第四节稳定同位素
稳定同位素地球化学
内
容
稳定同位素基础 稳定同位素分馏 同位素地质测温 稳定同位素各论(H、O、C、 S、N)
二. 稳定同位素基础
1.基本概念： 1.1 同位素 1.2 同位素分类 放射性同位素 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。
大气降水线
地热水
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.
氧 同 位 素 和 矿 床
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。
影响植物碳同位素分馏的内在因素
C3循环(Calvin循环)
酶
羧化过程动力学分馏，陆地植物(-29.4 ‰)，细菌(-20 ‰)
稳定同位素地球化学发展
• 自H. Urey发表“The Thermodynamic Properties of Isotopic Substances”以来的 五十年间是稳定同位素地球化学的重要 发展阶段 • 稳定同位素地球化学和放射成因同位素 地球化学成为地球化学甚至地球科学的 重要组成部分 • 稳定同位素地球化学的基本理论及其在 地球科学中的应用
• • • (a) 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； (b) 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CO2富集13C， 这些重CO2在呼吸作用中排出； (c) 植物磷酸甘油酸合成各种有机组分时进一步 分馏。
稳定同位素在地质上的应用PPT课件
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例如：以石英、方解石共生矿物对为例：
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1000 lnα石英-水=3.38×106T-2 -3.40 1000 lnα方解石-水=2.78×106T-2-3.40 则石英—方解石氧同位素温度计为：
1000 lnα石-方=(3.38-2.78)·(106T-2)+[ -3.40 -（-3.40）] 1000 lnα石-方=Δ石-方=0.60（106T-2） 外部测温法，可用来计算水介质的氢、氧同位素组成。其条件是，
3、制备成质谱分析气体样品，化合物的另一组要有恒定的同位素组成， C要恒定。
CO2中测氧，
4、要求定量地制备出一种纯气体。
5、原始样品要有足够的纯度。
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§3.2 同位素标准
为了使同位素资料便于对比，同时消除样品分析过程中有可能的系统误差，必须将样品的同位素组 成与某一相应标准物质的同位素组成进行比较，水 石英~水 碱长石~水 方解石~水 白云母~水
a
b
3.38×106
2.15 ×106
2.78 ×106
2.38 ×106
温度区间(oC) -3.40 200~500 -3.82 350~500 -3.40 0~800 -3.89 350~650
形成时，两共生矿物与一个公共流体相达成平衡，则两 个矿物的 δ18O 值之间存在一个平衡差，由此值可根据内 部计温法计算成岩温度。
103lnαA-B =（A1— A2）（106T-2）+ （B1—B2）
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矿床的同位素组成
• 水是成矿溶液的主要成份，查明水的成因，是任何成矿理论首先必须解 决的问题，利用H、O同位素比值能够明确断定成矿溶液中水的来源和 蚀变溶液的成因，测定矿石矿物和脉石矿物的S、C的来源， 共生矿物 可以测温。
04第四章(氢氧同位素)
1.氢氧同位素概述 2.天然水的氢氧同位素组成及分布特征 3.氢氧稳定同位素的应用
1概 述
1.1 氢、氧同位素的主要地球化学性质
氢和氧是自然界中的两种主要元素，它们 以单质和化合物的形式遍布全球。
冰雪的堆积与融化对海水同位素组成的影响
北极冰的δD值为-160 ‰，δ18O值为-22 ‰ ； 南极雪的δD 值为-440 ‰ ，δ18O为-55 ‰。
当极地有大量冰雪堆积时， 海洋水的同位素组成变重； 若全球冰雪融化，海洋水 的同位素组成变贫。 据计算海水的δ18O将降到 -1‰，δD降到-10‰。
降水线的斜率也是反映分馏程度的一个参数
1965年Craig和Gordon指出，云团的冷凝过程基本上属于平衡过程，没 有明显的动力分馏，分馏系数介于封闭的平衡蒸发和瑞利蒸发之间，因 此，全球降水线的斜率S＝8。
