碳酸盐矿物氧同位素分馏的理论研究

应用增量方法系统地计算了碳酸盐矿物的同位素分馏系数，得到不同结构和成分的碳酸盐矿物的18O富集顺序为：菱铁矿〉铁白云石〉菱镁矿≥白云石≥方解石〉文石〉菱锶矿〉白铅矿〉碳钡矿。在0℃～1200℃范围内获得了一组内部一致的碳酸盐－水体系的理论分馏系数，这些计算结果与已知的实验和／或经验数据之间存在良好的一致性，因此本文对碳酸盐矿物氧同位素分馏系数的理论校准不仅可应用于共生矿物组合形成温度的确定，而且能够应用于其形成机理的示踪。 计算结果表明，白云石的氧同位素分馏行为与方解石相似，在25℃下白云石与方解石之间的平衡分馏为0.56‰ 。理论预测文石相对于方解石显著地亏损 δ18O，在25℃时方解石与文石之问的平衡分馏为4.47‰ 。文石向方解石的同质多相转变可能是通过一种没有同位素再造的惰性氧结构单元[CO3]2- 进行的，即只涉及Ca2+ 与[C03]2- 基团之间键的断裂和再组台而未出现[CO3]2- 基团内部C－O键的断裂和再组合。结果在自然界和实验室实验中，文石中氧同位索配分的温度关系能够传递副方解石中来。这种在同质多相转变形成方解石过程中的氧同位素继承性对于了解白云石－方解石－水体系分馏的难题至关重要。理论预测也能够用来解释对方解石分馏的经验估算与实验测定之间的分歧。     

岩浆岩体系氧同位素分馏系数的理论计算

The increment method is applied tocalcuation of oxygen isotope fractionation factors for common magmatic rocks by usingoxygen isotope indices for known minerals.The results show that there are some differencesin the degree of 18O-enrichment for the different types of magmatic rocks,andtheir sequence of 18O-enrichment is reckoned as follows acid rocks >neutral rocks > basic rocks > ultrabasic rocks.Two sets of internally consistentfractionation factors for phenocryst-lava systems at temperacture above 1000K and forrock-water systems in the temperature range of 0 to 1200℃ are acquired, respectively.Thetheoretical calibrations are consistent with the data from hydrothermal experiments andempirical estimates.The present results can be used to quantitatively determine thehistory of water-rock exchange and to serve geological thermometry for various magmaticrocks (especially extrusive rocks containing phenocryst).     

氢氧化物族矿物的氧同位素分馏

应用增量方法计算了氢氧化物族矿物的氧同位素分馏,得到常见氢氧化物的18O富集顺序为：褐铁矿＞三水铝石＞针铁矿＞水镁石＞硬水铝石。氢氧化物与其对应的氧化物相比显著地富集18O。三价阳离子的氢氧化物和氧化物的18O富集顺序为：M（OH）3＞MO（OH）＞M2O3。Al（OH）3同质多象变体之间也存在一定的分馏。对于石英-氢氧化物、方解石-氢氧化物和氢氧化物-水体系,本文计算提供了在0-1200℃温度范围内三组内部一致的分馏系数方程。这些理论校准与合成实验结果和／或地表温度下的天然样品相吻合,特别针铁矿、勃姆石和硬水铝石与水之间的氧同位素分馏关系能够满足地质测温的要求。因此,对氢氧化物-水体系的氧同位素分析可望提供表生环境下可靠的地质温度计。     

同位素分馏理论计算新进展

稳定同位素分馏的理论计算，既是同位素理论研究的重要方面，也是矿物物理研究的重要课题，它涉及矿物的宏观性质和微观性质两个方面。自从Ｕｒｅｙ（１９４７）以来，人们提出了许多计算模式，但绝大多数模式都是以还原配分函数比作为出发点，以自由能变化为基础。从方法上表现出两种趋势，一是简化的趋势，以尽可能少的参数得到尽可能合理的结果；二是大型化和精确化趋势，以复杂的晶格动力学模式和计算机的大量应用为特征。随着这方面研究的深入，理论计算将成为人们了解矿物同位素分馏性质的重要途径。     

