氢氧同位素分馏机理及其在地学中的应用
同位素地球化学在油气领域上的应用
同位素地球化学在油气领域上的应用同位素地球化学是研究地球上同位素的分布、变化和地球化学过程的一门学科。
在油气领域，同位素地球化学的应用主要体现在以下几个方面。
同位素地球化学可以用于研究油气的形成和演化过程。
通过分析油气中的同位素组成，可以确定油气的来源和成因。
例如，通过测定油气中的碳同位素比值，可以判断油气是来自海相还是陆相沉积环境，从而指导勘探工作。
同时，同位素地球化学还可以揭示油气的演化过程。
例如，通过测定油气中的氢同位素比值，可以判断油气的成熟度和演化过程，为油气勘探和开发提供重要依据。
同位素地球化学可以用于判别油气的来源和成因。
不同地质环境和沉积条件下形成的油气具有不同的同位素特征。
通过测定油气中的同位素组成，可以确定油气的来源和成因。
例如，通过测定油气中的氮同位素比值，可以判别油气的有机质来源，如海洋生物还是陆地植物。
同时，同位素地球化学还可以用于判别油气的类型和成分。
例如，通过测定油气中的氧同位素比值，可以判别油气中是否存在生物碳酸盐的组分，从而判断油气的类型和成分。
第三，同位素地球化学可以用于研究油气的运移和储集过程。
油气在地下储层中的运移和储集过程受到地质构造、岩石孔隙结构和流体作用等因素的影响。
通过测定油气中的同位素组成，可以揭示油气的运移和储集过程。
例如，通过测定油气中的氦同位素比值，可以确定油气的来源和运移路径，为油气勘探和开发提供重要依据。
同时，同位素地球化学还可以揭示油气在地下储层中的运移和储集机制。
例如，通过测定油气中的硫同位素比值，可以判断油气中硫化氢的来源和生成机制，从而揭示油气在地下储层中的运移和储集过程。
同位素地球化学还可以用于研究油气的污染和环境影响。
随着油气勘探和开发的不断深入，油气的污染和环境影响问题日益突出。
通过测定油气中的同位素组成，可以揭示油气的污染来源和迁移路径，为油气污染防治提供科学依据。
例如，通过测定地下水和土壤中的同位素组成，可以判断是否存在油气污染，从而指导油气污染防治工作。
同位素地球化学和分馏效应(氢氧同位素)
2 稳定同位素的标准值、实测值和成矿过程的
同位素效应
（1）氢-氧同位素 1)标准值(SMOW) The the Hydrogen isotope on Natural abundance: 2D: 1H=0.0156:99.9844; δDi(Pre mil)=[( D/H)i- (D/H )Standard]/ (D/H)Standard]×1000 Standard: Standard Mean ocean Water(SMOW) (D/H)SMOW=1.050(D/H)NBS-1 NBS-1:National Bureau of Sandards(USA)
一、稳定同位素
1. 轻元素的稳定同位素表示方法和分馏
（1）表示方法 目前，以发现稳定同位素数目大约300多种，而
目前应用在 矿床研究领域的稳定同位素主要有S、 H-O、C-O、N、Si、Li、B等。通常用轻稳定同位素 的组成来表示（δ），这是因为： ①原子量小，同位素组成变化大； ②同一元素的轻同位素与重同位素的质量差大，如⊿21H/1H=100%、⊿13-12C/12C=8.3%、⊿18-16O/16O=12.5%、 ⊿34-32S/32S=6.3%； ③它们形成的化学键以强共价键为特征； ④碳、硫、氮具有可变的电价； ⑤同一元素的轻同位素比重同位素具有更高的丰度。
Gregory et al.（1986）和Criss et al.（1987）基于δ-δ图 解原理，给出了开放体系中同位素交换反映的表达式。它们的结 果可以直接转化为δ-△表达式。下面简要讨论的多相封闭体系中 的同位素交换特征，根据质量守衡定律，有：
δx=x1δ1+x2δ2+x3δ3+x4δ4+xiδi
离图中的直线，说明体系为非平衡分馏（图1-1）。
现代同位素地球化学第三讲现代同位素地球化学第三讲
