汞同位素地球化学概述

汞同位素是一个新兴的地球化学示踪手段。过去十多年来,随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得了引人注目的进展,主要体现在如下两个方面。(1)实验及理论地球化学研究表明,汞生物地球化学循环的一系列过程都能导致显著的汞同位素质量分馏。此外,汞还是自然界少数存在同位素非质量分馏的金属元素之一。汞同位素非质量分馏对识别某些特殊地球化学过程(如光还原作用、挥发作用等)具有重要指示意义。(2)自然样品的汞同位素测试表明,自然界汞同位素组成(δ202 Hg和Δ199 Hg)变化可达10‰。目前,汞同位素地球化学已被应用于汞污染源示踪、汞生物地球化学过程判别等领域,并有望在不久的将来在汞的大气化学、生物地球化学等领域得到更为广泛的应用。     

镁同位素地球化学研究新进展及其应用

作为一种新兴的地质示踪剂,Mg同位素正受到国际地学界日益广泛的关注。Mg同位素地球化学研究已取得了巨大的进展,近期研究工作主要包括两个方面。首先,调查了地球各主要储库和陨石的Mg同位素组成特征,结果表明陨石和地球地幔具有均一并且相似的Mg同位素组成,平均δ²⁶Mg值分别为-0.28±0.06‰和-0.25±0.07‰;相反,上地壳和水圈的Mg同位素组成很不均一,δ²⁶Mg值变化范围分别为-4.84‰~+0.92‰和-2.93‰~+1.13‰。其次,对一些地质和物理化学过程中Mg同位素的分馏行为进行研究,结果表明:(1)地表风化作用可以造成大的Mg同位素分馏,导致重Mg同位素残留在风化产物中而轻Mg同位素进入水圈;(2)岩浆分异过程中Mg同位素平衡分馏很小;(3)高温化学扩散和热扩散过程中Mg同位素会发生显著的动力学分馏。基于这些研究成果,Mg同位素体系已经被初步应用于示踪早期地球形成和壳内物质再循环等过程,并有望在不久的将来应用于示踪大陆地壳的化学演化和地质温度计等研究领域。     

海洋铜锌同位素地球化学研究进展

铜锌是海洋浮游生物生命活动所必需的微量营养元素,其含量和同位素能够对相关海洋生物—物理—化学过程进行示踪和定量分析,是国际地学重大研究计划"GEOTRACES"的核心研究内容之一.总结和评述了近年来海洋铜锌同位素的最新研究成果和研究现状,归纳出以下认识:①生物吸收、颗粒物吸附和有机质络合等不同海洋过程会使海水溶解铜锌同位素产生分馏,从而对同位素组成的纵剖面分布特征造成影响;②现代海洋主要铜锌输入、输出端元同位素组成及通量的研究已日趋成熟,但仍存在潜在的铜锌源汇尚未被发现;③铜锌对海洋气候环境变化极为敏感,其同位素组成经常被广泛应用于古海洋气候环境变化等方面的示踪.未来还需在优化铜同位素组成的分析测试方法、探究海洋铜锌的潜在源汇以及生物碳酸盐等海洋载体铜锌同位素分馏机理等方面开展进一步工作,并有望在碳循环、地球气候重大演变和海洋环境污染的示踪应用等方向取得突破.     

基于连续流同位素质谱的地下水无机物氯稳定同位素测试方法及影响因素研究

氯稳定同位素作为示踪剂,能指示水体演化和探索地质环境变化,在地球科学领域具有广泛的应用前景.连续流同位素质谱法(CF-IRMS)具有样品用量少和灵敏度高的优点,被广泛应用于氯等稳定同位素的测试.氯甲烷作为一种易挥发的气体,在反应过程及测试管路中容易逸出,造成样品损失.如何减少反应及测试过程中氯甲烷的流失,实现氯甲烷的分...     

