地质流体稳定同位素示踪

地质流体稳定同位素示踪第1页，课件共134页，创作于2023年2月查阅资料重要periodical

1.GCA（GeochimicaetCosmochimicaActa)2.Chemicalgeology3.EPSL(EarthandPlanetaryScienceLetters)４.AppliedGeochemistry5.EconomicGeology6.JournalofGeochemicalExploration7.Lithos8.MetamorphicGeology9.Science10.Nature

第2页，课件共134页，创作于2023年2月序一、同位素及其分类

1、同位素(isotope)

质子数相同，中子数不同的元素。

2、放射性同位素(radioactiveisotope)

放射性同位素:凡能自发地放出粒子而衰变为另一种同位素者称为放射性同位素。

第3页，课件共134页，创作于2023年2月衰变类型(1)(负电子)衰变一个中子转变成一个质子和一个电子

4019K4020Ca+－+ν+Q(2)正电子衰变质子转变成中子

189F188O++++Q-第4页，课件共134页，创作于2023年2月(3)电子俘获衰变4019K+－

4018Ar+Q(4)衰变

23892U23490Th+42He+Q(5)核裂变

23892U不同产物的核,典型的Zr(40)和Cs(55)伴随其他粒子和大量能量第5页，课件共134页，创作于2023年2月3、稳定同位素(stableisotope)及放射性成因同位素(radiogenicisotope)稳定同位素：无可测放射性的同位素。其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物，称之为放射成因同位素。另一部分是天然的稳定同位素，即自核合成以来就保持稳定的同位素。238U234Th234Pa234U230Th226Ra222Rn218Po214Pb214Bi214Tl(214Po)210Pb210Bi210Po206Pb

第6页，课件共134页，创作于2023年2月二、同位素在地质学上的应用1、放射性成因同位素地质事件的精确年龄；第7页，课件共134页，创作于2023年2月地质过程的天然示踪剂；

第8页，课件共134页，创作于2023年2月地球主要储库Pb同位素组成第9页，课件共134页，创作于2023年2月图1海洋玄武岩同位素组成变化范围第10页，课件共134页，创作于2023年2月地质演化的速率和途径-利用不同封闭温度K-Ar:角闪石520℃；白云母350℃；黑云母300℃；斜长石250℃；钾长石160℃Rb-Sr：斜长石600℃；白云母550℃；黑云母350℃；第11页，课件共134页，创作于2023年2月2、稳定同位素

地球化学示踪(流体和物质)地质温度计第12页，课件共134页，创作于2023年2月第13页，课件共134页，创作于2023年2月第14页，课件共134页，创作于2023年2月三、地质流体的同位素示踪意义

——本课程重点应用范围：1、成矿流体的来源示踪与矿床成因和找矿预测2、俯冲带流体的来源示踪与壳/幔演化3、地表流体的来源示踪与环境地球化学第15页，课件共134页，创作于2023年2月第一节稳定同位素基本知识

第一章、稳定同位素基础第16页，课件共134页，创作于2023年2月一、同位素丰度绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额。通常取与1H(1012)或28Ｓi(106)的比值。相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)第17页，课件共134页，创作于2023年2月二、同位素效应

由同位素质量差所引起的物理和化学性质上的差异。第18页，课件共134页，创作于2023年2月第二节、同位素分析结果的表达和标准正是由于同位素效应，造成了地质过程中，两相或多相共存时，不同相中同位素比值差异——使同位素示踪成为可能。一、实测δ值

δA=1000×(RSa－RSt)/RSt(单位：‰）

SMOW(RSt)：18O/16O:2005.2×10-6；Rock（RSa)：18O/16O:2020×10-6则该岩石δ18O=1000×(2020×10-6－2005.2×10-6)／2005.2×10-6

=+9.4‰第19页，课件共134页，创作于2023年2月二、同位素标准要求：组成均一，性质稳定；数量相当大，以便长期使用；化学置备和同位素测量的手续简便；大致为天然同位素比值变化范围的中值，以便用于绝大多数样品的测定；可作为世界范围的零点。H和O同位素标准：SMOW(standardmeanoceanwater)