大量的研究证明，海水蒸发形成云团蒸气的过程实际上是一个动力过程， 蒸发速度受水－空气界面的扩散速度控制，而大气中的湿度、风速等因 素都会影响扩散速度。由于氢氧同位素分子有不同的扩散速度，所以得 到的斜率不等于8，而往往在5-6之间。由于受蒸发作用的影响而斜率小 于8。
2.4 地下水
1) 渗入水
不论古代还是现代，由大气降水补给的渗入水的同位素组成与其补给 源的大气降水的同位素组成相近，这是一种普遍的现象。在δD－ δ18O关系图上，数据点都落在世界降水线或地方降水线附近。
利用大气降水的高度效应，可以推测计算地下水补给区的高度和 位置。
穿过起伏较大的大陆边缘加拿大西部山脉降水的δ18O变化
-7.0
-8.0
石油1-4油气中的稳定同位素讲解
（3）热力和化学反应的动力效应
12C—12C键裂解的能量较小，有机质大分子转 变成烃类小分子的过程中， 12C—12C键优先断裂， 生成的烃类比它的母质具有较轻的同位素组成。
在低温条件形成的烃类，富集12C，而后期高温 条件形成的烃类，则相对富集13C
（4） 理化学效应
主要是蒸发作用和扩散作用。
时代 0
R
原油δ13C (PDB):
100 K
一 般 为 -22‰ ～ -33‰ ， 平 均 -25‰ ～ -
26‰
海年相代原越油：老-的27原‰～油-，221‰2C
J
200 T
年 龄 （Ma）
陆越相富原集油：，-1239C‰越～少-33‰(相对值小)
P
300 C
天然气：δ13C，从-20‰～-100‰ 低温浅层＜-50‰～-100‰
（3）热力和化学反应的动力效应
同位素的质量不同， 13C和12C取代分子或键 的化学活动性也不同。
C-C键的稳定性：13C— 13C ＞ 13C—12C ＞ 12C—12C
即12C-12C活动性最大，13C- 13C的化学活动性最 差。在相同条件下， 12C-12C参与反应的几率和速 度较13C- 13C大。
δD=［（D/H1）样品－（D/H1）标准］/（D/H1）标准］×1000‰ （D/H1）标准值取标准海水中的（D/H1）值，缩写为SMOW。
• 氢同位素分布特点：
A、原油中δD一般为－80~－160‰。 天然气δD一般为－105~－270‰；与δ13C存在一定的正相
关性，即δ13C高，δD也高。
34 S
(S 34
/ S 32 ) 样品 (S 34 / S 32 ) 标准 (S 34 / S 32 ) 标准
同位素课总结
(1) 各同位素体系简介，包括表达形式及其在地球各储库的分布(2) 各同位素在地质过程中的主要分馏机制(3) 稳定同位素在地质过程中的应用，例举主要应用及其原理。
一、稳定同位素理论及简介1、 同位素(isotope)是同一化学元素的核素，它们具有相同的核外电子排布结构。
由于核外电子数由原子核中质子数决定，因而总的化学性质相同，只是质量不同。
2、 稳定同位素：不具有放射性的同位素称为稳定同位素(Stable isotopes)。
3、 一般传统稳定同位素限于质量数小于40的非金属元素，如CHONS 。
4、 同位素比值R=X*/X ，X*和X 分别表示重同位素和轻同位素含量.5、6、 两种物质间同位素分馏的程度用分馏系数a 表示：7、 ∆ = 103 ln α ; ∆ = (α - 1) × 1038、 振动能是产生同位素分馏的主因——这是理论计算同位素分馏的基础。
9、 自然界存在三种类型的同位素分馏，平衡分馏，动力学分馏和非质量相关分馏。
二、H 、O 同位素1、氧有3种稳定同位素 16O 17O 18O 氢有2种稳定同位素 1H D(2H)2、地球上的岩石有相似的氢同位素组成，平均：-60‰；大气水具有非常轻的氢同位素组成；地幔dD ：-90~-60‰；绝大多数火成岩的d18O 变化范围为5~15‰，dD 范围为-40~-100‰。
橄榄岩：d18O ＝5.5‰ MORB ： d18O ＝5.7‰；M 型花岗岩：δ18O = 6－7.5‰，同正常玄武岩浆分异有关；I 型花岗岩：δ18O = 7.5－10‰，源岩是贫18O 的地壳岩浆岩；S 型花岗岩：δ18O = 10-13‰，是富18O 沉积岩部分熔融产物。
化学沉积岩δ18O 较高，20-403、分馏机制：由于晶体化学差异，矿物不同18O 富集程度也不同。
石英>方解石》角闪石》黑云母》橄榄石。
4、O 同位素应用：古温度计、古气候、示踪陆壳物质再循环、水岩相互作用H 同位素应用：示踪成矿流体来源三、C 同位素1、自然界中碳以12C 、13C 、14C 等多种同位素的形式存在，12C 、13C 相对丰度分别为98.89%、1.11%；14C 只有极微量且具放射性，半衰期为5730年。
第四讲 稳定S同位素
稳定S同位素 Stable S isotopes
