锌同位素地球化学及应用研究进展

随着化学纯化技术的提高及质谱仪的开发与应用,锌同位素已成为近年来非传统稳定同位素地球化学的一个研究热点,人们对锌同位素地球化学的认识随着研究的深入有了极大提高。本文对锌同位素地球化学进行了全面的综述,追踪了锌同位素在地学领域最新的研究进展。目前,锌同位素已被广泛应用在天体化学、环境地球化学、古海洋、古环境重建以及深部碳循环等诸多地球科学及环境科学研究领域,展现出巨大的应用潜力。各领域的研究成果为推进锌同位素地球化学的发展做出了巨大贡献。     

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.      

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.     

锌同位素在行星科学中的研究进展

近年来有关太阳系天体中等挥发性元素的研究掀起了一波浪潮。锌作为中等挥发性元素,其稳定同位素对于高温挥发过程具有很好的指示作用。因此,在行星科学领域锌同位素逐渐成为研究星云和行星演化的一个理想工具。本文系统地归纳了各类陨石和行星天体储库的锌同位素组成,并对不同种类的陨石以及地外样品(碳质球粒陨石、普通球粒陨石、顽火辉石球粒陨石、橄辉无球粒陨石、铁陨石、石铁陨石、月球陨石和Apollo样品、火星陨石、灶神星陨石等)中的锌稳定同位素研究内容进行了较全面的总结。主要包括不同陨石和行星锌同位素组成的控制因素以及锌同位素对太阳系内星云过程和行星过程的指示;同时,简要论述了锌同位素在太阳系形成和演化过程中的分馏机制,并立足目前的研究基础,探讨锌同位素在行星科学领域的研究前景和发展趋势。     

“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。     

近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究进展

非传统稳定同位素是过去十年国际上地球化学学科发展非常迅猛的方向,我国科研人员也以自主创新的方式参与到这一前沿研究的大潮中,研究队伍不断扩大,已成为这一学科方向的重要研究力量.本文回顾了过去十年(2010-2020)我国非传统稳定同位素分析技术研发方面的进展,同时对一些重要研究方向的代表性应用研究成果进行了总结.在分析技...     

锂同位素及其地质应用研究进展

锂同位素示踪是近几年发展起来的一门新兴的稳定同位素地球化学方法,锂有两个稳定同位素：^6Li和^7Li。自在界锂同位素的组成变化很大,其δ^6Li值变化幅度超过60‰,现代大洋水的δ^6Li值为－31．0‰,洋中脊玄武岩（BORB）的δ^6Li值为－4．7‰--3.7‰,由于锂同位素存在大的分馏和不同地质体中在截然不同的δ^6Li值,因此锂同位素地质应用前景十分广泛。目前,锂同位素在研究星云形成过程和宇宙事件,洋壳蚀变和海底热液活动,壳－幔物质循环和板块俯冲作用过程,判断卤水起源和演化等方面的研究中成效显著。     

深部碳循环的锌同位素示踪研究进展

深部碳循环和地球表层的碳循环一起构成了全球的碳循环.因为地球超过90%的碳都位于深部,深部碳循环研究对于理解地球长期的气候变化具有重要的科学意义.深部碳循环研究涉及多个科学问题,其中最重要的科学问题之一是如何准确识别地幔中的碳是再循环的地表碳.锌作为亲石元素,广泛存在于岩浆岩、地幔和碳酸盐岩中.地幔和地表沉积碳酸盐岩之间锌同位素组成存在显著的差异,而板块俯冲脱水、地幔部分熔融和岩浆结晶分异等过程导致的锌同位素分馏较为有限,因此锌同位素具有示踪深部碳循环的潜力.系统阐述了锌同位素示踪深部碳循环的原理,回顾了目前应用锌同位素示踪深部碳循环取得的阶段性成果,并指出锌、镁同位素联合示踪有望成为未来深部碳循环研究的主流.      

