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。     

角闪石族矿物的氧同位素分馏

利用增量方法和同位素交换技术,对角闪石族矿物的氧同位素分馏进行了理论计算和实验测定。理论结果表明,不同化学成分的角闪石之间存在一定的氧同位素分馏,其13O富集顺序为:钠闪石>蓝闪石>铁闪石>阳起石=镁铁门石≥直闪石≥透闪石>普通角闪石>铝直闪石>韭闪石。高温条件下(>500℃),角闪石相对于水亏损¹⁸O达1‰至3‰。实验进行在有少量流体存在的条件下,温度为520℃至680℃。所确定的方解石-透闪石氧同位素分馏系数与理论计算值在误差范围内完全一致。理论和实验确定的石英-透闪石分馏曲线均显着低于已知的经验校准曲线,反映了变质岩中含角闪石矿物集合体内部的退化同位素再平衡。     

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。     

胶东金矿床碳酸盐矿物的碳-氧和锶-钕同位素地球化学研究

对胶东四类金矿床(盆地边缘砾岩型、斑岩型-浅成热液型、石英脉型和破碎带蚀变岩型)矿石中的碳酸盐矿物开展了系统的碳-氧同位素和锶-钕同位素地球化学研究。研究结果表明，与宏观的成矿地质条件和矿床地质特征相对应，山东金矿床可能有亲岩浆岩和亲沉积盆地两个不同的成矿系统。前者包括斑岩型-浅成热液型、石英脉型和破碎带蚀变岩型三类金矿床，后者指盆地边缘砾岩型金矿床，二者具有不同的碳-氧和锶-钕同位素地球化学特征。山东亲岩浆岩系列的金矿床，其锶-钕同位素与同时代的幔源岩浆岩一致，碳同位素显示幔源碳和岩浆碳的特征，氧同位素则显示初生水与大气降水不同比例混合的可能性，因此有可能是以CO2为主、富合成矿金属的地幔流体与浅部下渗大气降水相互作用的结果。而与岩浆岩关系不密切、主要受盆地边缘断裂控制的盆地边缘砾岩型金矿床，其碳-氧和锶-钕同位素组成均较分散，可能主要与地壳浅部下渗大气降水对上地壳各种岩石淋滤萃取演化而成的成矿流体有关。     

胶南榴辉岩矿物氧同位素平衡及其Sm-Nd年代学制约

对苏鲁地体中的胶南榴辉岩进行了矿物氧同位素分析，并与同一手标本矿物的Sm-Nd内部等时线定年和Nd-Sr同位素分布进行了对比。研究表明，石榴子石与绿辉石之间的氧同位素平衡与否能够对矿物Sm-Nd同位素体系的平衡状况和内部等时线定年结果的有效性给予直接制约。合理的石榴子石＋绿辉石Sm-Nd内部等时线年龄产于两矿物之间达到并在峰变质条件下保持氧同位素平衡的样品中，而两矿物之间处于氧同位素不平衡的样品不能给出正确的Sm-Nd内部等时线年龄。同一矿物在手标本尺度出现显著的O-Nd-Sr同位素不均一性，据此对这些元素在石榴子石和绿辉石中的扩散速率顺序进行了估计，不仅得到了与实验扩散系数相吻合的结果，而且由此估计出在峰变质条件下达到矿物内部同位素均一化所需要的时间应大于10Ma。     

氢氧化物族矿物的氧同位素分馏

应用增量方法计算了氢氧化物族矿物的氧同位素分馏,得到常见氢氧化物的18O富集顺序为：褐铁矿＞三水铝石＞针铁矿＞水镁石＞硬水铝石。氢氧化物与其对应的氧化物相比显著地富集18O。三价阳离子的氢氧化物和氧化物的18O富集顺序为：M（OH）3＞MO（OH）＞M2O3。Al（OH）3同质多象变体之间也存在一定的分馏。对于石英-氢氧化物、方解石-氢氧化物和氢氧化物-水体系,本文计算提供了在0-1200℃温度范围内三组内部一致的分馏系数方程。这些理论校准与合成实验结果和／或地表温度下的天然样品相吻合,特别针铁矿、勃姆石和硬水铝石与水之间的氧同位素分馏关系能够满足地质测温的要求。因此,对氢氧化物-水体系的氧同位素分析可望提供表生环境下可靠的地质温度计。     

