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
δ34S：20‰ （ 与还原程度有关 ）-5—20 ‰


有机还原的同位素分馏要显著得多。曾 在海相沉积物中发现硫化物比硫酸盐的 δ34S低60‰。
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‰

PDB
S:
CDT标准（Canyon Diablo Troilite） Canyon Diablo铁陨石中的陨硫铁相的硫同 位素组成： 34S ／ 32S ＝ 0.0450045 ，一般 取δ34SCDT＝0 Sr： 美国国家标准局发布SRM987（纯碳酸锶） 的87Sr／86Sr＝0.71014±0.00020

轻元素的同位素之间的相对质量差比较大， 因此分馏比较明显，如H、O、C、S（Si、 Cl、B）等；而重元素的同位素分馏不显 著，如Pb、U、Th等。 两种物质间的分馏程度以同位素分馏系数 α表示 αA-B=RA/RB RA和RB表示两种物质的同 位素比值
发生同位素交换反应有不同的 类型：

（一）热力学分馏：
2、 氧化作用



不同的同位素化学反应的速度是有差别的。下 式中 A 和 ＊ A 、 P 和 ＊ P 分别表示某元素的轻、重 同位素。 AB+C=P (k1) *AB+C=*P (k2) 动力学分馏系数＝k1/k2 表生条件下，硫化物的氧化作用很快，分馏不 明显，硫化物与氧化的硫酸盐的S同位素组成相 似。 内生的硫酸盐比内生的硫化物的 δ34S 值要高得 多，可以以此区分硫酸盐的成因。

2、 蒸发-凝聚过程交换：



25℃时，平衡条件下水蒸发的分馏系数： α18O=(18O/16O)液体/( 18O/16O)蒸汽=1.0092 αD=(D/H)液体/(D/H)蒸汽=1.074 可见H同位素比O同位素分馏要显著
（二）动力学分馏：

1、 扩散作用: V代表不同同位素组成的分子的扩散速度 , m 代表不同同位素组成的分子的质量数。 如：VC16O/VC18O=1.022


C、O： PDB标准（Pee Dee Belemnite ，美国南 卡罗来纳州白垩系Pee Dee组中的拟箭石 制成的CO2）： δ13C＝0，δ18O＝0

PDB标准(拟箭石)与SMOW标准的转换:
δXPDB=δXSMOW+δSMOW-PDB+10-3 ×δXSMOWδSMOW-
对于碳酸盐样品有: δ18OSMOW=1.0307δ18OPDB+30.37
1、 同位素交换（不发生化学反应，只有同 位素的交换）： 16O (g) + C18O（g）= 16O18O(g) + C16O(g) 2 通式：A0X＋B＊X＝A＊X+B0X


同位素交换平衡条件下，重同位 素递降序列：

D： 白云母→金云母→硬柱石→绿泥石→角闪 石→十字石→黑云母 → 18O： 石英→白云母（硬石膏）→碱性长石、 方解石、文石→白榴石→白云母、霞石→钙长 石（蓝晶石） →蓝闪石（十字石） →硬柱石 →石榴石、普通辉石、闪石→黑云母→橄榄石 （榍石） →绿泥石→钛铁矿（金红石） →磁 铁矿（赤铁矿） →烧绿石
二、标准

O、H： SMOW 标 准 (Standard Water):δ18O＝0，δD＝0

Mean
Ocean
D/HSMOW=1.050D/H NBS-1 18O/16O 18 16 SMOW=1.008 O/ O NBS-1


V-SMOW（国际原子能委员会推荐标准，替代 SMOW）：由蒸馏的海水与少量其他水混合而 成。 δ18O＝0，δD＝0 NBS-1 标准（ Potome 河水的蒸馏水制成）： δD＝-47.1‰，δ18O＝-7.89‰
4、 生物作用：光合作用、细 菌作用等


6CO2+6H2O C6H12O6+6HO2 12CO 的化学键比13CO 的容易断开，更容 2 2 易进入有机质中。 Epstein(1971) 指出，绝大多数的陆生植 物 δ13C 在 -24—-34 ‰ 之间，水生、沙漠、 泥沼的植物在-6—-19 ‰，水藻、地衣在 -12—-23 ‰。