特约主编致读者

分析仪器和技术的进步可以推动科学研究的巨大突破。自从多接收等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）和新一代热电离质谱仪（TRITON）得到广泛应用以来,人们可以对元素周期表中大量的稳定同位素体系进行精确测量。有别于传统的H、C、N、O、S等可以用气体质谱仪测量的同位素,这些新的同位素被称为非传统稳定同位素,又因为它们大多是金属元素（除了Si、Se和Te）,也被称为金属稳定同位素。非传统稳定同位素地球化学是20世纪以来地球化学领域最具活力的方向,为研究重大地球科学问题带来了全新的视野和手段,是地球化学学科发展的一次战略机遇。国际上该领域发展很快,竞争激烈,成果倍出;我国开展相关研究的科研机构越来越多,学术影响力也越来越大。 我们和《地学前缘》编辑部一起,邀请专家撰写了《非传统稳定同位素：分析方法、示踪机理和主要应用》专辑,希望进一步介绍相关领域的进展。该专辑包括8篇论文,对非传统稳定同位素的分析方法、分馏机理和重要应用进行了较全面的总结。 分析方法和分馏机理是开展非传统稳定同位素研究的前提。白江昊等总结了非传统稳定同位素的分析方法。该文以钙同位素分析为代表,阐述了溶液法和热电离质谱仪的分析要点。李银川等综述了硼同位素研究最新的进展。硼是一种中等挥发性元素,具有11B和10B两个稳定同位素。硼在自然界主要与氧键合形成三配位(BO3)和四配位(BO4)结构,因而硼同位素分馏主要受控于二者之间的配分。随着硼同位素分馏机理研究的深入以及地质储库硼同位素端员特征的完善,矿物和流体包裹体的硼同位素地球化学指标可用来灵敏示踪成矿物质来源、探究成矿作用与成因模式。 挥发性元素对于研究流体作用和地球行星演化有重要意义。氯是一种挥发性元素,具有强烈的亲水性。刘茜等介绍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,概述了蒸发岩、海水、岩浆岩、沉积物、变质岩、地幔等地球主要储库中的氯同位素组成存在的差异。周秋石和王瑞介绍了氯同位素的主要地质储库分布、各种测试方法、实验分馏机制,特别强调了在地球科学和地外行星演化研究中的应用。文章对磷灰石氯同位素在岩浆热液体系和月球urKREEP岩浆研究中的应用做了概述,对近年来受高度关注的月球磷灰石氯同位素的异常值做了特别综述。 元素周期表中第一行过渡金属同位素对于很多重要高温和低温地球化学问题提供了独特的研究手段。赵新苗等总结了钛元素及钛同位素的地球化学性质,钛元素化学分离和钛同位素分析方法,钛在陨石及硅酸盐地球储库中的同位素组成,稳定钛同位素在岩浆演化过程中的分馏行为。王相力和卫炜总结了铬同位素在高温和低温地球化学研究中的进展,主要阐述了铬稳定同位素分析方法、铬同位素分馏原理以及铬稳定同位素体系在高温、低温地球化学中的应用。 碱金属同位素体系也具有独特的地球化学意义。王昆等重点讨论了钾稳定同位素在低温地球化学、生物地球化学、高温地球化学和宇宙化学中的应用。张卓盈等回顾了近20年来国际上在地球科学领域现有的铷同位素研究,包括分析方法、分馏机理、地质应用等各个方面,在此基础上展望了未来铷同位素研究的光明前景。 由于时间仓促和水平有限,本专辑的内容还不够完善,特别是在专辑写作和评审期间,仍然有大量的最新进展发表在国内外学术刊物上,来不及归纳总结到本专辑论文中。所以本专辑只是一个开始,仅仅反映了非传统同位素领域研究的部分进展,我们相信更多的优秀成果在不久的将来会大批涌现。最后,我们向参与撰写和评审本专辑论文的专家表示感谢,向《地学前缘》编辑部表示感谢。     

锌稳定同位素地球化学综述

锌是生物生命必需的微量元素和与人类活动息息相关的金属元素。随着样品纯化技术的提高和新一代质谱仪的开发应用,锌同位素体系已成为近年发展起来的金属(非传统)稳定同位素地球化学的一个热点领域,得到国内外学者的广泛研究。对最新的锌稳定同位素研究结果进行了系统总结,分别从分析方法、分馏理论、储库同位素组成以及应用等方面进行了论述。锌同位素已被广泛应用到天体化学、海洋、大气以及地球深部等诸多地球科学研究领域,大大提高人们对全球锌及其他重金属元素生物地球化学循环的认识。锌同位素在宇宙化学、环境地球化学、古气候环境重建以及健康及生物医学领域将具有非常大的应用前景。     