用改进的增量方法计算硫化物中硫的同位素分馏系数

增量方法已成功地应用到硅酸盐矿物、金属氧化物、碳酸盐矿物和硫酸盐矿物氧同位素分馏系数的计算中。本文在对硫化物晶体结构与矿物学特点分析的基础上,通过详细分析前人对硅酸盐矿物和金属氧化物中氧同位素分馏的增量计算方法,将氧化物和硫化物的晶体特征加以对比,提出了计算硫化物中硫同位素分馏的增量计算方法。修正的增量方法根据硫化物的晶体化学结构特征,引入了一个重要的参数,即Madelung常数,用于指示不同结构的硫化物对~(34)S的富集能力。本文利用这一修正的增量方法计算出了0℃到1000℃温度范围内,磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、硫镉矿的10~3Inβ和它们之间的分馏系数10~3Inα。并给出这五种矿物间的~(34)S富集顺序：磁黄铁矿＞硫镉矿＞闪锌矿＞黄铜矿＞方铅矿。与前人的实验结果对比表明,本次计算结果与实验结果基本吻合。同时,增量计算方法成功地再现了任意硫化物中~(32)S、~(33)S、~(34)S和~(36)S这四种同位素之间确实存在一定的分馏比例关系。这说明尽管增量方法存在一定的局限性,但将其扩展到硫化物间硫同位素分馏的理论计算是可行的。     

矿物氧扩散与氧同位素退化交换作用

本文从理论上解论上解析了同位素封闭体系内的矿物氧扩散性质，火成岩从冷却为质岩从高峰变质温度冷却过程中的所发生的扩散作用会层致矿物晶体内部及晶粒间的氧同位素重新分配，两种不同的矿物氧扩散－同位素交换模式都可以用来模拟这种性质。实例研究进一步阐明了扩散对氧同位素组成的影响。     

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).     

Stable W Isotope Measurements of Geological Reference Materials and Tungsten Ore Minerals by Double Spike MC-ICP-MS

This study presents high-precision W isotopic measurement results using the ¹⁸⁰W-¹⁸³W double spike technique with MC-ICP-MS. The effects of isobaric and polyatomic interferences on W isotopic measurements were evaluated. The δ^186/184W values were not significantly affected when the solution had Hf/W ≤ 3 × 10^-4, Ta/W ≤ 1, Os/W ≤ 0.06, Ce/W ≤ 0.0075, Nd/W ≤ 3.5 and Sm/W ≤ 5. The intermediate measurement precisions of both standard solutions (NIST SRM 3163 and Alfa Aesar W) and geological reference materials (NOD-A-1) were better than ±0.024‰ (2s). We also obtained a precision of 0.026‰ for a minimum sample loading mass of 5 ng, allowing the analysis of samples with low W contents. Replicated measurements of geological reference materials (AGV-2, BCR-2, BHVO-2, GSP-2, RGM-1, SDC-1, NOD-A-1 and NOD-P-1) yielded δ^186/184W values ranging from 0.017‰ to 0.144‰. The δ^186/184W values of two major tungsten ore minerals (scheelite and wolframite) were reported and compared herein. Scheelites had systematically slightly heavier W isotopic compositions than wolframites, which may reflect differences in the crystal structure. The resolvable variations of stable/mass-dependent W isotopic compositions in rocks and ore minerals make W isotopes a novel tool for studying hydrothermal mineralisation processes and the W cycle of geological reservoirs.     

