Preparation and Measurement of Cassiterite for Sn Isotope Analysis

Increased interest in the fractionation of Sn isotopes has led to the development of several techniques for preparing cassiterite (SnO₂, the primary ore of Sn) for isotopic analysis. Two distinct methods have been applied in recent isotopic studies of cassiterite: (a) reduction to tin metal with potassium cyanide (KCN) at high temperature (800 °C), with subsequent dissolution in HCl, and (b) reduction to a Sn solution with hydriodic acid (HI) at low temperature (100 °C). This study compares the effectiveness and accuracy of these two methods and contributes additional methodological details. The KCN method consistently yielded more Sn (> 70% in comparison with < 5%), does not appear to fractionate Sn isotopes at high temperatures over a 2‐hour period and produced consistent Sn isotope values at flux mass ratios of ≥ 4:1 (flux to mineral) with a minimum reduction time of 40 min. By means of a distillation experiment, it was demonstrated that HI could volatilise Sn, explaining the consistently low yields by this method. Furthermore, the distillation generated Sn vapour, which is up to 0.38‰ per mass unit different from the starting material, the largest induced Sn fractionation reported to date. Accordingly, the HI method is not recommended for cassiterite preparation for Sn isotopic analysis.     

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。     

锡同位素研究进展及其在矿床学中的应用展望

锡同位素是一种新兴的非传统稳定同位素,其在考古学及天体化学中的运用显示出非常大的示踪潜力和价值,然而目前其在地质学(尤其是矿床学)中的研究和应用前景缺乏系统介绍。本文总结分析了世界上目前所发表的主要天然及人工样品的锡同位素数据,发现天然样品中锡同位素组成有较大差异,其中玻璃陨石最富重锡(其δ^122/118Sn值可达2.53‰),而黝锡矿(黄锡矿)最富轻锡(其δ^120/116Sn值可达-1.71‰)。其中,含锡矿物(如锡石和黝锡矿)中的锡同位素组成变化范围要远远大于全岩样品。地幔及地壳来源的不同岩性或地质体的全岩锡同位素组成有明显差别;锡同位素在一定条件下可以发生分馏,且分馏程度可能远远大于锡同位素的初始值差异。锡石锡同位素对成矿环境非常敏感,其形成时的流体成分、化学反应速率以及物化条件(如温度、盐度、氧逸度、pH值等)等因素均能影响其锡同位素的组成。深部流体(如岩浆来源)结晶的锡石富重锡,而浅部流体(如地层流体)的加入将使锡石富轻锡,因此锡石的锡同位素具有判别不同矿床成因类型的潜力。展望未来,锡同位素的研究有望在以下三方面取得突破:(1)各地...     

湖南芙蓉锡矿田流体包裹体的He同位素组成及成矿流体来源示踪

芙蓉锡矿田位于湖南省骑田岭花岗岩体的南部, 是一个新近发现的超大型锡矿田.与以往所研究的与S型花岗岩有关的锡矿床明显不同, 这个矿田在时空上都与骑田岭A型花岗岩密切相关.该矿田矿石硫化物流体包裹体的3He/4He测定值为0.14-2.95 Ra, 低于地幔的3He/4He值(6-7 Ra), 且高于地壳的3He/4He值(0.01-0.05 Ra).这表明芙蓉锡矿田成矿流体中的He具壳幔两端元混合的特点.该区一致的硫、锶及其他证据也都表明, 深部地幔物质确实参与了该区锡的成矿.骑田岭岩体属造山期后张性环境下形成的A型花岗岩类.芙蓉锡矿田就产在骑田岭岩体的内外接触带或岩体中, 其主成矿期与骑田岭岩体的形成时间相当吻合, 且两者均具壳幔两端元混合成因的特征, 所以其形成地球动力学背景可能均与中生代华南岩石圈的拉张、伸展作用密切相关.      

