地质流体中络合物同位素平衡分馏系数的第一性原理计算

地质流体中不同络合物之间的稳定同位素平衡分馏系数是利用稳定同位素示踪地质流体演化过程的必要前提.但由于受实验条件的限制,流体中部分元素不同络合物之间的同位素分馏系数难以通过实验精确测定.基于第一性原理的理论计算是获得溶液中不同络合物之间稳定同位素平衡分馏系数的一种重要手段,能够获取各种极端条件下同位素分馏系数.在应用第...     

单次溶样地质样品Sr-Nd同位素全岩分析方法研究

<正>同位素化学是研究自然体系中同位素的形成、丰度以及在自然作用分馏和衰变规律的学科,在地学研究中有广泛的应用,主要包括地球化学示踪、地质年代学研究以及地质过程物理化学环境条件指示(汤倩和     

硼同位素在矿床学中的应用研究

硼在自然界有两种稳定同位素11B和10B,常采用δ(11B)/10-3来表示不同地质体的同位素组成。由于硼同位素在不同地质体中的分馏作用大,在较大温度范围内岩浆-热液流体中的高活动性和化学性质稳定等方面的优势,使硼同位素在地球科学研究中的作用越来越广泛。控制硼同位素分馏的主要因素是硼源。一般情况下,非海相的硼酸盐矿物和与之相关的电气石的δ(11B)值为负值,而在某些盐湖卤水和与海相环境有关的硼酸盐矿物的δ(11B)值则为正值。目前,硼同位素示踪主要应用于块状硫化物矿床、与花岗岩有关的热液矿床以及盐湖矿床的研究。随着硼同位素分馏机制及其在不同环境地质样品中分布特征的深入研究,硼同位素在解决矿床的成矿物质来源、矿床成因和成矿作用等方面将发挥更大的作用。     

稳定同位素地质温度计

H.Urey(1947)在其经典著作《同位素物质的热力学性质》中曾预言,轻元素的稳定同位素在化学性质上的微小差异将被用于地质测温。四十年过去了,稳定同位素地球化学作为一门比较年轻的科学得到了蓬勃发展,稳定同位素地质测温法也在地球科学的各个领域得到了广泛应用。本文拟在大量收集稳定同位素地球化学理论受其地质应用等方面资料的基础上,从热力学角度推导同位素分馏与温度的关系,扼要概述氧硫碳氢同位素地质温度计及其有关评述。     

蒸发过程中水体稳定同位素富集与空气湿度的关系

通过同位素分馏模型的物理意义分析及实验模拟分析,探讨空气湿度对蒸发过程水体稳定同位素富集过程的影响机理,研究认为:1空气相对湿度决定了扩散系数和自由空气同位素组成对分馏系数的影响比例,空气相对湿度越小,分馏系数受扩散分馏系数影响越大,分馏系数受自由空气水汽同位素组成影响则越小,反之亦然;2空气相对湿度与蒸发残余水体氢氧稳定同位素富集程度具有负相关性,即空气湿度越大越不利于残余水体重同位素富集;3模拟残余水体同位素丰度对空气相对湿度的敏感性呈负指数关系。在无外界气态水介入的蒸发实验中,残余系数为0.194条件下,当相对湿度小于80%时,H、O稳定同位素模拟结果对湿度的敏感性均小于0.0002,即相对湿度变化对模拟残余水体同位素丰度影响很小;当湿度大于80%时,湿度变化对模拟结果的影响呈指数关系急剧增加,湿度大于80%的蒸发实验需要准确观测相对湿度值。     

Pb-Sr-Nd-Hf同位素参数计算及程序设计

Pb、Sr、Nd、Hf同位素都是放射性成因的重稳定同位素,地质过程中不发生同位素分馏,因而其同位素组成只与来源有关而与过程无关.这些同位素组成是成岩(成矿)物质来源及其构造环境判别的重要标志,特别是在研究壳幔分离与壳幔相互作用中起着不可替代的作用.由于这些参数的计算涉及相对复杂的公式推导,许多地质工作者并未系统学习过同...     

稳定同位素地球化学研究新况

近年来稳定同位素地球化学进展显著。同位素测试方面的主要进展表现为：①离子探针质谱及激光制样系统的迅速发展和在同位素分析中广泛应用；②同位素测量仪器的自动化和电脑化；③分析方法和结果标准化；④新的同位素分析方法的开拓。同位素分馏机制方面最突出的进展是对与质量无关的同位素分馏的研究。已发现这种分馏在大气化学反应中和前太阳系阶段起重要作用。同时对热力学和动力学同位素分馏研究正进一步系统化。同位素应用方面，地球表面圈层研究受到更多注意。与资源与环境问题直接相关的研究更受到特别重视。对硼、硅、氯和锂等同位素新方法的地质应用也进展突出。     

几个Ge同位素平衡分馏参数的理论研究

Ge同位素的研究能对Ge矿床、陨石成因、海水体系和全球环境变化等起到地球化学示踪作用.然而,国内外关于Ge同位素地球化学的研究非常薄弱,仅有的一些研究只限于标准样品中Ge同位素成分的测定,尚处于试探性研究阶段.尤其是缺乏基本分馏参数,影响了对各种地质体系Ge同位素分馏机制的解释、平衡和非平衡过程的判定,以及复杂动力学变化的探索.     