现代同位素地球化学第三讲氢氧同位素地球化学3.1 概况3.2 δD 和δ18O 在自然界的分布3.3 δD 和δ18O在地学研究中的应用3.1 概况•H=99.985%; D=0.015%; T=1x10-15%;•H和D之间有最大的质量差（100%）和最大的同位素分馏(700‰)；•水/岩反应中，δD一般不发生变化；•16O=99.72%; 17O=0.038%; 18O=0.2%;•分析精度要求：δD：±1‰；δ18O：±0.1‰l自然界中氢、氧同位素的分馏主要是平衡交换过程引起的。
动力过程，如植物的光合作用，呼吸作用等也能引起较小的同位素分馏。
l蒸发过程也会造成氢、氧同位素的分馏。
蒸发时，较轻的同位素组分（1H和16O）总是优先富集在汽相中，富集的顺序取决于温度。
3.2 δD 和δ18O 在自然界的分布3.2.1 天外物质l陨石中δ18O 相差不大: 无球粒陨石和铁陨3.7~4.4‰, 普通球粒陨石、顽火球粒陨石和顽火无球粒陨石5.3~6.3‰;l月岩全岩δ18O 为5.67~6.3‰, 均较低, 原因: 温度高; 无沉积岩;l月岩δD很低: -68 ~ -917‰l月岩中单矿物: 3.9~7.15‰; 石英>斜长石>辉石>橄榄石>钛铁矿, 18O已达平衡;l月岩共生矿物间δ18O相差很小, 表明: 温度很高; 缺少流体;l月壤δ18O相对较高: 5.72~7.34‰3.2.2 天然水l1.海水:seawaterl2. 大气降水: meteoric watersl3.岩浆水(magmatic water):water-dominated hydrothermal fluids that separate from magmas l4. 同生水(建造水)(connate water, formation water, basinal fluid): connate waters trapped in pore spaces in sedimentsl5. 变质水(metamorphic water): fluidsassociated with metamorphic processes•同生水或沉积热卤水：指与沉积岩同时沉积且封闭于地层孔隙或层间的水。
11第18讲 同位素分馏应用-3
n dC * ( RI i I i k i i C i * ) dt i 1 输入土壤的植物残体不是均质的，其中的蛋白 质、脂类、纤维素等的碳同位素组成是不同的。 在透气良好的土壤中因分解速率不同而导致残留 物的碳同位素组成变化的情况并不多见，但在淹 水的沼泽里木质素等更多地保留在土壤里，导致 土壤有机质的同位素组成与输入的木质素比例密 切相关。
33 34
Peterson & Fry, 1987
营养级计算
营养级位置 ( 15 N消费者 15 Nbaseline) / 系数 2
这里以初级消费者 为计算起点，其营 养级为2级
35 36
不同湖泊的食物链长度相差较大
崔骁勇
6
绪论
2011-10-26
7 动物迁徙研究
7.1 动物水源的研究
AT ATt
(1) (2) (3)
AL1 / AL0 ln AT / AT ( AT0 AT1 ) 1 0 t ln( AT1 / AT0 )
e: NH4+ 的15N原子百分超；AL: 15NH4+； AT：NH4+ 0，1：起始和培养终了
19
(i n)d((ATt AT0 )/(m i n)) ATt AT0
该方法的前提和假设
(1) 培养期间矿化和固定的速率保持不变，0级反应 短时间内成立 (2) 固定后的15N不再矿化 温带土壤培养1周内成立 (3) 微生物对14N和15N没有歧视 难以完全成立
m gross
( AT0 AT1 ) ln( e1 / e0 ) ln( AT1 / AT0 ) t
Boström et al., Oecologia 2007 Isotope fractionation and 13C enrichment in soil profiles during the decomposition of soil organic matter
氢氧同位素交换动力学及其地质意义