O同位素有时用PDBδ18OSMOW=1.03091δ18OPDB+30.91C同位素标准：PeeDeeBelemite(PDB)南卡罗林纳州S同位素标准：亚历桑那州CanyonDiabloTroilite铁陨石的陨硫铁(CDT)N同位素标准：空气第20页，课件共134页，创作于2023年2月同位素之比缩写符号标准样2D/1HSMOW标准平均大洋水18O/16OSMOW标准平均大洋水18O/16OPDB美国南卡罗林纳州白晋系皮狄组的美洲似箭石13C/12CPDB美国南卡罗林纳州白晋系皮狄组的美洲似箭石34S/32SCDT美国亚历桑那州卡扬迪阿布洛铁陨石中的陨硫铁第21页，课件共134页，创作于2023年2月三、自然界一般物质的同位素值范围第22页，课件共134页，创作于2023年2月第23页，课件共134页，创作于2023年2月第24页，课件共134页，创作于2023年2月第25页，课件共134页，创作于2023年2月第26页，课件共134页，创作于2023年2月第27页，课件共134页，创作于2023年2月第三节、同位素分馏

（isotopefractionation）指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或两相中的现象，是同位素效应的表现。★热力学平衡分馏热力学平衡分馏可以有很多过程,但都达到平衡。例如：化学反应、扩散交换动力学非平衡分馏A.交换时未达到平衡Ｂ．后期平衡被破坏非质量相关分馏同位素质量差一般与分馏效应成正比。碳质球粒陨石的白色包体δ１８Ｏ不满足质量相关分馏第28页，课件共134页，创作于2023年2月第四节、分馏系数由δ定义得:δA=(RA/Rst－1)×1000,即RA=(10-3δA+1)×Rst,同理RB=(10-3δB+1)×Rst代入α定义式αA-B=RA/RB=(10-3δA+1)/(10-3δB+1)……………(1)或=(δA+103)/(δB+103)……………..(2)公式(1)两边取自然对数㏑αA-B=㏑(10-3δA+1)－㏑(10-3δB+1),右边泰勒展开得㏑αA-B≈10-3δA－10-3δB≈10-3(δA－δB)或103㏑αA-B≈δA－δB……………..(3)或:△≈103㏑αA-B,（富集系数△=δA－δB）由(2)得或△≈103(αA-B－1)…………(4)由上得：103㏑αA-B≈δA－δB≡△

≈103(αA-B－1)

第29页，课件共134页，创作于2023年2月第30页，课件共134页，创作于2023年2月第二章、稳定同位素分析方法（略）两个步骤：样品制备质谱测定第31页，课件共134页，创作于2023年2月1.样品制备具体要求1.1

氢同位素样品(1)水，铀或锌还原法(2)含羟基矿物(3)气液包裹体第32页，课件共134页，创作于2023年2月1.2氧同位素样品水碳酸盐－磷酸法硅酸盐和氧化物第33页，课件共134页，创作于2023年2月1.3碳同位素样品有机化合物碳酸盐第34页，课件共134页，创作于2023年2月1.4硫同位素样品硫化物直接氧化法，SF6法(2)自然硫和硫酸盐三酸还原法碳还原法热分解法第35页，课件共134页，创作于2023年2月第三章、同位素热力学平衡分馏同位素交换反应：分馏系数理论计算：第一节、同位素分馏系数获取（校准）方法一、理论计算第36页，课件共134页，创作于2023年2月第37页，课件共134页，创作于2023年2月二、实验测定１、双向交换（Ｐ４４）２、外推法（公式３．２３，？）b=(∆i-∆f)/(∆i-∆e)b(∆i-∆e)=(∆i-∆f),两边乘１／b得：∆i-∆e=(∆i-∆f)／b,∆i=∆e+(∆i-∆f)／b或书上：∆i=∆e－(∆f－∆i)／b三、经验估计条件：１、假定平衡２、已知温度（一系列温度，线性拟合）第38页，课件共134页，创作于2023年2月第二节、影响同位素平衡分馏的因素一、温度103lnα=A×106/T2+B×103/T+C二、压力三、组分

