15第五章同位素地球化学5PPT文件格式下载.ppt

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由于大部分岩石中氢的含量很低，因此，在水岩交换反应中氢同位素成分变化不大。

2、水-岩同位素平衡,3、矿物晶格的化学键对氧同位素的选择,最富:

SiOSi键矿物18O；

其次:

SiOAl，SiOMg，SiOFe;

最贫:

含（OH）的矿物18O.,4、生物同位素分馏,植物光合作用的结果使18O在植物体中富集，放出O2富含16O：

2H216O+C18O22（HC18OH）n+16O2光合作用的实质是水的去氢作用，植物将水分解，吸收其中的H与CO2结合成有机化合物分子。

实测活的生物体、有机体、生物碳酸盐都具有高的18O。

自然界中由于以上氧同位素的分馏作用，使得在不同地质体中，氧同位素成分有明显变化，一般规律:

有机体和CO2中18O/16O：

2.1103，最高地表水（H2O）18O/16O：

1.98103，最低岩浆岩、变质岩以及高温形成的碳酸盐岩居中18O/16O：

2.012.04103沉积岩中比较富18O。

5.3.2.2各种自然产状水的氢氧同位素组成,1、大气降水2、温泉和地热水3、封存水（包括深成热卤水、油田卤水）4、变质水5、原生水及岩浆水,大气降水线D=818O+10,1、大气降水,大气降水氢氧同位素组成：

D=350+100；

18O=50+5D和18O一般小于0大气降水同位素组成影响因素（看书）：

大陆效应纬度效应高度效应季节效应,2、温泉和地热水,大气降水深循环加热的水D与当地纬度有关18O变化大,3、封存水,大气降水和海水深循环后长期封存（不流动）的产物，以高温和高矿化度为特征。

D=12025；

18O=16+25,D=14020；

18O=16+25高温变质水与岩石达到同位素交换平衡，因此，变质热液的同位素组成指示变质环境、原岩性质和流体来源。

4、变质水,来自地幔的与铁、镁超基性岩平衡的水称为原生水；

D=8550；

18O=5+9岩浆水指的是高温硅酸盐熔体所含的水及其分异作用形成的水：

D=8050；

18O=6+10,5、原生水及岩浆水,5.3.2.3岩石中的氢氧同位素组成,1、岩浆岩2、沉积岩3、变质岩,1、岩浆岩,达到同位素平衡时花岗岩中矿物的18O值（）为：

石英（8.910.3）碱性长石（7.09.1）斜长石（5.59.3）角闪石（5.99.3）黑云母（4.45.6）磁铁矿（1.03.0）。

达到同位素平衡时相邻矿物间的18O（）相差约1.52。

岩浆岩中矿物的氧同位素组成与鲍温反应序列相反，早期高温形成的矿物低，晚期低温形成的矿物高，同位素分馏有关。

2、沉积岩,沉积岩中的氢氧同位素组成受两个主要反应控制：

1）水-岩同位素平衡，低温水-岩同位素反应分馏强烈；

2）生物分馏，生物沉积岩中出现地壳中最高的18O和D值。

2、沉积岩,各种沉积岩的特点：

1）碎屑沉积岩18O岩浆岩（510）18O18O黏土矿物（2030）2）化学风化矿物黏土矿物18O：

1328，D：

35125,3）海相硅质岩和燧石燧石的氧同位素组成随地质体时代变老有变小趋势。

4）海相碳酸盐氧同位素组成一般是最高的，不同时代海相碳酸盐的氧同位素组成趋势与燧石相同。

同时代淡水碳酸盐的18O低于海水的18O（2830）,3、变质岩,变质岩的氢、氧同位素组成与变质岩原岩、变质温度、变质流体、变质作用类型及变质岩形成环境等诸多因素有关。

区域变质作用过程中，随变质程度增高，岩石的18O值逐渐降低。

5.3.2.4氢氧同位素地球化学应用,1.地质温度计原理/公式:

1000ln=A106/T2+B1000lnA-BA-B=A106/T2+B前提氧同位素测温法：

1）外部测温法矿物-水测温；

2）内部测温法共生矿物法,外部测温法矿物-水测温,外部测温注意点,内部测温法共生矿物法,举例,以石英、方解石共生矿物对为例：

1000ln石英-水=3.38106T23.401000ln方解石-水=2.78106T23.40则石英方解石氧同位素温度计为：

1000ln石-方=（3.382.78）（106T2）+3.40（3.40）如果已知石英和方解石的18O值，就可以获得二者平衡沉淀温度。

可用来计算水介质的氢、氧同位素组成。

其条件是，当某矿物的氢、氧同位素组成及其形成温度是可知时，便可根据有关方程，计算出介质水的氢、氧同位素组成：

1000ln矿物水=18O矿18O水=（/T2）+b,外部测温法（反用）,2氢氧同位素示踪,确定成矿流体的来源确定岩石成因岩石氧同位素组成与地球动力学意义古气候示踪,确定成矿流体的来源,矿床学研究中一个重要的问题是成矿溶液的来源及其在成矿过程中的演化特征，而水是成矿流体的基本组分，因此研究成矿溶液中水的来源是揭示矿床成因的关键。