• 大气降水 – 雨水中的硫主要是硫酸盐，来源复杂， δ34S 变化很大：海水、 生物成因的H2S、工业生产排放的SO2以及火山喷发的硫气体组 分等； – 在靠近海洋地区，大气降水的δ34S 接近于正常海水硫酸盐，被 认为是来自海喷雾的硫酸盐； – 在非工业区，δ34S 在3.2-8.2 ‰范围内变化； – 在工业区，δ34S 高达15.6 ‰，这一高值与燃烧煤的硫同位素一致； – 在某些地区，尤其是干旱区，雨水中的硫酸盐也可以来自陆相 蒸发岩，或者干盐湖和土壤中的硫酸盐矿物经风化被风吹扬到 空气中。
0 +20
1000lnaH2
S4+
(‰)
S6+
+2 to +8 -20 to -40 -10 to -40
S-1
S
硫同位素分馏 Fractionation of S isotopes
Biologically-mediated SO4 reduction
NOTE: the bacterial reduction of sulfate occurs via kinetic fractionation larger a
What happened at 55Ma? Why might this affect marine d34S? What does it mean that variations occur on timescales shorter than 20Ma (Rt of oceanic sulfur)?
SO aH S 1.025
4 2
but a varies widely, depends on environmental conditions Use equations from previous lecture to calculate d34S of sulfate, sulfide as a function of fraction remaining.
稳定性同位素地球化学
授课教师：李净红 武汉工程科技学院
第六章 稳定性同位素地球化学 1 稳定性同位素的基本理论 2 H-O稳定同位素 3 C稳定同位素 4 S稳定同位素
一、稳定同位素的基本理论
基本概念与分类
z 稳定同位素概念
不 具 有 放 射 性 的 同 位 素 称 为 稳 定 同 位 素 （ Stable Isotope）。
z 同位素效应
由不同的同位素组成的分子之间存在相对质量差，从 而引起该分子在物理和化学性质上的差异，称为同位 素效应（isotope effect）。
一、稳定同位素的基本理论
基本概念与分类
z 同位素分馏
同位素分馏（isotope fractionation）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。
这两个标准的氢、氧同位素组成分别为： δDVSMOW=0‰，δ18OVSMOW=0‰ δDslap=-428‰，δ18OSLAP=-55.50‰
一、稳定同位素的基本理论
基本概念与分类
z 同位素标准
H-O同位素
氧同位素标准SMOW居于全球氧同位素变异范围的 中间，
SMOW作为氢同位素标准时则位于“重”的一端，大 部分岩石、矿物和天然水的δD< 0 ‰。
一、稳定同位素的基本理论
基本概念与分类
z 分馏值Δ与分馏系数的转换
根据分馏系数的定义，则有：
α A−B = RA / RB
α A−B
=
1+δA 1+δB
/1000 /1000
=
1000 + δ A 1000 + δ B
Δ A−B =（RA / RB −1）×1000 =（α A−B −1）×1000
地球化学第六章 同位素地球化学-稳定同位素
第六章同位素地球化学——稳定同位素第一节基本概念一、同位素的定义核素：是由一定数量的质子（P）和中子（N）构成的原子核。
核素具有质量、电荷、能量、放射性和丰度5中主要性质。
元素：具有相同质子数和中子数的核素.同位素：原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子叫做同位素(isotope)，他们处在周期表上的同一位置二、同位素的分类– 放射性同位素(radioactive isotope)：原子核是不稳定的，它们能够白发地衰变成其他的同位素。
最终衰变为稳定的放射性成因同位素。
目前已知的放射性同位素达1200种左右，由于大部分放射性同位素的半衰期较短，目前已知自然界中存在的天然放射性同位素只有60种左右。
放射性同位素例子：238U→234Th＋4He(α)＋Q→206Pb；235U→207Pb；232Th→208Pb– 稳定同位素(stable isotope)：原子核是稳定的，迄今还未发现它们能够自发衰变形成其他的同位素。
自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有260余种。
z轻稳定同位素，又称天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定。
