地質流體穩定同位素示蹤第1頁，課件共134頁，創作于2023年2月查閱資料重要periodical

1.GCA（GeochimicaetCosmochimicaActa)2.Chemicalgeology3.EPSL(EarthandPlanetaryScienceLetters)４.AppliedGeochemistry5.EconomicGeology6.JournalofGeochemicalExploration7.Lithos8.MetamorphicGeology9.Science10.Nature

第2頁，課件共134頁，創作于2023年2月序一、同位素及其分類

1、同位素(isotope)

質子數相同，中子數不同的元素。

2、放射性同位素(radioactiveisotope)

放射性同位素:凡能自發地放出粒子而衰變為另一種同位素者稱為放射性同位素。

第3頁，課件共134頁，創作于2023年2月衰變類型(1)(負電子)衰變一個中子轉變成一個質子和一個電子

4019K4020Ca+－+ν+Q(2)正電子衰變質子轉變成中子

189F188O++++Q-第4頁，課件共134頁，創作于2023年2月(3)電子俘獲衰變4019K+－

4018Ar+Q(4)衰變

23892U23490Th+42He+Q(5)核裂變

23892U不同產物的核,典型的Zr(40)和Cs(55)伴隨其他粒子和大量能量第5頁，課件共134頁，創作于2023年2月3、穩定同位素(stableisotope)及放射性成因同位素(radiogenicisotope)穩定同位素：無可測放射性的同位素。其中一部分是放射性同位素衰變的最終穩定產物，稱之為放射成因同位素。另一部分是天然的穩定同位素，即自核合成以來就保持穩定的同位素。238U234Th234Pa234U230Th226Ra222Rn218Po214Pb214Bi214Tl(214Po)210Pb210Bi210Po206Pb

第6頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、同位素在地質學上的應用1、放射性成因同位素地質事件的精確年齡；第7頁，課件共134頁，創作于2023年2月地質過程的天然示蹤劑；

第8頁，課件共134頁，創作于2023年2月地球主要儲庫Pb同位素組成第9頁，課件共134頁，創作于2023年2月圖1海洋玄武巖同位素組成變化范圍第10頁，課件共134頁，創作于2023年2月地質演化的速率和途徑-利用不同封閉溫度K-Ar:角閃石520℃；白云母350℃；黑云母300℃；斜長石250℃；鉀長石160℃Rb-Sr：斜長石600℃；白云母550℃；黑云母350℃；第11頁，課件共134頁，創作于2023年2月2、穩定同位素

地球化學示蹤(流體和物質)地質溫度計第12頁，課件共134頁，創作于2023年2月第13頁，課件共134頁，創作于2023年2月第14頁，課件共134頁，創作于2023年2月三、地質流體的同位素示蹤意義

——本課程重點應用范圍：1、成礦流體的來源示蹤與礦床成因和找礦預測2、俯沖帶流體的來源示蹤與殼/幔演化3、地表流體的來源示蹤與環境地球化學第15頁，課件共134頁，創作于2023年2月第一節穩定同位素基本知識

第一章、穩定同位素基礎第16頁，課件共134頁，創作于2023年2月一、同位素豐度絕對豐度：指某一同位素在所有各種穩定同位素總量中的相對份額。通常取與1H(1012)或28Ｓi(106)的比值。相對豐度：指同一元素各同位素的相對含量。1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)第17頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、同位素效應

由同位素質量差所引起的物理和化學性質上的差異。第18頁，課件共134頁，創作于2023年2月第二節、同位素分析結果的表達和標準正是由于同位素效應，造成了地質過程中，兩相或多相共存時，不同相中同位素比值差異——使同位素示蹤成為可能。一、實測δ值

δA=1000×(RSa－RSt)/RSt(單位：‰）

SMOW(RSt)：18O/16O:2005.2×10-6；Rock（RSa)：18O/16O:2020×10-6則該巖石δ18O=1000×(2020×10-6－2005.2×10-6)／2005.2×10-6

=+9.4‰第19頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、同位素標準要求：組成均一，性質穩定；數量相當大，以便長期使用；化學置備和同位素測量的手續簡便；大致為天然同位素比值變化范圍的中值，以便用于絕大多數樣品的測定；可作為世界范圍的零點。H和O同位素標準：SMOW(standardmeanoceanwater)