铬稳定同位素地球化学

随着多接收质谱仪分析技术的进步,铬稳定同位素体系在最近二十几年的环境科学和地球化学中得到了越来越广泛的应用。铬元素属于氧化还原敏感元素,在氧化还原反应过程中伴随着较大的同位素分馏。因此,铬同位素在指示现代或古代环境的氧化还原状态方面有着重要的应用。同时,铬也是中度相容和轻度亲铁元素,使得铬稳定同位素体系也可用来制约高温地质过程(如核幔分异、地幔熔融和岩浆分异结晶等)以及地外行星的演化。本综述首先介绍铬稳定同位素体系,随后讲述分析方法、铬同位素分馏原理以及铬同位素在高温、低温地球化学中的应用。     

钼同位素地球化学研究进展及其在成矿作用研究中的应用潜力

近年来,随着多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)的广泛应用和测试精度的不断提高,非传统稳定同位素成为同位素地球化学最前沿和最活跃的研究领域。其中钼同位素作为非传统稳定同位素发展较为成熟的方向之一,已经逐步应用到地球科学、生命科学、环境科学等各个重要领域,并取得了长足的发展。本文对近些年国内外所取得的钼同位素研究成果进行了系统整理、总结,并对钼同位素的应用潜力进行了概括性的综述,主要包括钼元素及其同位素的地球化学特征、钼同位素分析测试技术、钼同位素的分馏机制、不同地球化学储库的钼同位素组成、成矿作用过程中钼同位素组成的变化特征及其在矿床中的应用。以期让更多人了解钼同位素这一非传统稳定同位素的最新研究进展,进一步探索成矿作用过程中钼同位素的组成特征、分馏机制和影响因素等,并有效推动钼同位素地球化学在成矿作用研究方面的应用。     

钛同位素地球化学综述

随着分析技术的进步,非传统稳定同位素体系在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域的应用日益广泛。钛(Ti)是一个非常重要的过渡族金属元素,在地球和其他类地球行星中广泛存在。但是由于Ti是一种难熔的、流体不活动性元素,高温地质过程中Ti同位素分馏很小。人们对Ti同位素体系的地球化学应用的关注相对其他非传统稳定同位非常有限。而近年来,随着化学纯化方案的优化以及双稀释剂方法的改进和仪器质谱性能的提高,Ti同位素组成的高精度测试已经能够实现。天然样品中Ti同位素组成的变化随之得以发现,使得学者们能够利用这一新的稳定同位素体系来解决与高温和低温地球化学相关的问题。很快Ti同位素体系地球化学研究成为当前国际地质学界的前沿研究课题和新的发展方向之一。本文首先在简要介绍Ti元素和Ti同位素体地球化学性质的基础上,介绍了Ti元素化学分离和Ti同位素分析方法。随后笔者总结了已有的不同类型球粒陨石和地球样品的质量相关Ti同位素组成研究结果,对硅酸盐地球的Ti同位素组成做了初步评估。前人对高温地质样品的Ti同位素组成研究初步探明Ti同位素在岩浆演化过程,例如部分熔融和结晶分异等重要地质过程中的分馏行为。笔者在此基础上探讨了结晶分异过程中引起Ti同位素分馏的主要控制因素,指出Ti同位素是潜在的研究岩浆演化过程的新工具。最后笔者探讨了Ti同位素地球化学未来的发展方向,以加速我国在Ti同位素地球化学方面的应用研究。     

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.      

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.     

地球化学的初心和使命

1地球化学研究现状 国际地球化学研究的主要方向集中在地球不同储库之间的元素和同位素丰度分布、元素配分系数和同位素分馏系数及其扩散系数等热力学和动力学参数、元素和同位素分析测试技术的研发等.像这样的基础地球化学学科专业,中国虽然有众多的研究人员,但是高质量的研究相对国际上来说还是偏少.大量的研究集中在地球化学应用,从岩石...     