形成金属矿床的成矿溶液可来自于热卤水、同生水、大气降水、变质水和岩浆水等，而成矿溶液中水的氢氧同位素组成是研究不同成因水的重要示踪剂。

Sheappard对南北美洲环西太平洋斑岩成矿带氧、氢同位素组成的研究，从北到南采集两种类型的蚀变矿物，测定其氢、氧同位素组成：

1）钾化带蚀变黑云母：

18O，D稳定，不随纬度而变化；

2）青盘岩化带（泥化带）绢云母：

18O，D随纬度而变化，具明显“纬度效应”。

这一规律示踪的地球化学信息：

斑岩铜钼矿床钾化带蚀变以岩浆水作用为主导，而围岩中青盘岩化蚀变当地围岩中的大气降水起到了重要的作用；

斑岩矿床成矿蚀变流体是多源的。

作业,确定岩石的成因,氧同位素研究可有效确定火成岩的物质来源，并据此进行岩石成因类型的划分。

例如对花岗岩研究来说，来自于陆壳碎屑物质部分熔融形成的S型花岗岩，其18O值一般大于10，而来自陆壳火成物质部分熔融形成的I型花岗岩一般18O小于10，由幔源岩浆分异形成的M型花岗岩，其18O值较低。

根据花岗岩的18O值判断其物质来源：

I型18O10（89）S型18O10,岩石氧同位素组成与地球动力学意义,大别-苏鲁超高压变质带中的榴辉岩（石榴子石+绿辉石）18O=10.47.4。

这表明超高压变质岩的原岩是近地表火山岩并与大气降水进行过强烈的水-岩作用，从而揭示了榴辉岩的原岩在俯冲到地幔深度后其氧同位素组成并没有受上地幔氧同位素组成（约为5.7）的影响而被保存下来，反映超高压变质作用形成的榴辉岩在地幔中存留的时间很短和有限的壳幔相互作用，表明榴辉岩形成后的快速折返。

古气候示踪,5.3.3硫同位素地球化学,5.3.3.1自然界中硫同位素的分馏作用5.3.3.2自然体系中硫同位素组成5.3.3.3硫同位素地质温度计5.3.3.4硫同位素在成矿作用中的示踪意义,32S95.02%33S0.75%34S4.21%36S0.02%硫同位素组成表示：

34S（）=（34S/32S）样品/（34S/32S）PDB11000,硫稳定同位素种类,5.3.3.1自然界中硫同位素的分馏作用,自然界硫分馏显著（看书）化学动力学分馏生物动力分馏热力学平衡分馏,化学动力学分馏氧化和还原反应中产生的同位素分馏。

H234S+32SO42H232S+34SO42（=1.075）分馏系数与温度呈反相关,生物成因硫化物的34S（）一般小于0，负值越高生物成因可能性越大。

生物动力分馏,热力学平衡分馏,平衡共生条件下，不同价态硫同位素分馏特征为：

34S值S2S2S0SO2SO42,在平衡状态下，硫酸盐34S值大于硫化物1）硫酸盐34S值：

铅矾重晶石天青石石膏；

2）硫化物34S值：

辉铋矿辉锑矿辉铜矿方铅矿斑铜矿黄铜矿闪锌矿黄铁矿辉钼矿.,5.3.3.2自然体系中硫同位素组成,1.大气圈、水圈和生物圈硫同位素组成2.各类地球岩石硫同位素组成,1.大气圈、水圈和生物圈硫同位素组成,大气硫存在形式：

气溶胶中硫酸盐和气态H2S、SO2。

大气硫来源A天然来源火山喷发H2S、SO2（34S=1010）；

海水蒸发盐34S=20）；

生物成因的H2S和有机硫34S=3010）；

B人工污染：

金属硫化物矿石冶炼；

石膏粉尘。

水圈发生复杂的氧化-还原作用。

水中溶解的SO42被细菌还原成H2S，34S值可降低050；

生物体中的硫主要赋存在蛋白质中，生物体通过还原硫酸盐形成有机硫。

无论是淡水植物还是海洋生物，34S值都低于溶解的硫酸盐。

2.各类地球岩石硫同位素组成,岩浆岩：

1）基性-超基性岩34S值与陨石硫相似，变化范围小，为12。

2）酸性岩浆岩34S值=1010，变化大，但总均值接近0。

3）中酸性火山喷出岩34S值变化范围比对应的深成岩大，且一般为正值。

沉积岩：

开放系统中：

硫酸盐和硫化氢的34S值稳定。

封闭系统中：

硫酸盐34S值渐大，还原形成的硫化氢34S值渐大。

34S=2020组成与变质岩原岩、变质作用过程中的W/R反应和同位素交换，以及变质脱气等有关。

变质岩,5.3.3.3硫同位素地质温度计,1.原理、前提及公式：

1000lna-b=ab=A106/T22.共生矿物对硫同位素平衡标志硫化物34S值：

辉铋矿辉锑矿辉铜矿方铅矿斑铜矿黄铜矿闪锌矿黄铁矿辉钼矿3.常用的硫同位素地温计,5.3.3.4硫同位素应用,1.判断成矿物质来源2.硫同位素地层学,5.3.4碳同位素地球化学（自学）,稳定同位素12C（98.892%）13C（1.108%）14C是放射性同位素碳同位素组成表示：

13C（）=（13C/12C）样品/（13C/12C）PDB11000,碳同位素种类,主要是含碳矿物，如方解石、白云石、大理石、菱铁矿、菱镁矿等全岩样品；

现在发展到包裹体中的甲烷、二氧化碳，以及石油、天然气和有机物中的含碳组分。

适合碳同位素测定样品,5.3.4.1碳同位素分馏,使12C富集在植物中植物乃至整个生物界及有机成因的煤、石油和天然气等都富集12C，平均13C=25，而与其平衡的大气的13C=7。

1光合作用,13CO2+H12CO3=12CO2+H13CO3（=1.014）13CO2+12CO32=12CO2+13CO32（=1.012）,2碳同位素交换反应,碳是变价元素，不同价态化合物中，13C倾向于富集在高价化合物中13C值：

CH4CCOCO2CO323氧化还原反应,