clumped同位素主要研究同时含有多种重同位素的分子及其丰度变化(以Δ值表示),主要应用于单相测温。这类分子的天然丰度极低(如     

基于U-Pb同位素年龄和团簇同位素（Δ_(47)）温度约束的构造-埋藏史重建——以塔里木盆地阿克苏地区震旦系奇格布拉克组为例

构造-埋藏史恢复是成烃、成储和成藏史研究的重要内容。通过塔里木盆地震旦系奇格布拉克组露头和镜下多期次碳酸盐胶结物的识别和成岩序列的建立,碳酸盐矿物U-Pb同位素测年和团簇同位素(Δ47)测温2项技术的应用,取得2项成果认识:(1)建立了塔里木盆地奇格布拉克组基于同位素年龄和Δ47温度约束的构造-埋藏史曲线,解决了前人基于地质认识的构造-埋藏史曲线不确定性的问题;(2)基于同位素年龄和Δ47温度约束的构造-埋藏史曲线,建立了储层成岩作用-成岩环境-地球化学特征和演化图谱及定时定量的成岩-孔隙演化史曲线,为理解区域构造地质背景控制下孔隙改造事件、成孔效应提供了基础,并指出储集空间主要形成于沉积和早表生环境,埋藏环境通过胶结作用逐渐减孔。     

同位素地质年龄的几个问题讨论

同位素地质年龄是利用天然放射性同位素的衰变规律,测定矿物和岩石结晶后冷却到一定温度以下,才能保存衰变形成的子体温度的时间,而不是指矿物和岩石形成的结晶温度的时间。 我国目前已积累了8.000多个同位素年龄数据,这对我国地质学发展提供了宝贵资料。但不同矿物的同位素年龄数据本身就敏感地反映了各种地质体所涉及的后期地质作用,尤其是热作用。因此,有些年龄数据与野外观察结果不相符合,给同位素年龄数据的应用造成了一定的困难。 为了提高同位素年龄数据的可靠性,更有效的利用年龄数据,结合已有的国内外一些资料和我们     

北秦岭松树沟接触变质岩的氧同位素研究

对北秦岭松树沟阿尔卑斯型超镁铁岩体接触变质带的角闪岩和斜长角闪片岩进行了全岩和单矿物氧同位素组成测定。矿物对氧同位素地质测温结果得到，角闪岩为７４５℃～７７０℃，角闪片岩为５００℃～６０５℃，均与已知的岩石学温度计结果相吻合，指示了这些变质岩内部的氧同位素平衡。靠近超镁铁岩体的角闪岩受热触变质作用影响，导致了矿物之间的氧同位素再平衡；远离超镁铁岩的角闪片岩基本未受热触变质作用影响，因此氧同位素温度代表了秦岭群区域变质岩的形成温度。角闪岩和斜长角闪片岩全岩δ１８Ｏ值为８．５～１０．３，指示变质前原岩成分可能具有中基性火成岩特征     

大别山榴辉岩氢氧同位素组成及其地球动力学意义

碧溪岭榴辉岩石至少经历了５个阶段的变质作用，矿物对氧同位素地质测温结果与通过岩石学方法计算的温度吻合得非常好，表明碧溪岭榴辉岩体中大部分同位素体系接近或达到平衡，且退变质作用未明显破坏这种平衡，榴辉岩全岩δ＾１８Ｏ为３‰～５‰指示其母岩玄武岩曾与地表水在变质作用之前发生过一定程度的交换作用。     

祁连山冻土区天然气水合物伴生碳酸盐C、O同位素特征及其地质意义

伴生碳酸盐矿物在海底与天然气水合物伴生是一种普遍现象,但在陆上冻土区中报道较少。以近两年在祁连山冻土区发现天然气水合物伴生的碳酸盐矿物为研究对象,根据对含碳酸盐样品的显微镜观察及矿物分析,确定了伴生碳酸盐的矿物种属及赋存状态。按碳酸盐矿物组成及地质产状的不同,其赋存状态分成4种类型,即白色薄层状、烟灰色菱形晶簇状、深灰色薄壳状、微细浸染状。根据不同赋存形态碳酸盐的C、O同位素特征,认为烟灰色菱形晶簇状方解石或呈(云烟状)微晶方解石可能与天然气水合物分解有关。碳酸盐C、O同位素随深度变化特征表明在一定深度处可能存在着烃类物质的活动,即天然气水合物分解,导致碳酸盐的矿物生成。     