O同位素有時用PDBδ18OSMOW=1.03091δ18OPDB+30.91C同位素標準：PeeDeeBelemite(PDB)南卡羅林納州S同位素標準：亞歷桑那州CanyonDiabloTroilite鐵隕石的隕硫鐵(CDT)N同位素標準：空氣第20頁，課件共134頁，創作于2023年2月同位素之比縮寫符號標準樣2D/1HSMOW標準平均大洋水18O/16OSMOW標準平均大洋水18O/16OPDB美國南卡羅林納州白晉系皮狄組的美洲似箭石13C/12CPDB美國南卡羅林納州白晉系皮狄組的美洲似箭石34S/32SCDT美國亞歷桑那州卡揚迪阿布洛鐵隕石中的隕硫鐵第21頁，課件共134頁，創作于2023年2月三、自然界一般物質的同位素值范圍第22頁，課件共134頁，創作于2023年2月第23頁，課件共134頁，創作于2023年2月第24頁，課件共134頁，創作于2023年2月第25頁，課件共134頁，創作于2023年2月第26頁，課件共134頁，創作于2023年2月第27頁，課件共134頁，創作于2023年2月第三節、同位素分餾

（isotopefractionation）指在一系統中，某元素的同位素以不同的比值分配到兩種物質或兩相中的現象，是同位素效應的表現。★熱力學平衡分餾熱力學平衡分餾可以有很多過程,但都達到平衡。例如：化學反應、擴散交換動力學非平衡分餾A.交換時未達到平衡Ｂ．后期平衡被破壞非質量相關分餾同位素質量差一般與分餾效應成正比。碳質球粒隕石的白色包體δ１８Ｏ不滿足質量相關分餾第28頁，課件共134頁，創作于2023年2月第四節、分餾系數由δ定義得:δA=(RA/Rst－1)×1000,即RA=(10-3δA+1)×Rst,同理RB=(10-3δB+1)×Rst代入α定義式αA-B=RA/RB=(10-3δA+1)/(10-3δB+1)……………(1)或=(δA+103)/(δB+103)……………..(2)公式(1)兩邊取自然對數㏑αA-B=㏑(10-3δA+1)－㏑(10-3δB+1),右邊泰勒展開得㏑αA-B≈10-3δA－10-3δB≈10-3(δA－δB)或103㏑αA-B≈δA－δB……………..(3)或:△≈103㏑αA-B,（富集系數△=δA－δB）由(2)得或△≈103(αA-B－1)…………(4)由上得：103㏑αA-B≈δA－δB≡△

≈103(αA-B－1)

第29頁，課件共134頁，創作于2023年2月第30頁，課件共134頁，創作于2023年2月第二章、穩定同位素分析方法（略）兩個步驟：樣品制備質譜測定第31頁，課件共134頁，創作于2023年2月1.樣品制備具體要求1.1

氫同位素樣品(1)水，鈾或鋅還原法(2)含羥基礦物(3)氣液包裹體第32頁，課件共134頁，創作于2023年2月1.2氧同位素樣品水碳酸鹽－磷酸法硅酸鹽和氧化物第33頁，課件共134頁，創作于2023年2月1.3碳同位素樣品有機化合物碳酸鹽第34頁，課件共134頁，創作于2023年2月1.4硫同位素樣品硫化物直接氧化法，SF6法(2)自然硫和硫酸鹽三酸還原法碳還原法熱分解法第35頁，課件共134頁，創作于2023年2月第三章、同位素熱力學平衡分餾同位素交換反應：分餾系數理論計算：第一節、同位素分餾系數獲取（校準）方法一、理論計算第36頁，課件共134頁，創作于2023年2月第37頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、實驗測定１、雙向交換（Ｐ４４）２、外推法（公式３．２３，？）b=(?i-?f)/(?i-?e)b(?i-?e)=(?i-?f),兩邊乘１／b得：?i-?e=(?i-?f)／b,?i=?e+(?i-?f)／b或書上：?i=?e－(?f－?i)／b三、經驗估計條件：１、假定平衡２、已知溫度（一系列溫度，線性擬合）第38頁，課件共134頁，創作于2023年2月第二節、影響同位素平衡分餾的因素一、溫度103lnα=A×106/T2+B×103/T+C二、壓力三、組分

