电气石和水之间的氢同位素分馏

作者对电气-水体系氢同位素平衡分馏和动力学分馏和动力学分馏开展了实验研究，丰富了羟基矿物氢同位素分馏资料。本文对该研究的实验技术、分析方法作了介绍，并对实验结果进行讨论与国外已有的该方面的资料作了对比。在800-650℃时电气石和水之间氢同位素平衡分馏系数与温度间线性关系为103lna电气石-水=-28.24（106/T2）+2.60；交换速率常数与温度间关系为lnk2=-0.19-6.70（103/T）     

水─岩交换体系氢同位素动力分馏

水─岩交换体系氢同位素动力分馏张理刚，陈振胜，刘敬秀，于桂香（地质矿产部宜昌地质矿产研究所，宜昌４４３００３）关键词氢同位素、动力分馏、水—岩交换体系以往对成矿流体中δＤ值的研究，一般采用测定矿物包裹体水的δＤ值；也有测定含羟基矿物的δＤ值，结合温度...     

矿物-水体系氢同位素平衡分馏和动力分馏的实验研究

矿物水体系氢同位素平衡分馏系数和动力分馏系数是同位素地球化学研究中的重要参数。这些参数大多由实验测定。氢同位素分馏的实验研究主要包括矿物水体系氢同位素交换实验,交换实验前后矿物、水的氢同位素分析及分馏机理、平衡分馏、动力分馏理论研究。为确保氢同位素分馏系数和一系列动力学参数的准确可靠,实验中防止氢透过容器壁扩散,避免空气中水汽污染样品,正确控制实验温度等都很重要。本研究以石英管代替前人常用的金（银、铂）管作反应容器,建立了一套实验研究羟基矿物水体系氢同位素平衡分馏和动力分馏的新方法,并开展了电气石水、黑柱石水体系氢同位素分馏的实验研究。所得一系列参数的精度明显好于国外报道的资料。此研究方法可广泛应用于羟基矿物水体系的氢同位素分馏的实验研究。     

水热条件下费托型合成反应氢同位素分馏研究

费托型合成(F-TT)反应是地下烃类的三大成因之一,H同位素组成研究对其生烃过程和成因识别具有重要意义。本研究分别以无机CO和CO₂为碳源,水为氢源,研究在370℃和50 MPa的水热条件下, F-TT反应生烃过程中H同位素分馏情况。结果显示,不管是CO参与的经典F-T反应,还是CO₂参与的F-TT反应,烃类产物H同位素均呈正序分布(δD(C₁)<δD(C₂)<δD(C₃)<δD(C₄)<δD(C₅)<δD(C₆)),符合前人有关地下非生物成因烃的H同位素正序分布特征。本研究分别根据CO和CO₂为碳源的亚烷基机理和羰基插入机理,从反应原理、链增长机制和分馏过程,对2种生烃过程中的H同位素呈正序分布这一规律进行了详细机理阐述。由于热成因气H同位素也呈正序分布,所以烃类气体的H同位素分布特征不能够作为无机烃类来源的判识标志。但是,通过数据对比发现,按照甲烷的H同位素...     

中酸性硅酸盐熔体-水体系氢同位素分馏的压力效应

对0．2－2000MPa条件下钠长石熔体，钾长石熔体以及0．2－150MPa条件下流纹岩熔体－－水体系的氢同位素分馏实验数据进行了筹压拟合，发现硅酸盐熔体与水之间的氢同位素分馏存在显著的压力效应，在800，1000和1200度条件下对钠长石熔体，水体系和流夺熔体－－水体系氢同位素分馏压力方程进行的等温拟合表明，只有在特定的压力条件下才可以用钠长石熔体－水体系来近似流纹岩熔体－－水体系的氢同位素分馏行为，当压力超过临界值时，硅酸盐熔体－水体系氢同位素分馏会发生变化，本文拟合的硅酸盐熔体－水体系氢同位素分馏等值线在P－T空间的形态变化特征与矿物－水体系存在较大差异，依据流纹岩熔体与水之间氢同位素分馏的压力效应，成功地模拟了美国西部Glass Creek流纹岩δD值和水含量变化规律与岩浆去气之间的关系。     

硫化物中硫同位素分馏理论计算研究进展

硫化物是重要的矿物类,通常是一个或多个金属元素与硫结合而形成硫化物.硫化物作为大多数金属的主要来源具有重大的经济利用价值,硫化物中硫同位素分馏的研究一直是同位素地球化学研究的热点.研究不同金属硫化物之间的硫同位素分馏效应,对于利用硫同位素对成矿作用过程和成矿物质来源开展地球化学示踪,具有非常重要的意义.本文结合笔者近期的工作概述了硫化物中硫同位素分馏的理论计算研究,认为虽然半经验半理论的增量方法在同位素分馏计算中存在一定的局限性,但在没有其他实用的理论计算方法时,改进的增量方法可以作为硫化物中硫同位素分馏计算的一种理论估算方法.     

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。     

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).     