青藏高原中部水蒸发过程中的氧稳定同位素变化

作为青藏高原稳定同位素水文循环的一个重部分,１９９８年夏首次在青藏高原中部的那曲和安多两地同时进行了水蒸发过程中氧稳定同位素变化观测研究,模拟和实验结果都显示出大气相对湿度对水蒸发过程中氧稳定同位素变化的显著影响,模拟结果不显示剩余水中δ＾１８Ｏ与剩余水比率呈指数关系,但实验分析结果表明,蒸发过程中剩余水中δ＾１８Ｏ与剩余水比率更接近于线性关系,这种关系可以定量地表示出来,从理论上与实验中都可以计     

含Cu硫化物中S、Fe同位素分馏系数的第一性原理计算

Cu在自然界主要以硫化物的形式存在,目前只确定了几种含Cu硫化物的S同位素分馏系数以及黄铜矿的Fe同位素分馏系数,而且不同研究者确定的系数有很大的差别,使得S、Fe同位素在研究铜矿床的形成、演化等方面不能很好地发挥示踪作用。因此,本文基于第一性原理计算确定了0~1 000℃温度范围内主要含Cu硫化物的S同位素简约配分函数比（10³lnβ_34-32）,以及Cu-Fe硫化物的Fe同位素简约配分函数比（10³lnβ_57-54）。重S同位素在这些含Cu硫化物中的富集顺序为铜蓝>方黄铜矿>黄铜矿≈黑硫铜镍矿>斑铜矿>辉铜矿,重Fe同位素在Cu-Fe硫化物中的富集顺序为方黄铜矿≈黄铜矿>低温斑铜矿>高温斑铜矿>中温斑铜矿>Cu₈Fe₄S₈（中温斑铜矿的可能变体）。含Cu硫化物的10³lnβ_34-32与S原子的配位数、金属-S平均键长、S原子形成的所有化学键的平均键长没有明显的相关性,而Cu-Fe硫化物的10³lnβ_57-54与Fe—S平均键长基本成线性负相关关系。辉铜矿相变引起的S同位素分馏特别大,而斑铜矿相变时产生的S同位素分馏却可以忽略不计。本文的计算结果将会为探讨斑岩铜矿及其它类型的硫化物矿床的成因提供支持。     

Magmatic Nature of Mineralizing Fluids in the Solnechnoye Sn Deposit (Russia) Deduced from Isotopic (H,O) Compositions of Tourmaline

In this paper, we present new isotopic (H, O) data of fluids in tourmalines from the large Sn deposit at Solnechnoye (Far East Russia). These data indicate that the deposit formed by fluid‐rock interactions in a hydrothermal system where the mineralizing fluid was mainly magmatic and to a lesser extent meteoric. This is in agreement with a magmatic fluid model. Our interpretation of the new isotopic data is consistent with earlier findings of the studies on fluid‐rock interactions that magmatic fluids form larger Sn deposits than exogenic fluids. We propose that isotopic (H, O) data of fluids in tourmaline, rather than those in quartz, muscovite, or chlorite, support robust interpretation on the nature of mineralizing fluids associated with Sn deposits.     

Hydrogen and Oxygen Isotope Fractionation Mechanism in the Hydrothermal System and Its Geologic Significance

The geochemical behaviors of hydrogen and oxygen isotopes in the hydrothermal system and their inher-ent relationship with the water / rock exchange are discussed in this paper In addition to the temperature con-ditions, the effective W / R ratio is another factor controlling the changes in H and O isotope compositions ofthe altered rock and hydrothermal water. Besides, the application and geological significance of the water-rockexchange theory are also discussed in the light of the H and O isotope compositions and their variation charac-teristics of the mineralizing hydrothermal water and altered rocks from several mineral deposits. Finally, abrief evolutional model of H and O istotope compositions of meteoric and magmatic hydrothermal waters in ahydrothermal system is given.     

稳定性氢氧同位素在水体蒸发中的研究进展

介绍了同位素分馏的基本概念以及利用稳定同位素研究水体蒸发的基本原理。综述了国内外对水体蒸发中稳定同位素分馏机制的研究,分析了温度、湿度等气象因子对蒸发同位素分馏的影响,对动力分馏模型进行了详细推导,概述了利用同位素估算蒸发量的方法。指出了国内这方面研究的不足,并展望了今后的研究趋势。     

有机单体同位素分析技术在地下水污染中的研究现状

有机单体同位素分析(CSIA)在地下水污染研究领域的测试数据主要应用于:确定污染物的来源;确定和量化污染场地的生物(或非生物)迁移反应;表征生成分子的元素反应机理.介绍了CSIA分析前处理技术及水污染研究领域中应用CSIA方法确定污染物来源和生物非生物降解分馏作用的研究进展,总结了CSIA技术在其他稳定同位素领域的研究进展和未来发展方向.     

