稳定氯同位素在水环境地球科学中的研究进展

氯元素广泛分布于地表水体和沉积物中,并在地表圈层之间进行迁移和转化等生物地球化学循环.氯元素有两种稳定同位素:35Cl和37Cl,其相对含量分别为35Cl=75.153%和37Cl=24.147%.氯离子在地表环境中通常没有价态变化,既不发生引起键能明显变化的氧化还原反应,也不明显参与生物作用,因此氯离子不会因元素迁移形态转变而改变同位素组成.但是,自然界中氯同位素37Cl和35Cl间存在较大的相对质量差,氯在蒸发结晶、离子扩散、渗透和对流混合等水体迁移过程中35Cl和37Cl的运移速度因其质量差而有所不同,致使氯同位素发生分馏[1].在蒸发沉积作用过程中,因37Cl相对35Cl有较大的键结合能,而优先进入固相(盐类沉积物)中.相对于其它轻稳定同位素(H、O、C)而言,稳定氯同位素的分馏并不明显,自然界中δ37Cl为-14‰～16‰,但大气圈、水圈和岩石圈的氯同位素组成大多集中在-2‰～2‰.近年来,氯同位素测定方法的改进大大提高了测试精度和准确度,使得氯同位素得以广泛应用于对蒸发盐、地下水体的演化、海水入侵、矿床形成过程中的成矿流体作用、氯代有机溶剂的分馏机理、人工合成与自然降解的有机物示踪等方面的研究[2～10].     

海拉尔盆地西部蚀源区岩石提供铀源能力的研究

利用U-Pb同位素组成演化对海拉尔盆地西部西胡里吐盆地蚀源区火山岩类和克鲁伦凹陷蚀源区花岗岩类岩石的研究表明:蚀源区岩石原始铀含量(U0)较高,火山岩类平均U0为10.061×106,铀变化系数(ΔU)平均为49.57%;花岗岩类平均U0为18.381×106,ΔU平均为80%。这些结果显示了蚀源区岩石能为沉积砂体提供预富集的物质基础,也能提供成矿铀源。岩石的U-Ra平衡系数研究表明,火山岩类存在明显的U-Ra不平衡现象,而花岗岩提供成矿铀源应发生在16000a以前。     

浙江江山灯影组碳、氧同位素特征

通过测试分析了浙江江山灯影组碳酸盐岩的碳、氧同位素特征。结果显示δ^13C值在-2．11‰～2．71‰之间，底、顶部表现为负异常，主体部分比较平稳，变化频率不大。呈微弱的降低趋势；δ^18O值在-3．52‰～-8．76‰之间变化，整体比较平稳，从底到顶呈略降低的变化趋势。浙江江山碳、氧同位素的特征与国内外同期地层非常相似，具有全球可对比性，反映浙江江山地区在灯影初期海平面短暂下降，随后海洋环境相对稳定，直到灯影末期，与全球古环境发生强烈变化一样，本区海洋环境也发生了强烈变化。     

西太平洋海底海山富钴结壳惰性气体同位素组成及其来源

采用高真空气体质谱系统测定了西太平洋麦哲伦海山富钴结壳不同层圈及其基岩的惰性气体丰度和同位素组成,结果显示:(1)西太平洋富钴结壳主要是水成成因,其中惰性气体来源不同,He 绝大多数来自宇宙尘(IDPs),少量来自陆源风成微粒;Ar 主要来自海水溶解的大气,少量来自陆源风成微粒或沉积岩建造水;Ne 和 Xe 主要来自海水中溶解大气, 少量来自宇宙尘;(2)在具三层结构的结壳中,亮煤层(致密层)的惰性气体同位素相对外层和疏松层有较大的不同,显示大洋磷酸岩化对早期沉积的结壳惰性气体组成有较大的影响,如导致~4He 的升高和~3He/~4He 的显著降低;(3)太平洋富钴结壳玄武岩基岩的~3He/~4He 非常低,为0.0095～0.074Ra,与本区磷块岩基岩(0.087Ra)相似,而远低于正常海底玄武岩的~3He/~4He 比值,显示这些基岩曾与富含放射性成因~4He 和 P 的上升洋流或沉积物中建造水发生过水/岩反应,这个过程将释放出较多的成矿元素,有利于富钴结壳的形成,海底海山玄武岩中较低的 He 同位素组成可作为富钴结壳的找矿标志之一。     

宁芜盆地凹山和东山铁矿床流体包裹体和氢氧同位素研究

本文对宁芜地区凹山和东山铁矿床中的磷灰石流体包襄体进行了较为系统的测温研究,并测定了不同时期形成的磁铁矿、阳起石和石英的 H、O 同位素组成。凹山和东山铁矿磷灰石含有丰富的流体包裹体,原生气液包裹体包括早期细长管状、针状包裹体(类型Ⅱ)和晚期不规则状包襄体(类型Ⅰ);早期包裹体又可分为单一液相包裹体(类型Ⅱ-a)、气液两相(富气相)包襄体(类型Ⅱ-b)、气液两相(富液相)包裹体(类型Ⅱ-c)和气相、液相及固相多相包裹体(类型Ⅱ-d)四种亚类。包襄体中至少含有五种不同的子矿物。磷灰石包裹体记录了多个峰值温度,从600℃～800℃到～410℃和～270℃,分别对应于磷灰石(磁铁矿 透辉石)、阳起石和石英的形成。流体的盐度随温度的降低而逐渐减小,从高达～80%NaCl equiv。到<20%NaCl equiv。磷灰石形成时流体处于不均匀的状态,流体包裹体为非均一捕获。H、O 同位素研究显示成矿流体早期为演化的初始岩浆(水),在高温下形成了铁矿石;此后,成矿流体有可能与蒸发盆地卤水或大气降水发生混合;晚期则可能有较显著的大气降水加入。     

