16第6章同位素地球化学5

1、第6章同位素地球化学PartⅤ2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ26.3稳定同位素地球化学6.3.1稳定同位素基础及分馏机理6.3.2氢、氧同位素地球化学6.3.3硫同位素地球化学6.3.4碳同位素地球化学2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ36.3.3硫同位素地球化学6.3.3.1自然界中硫同位素的分馏作用6.3.3.2自然体系中硫同位素组成6.3.3.3硫同位素地质温度计6.3.3.4硫同位素在成矿作用中的示踪意义2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ432S——95.02%33S——0.75%34S——4.21%36S——0.02%硫同位素组成表示：δ34S（‰）=[(34S/32S)样品/(34S/32S)PDB－1]×1000硫稳定同位素种类2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ56.3.3.1自然界中硫同位素的分馏作用自然界硫分馏显著2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ62020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ7①化学动力学分馏—氧化和还原反应中产生的同位素分馏。H234S+。

2、32SO42－→H232S+34SO42－（α=1.075）分馏系数与温度呈反相关硫同位素分馏机制2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ82020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ9生物成因硫化物的δ34S（‰）一般小于0，负值越高生物成因可能性越大。②生物动力分馏2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ10生物成因硫化物硫同位素组成特点♣①还原成因硫化氢或硫化物中富32S，富集程度超过原始的硫酸盐，因而δ34S小于0；♣②硫化氢或硫化物的32S富集程度与还原程度有关。2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ11③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：δ34S值S2－＜HS－＜S0＜SO2＜SO42－2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ12在平衡状态下，δ34S硫酸盐＞＞δ34S硫化物1）硫酸盐34S值：铅矾＜重晶石＜天青石＜石膏；2）硫化物δ34S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2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ136.3.3.2自然体系中硫同位素组。

3、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2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ141.大气圈、水圈和生物圈硫同位素组成①大气硫存在形式：气溶胶中硫酸盐和气态H2S、SO2。②大气硫来源A天然来源火山喷发H2S、SO2(δ34S=－10‰~10‰)；海水蒸发盐δ34S=20‰)；生物成因的H2S和有机硫δ34S=－30‰~10‰)；B人工污染金属硫化物矿石冶炼；石膏粉尘。2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ15③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，δ34S值可降低0~50‰；④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，δ34S值都低于溶解的硫酸盐。2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ162.各类地球岩石硫同位素组成①岩浆岩：1)基性-超基性岩δ34S值与陨石硫相似，变化范围小，为－1~2‰。2)酸性岩浆岩δ34S值=－10‰~10‰，变化大，但总均值接近0。3)中酸性火山喷出岩δ34S值变化范围比对应的深成岩大，且一般为正值。2。

4、020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ172020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ182.各类地球岩石硫同位素组成②沉积岩：开放系统中：硫酸盐和硫化氢的δ34S值稳定。封闭系统中：硫酸盐δ34S值渐大，还原形成的硫化氢δ34S值渐大。2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ192020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ20δ34S=－20‰~20‰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。③变质岩2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ216.3.3.3硫同位素地质温度计*1.原理、前提及公式：1000lnα=δa－δb=A×106/T22.共生矿物对硫同位素平衡标志硫化物δ34S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2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ222020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ236.3.3.4硫同位素应用1.判断成岩成矿物质来源2.硫同位素地层学2020/4/18第5章同位素地球化学Par。

5、tⅤ242020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ252020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ262020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ276.3.4碳同位素地球化学2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ28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：δ13C(‰)=[(13C/12C)样品/(13C/12C)PDB－1]×1000碳同位素种类2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ29主要为含碳矿物，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2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ306.3.4.1碳同位素分馏2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ31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δ13C=－25‰，而与其平衡的大气的δ13C=－7‰。1光合作用2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ3213。

6、CO2+H12CO3－=12CO2+H13CO3－α=1.01413CO2+12CO32－=12CO2+13CO32－α=1.0122碳同位素交换反应2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ33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δ13C：CH4＜C＜CO＜CO2＜CO32－3.氧化还原反应2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ346.3.4.2自然体系中的碳同位素组成碳是变价元素δ13C值变化范围很大。最重的碳出现在碳酸盐中，最轻的碳出现在生物成因的甲烷中。2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ352020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ36①陨石碳存在形式：碳、碳化物、金属相中的固体溶液、碳酸岩和有机化合物；碳组成范围很宽，δ13C=－27‰~70‰，陨石中总碳δ13C=－5‰~17‰1.陨石和月岩2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ37存在形式：CO/CO2/金属碳化物月岩碳同位素特点②月岩2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ38碳形式：①氧化态-碳酸根离子、。