物质的同位素分馏行为最终决定于键性(氧化态、离子电荷、原子量、同位素原子及与之结合的元素的电子排布等)，所有这些都与振动频率及其变化率有关。第39页，课件共134页，创作于2023年2月一般地，重同位素倾向于富集在键性强的化合物中。H2O(l)+HDS(g)↔HDO(l)+H2S(g)H-O键比H-S键强，所以D富集在水分子中。第40页，课件共134页，创作于2023年2月电位高、原子量低的阳离子优先结合18O。例如对于Si4+－O键到Al3+－O到Fe2+－O键，阳离子的电位逐渐降低，原子量逐渐升高，结果是18O富集程度逐渐降低。因此，在氧化物和硅酸盐矿物中，石英(SiO2)最富18O，而磁铁矿(Fe3O4)较贫18O。当铝硅酸盐格架中Al取代Si时，伴随有18O亏损，结果相对于石英，碱性长石(K,Na,Rb)AlSi3O8较贫18O，钙长石Ca2Al2Si2O8更贫18O。第41页，课件共134页，创作于2023年2月四、物质结构在同一物质的三种不同物态之间，重同位素倾向于富集在较紧密或有序度高的物态中。冰>水>水蒸汽文石>方解石金刚石>石墨第42页，课件共134页，创作于2023年2月第四章、动力学分馏第一节、同位素交换机理一、单向化学反应C+16O18O→C16O18OC+16O2→C16O2二、扩散现象三、溶解－再结晶第43页，课件共134页，创作于2023年2月第二节、地质过程中的动力学同位素分馏

－瑞利分馏在自然界存在一种特殊的体系，在一定的物理化学条件下发生物相分离。分离前不同物相之间保持着热力学平衡并处于封闭状态，但分离后一相物质不断离开体系，不再与另一相保持平衡。这种在开放体系中进行的过程称之为瑞利过程，在瑞利过程中发生的同位素分馏称之为瑞利分馏。第44页，课件共134页，创作于2023年2月在物相分离前，相A和相B处于同位素平衡状态，分离后相A不断离开体系，B为残留体系，f为残留分数，有：RB/R0=f(αA-B－1)…...……….(1)换算成常用的δ表示由公式：αA-B＝RＡ/RＢ＝（1+10-3δA)/(1+10-3

δB)得：RＢ/R０＝（1+10-3δＢ)/(1+10-3

δ０)代入（１），两边取自然对数得：㏑[（1+10-3δB)/(1+10-3δ0)]＝（αA-B－1）㏑f

右边展开：㏑[（1+10-3δB)/(1+10-3δ0)]≈10-3δB－10-3δ010-3δB－10-3δ0≈（αA-B－1）㏑f整理得：δB≈δ0+

103

（αA-B－1）㏑f……残留分数为f时残留相的δ的计算公式第45页，课件共134页，创作于2023年2月分离相Ａ的δ（平均值）计算公式：由质量平衡公式得：ＲB

f＋ＲA（１－

f)＝Ｒ０ＲA＝（Ｒ０－ＲB

f）／（１－

f)ＲB的计算公式代入得：ＲA＝（Ｒ０－R0f(αA-B－1

f）／（１－

f）＝Ｒ０（１

－fα）／（１－

f）ＲA／Ｒ０＝（１

－fα）／（１－

f）换算成常用的δ表示：｛利用RＡ/R０＝（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)｝㏑[（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)]＝㏑[（１

－fα）／（１－

f）]左边≈10-3

δA－

10-3δ０δA＝δ０＋103

㏑[（１

－fα）／（１－

f）]第46页，课件共134页，创作于2023年2月另一种形式(书上):由（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)=（１

