石英—锡石—水体系氧同位素分馏作用实验研究

本文在400～500℃及250～370℃温度范围内,盐度为0～15wt%,压力约0.3～0.6kbar条件下,分别在水溶液中完成了由硅胶及非晶质SnO_2合成石英-锡石矿物对以及由非晶质SnO_2等合成的锡石与水之间氧同位素分馏的实验研究,获得了石英-锡石-水体系氧同位素分馏作用系数与温度的关系方程:1000lna_(石英-锡石)=3.11×10~6T~(-2)+1.63(400～500℃),1000lna_(石锡-水)=2.60×10~6T~(-2)-9.91(250～370℃±),1000lna_(锡石-水)=0.20×10~6T~(-2)-4.34(370±～500℃).     

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。     

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。     

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。     

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。     

闪锌矿-方铅矿硫同位素地质温度计的实验标定

本研究对闪锌矿一方铅矿硫同位素地质温度计进行了新的实验标定。选用的硫同位素分馏实验条件近似于天然热液系统的条件,实验温度由350℃到550℃。采用高精确度的SF6法进行硫同位素分析,分析精确度好于±0.1‰。得出的闪锌矿-方铅矿硫同位素分馏校准方程为1000lnα_(S_p)-G=0.74×10~6T~2+0.08。     

华南钨矿床黑钨矿的氧同位素研究

根据华南地区、横断山脉和秦岭地区30多个钨矿床，133个黑钨矿矿物氧同位素组成测定，结合其他同位素资料，将黑钨矿矿石的成因划分为：再平衡岩浆水、大气降水、变质水及混合水四种类型。前两者黑钨矿的δ^18O值分别为 5%左右和-1‰左右，而后两者则在前两者之间。根据共生石英和黑钨矿的δ^18O值，结合温度资料，获得石英-黑钨矿和黑钨矿-水的氧同位素分馏温度校正曲线及其相应方程式。     

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-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。     

北京密云沙厂环斑花岗岩杂岩体黑钨矿钐—钕同位素研究

鉴于缺少可直接用于同位素测年的金属矿物,许多钨矿床的成矿时代大多数是悬而未决的地质难题。本文以我国著名北京密云沙厂环斑花岗质杂岩体内产出的黑钨矿为研究对象,对钨矿床的形成年龄进行了测定,8件黑钨矿Sm-Nd同位素等时线年龄为1430±93Ma(2σ),Nd初始比值为0.510992±3(2σ)和ε_(Nd)(1430Ma)为-10.5±0.84(2σ),这是迄今在我国测定到的最老的钨矿床成矿年龄。通过对全国已有钨矿床同位素年龄数据的对比分析,并且结合它们的地质与地球化学特征,可以认为,我国最古老的钨矿床很可能形成于中元古代,而并非是古生代。另外,密云沙厂地区钨矿床的成矿作用与中元古代富矿碱性岩浆活动有关。     

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。     

魁北克奥卡杂岩中的方镁石-白云石-方解石碳酸岩及挥发分的计算

魁北克奥卡杂岩碳酸岩岩脉中的共结矿物组合:方解石-白云石-方镁石-磷灰石-镁橄榄石-镁铁尖晶石-辉锰矿,在假定气体饱和情况下,缓冲了C-O-H-S-F体系中各种气体的逸度 (或分压)。推断的共结点(640℃,100MPa),主要气体及其分压MPa如下:H_2O,88.2;CO_2,11;H_2,0.46;H_2S,0.27;CO,0.05;CH_4,0.01。氧逸度接近QFM缓冲剂,logf(O_2)=-18.6;而硫逸度接近QFM—磁黄铁矿缓冲剂,logf(S_2)=-0.59;氟逸度低,logf(F_2)=-43.9;这种结果与缺乏萤石而含有磷灰石的情况相一致。虽然曾发表的实验结果中未准确测定气体相组分,但富水气体相的存在与合成碳酸岩系实验结果相符。     