固相萃取低硼环境样品硼同位素分离和测定

<正>硼的原子序数为5,原子量为10.811,在自然界有两种稳定的同位素:11B和10B,丰度分别为:80.22%和19.78%(IUPAC,1991)。硼是自然界同位素相对质量差最大的元素之一。由于两种同位素之间存在着较大的质量差异,加上硼易溶于水,具有活泼的化学性质,因此在不同的地质环境下,其在各种地质过程中产生较大的同位素分馏,变化范围从-70‰到+75‰。这样,硼同位素作为一种灵敏的示踪剂成功     

汞的稳定同位素分馏机理

汞是唯一能够以气态单质形式进行长距离传输的有毒重金属元素,其环境行为和健康危害受到广泛关注.近十多年来发展起来的汞稳定同位素技术为研究环境中汞的来源、迁移转化过程以及相应的生态环境效应提供了新的视野.汞同位素是自然界中唯一表现出多种显著非质量分馏(MIF)的独特金属同位素体系,对汞同位素的研究一直偏重应用,而对其分馏机理的认识十分有限.本文从汞稳定同位素分馏理论、分馏实验研究和实际环境过程的汞同位素分馏三方面系统阐述了近十多年来关于汞同位素分馏机理的研究成果、最新进展和未来发展方向.尽管目前的研究普遍认为无机汞的光化学氧化还原和甲基汞的光化学降解是环境中汞同位素MIF的主要产生机制,然而MIF程度和方向的影响因素还不完全清楚,其量化理论还未完全建立,实际环境过程中的分馏机理研究还相对缺乏.未来需要结合理论和实验研究进一步明确大气、陆地、海洋、极地、古环境等实际环境体系中的汞同位素分馏机理,进而拓展汞同位素的应用.     

应用Urey模型计算分馏的一个普遍错误

1947年Urey和Bigeleisen等人先后发表了两篇具有重要影响力的文章[1,2],通过对同位素体系热力学性质及其量子效应的分析,从理论上系统阐述了同位素平衡分馏机制及其分馏系数的计算方法,指出稳定同位素在地质测温上的应用,从而开创了稳定同位素地球化学领域.对于这套求解分馏系数的方法,通常称为Urey模型(或Bigeleisen Mayer公式).     

水溶液中溶质的扩散同位素分馏研究

稳定同位素分析是判定水溶液中溶质的组成、来源、迁移和转化过程与规律的重要工具,在自由扩散等物理化学作用下,对溶质的同位素分馏研究是稳定同位素技术应用的重要基础.本研究介绍了溶质的扩散过程与其同位素分馏效应之间的联系,论述了研究溶质扩散过程中引入的稳定同位素分馏现象的意义,描述了水溶液中溶质扩散的不同模拟实验方法及相关研...     

微生物降解有机物的碳氢同位素分馏研究进展

微生物降解使有机化合物的稳定碳、氢同位素发生不同程度分馏的研究在有机污染物来源和微生物环境修复等领域取得了长足进展,并对原油和天然气微生物降解研究有借鉴意义。微生物作用下的同位素分馏为动力同位素分馏,导致重同位素在残余物中富集。影响微生物降解有机物同位素分馏的主要因素有微生物的降解代谢途径、辅酶作用、降解类型与程度、同位素质量差异和有机物碳数等。不同的微生物代谢途径代表不同的生物化学反应,造成了同位素分馏的显著差异;辅酶对反应的催化作用使微生物作用造成的同位素分馏更加复杂。低碳数正构烷烃遭受微生物降解程度越高,碳、氢同位素的分馏也越大,同位素变重与降解程度之间有明显的相关性。但对于复杂化合物,由于降解的多级反应,同位素分馏与降解程度间的相关性并不明显。在同样降解程度下,氢同位素分馏大于碳同位素分馏,低碳数正构烷烃的同位素分馏大于高碳数正构烷烃的同位素分馏。     

碲同位素研究进展及其地质应用展望

多接收电感耦合等离子体质谱仪以及色谱分离和纯化方法的应用,大大提高了碲(Te)同位素的分析精度和效率,推动了碲同位素研究。本文综述了Te同位素研究的最新进展及其地质应用。碲具有亲硫和亲氧双重属性,同时具有一定的挥发性。自然界(包括陨石)中碲同位素( δ 130/125Te)的变化范围为-4. 12‰~2. 15‰。其同位素分馏受到不同过程的控制,其中球粒陨石碲同位素分馏主要受陨石形成过程中碲的蒸发和冷凝过程的控制,该过程中可引起高达6. 9‰的分馏;自然界中氧化还原反应也可以引起较大的碲同位素分馏(4‰),因此碲同位素可能成为反应成岩成矿过程中氧化 还原条件变化的指标;此外,有机溶剂(如石油)参与的萃取作用可引起1. 8‰的碲同位素分馏效应,这一效应在重稳定同位素研究过程中需要引起足够的重视。随着碲同位素分馏机制的进一步明晰,碲可能在示踪成矿物质来源、限定成矿时间以及指导矿产勘查等方面得到更为广泛的应用。     