我国火山地热流体地球化学研究新进展

本文综述了最近几年来中国研究者在地热流体地球化学研究领域取得的主要进展。在国际上关于地球内部流体及其作用研究取得重要进展的大背景下,我国学者在地热流体地球化学研究上也取得了一些重要成果,主要表现在火山地热区和非火山地热区两大方面,在火山学、地热学、环境学、大地构造学、地震学等五个学科领域都取得了一些重要进展。     

Determination of In and Sn Mass Fractions in Sixteen Geological Reference Materials by Isotope Dilution MC‐ICP‐MS

Mass fractions of Sn and In were determined in sixteen geological reference materials including basaltic/mafic (BCR‐2, BE‐N, BHVO‐1, BHVO‐2, BIR‐1, OKUM, W‐2, WS‐E), ultramafic (DTS‐2b, MUH‐1, PCC‐1, UB‐N) and felsic/sedimentary reference materials (AGV‐2, JA‐1, SdAR‐M2, SdAR‐H1). Extensive digestion and ion exchange separation tests were carried out in order to provide high yields (> 90% for Sn, > 85% for In), low total procedural blanks (~ 1 ng for Sn, < 3 pg for In) and low analytical uncertainties for the elements of interest in a variety of silicate sample matrices. Replicate analyses (n = 2–13) of Sn–In mass fractions gave combined measurement uncertainties (2u) that were generally < 3% and in agreement with literature data, where available. We present the first high‐precision In data for reference materials OKUM (32.1 ± 1.5 ng g^?1), DTS‐2b (2.03 ± 0.25 ng g^?1), MUH‐1 (6.44 ± 0.30 ng g^?1) and PCC‐1 (3.55 ± 0.35 ng g^?1) as well as the first Sn data for MUH‐1 (0.057 ± 0.010 μg g^?1) and DTS‐2b (0.623 ± 0.018 μg g^?1).     

Zn同位素分析方法及其地质应用

介绍了Zn同位素组成的表示方法及其化学分离与质谱测定方法,论述了Zn同位素在陨石、沉积物和沉积岩、火成岩、矿床和海水以及生物样品中的组成特征,以及生物有机作用、物理-化学作用对Zn同位素分馏的影响,阐述了Zn同位素在陨石和宇宙化学、古海洋学、全球气候变化研究中的应用现状与前景.     

On the Direction and Magnitude of Oxygen Isotope Fractionation Between Calcite and Aragonite at Thermodynamic Equilibrium

Oxygen isotope fractionation factors between calcium carbonates and water have been applied to ancient marine geochemistry principally for the purpose of geothermometry. The problem was encountered, however, with respect to the direction and magnitude of oxygen isotope fractionation between calcite and aragonite at thermodynamic equilibrium. This basically involves sound understanding of both thermodynamics and kinetics of oxygen isotope fractionation between inorganically precipitated carbonate and water at low temperatures. Thus the crucial issues are to acknowledge the processes of chemical reaction and isotopic exchange during precipitation of CaCO₃ minerals in solution, the kinetic mechanism of isotope equilibrium or disequilibrium, the effect of polymorphic transition from metastable aragonite to stable calcite under hydrous or anhydrous conditions, and the presence or absence of isotope salt effect on oxygen isotope exchange between carbonate and water in response to the hydrous or anhydrous conditions at thermodynamic equilibrium. Because good agreements exist in carbonate–water oxygen isotope fractionation factors between theoretical calculations and experimental determinations, it is encouraging to applying the thermodynamic and kinetic data to isotopic paleothermometry and geochemical tracing.     

白垩纪碳酸盐岩稳定碳同位素的分形和混沌分析

应用分形与混沌理论对白垩纪海相碳酸盐岩碳同位素δ(13C)进行了非线性分析,认为碳同位素δ(13C)变化序列均为混沌演化序列,当相空间维数m>8时出现混沌吸引子,混沌吸引子的分维数D在3.74左右;它的演化为混沌动力过程,描述它的变化至少是具备4个独立变量的动力学系统.CO2的碳同位素组成系统是一个混沌系统,只要δ(13C)偏移发生很小的变化,就会引发或终止δ(13C)正偏移,这就是系统对初始条件的敏感依赖性及其内部蕴涵的非线性反馈机制成为维系过程长期进行的内在动力学原因.     