火山地质与矿产第22卷第4号2001年VOLCANOLOGY&MINERAL RESOURCES Vol.22No.4文章编号:1003-9414(2001)04-0244-08氢氧同位素交换动力学及其地质意义¹钱雅倩,郭吉保,邱永泉(南京地质矿产研究所,江苏南京210016)(国土资源部同位素地质开放实验室,北京100037)(南京大学内生矿床成矿作用国家重点开放实验室,江苏南京210008)摘要:氢氧同位素交换动力学是同位素地球化学学科的前沿。
它使同位素地球化学的研究由静态向动态、定性向定量、封闭体系向开放体系发展;为各种天然地质过程的研究定量提供有关的时间、温度、作用机制、演化途径及地质体的冷却史等重要信息。
本文概述了氢氧同位素交换动力学参数、同位素交换动力学模式、在地学研究中的应用及实验测试新技术等。
关键词:氢氧同位素;动力学参数;动力学模式;地质意义中图分类号:P59文献标识码:A1概况当前国内外对稳定同位素地球化学的研究已取得了大量有意义的成果,对地球科学的发展起了积极的推动作用。
但以往的研究主要基于同位素平衡分馏理论,研究的前提条件大多假设地质体中共生矿物组合间已达到同位素平衡,矿物的形成温度即为同位素交换的封闭温度。
但随着研究工作的深入,发现自然界有相当多的地质体中同位素交换并非都达到了平衡,非平衡现象时有发生,甚至还有倒转现象出现。
不少矿物的同位素交换封闭温度远低于其形成温度,同位素交换不平衡是十分常见的。
对于此类地质体必须借助于同位素交换动力学理论才能作出合理解释。
许多天然地质体的形成都经历了复杂多变的演化发展过程(包括成岩成矿过程等),大多伴有性质、来源和同位素组成不同的流体(水)参与,并且发生流体(水)和岩石(矿物)间的氢氧同位素交换,引起同位素动力分馏,此乃地质过程中保存下来的十分有用的原始地质记录。
无疑开展氢氧同位素交换动力学的研究,可为深入了解各种天然地质过程,定量提供有关的时间参数、瞬时温度、作用机制、演化途径等重要信息,也可为动态研究地质过程中不同阶段(期、次)、不同性质流体的来源及其参与时间、温度、流体的流速、流量和环流途径,地质体的冷却史和同位素动力分馏与成矿作用的关系等¹收稿日期:2001-06-23基金项目:国家自然科学基金项目(40073003)、国土资源部科技司自由探索项目(2000437)资助。
3-同位素地球化学和分馏效应(氢氧同位素)解析
①
一种元素的重同位素总是优先富集在化学键追强的 分子中。因此。两种物质之间的化学键强度相差愈大， 它们之间的分馏系数ɑ也愈大。 ② 分馏系数与元素的原子量数成反比，即同位素的分 馏程度与随元素原子数的增大而减小。 ③ 分馏系数与分子能量有关，而分子的振动能量又与 温度有关。温度愈高，因交化反映引起的同位素分馏 与不明显，分馏系数与温度成反比。 物理和化学过程中，同位素的分馏过程的热力学效应表 现含轻同位素的分子比含重同位素的分子更活跃，更 易参与作用。 各实验是采用的标样不同，统一换算标准公式为： δ样-标=δ样-工 +δ工-标+δ样-工×δ工-标×10-3 δ样-标：以国际标准表示的样品的δ值；δ样-工：是以 工作标准表示的样品的δ值；δ工-标：以国际标准表示 的工作标准的δ值
一、稳定同位素
1. 轻元素的稳定同位素表示方法和分馏 （1）表示方法 目前，以发现稳定同位素数目大约 300 多种，而 目前应用在 矿床研究领域的稳定同位素主要有 S 、 H-O 、 C-O 、 N 、 Si 、 Li 、 B 等。通常用轻稳定同位素 的组成来表示（δ），这是因为： ①原子量小，同位素组成变化大； ②同一元素的轻同位素与重同位素的质量差大，如⊿21H/1H=100%、⊿13-12C/12C=8.3%、⊿18-16O/16O=12.5%、 ⊿34-32S/32S=6.3%； ③它们形成的化学键以强共价键为特征； ④碳、硫、氮具有可变的电价； ⑤同一元素的轻同位素比重同位素具有更高的丰度。
轻稳定同位素的比值（ R ）可定义为样品 中某种元素的两种稳定同位素比值（R样）相对 标准样品中相应比值（R标）的千分差：
δ=[（R样- R标）]/ R标×1000
（2） 轻同位素分馏