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。     

物相之间氧同位素分馏的高温高压实验研究

应用理论计算、实验测定和经验估计三种方法均能获取含固体矿物体系的氧同位素分馏系数,其中高温高压实验研究不仅能够得到物相之间的同位素平衡分馏系数,而且能够提供与同位素交换动力学和机理有关的信息。同位素分馏系数的实验校准方法已经由原来的两相体系（矿物Ｈ２Ｏ、矿物ＣＯ２和矿物ＣａＣＯ３）交换发展为三相体系（ＣａＣＯ３矿物流体）交换,化学合成、重结晶和矿物反应技术得到了进一步应用。本文评述了近十年来这一领域的研究进展,着重介绍了Ｈ２Ｏ、ＣＯ２和ＣａＣＯ３作为交换介质进行氧同位素分馏系数校准的技术原理和结果,探讨了热液和碳酸盐交换实验结果不一致的原因。     

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。     

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。     

大气降水中氧同位素分馏过程的数学模拟

本介绍的数学模型考虑了混和云中冰水共存时，冰面过包头和环境下动力同位素的分馏机制。在等压冷却过程中，当取云中含水量系数Ａ１／４，Ｂ＝１／５，冰面过饱和度Ｓｉ＝０．０５＋０．９６９ｅｘｐ（－０．０８ｔ）时，由模型推算出的理论曲线与中高纬度地区的回归线有很好的一致性。从而说明，改进的数学模型具有实用意义。该模型还为中低纬度地区存在的降水量效应提供了理论依据。     

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。     

硅烷氢同位素分馏的理论计算

应用统计力学方法和较精确的非谐性校正，文章计算了硅烷在不同温度下的还原配分函数比，方程为：ｌｎβ＝－０．１６５９＋０．３６０３ｘ＋０．０４８９ｘ２以及硅烷与水和甲烷的氢同位素分馏方程：ｌｎαＳｉＨ４－Ｈ２Ｏ＝０．１５２３－０．４０６０ｘ＋０．０３１０ｘ２ｌｎαＣＨ４－ＳｉＨ４＝－０．１１５１＋０．２５８８ｘ－０．００２５ｘ２由于硅烷、甲烷中心原子电价相同，构型一致，对它们氢同位素分馏性质的对比讨论是很有意义的；同时，对增量法在氢同位素分馏计算中的应用进行了讨论     

Theoretical Calculation of Oxygen Isotopic Fractionation of Tenorite

Tenorite is an oxide of cupper which has been well documented on its structure,force constants and spectrum.Based on the isotopic shifts of its spectrum calculated from the force constants of tenorite,its reduced partition function ratios were calculated,from which an oxygen isotopic fractionation curve between tenorite and water was obtained:10^3lnα=2.51X^2-14.87X 6.31(X=10^3/T)Oxygen isotopic fractionation of tenorite was also calculated with the modified increment method of Zheng(1991),and another equation was obtained:10^3lnα=2.89X^2-13.10X 3.92(X=10^3/T) Calculated results of the two different models were fitted and possible deviation involved in the calcuation was also discussed.     

黑铜矿、蓝铜矿、孔雀石溶解度图的绘制

本文阐述了如何用热力学方法绘制 Cu(Ⅱ)的氧化物、氢氧化物、碳酸盐矿物的溶解度图。     

白云鄂博矿区磷灰石氧同位素研究

通过新建立的BiPO4转化法，笔者分析了白云鄂博矿区部分磷灰石的氧同位素组成，其变化范围为6．3‰～9．4‰，并通过与各种产状磷灰石及不同时代磷酸盐沉积的氧同位素对比、磷灰石形成温度的计算，以及磷灰石Sr－Pb同位素数据的分析，推断矿区磷灰石的形成可能与热水沉积作用有关。     

苏州阳西高岭土矿床氢氧稳定同位素特征

苏州阳西南岭土矿床按成因可分为脉岩型高岭土及溶洞充填型高岭土.高岭土的氢氧稳定同位素组成变化大,取决于样品的采集部位.在δD—δ~(18)O相关图上,以δ~(18)O=19‰为界,可分为A、B两区.脉岩型的残斑状高岭土氢氧同位素组成位于A区(δ~(18)O<19‰);而溶洞充填型的致密块状高岭土的氢氧同位素组成位于B区(δ~(18)O>19‰).据此可以认为脉岩型高岭土以热液成矿作用为主,溶洞充填型高岭土以风化淋滤作用为主.并分别在成矿后又受到了后期作用的叠加改造.