7、碳酸盐和CO2包裹体，δ13C=－10‰~5‰；②还原态-石墨、金刚石、碳质薄墨和烃类有机物等，δ13C=－50‰~－10‰。金刚石集中在δ13C=－5‰~－7‰。2.火成岩2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ39寒武纪到第三纪的海相碳酸盐δ13C接近于0。随着地质时代的不同在剖面上可能存在突变点。淡水碳酸盐δ13C值较小，平均为－4.93+2.57‰。沉积岩中的有机碳δ13C值同样很低，为－15‰~－40‰3.沉积岩2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ402020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ41①煤的δ13C值：（－22‰~－28‰）/－25‰，接近陆生植物。②石油δ13C值：（－35‰~－18‰）/－28‰，4.化石燃料/有机体系2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ42有机成因CH4的δ13C值较低（－110‰~－50‰），有机同源的甲烷系列物的δ13C值随C数增多而增大。δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4无机甲烷δ13C值为－40‰~－3.2‰。甲烷同源烃类的δ13C值与C数增加趋势与有机相反。③。

8、天然气分为无机和有机成因2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ43湖水：δ13C=－8‰~－16‰河水：δ13C=－10‰海水：δ13C=0‰植物：δ13C水生植物＞δ13C陆生植物（-34~-24‰）δ13C海水植物＞δ13C淡水植物δ13C沙漠植物≈δ13C海洋植物（-23~-6‰）海洋动物的碳酸盐介壳的δ13C≈0‰5.水圈、生物圈2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ446.3.5.3碳同位素地球化学示踪1.地幔去气δ13CCO2＞δ13C碳酸盐＞δ13C金刚石＞δ13CCH42.成矿流体来源3.确定原油形成环境4.地层学5.地-气交换过程中的碳同位素示踪2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ452020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ462020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ47自学思考题1.硫和碳同位素组成及表示2.硫和碳同位素分馏机理3.不同地质体的硫和碳同位素组成4.硫和碳同位素应用：地质温度计、成岩成矿物质来源示踪、地层学等2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ48同位素地。

9、质年代学是以放射性同位素衰变定律为基础建立的同位素计时方法，用于测定各种地质体和地质事件的年龄。前提：体系的同位素封闭性，没有后期的地质作用的影响而发生同位素母/子体带入或带出；用来测年的放射性母体的半衰期与所测地质体年龄大体相当，并且衰变常数和母子体同位素的相对丰度已知；研究体系中母子体同位素比值能精确测定。自然界放射性母体-子体元素的地球化学分异和放射性母体衰变造成的同位素成分变化，可以用来示踪地质体的物质来源、演化及其过程，这是放射性同位素地球化学研究的主要内容。小结2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ49本章介绍了地质学最常用的K-Ar、Ar-Ar、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Th-Pb法同位素定年体系与示踪方法。由于40K的半衰期较短，往往适合较年轻的火成岩定年；Rb-Sr法比较适合中酸性火成岩定年；基性-超基性火成岩中Rb含量低，一般难于用该法定年，常常使用Sm-Nd法定年；单颗粒锆石。U-Pb法，往往是确定锆石火成岩的十分有效的方法。对于变质岩而言，由于K-Ar体系易于受变质作用重置，因此所得年龄往往代表最后一次热事件的年龄；绿片岩相以上的变质岩。

10、Rb-Sr年龄也可以反映变质年龄；Sm-Nd体系不易破坏，麻粒岩相以下的变质岩的Sm-Nd年龄往往反映原岩年龄，加之Sm半衰期很长，因此该方法特别适合于古老变质岩原岩年龄研究。2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ50稳定同位素主要介绍了稳定同位素概念、分馏机理及常用的天然稳定同位素体系，包括氢氧同位素、硫同位素和碳同位素，它们在自然界的分馏、分布及地球化学示踪。同位素组成的表示δ（‰）=（R样品/R标准－1）×1000。同位素分馏是自然界轻稳定同位素组成变化的主导因素，同位素相对质量差越大分馏越大。分馏大小用分馏系数α表示。热力学平衡分馏与温度呈非线性的反相关关系2020/4/18第5章同位素地球化学PartⅤ51δA－δB=1000lnα=△A－△B=×106/T2+B×103+C该关系式是同位素地温计基础。通过测定平衡共生的矿物对的同位素组成，可以获得矿物形成温度。地球大气圈、水圈和岩石圈具有各自稳定同位素组成，每个层圈内部不同物质和同种物质不同形态之间同位素组成可以有很大差别。层圈相互作用导致它们之间同位素的交换与变化。因此自然体系稳定同位素的变化是复杂的，。