内蒙天皮山伟晶岩的碳、氢、氧稳定同位素组成及成因分析

本文着重对天皮山伟晶岩的氧、氢、碳同位素的组成和成因进行了研究。经测定,伟晶岩中石英的氧同位素值域为12—14.4‰;平均值为13.8‰;白云母的氧同位素值域为11.5—12.2‰,平均值为11.9‰。这些数值与其围岩的氧同位素值一致,表明伟晶岩导源于周围的变质岩。白云母的氢同位素值域为-30.3——59.4‰,平均值为-48.9‰;石英中流体包裹体中水的氢同位素值域为-32——73.4‰,平均值为-59.1‰。δ~(13)O_(H_2O)和δD_(H_2O)值域表明本区伟晶岩中的水主要来自岩浆水,少部分来自地表水。石英包裹体中的碳同位素值有-5.5‰和-19.6‰两组,重碳可能来自地壳深部的原生碳,轻碳可能来自围岩中的有机碳。     

Pb—Sn—Fe—Sb—S体系相关系

用抽空石英管法研究以Fe_(0·96) Sb_(2·04) S_(4·12)为投影顶点,8×(PbS-SnS-SnS_2)为投影平面的Pb-Sn-Fe-Sb-S体系的相图表明,由于Pb(?)Sn~(2+)之间互相取代,500℃时辉锑锡铅矿固溶体中Sn~(2+)变化范围(以单位分子式11个金属原子总数为计量)是0—4.8个原子,400℃时则为0—4.0个原子。同时,Sn~(4+)变化范围是1.3—2.3个原子和1.5—2.1个原子。圆柱锡矿固溶体变化范围较小。500℃时Sn~(2+)变化范围是0.4—1.8个原子,400℃时为0.5—1.7。Sn~(+4)变化范围则分别为3.2—4.2个原子和3.3—4.2个原子。变更Fe含量(0.81—1.09)及Sb含量(1.83—2.29)进行的几组合成实验表明,上述两个矿物中Fe、Sb含量变化范围很小,不超过±0.15个原子。辉锑锡铅矿固溶体可与方铅矿、块硫锑铅矿、针硫锑铅矿、硫锡铅矿、硫锡矿、圆柱锡矿等形成平衡结线。而圆柱锡矿不与方铅矿、硫锡矿、硫锡铅矿形成平衡结线,但可与辉锑矿、SnS_2及上述其他矿物形成平衡结线。结合锡的硫化物及氧化物(锡石)热力学稳定场计算表明,在本体系内辉锑锡铅矿在300℃时稳定区的硫活度在lga_(s2)=-20(atm)附近,氧活度小于lga_(o2)=-40(atm),而圆柱锡矿稳定区硫活度大于lga_(s2)=-10(atm)。     

江西银山（铜）—铅—锌—银矿床水—岩体系氢与氧同位素研究

该矿床不同阶段脉石英δ~(18)O值稳定在16‰±,计算的δ~(18)O_(H_2O)达8‰±;脉石英包裹体δD_(H_2O)产值稳定在-60‰±。从地表向不同深度,直到1200m以下,蚀变岩石δ~(18)O值从15‰±,逐渐降为11‰±。各种水-岩交换计算表明,成矿流体是大气降水与千枚岩在350℃和有效W/R值为0.1左右时形成的,当它进入上部矿化体系线形水-岩交换时,有效W/R值增大为5.0以上。进而建立了缓冲开放体系两阶段水-岩交换演化成矿模式。     

湖南东坡野鸡尾矿床H2S—CH4—CO2流体包裹体研究

本文利用Chaixmeca冷热台详细研究了产于野鸡尾云英岩型锡矿床中的含H_2S包裹体低温相平衡,其结果S_(H_2S)熔化温度为-98±1℃,S_(co_2)的熔化温度为-80—-90℃,L_(H_2S)与L_(CH_4+co_2)混溶至L_(H_2O+CO_2)的温度为-68.6—-70.2℃,在-57.2—-55.6℃范围内包裹体均一至超临界流体。根据现有相图资料推测,这类包裹体的流体体系为H_2S-CH_4-CO_2体系,其组成满足:     

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。     

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.     