同位素分馏是指在一系统中，某元素的同位素 以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象；同 位素分馏系数ɑ值，表达形式为： ɑA，B=RA/RB， R表示两种物质的同位素比值，当ɑA， B>1表示物质A 比物质 B 富集重同位素，相反表示物质 A 比物质 B 富 集氢同位素。 ɑA-B=（1+δA/1000）/(1+δB/1000)= （1000+δA） /(1000+δB) 由此可见，只要测定一个体系内两种物质的 δ 值，便可以根据上是求得两种物质间的同位素分馏 系 数 ɑ 。 ɑA ， B≥1 时 ， δA≥δB ； 当 ɑA ， B≤1 ， δA≤δB。根据热力学量子理论，同位素分馏系数ɑ 值的同下列因素有关：
同位素分馏特征
同位素分馏特征同位素分馏是指在自然界或实验中，同一元素不同同位素在物理或化学过程中发生分离的现象。
这种分馏现象是由于同一元素的不同同位素具有不同的质量，从而在物理或化学反应中表现出不同的性质和行为。
同位素分馏在地质学、化学、生物学等领域都有重要的应用，对于研究地球演化、环境变化以及生物过程等具有重要意义。
同位素分馏可以发生在自然界中的各种物理和化学过程中。
其中最常见的是地球上的重力分馏和化学反应分馏。
重力分馏是指在地球上的重力场中，不同同位素由于质量差异而发生分离。
例如，地球大气层中气体的分馏就是由于不同同位素的质量差异而引起的。
在地球大气层中，较轻的同位素会相对富集在高处，而较重的同位素则相对富集在低处。
这种分馏现象对于研究大气层的物质循环、气候变化等具有重要意义。
化学反应分馏是指在化学反应中，不同同位素由于化学反应速率的差异而发生分离。
化学反应速率的差异与同位素的电子结构和化学键强度等因素有关。
在化学反应中，速率较快的同位素会相对富集在反应产物中，而速率较慢的同位素则相对富集在反应物中。
这种分馏现象对于研究化学反应动力学、同位素地球化学等具有重要意义。
同位素分馏在地质学上有着广泛的应用。
通过分析地球中不同同位素的比例，可以了解地球的演化历史、地壳运动、岩石形成等过程。
例如，通过分析岩石中铅同位素的比例，可以确定岩石的年龄和形成过程；通过分析大气中氧同位素的比例，可以了解过去气候变化的情况。
同位素分馏还可以用于研究地下水资源的形成和演化过程，以及地下水与地表水的相互作用。
在化学和生物学领域，同位素分馏也有着重要的应用。
通过研究同位素的分馏过程，可以了解化学反应的机理和动力学。
例如，通过研究碳同位素的分馏过程，可以了解生物体内碳的代谢和循环过程。
同位素分馏还可以用于研究生物体的食物链和生态系统的结构与功能。
通过研究不同生物体中同位素的比例，可以了解食物链中能量和物质的传递过程，以及生态系统中的能量流动和物质循环。
氢氧同位素1
13
C：CO22- →CO2 →C →CH4 →CO
34
S： 辉钼矿→黄铁矿→闪锌矿→磁黄铁 矿→黄铜矿→斑铜矿→硫镉矿→铜蓝→方 铅矿→辰砂→辉铜矿→辉锑矿→辉铋矿→ 辉银矿 在一个矿床中不同的矿物的同位素交换是 否达到平衡，上述分配序列是一个判别标 准。使用同位素温度计时，共存的矿物的 同位素组成必须符合上述序列。
第三讲
稳定同位素在矿床学中的 应用
思考题
1、同位素的分馏有哪些形式？ 2、各种同位素平衡条件下，相对重同位素递 减序列。 3、主要的同位素分析标准有哪些？ 4、什么是氧同位素的内部温度计和外部温度 计？应用时应该注意哪些问题？ 5、各种成因水的同位素组成的范围 6、说出集中氧同位素在矿床研究中的应用。
Pb:
CIT标准：18.625，15.475，36.300 GS4标准：16.158，15.406，35.841 NBS： 16.937，15.491，36.721
三、样品的表示方法：
δ18O=[（18O/16O）样品-（18O/16O）smow]/ （18O/16O） smow ×1000 ‰
第一节 概述
一、同位素分馏