－fα）／（１－

f）整理得:1+10-3

δA=(1+10-3δ０)(１

－fα）／（１－

f）δA=(1000+δ０)(１

－fα）／（１－

f）

－1000第47页，课件共134页，创作于2023年2月例子书上Ｐ７９第48页，课件共134页，创作于2023年2月思考：地质应用第49页，课件共134页，创作于2023年2月第五章、同位素地质测温第一节、方法原理对于两种矿物或一种矿物与水间，分馏满足方程：103lnα=A×106/T2+B×103/T+C，（同位素分馏方程）一、单个样品测定两种矿物M1和M2的δ1和δ2，计得Δ1-2=δ1－δ2∵103lnα≈Δ1-2=δ1－δ2∴Δ1-2=δ1－δ2≈A×106/T2+B×103/T+C……….(1)方程(1)中Ａ、Ｂ、Ｃ为常数，分馏方程表中查得，将实测的δ1和δ2代入解出Ｔ，单位为Ｋ，273.15得℃二、Δ的加和性与未知分馏方程的获得Δ１－３＝Δ１－２＋Δ２－３三、多组样品或多组矿物对（下节同位素平衡检查）第50页，课件共134页，创作于2023年2月第二节、同位素平衡检查一、共生顺序判别法（Ｐ１１７）例如：氧同位素有：石英>方解石>碱性长石>蓝晶石>多硅白云母>钙长石>白云母>…….硫同位素有：硫酸盐>辉钼矿>黄铁矿>闪锌矿>黄铜矿>斑铜矿>方铅矿>辉银矿第51页，课件共134页，创作于2023年2月二、等温线法(以P52分馏方程举例）主要基于Δ1-2=A1-2×106/T2+C1-2（忽略B×103/T项）选择一种矿物（一般为富重同位素矿物）为参考矿物，以ΔＲ-Ｍ－ＣＲ-Ｍ为纵坐标，以AＲ-Ｍ为横坐标矿物Ｍ１有：ΔＲ-Ｍ１－ＣＲ-Ｍ１=AＲ-Ｍ１×106/T2（斜率为106/T2）矿物Ｍ２有：ΔＲ-Ｍ２－ＣＲ-Ｍ２=AＲ-Ｍ２×106/T2（斜率为106/T2）矿物Ｍ３有：ΔＲ-Ｍ３－ＣＲ-Ｍ３=AＲ-Ｍ３×106/T2（斜率为106/T2）假如参考矿物、矿物Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３间在温度Ｔ时同位素交换平衡，则在图上落在斜率为106/T2的同一条直线上。其实很多分馏方程为Δ1-2=A1-2×106/T2形式（忽略B×103/T+C项，见Ｐ４６、Ｐ４８、Ｐ５２、Ｐ５４表）此时，以ΔＲ-Ｍ为纵坐标，以AＲ-Ｍ为横坐标对于多种矿物对可根据拟合的直线斜率由Ｋ＝106/T2计算出Ｔ第52页，课件共134页，创作于2023年2月三、δ-δ图解法这是最常用的一种方法。对于两种矿物Y和X（Y更富重同位素），当两者处于热力学平衡分馏时，有：δy－δx＝103lnαy-x,即：δy＝δx

＋103lnαy-x在以δy和δx为纵、横坐标的图解上，样品将落在斜率为１的一条直线上，y轴上的截距为103lnαy-x，同一地质体不同点的样品ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４、ＳＡ５………ＳＡi的矿物Y和X的δ测试值将落在斜率为１、截距为103lnαy-x的直线上。根据矿物Y和X的分馏方程：

103lnαy-x＝Ａ×１０６／Ｔ２＋Ｂ×１０３／Ｔ＋Ｃ可算出温度Ｔ（截距为103lnαy-x可直接从图上读出）这就是多个样品的温度计算方法第53页，课件共134页，创作于2023年2月T=50℃T=550℃T=600℃T=+∞T=300℃T=400℃T=600℃第54页，课件共134页，创作于2023年2月四、图解垂线判别法选择一种物相（例如，热液矿床可选水）为参考物相，以103lnαＭ-Ｒ为纵坐标、以106／T2为横坐标作图，当矿物Ｍ１和Ｍ２处于平衡分馏时，即Ｔ相同（106／T2相同），具相同横坐标，此时矿物Ｍ１和Ｍ２的投影点连线为垂直线。