其特点是①原子量小，同—元素的各同位素间的相对质量差异较大；②轻稳定同位素变化主要原因是同位素分馏作用所造成的，其反应是可逆的。
如氢同位素（1H和2H）、氧同位素（16O和18O）、碳同位素（12C和13C）等。
z重稳定同位素，又称放射成因同位素(radiogenic isotope)：稳定同位素中部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物。
其特点是①原子量大，同—元素的各同位素间的相对质量差异小（0.7%~1.2%）环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定同位素组成改变；②重稳定同位素变化主要原因是放射性同位素衰败引起，这种变化是单向的不可逆的。
如87Sr是由放射性同位素87Rb衰变而来的；三、同位素的丰度和原子量1．同位素丰度(isotope abundance) ：可分为绝对丰度和相对丰度绝对丰度是指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H=1012）或28Si（取28Si=106）的比值表示。
第一章第四节 稳定碳同位素
第四节稳定碳同位素同位素：指元素周期表中原子序数相同，原子量不同的元素。
稳定同位素：指原子核的结构不会自发的发生改变的同位素。
稳定同位素有两个最显著的属性：1.稳定性：即经过复杂的化学反应之后，原子核结构不发生变化。
2.分馏作用：指同位素在两种同位素比值不同的物质之间进行分配。
一、稳定同位素分馏机理分馏作用是稳定同位素的属性之一，碳稳定同位素的分馏机理有：1.同位素的交换反应：是化学物质间，不同相或单个分子发生的同位素重新分配。
12CO2+13CH4=13CO2+12CH413CO2+H 12CO3-=12CO2+H13CO3-2.光合作用的动力效应：植物在光合作用过程中，富集12C，而使13C 进一步减小。
3.热力和化学反应的动力效应：-C-C-键的稳定性顺序：-13C-13C>-13C-12C->12C-12C-。
在低温条件下，形成的烃类，富集12C；在高温条件下形成的烃类，富集13C。
4.同位素的物理化学效应：蒸发：气相富集轻同位素12C，夜相富集13C；扩散：先扩散12C，残余13C。
二、稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准同位素比值的测量和对比单位一般是用千分数（‰）表示。
式中：Rs :为样品的同位素比值； Rr：为标准的稳定同位素的比值。
各国用各自的标准计算Rr ，再换算成PDB标准。
标准之间的换算公式：式中：δ13CB：为求取对B标准的δ值；δ13CA：为测得对A标准的δ值；RAr、RBr：为A、B标准的13C/12C比值。
三、油气中碳同位素的组成特征1、原油δ13C一般为-22‰～-33‰，平均值为-25‰～-26‰。
①海相原油δ13C值较高，为-27‰～-22‰；陆相原油δ13C值偏低，为-29‰～-33‰。
②随组分分子量的增大,急剧增大烷烃<芳烃<胶质<沥青质，烷烃<环烷烃，正构烷烃<异构烷烃，芳烃随环数增加δ13C值增大，可溶沥青<干酪根。
化学地层学-稳定同位素
2011-7-20
Wang X.L.
3
利用宇宙事件所造成的沉积物内铱含量的 增大等进行事件地层划分和对比； 增大等进行事件地层划分和对比；也可利 用不同地质时代化学元素含量的变化， 用不同地质时代化学元素含量的变化，推 断地球化学环境演变的规律， 断地球化学环境演变的规律，等。 化学地层学已在地层界线层型剖面的研究 中得到广泛的应用。 中得到广泛的应用。
2011-7-20
Wang X.L.
11
因而， 因而，当： δ＞0，表示样品中重同位素比标准富集； ＞ ，表示样品中重同位素比标准富集； δ＜0，表示样品中重同位素比标准亏损。 ＜ ，表示样品中重同位素比标准亏损。 实际应用中， 值就是物质同位素组成的代 实际应用中，δ值就是物质同位素组成的代 名词。 名词。
2011-7-20 Wang X.L. 19
在古气候研究中也可用碳酸盐氧同位素 标准： 标准： 其13C/12C=1123.72×10-5， × 18O/16O=2067.1×10-6 × 根据定义， 根据定义，其δ13C=0，相对 ，相对SMOW，其 ， δ18O＝30.86‰。 ＝ 。
2011-7-20
化学地层学
马锦龙 兰州大学资源环境学院
2011-7-20 Wang X.L. 1
概念
化学地层学是地层学的一个新分支学科 和新兴的边缘学科， 和新兴的边缘学科，它是地球化学在地 层学中的具体应用， 层学中的具体应用，也是地球化学与地 层学综合研究的结果。 层学综合研究的结果。
2011-7-20
Wang X.L.