稳定同位素动力学及其地质意义

稳定同位素平衡分馏资料已广泛应用于地质研究中,对探讨成矿物质、成矿流体来源、矿床成因及成矿机理等起了重要作用。然而其应用的前提必须假设:(1)地质体系中共生矿物间及与介质流体间已达到同位素平衡;(2)矿物的形成温度作为终止同位素交换的封闭温度。但大量的资料表明,许多地质体中共生矿物间并非都达到了同位素平衡,矿物的形成温度并非就是同位素交换的封闭温度,这正是目前一些同位素资料互相矛盾,不能得到合理介释的原因所在。例如,同位素地温计与相平衡证据不符,共生矿物之间没有统一的同位素平衡关系,由共生矿物对计算的同位素温度不一致;同一矿物或共生矿物的氧、氧同位素组成之间及硫酸盐矿物中硫、氧同位素组成之间的不一致等等。这些都反映出仅用平衡分馏原理不能全面、合理地解释地质问题。地质过程是一个漫长而复杂的演化发展过程,许多矿     

稳定同位素地质温度计

H.Urey(1947)在其经典著作《同位素物质的热力学性质》中曾预言,轻元素的稳定同位素在化学性质上的微小差异将被用于地质测温。四十年过去了,稳定同位素地球化学作为一门比较年轻的科学得到了蓬勃发展,稳定同位素地质测温法也在地球科学的各个领域得到了广泛应用。本文拟在大量收集稳定同位素地球化学理论受其地质应用等方面资料的基础上,从热力学角度推导同位素分馏与温度的关系,扼要概述氧硫碳氢同位素地质温度计及其有关评述。     

团簇同位素的基本原理与地质应用

团簇同位素指的是含有2个及2个以上的重同位素结合在一起形成的同位素体。团簇同位素的数值定义为同位素体的相对丰度偏离随机分布状态的程度。测量该相对丰度较低的同位素体需要高精度的质谱仪,难点在于利用同位素组成已知的参考气体和不同同位素组成的加热气体,以获得绝对参考体系下的数值。团簇同位素体的相对丰度非常低,但是具有非常独特的物理和化学性质。比如碳酸盐矿物中~(13)C~(18)O~(16)O的丰度对温度具有敏感性,而与矿物的全岩同位素以及矿物形成时期的流体性质无关,因此可以利用测量的碳酸盐团簇同位素来获得矿物的生长温度,再利用矿物的氧同位素(δ~(18)O),根据传统的氧同位素温度计原理,可以进一步获得矿物的生长流体(水)的氧同位素。目前,团簇同位素温度计已经在古气候(温度)重建、古高度恢复、碳酸盐岩的成岩作用以及甲烷的成因分析等方面得到了广泛应用。评估深埋高温过程引起的C-O化学键重置对碳酸盐团簇同位素的影响、测试仪器产生对团簇同位素的非线性误差校正、以及其他丰度更低的团簇同位素体或大分子的团簇同位素的测量,是下一步的研究方向。     

团簇同位素的基本原理与地质应用*

团簇同位素指的是含有2个及2个以上的重同位素结合在一起形成的同位素体。团簇同位素的数值定义为同位素体的相对丰度偏离随机分布状态的程度。测量该相对丰度较低的同位素体需要高精度的质谱仪,难点在于利用同位素组成已知的参考气体和不同同位素组成的加热气体,以获得绝对参考体系下的数值。团簇同位素体的相对丰度非常低,但是具有非常独特的物理和化学性质。比如碳酸盐矿物中¹³C¹⁸O¹⁶O的丰度对温度具有敏感性,而与矿物的全岩同位素以及矿物形成时期的流体性质无关,因此可以利用测量的碳酸盐团簇同位素来获得矿物的生长温度,再利用矿物的氧同位素(δ¹⁸O),根据传统的氧同位素温度计原理,可以进一步获得矿物的生长流体(水)的氧同位素。目前,团簇同位素温度计已经在古气候(温度)重建、古高度恢复、碳酸盐岩的成岩作用以及甲烷的成因分析等方面得到了广泛应用。评估深埋高温过程引起的C-O化学键重置对碳酸盐团簇同位素的影响、测试仪器产生对团簇同位素的非线性误差校正、以及其他丰度更低的团簇同位素体或大分子的团簇同位素的测量,是下一步的研究方向。     

海相碳酸盐岩碳同位素地层学研究中存在的问题及建议——以二叠系研究为例

以二叠系碳同位素地层学研究为例,在有条件控制的实验模拟基础上发现：1）采集到的地质样品一般都是不同碳酸盐矿物的混合样品,这些不同碳酸盐矿物具有不同的碳氧同位素比值（δ13C和δ18O）;2）自然露头和采石场剖面样品的无机碳氧稳定同位素组成会在可预见的时间内发生足以影响研究结果的淋滤交代作用;3）利用地层中碳酸盐样品的δ...