不同的同位素组成的分子之间的相对质量差， 会对分子中原子的振荡、化合物的一系列的 物理常数和热力学函数产生一定成的影响， 因此在物质运动过程中会表现出同位素的分 馏现象。 同位素分馏是指在一个系统中，某元素的同 位素以不同的比值分配到两种物质货物相中 的现象。
3、 还原作用
海水硫酸盐与岩石中 Fe3+ 反应（无机作 用）： SO42- + 8Fe2+ + 10H+==H2S + 8Fe3+ + 4H2O
不同检测方法对氢氧同位素分馏的影响
２０１２年４月Ａｐｒｉｌ２０１２岩 矿 测 试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３１，Ｎｏ．２２２５～２２８收稿日期：２０１１－０８－２８；接受日期：２０１１－１２－０７基金项目：中国地质调查局地质矿产调查评价项目（水［２０１０］矿评０３ ０７ ０２）；中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务费项目（２０１００１２）作者简介：杨会，硕士研究生，研究方向为同位素地球化学。
Ｅ ｍａｉｌ：ｈｙ５３０２２＠１６３．ｃｏｍ。
文章编号：０２５４５３５７（２０１２）０２０２２５０４不同检测方法对氢氧同位素分馏的影响杨 会，王 华，应启和，林 宇，涂林玲（中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林 ５４１００４）摘要：氢氧同位素的检测方法由最初的离线双路进样同位素比质谱法（Ｄｕａｌ－ｉｎｌｅｔＩＲＭＳ），发展到自动化程度较高的连续流水平衡法（Ｇａｓｂｅｎｃｈ－ＩＲＭＳ）检测方法以及现阶段正在研究使用的热转换元素分析同位素比质谱法（ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ）。
为了探讨不同检测方法对氢氧同位素分馏的影响以及各方法的优缺点，文章应用Ｄｕａｌ－ｉｎｌｅｔＩＲＭＳ、ＧａｓｂｅｎｃｈⅡ－ＩＲＭＳ、ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ三种检测方法对四种不同水样的氢氧同位素进行检测，并用国际标准和国家标准对检测结果进行校正。
结果表明，Ｄｕａｌ－ｉｎｌｅｔＩＲＭＳ法检测氢同位素的精密度高，重现性好；Ｇａｓｂｅｎｃｈ－ＩＲＭＳ法检测氢同位素的结果重现性较差；Ｄｕａｌ－ｉｎｌｅｔＩＲＭＳ和Ｇａｓｂｅｎｃｈ－ＩＲＭＳ法检测氧同位素要比ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ法的精密度高，重现性好。
用ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ法检测氢氧同位素，分别用国际标准和国家标准校正，δＤ值的最大绝对偏差为１．１３‰，δ１８Ｏ值的最大绝对偏差为０．２７‰。
测定不同水样的氢氧同位素时，连续流ＧａｓｂｅｎｃｈⅡ－ＩＲＭＳ测定氧同位素较有优势，而ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ测定氢同位素比较有优势。
植物氢氧同位素测定
植物氢氧同位素测定
植物氢氧同位素测定是一种分析植物体内水分子中氢和氧同位素的方法。
这一过程首先需从植物组织中选取代表性样品，随后进行适当的样品处理，如干燥、研磨等步骤，以便进行后续的同位素分析。
通过特定的仪器和实验条件，可以测定出植物组织中氢和氧的同位素比率。
这些数据不仅揭示了植物利用水分的过程，还反映了环境条件如气候、土壤类型等信息。
该方法在生态学、环境科学和地球科学等领域具有广泛的应用价值，为深入理解植物与环境之间的关系提供了有力手段。
氢氧化物族矿物的氧同位素分馏
解石一氢氧 化物和氢氧 化物一水 体系，本文计算提供 了在 Ｏ— Ｉ２００℃温度 范围 内三组 内部一致
的分 馏系 数方程。这些理论 校准与合成实验结果 和 ，或地表温度下 的天然 样品相吻合 ，特别
针铁矿 勃姆 石和硬水铝石与水之间 的氧 同位紊分馏关系能够满足地质铡温 的要求 因此 ，对