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。     

黑铜矿氧同位素分馏的理论计算

黑铜矿为铜的氧化矿物，对其结构、力场、光谱前人做过较详细的工作。本文在黑铜矿内部力场计算的同位素位移基础上，通过光谱简约配分函数比的计算，得到黑铜矿－水氧同位素分馏方程：１０＾３ｌｈα＝２．５１Ｘ＾２－１４．８７Ｘ＋６．３１（Ｘ＝１０＾３／Ｔ）同时，利用Ｚｈｅｎｇ的加和增量模式法对黑铜矿的氧同位素分馏进行了计算，得到如下黑铜矿－水体系的分馏方程：１０＾３ｌｎα＝２．８９Ｘ＾２－１３．１０Ｘ＋３．９     

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。     

几个重要Ge同位素平衡分馏参数的理论预测

本研究基于Urey模型(或称Bigeleisen和Mayer公式),结合量子化学计算的方法,在B3LYP/6-311+G(d, p)理论水平下,计算了Ge在类似石英(包括蛋白石)、钠长石、钾长石、橄榄石结构以及水溶液(包括海水)中Ge(OH)4和GeO(OH)3-之间的Ge同位素平衡分馏系数.其中,溶液效应用"水滴法"处理,矿物结构用簇合物方法模拟.结果显示这些基本分馏参数的精度约±0.3‰;类石英(或蛋白石)结构最可能富集重Ge同位素,在25 ℃,几个Ge同位素分馏系数分别约为:Δ石英-Ge(OH)4=0.9‰、ΔGe(OH)4-GeO(OH)3-=0.3‰(海水中)、Δ石英-钠长石=0.6‰、Δ石英-钾长石=0.4‰、Δ橄榄石-Ge(OH)4=-1.2‰.类石英与类橄榄石结构之间存在较大的分馏,Δ石英-橄榄石=2.1‰.这些具有重要地质意义的基本分馏参数可以为探索未知的Ge同位素地球化学应用领域打下基础.此外,本文还用所得的分馏参数定量地解释了Siebert等(2006)和Rouxel等(2006)的一些工作,说明了这些参数的可靠性及其在地学中的重要应用意义.     

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.     

贡嘎山现代植物叶蜡脂肪酸氢同位素组成及对海拔变化的响应

文章探讨了贡嘎山东坡不同海拔高度植物和土壤饱和脂肪酸的δDwax值,结果显示,土壤δDwax值与海拔显著负相关(R2=0.71),与前人报道的贡嘎山东坡土壤水、土壤正构烷烃δD值与海拔间的关系存在相同的趋势。植物δDwax值与海拔间的关系与土壤水及土壤相似,但相关性不明显(R2=0.11),然而,研究结果显示木本植物和草本植物的δDwax值随海拔变化存在明显的差异,总体上草本植物的氢同位素要更负。贡嘎山木本植物、草本植物和土壤的εwax-sw值随海拔的变化波动较小,但木本植物的加权平均δDwax值和εwax-sw值(土壤水和叶蜡之间的氢同位素分馏系数)比草本植物大约偏正38‰和43‰,表明它们各自对随海拔高度降水同位素变化有不同的响应。也即,沿海拔植物δDwax值同时受降水δD值和植物类型两个因素控制。因此,结果揭示土壤δDwax值随海拔的变化与木本植物和草本植物存在相同的趋势,木本植物的δD值比草本植物大约偏正了38‰,这个趋势显示植物类型的变化将不可避免的影响土壤饱和脂肪酸δDwax值与海拔间的关系。由于植物类型随海拔增加会有较大的变化,建议利用饱和脂肪酸δDwax值重建古海拔前需要对植物类型进行评估。     

辽南营口地区某些金矿床的铅同位素和氢氧同位素特征及成矿热液来源

辽南营口地区的猫岭金矿、黄家营子金矿、金厂沟金矿、隈子金矿等,金矿矿区内的矿石铅和中生代似斑状黑云母二长花岗岩的钾长石铅都是二个阶段的异常铅,二者的铅同位素组成近于一致,其中猫岭金矿的铅同位素组成与元古宙盖县组变质岩的铅同位素组成近于一致,表明成矿物质来自中生代似斑状黑云母二长花岗岩和盖县组变质岩。由氢氧同位素组成研究结果看,这些金矿的成矿热液主要来自于花岗岩浆热液,混有少量的大气降水。     

矿床同位素定年方法的应用现状评析

高质量的年代学数据是矿床研究和对比的基础.针对近二十几年来在具体矿床同位素定年研究中,不同学者对同一矿床采用不同的定年方法常常得出相差十分悬殊的结论,甚至出现与地质事实截然相悖年龄数据的现象,文章对最常用的锆石U-Pb法、自生伊利石K-Ar法、金属硫化物Re-0s和Sm-Nd法、石英流体包裹体40Ar/39Ar法和Rb-Sr等时线法以及释光测年进行了评析.强调一套合理的矿床同位素年龄数据的获得,必须加强对地质背景的研究;明确测年矿物与矿化的成因联系,选择合适的定年方法.综合地质背景及可靠准确的年代学数据,对地质事件与成矿事件的联系做出合理的解释.