第55页，课件共134页，创作于2023年2月第三节、同位素地质温度计一、氧同位素地质温度计１、外部测温法只测定一种矿物同位素，另一相（通常为液相）采用假定值），根据已知矿物－水间的分馏方程，计算温度。

最常用于古温度测定。都建立了经验公式Ｐ１２４－１２５２、内部测温法Ａ、矿物－水Ｂ、矿物－矿物前提：（１）矿物对间达到分馏平衡；（２）矿物对间△足够大；（３）矿物对间103lnα随温度变化明显；（４）有已知的分馏方程；（５）无后期同位素退化第56页，课件共134页，创作于2023年2月３、单矿物测温法

主要利用大气降水方程，测定粘土矿物δ

18O、δD。设某粘土矿物与水间氢、氧同位素间有分馏方程：103lnαＨ＝ＡＨ×10６/T2+BH…………….(1)103lnαO＝ＡO×10６/T2+BO…………….(2)大气降水：δDＷ＝８δ

18OＷ＋１０……(3)103lnαＨ=δDM－δDＷ,即δDＷ=δDM－103lnαＨ＝δDM－ＡＨ×10６/T2+BH……….(４)同理δ

18O

Ｗ=δ

18

OＭ－103lnαＯ＝δ

18

OＭ－ＡO×10６/T2+BO…….(５)将（４）、（５）代入（３），整理得：（８ＡO－ＡＨ）10６/T2＝８δ

18

Ｍ－δDM＋（BH－BO＋１０）…….(６)方程(６)为单矿物测温方程第57页，课件共134页，创作于2023年2月二、硫同位素地质温度计硫化物间，同氧同位素内部测温法。三、碳同位素地质温度计方解石－石墨第58页，课件共134页，创作于2023年2月练习１、单样品矿物对温度计算２、单样品多矿物温度图解计算（等温线法）３、多样品矿物对温度图解计算（δ－

δ图解）第59页，课件共134页，创作于2023年2月第二篇同位素各论第60页，课件共134页，创作于2023年2月第一章氢和氧同位素地球化学1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)第61页，课件共134页，创作于2023年2月第一节、天然水一、物态转变过程中的氢氧同位素分馏 蒸发 冰冻第62页，课件共134页，创作于2023年2月二、海洋水的氢氧同位素组成短周期变化1、蒸发（盐度变化）2、冻结（实际上主要因引起盐度变化）3、混合（其他洋水体加入）长周期变化1、水－岩相互作用（大洋沉积物δ18O很高、δD低，矿物沉积导致洋水δ18O降低，δD升高）2、冰川融化第63页，课件共134页，创作于2023年2月二、大气降水纬度效应，即随着纬度升高(即年平均气温降低)，D和18O值下降；大陆效应，即从海岸向大陆内部，D和18O值下降；季节效应，即夏季温度较高，大气降水相对较“重”，富集18O和D；冬季反之；高度效应，即随高度增加，D和18O值下降。第64页，课件共134页，创作于2023年2月降雨－Rayleigh分馏第65页，课件共134页，创作于2023年2月第66页，课件共134页，创作于2023年2月大气降水线中国现代：D=7.918O+8.2第67页，课件共134页，创作于2023年2月岩浆侵入浅部地壳加热围岩和水导致水－岩相互作用；中性、“氯化物”地热水H同位素组成与当地大气降水类似，但18O值升高；酸性富硫的地热水H和O同位素组成均不同于当地大气降水.三、地热水第68页，课件共134页，创作于2023年2月四、其他水初生水（来自地幔未与水圈相遇）：D=-60±20‰，18O=6±1‰岩浆水：D=-80‰

