云母族矿物的氧同位素分馏

利用增量方法对云母族矿物的氧同位素分馏进行了系统的理论计算。结果表明，不同化学成分和结构状态的云母之间存在一定的氧同位素分馏，其１８Ｏ富集顺序在热力学同位素平衡时为：多硅白云母＞钠云母＞锂云母＞白云母＝珍珠云母＞海绿石＞铁云母＞金云母＞黑云母。在４００℃以上的高温条件下，云母－水体系的氧同位素分馏与温度之间的相关性不明显，并且云母相对于水亏损１８Ｏ达１‰－２．５‰。石英－云母体系的氧同位素分馏与温度之间具有显著的负相关性，因此，能够作为灵敏的同位素地质温度计。不过，石英－黑云母对的氧同位素地质测温往往给出岩石冷却过程中的退化再平衡温度，而不是岩石形成温度。     

石英-钨铁矿氧同位素地质温度计及其地质应用研究

通过实验研究,得出了在350—550℃范围内钨铁矿-水的氧同位素分馏的温度关系。结合已有的石英-水氧同位素分馏方程,求出了石英-钨铁矿氧同位素分馏方程。采用Bigeleison-Mayer函数法,计算了石英-钨铁矿氧同位素分馏的温度关系。得出的结果与上述实验结果很一致。最后作者将得到的校准方程用于5个世界知名的钨矿床,结果表明,用石英-钨铁矿对氧同位素分馏算出的温度范围与其它测温结果十分相近。     

碳酸钙-水体系氧同位素平衡及稳态分馏的低温实验研究

采用“一步”和“两步”的直接沉淀法和附晶生长法在 5 0℃和 70℃分别合成碳钡矿和文石 ,测定不同条件下合成矿物与水之间的氧同位素分馏 ,结果显示 ,文石—水体系氧同位素分馏机理分两步 :(1) [CO3 ]2 - 与H2 O的氧同位素交换和平衡 ,此过程是文石 水氧同位素平衡的决速率步骤 ;(2 )与H2 O平衡以后的 [CO3 ]2 - 与Ca2 +]结合生成文石 ,此过程体现矿物形成过程中氧同位素分馏的结构效应。在此基础上 ,采用缓慢沉淀法和“两步”的附晶生长法获得了 0～ 70℃的文石 水体系氧同位素平衡分馏方程。采用“一步”和“两步”的附晶生长法在 5 0℃和 70℃合成文石 ,文石在溶液中经同质多象转变成次生方解石 ;结合文献数据 ,获得 0～ 70℃范围内的方解石 水体系稳态氧同位素分馏方程。     

石英一水一盐体系氧同位素分馏作用

温度为180—550℃,盐度(wt.％)分别为0、5、25和40条件下,在高压釜内完成了由硅胶合成石英的氧同位素分馏作用实验研究,目的是了解:①盐同位素效应;②△t值对同位素分馏的影响;③温度与同位素分馏系数的关系。研究资料表明:低温条件下矿物和纯水之间同位素平衡作用不可能发生;影响含氧矿物(初)之间氧同位素平衡速率的因素包括盐度、△t值大小和温度等;我们的研究还表明,盐度对同位素分馏作用同系数无影响,即不存在所谓的“同位素盐效应”。在180—550℃温度范围内,不同盐度条件下获得的石英-水氧同位素分馏实验方程为:10001nα_(石英-水)=3.306×10~5T~(-2)—2.71。     

文石-水体系氧同位素分馏系数的低温实验研究

采用缓慢分解法和“两步法”的附晶生长法,在低温(0℃～70℃)下实验合成纯文石型碳酸 钙矿物,以XRD和SEM技术对合成矿物的相组成和形貌进行了鉴定。将XRD与SEM及氧同位素分 析技术相结合,研究了文石的生成速率与氧同位素分馏之间关系。对0℃、25℃和50℃条件 下采用缓慢分解法合成的文石进行SEM观察发现,随着温度升高,矿物生成速率加快,氧同 位素分馏逐渐趋于不平衡,导致50℃条件下获得的文石-水体系氧同位素分馏是一种不平衡 分馏,而0℃和25℃条件下获得的低值代表平衡分馏。将0℃和25℃以下采用缓慢分解法获得 的文石-水体系分馏低值与采用“两步法”的附晶生长法在50℃和70℃条件下获得的文石- 水体系平衡分馏数据相结合,得到0℃～70℃范围内文石-水体系氧同位素平衡分馏方程为 ：103lnα=20.41×103T－41.42。这个实验结果不仅与增量方法理论计算结 果一致,而且与前人低温实验获得的文石或文石与方解石混合相碳酸钙-水体系,以及生物 成因文石-水体系的氧同位素分馏结果相近。这是首次根据实验确定的无机成因文石-水体 系热力学平衡氧同位素分馏系数,因此对于无机成因文石在古沉积环境和古气候研究中的应 用具有重要参考价值。     