铊矿物晶体化学和地球化学

对世界上已经发现报道的56个铊矿物种类、晶体化学和地球化学特征以及铊矿物产出的地质条件进行了系统总结。将铊矿物分为硫化物、氧化物和含氧盐等六大类,其中铊硫化物矿物占绝大多数。在低温还原环境下,铊表现出强烈的亲硫性,可以与As、Sb、Pb、Hg、Cu和Au等元素结合形成两种形式的铊硫化物矿物：①Tl_wB_yS_z（铊作为唯一的金属元素）,②Tl_wA_xB_yS_z（除了铊以外还有其他的金属元素）。低温成矿域中贱金属矿床是铊矿物的主要产出场所。对目前铊矿物学研究的现状、最新进展和存在的问题进行了综述和探讨。     

皖南新元古代井潭组火山岩锆石U-Pb定年和同位素地球化学研究

对皖南江南造山带新元古代井潭组火山岩样品进行了锆石微区U-Pb定年、全岩主微量元素分析和Sr-Nd同位素分析以及矿物氧同位素分析。结果表明,井潭组火山岩存在二期火山岩,形成时代分别为820±16 Ma和776±10 Ma。所有样品都具有较高的基性组分(ΣTiO2+ Fe2O3 T+MgO) 含量(4.7%~16.36%),LREE富集,中等Eu负异常,大离子亲石元素K,Rb,Ba,Th,U等富集,Nb,Ta,Sr,Ti等相对亏损。εNd (t )值为-2.79~-1.71,指示岩浆源区含有显著的新生地壳组分。这些岩石具有高A/CNK(1.37~1.61)和高δ18O值(锆石6.52‰~8.98‰),显示为壳源S型岩浆岩的特点。石英、斜长石和钾长石等矿物氧同位素具有很大的变化范围,表明井潭组火山岩经历了不同程度的亚固相中温热液蚀变。根据锆石U-Pb定年和元素以及同位素分析结果,776±10 Ma井潭组火山岩与石耳山花岗岩为同期岩浆岩,井潭组火山岩直接来源于早新元古代新生地壳重熔,而石耳山花岗岩源岩为约825 Ma岩浆岩,间接来源于早新元古代新生地壳的再造。这些新生地壳是江南弧–陆碰撞造山带的组成部分,在Rodinia超大陆裂解时发生拉张跨塌熔融,既不是地幔柱岩浆活动产物,也不是岛弧岩浆作用的直接产物,而是板块–裂谷岩浆活动产物。     

阿尔泰造山带南缘镁铁质-超镁铁质杂岩体的Sr、Nd、O同位素地球化学及其源区特征探讨

对阿尔泰造山带南缘喀拉通克和锡泊渡两个杂岩体的Sr—Nd-O同位素研究表明,两个杂岩体的同位素特征相似,均具有低的（^87Sr／^86Sr）,和高的εNd（t）值（6．3～9．1）,表明其来源于亏损的软流圈地幔,但是其δ^18O值（‰）大多大于6（5．4～10．2）,表明有地壳物质的加入。Sr和O同位素表明,这种地壳物质的混入主要是源区的混入。根据Nd同位素模式年龄以及区域构造演化特征,可能是混入有早期俯冲的洋壳（可能是早古生代）的亏损地幔熔融的结果。然而,与锡泊渡杂岩体不同的是,喀拉通克杂岩体局部还经历了上部地壳的混染作用。此外,额尔齐斯深大断裂南北两侧镁铁质-超镁铁质杂岩体源区特征的相似性可能暗示了该断裂可能不是阿尔泰造山带和准噶尔造山带的分界线。     

表生过程中铁的同位素地球化学

铁同位素地球化学已成为当前国际上地球化学领域的研究热点。表生过程涉及地球表层,包括大气圈、水圈、生物圈及岩石圈浅部,与人类生活密切相关,也是地球科学中的基本地质过程之一。本文对表生体系中的土壤、河流、海洋等主要储库的铁同位素组成特征及表生体系铁同位素分馏的基本过程进行总结。在此基础上,对表生过程中的风化作用、河流搬运作用、沉积作用、成岩作用及海洋铁的地球化学循环过程中铁的同位素地球化学行为进行介绍。表生过程中铁的同位素地球化学理论框架已经基本建立,并且显示出铁同位素是表生地球化学领域新的示踪工具。     

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。     

Application of Lithium Isotope Geochemistry to the Study of the Continental Geothermal System

