稳定同位素.doc

_稳定同位素地球化学研究：1.选题2.样品采集：先明确样品本身的地质历史：如成矿期、成矿阶段、矿物的共生组合、生成顺序和交代关系等。明确地质背景的样品才有研究意义。3.分析测试：样品要先做详细的光、薄片研究，确定生成顺序、后期蚀变、叠加作用、固相包体、固溶体分离关系。然后把样品制备成适于质谱分析的形式，再送入质谱仪测得同位素比值。4.结果解析：数据分析大体可分为简单类比（归纳）法和物理化学模型（演绎法）。稳定同位素的研究常常假定的是同位素分馏平衡。但往往地质过程存在同位素不平衡现象。如深成岩中由斜长石-磁铁矿同位素分馏计算的温度远低于岩浆的固相线温度，反映亚固相条件下的氧同位素交换。高级变质带不同矿物对记录的同位素温度不同程度低于其他地质温度计估计的温度，表明或者在顶峰变质时没有完全达到同位素平衡，或者在达到同位素平衡后，岩石在冷却过程中随温度下降同位素组成又发生改变，即所谓的退化同位素交换。又如当发生水-岩交换作用时，长石易与外来流体（如大气降水）发生同位素交换，而石英和辉石能够保持高温岩石的氧同位素印记。交换时间、交换速率、晶体的生长速率与晶体本身的同位素均一化速率、同位素原子从晶体边缘向内部运移的速率都会影响同位素的平衡。同位素地质测温：同位素平衡温度T越低，两物相之间的同位素分馏越大，如碳酸钙-水古温度计。同位素分馏系数方程中的参数A越大，指示两物相之间的同位素分馏越大，因此对温度的变化越灵敏，如石英-磁铁矿氧同位素测温。而石英-长石之间氧同位素的分馏对温度变化不灵敏，为其在示踪开放体系下的同位素交换中的应用奠定了基础。同位素平衡的检查：共生顺序与平衡顺序相同，则表示是在热力学平衡条件下，如果相反，则指示同位素不平衡状态、或者是不同阶段的产物，或者是不同温度下形成的。碳同位素（13C）：白云石方解石CO2石墨CH4硫同位素（34S）：硫酸盐辉钼矿黄铁矿闪锌矿=雌黄铁矿黄铜矿斑铜矿方铅矿辉银矿同位素地质温度计的注意事项：1.同位素平衡的检查，除了自身的数据的解释，还应结合岩相学观察和研究是否发生过其他的地质作用（例如围岩蚀变），因为其他地质作用也会改变矿物之间的同位素平衡状态。2.同位素分馏越大，同位素地质温度计越灵敏，共生顺序系列的两端或相距较远的成对矿物作地质温度计好。3.选择作为同位素测温的矿物对应该具有比较高的化学和同位素稳定性。如磁铁矿稳定性高，而长石易发生蚀变。4.矿物对挑选时要求纯度越高越好，避免相互干扰。因此，在分选或挑选样品前，必须进行光片或薄片鉴定，避免选用包含固体包裹体或固熔分离的矿物样品。5.内部结果的一致性以提高分析精度。6.选择同一方法或技术确定的分馏系数。同位素地质温度计：O同位素：外部测温法：磷灰石-H2O；内部测温法：矿物-水、矿物-矿物。单矿物测温法：不同位置的O同位素的分馏、大气降水中沉淀的粘土矿物。S同位素：方铅矿-闪锌矿：但四个不同校准的分馏曲线有差异，硫酸盐-硫化物矿物对最为灵敏，在高温变质矿床和地热体系中较好的应用，但是在热液矿床中常常未达到平衡。但是能够研究不同组分的混合作用。C同位素：方解石-石墨矿物对最为常用，但校准的分馏曲线仍有一定的差别。尤其是低温下。岩石缓慢冷却过程中，扩散控制氧同位素的交换再平衡说明矿物之间的不平衡同位素分馏判断为开放体系条件下的流体渗滤作用，要考虑岩石中矿物集合体的类型。例如由石英、长石和镁铁质矿物组成的岩石来说，在其缓慢冷却的过程当中石英总是在较高温度下停止交换，而后长石和镁铁质矿物继续进行交换。其18的变化取决于两种矿物的相对含量，如果哪一种明显多，则18变化小（略有升高），另一种则明显降低。1H（99.985%）、2D（0.015%），SMOW作为氢同位素标准位于“重”的一头，大部分岩石、矿物和天然水的d016O（99.762%）、17O（0.038%）、18O（0.200%），氧同位素标准SMOW居于全球氧同位素变异范围的中间。稳定同位素示踪和测温在矿床地球化学研究中得到了成功的应用，主要表现在 下三个方面： 成矿流体源区鉴定； 矿物形成温度确定； 成矿地球化学机理推测(1+r) 13C=r13CA+13CB，式中下标m、A和B分别表示混合物、流体A和Br=mA/mB假定在co2、溶液中的溶解碳物种与方解石之间存在瞬间同位素平衡，批式去气对流体同位素组成的影响可表示为: f流体=i流体-(1-F1)*103lnCO2-流体式中F1是C 去气后流体中元素的摩尔分数，CO2-流体是C02与流体之间的同位紊分馏系数， 和i、f是初始和最终的同位素比值类似地，方解石批式结晶对流体同位紊的影响可描述为：f流体=i流体-(1-F2)*103ln方解石-流体，式中F2是方解石结晶后残留在流体中的元素的摩尔分数，上标i和f代表初始和最后由于方解石沉淀是由c 去气引起的，因此存在下列近似关系：f流体=i流体从流体中沉淀的方解石同位紊组成为：方解石=i流体+ F2*103ln方解石-流体-(1-F1)*103lnCO2-方解石在瑞利分馏情况下，流体同位紊组成可用下式表示：f流体=i流体+lnF1*103lnCO2-流体同样地，瑞利结晶对流体同位紊组成的影响可表示为：f流体=i流体+lnF2*103lnCO2-流体这样，由于瑞利型去气一沉淀作用，从流体中沉淀的方解石同位紊组成为：方解石=i流体+ lnF1*103lnCO2-流体+(1+lnF2)*103ln方解石-流体对于氧，热液流体一般以H20为主，CO2去气和方解石沉淀对流体氧同位素组成的影响并不明显。但对碳，这样的影响是显著的。方解石的形成要求流体必须有氧化的含碳物种，倒如C02(aq)、H2C03、HC03一和C03 。很明显，C02去气和方解石沉淀可以显著地影响流体的碳同位素组成。假定C02去气所丢失的碳的摩尔分数与方解石结晶所丢失的相等，则：F1=1-xco2，：F2=F1-xco2=1-2xco2，式中xco2为去气CO2中碳的摩尔分数，则批式去气一沉淀模式下方解石的同位素组成为：方解石=i流体- xco2*103lnCO2-流体+（1-2xco2）*103ln方解石-流体对瑞利去气一沉淀模式，有：方解石=i流体+ ln（1-xco2）*103lnCO2-流体+(1+ln（1-2xco2）)*103ln方解石-流体H2CO3作为主要的溶解碳物种：C方解石=iC流体+（1-2xco2）*103ln方解石-CO218O方解石=18O流体+（1-2x1co2）*103