水镁石—水体系氧同位素分馏系数的低温实验研究

在15—120℃的低温范围内分别应用氮化镁法、氯化镁法和氧化镁法3种化学合成方法,对水镁石-水体系氧同位素分馏系数进行了实验测定。所有合成样品的晶体结构均由XRD测定,其形貌特征则由SEM确定。应用3种不同合成方法得到了一致的水镁石—水体系氧同位素分馏系数,证明同位素平衡分馏已经达到。在实验温度范围内,水镁石—水体系氧同位素分馏系数主要决定于温度,而溶液的酸碱度、化学组分和陈化时间的影响不明显。由实验数据得到的氧同位素分馏曲线方程为:10~3Inα=1.59×10~6/T~2-14.10(r=0.9921)。结合前人对三水铝石—水体系和针铁矿—水体系氧同位素分馏系数的低温实验测定,可以得到氢氧化物中金属M—OH键的~(18)O富集顺序:Al~(3+)-OH>Fe~(3+)-OH>Mg~(2+)-OH。应用化学合成方法实验测定低温条件下水镁石—水体系氧同位素分馏系数,不仅克服了同位素交换反应实验的一些缺陷(如交换速率缓慢、仪器设备复杂昂贵等),而且可以应用不同的化学合成反应机理来检验同位素平衡是否达到,这为研究低温地球化学过程作用提供了有价值的基本参数。     

分子内同位素效应和与这种化合物同位素交换的动力学模式

矿物和化合物内不等价结构位置上的同位素取代,造成了分子内同位素效应,即分子内同位素的分馏效应。例如云母类矿物,至少—OH和Si—O—Al中氧所处结构位置不同,会产生明显的氧同位素分馏。     

赤铁矿—水体系氧同位素分馏的实验研究

本文分别以3种不同的可溶性三价铁盐作为Fe~(3+)源物质的强迫水解法和以针铁矿和四方纤铁矿为起始物质的溶液转化法,在90～315℃范围内合成赤铁矿,测定了赤铁矿与水之间的氧同位素分馏。矿物合成实验和氧同位素分析结果显示,在90～225℃范围内,实验获得的赤铁矿与水之间氧同位素分馏为亚稳态分馏,并且不同合成实验方法得到不同的分馏关系,前者相对于后者富集(18)O约为2‰,即:10~31nα_(赤铁矿-水)=1.17±0.02×10~6/T~2-9.14±0.20(强迫水解法);10~31nα_(赤铁矿-水)=1.46±0.18×10~6/T~2-14.52±0.03(溶液转化法)。但温度在315℃以下,无论强迫水解法还是溶液转化法,在实验误差范围内实验测定的分馏值几乎不可区分,并且与增量方法的理论预测相近,表明该温度下获得的赤铁矿与水之间氧同位素分馏代表了赤铁矿-水体系氧同位素平衡分馏。此外,两种不同方法获得了不同的分馏关系,显示低温下赤铁矿-水体系氧同位素分馏不仅依赖于赤铁矿形成的温度,而且取决于赤铁矿的成因机制,因此对应于不同形成环境下的动力学亚稳态平衡,这对解释低温环境中赤铁矿的氧同位素数据具有重要意义。     

碳酸钙-水体系氧同位素分馏系数的低温实验研究

碳酸钙是古气候和沉积岩稳定同位素地球化学研究中最常用的矿物 ,因此对碳酸钙水体系氧同位素分馏系数的实验校准已成为稳定同位素地球化学诞生以来的热点和前沿课题。但由于碳酸钙在自然界存在 3种同质多象变体 (方解石、文石和六方方解石 ) ,使人们对碳酸钙矿物与水之间氧同位素分馏系数的实验测定结果存在较大差别 ,当应用到同位素地质测温时 ,会给出显著不同的温度值。正确选用合理的方解石水或文石水体系分馏曲线 ,对低温和环境地球化学研究和应用具有重要价值。文章系统总结和评述了碳酸钙水体系氧同位素分馏系数实验校准的历史、方法和结果 ,对前人在表达方式上的不一致进行了统一 ,对氧同位素分馏的盐效应、动力氧同位素分馏效应和同质多象转变过程中的氧同位素继承性进行了讨论。通过对前人大量实验数据的系统处理并与理论计算相比较 ,推荐了热力学上平衡的方解石水体系氧同位素分馏方程 ,而对于文石水体系 ,理论计算结果尚有待于实验证实。     