以石 英 的 ｓｉ—ｏ键作 为参 考键 ，计 算 出氢氧 化物 矿 物 的 卜”Ｏ指 标 ，结果 以及所 采 用的 参 数见 表 １。其 中原子 间距 取 自文 献 ［２Ｏ，２１】 根 据氢 氧化物 中 阳离子一氧 键和 阳离子一羟 基 键的 性质 ，假定 对 Ｍ－ＯＨ键 ｋ： 一１和 Ｍ＿ 键 ｋ：０（ｋ是 耦合 系数 ，参见 ２２１ｅｎｇｌＩ ）计算 归 一化 Ｏ增 量 。进 一步假 定 ：（１）在取 每分子 式 单位 的氧 原子数 时 ，一个 （ｏＨ）一等 价 于一 半 的 ０２ ；（２）加 和 化合 物 ＭＯ（ＯＨ）的 Ｍ —Ｏ和 Ｍ￣Ｏｔｔ键 的归 一化 ０ 增量 （，．． ）时 ，取相 等 的权 重 ，从 这 个 意义 上来说 ，ＯＨ被 当作 与 简单 Ｏ一样 处 理 ，因此假 定 Ｈ 离子 仅起 中和 电 荷 作 用 ，这 些 假 定 得 来 于 对 金 属 氧 化物 “ 和 含 水 硅 酸 盐 “ 处 理 规 则 的 结 合 但 是 ， Ｍ＿ＯＨ键 与 Ｍ—ｏ键 之 间在 键 强 度和 有 关性 质 上存 在 显著 差别 ，这 导致氢 氧化 物与 氧化 物 之 间在 氧同 位索 分馏 行 为上 出现 显著 差别 。
１４４
地 球 化 学
维普资讯
１９９８正
图 １ 理论 计算 的石 英一水体系ห้องสมุดไป่ตู้ 同位 素分馏系数 与已知的热液实验 校准相 比较
氢氧同位素1
5、变质水
不同类型水的混合
三、各种岩石的氧同位素分布
四、氧稳定同位素在矿床学研 究中的应用
（一）在内生矿床中的应用
1、氧同位素地质温度计
基本原理：当同位素交换反应达到平衡时，共 生矿物对或矿物-水之间的同位素分馏与温度有 关。温度愈高，分馏愈小，温度愈低，分馏愈 大。 l000lnαx-y=A×106/T2+B 式中，A和B是常数，x和y一一代表两共生矿物。 当两共生矿物的δ差值小于10‰时，上式可近 似表示 l000lnαx-y≈δx一δy= A×106/T2+B
连续取不同的温度值即可获得图 5-23所示的共 生矿物对氧同位素分馏与温度的关系曲线。 矿物对温度计 在形成过程中，达到并保持同位素平衡，那么 计算获得的同位素平衡温度与用其他方法测定 的温度值是一致的。应当指出，根据共生矿物 对氧同位素组成计算得出的温度代表同位素平 衡温度，这个温度值所反映的是矿物间同位素 平衡终止时的温度。
Pb:
CIT标准：18.625，15.475，36.300 GS4标准：16.158，15.406，35.841 NBS： 16.937，15.491，36.721
三、样品的表示方法：
δ18O=[（18O/16O）样品-（18O/16O）smow]/ （18O/16O） smow ×1000 ‰
第二节 氢氧同位素
二、各种水的同位素组成
1、海水
海水的氢氧同位素δ值非常均匀，在0附近， 中新生代的海水δ18O<1 ‰ ，δD<10 ‰ ， 但是红海海水由于强烈的蒸发作用 δ18O 高达 +2 ‰ ，δD高达+11 ‰ 。
第一部分 同位素地球化学原理
δ值(δvalue) ：指某一元素样品中的两种稳定同位素的比值相对于某 种标准样品对应比值的千分差值，即 δ=
R样品 R标准 R标准
×1000 (‰)
式中的R 代表样品、标准样品的同位素比值。 同位素组成（is、同位素比值或δ值）的一种的称谓。
16 18 16 2
V
/V
46 / 44 1.022
②氧化还原反应中的动力同位素分馏 氧化还原反应过程是一个不可逆的化学过程。在这一过程中， 由于不同质量数的同位素原子或分子，参与反应的速度不同而引起 同位素分馏。反应速度的差别越大，所引起的动力分馏越明显。 一般而言，氧化反应过程中，反应速度总体较快，反应物与反 应产物之间的同位素分馏不太明显。但是，还原反应速度较慢，可 以产生明显的同位素分馏。
2.2 动力学同位素分馏
一种元素的同位素原子或分子，由于质量数不同而导致它们的物理 化学性质上的微小差异，在化学反应或蒸发作用过程中，出现反应速 度或运动速度的快慢不一，其所引起的同位素分馏，称为动力学同位 素分馏(isotope dynamic fractionation)。动力学同位素分馏伴随有化学 反应和物相转变的发生，并且是单相不可逆的过程。