矿床地球化学应用

稳定同位素方法已成为现代地球科学研究的重要手段之一，稳定同位素体系的理论模式及其地球化学应用是国际上地球化学研究的前沿方向之一。本文概括了热液体系内成矿地球化学过程引起稳定同位素组成变化的定量理论模式，包括热液矿物之间的同位素平衡的判断、热液去气和矿物沉淀的储库效应、二元混合与矿床成因等。这些模型对于确定成矿温度、鉴定成矿流体源区和推测成矿地球化学机理提供了更为合理的同位素数据定量解释基础。     

什么是地球化学?

正地球化学是地球科学和化学的交叉学科。其起源一方面至少可以追溯到卢瑟福和居里夫人对放射性同位素的研究,由此诞生了放射成因同位素地球化学,人们可以对地球进行精确定年。另一方面起源来自尤里对氧同位素的研究,由此诞生了稳定同位素地球化学,人们可以对古老地球样品进行温度测量。此外,因为分析仪器(特别是光谱仪和质谱仪)的快速进步和广泛应用,各类地质样品的元素组成可以被精确测量,由此形成了元素地球化学方向。结合同位素地球化学和元素地球化学,人们可以严     

矿产勘查的双控论与合理域模型

金属成矿省等级体制成矿研究保证程度与技术－经济条件研究保证程度双控制的和对其保证程度相对优选的合理区域,是深化认识矿产勘查－开发客观规律和合理进行评价的新发展,也是把以往仅按在一定地质构造背景基础上,研究不同类型矿床特征及其勘查类型的传统方法。变革为按“景、场、相、床”4个等级体制成矿序次及其随成矿史演化进程的耦合程度,以及有机地结合经济－技术条件进行勘查评价的新方法。重点阐述了等级体制成矿概念的形成、意义和研究内容,提出了地质、技术经济和合理投资的矿产勘查评价三原则,建立了以保证等级体制成矿研究程度和技术－经济条件研究程度双因素控制,以及研究程度相对合理优选区域的矿产勘查模型。     

成矿构造研究法在危机矿山找矿中的几个应用实例

综述了成矿构造研究方法的本质及在区域成矿学、成矿定位机制研究、成矿动力学等方面研究的进展,并以江西洋鸡山金矿、湖南沅陵沈家垭金矿和江西东乡铜矿的成矿与找矿预测为例,阐述了成矿构造研究方法所取得的新成果,从成矿构造学的角度,深刻理解成矿构造研究法在成矿规律研究和找矿预测中的重要性。     

广东—海南成矿带成矿系列地质特征及其演化规律

本区成矿地质条件优越,矿产丰富多彩。目前已找到116种矿产,探明矿床数百个,已涌现出像大宝山、矾口、大降坪、211、河台、石碌、羊角岭等为代表的一大批大型、超大型矿床。然而,大多数矿床有各自的特色,又有相互的空间和成因联系,构成成矿系列。区内可划分为4个成矿区带,22个成矿系列、亚系列。南岭成矿带以壳源和壳慢源岩浆成矿系列为主;云开成矿带以壳幔源岩浆和沉积变质成矿系列为主;沿海成矿带以陆相表生风化带和壳幔源岩浆成矿系列为主;海南成矿区以沉积变质火山热液成矿系列为主。这些成矿区带成矿系列具有独特的演化规律,即成矿区带矿化随时空演化规律、成矿系列随构造应力场演化规律和成矿系列随岩浆序列演化规律。     

关于多因复成矿床的一些问题

作者于1979年开始提出多因复成矿床概念的主旨,是为了阐明从时空四维并重的角度来认识与研究成矿的重要性。作者认为：多因复成矿床以“五多”为特点。其中多成矿大地构造演化阶段是产生其他“四多”(多成矿类型、多控矿因素、多成矿作用和多成矿物质来源)的关键而属于主导地位的“一多”。由于多因复成矿床概念体现了历史—动力综合大地构造学所强调的四维思维,即把时间与三维空间兼顾的思维方法,所以这类矿床的“五多”特点中,以多成矿大地构造演化阶段这“一多”为最主要。     

新疆北部金属矿产与板块构造

从古构造格局的重建和大地构造演化的不同阶段,研究分析了板块运动的功力学特征。在重建了拉张、挤压和稳定环境背景下,概括性的阐述了新疆北部地区金属矿产的形成、分布与产出规律和预测找矿建议。     