石英-水体系氧同位素平衡再研究——盐同位素效应及其它

<正> 在地壳的岩石和矿石中,由于石英是最普遍的和最主要的矿物,而且其形成温度和压力范围最宽,因而石英在氧同位素地球化学中最为重要。由于石英-黑钨矿/锡石/磁铁矿的氧同位素分馏系数最大,所以它是最灵敏的地质温度计之一。正由于这个原因,石英-氧同位素平衡分馏曲线和方程式的研究,也就成为稳定同位素地球化学方面最有意义的课题之一。     

二氧化钛—水体系氧同位素分馏系数的实验研究

对ＴｉＯ２的两种常见同质多像变体金红石和锐钛矿与水之间的氧同位素分馏系数的实验研究进行了系统的总结和评述。水热晶化法和水热氧化法以及低温水解法获得的实验金红石－水体系分馏系数与增量方法理论计算结果相一致。低温水解法获得的够太矿－水体系分馏可能是一种不平衡分馏,其分馏系数的大小决定于锐钛矿的形成机制。同时,低温水解实验还揭示,在低温矿物形成和同质多像转变过程中可能存在氧同位素继承性,这对解释低温环境     

利用氧键计算兰晶石、十字石等矿物的氧同位素分馏方程

矿物的同位素分馏方程是同位素地球化学研究的重要基础。因此,人们对分馏方程的研究一直十分重视。但是,许多常见的矿物至今还没有有效的氧同位素分馏方程。这与有些矿物不但很难用实验方法测定其分馏方程,而且很难用热力学方程进行有效的理论计算有关。     

非氢键羟基矿物H同位素平衡分馏议程通式

本文对H同位素平衡分馏系数（αe）与温度（T）、矿物化学组成（M）、羟基振动频率（f）之间的关系作了详细研究，并得出非氢键羟基矿物在450-850℃温度范围内，H同位素平衡分馏方程通式。     

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     

花岗岩主要造岩矿物间硼同位素分馏的初步研究

本文报道了南岭地区两个花岗岩(大东山和千里山)的全岩以及主要造岩矿物(黑云母、斜长石和石英)的硼含量和硼同位素组成。结果显示,黑云母含有最高的硼含量,斜长石次之,石英中的硼含量则非常低。花岗岩中的硼可能主要以晶格替换方式赋存在黑云母和斜长石中,而石英中的微量硼则来自其包裹的流体包裹体。同时,黑云母具有最低的硼同位素组成,斜长石次之,而石英则具有最高的硼同位素组成。本次研究首次发现花岗岩中的主要造岩矿物间存在着较大的硼同位素分馏:大东山花岗岩中黑云母与斜长石之间存在着-9.3‰的分馏,黑云母与石英之间存在-9.9‰的分馏;千里山花岗岩中黑云母与斜长石之间存在着-6.6‰的分馏,黑云母与石英之间存在着-10.2‰的硼同位素分馏。结合镜下观察和氧同位素研究发现,造成不同矿物间这一大的硼同位素分馏的原因很可能是岩浆后期的热液蚀变作用。综合以往所发表的研究数据,得到含四次配位硼为主的硅酸盐矿物与中酸性热液流体之间的硼同位素分馏方程:1000lnα硅酸盐-流体=-11.19×(103/T[K])+5.09,该分馏是由于硼的四次配位和三次配位之间的转换引起的。     

针铁矿-四方纤铁矿-水体系氧同位素分馏的实验研究

针铁矿是非常重要的三价铁氧化物之一,其氧同位素组成对于古环境再造具有很大的价值。以4种不同的铁化合物作为Fe3+离子的源物质,于30～120℃范围内,采用强迫水解方法,在不同同位素组成的水中分别实验合成针铁矿和四方纤铁矿。结果表明,以Fe(NO3)3·9H2O、NH4Fe(SO4)2·12H2O、Fe(SO4)3·7H2O为Fe3+源物质合成的是纯针铁矿,而以FeCl3·6H2O为Fe3+源物质合成的是四方纤铁矿。氧同位素分析显示,在30～120℃范围内实验测定的针铁矿-水体系和四方纤铁矿-水体系氧同位素分馏几乎不可区分,并且满足下列分馏关系:103lnα针铁矿-水=9.59×103/T-26.39103lnα四方纤铁矿-水=8.85×103/T-24.44实验测定的针铁矿-水体系氧同位素分馏不仅与前人实验结果一致,而且与增量方法理论计算相近。由于实验采用不同反应途径得到了一致的分馏结果,因此所测定的针铁矿-水体系氧同位素分馏代表了热力学平衡。     