镁同位素示踪表生地质过程的原理及应用

镁(Mg)是流体活动性元素及生物必需元素,广泛参与地球表层圈层所涉及的物理、化学和生物过程。最近二十年发展起来的镁稳定同位素技术为研究表生地质过程中Mg的迁移转化过程,以及相应的生态环境效应提供了新的视野。利用镁同位素在全球物质迁移与循环过程中的同位素分馏效应来示踪表生地球化学过程,对于理解生物地球化学循环、全球碳循环和气候变化等具有重要的科学意义。本文系统介绍了镁同位素分析测试技术、表生地质过程镁同位素分馏机理、镁同位素示踪表生地质过程的研究进展及其存在的问题,并对其潜在的发展方向进行了展望,以期对镁同位素体系的未来研究提供借鉴。     

黄土中硼的同位素组成变化及其气候示踪意义研究

自然界中硼的同位素组成变化很大(δ１１Ｂ＝－３０‰～＋４０‰),但在不问类型地质体中的分布或一定地质地球化学过程造成的分馏却有特定的范围。硼同位素分馏的主要原因是流体—固体反应体系的ｐＨ条件和水－岩比值变化。硼的这些特殊地球化学性质在不同地质地球化学作用示踪,特别是与流体作用有关的地球化学过程的研究中得到了广泛的应用。近年来有学者利用硼同位素组成示踪古海水的ｐＨ变化,但利用硼同位素示踪其它古环境或气候变化的研究却相当少。本文试图通过研究黄土中不同相态硼的同位素组成变化来识别黄土化学风化过程中流体介质的ｐＨ条件以及其它与风化作用强度有关的各种信息,并进一步发掘硼同位素组成变化在反映古气候、古环境     

铈同位素研究进展

铈作为一种重要的稀土元素,广泛存在于各种地质储库,并参与到成岩成矿作用。铈是少数具有可变价态(Ce³⁺,Ce⁴⁺)的稀土元素,由此导致的铈异常被广泛应用于示踪氧化还原条件变化。随着质谱技术的不断发展,铈同位素的高精度测量得以实现,并在地质测年、示踪氧化还原状态等方面取得了重要进展。本文在前人研究的基础上,对铈同位素的测试方法进行了小结。铈同位素测试主要利用热电离质谱(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)完成,测试精度最高可达到0.02‰(2SD)。随后结合最新的研究成果,较全面的总结了铈同位素在不同地质储库(如天体、海洋等)中的组成特征以及不同环境条件下(如低温、不同pH值等)的分馏机制,指出铈同位素在不同温度体系下的分馏机制仍然缺少模拟实验的验证和理论计算的支持。最后梳理了铈同位素在示踪物质来源、沉积环境以及地质测年等方面的应用,显示了铈同位素具有较大的应用潜力。     

海洋汞同位素研究进展

海洋作为地球上最重要的汞储库之一,在调节全球汞循环中起着关键作用.近年来,汞同位素在研究海洋汞生物地球化学循环方面展现出明显优势,不但能示踪现代海洋汞污染来源及转化过程,还可重建古环境、古气候.总结了不同类型海洋样品汞同位素检测方法,系统归纳了其汞同位素数据,并重点阐述了海洋汞同位素分馏机制.总体上,目前海洋汞同位素数据还很有限,海洋汞循环关键过程的同位素分馏效应及潜在机理研究相对缺乏,精确源解析困难,难以对全球汞关键过程和循环通量进行准确验证和制约.未来还需要深入研究汞同位素分馏机理,进一步明确海洋中汞的来源、迁移及转化,为完善全球汞循环及精准防控海洋汞污染提供基础数据和理论支持.     

“同位素分析新技术与地质应用研究新进展”专辑特邀主编寄语

同位素定年和示踪技术已渗透到地球科学的各个方面, 成为确定地质事件时代和成岩成矿年龄、示踪成岩成矿物质来源和形成环境条件的重要手段, 推动地球科学发展的重要动力。随着分析技术的不断发展, 微区/微量同位素、非传统同位素、高维度同位素已成为当前国际同位素地球化学研究的前沿和重点领域, 近年来我国在该领域也取得长足发展和一系列重大成果。本“同位素分析新技术与地质应用研究新进展”专辑集中刊发了13篇这方面的文章, 主要涵盖了两个方向的研究成果: (1)同位素地质分析新方法及标准物质研制; (2)同位素地球化学研究新进展, 主要包括同位素示踪技术在矿床和海洋沉积环境中应用研究。本文将对收录本专辑论文的研究工作做一简要介绍, 对深入了解我国同位素地质分析技术及应用研究最新进展具有一定参考价值。     