广西金矿床的分布规律及找矿方向浅析

以现代成矿理论指导为研究基础,根据大地构造发展阶段及特定的大地构造环境、金矿床在不同成矿体系的成矿时代、地质成矿条件及空间分布规律特点,对广西金矿床按规模大小进行系统地统计和分析,且划分成六个金矿成矿带。通过分析金矿分布的等密线图,得出广西金矿成矿的时空分布总体特征与大地构造单元的依附关系。为今后寻找金矿提供一定的地质理论指导,在新的找矿方法中具有填补性和实用性。     

西藏冈底斯造山带西段铁铜多金属(金、银)成矿远景

综合近年来在西藏冈底斯地区地质与矿产勘查工作所取得的新成果,在对区域成矿地质背景和成矿条件进行初步分析与对比研究的基础上,指出冈底斯造山带西段的地质构造演化过程、成矿构造环境、与铜铁铅锌(金、银)成矿作用有关的花岗岩类岩体的成岩时代、岩石类型及其岩石化学和成矿元素含量方面均可与东段进行对比,显示西段同样具有巨大的找矿潜力和资源远景.区内的优势或潜在优势金属矿种是铜、铁、铅、锌和金(银).它们的成因类型主要是与中酸性岩浆侵入作用有关的矽卡岩型、斑岩型和热液型(包括破碎带蚀变岩型),其次为火山热液型.在总结区内已知矿床(点)成矿特征和进行区域成矿区(带)划分的基础上,优选出江巴复式花岗岩基的西缘等7个成矿远景区,并对各远景区提出了进一步勘查工作的建议.     

初论成矿系统的时空结构及其构造控制

从成矿时间域、空间域的视角探讨了成矿系统的层次结构和构造对成矿系统的控制作用。一般内生成矿系统的时限可对应于大地构造活动旋回或相对独立的构造活动阶段,沉积成矿系统与变质成矿系统应与地质年代(代、纪、世)相对应。在空间尺度上,成矿系统从大到小可划分为7个层次：成矿全球系统、成矿巨系统、成矿大系统、成矿系统、成矿亚系统、成矿子系统和成矿亚子系统,它们分别对应于全球、成矿域、成矿省、成矿区带、成矿亚带或矿集区、矿田和矿床,低级别成矿系统的发育受到高一级成矿系统的约束,它们又受多级别成矿构造体系的控制。在此基础上阐述了长江中下游铁铜金成矿带成矿系统的类型、时空结构及其构造控制,其中区域断裂-岩浆网络体系是控制燕山期岩浆-热液成矿系统层次结构的主导因素,矿田内断裂-岩浆网络体系的“三层结构”模式控制了成矿子系统的分带性,侵入-接触构造体系多样性使成矿亚子系统和矿床产出各具特色。构造和岩浆活动的耦合是成矿系统发育的重要动力学机制,相对持续稳定的矿田构造应力场和成矿流体系统是形成大型矿田(床)的有利条件。     

华南海西—印支期成矿地质背景

华南海西—印支成矿期内,成矿序列完整,类型齐全,矿种繁多,为其它成矿期所莫及。沉积矿床需要稳定的地质背景,层控矿床形成的较有利的地质背景是稳中有动。     

初论成矿系统的时空结构及其构造控制

从成矿时间域、空间域的视角探讨了成矿系统的层次结构和构造对成矿系统的控制作用。一般内生成矿系统的时限可对应于大地构造活动旋回或相对独立的构造活动阶段,沉积成矿系统与变质成矿系统应与地质年代(代、纪、世)相对应。在空间尺度上,成矿系统从大到小可划分为7个层次：成矿全球系统、成矿巨系统、成矿大系统、成矿系统、成矿亚系统、成矿子系统和成矿亚子系统,它们分别对应于全球、成矿域、成矿省、成矿区带、成矿亚带或矿集区、矿田和矿床,低级别成矿系统的发育受到高一级成矿系统的约束,它们又受多级别成矿构造体系的控制。在此基础上阐述了长江中下游铁铜金成矿带成矿系统的类型、时空结构及其构造控制,其中区域断裂-岩浆网络体系是控制燕山期岩浆-热液成矿系统层次结构的主导因素,矿田内断裂-岩浆网络体系的“三层结构”模式控制了成矿子系统的分带性,侵入-接触构造体系多样性使成矿亚子系统和矿床产出各具特色。构造和岩浆活动的耦合是成矿系统发育的重要动力学机制,相对持续稳定的矿田构造应力场和成矿流体系统是形成大型矿田(床)的有利条件。