稳定同位素几个尚未解决的理论难题

非质量分馏现象的研究是一个热点,Thie-mens、Farquar和Bao等人发表一系列文章,将其推向一个高潮.目前,尚未解决的一个基本问题是非质量分馏的判别标准.     

近十年中国同位素效应理论和计算研究进展

近十年来,国内稳定同位素地球化学的理论解释已普遍达到了量子化学水平.基于精密的量子化学从头或第一性原理,研究者们开始了平衡和动力学分馏系数的计算.在同位素的分析测试、野外观察、理论和计算四个方向上,国内在理论和计算方向的发展可能还算最好的,整体处于国际第一方阵的地位.国内学者率先发展了超冷体系同位素分馏、含压力效应的同位素分馏、同位素的浓度效应、团簇同位素、微小同位素异常、热梯度下同位素扩散效应、高温重复过程等方向的同位素理论和计算方法,也发展了针对固-液两相同位素分馏的可变体积的分子簇(VVCM)计算新方法、针对重金属同位素固相体系的含核体积效应处理的方法,以及针对熔体中同位素扩散的动力学分馏的理论和计算方法.同时,还为大量不同的非传统(金属)同位素体系,提供了大量的平衡分馏系数,为这些同位素体系的日后深入应用奠定了较好的基础.但是,在这些成果中,真正由我国学者首先提出的原始概念、模型、体系和方法还很少,绝大多数都是对前人(主要是国外同行)提出的理论体系和新兴发展方向的修改和补充.未来我国同位素理论和计算领域应率先使用包含量子场论在内的新一代理论工具,在同位素效应的新方向、新概念的提出和新理论的建立方面,做出更多的贡献.     

鄂尔多斯盆地中部马五段盐下储层成岩作用与孔隙演化

马五段盐下碳酸盐岩储集层是鄂尔多斯盆地重要和新拓展的油气探勘领域,近期在盆地中部的该层λ取 得了重要突破,展示出马五段盐下的巨大探勘潜力.基于岩心薄片观察、测?井及储层物性等资料,分析总结了 马五段盐下碳酸盐岩储层成岩作用与孔隙演化.结果表明,马五段盐下发育一套台内丘滩相的碳酸盐岩储集体, 储层孔隙类型丰富且经历了多阶段多种成岩作用的共同改造,包括准同生白云石化、压实压溶、暴?溶蚀、埋藏重 结晶及胶结充填作用等.在孔隙演化过程中,准同生期大规模白云石化作用增强了储层岩石抗压能力,有利于原 生孔隙保存;随后丘滩体的局部暴?溶蚀是原生孔隙扩溶增大和优质储层形成的关键,产生了粒间溶孔、铸模孔、 窗格孔、溶洞等大量次生孔隙;埋藏成岩阶段相对高孔渗的丘滩储集层在地层流体的改造下发生强烈重结晶作 用,使储层岩石结构和孔隙空间得到优化调整,最终形成现今以晶间孔占主导的粉－细晶白云岩储层.      

V同位素地球化学

<正>钒是一个重要的第一行过渡族金属元素,由于其独特的多价态性质,且在地球的各个圈层广泛分布,因此钒元素的丰度变化被广泛用来研究和氧化还原反应相关的地球化学过程。随着基于多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)的同位素分析技术的发展,钒同位素地球化学的研究也取得初     

稳定同位素交换反应平衡常数与平衡分馏因子的关系——过量因子的实质及计算方法

理论计算稳定同位素平衡分馏因子(α),是以计算平衡常数K为桥梁,但是K与α之间并非简单的指数关系,二者之间还存在一个较为神秘的过量因子X(excess factor)。然而,几乎所有的理论计算工作都直接忽略了过量因子,并没有人详细研究过过量因子的实质及其可以被忽略的条件,因此,针对这个现状,本文从最基础的理论推导开始,精确推导了α和K之间的关系,并得到了过量因子的具体表达式,同时也给出了β因子(一种物质与其理想气态原子之间的平衡分馏因子)和同位素约化配分函数比(RPFR)之间的具体关系式。本文还以石膏与溶液中硫酸根之间的硫和氧同位素的分馏为实例,具体展示了过量因子产生的原因和计算方法,也提供了精确的石膏和硫酸根之间的硫和氧同位素的平衡分馏参数。     

方解石晶体生长过程中钙同位素分馏

钙同位素分馏及微量元素(Sr、Mn、Mg等)分异可以作为重要的指标来研究大气圈和海洋的化学演化(Jacobson和Holmden,2008)。作为钙同位素的重要载体,方解石成为众多学者研究的焦点,包括生物成因方解石和无机方解石。在方解石的形成过程中,诸多因素例如温度、晶     

硅酸盐矿物的Mg同位素压力效应研究

压力效应对同位素分馏的影响比较小,在历史上一直被忽略。根据同位素分馏理论(Urey,1947;Bigeleisen&Mayer,1947),物质间同位素的分馏系数随着温度的升高而降低,在极高温度时,分馏系数接近于零。由于地球深部的高温条件,研究者们历来对高温高压下的同位素分馏不     

稳定同位素蒸汽压效应的计算及地球化学应用

蒸汽压效应(VPIE-Vapor Pressure of Iso-tope Effects),是指不同的同位素化合物由于蒸汽压的不同而导致的分离作用,被用于研究液-气相、固-气相之间的同位素分馏。通常轻同位素分子比重同位素分子的饱和蒸气压大,有正同位素效应。也有一些轻同位素分子的饱和蒸气压反而较小,是负同位素效应。引起蒸气压同     

稳定同位素分馏计算的一个普遍错误

Urey模型(或称Bigeleisen-Mayer公式)是稳定同位素分馏计算的理论基石,它需要使用不同同位素替代后的分子的振动频率来计算两个分子之间的同位素交换反应平衡常数.由于在Urey模型推导过程中使用了简谐振动和刚性转子近似,并利用了同样需要在简谐近似下才成立的Teller-Redlich乘积定则,导致当使用Urey模型时,应该只能使用简谐振动频率.但是,从应用Urey模型进行分馏大小计算的几十年以来,无论Urey或Bigeleisen本人,还是此后众多的研究者都忽略了这个要求.他们要么直接使用光谱数据(真实频率),也就是包含非谐(anharmonicity)贡献后的振动频率,要么使用量子化学方法计算出的简谐振动频率,用校正因子(scaling factor)向真实频率校正.这些做法,不仅不能提高Urey模型的计算精度,反而是造成误差的最主要的原因之一,这是一个历史性的错误.本文通过对Urey模型推导的某些关键步骤的解释,以及对比使用简谐振动频率和含非简谐校正频率的分馏计算结果之间的差别,说明了在Urey模型中必须使用简谐频率的重要性,尤其在量子化学计算已经广泛应用于同位素分馏计算的今天,纠正这种错误,会提高日益增多的这一类计算的精度.     

天然气中甲烷和CO2的二元同位素特征

不同成因的天然气由于形成温度不同,往往会有不同的稳定同位素特征.但是,由于经常不能同时获得天然气以及它的生成母体的同位素成分,很难用单独的C或H同位素成分来确定它的形成温度.在形成天然气时,不同的温度会形成不同的二元同位素的浓度,温度越低,二元同位素的比例越大,因此只需要知道天然气本身的二元同位素的浓度,就可以确定形成温度,从而避免了需要知道天然气生成母体的同位素成分这一难题.本文利用高级量子化学计算,预测了不同温度下天然气中甲烷和CO2气体的二元同位素(Clumped isotope)的特征,提供用于天然气成因分析的新方法.