～-50‰，18O=5‰

～7‰变质水：D=-40‰

～-100‰，18O=5‰

～25‰第69页，课件共134页，创作于2023年2月第二节、水－岩交换作用封闭体系Wi-Wf移项：WCw(Wi-

Wf)=RCr(rf-

ri)第70页，课件共134页，创作于2023年2月Wf用Rf—△代入，变形得：18ORf=[18ORi+W/R(18Owi+△)]/(1+W/R)Rf用Wf+△代入，变形得：18Owf=[18ORi+W/R(18Owi)－△]/(1+W/R)第71页，课件共134页，创作于2023年2月开放体系第72页，课件共134页，创作于2023年2月第73页，课件共134页，创作于2023年2月氧同位素和矿床第74页，课件共134页，创作于2023年2月Skaergaard侵入体第75页，课件共134页，创作于2023年2月第76页，课件共134页，创作于2023年2月第77页，课件共134页，创作于2023年2月Athightemperatures(temperaturesoftheinterioroftheEarthormagmatictemperatures),oxygenisotoperatiosareminimallyaffectedbychemicalprocessesandcanbeusedastracersmuchasradiogenicisotoperatiosare.Thesegeneralizationsleadtoanaxiom:igneousrockswhoseoxygenisotopiccompositionsshowsignificantvariationsfromtheprimordialvalue(+6)musteitherhavebeenaffectedbylowtemperatureprocesses,ormustcontainacomponentthatwasatonetimeatthesurfaceoftheEarth(TaylorandSheppard,1986).第78页，课件共134页，创作于2023年2月火成岩绝大多数火成岩的18O变化范围为5~15‰，D范围为-40~-100‰。一般来说，18O值随SiO2含量增加而增加。第79页，课件共134页，创作于2023年2月年青新鲜玄武岩氧同位素组成MORB：5.5~6.5OIB：5~7.5第80页，课件共134页，创作于2023年2月Oxygenisotoperatiosinolivinesandclinopyroxenesfrommantleperidotitexenoliths.DatafromMatteyetal.(1994).第81页，课件共134页，创作于2023年2月第82页，课件共134页，创作于2023年2月岛弧火山岩第83页，课件共134页，创作于2023年2月蛇绿岩第84页，课件共134页，创作于2023年2月洋中脊玄武岩－海水相互作用高温氧同位素交换低温氧同位素交换第85页，课件共134页，创作于2023年2月花岗岩高18O花岗岩(>10‰)1、源区2、围岩混染3、低温水/岩反应低18O花岗岩(<6‰)1、源区2、与大气降水反应3、联合作用正常18O花岗岩第86页，课件共134页，创作于2023年2月沉积岩1、碎屑沉积岩取决源区，介于未蚀变火成岩（5~10‰）与粘土矿物（20~30‰）间2、粘土矿物受大气降水控制3、化学沉积岩海相灰岩28~30‰-稳定燧石32‰粘土矿物氢氧同位素组成第87页，课件共134页，创作于2023年2月变质岩原岩性质变质改造第88页，课件共134页，创作于2023年2月生物圈的氢和氧同位素生物过程中的动力学分馏有机物中的同位素分馏第89页，课件共134页，创作于2023年2月OxygenandHydrogenIsotope

FractionationbyPlantsCO2，H2O和O2进入生物质；光合作用过程中氧同位素平衡；控制反应：Fractionationsof+16to+27‰第90页，课件共134页，创作于2023年2月第91页，课件共134页，创作于2023年2月古气候Urey(1947),碳酸盐古温度计方解石－水第92页，课件共134页，创作于2023年2月第四纪海洋18O记录和Milankovitch循环生物体方解石O同位素古海洋温度；复杂性：温度，海水O同位素组成，分馏系数差异，埋藏后同位素交换；CesareEmiliani(1955)分析有孔虫18O值，发现60万年以来15个冰期－间冰期循环，第四纪以来气候变化源于地球轨道参数的变化。第93页，课件共134页，创作于2023年2月碳酸盐氧同位素变化海水氧同位素和温度；CesareEmiliani(1955)温度变化是主要因素；ShackletonandOpdyke(1973)，海水氧同位素组成变化是主要因素。第94页，课件共134页，创作于2023年2月海水氧同位素组成变化第95页，课件共134页，创作于2023年2月Milankovitch循环第96页，课件共134页，创作于2023年2月轨道参数变化第97页，课件共134页，创作于2023年2月冰的记录第98页，课件共134页，创作于2023年2月土壤和古土壤碳酸盐氧同位素组成第99页，课件共134页，创作于2023年2月第二章、碳同位素地球化学12C(98.90%)，13C(1.10%)两个主要储库：有机碳和碳酸盐第100页，课件共134页，创作于2023年2月生物体系同位素分馏生物过程同位素分馏；植物(光合作用)，细菌＋无机物能量有机物食物链(同位素分馏)第101页，课件共134页，创作于2023年2月CarbonIsotopeFractionationDuringPhotosynthesis光合作用；陆地植物利用大气CO2(–4.4‰)；海洋藻类和水生植物利用溶解CO2或[HCO3]-