安徽女山橄榄岩包体的氧同位素比值和微量元素组成：地幔交代作用

本文的研究对象是9个来自安徽女山新生代玄武岩的橄榄岩包体,利用激光氟化技术系统分析了橄榄石、单斜辉石和斜方辉石的氧同位素比值;利用LA-ICPMS技术分析了单斜辉石的微量元素组成。结果显示,女山橄榄岩存在辉石与橄榄石之间的氧同位素不平衡分馏现象,其中△Cpx-Ol18O(=δ18OCpx-δ18OOl)出现低至-0．5‰的负值;含角闪石包体中的单斜辉石明显富集大离子亲石元素(LILE,如Sr、Th、LREE)和亏损高场强元素(HFSE,如Nb、Zr、Ti)。氧同位素的数据表明,女山上地幔曾经经历过俯冲洋壳流体参与的交代作用,根据单斜辉石和橄榄石之间氧同位素分馏值△Cpx-Ol18O与包体形成深度之间的负相关性,提出了一个“上升 缓冲”的流体交代模型。虽然微量元素特征也表明女山上地幔受到过地壳流体的影响,但是氧同位素的不平衡分馏和LILE的富集／HFSE的亏损并不是同步的,对这种现象的可能解释是:引起氧同位素不平衡分馏的交代作用和造成女山单斜辉石微量元素特征的交代作用不是同一期的,即女山上地幔曾经发生过至少2次交代事件。     

硫酸盐中三氧同位素研究进展

氧同位素组成是一个非常有效的示踪硫酸盐的起源和形成环境的工具.过去主要针对硫酸盐中的氧同位素δ(18O)的研究,近年来,随着硫酸盐中氧同位素质量不相关分馏现象的陆续发现,其δ(17O)的研究成为热点与前沿.在综述了硫酸盐三氧同位素测试技术的研究现状及进展情况后,重点介绍了从硫酸盐中直接提取O2供质谱计同时测定δ(17O)与δ(18O)值的CO2-激光氟化法;同时介绍了硫酸盐中氧同位素异常[Δ(17O)]的研究历程,探讨了硫酸盐中氧同位素质量不相关分馏的机理及三氧同位素的应用前景,展望了今后的研究趋势.     

角闪石族矿物的氧同位素分馏

利用增量方法和同位素交换技术,对角闪石族矿物的氧同位素分馏进行了理论计算和实验测定。理论结果表明,不同化学成分的角闪石之间存在一定的氧同位素分馏,其13O富集顺序为:钠闪石>蓝闪石>铁闪石>阳起石=镁铁门石≥直闪石≥透闪石>普通角闪石>铝直闪石>韭闪石。高温条件下(>500℃),角闪石相对于水亏损¹⁸O达1‰至3‰。实验进行在有少量流体存在的条件下,温度为520℃至680℃。所确定的方解石-透闪石氧同位素分馏系数与理论计算值在误差范围内完全一致。理论和实验确定的石英-透闪石分馏曲线均显着低于已知的经验校准曲线,反映了变质岩中含角闪石矿物集合体内部的退化同位素再平衡。     

碳酸钙同质多象转变过程中氧同位素分馏的实验研究

本文通过“一步法”和“两步法”的“附晶生长法”分别合成了碳酸钙矿物，对其进行了同质多象转变过程中的氧同位素分馏行为的研究。同时通过真空条件下的同质多象转变实验，对文石和方解石的酸分馏系数的差异进行了实验验证。结果发现：①在50℃和70℃下，如果文石与水之间的氧同位素分馏未达到平衡，由母体文石经过同质多象转变生成的次生方解石完全继承的母体矿物的氧同位素组成。如果文石与水之间的氧同位素分馏达到平衡，由互过同质多象转变生成的次生方解石部分继承母体文石的氧同位素组成，并且次生方解石相对于母体文石富集^18O。②在0℃和25℃下，“一步法”的“附晶生长法”的实验结果表明，由六方方解石经过同质多象转变生成的次生方解石也完全继承母体矿物的氧同位素组成，并且在该温度下，矿物与水之间的氧同位素分馏与温度无关。