物質的同位素分餾行為最終決定于鍵性(氧化態、離子電荷、原子量、同位素原子及與之結合的元素的電子排布等)，所有這些都與振動頻率及其變化率有關。第39頁，課件共134頁，創作于2023年2月一般地，重同位素傾向于富集在鍵性強的化合物中。H2O(l)+HDS(g)?HDO(l)+H2S(g)H-O鍵比H-S鍵強，所以D富集在水分子中。第40頁，課件共134頁，創作于2023年2月電位高、原子量低的陽離子優先結合18O。例如對于Si4+－O鍵到Al3+－O到Fe2+－O鍵，陽離子的電位逐漸降低，原子量逐漸升高，結果是18O富集程度逐漸降低。因此，在氧化物和硅酸鹽礦物中，石英(SiO2)最富18O，而磁鐵礦(Fe3O4)較貧18O。當鋁硅酸鹽格架中Al取代Si時，伴隨有18O虧損，結果相對于石英，堿性長石(K,Na,Rb)AlSi3O8較貧18O，鈣長石Ca2Al2Si2O8更貧18O。第41頁，課件共134頁，創作于2023年2月四、物質結構在同一物質的三種不同物態之間，重同位素傾向于富集在較緊密或有序度高的物態中。冰>水>水蒸汽文石>方解石金剛石>石墨第42頁，課件共134頁，創作于2023年2月第四章、動力學分餾第一節、同位素交換機理一、單向化學反應C+16O18O→C16O18OC+16O2→C16O2二、擴散現象三、溶解－再結晶第43頁，課件共134頁，創作于2023年2月第二節、地質過程中的動力學同位素分餾

－瑞利分餾在自然界存在一種特殊的體系，在一定的物理化學條件下發生物相分離。分離前不同物相之間保持著熱力學平衡并處于封閉狀態，但分離后一相物質不斷離開體系，不再與另一相保持平衡。這種在開放體系中進行的過程稱之為瑞利過程，在瑞利過程中發生的同位素分餾稱之為瑞利分餾。第44頁，課件共134頁，創作于2023年2月在物相分離前，相A和相B處于同位素平衡狀態，分離后相A不斷離開體系，B為殘留體系，f為殘留分數，有：RB/R0=f(αA-B－1)…...……….(1)換算成常用的δ表示由公式：αA-B＝RＡ/RＢ＝（1+10-3δA)/(1+10-3

δB)得：RＢ/R０＝（1+10-3δＢ)/(1+10-3

δ０)代入（１），兩邊取自然對數得：㏑[（1+10-3δB)/(1+10-3δ0)]＝（αA-B－1）㏑f

右邊展開：㏑[（1+10-3δB)/(1+10-3δ0)]≈10-3δB－10-3δ010-3δB－10-3δ0≈（αA-B－1）㏑f整理得：δB≈δ0+

103

（αA-B－1）㏑f……殘留分數為f時殘留相的δ的計算公式第45頁，課件共134頁，創作于2023年2月分離相Ａ的δ（平均值）計算公式：由質量平衡公式得：ＲB

f＋ＲA（１－

f)＝Ｒ０ＲA＝（Ｒ０－ＲB

f）／（１－

f)ＲB的計算公式代入得：ＲA＝（Ｒ０－R0f(αA-B－1

f）／（１－

f）＝Ｒ０（１

－fα）／（１－

f）ＲA／Ｒ０＝（１

－fα）／（１－

f）換算成常用的δ表示：｛利用RＡ/R０＝（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)｝㏑[（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)]＝㏑[（１