金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环SCIEI北大核心CSCD

俯冲带挥发分的循环不仅深刻影响着地球各圈层之间的相互作用,而且在成矿金属元素迁移-富集以及全球气候变化等重要地质和环境过程中扮演着重要的角色。近年来,金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环受到了广泛关注,取得了众多进展,但大多针对单个挥发性元素开展某个特定金属同位素的示踪研究。本文根据不同金属元素的地球化学性质差异及其与多种挥发分之间的结合形式,系统归纳了金属稳定同位素在示踪俯冲带不同挥发分循环方面的特点。整体上讲,镁和锌同位素体系示踪俯冲带碳循环最为有效;锂、镁、钾、钡、钼等金属同位素体系在示踪俯冲带水(流体)循环方面则具有各自的特点;锌同位素在示踪俯冲带硫循环方面有巨大潜力;铬同位素示踪俯冲带氯循环有独特优势;铁、铬、铜等变价金属同位素体系对挥发分的氧化还原状态较为敏感,有望示踪俯冲带氧循环。这些同位素体系对理解俯冲带挥发分循环提供了全新的视角,有望成为未来地球系统科学的重要研究方向。     

锑的地球化学行为以及锑同位素研究进展

锑被广泛用于生产各种阻燃剂、玻璃、橡胶、颜料、陶瓷、半导体原件等。锑在火成岩中属于分散元素,但可以富集在沉积岩中（如深海黏土、页岩及碎屑岩）。锑常出现在与辉长质深成岩有关的岩浆硫化物矿床、与花岗岩有关的硫化物矿床、碎屑岩-碳酸岩赋矿的钨-锑-汞层控矿床及热液铅锌矿床中。目前高精度锑同位素的分析测试方法已基本成熟,即酸溶、阳离子树脂交换柱结合硫醇棉纤维法或阴阳离子交换柱法分离富集锑、氢化物发生器MC-ICP-MS测定锑同位素。仪器的质量歧视校正通常采用标样-样品匹配法、In内标法和Sn内标法。不同地质储库端元的锑同位素组成变化较大（达18‱）,海水为～3.7‱,硅酸岩为0.9‱～2.9‱,硫化物（辉锑矿、闪锌矿、黄铁矿、白铁矿）为-1.9‱～16.9‱。且来自不同国家的辉锑矿具有不同的锑同位素组成,不同产地玻璃的锑同位素组成也不同。锑同位素在氧化还原过程（或硫化物沉淀）和无机吸附过程会发生明显分馏,分别达～9‱和～4‱。因此,锑同位素有可能作为一种灵敏的地球化学示踪剂,对示踪成矿物质来源、刻画与氧化还原等过程有关的成矿过程和探讨矿床形成机理、矿区重金属锑污染的治理以及考古等方面具有重要指示作用。     

电气石——成岩成矿作用的灵敏示踪剂

本文详细论述了电气石的化学组成（主化学元素、微量元素和稀土元素）和同位素组成Ｈ、Ｏ、Ｂ、Ｓｉ、Ｒｂ／Ｓｒ、Ｓｍ／Ｎｄ、ｐｂ／ｐｂ和Ｋ／Ａｒ）特征,提出电气石可以作为研究成岩成矿作用的一个灵敏示踪剂。利用电气石的主化学元素和微量、稀土元素组成,可以有效指示其形成的物理化学环境,还可以作为一种有用的找矿标志,指标矿化的存在,并可能用于区分矿化类型和矿体规模。电气石的稳定同位素和放射性同位素研究,已经用     

锑的地球化学行为以及锑同位素研究进展

火山和成矿地质现象表明硼可以在含水流体和气体中运移,本文应用离子选择电极法测定水热气体中硼的溶解度,以揭示硼的气态迁移能力。使用氟硼酸盐选择电极,测定了经氟硼酸化的硼酸标准溶液和含硼气体凝结水的电位,当硼含量处于地质流体的主要范围内（0.52～524.50 mg/L）时,电极电位与硼浓度的对数呈现出灵敏度很高的能斯特线性关系,标准曲线具有很好的稳定性和重现性。本方法测定硼的检出限为0.13 mg/L,低于饮用水标准规定的硼含量限值,适用于测定水热气体中的硼含量。硼酸挥发实验显示,硼在150℃、0.37 MPa水蒸气中的含量可达0.65%～0.72%,与富硼火山喷气的硼含量相符,显示硼在高温水热条件下可在气相中显著迁移,且H₃BO₃气态分子是硼的主要迁移形式之一。矿床地质特征和实验表明,硼的气态迁移和电气石化与稀有金属型伟晶岩的形成和矿化以及某些热液-气成型Sn-W、Mo矿床和斑岩型Cu、Au矿床的形成密切相关。     