0.9‰

+7.0to+8‰第102页，课件共134页，创作于2023年2月生物过程的动力学效应光合作用：6CO2+11H2OC6H22O11+6O2三步：植物从大气中优先吸收12CO2，使之溶解于细胞质中；溶解在细胞质中的12CO2通过酶的作用优先转移到磷酸甘油酸中，使残余的12CO2富集13C，这些重CO2在呼吸作用中排出；植物磷酸甘油酸合成各种有机组分时进一步分馏。生物分馏第103页，课件共134页，创作于2023年2月C3循环(Calvin循环)酶3C－磷酸甘油酸影响植物碳同位素分馏的内在因素此循环长，所以分馏大，13C=-23~-38‰C3植物占90%，包括藻类，自养细菌，和绝大多数种植植物如小麦，水稻和坚果等羧化过程动力学分馏，陆地植物(-29.4‰)，细菌(-20‰)第104页，课件共134页，创作于2023年2月C4(HatchandSlack)循环分馏为-2.0to-2.5‰此循环是短循环，分馏小，13C=-12~-14‰，C4植物包括热带地区的草和相关农作物如玉米和甘蔗第105页，课件共134页，创作于2023年2月CAM循环介于C3和C4循环二者之间。许多体内有过剩水的植物，如仙人掌等具此循环，其13C亏损程度介于C3和C4植物之间。植物的部分、组织、组成间的同位素组成差异。第106页，课件共134页，创作于2023年2月影响植物碳同位素组成的外部因素C的来源；呼吸的影响；大气CO2同位素组成变异；温度效应。第107页，课件共134页，创作于2023年2月陆地C3植物平均13C=-27‰,C4植物平均13C=-13‰；海洋植物(均为C3植物)利用溶解的重碳酸盐而不是大气CO2，海水重碳酸盐比大气CO2的13C值大8.5‰，因此海洋植物13C值比陆地C3植物高约7.5‰；由于C的来源变化大，因此海洋植物的13C值具有较大的变化范围；海洋藻青菌对C同位素分馏比真正的海洋植物小，因此其13C值高约2~3‰。第108页，课件共134页，创作于2023年2月化石燃料煤石油天然气食品质量控制方面的应用第109页，课件共134页，创作于2023年2月岩石圈的碳同位素沉积岩石灰岩前寒武纪沉积岩火成岩陨石火成碳酸岩和金伯利岩第110页，课件共134页，创作于2023年2月Carbonisotoperatiosinmantle(red)andmantle-derivedmaterials(gray).AfterMattey(1987).第111页，课件共134页，创作于2023年2月N同位素第112页，课件共134页，创作于2023年2月第三章、N同位素植物分类：可直接利用N2vs.只能利用氨或硝酸盐；前者包括豆类和海洋藻青菌；豆类(C3植物)15N=+1‰，现代非豆类植物15N=+3‰；史前非豆类植物15N=+9‰，化学肥料的使用；15N变化范围为±4or5‰；海洋植物15N=+7±5‰,海洋藻青菌15N=-1±3‰。第113页，课件共134页，创作于2023年2月植物C-N同位素组成第114页，课件共134页，创作于2023年2月动物组织与食物C同位素关系DeNiroandEpstein(1978)动物组织13C值比食物高约1‰，12CO2优先被呼吸；陆地食物链通常不超过三级，因此最大的C同位素分馏为3‰；海洋食物链可达7级，因此顶级掠食者与初级食物之间的13C值差异可达7‰。第115页，课件共134页，创作于2023年2月动物组织与食物N同位素关系DeNiroandEpstein(1981)动物组织15N值比食物高约3~4‰第116页，课件共134页，创作于2023年2月SchoeningerandDeNiro(1984)骨胶原质的C和N同位素组成与动物体类似；埋藏后，骨中的磷灰石可与大气降水进行同位素交换；骨胶原质和牙釉质保持初始同位素组成；骨胶原质和牙的C和N同位素组成可以用于重建化石动物的食物。第117页，课件共134页，创作于2023年2月稳定同位素考古骨胶原质，牙齿，瓷器上的谷物和蔬菜炭化斑同位素组成古人类食物。第118页，课件共134页，创作于2023年2月第119页，课件共134页，创作于2023年2月第四章、S同位素地球化学32S(95.02%)，33S(0.75%)，34S(4.21%)，36S(0.02%)自然界总的变化范围-65~120‰第120页，课件共134页，创作于2023年2月由于S是多价态元素，所以分馏大。同时由于不同价态和矿物间34S的差异，在利用硫化物34S测定，进行成矿物质来源示踪时，千万不能用矿物的34S来代替成矿热液的总硫的34S∑。大本（Ohmoto)模式：硫化物的34S=f(34S∑,fo2,pH,T,I)第121页，课件共134页，创作于2023年2月热液系统硫同位素及示踪一、高温热液中硫同位素当T>400ºC时，含S物种主要是H2S和SO2,此时，34S热液=34SH2S+Δ34SH2SSO2×R/（1+R）R为SO2/H2S摩尔比关键要确定R第122页，课件共134页，创作于2023年2月假如成矿热液来自岩浆系统，此时，34S热液与34S熔体的关系是：34S热液=34S熔体-Δ34SH2SHS-+