西藏日喀则地区德村-昂仁蛇绿岩内基性岩的元素与Sr-Nd-Pb同位素地球化学及其揭示的特提斯地幔域特征

系统研究了西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带中部日喀则地区德村、吉丁和昂仁蛇绿岩中基性岩石的元素与 Sr-Nd-Pb 同位素地球化学特征。这些基性岩石,包括玄武岩、辉长岩和辉绿岩,属于低钾拉斑玄武岩系列,球粒陨石标准化稀土元素分配模式为轻稀土元素亏损的 N-MORB 型,(La/Yh)_N=0.31～0.65(除样品 DC993为1.17)。在原始地幔标准化微量元素图上,亏损高度不相容元素,与 N-MORB 配分模式一致。相对于 Th,无 Nb、Ta的亏损,显示样品不是产于 SSZ 环境。经构造环境图解判别,样品落入了 N-MORB 区域内;这些元素成分特征表明样品具有洋中脊环境或成熟的弧后盆地环境属性。Sr、Nd 和 Pb同位素组成特征表明特提斯地幔源区以 DM(亏损地幔)为主,同时存在少量 EMⅡ(富集地幔类型Ⅱ)、Sr,Nd 和 Pb 同位素组成特征还表明特提斯地幔域具有印度洋 MORB 型的 Sr-Nd-Pb 同位素组成特征。本文的结果进一步支持 Zhang et al.(2005)的研究结果,现今印度洋不仅在地理位置上占据了曾经是特提斯洋的大部分,而且它的地幔域还继承了曾经特提斯的地幔域的地球化学特征。     

扎龙湿地包气带土壤水分垂直运移的稳定同位素研究

实测了扎龙湿地包气带土壤水以及芦苇的稳定同位素变化,通过建立模型和分析数据展开了湿地包气带土壤垂向水流运动情况的同位素示踪研究,分层计算了土壤水垂直运移量,建立起时段内通过土壤某一水平断面的土壤水垂直运移量与时段降雨量、时段土壤含水量变化的关系,分析结果对确定湿地垂向水流补给有重要意义。     

煤层甲烷碳同位素分布特征及分馏机理

煤层甲烷碳同位素分布范围很宽, 并且和常规煤成气相比, 煤层气中甲烷碳同位素存在强烈的分馏效应, 使煤层甲烷碳同位素变轻. 煤层甲烷碳同位素与煤的R_o相关性很差, 以致无法根据煤层甲烷碳同位素值来判断煤系烃源岩的成熟度. 煤层甲烷碳同位素变轻的程度差别很大, 且明显受地下水动力条件的影响: 水动力越强, 煤层甲烷碳同位素偏轻的程度就越大, 反之就越小. 前人试图用煤层气解吸-扩散-运移-分馏来解释煤层甲烷碳同位素偏轻的现象, 但不能圆满解释碳同位素的空间展布. 根据大量的实验和实际数据, 指出流动的地下水对游离气的溶解作用-游离气与吸附气的交换作用是煤层甲烷碳同位素分馏的机理. 煤系中的水对煤中游离态甲烷的溶解作用更容易把¹³CH₄带走, 留下更多的¹²CH₄, 使游离气中¹²CH₄会相对富集, 游离气中12CH4再与煤中的吸附气发生交换, 部分¹²CH₄变成吸附气, 把吸附气中部分¹³CH₄交换出来变成游离气, 交换出来的¹³CH₄再被水优先溶解带走. 这种过程是不停地在发生, 通过累积效应, 引起煤层气¹²CH₄大量富集, 煤层甲烷碳同位素变轻. 通过水溶气的模拟实验研究, 证实了流动的水可以对甲烷碳同位素产生明显的分馏作用, 容易把重碳同位素的甲烷溶解带走.     

冰芯记录的过去1000年青藏高原温度变化

根据青藏高原4支记录超过1000 a的冰芯（普若岗日冰芯、古里雅冰芯、达索普冰芯和敦德冰芯）中氧同位素（d18O）10 a平均值变化，研究了青藏高原最近1000 a来的气温变化。4支冰芯记录的过去1000 a气温均是在冷暖波动中逐渐上升，但在变化幅度上存在区域性差异。利用4支冰芯记录恢复的青藏高原千年气温曲线表明，青藏高原中世纪暖期持续到13世纪，期间经历了3个暖期和冷期；14世纪和16世纪是相对冷期，15世纪和17世纪是相对暖期，17世纪末至1920 AD气候冷暖波动频繁；以后快速升温至今,目前为过去1000 a来最暖期。青藏高原过去1000 a气温的总体变化趋势与北半球气温的变化趋势基本相一致。     

近百年巢湖的生态环境记录

巢湖位于安徽省中部,是合肥市的重要水源地,也是我国富营养化严重的三大湖泊之一.湖中风浪扰动作用强烈,入湖河流携带大量泥沙,湖水总悬浮物含量高,蓝藻发育,透明度低.近百年来,由于流域农业和城市化的发展,巢湖营养盐含量增加,逐渐形成富营养化湖泊.