安徽铜陵狮子山矿田铜金多金属矿床的成矿模式

狮子山矿田是铜陵矿集区最具代表性的铜金多金属矿田。本文选择狮子山矿田中的几个典型矿床进行地质和地球化学研究,系统阐述了矿床的控矿构造和赋矿岩石、矿体和矿石、蚀变和矿化等地质特征,确定了矿床成因类型;深入研究了侵入体与矿床矿体的时空关系以及主要矿床的流体包裹体地球化学特征及氢-氧、碳-氧、硫和铅同位素地球化学特征,探讨了成矿流体、成矿金属元素(铅)及其化合元素(碳和硫)的来源;结合成岩成矿大地构造背景分析,确定了不同矿床类型间的成因联系,建立了斑岩型-矽卡岩型-浅成热液型矿床成矿模式,为狮子山矿田边部和深部及铜陵矿集区及其邻区的找矿勘查提供了理论依据,并据此建议在铜陵矿集区以往以矽卡岩型矿床为主要找矿目标的基础上,进一步加强研究和寻找由统一的岩浆热液系统控制的斑岩型铜(-钼、-金)矿床和浅成热液型金(-银多金属)矿床。     

稀有气体同位素示踪成矿古流体研究进展

稀有气体（特别是He、Ar）是一种研究成矿古流体来源的灵敏示踪剂。地球不同圈层的稀有气体同位素具有不同的特征同位素比值。测试样品流体包裹体中的稀有气体同位素值，从测试值中排除掉包裹体形成后各种后生过程对流体初始同位素组成的影响。把得到的结果与前人研究总结的特征值进行比较分析，可以示踪成矿流体来源，从而探讨各种矿床的成矿机制与成矿作用。归纳了近年来用稀有气体同位素来示踪成矿流体的研究进展，概括了其在不同类型矿床中的应用现状，并指出当前该方法存在的问题及发展趋势。     

辽宁青城子铅锌矿成矿流体特征和成矿物质来源示踪

青城子铅锌矿地处辽东-吉南裂谷带西端,是中国东北地区著名的铅锌矿床,其成矿作用复杂。为了深入揭示该矿床的成矿流体特征和成矿物质来源,本文在对青城子铅锌矿床(喜鹊沟、甸南、本山)地质特征研究的基础上,开展了流体包裹体测温和激光拉曼成分分析,H、O、C、S、Pb同位素分析,并进行了多元同位素体系的综合示踪。青城子铅锌矿床发育富液相包裹体,局部发育H_2O-CO_2三相包裹体。成矿温度范围大,是多阶段成矿作用发展演化的反映(至少两期成矿),成矿温度主要在190℃~310℃之间,应属中温成矿,成矿流体为中温低盐度的水盐流体。激光拉曼成分特征,成矿流体总体属于含CH_4的H_2O-CO_2-NaCl体系,属于还原性流体,具有深源的特征。氢氧同位素结果显示,成矿热液主要来源于岩浆水和大气降水。硫同位素特征表明,矿体中的硫可能主要来自海水硫酸盐的还原。碳氧同位素特征表明,成矿物质可能起源于地层,后期发生岩浆热液改造。铅同位素结果表明,矿石中铅是地层与岩浆岩的混合源铅。     

金矿床定年方法进展及研究现状

热液蚀变矿物，流体包裹体，脉石英，水热锆石和某些矿石矿物同位素定年方法的新进展使金矿床定年精度大大提高。热释发光等新技术区分成矿前或成矿后脉岩，异常铅模型研究可有效地示踪金矿化历史，在坚实的成矿背景和矿床地质地球化学基础上，采用多元同素体系结构分析是今后矿床定年的主要方向。     