Δ34SH2SSO2

R/（1+R）由此可见，也不能简单用34S热液与岩体34S类比，进而判别成矿物质和热液来自岩体图8.3，但当磁铁矿-磁黄铁矿-石英-橄榄石共生时，此时34S热液≈34S熔体≈34SH2S第123页，课件共134页，创作于2023年2月二、中低温热液中硫同位素当T<350ºC时，含S物种不再是简单的H2S和SO2，

S物种可有三类：H2S、HS-、硫酸盐，由于H2S与HS-间的硫同位素分馏很小，忽略不计，因此：34SH2S=34S∑

-

Δ34SH2SSO4-×R′/（1+R′）R′为∑SO4-/∑H2S的摩尔比同样，从图8.6可以看出，低温热液矿床中，当磁铁矿-磁黄铁矿共生时，34SH2S与34S流体相同。第124页，课件共134页，创作于2023年2月三、不同氧逸度下，34S流体（或34S∑）的定性判别：1、高氧逸度下（重晶石-赤铁矿-磁铁矿-磁黄铁矿组合），重晶石（BaSO4）的34S与34S∑相当；2、中等氧逸度下，黄铁矿的34S与34S∑相当；3、低氧逸度下（石墨-磁黄铁矿），磁黄铁矿的34S与34S∑相当；第125页，课件共134页，创作于2023年2月第五章、同位素体系定量模式一、分离结晶瑞利过程，δB=δ0+

103

（αA-B－1）㏑f……残留分数为f时残留相的δ的计算公式，岩浆分离结晶就有：δ18O岩浆=δ18O岩浆i+

103

（α矿物-岩浆－1）㏑f岩浆结晶温度下，α很小，α－1≈㏑α，所以，δ18O岩浆=δ18O岩浆i+

103㏑α·㏑fδ18O矿物=δ18O岩浆i+

103㏑α·（1+㏑f）第1