同位素质谱法在地质学研究中的应用

1、同位素质谱法 在地质学研究中的应用同位素质谱法与地质学u质谱法质谱法(Mass Spectrometry , MS)即用电场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片，同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子等）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。u同位素地质学同位素地质学：利用放射性同位素的衰变规律，稳定同位素的丰度变化，来研究地壳发展和地质体形成的历史，以及在不同地质作用下地球物质的迁移过程的学科应用领域和质谱技术应用应用领域领域质谱质谱技术技术同位素同位素地地质质年年代代学学同位素同位素地球化地球化学学矿矿物物学学与矿与矿物物材料材料超微量超微量稀有稀有气气体体

2、气气体精体精密同位密同位素分析素分析微量固微量固体体质谱质谱分析分析地震预测固体元素和有机质谱分析同位素地质年代学利用天然放射性同位素衰变速度相对恒定的原理，测定地球物质形成及演化时间序列。放射性同位素放射性同位素：能自发地放射各种射线的同位素。放射性同位素放射出或射线而发生核转变的过程称放射性衰变。在放射性衰变过程中放射性母体同位素的原子数衰减到原子数目的一半所需的时间称为半衰期半衰期,记作T1/2。它不随外界条件、元素所处状态或元素质量的变化而改变。放射性同位素在单位时间内每个原子核的衰变几率称衰变衰变常数常数(K)。半衰期和衰变常数是利用放射性衰变定律计算地质年代时的两个重要的特征常数。

3、放射性同位素的核衰变过程是不依赖于外界条件,如温度、压力、电场、磁场的变化,而以其固有的速度自发地进行着衰变的。如果在一次地质作用中,某种放射性同位素以一定的状态存在于该次地质作用所形成的或被改造的地质体(岩石或矿物)中, 只要该岩石、矿物自形成或被改造后一直保持着封闭状态, 岩石、矿物就像一座天然的时钟一样,按照放射性衰变的定律,母体衰减,子体积累,不断地记录下时间参数。这就是同位素地质年龄测定的基本原理。同位素年代学为大陆漂移,海底扩张和板块构造学说提供有力证据Sm-Nd Sm-Nd 法法 Re-OsRe-Os法法 U-Th-PbU-Th-Pb法法研究区域地质运动的空间与时间规律 根据我国

4、南岭及其邻近 地区300多个花岗岩的年龄数据, 发 现花岗岩在空间分布上,有从西北向东南年龄越来越新的明显特征;反映出中国大陆华南一带地壳的规律性变化严格受北东向太平洋超深大断裂的控制,并且也反映出超深大断裂对中国大陆影响程度的变化和迁移方向 。稳定同位素地球化学自然界同位素组成的变化,正是各种外界地质条件的反映。稳定同位素地球化学在研究岩桨起源、地壳与地慢的演化、陨石成因与太阳系的演化等方面取得了显著的进展。矿床研究方面的应用： 研究成矿物质来源 成矿作用的物化条件 矿床的成因和分类 用于找矿 稳稳定定性同性同位素位素“非传统稳定同位素” Li、Mg、Si、Cl、Ca、Cr、Fe、Cu、Zn

5、、Mo、Hg和Tl等：为地球系统科学的发展提供新的研究方法与手段，国际地学研究前沿“传统稳定同位素” H、C、N、O、S等：阐述地球演化和成岩成矿作用20世纪3040年代，应用于地质学研究稳定性同位素稳定性同位素：不发生放射性衰变或不易发生放射性衰变的同位素。 稀有气体及其同位素运用于地球化学研究,取得了许多重要成果。其中He、Ar在石油地质学中应用最多用He的变异,研究气体来源及地球化学历程,进行油气层对比;用He浓度讨论气水年龄利用氢同位素组成,探讨油气水的运移稀有稀有气气体体研研究究地震预测地震机制的研究需要多学科和多种技术手段协同工作。在攻克地震预测预报这个难关中,质谱法受到人们的注意。例如,地下水中气体(Rn、H2、CH4、He、Ar、F、N2、O2 ) 及某些气体同位素（ ）的质谱分析,可以作为地震前兆的异常指示。苏联学者通过观察得出一般规律：在地震前一段时间内，地下水中的He增加10-11倍，Rn增加2-3倍，Ar和F等气体浓度有所增加，其他元素的同位素不见变化。应用实例1.采用固体同位素质谱固体同位素质谱技术发现山西古风化