100 MPa、850 ℃和800 ℃条件下锡在流体与富磷过铝质熔体相间分配的实验研究

利用江西宜春414岩体中的钠长石花岗岩作为实验初始物,制备含不同1〉20s含量（0．27％－7．71％）的实验玻璃,本次实验研究了100MPa、850℃和800℃条件下Sn在流体与富磷过铝质熔体相间的分配。实验结果显示,Sn在流体与熔体相间的分配系数（Dsofluid/mclt）变化于2．10×10^-4－1．36×10^3之间,指示Sn强烈趋向于在富磷过铝质熔体中富集。随体系中P2Os含量从0．27％增至1．91％,Sn在流体与熔体相间的分配系数逐渐增加,当体系中R2O5含量进一步增加时,Sn在两相间的分配系数呈降低的趋势。本次实验结果表明,P可能不是Sn以流体相形式进行搬运的主要络合剂。     

植物碳酸酐酶对稳定碳同位素分馏作用的影响

碳酸酐酶（CA）能够可逆地催化CO2和HCO2^-之间的快速转化。长久以来人们忽视了生物体中CA对稳定碳同位素分馏的影响。本文以微藻碳酸酐酶胞外酶为例,说明细胞的区室化和偶联反应可引起CA可逆催化HCO2^-和CO2的转化的不平衡,进而造成稳定碳同位素分馏,并给出体外实验和C4植物实验结果作为依据。此外,本文还讨论了CA对碳同位素分馏的影响的理论和实践意义。     

热液矿床中含钙矿物的Sm-Nd同位素定年

Sm、Nd的离子半径相似、化学性质很相近,母体衰变形成的子体易在矿物晶格中保存下来,故矿物或岩石中的Sm—Nd同位素体系易保持封闭,具有较强的抗风化、抗蚀变能力,是一种有效的定年工具。但长期以来,Sm—Nd同位素体系主要用于前寒武纪地质年代学研究,研究对象主要限于陨石、月球岩石、古老的基性、超基性岩和前寒武纪老地层等。近年的研究表明,热液矿床中一些含钙矿物,其REE含量较高,Sm／Nd分馏明显,是很有潜力的Sm—Nd同位素定年对象,能对矿床的成矿时间进行精确制约。本文对萤石、白钨矿、方解石、电气石等常见热液含钙矿物的Sm—Nd同位素研究现状进行归纳总结,并对该方法在中国热液矿床中进一步的应用前景进行了展望,以期促进Sm—Nd同位素成矿年代学在我国的推广和应用。     

滇西云龙锡矿流体包裹体及稳定同位素研究

对云龙锡矿流体包裹体及氢、氧同位素的研究表明 ,该矿床至少存在两个矿化阶段 :早期的高温 (≥40 0℃ )及晚期的中—高温 (30 0～ 40 0℃ )矿化阶段。早期的矿化流体的δ1 8OH2 O(7.7‰～ 9.0‰ )和δDH2 O(- 5 8‰～ - 43‰ )值相对较高 ,主要是由岩浆水或 和变质水组成 ;晚期由于有大量演化了的大气降水的加入 ,使流体的δ1 8OH2 O值 ,特别是δDH2 O 值降低。在此期间 ,大气降水与岩浆水或 和变质水不同比例的混合 ,使流体的盐度产生不同程度的波动 ,并在石英中形成了不同类型的流体包裹体。     

渤海沉积物中甲烷氧化速率及同位素分馏规律研究

渤海蕴藏着大量的油气资源,其主要成分是温室气体甲烷,自然环境下或人为因素的影响会引起其泄露与迁移,对环境造成负面的影响。但是,泄露与迁移过程中微生物会氧化绝大部分甲烷,而不同的环境条件会影响氧化过程中的速率及碳同位素分馏过程。为了更好地认识渤海沉积物中甲烷氧化规律和同位素分馏规律以及为进一步研究此区域的甲烷氧化提供参考,本文选取渤海沉积物作为进行实验室模拟降解实验原料,借助气相色谱和气相色谱-同位素比值质谱仪测定渤海沉积物中的甲烷氧化速率,确定了甲烷氧化碳同位素分馏系数ε。结果表明:渤海沉积物中甲烷氧化作用以好氧氧化占主导,氧化温度和气体流速是影响甲烷氧化速率的主要因素。在连续培养的模式下,当温度由28℃降至15℃时,甲烷的平均氧化速率降低60%±10%,即温度越低越不利于甲烷氧化作用的发生。而气体流速由50μL/min增加至150μL/min时,甲烷的平均氧化速率增加90%±10%,即增加气体流速有利于氧化反应速率的提高。实验还发现,甲烷碳、氢同位素的分馏效应主要受氧化温度制约,分馏程度与温度呈正相关。实验结论认为温度是影响甲烷氧化速率和同位素分馏规律的重要因素。