Hydrothermal Dolomite: A Review and PerspectiveEI北大核心CSCD

Hydrothermal dolomite commonly closely associates with oil-gas reservoirs and sediment-hosted Pb-Zn deposits, the Mississippi Valley-type (MVT) Pb-Zn deposits in particular. Host rocks of MVT deposits usually experienced extensive dolomitization, and indeed, hydrothermal dolomite is considered as a useful prospective indicator for MVT mineralization. However, genetic link between the hydrothermal dolomitization and MVT Pb-Zn mineralization is a matter of debate. This paper briefly reviewed the nomenclature and research history of hydrothermal dolomite, introduced the major geological, geochemical characteristics, and distribution of hydrothermal dolomite, spatial and possibly genetic relationship between hdyrothermal dolomite and hdyrothermal ore deposits and oil-gas reservoirs based on case studies including the occurrence of hydrothermal dolomites in MVT deposits in Southwest China. The temporal and genetic relationships between dolomitizaiton and thermal sulfate reduction, sulfide precipitation and thus the location of ore mineralization well worthy more attention, and comprehensive geological and isotope geochemical and state of art in situ techniques will contribute to understanding of the genesis of hydrotherml dolomite and the spatially related ore deposits and oil-gas reservoirs. © 2018, Science Press. All right reserved.     

新疆可可托海稀有金属矿床矿物和岩石热红外光谱特征

当前新型材料、新能源在各个领域应用不断深化,稀有金属矿床迎来了世界范围内的研究与勘探热潮。新疆可可托海稀有金属矿床是我国最早开发利用稀有金属矿产资源的重要基地,但对其典型矿物和围岩的热红外反射光谱的认识还很缺乏,制约了对同类型矿床开展遥感地质调查和遥感地质学研究工作的推进。本文采用便携式热红外光谱仪,对可可托海3号脉的典型矿物岩石开展热红外光谱特征研究。结果表明:热红外光谱可以有效识别锂辉石、锂云母、绿柱石、电气石等典型的稀有金属矿物。其中,与锂云母相比,含锂云母伟晶岩产生了新的特征峰;含锂辉石伟晶岩、含电气石伟晶岩相比于各自单晶矿物,其反射特征峰均明显向短波方向偏移;含绿柱石伟晶岩光谱曲线反射特征峰比绿柱石单晶反射特征峰明显向长波方向偏移。本文初步建立了可可托海典型矿物和岩石热红外光谱特征数据库,总结了以锂辉石、锂云母等稀有金属矿床矿物、含矿伟晶岩及围岩的热红外光谱特征,可为热红外光谱进行稀有金属矿物的识别及花岗伟晶岩型矿床的勘探提供必要的基础数据支撑。     

马坑铁矿钻孔岩心红外光谱特征及蚀变分带特征研究

红外反射光谱技术可无损、快速、批量地识别出硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐等矿物,近年来在矿物学研究、地质勘探与找矿、矿山选冶等方面取得了较显著进展。尤其是热红外波段（6000~14500nm）可识别出辉石、石榴子石、橄榄石等蚀变矿物以及长石、石英等造岩矿物,对于矽卡岩型、铜镍硫化物型以及石英脉型等矿床地质找矿、矿床成因研究等具有重要意义。本文通过对国家实物地质资料馆馆藏的马坑铁矿钻孔岩心进行短波-热红外反射光谱测量与分析,总结马坑铁矿各蚀变矿物光谱特征,并快速厘定了该矿床的蚀变矿物类型及组合特征。马坑铁矿蚀变矿物主要有石榴子石、辉石、碳酸盐、绿泥石、绢（白）云母、角闪石、绿帘石、蒙脱石、石膏等。石榴子石热红外光谱特征是在9199nm、9730nm、10500nm及11100nm处具有明显的反射特征,辉石热红外光谱特征主要是在11500nm和12150nm处具有明显的吸收特征。红外光谱分析表明蚀变矿物在空间上呈现出明显的分带性,蚀变矿物组合及分布严格受围岩岩性和热液交代的双重控制。通过红外反射光谱蚀变矿物组合特征研究,“石榴子石+辉石”可作为矽卡岩型矿床的标型矿物组合,蚀变分带特征也反映了主矿体从高温到低温的变化过程;结合矿床地质特征,推断出马坑铁矿为典型的层控矽卡岩型矿床。本研究可为矽卡岩型矿床的成矿规律认识和找矿勘探等方面提供科学支撑。