重大地质转折期的碳、硫循环与环境演变

碳、硫在表层储库和地质储库以不同的形式相互转换,在这个过程中都伴随着一定的同位素分馏。碳同位素的分馏主要受到光合作用以及海水溶解无机碳与大气CO2交换的控制,而硫同位素的分馏则主要受控于硫酸盐细菌还原作用。表层储库碳、硫同位素的组成通过地质作用被很好地保存在地质储库中,因此通过对地质储库中碳、硫同位素的分析和研究,可以很好地了解地球各圈层相互作用的规律,重塑地质历史特别是重大关键转折时期的演化过程。同时文中借助一些碳、硫同位素应用实例,进一步加深理解影响碳、硫同位素组成和变化的原因,以提高对不同时期全球环境变化的认知程度。     

稳定同位素地质测温的理论和方法

稳定同位素测温是现代地球化学中迅速发展的一个分支。近年来,对～18O/～16O、～34S/～32S、～13C/～12C和D/H同位素比值,在平衡固-液相和多种共生矿物对之间的分馏系数进行了实验测定和理论计算,制定出适用于各种地质条件的同位素温度计。同位素测温方法应用于地质科学,不但能提供各种成岩、成矿环境的温度数据,而且近年来已开始应用实测同位素分馏系数,探讨地质作用的平衡性质及其他物理化学条件指标。同其他地质测温技术相比,同位素测温法具有适用范围广和基本不受压力因素影响的特点。随着实验数据的积累和质谱分析技术的改进,同位素测温的精度不断提高,方法日趋完善。同位素测温已成为地质工作者手中又一有力工具。     

铜同位素地球化学研究及其在矿床学应用的评述和讨论

不同地质条件和成矿环境中的铜同位素组成有显著差异,表明利用含铜矿物的铜同位素组成可以作为成矿物质来源的示踪剂.并且,由于铜是主要成矿元素之一,所以铜同位素对于成矿物质来源和成矿过程的示踪更为直接.文章介绍和评述了铜同位素的测试、研究和应用的进展,认为当前对于铜同位素分馏知识的匮乏严重制约着铜同位素研究和应用.从同位素分馏的基本原理出发,提出了铜同位素分馏研究的思路以及可能的分馏规律,对于已发表的部分地质样品测试数据,给出了新的解释,并预测溶解于海水中的铜离子应亏损65Cu.     

Urey模型的学习心得

1 Urey模型Urey(1947)模型或称之为Begeleisen-Mayer(1947)公式的建立,从统计力学理论上说明了计算同位素平衡分馏系数的方法,并且指出稳定同位素在地质上的重要作用,为稳定同位地球化学的发展奠定了重要的理论基础.     

铬稳定同位素地球化学

随着多接收质谱仪分析技术的进步,铬稳定同位素体系在最近二十几年的环境科学和地球化学中得到了越来越广泛的应用。铬元素属于氧化还原敏感元素,在氧化还原反应过程中伴随着较大的同位素分馏。因此,铬同位素在指示现代或古代环境的氧化还原状态方面有着重要的应用。同时,铬也是中度相容和轻度亲铁元素,使得铬稳定同位素体系也可用来制约高温地质过程(如核幔分异、地幔熔融和岩浆分异结晶等)以及地外行星的演化。本综述首先介绍铬稳定同位素体系,随后讲述分析方法、铬同位素分馏原理以及铬同位素在高温、低温地球化学中的应用。     

镁同位素地球化学研究新进展及其在碳酸岩研究中的应用

镁（Mg）同位素有3个,24Mg、25Mg和26Mg,其中24Mg和26Mg的相对质量差较大,高达8.33%,这种大的相对质量差使地壳活动或其他地质过程中Mg同位素因化学物理条件的变化而发生明显的同位素质量分馏.目前,自然界可观测到的δ26Mg变化范围为-5.60‰~0.92‰,约6.5‰.镁在低温地球化学过程中分馏显著,而在高温环境下分馏不明显,因而Mg同位素是地质过程的潜在地球化学指标和示踪剂,在低温风化作用、高温部分熔融与岩浆结晶分异、变质作用、板片俯冲及壳幔物质循环、热液蚀变和矿床成因等方面取得重要进展.为此,简要介绍了镁同位素分析方法,系统总结了Mg同位素在地球各储库中的组成与分布特征以及地质作用过程中的镁同位素分馏机理;其次重点介绍了镁同位素近年来在碳酸岩研究中的应用;最后对有关问题进行了探讨,包括幔源岩石低δ26Mg成因解释（与俯冲再循环的碳酸盐岩、洋壳物质有关或与矿物分离结晶有关）和Li-Mg-Ca同位素联合示踪岩浆碳酸岩岩石成因.并对碰撞反应池多接收器电感耦合等离子体质谱仪（Nu Sapphire MC-ICP-MS）分析优势和Li-Mg-Ca等金属同位素联合示踪在稀土元素富集机制的应用进行了展望.