地质流体稳定同位素示踪.ppt

查阅资料重要periodical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。衰变类型(3)电子俘获衰变
4019K+－4018Ar+Q

(4)衰变
23892U23490Th+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。

238U234Th234Pa234U230Th226Ra222Rn218Po214Pb214Bi214Tl(214Po)210Pb210Bi210Po206Pb二、同位素在地质学上的应用地质过程的天然示踪剂；地球主要储库Pb同位素组成图1海洋玄武岩同位素组成变化范围2、稳定同位素
地球化学示踪(流体和物质)

地质温度计
三、地质流体的同位素示踪意义——本课程重点第一节稳定同位素基本知识一、同位素丰度二、同位素效应第二节、同位素分析结果的表达和标准二、同位素标准同位素之比三、自然界一般物质的
同位素值范围第三节、同位素分馏（isotopefractionation）第四节、分馏系数第二章、稳定同位素分析方法（略）1.样品制备1.2氧同位素样品1.3碳同位素样品1.4硫同位素样品第三章、同位素热力学平衡分馏
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）第二节、影响同位素平衡分馏的因素一般地，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。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。四、物质结构第四章、动力学分馏第二节、地质过程中的动力学同位素分馏－瑞利分馏在物相分离前，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+10-3δB)得：

RＢ/R０＝（1+10-3δＢ)/(1+10-3δ０)
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－10-3δ0

10-3δB－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
分离相Ａ的δ（平均值）计算公式：
由质量平衡公式得：
ＲBf＋ＲA（１－f)＝Ｒ０
ＲA＝（Ｒ０－ＲBf）／（１－f)
ＲB的计算公式代入得：
ＲA＝（Ｒ０－R0f(αA-B－1f）／（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+10-3δA)/(1+10-3δ０)｝
㏑[（1+10-3δA)/(1+10-3δ０)]＝㏑[（１－fα）／（１－f）]
左边≈10-3δA－10-3δ０
δA＝δ０＋103㏑[（１－fα）／（１－f）]

另一种形式(书上):
由（1+10-3δA)/(1+10-3δ０)=
（１－fα）／（１－f）
整理得:
1+10-3δA=(1+10-3δ０)(１－fα）／（１－f）
δA=(1000+δ０)(１－fα）／（１－f）－1000

例子思考：地质应用第五章、同位素地质测温第二节、同位素平衡检查二、等温线法(以P52分馏方程举例）