稳定氯同位素地球化学研究进展

地球卤素元素含量相对稀少,相对而言氯为最常见的卤素元素。氯是一种挥发性元素,具有强烈的亲水性。自然界氯两个稳定同位素³⁵Cl和³⁷Cl,其相对丰度分别为75.76%和24.24%。文章综述了氯在各个地质储库的特征、稳定氯同位素分馏的控制因素以及氯同位素的地质应用三大方面的研究进展。地球主要储库中蒸发岩、海水、岩浆岩、沉积物、变质岩、地幔的氯同位素组成分别为-0.5‰~+0.8‰、0.00±0.05‰、-1.12‰~+0.79‰、-3.0‰~+2.0‰、-3.6‰~0、-1.9‰~+7.2‰。地外(月球、火星及其他小行星4-Vesta)氯同位素组成变化范围分别为-4‰~+81.1‰、-5.6‰~+8.6‰、-3.8‰~+7.7‰。相对地球上氯同位素(δ³⁷Cl)的变化范围(-14‰~+16‰),月球和火星δ³⁷Cl的变化范围可达-5.6‰~+81‰,表明挥发分氯在地内和地外迁移循环过程中有显著不同同位素分馏主控机制。已经探明氯同位素分馏受控于物理过程(如扩散、离子过滤、沉淀溶解作用、火山作用)和化学作用(如水岩作用、变质作用,尤其是蛇纹石化作用)等。扩散作用、淋滤作用和火山作用富集重同位素,沉淀作用结晶盐δ³⁷Cl先减小后上升,而蛇纹石化过程中多种因素共同影响。与其他指标结合,氯同位素地球化学可用于有效指示钾盐矿床远景区,评估示踪地下水的来源和演化路径、示踪污染物源区和量化生物修复、探究矿化流体来源、指示行星演化岩浆海洋脱气等过程。     

镁同位素地球化学研究进展

镁有3个稳定同位素:24Mg、25Mg和26Mg.已有数据表明,自然界Mg同位素组成的变化在陨石中较大.δ26Mg值在-0.71‰～11.92‰之间(相对于DSM3标准),而地球岩石中Mg同位素组成的变化较小,如地幔橄榄岩的δ26Mg变化范围为-3.01‰-1.03‰,沉积碳酸盐岩的δ26Mg变化范围为-4.84‰～-1.09‰,黄土的δ26Mg为-0.60‰.目前,大多数实验室均采用MC-ICP-MS方法来获得高精度的Mg同位素数据.原有Mg同位素国际标准SRM980由于具有不均一性应该废弃,应使用新的DSM3标准.Mg同位素地球化学的研究主要集中在太阳系星云形成过程、记录亏损地幔和地幔交代作用、揭示地质历史时期海水的Mg同位素组成演化、估算大陆风化通量等方面.我国开展的Mg同位素研究还非常少,且尚处于建立Mg同位素分析方法的研究阶段.随着技术的不断发展以及Mg同位素分馏机理的深入研究,Mg同位素的地质应用前景将日趋广泛.     

高精度硅同位素分析方法研究进展

基于碱熔法的改进和多接收电感耦合等离子质谱仪（MC-ICP-MS）的发展,近年来高精度Si同位素组成（δ30Si）分析方法取得了长足进步,分析精度（2SD）自气体质谱仪（GS-MS）时代的±0.15‰~±0.30‰ 提高到优于±0.10‰,足以辨析高温过程中Si同位素发生的微小分馏,并且避免了实验流程中使用含氟等危险化学品。二次离子质谱（SIMS）和飞秒激光剥蚀（fs LA）的发展使得原位Si同位素组成分析精度近期也优化到±0.10‰~±0.22‰。文章对近年来Si同位素分析方法的发展沿革进行综述,探讨建立溶液法MC-ICP-MS的高精度Si同位素分析方法的进展与局限,并比对了国内外各个实验室已发表国际国内Si同位素标准物质测定值,最后总结了硅酸盐地球（BSE）、地壳和陨石等主要地质储库的δ30Si组成范围。     