－fα）／（１－

f）]左邊≈10-3

δA－

10-3δ０δA＝δ０＋103

㏑[（１

－fα）／（１－

f）]第46頁，課件共134頁，創作于2023年2月另一種形式(書上):由（1+10-3

δA)/(1+10-3δ０)=（１

－fα）／（１－

f）整理得:1+10-3

δA=(1+10-3δ０)(１

－fα）／（１－

f）δA=(1000+δ０)(１

－fα）／（１－

f）

－1000第47頁，課件共134頁，創作于2023年2月例子書上Ｐ７９第48頁，課件共134頁，創作于2023年2月思考：地質應用第49頁，課件共134頁，創作于2023年2月第五章、同位素地質測溫第一節、方法原理對于兩種礦物或一種礦物與水間，分餾滿足方程：103lnα=A×106/T2+B×103/T+C，（同位素分餾方程）一、單個樣品測定兩種礦物M1和M2的δ1和δ2，計得Δ1-2=δ1－δ2∵103lnα≈Δ1-2=δ1－δ2∴Δ1-2=δ1－δ2≈A×106/T2+B×103/T+C……….(1)方程(1)中Ａ、Ｂ、Ｃ為常數，分餾方程表中查得，將實測的δ1和δ2代入解出Ｔ，單位為Ｋ，273.15得℃二、Δ的加和性與未知分餾方程的獲得Δ１－３＝Δ１－２＋Δ２－３三、多組樣品或多組礦物對（下節同位素平衡檢查）第50頁，課件共134頁，創作于2023年2月第二節、同位素平衡檢查一、共生順序判別法（Ｐ１１７）例如：氧同位素有：石英>方解石>堿性長石>藍晶石>多硅白云母>鈣長石>白云母>…….硫同位素有：硫酸鹽>輝鉬礦>黃鐵礦>閃鋅礦>黃銅礦>斑銅礦>方鉛礦>輝銀礦第51頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、等溫線法(以P52分餾方程舉例）主要基于Δ1-2=A1-2×106/T2+C1-2（忽略B×103/T項）選擇一種礦物（一般為富重同位素礦物）為參考礦物，以ΔＲ-Ｍ－ＣＲ-Ｍ為縱坐標，以AＲ-Ｍ為橫坐標礦物Ｍ１有：ΔＲ-Ｍ１－ＣＲ-Ｍ１=AＲ-Ｍ１×106/T2（斜率為106/T2）礦物Ｍ２有：ΔＲ-Ｍ２－ＣＲ-Ｍ２=AＲ-Ｍ２×106/T2（斜率為106/T2）礦物Ｍ３有：ΔＲ-Ｍ３－ＣＲ-Ｍ３=AＲ-Ｍ３×106/T2（斜率為106/T2）假如參考礦物、礦物Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３間在溫度Ｔ時同位素交換平衡，則在圖上落在斜率為106/T2的同一條直線上。其實很多分餾方程為Δ1-2=A1-2×106/T2形式（忽略B×103/T+C項，見Ｐ４６、Ｐ４８、Ｐ５２、Ｐ５４表）此時，以ΔＲ-Ｍ為縱坐標，以AＲ-Ｍ為橫坐標對于多種礦物對可根據擬合的直線斜率由Ｋ＝106/T2計算出Ｔ第52頁，課件共134頁，創作于2023年2月三、δ-δ圖解法這是最常用的一種方法。對于兩種礦物Y和X（Y更富重同位素），當兩者處于熱力學平衡分餾時，有：δy－δx＝103lnαy-x,即：δy＝δx

＋103lnαy-x在以δy和δx為縱、橫坐標的圖解上，樣品將落在斜率為１的一條直線上，y軸上的截距為103lnαy-x，同一地質體不同點的樣品ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３、ＳＡ４、ＳＡ５………ＳＡi的礦物Y和X的δ測試值將落在斜率為１、截距為103lnαy-x的直線上。根據礦物Y和X的分餾方程：

103lnαy-x＝Ａ×１０６／Ｔ２＋Ｂ×１０３／Ｔ＋Ｃ可算出溫度Ｔ（截距為103lnαy-x可直接從圖上讀出）這就是多個樣品的溫度計算方法第53頁，課件共134頁，創作于2023年2月T=50℃T=550℃T=600℃T=+∞T=300℃T=400℃T=600℃第54頁，課件共134頁，創作于2023年2月四、圖解垂線判別法選擇一種物相（例如，熱液礦床可選水）為參考物相，以103lnαＭ-Ｒ為縱坐標、以106／T2為橫坐標作圖，當礦物Ｍ１和Ｍ２處于平衡分餾時，即Ｔ相同（106／T2相同），具相同橫坐標，此時礦物Ｍ１和Ｍ２的投影點連線為垂直線。

第55頁，課件共134頁，創作于2023年2月第三節、同位素地質溫度計一、氧同位素地質溫度計１、外部測溫法只測定一種礦物同位素，另一相（通常為液相）采用假定值），根據已知礦物－水間的分餾方程，計算溫度。

最常用于古溫度測定。都建立了經驗公式Ｐ１２４－１２５２、內部測溫法Ａ、礦物－水Ｂ、礦物－礦物前提：（１）礦物對間達到分餾平衡；（２）礦物對間△足夠大；（３）礦物對間103lnα隨溫度變化明顯；（４）有已知的分餾方程；（５）無后期同位素退化第56頁，課件共134頁，創作于2023年2月３、單礦物測溫法