The lithium-rich brine in salt lakes is the main raw material of the world’s lithium products, while the continental geothermal fluids with a high salinity often contain a high concentration of lithium. Continental geothermal system is the focus in the study of geothermal formation mechanism. However, less attention is paid to the system due to the complexity of lithology, and the application of lithium isotopes in this field has not been systematically recognized. The newest application and progress of lithium isotope geochemistry in continental geothermal research in recent years were discussed, the problems in this field were put forward, and future research methods and directions were expected. The study of continental geothermal fluids should attach great importance to the application of Li-B-Sr-U multi-isotopic method, and should also be combined with water-rock reaction experiments under different temperature conditions. Moreover, in the future, the research on continental geothermal system should pay more attention to the various sediment/rock lithium isotopic compositions and their spatio-temporal distribution characteristics in the regional or geothermal field’s scales, mineralogy of reservoir rock, and behaviors of lithium isotopes related to the formation of secondary minerals in the process of water-rock interaction, in order to reveal the complex process of fluid evolution in the geothermal system and provide scientific reference for the exploration, exploitation and utilization of lithium resources in the system.     

Ba同位素分析方法综述

随着实验技术的进步以及多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）和热电离质谱仪（TIMS）的发展,近年来Ba 同位素的分析方法取得了显著进展。分析精度（δ^138/134Ba,2SD）从之前的1 ‰ 提高到好于0.05 ‰。文章综述了近年来高精度Ba 同位素分析方法（溶液法）的发展历程,总结了国内外实验室关于不同类型样品的消解、Ba 元素化学纯化流程以及Ba 同位素质谱测定等方法,并对国内外多个实验室已发表的各类标准物质的Ba 同位素组成进行统计。研究结果可为Ba 同位素激光原位分析提供参考,为后续分馏机理解析和应用研究提供技术支撑。     

High‐Mg# Olivine,Clinopyroxene and Orthopyroxene Reference Materials for In Situ Oxygen Isotope Determination

Secondary ion mass spectrometry (SIMS) requires matrix‐matched reference materials to calibrate mass fractionation during oxygen isotope measurement. Over one thousand SIMS oxygen isotope measurements were conducted on eleven natural mineral samples (five olivines, three clinopyroxenes and three orthopyroxenes) in nineteen sessions using CAMECA IMS 1280 SIMS instruments to evaluate their potential as SIMS reference materials. The obtained results reveal oxygen isotope homogeneity of these samples. No matrix effect was measured for the same variety of mineral samples with limited Mg‐number variations (89.6–94.2, 90–91.9 and 90.1–92.1 for olivine, clinopyroxene and orthopyroxene, respectively). The recommended oxygen isotope compositions of these samples were determined using laser fluorination. These samples are therefore suitable to be used as reference materials for in situ oxygen isotope microanalysis.     

Carbon and Oxygen Isotope Geochemistry of the Amba Dongar Carbonatite Complex, Gujarat, India

A carbon and oxygen isotope survey based on 42 samples from the Amba Dongar carbonatite complex of Gujarat, India, indicates that the magmatic differentiation series sövite → alvikite → ankeritic carbonatite is beset with a distinct isotope trend characterized by a moderate rise in ¹³C coupled with a sizeable increase in ¹⁸O. From an average of −4.6 ± 0.4 ‰ [PDB] for the least differentiated (coarse) sövite member, δ¹³C values slowly increase in the alvikite (−3.7 ± 0.6 ‰) and ankeritic fractions (−3.0 ± 1.1 ‰), whereas δ¹⁸O rises from 10.3 ± 1.7 ‰ [SMOW] to 17.5 ± 5.8 ‰ over the same sequence, reaching extremes between 20 and 28 ‰ in the latest generation of ankeritic carbonatite. While an apparent correlation between δ¹³C and δ¹⁸O over the δ¹⁸O range of 7–13 ‰ conforms with similar findings from other carbonatite complexes and probably reflects a Rayleigh fractionation process, the observed upsurge of ¹⁸O notably in the ankeritic member is demonstrably related to a late phase of low-temperature hydrothermal activity involving large-scale participation of ¹⁸O-depleted groundwaters. As a whole, the Amba Dongar carbonatite province displays the characteristic ¹³C/¹²C label of deep-seated (primordial) carbon, reflecting the carbon isotope composition of the subcontinental upper mantle below the Narmada Rift Zone of the Indian subcontinent.