氯同位素地质应用研究

抓有两个稳定同位素35Cl和37Cl，在自然界中的丰度分别为24.23％和75.77%。自然界中氯同位素的组成变化很小，氯同位素组成的表示方法一般用δ37C1值表示：37C1=[(37Cl/35C1)sample-1 (37Cl/35C1)Std]×1000 δ37C1在自然界的变化范围约为15‰(-8.0‰~+7.5‰)。由于海水中的氯同位素组成非常均一，Kaufman等（1984)调查发现世界大洋海水中氯同位素组成相同，因此建议采用标准海水（SMOC）作为氯同位素标准。氯同位素的分析方法主要包括气体同位素质谱法和热电离质谱法，目前的分析精度可达0.2‰。 对于大部分同位素而言，由扩散引起的同位素分馏主要与化学和生物过程有关。研究表明沉积物间隙水中造成氯同位素分馏的原因主要3个：①矿物在海水中沉淀的过程中优先富集37C1(Magenheim等，1994,1995);②扩散过程,35C1的扩散速度高于37C1(Desaulnier等，1986;Eggenkomip等，1994);③沉积物的离子隔膜过滤作用，当流体通过粘土矿物时，由于沉积物表层负电荷的排斥,35Cl受到的排斥作用大于37Cl，因此流体中会富集37C1，此机制被Campbell(1985）通过实验得到了证实。 氯是上地壳流体中主要的阴离子，在矿物岩石和矿床的形成过程中起着重要的作用，因此研究自然界中抓的分布和运移对于地球科学各个研究领域而言有着重要的意义。目前已对大气圈、水圈和岩石圈的氯同位素组成进行过分析，大气气溶液中δ37C1的变化范围为+0.42‰-2.53‰；河水中的δ37C1较高为+0.74‰-+2.85‰,盐湖卤水δ37C1则相对较低，为-2.06‰~+1.01‰，地下水中δ37C1变化范围较小为-0.50‰~+0.69‰；俯冲间隙水氯同位素组成最低，变化范围为-7.5‰~-2.2‰；新鲜的洋中脊玄武岩（ MORB）玻璃体中δ37C1的变化范围为+3.0‰~+7.2‰，去气地幔中δ37C1值为+4.7%；而富集地幔中δ37C1落在0.4‰~3.4‰之间；麻粒岩δ37C1的变化范围很小，其中大部分的岩石和矿物δ37C1都集中在-0.3‰~+0.11‰之间，平均值为-0.15‰，而角闪石和黑云母δ37C1分别为-1.12‰和+0.79‰;岩盐中δ37C1的变化范围为-0.6‰~+1.2‰。 氯同位素地球化学的研究工作在总体上仍处于起步阶段，但该方法在地球科学各个领域已经显示了极好的应用前景。氯同位素组成可以用于示踪板块俯冲和壳幔物质循环过程、热液成矿过程中成矿流体的起源和演化以及盐湖和岩石中卤水的起源和演化。     

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^130/125 Te)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。     

适合于稀有金属矿床的同位素定年方法及其应用

同位素地质年代学是根据放射性同位素衰变规律,确定地质体形成和地质事件发生时代的新兴学科,也是研究成矿时代的主要手段。本文结合所在实验室研究团队和前人的工作,介绍几种可以直接确定稀有金属成矿时代的同位素地质年龄测定方法及其在稀有矿床中的应用,以期为相关学科研究提供参考。主要是：①Re- Os法,是目前应用最成熟的直接确定金属矿床成矿时代的方法,定年矿物除了辉钼矿,已扩展到黄铁矿、沥青铀矿等;②U- Pb法,是地质学研究应用最广泛的方法,目前的测定对象已不局限于锆石,一些含铀的矿石矿物如锡石、独居石、磷灰石、铌钽矿物的U- Pb年龄也可以直接测定,有助于直接确定金属矿床的成矿时代;③Ar- Ar法,测定对象广泛,理论上含钾矿物均可作为测定对象;④Rb- Sr法,应用广泛,近年来在成矿时代研究中有了长足进展,可以利用包裹体Rb- Sr等时线来确定成矿时代,也可以用同源的不同矿物组合来进行定年。     

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。     

同位素地质分析技术与应用研究新进展——代序

2012年4月20—23日,由中国地质学会同位素地质专业委员会发起筹办,国土资源部同位素地质重点实验室、国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室联合承办的"同位素地质新技术新方法与应用学术讨     

同位素在水文地质研究中的应用与发展

本文通过总结前辈们的研究成果,综合概括我国同位素水文地质学近20余年取得的发展和成就。指出我们的不足与面临的挑战。     

河流重金属污染源同位素示踪研究进展:以法国塞纳河锌同位素研究为例

本文首先阐述了锌同位素的研究背景、分析测试方法和示踪环境污染方面的应用,然后以塞纳河锌同位素示踪研究为例,对利用重金属同位素示踪河流污染源必须满足的前提条件及应用进行了详细论述,指出了今后有关流域锌同位素研究的重点应在以下几个方面:锌同位素组成随河流中颗粒物不同粒径、不同矿物成分的变化关系;河流生物吸收过程中锌同位素分馏机制;以及流域土壤保留源自大气沉降及农业肥料锌过程中的锌同位素演化机理。     

硅同位素测量方法及其地质应用

建立了硅同位素测量方法,获得了比前人更高的测量精度。分析了52个地质样品,探讨了硅同位素地质应用的前景。     

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.