2011-7-20
Wang X.L.
10
R样——样品中某元素的同位素比值 样品中某元素的同位素比值 R标——指定标准中某元素的同位素比值 指定标准中某元素的同位素比值
稳定同位素
稳定同位素什么是稳定同位素？稳定同位素是指其中不具有放射活性的同位素。
同位素是指元素的核内具有相同质子数（即原子序数Z）但质子数不同的原子。
例如，氢的三种同位素分别为氢-1（1H）、氢-2（2H，也称为重氢或氘）、氢-3（3H，也称为氚）。
其中氢-1是稳定同位素，而氢-2和氢-3是放射性同位素。
相比于放射性同位素，稳定同位素在自然界中存在的丰度更加稳定。
而稳定同位素具有多种用途，在环境科学、地质学、生物学、化学等领域都有广泛的应用。
稳定同位素的应用领域环境科学稳定同位素的使用在环境科学领域中非常重要。
通过对水体、大气、土壤等环境中稳定同位素的测量，可以追踪物质的来源、运移和转化过程，从而获得对环境系统的理解。
例如，氢、氧、碳、氮、硫等元素的稳定同位素分析被广泛应用于水文地质、地下水、河流和湖泊水质研究、排污源追踪、有机物来源和循环研究等。
地质学稳定同位素对于地质学也具有重要意义。
地质学家通过对稳定同位素的测量和分析，可以了解地球形成和演化过程中的各种活动，包括岩石和矿物的成因、地壳物质的循环、古气候和古环境的重建等。
例如，氧同位素分析被广泛应用于古气候研究，碳同位素分析用于古环境研究，硫同位素分析用于岩石和矿石成因研究等。
生物学稳定同位素在生物学领域中也有广泛的应用。
通过对食物链中不同生物体稳定同位素的测量，可以了解食物链结构、物种间的营养关系和能量流动。
稳定同位素还可以用于动物迁徙和栖息地选择的研究，通过对动物体内稳定同位素含量的分析，可以确定动物的迁徙路线和栖息地的选择。
此外，稳定同位素还可用于植物光合作用研究、动物种群演化和人类营养学研究等。
化学稳定同位素在化学领域中的应用也是非常广泛的。
稳定同位素标记技术可用于反应机理研究、溯源分析、质谱仪校准和测定样品的身份等。
通过利用稳定同位素进行标记的化合物，可以追踪化学反应的发生位置、路径和速率，研究化学反应过程中的键断裂、共振、异构体生成等机理。
石油1-4油气中的稳定同位素
• 氢同位素分布特点：
A、原油中δD一般为－80~－160‰。
天然气δD一般为－105~－270‰；与δ13C存在一定的正相
关性，即δ13C高，δD也高。
B、饱和烃δD＜芳烃δD＜非烃δD。
34
/S
32
) 样品 ( S
34
34
/S
32
) 标准
(S
/S
32
) 标准
1000 ‰
标准：以坎冈-迪阿布洛陨石陨硫铁的硫作为标准,S34/S32=0.045 沉积岩中的δ34S值介于-4.14‰~+4.55‰之间。经研究 发现同时代地层中石油和天然气的δ34S具有稳定值；而不 同时代的石油，该值却变化较大。可为不同时代的油源对 比提供一个新途径。
天然气：δ C，从-20‰～-100‰
低温浅层＜-50‰～-100‰
400
深层、年代较老，较高温：≥ -50‰ ～ -20‰±
600 前寒武纪
Э
德根斯（ 1969） 其他作者
二、油气中的氢同位素
稳定同位素：H1 （氕）、 H2 （氘）
相对丰度 ： H1-99.9844%，H2 -0.0156%
放射性同位素：H3 （氚），半衰期12.46年
2、氧碳同位素
稳定同位素：O16、O17、O18
相对丰度 ：O16-99.579%，C18-0.2039% 由于O17分布很少，一般研究O16/O18比值。 氧同位素在油气地质学中研究极少，一般只 用于测定古地温。由于水和碳酸盐中的水与二氧 化碳所含的氧之间存在同位素交换平衡，这个平 衡受环境温度控制。因而，可利用碳酸盐中的 O16/O18比值来测定古沉积盆地的温度。
IBs成因矿物学(稳定同位素)6
Z*
3n6
Z 1 i G(ui )ui
ui
hc kT
(i
i* )
11 1
G(ui )
2
ui
e ui 1
Sakai(1968)提出了计算固体矿物的公式：