主要利用大氣降水方程，測定粘土礦物δ

18O、δD。設某粘土礦物與水間氫、氧同位素間有分餾方程：103lnαＨ＝ＡＨ×10６/T2+BH…………….(1)103lnαO＝ＡO×10６/T2+BO…………….(2)大氣降水：δDＷ＝８δ

18OＷ＋１０……(3)103lnαＨ=δDM－δDＷ,即δDＷ=δDM－103lnαＨ＝δDM－ＡＨ×10６/T2+BH……….(４)同理δ

18O

Ｗ=δ

18

OＭ－103lnαＯ＝δ

18

OＭ－ＡO×10６/T2+BO…….(５)將（４）、（５）代入（３），整理得：（８ＡO－ＡＨ）10６/T2＝８δ

18

Ｍ－δDM＋（BH－BO＋１０）…….(６)方程(６)為單礦物測溫方程第57頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、硫同位素地質溫度計硫化物間，同氧同位素內部測溫法。三、碳同位素地質溫度計方解石－石墨第58頁，課件共134頁，創作于2023年2月練習１、單樣品礦物對溫度計算２、單樣品多礦物溫度圖解計算（等溫線法）３、多樣品礦物對溫度圖解計算（δ－

δ圖解）第59頁，課件共134頁，創作于2023年2月第二篇同位素各論第60頁，課件共134頁，創作于2023年2月第一章氫和氧同位素地球化學1H(99.985%)，2D(0.015%)16O(99.762%)，17O(0.038%)，18O(0.200%)第61頁，課件共134頁，創作于2023年2月第一節、天然水一、物態轉變過程中的氫氧同位素分餾 蒸發 冰凍第62頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、海洋水的氫氧同位素組成短周期變化1、蒸發（鹽度變化）2、凍結（實際上主要因引起鹽度變化）3、混合（其他洋水體加入）長周期變化1、水－巖相互作用（大洋沉積物δ18O很高、δD低，礦物沉積導致洋水δ18O降低，δD升高）2、冰川融化第63頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、大氣降水緯度效應，即隨著緯度升高(即年平均氣溫降低)，D和18O值下降；大陸效應，即從海岸向大陸內部，D和18O值下降；季節效應，即夏季溫度較高，大氣降水相對較“重”，富集18O和D；冬季反之；高度效應，即隨高度增加，D和18O值下降。第64頁，課件共134頁，創作于2023年2月降雨－Rayleigh分餾第65頁，課件共134頁，創作于2023年2月第66頁，課件共134頁，創作于2023年2月大氣降水線中國現代：D=7.918O+8.2第67頁，課件共134頁，創作于2023年2月巖漿侵入淺部地殼加熱圍巖和水導致水－巖相互作用；中性、“氯化物”地熱水H同位素組成與當地大氣降水類似，但18O值升高；酸性富硫的地熱水H和O同位素組成均不同于當地大氣降水.三、地熱水第68頁，課件共134頁，創作于2023年2月四、其他水初生水（來自地幔未與水圈相遇）：D=-60±20‰，18O=6±1‰巖漿水：D=-80‰

