Mo稳定同位素研究进展

随着表面热离子质谱(TIMS)和多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用以及同位素分析方法的改进,近10年来非传统稳定同位素(Cu、Zn、Fe、Se、Mo、Cr、Hg等)的研究得到迅速发展.其中,由于Mo同位素的分馏明显受氧化还原条件的控制,使其在指示古环境及古气候的变化方面有独特的地球化学指示意义.同时,Mo同位素在指示成矿物质来源和海洋Mo循环等方面也取得较大成果.因此,Mo同位素地球化学研究已成为国际地学领域的一个前沿和热点.本文综合前人的研究成果,结合近期自己的工作,论述了Mo同位素地球化学研究领域的一些重要进展,详细介绍了Mo同位素的化学分离、提纯和质谱分析技术,并对其应用前景进行了展望.     

铼—锇同位素和铂族元素分析方法及地学应用进展

近30年来,国内外铼—锇(Re-Os)同位素和铂族元素(PGE)分析方法及其地学应用取得了诸多研究进展.首先对铼—锇同位素和铂族元素分析的样品溶解、化学分离及质谱测定等方面的进展情况进行了综述;然后,对铼—锇同位素和铂族元素在天体化学、大陆岩石圈地幔定年、金属矿床定年、沉积地层定年及古环境,以及在油气系统定年与示踪等领域的应用进展情况进行了简要评述.可供地质分析工作者针对不同分析任务及分析对象,选择分析方法并进一步发展Re-Os-PGE分析技术时参考,也可供地质科研工作者开展Re-Os-PGE地球化学研究工作时借鉴.     

水稳定同位素示踪的冰川流域水文模拟及不确定性研究

水文模拟不确定性长期以来是制约寒区水文发展的瓶颈问题。水稳定同位素示踪为认识冰川流域径流过程提供了重要“指纹”信息,但仍缺乏有效模型将该信息与冰川水文模型耦合,而且同位素信息对冰川流域水文模型不确定性的约束效果也有待检验。将水稳定同位素信息（δ¹⁸O）与冰川流域水文模型FLEX^G相耦合,实现对冰川流域水稳定同位素和径流过程的耦合建模（FLEX^G-iso）,并在乌鲁木齐河源1号冰川流域进行模拟检验和径流分割。结果表明：模型不仅对2013—2016年径流过程有良好的模拟效果,还可以重现水稳定同位素、冰川物质平衡等重要过程。利用水稳定同位素这一辅助数据,提高了模型参数的识别能力,减少了模拟过程中各水源的相互妥协效应和不确定性范围。2013—2016年1号冰川断面径流32%~34%来自融雪,48%~51%来自融冰,0%~7%来自地下水,12%~15%来自降雨径流。水稳定同位素对雪和冰川相关中间过程有明显的约束能力,原有模型对融冰贡献的模拟偏高约7%。FLEX^G-iso模型的建立有助于推动寒区水文学理论和方法的发展,以及寒区水资源、生态环境保护等相关决策制定。     

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.     

硝酸盐氮氧同位素反硝化细菌法测试研究

进入21世纪,硝酸盐氮氧同位素测试技术的显著进展是反硝化细菌法测试技术的建立。反硝化细菌法具有可同时分析浓度低至μg/L的硝酸盐氮氧同位素组成、免去复杂的样品预处理、分析时间大大缩短以及从复杂溶液中只转化NO3-为N2O等优点。实验过程由细菌挑选和培养、样品NO3-转化为N2O、N2O提取纯化、同位素测试以及同位素测试结果校正等几个关键步骤组成。国外研究结果显示该技术不仅可用于海水和淡水中硝酸盐同位素测试,而且还可用于土壤样品,并得到不断的完善和应用;国内建立了这一技术,在包气带和地下水硝酸盐污染研究中取得重要进展。由于该技术诸多优点,建议大力促进这一技术在我国的研究和应用,希望有关部门加大支持力度,进一步完善该技术并推广应用。     

Mg同位素应用研究进展

Mg是地球常量元素,几乎参与了地球上的所有地球化学过程;Mg也是陨石的重要元素,是构成陨石26Al-26Mg年代学的一部分.多接收器等离子体质谱(MC-ICP-MS)高精度测定Mg同位素技术的发展,使Mg同位素成为地球化学、宇宙化学和医学等方面研究的新工具.已取得的成果显示,Mg同位素在陨石难熔包体的形成年龄、古环境重建和人体的食物Mg吸收率等方面很有应用前途.     

国产离子交换树脂分离纯化岩石矿物中微量铷、锶方法的进展

目前,离子交换分离技术在分拆化学和同位素地质实验技术、水的净化等方面得到了日益广泛的应用.特别是在铷一锶年代学和锶同位素地质学的实验技术中,应用离子交换技术从岩石矿物中分离、纯化微量测和锶以制备符合质谱分析要求的样品是一种必不可少、行之有效的方法.为适应Rb—Sr年代学、锶同位素地质学和质谱测试技术迅速发展的要求,作者在原来工作的基础上,对分离纯化Rb、Sr的实验技术作了较大的改进,取得了一些新的进展.现将有关资料综述如下.     