ln
Z* Z
E
1 24
m ms
s
1
hc kT 2
i2
ms ms ms*
(1 kxms k y ms )
ks ms ks ms
其测量过程可归结为下列步骤：1）将被分析的 样品以气体形式送入离子源；2）被分析的元素转变 为电荷为e的阳离子，施加纵向电场将离子束汇聚成 一定能量的平行离子流；3）利用电，磁分解器将离 子束分解成M/e比值不同的组分；纪录并测定每一离 子束组分的强度；5）利用数据处理程序将离子束强 度转化成同位素丰度值；6）将待测样品测量值与工 作标准相比较，获得相对于国际标准的同位素比值。
D. 色谱－质谱在线技术 元素分析仪是测定石油化工产品中挥发性元素
含量的常用设备。 把元素分析仪与气体质谱仪通过一个接口连接
起来，样品由元素分析仪燃烧并经气相色谱分离， 通过载气将待测气体带入质谱仪进行稳定同位素比 值测定（Glesemann 等, 1994; 郑永飞等，1999）。 该技术在国外发展很快，已经在石油、天然气和农 业研究中得到广泛的应用，目前正在向环境和地球 科学领域扩展，并已实现对固体无机硅酸盐岩石内 部所含挥发性元素含量和同位素比值的同时测定。
103 ln Min 18 Min 103 ln Qu
(0
00)
(
RSa RSt
1) 1000
即样品的同位素比值相对于某一标准的同位素比
值的千分差。
稳定同位素的概念、原理及优缺点
稳定同位素的概念、原理及优缺点概念稳定性同位素是天然存在于⽣物体内的不具有放射性的⼀类同位素，其原⼦核结构是稳定的，不会⾃发地放出射线⽽使核结构发⽣改变。
20世纪70年代初被成功引⼊⽣物学的多个研究领域，如光合作⽤途径的研究、光能利⽤率、植物⽔分利⽤率、物质代谢和⽣物量变化等[23-26]。
迄今发现的稳定同位素有274种，但得到产业化⽣产并已⼴泛应⽤的主要为氘-2（2H）、碳-13（13C）、氮-15（15N）、氧- 18（18O）、氖-22（22Ne）、硼-10（10B）等少数⼏种产品。
原理稳定同位素⽰踪技术主要是利⽤稳定同位素及其化合物的特性来展开。
在⾃然界中，稳定同位素及其化合物与相应的普通元素及其化合物之间的化学性质和⽣物性质是相同的，只是具有不同的核物理性质，可以被区别检测，因此，可以⽤稳定同位素作为⽰踪原⼦，合成标记化合物（如标记氨基酸、标记药物、标记蛋⽩质等）来代替相应的⾮标记化合物。
利⽤标记与⾮标记化合物的不同特性，通过质谱、核磁共振等分析仪器来测定稳定同位素反应前后的位置及数量变化，从⽽阐明反应的机制和途径。
优势与缺点稳定同位素和放射性同位素均可⽤来⽰踪，但在实际应⽤中，稳定同位素具有放射性同位素⽆法⽐拟的优越性[32-34]：（1）安全、⽆辐射，稳定同位素对动植物不会造成伤害，在使⽤、运输和储存的过程中⽐较⽅便；（2）半衰期长，放射性同位素因其半衰期太短⽽没有实⽤性，限制了其应⽤，⽽稳定同位素的半衰期均⼤于1×1015年，因⽽不受研究时间的限制；（3）可同时测定，放射性同位素⼀次只能测定⼀种同位素，⽽稳定同位素允许对不同质量数进⾏同时测定，因此可以对同⼀元素的不同同位素或不同元素的同位素进⾏同时测定，从⽽提⾼实验效率；（4）物理性质稳定，稳定同位素的信号值不会随时间⽽衰减。
然⽽，稳定同位素的测定对仪器设备要求⽐较⾼，尤其是同时标记多种元素时，则需要超⾼分辨率的质谱进⾏测定，必要时还需要进⾏衍⽣化。
1.9 油气中的稳定同位素
第一章石油天然气油田水的基本特征1.9 油气中的稳定同位素同位素：在化学元素周期表上占同一位置，具相同质子数(Z)和不同中子数(N)的元素的原子，称为该元素的同位素。
稳定同位素：原子核结构不会自发地改变的同位素。
放射性同位素：即不稳定同位素，系指那些能自发进行蜕变，形成质子数不同的新原子的同位素。