（3）Slap(Standard light Antarctic Precipitation)南极原始的粒雪样品。 δD SMOW = -55.50‰,δ18O SMOW = -428.5±1‰； D/H=(89.02±0.05)×10-6, 18O/16O=1882.766×10-6。 （4） PDB(Pee Dee Belemnite)美国卡罗莱纳州白垩系Pee Dee组中拟箭 石制成的CO2，作为碳氧同位素标准。 PDB的 δ13CPDB=0‰,δ18OPDB=0‰；13C/12C=1123.72 ×10-6, 18O/16O=415.80 ×10-5。 （5） CDT(Canyon Diablo Troilite)美国亚利桑那州Comyon Diablo铁陨 石中陨硫铁相的硫同位素组成，34S/32S=0.0450045，δ34SCDT=0‰。 在不同类型的样品测定中，由于采用不同的标准样品得到不同的 δ值，如：水的δ18O值是相对于标准样品SMOW，而碳酸盐的δ18O值 是相对于PDB标准，在应用中要换算为相同标准。
《氢氧同位素》PPT课件
1
思考题
1、同位素的分馏有哪些形式？ 2、各种同位素平衡条件下，相对重同位素递
减序列。 3、主要的同位素分析标准有哪些？ 4、什么是氧同位素的内部温度计和外部温度
计？应用时应该注意哪些问题？ 5、各种成因水的同位素组成的范围 6、说出集中氧同位素在矿床研究中的应用。
精选PPT
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第一节 概述
δD=[（D/H）样品-（D/H）smow]/ （D/H）smow ×1000 ‰
δ13C＝［（ 13C／ 13C）样品-（ 13C／ 13C）标准］／ （ 13C／ 13C）标准×1000‰
δ34S ＝ ［ （ 34S ／ 32S ） 样 品 - （ 34S ／ 32S ） 标 准 ］ ／ （ （ 34S／32S）标准×1000‰
δ18Owater=-44—+10 ‰ δDwater=-340—+15 ‰ 雨水（包括地下水）有以下关系：
δD=8δ18O+10 ‰
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3、同生水 4、岩浆水
岩浆水可以用矿物-水得分馏系数计算得到。 大多数新鲜的火山岩合深成岩 δD=-50—-90 ‰ δ18O=+5.5—+10 ‰
氧稳定同位素在硅质研究中的应用，主要有以 下两个方面。 (1)判别硅质岩的形成环境 在一定温度下，硅质岩的氧同位素组成是水 介 在质 一氧 定同 温度位下素A组为成常的数函)，数(δ18Osio2=δ18OH2O+A，
而水介质的氧同位素组成又是盐度的函数(δ18O 水=BS+C，S代表盐度，B、C是常数)。
与正常的岩浆岩平衡的水
δD=-40—-80 ‰ δ18O=+5.5—+9.5 ‰
5、变质水
古高程计：氢氧同位素的新应用
第22卷 第9期2007年9月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.22 N o.9S e p.，2007文章编号：1001-8166（2007）09-0960-09古高程计：氢氧同位素的新应用杨红梅，王成善（中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083）摘 要：定量恢复高大地形的古高程是地质学家一直以来追求的目标，将自生矿物中氢氧同位素用作古高程计的历史不长，这种方法还有很大的应用潜力，可用到比新生代更古老的时期。
根据与气团上升和水汽凝结的热动力学性质相关的瑞利平衡分馏原理，建立了这种古高程计的热动力模型，这个模型应用简便，适用于纬度小于35°的地区。
区域性经验关系的方法误差较小，但也有计算繁琐、适用区域有限的不足。
以上两种方法的计算精度均有待于提高。
研究中使用方解石作为样品最普遍，在方解石、高岭石、蒙脱石和针铁石等矿物中，究竟使用哪种推算古高程产生的误差更小，还需进一步研究。