建水矿—一个黑锌锰矿族镁端元的新矿物

建水矿是一种类似黑锌锰矿的含镁新矿物,它是含锰白云岩在表生条件下衍变的产物。建水矿的单晶细小,(5×0.5μm),不透明,棕～棕黑色,密度3.50～3.60g/cm~3。平均反射率(SiC标准,空气中)23.0%,470nm;19.9%,546nm;19.1%,589nm;18.6%。650nm。化学成分(%);CaO1.97,MgO5.29,MnO8.02,MnO_267.65,H_2O~+13.37,K_2O0.00,Zn0.00,SiO_21.20,Al_2O_30.78,P_2O_50.59,Fe_2O_30.52,总计99.39。实验式:(Mg_(0.51)Mn_(0.44)~(2+)Ca_(0.08)_(Σ1.03)Mn_(3.03)~(4+)O_(7.10)2.90H_2O。X射线衍射和红外图谱类似于黑锌锰矿。三斜晶系,空间群。晶胞参数a=0.7534(4)nm,b=0.7525(6)nm,c=0.8204(8)nm,a=89.753(8)°,β=117.375(6)°,γ=120.000(6)°在同一矿区还曾发现少量接近镁端元的建水矿,其化学成分(%)为:MgO 8.52,CaO 2.03,MnO 0.92。MnO_2 68.49,H_2O~+12.60,SiO_23.94,Al_2O_30.91,Fe_2O_3 1.41,P_2O_5 1.63,总计100.45扣除杂质后得到的实验式为:(Mg_(0.85)Mn_(0.05))_(Σ0.91) Mn_(3.15)~(4+)O_(7.20)·2.80H_2O。     

内蒙古维拉斯托Zn-Cu-Ag矿床硫同位素及成矿物理化学条件研究

维拉斯托Zn-Cu-Ag矿床是大兴安岭南段典型的热液脉型矿床,赋存在海西期的石英闪长岩和古元古代片麻岩中,矿区东部主要发育的Zn-Cu-Ag矿化,多赋存于近EW向的压扭性断裂构造带中;矿区西部多发育Sn矿化,主要赋存于石英斑岩体顶部及其上部的石英脉中。维拉斯托矿床存在4个成矿阶段:Ⅰ阶段:黄铁矿-毒砂-石英阶段;Ⅱ阶段:黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿-石英阶段;Ⅲ阶段:黄铁矿-黄铜矿-方铅矿-石英-方解石阶段;Ⅳ阶段:贫硫化物-方解石阶段。其中Ⅱ、Ⅲ阶段为主成矿阶段。在本次工作中,根据主成矿阶段的矿物硫同位素组成及成矿温度,利用公式δ~(34)S(i)-δ~(34)S(H_2S)=A~*10~6/T~2+B~*10~3/T+C,计算了主成矿阶段成矿热液的δ~(34)S(H_2S)值。Ⅱ阶段δ~(34)S(H_2S)为1.7×10~(-3)～-1.9×10~(-3),Ⅲ阶段δ~(34)S(H_2S)为1.4×10~(-3)～-4.7×10~(-3)。此外,根据硫同位素非质量分馏和矿物平衡关系热力学原理,构建300℃,500 bars下,硫同位素及矿物平衡关系的热力学模型,估算了主成矿阶段的物理化学条件。维拉斯托矿床Ⅱ阶段的成矿物理化学条件约为-35.8log f_(O2)-40.8、5.2pH7.7、log f_(S2)≈-12,Ⅲ阶段的成矿物理化学条件约为-34.8log f_(O2)-37.5、5.8p H7.7、log f_(S2)≈-10,维拉斯托矿床在主成矿阶段表现出向高氧逸度和高硫逸度转变的趋势,同时,δ~(34)S(ΣS)被估算为-2×10~(-3),验证了维拉斯托矿床硫来源为岩浆。