质子中子电子6个质子，7个中子6个质子，6个中子碳稳定同位素中质子、中子和电子构型示意图石油和天然气中主要元素的同位素特征（据张厚福等，1999）质子数元素名称元素符号中子数原子量相对丰度，原子百分率1 氢H 0 1 99.98441 2 0.01562 3 －－－－－－－2 氦He 13 1.3×10－42 4 99.99996 碳 C 6 12 98.8927 13 1.1088 14 －－－－－－7 氮N 7 14 99.6358 15 0.3658 氧O 8 16 99.7599 17 0.037410 18 0.203916 硫S 16 32 95.117 33 0.7418 34 4.2 20 36 0.016一、油气中的碳同位素稳定同位素：12C、13C12C相对丰度为98.892%，13C相对丰度为1.108% 放射性同位素：14C ，半衰期5568年，用于考古有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）1.碳稳定同位素的表示方法:标准：美国南卡罗莱纳州白垩系箭石的碳同位素，简称PDB 标准。
其中 13C/12C =1123.7×10-5001000)/()/()/(12131213121313×标准标准样品C C C C C C C -=δ2.油气中的碳稳定同位素的特征（1）石油的δ13C一般为-22‰～-33‰，海相石油高于陆相石油。
一般陆相石油δ13C＜-29‰，海相石油δ13C＞ -27‰（2）石油中不同组分的碳稳定同位素组成有差异。
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第四节稳定碳同位素
同位素：指元素周期表中原子序数相同，原子量不同的元素。
稳定同位素：指原子核的结构不会自发的发生改变的同位素。
稳定同位素有两个最显著的属性：1.稳定性：即经过复杂的化学反应之后，原子核结构不发生变化。
2.分馏作用：指同位素在两种同位素比值不同的物质之间进行分配。
一、稳定同位素分馏机理
分馏作用是稳定同位素的属性之一，碳稳定同位素的分馏机理有：
1.同位素的交换反应：是化学物质间，不同相或单个分子发生的同位素重新分配。
12CO
+13CH4=13CO2+12CH4
2
13CO
+H12CO3-=12CO2+H13CO3-
2
2.光合作用的动力效应：植物在光合作用过程中，富集12C，而使13C 进一步减小。
3.热力和化学反应的动力效应：
-C-C-键的稳定性顺序：-13C-13C>-13C-12C->12C-12C-。
在低温条件下，形成的烃类，富集12C；在高温条件下形成的烃类，富集13C。
4.同位素的物理化学效应：
蒸发：气相富集轻同位素12C，夜相富集13C；扩散：先扩散12C，残余13C。
二、稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准
同位素比值的测量和对比单位一般是用千分数（‰）表示。
式中：Rs :为样品的同位素比值；Rr：为标准的稳定同位素的比值。
各国用各自的标准计算Rr ，再换算成PDB标准。
标准之间的换算公式：
式中：δ13CB：为求取对B标准的δ值；
δ13CA：为测得对A标准的δ值；
RAr、RBr：为A、B标准的13C/12C比值。
三、油气中碳同位素的组成特征
1、原油
δ13C一般为-22‰～-33‰，平均值为-25‰～-26‰。
①海相原油δ13C值较高，为-27‰～-22‰；陆相原油δ13C值偏低，为-29‰～-33‰。
②随组分分子量的增大,急剧增大烷烃<芳烃<胶质<沥青质，烷烃<环烷烃，正构烷烃<异构烷烃，芳烃随环数增加δ13C值增大，可溶沥青<干酪根。
2、天然气
δ13C随天然气成熟度的增大而增大，
生物成因气: ≤-60‰～-95‰低
热解成因气: -50‰～-20‰高
以上两种气的混合气: -50‰～-60‰
天然气成份中：δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4，分子量增加，增大。
四、油气中碳同位素和氢同位素之间的关系石油的δD与δ13C值没有明显的相关关系。
天然气的δD与δ13C存在不很明显的关系。