关 键 词：古高程计；氢同位素；氧同位素中图分类号：P597 文献标识码：A 近年来，高大地形对全球气候长期变化及海洋化学元素组成的影响，日益受到地球科学工作者的重视［1～11］。
地史时期上，地表起伏的状态能为地壳、岩石圈和上地幔动力学的研究提供第一手资料［12～17］，因此如何重建地形单元的海拔演化历史成为科学工作者关注的焦点；用定量的方法精确刻画高大地形的古海拔的演变，更是地质学家梦寐以求的目标。
最近几年国外对古高程计的研究进展迅速，特别是2006年有几项研究成果先后在N a t u r e、S c i e n c e等著名刊物上发表［18，19］。
而目前我国在此领域还基本是一片空白。
本文将介绍国际上用自生矿物的氢氧同位素作为古高程计的研究动态和进展，及其原理和计算方法，以期推动我国在此方面的研究进展。
1 研究历史回顾从20世纪90年代开始，国际上一批科学家先后尝试用不同的地质记录作为古高程计，进行定量分析。
03 第三章(氢氧同位素)
第三章 氢氧稳定同位素
Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes
轻元素稳定同位素的基本特点
1.原子量低，一般小于36。 2.同位素相对质量差大。 3.形成共价键，键性与同位素分馏有很大关系。 4.化学价可变，在化合价变化过程中会发生大的同 位素分馏 5.小丰度同位素的相对丰度为千分之几到百分之几， 便于精确测定。
位素分馏特别明显。地球上氢同位素分馏范围达700‰， 这一特点对于氢同位素的地球化学行为的研究非常有利。
Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes
Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes
• 大陆效应
降水的同位素组成随远离海岸线而逐步降低
• 降雨量效应
大气降水的平均同位素组成是空气湿度的函数。因此，雨水的平均 同位素组成与当地降雨量存在着某种关系。产生降雨量效应的主要 原因可能与雨滴降落过程中的蒸发效应及与环境水蒸气的交换有关。
Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes
Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes
河北平原地下水δD－δ18O关系及d值分布图
Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes
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氢氧同位素分馏机理及其在地学中的应用
氢氧同位素，即水分子中的一部分原子核，因为其由氢原子和氧原子组成，通
常被称为氢氧。
氢氧同位素具有由氢原子和氧原子组成的两种稳定同位素，分别为氘（D）和氚（T）。
T和D的物理性质和化学性质几乎完全一致，但是它们具有偏
振性，氢氧同位素基本上具有可从水中分离的特性。
氢氧同位素分馏是通过将氢氧同位素与沉淀或离子固形物中的氢氧同位素不同
之处，使其于趋势和反应强度的不同，实现氢氧同位素的分馏。
氢氧同位素分馏受气体净化设备（如填料，柱式储存系统或反渗透模块）影响，该设备可以释放油气，并将氢氧同位素从气体中分离出来。
这种分离技术可以使氢氧同位素从接近自然的状态中进行选择性的提取。
在地学研究中，水的氢氧同位素分馏是研究流域源，特别是流域和质量循环过
程中重要作用的重要研究手段。
氢氧同位素被广泛用于地学研究，从流域水循环研究中推断水源，估算污染物迁移的距离以及研究特定区域的潮汐循环等。
氢氧同位素的分馏还可以为古气候研究提供参考，所以它还被广泛用于古气候研究。
因此，氢氧同位素的分馏在地学研究中发挥着重要的作用，有助于我们更好地
了解地壳结构、古气候变化以及物质迁移路径。
未来，氢氧同位素分馏将继续被广泛应用于地学研究领域，为地学研究和教育提供重要技术支持。