稳定同位素地球化学的现状与展望

稳定同位素地球化学作为一门新兴的学科在国内外地学界受到广泛的重视。近年来,这门学科在实验方法、理论基础和地质应用方面又取得了许多新的进步并还在不断地向前发展:一、稳定同位素实验方法的现状近年来,稳定同位素比值测量方法有较大进展。表现在仪器的精度、灵敏度、自动化程度及专用性有较大提高;测量对象不断扩大;国内外同位素标样的建立与完善和样品制备过程的自动化趋势。     

同位素技术在流域水文研究中的重要进展

近50 a来,同位素技术在流域水文研究中取得了两个方向上的重要进展:从时间上讲,主要是对水体贮存、运移时间变化的评估,这里重点介绍了对地下水滞留时间估算上的重要进展;从空间上讲,主要是对流域水文过程的评估,从对河流-地下水系统内水体的相互转化、径流分割和生物化学过程3个方面的进展进行评述.同位素技术和方法在流域水文研究中将向着理解大流域水文过程的方向发展,同位素信息用来校正和检验降水-径流模型及在可持续水资源管理的定量化研究等方面的潜在价值有待实现.     

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。     

Application of heavy stable isotopes in forensic isotope geochemistry: A review

Light stable isotopes have been used for many years to characterize the source and transport of materials. More recently heavy isotope systems such as Sr, Nd and Pb have been added to this list in order to aid source identification. With the advent of multiple collector ICP-MS, the range of isotopic tools now available has increased considerably, however, until the isotope systematics of these new non-traditional isotope systems have become better understood, they will not be as useful in characterizing material source and transportation. Applications using heavy metal stable isotopes (mostly traditional heavy isotopes) have reached most avenues in science, including earth sciences, archaeology, anthropology, animal physiology, ecology and toxicology. This field will continue to grow as new applications are developed and techniques become simpler and quicker. This paper provides a review of how this field has grown and presents two new applications using Pb and Sr isotopes in glazes to determine the source of ore used in glazes, and using Sr isotopes to determine the origin of undocumented deceased Mexican border crossers.     

铊同位素分析技术及其在地学中的应用

应用多接收电感耦合等离子质谱(MC-ICP-MS)等分析技术进行铊(Tl)同位素分析已成为非传统稳定同位素地球化学研究的重要内容之一.对近年来Tl同位素的实验测试方法及其地质应用的有关研究进展做了详细论述,包括Tl的地球化学行为、Tl同位素分析测试技术、同位素分馏机理、在各地质储库中的组成特征以及Tl同位素的地质应用等多个方面.这些研究表明该分析技术为行星科学、古海洋学、地幔地球化学、岩石成因以及矿床学等领域的研究提供了其他同位素分析方法难以获得的重要信息,充分展示了该分析技术在地球科学和环境科学领域的应用前景.      

Strategies towards robust interpretations of in situ zircon oxygen isotopes

Oxygen isotopes are a versatile tool to address a wide range of questions in the Earth sciences. Applications include geothermometry, paleoclimatology, tracing of geochemical reservoirs, fluid-rock interaction, magmatic petrogenesis, and identification of extra-terrestrial materials. Zircon arguably provides one of the most robust records of primary magmatic O isotope ratio due to low diffusion rates in crystalline grains. The ability to correlate zircon O isotopes with temporal and petrogenetic information (e.g. U-Pb geochronology, Lu-Hf isotopes, and trace elements) makes this mineral a key archive for understanding Earth’s crustal evolution. Consequently, zircon O isotope geochemistry has found widespread usage to address fundamental questions across the earth and planetary sciences. The general apparent ease of O isotopic acquisition through the advancement of rapid in situ techniques (i.e. secondary ion mass spectrometry; SIMS) and associated dedicated national laboratories has led to the generation of large O isotopic data sets of variable quality, highlighting the importance of a coherent workflow for data collection, reduction, and presentation. This paper presents a set of approaches for measurement, assessment, and reporting of zircon O isotope data. The focus in this contribution is on in situ analysis via secondary ion mass spectrometry using large geometry instruments, but other commonly used techniques are briefly reviewed for context. This work aims to provide an analytical framework necessary for geologically meaningful interpretation of O isotope data. In addition, we describe inherent geological (e.g. radiation-induced disturbance of the zircon O isotopic system) and analytical (e.g. fractionation due to sample topography effects) challenges and outline means to identify and avoid such issues as a prerequisite to the generation of robust primary O isotopic signatures for geological interpretation.     

镉同位素体系及其在地球科学和环境科学中的应用

镉是典型的亲硫元素,常赋存于各种硫化物矿床中.在环境体系中,镉是微生物所需的营养物质,其元素的循环受生物活动的影响.已有研究表明蒸发/冷凝过程、生物及无机过程都会导致镉同位素发生分馏,因此镉同位素研究在地球科学、环境科学具有独特的应用前景.与此同时,多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)技术的应用成功地实现了地质样品中镉同位素组成的高精度测量,使得镉同位素地球化学研究获得了蓬勃发展.本文基于当前最新研究成果,对镉同位素体系进行了详细综述,重点探讨镉的地球化学行为及同位素分馏机制,镉同位素在各物质储库中的分布特征及其在地球科学、环境科学中的应用,镉同位素测试技术.镉同位素地球化学的研究尚处于起步阶段,深入开展镉同位素分馏机理、完善镉同位素在各物质储库中的分布、建立统一的同位素标准体系的研究,将推动镉同位素在地球科学和环境科学领域的广泛应用.     

中国冰川学和冻土学研究40年的回顾与展望

During the past four decades, breathtaking progress has been achieved in China from almost zero to increasingly advanced stages in glaciology and geocryology. The interactions between the cryosphere and climate are of great concern at present. Studies on the water resources in arid and cold regions, hazards control and cold regions engineering under a warming climate are critically important to the sustainable and concordant development of the regional economies and ecosystems. As a mechanism for the above topics, geographic information sciences have significantly facilitated the data processing and insights into the fledgling cryosphere sciences and therefore, should be expedited.     

西藏羊八井地热田硼同位素地球化学特征初步研究

基于国外大量硼同位素示踪的地热研究实例,在先期建立的MC-ICP-MS测定水中硼同位素分析方法基础上,以羊八井地热田为研究对象,进行了热田地热流体的硼同位素地球化学初步研究。研究表明,羊八井地热田区热储流体的硼同位素值为 -10.5‰～-9.1‰,为非海相来源; 结合区域地质特征,研究认为热储内的硼组分来源于蚀变花岗岩围岩,并且蚀变花岗岩的硼同位素特征可能与深层地热流体相似。研究表明羊八井浅层热储内硼元素的地球化学行为并非完全是保守元素,存在着一定的硼同位素分馏。在端元硼同位素特征差异较小的羊八井热田,为硼同位素二元混合模型示踪水体混合过程带来了相当的复杂性。本文从热田开采过程与采样时间、水-岩相互作用、气-液相分离以及结垢过程等方面分析了浅层热储内引起硼同位素分馏的可能因素,其中从整体来看,气-液相分离过程的影响相对较大;而在个别井位水-岩相互作用与结垢的影响可能相对较为显著。     

Li同位素在矿床学中的应用:现状与展望

矿床的形成受制于多种复杂的地质作用,包括全球尺度的板块构造运动、岩浆活动、变质沉积改造等过程,并普遍伴随热液活动、流体迁移、水-岩相互作用、元素分异及同位素分馏等一系列局部区域地质和地球化学过程.在过去的矿床学研究中,地球化学方法主要围绕在主、微量元素和传统的稳定同位素等手段,解决了很多矿床成因问题.但仍存在不少的多解和难解问题,比如许多矿床在矿化类型、蚀变分带与金属矿物组合方面具有诸多相似之处,常规地球化学指标难以区分.随着测试精度的提高和自然储库组成的完善,Li同位素近些年来已成为新兴的稳定同位素体系.Li同位素在自然界过程中高达80‰的同位素分馏使其具有更好的辨识能力,同时兼有直接和间接指示作用,有潜力成为研究各种复杂成矿过程的良好示踪剂.本文总结了近年来有关矿床学中Li同位素的研究和应用进展,以俯冲带成矿为主,阐述了斑岩型-热液矿床、伟晶岩型矿床和沉积矿床等类型矿床的Li同位素地球化学特征,并探究新的Li同位素方法在矿床中的应用前景.基于Li同位素体系在各类矿床的应用实例,我们认为Li同位素体系将为矿床学研究提供更多的指示信息和依据.      

非传统稳定同位素锗的测试进展及其地质应用

Ge具有亲硫、亲铁、亲石和亲有机质的特性,被广泛应用于矿床学、环境科学等学科。然而,由于测试技术和手段的限制,Ge同位素在地球科学中的应用还很有限,但已显示出较好的应用潜力。本文在综合前人研究成果的基础上,结合笔者最新的研究工作,对Ge同位素的测试技术和手段等方面做了较全面的总结,内容包括Ge同位素化学前处理方法的研究进展、Ge同位素测试过程中仪器产生的质量歧视的校正方法。同时,亦对自然界样品中Ge同位素的组成、Ge同位素分馏机制及应用等方面做了评述。