～-50‰，18O=5‰

～7‰變質水：D=-40‰

～-100‰，18O=5‰

～25‰第69頁，課件共134頁，創作于2023年2月第二節、水－巖交換作用封閉體系Wi-Wf移項：WCw(Wi-

Wf)=RCr(rf-

ri)第70頁，課件共134頁，創作于2023年2月Wf用Rf—△代入，變形得：18ORf=[18ORi+W/R(18Owi+△)]/(1+W/R)Rf用Wf+△代入，變形得：18Owf=[18ORi+W/R(18Owi)－△]/(1+W/R)第71頁，課件共134頁，創作于2023年2月開放體系第72頁，課件共134頁，創作于2023年2月第73頁，課件共134頁，創作于2023年2月氧同位素和礦床第74頁，課件共134頁，創作于2023年2月Skaergaard侵入體第75頁，課件共134頁，創作于2023年2月第76頁，課件共134頁，創作于2023年2月第77頁，課件共134頁，創作于2023年2月Athightemperatures(temperaturesoftheinterioroftheEarthormagmatictemperatures),oxygenisotoperatiosareminimallyaffectedbychemicalprocessesandcanbeusedastracersmuchasradiogenicisotoperatiosare.Thesegeneralizationsleadtoanaxiom:igneousrockswhoseoxygenisotopiccompositionsshowsignificantvariationsfromtheprimordialvalue(+6)musteitherhavebeenaffectedbylowtemperatureprocesses,ormustcontainacomponentthatwasatonetimeatthesurfaceoftheEarth(TaylorandSheppard,1986).第78頁，課件共134頁，創作于2023年2月火成巖絕大多數火成巖的18O變化范圍為5~15‰，D范圍為-40~-100‰。一般來說，18O值隨SiO2含量增加而增加。第79頁，課件共134頁，創作于2023年2月年青新鮮玄武巖氧同位素組成MORB：5.5~6.5OIB：5~7.5第80頁，課件共134頁，創作于2023年2月Oxygenisotoperatiosinolivinesandclinopyroxenesfrommantleperidotitexenoliths.DatafromMatteyetal.(1994).第81頁，課件共134頁，創作于2023年2月第82頁，課件共134頁，創作于2023年2月島弧火山巖第83頁，課件共134頁，創作于2023年2月蛇綠巖第84頁，課件共134頁，創作于2023年2月洋中脊玄武巖－海水相互作用高溫氧同位素交換低溫氧同位素交換第85頁，課件共134頁，創作于2023年2月花崗巖高18O花崗巖(>10‰)1、源區2、圍巖混染3、低溫水/巖反應低18O花崗巖(<6‰)1、源區2、與大氣降水反應3、聯合作用正常18O花崗巖第86頁，課件共134頁，創作于2023年2月沉積巖1、碎屑沉積巖取決源區，介于未蝕變火成巖（5~10‰）與粘土礦物（20~30‰）間2、粘土礦物受大氣降水控制3、化學沉積巖海相灰巖28~30‰-穩定燧石32‰粘土礦物氫氧同位素組成第87頁，課件共134頁，創作于2023年2月變質巖原巖性質變質改造第88頁，課件共134頁，創作于2023年2月生物圈的氫和氧同位素生物過程中的動力學分餾有機物中的同位素分餾第89頁，課件共134頁，創作于2023年2月OxygenandHydrogenIsotope

FractionationbyPlantsCO2，H2O和O2進入生物質；光合作用過程中氧同位素平衡；控制反應：Fractionationsof+16to+27‰第90頁，課件共134頁，創作于2023年2月第91頁，課件共134頁，創作于2023年2月古氣候Urey(1947),碳酸鹽古溫度計方解石－水第92頁，課件共134頁，創作于2023年2月第四紀海洋18O記錄和Milankovitch循環生物體方解石O同位素古海洋溫度；復雜性：溫度，海水O同位素組成，分餾系數差異，埋藏后同位素交換；CesareEmiliani(1955)分析有孔蟲18O值，發現60萬年以來15個冰期－間冰期循環，第四紀以來氣候變化源于地球軌道參數的變化。第93頁，課件共134頁，創作于2023年2月碳酸鹽氧同位素變化海水氧同位素和溫度；CesareEmiliani(1955)溫度變化是主要因素；ShackletonandOpdyke(1973)，海水氧同位素組成變化是主要因素。第94頁，課件共134頁，創作于2023年2月海水氧同位素組成變化第95頁，課件共134頁，創作于2023年2月Milankovitch循環第96頁，課件共134頁，創作于2023年2月軌道參數變化第97頁，課件共134頁，創作于2023年2月冰的記錄第98頁，課件共134頁，創作于2023年2月土壤和古土壤碳酸鹽氧同位素組成第99頁，課件共134頁，創作于2023年2月第二章、碳同位素地球化學12C(98.90%)，13C(1.10%)兩個主要儲庫：有機碳和碳酸鹽第100頁，課件共134頁，創作于2023年2月生物體系同位素分餾生物過程同位素分餾；植物(光合作用)，細菌＋無機物能量有機物食物鏈(同位素分餾)第101頁，課件共134頁，創作于2023年2月CarbonIsotopeFractionationDuringPhotosynthesis光合作用；陸地植物利用大氣CO2(–4.4‰)；海洋藻類和水生植物利用溶解CO2或[HCO3]-

0.9‰

+7.0to+8‰第102頁，課件共134頁，創作于2023年2月生物過程的動力學效應光合作用：6CO2+11H2OC6H22O11+6O2三步：植物從大氣中優先吸收12CO2，使之溶解于細胞質中；溶解在細胞質中的12CO2通過酶的作用優先轉移到磷酸甘油酸中，使殘余的12CO2富集13C，這些重CO2在呼吸作用中排出；植物磷酸甘油酸合成各種有機組分時進一步分餾。生物分餾第103頁，課件共134頁，創作于2023年2月C3循環(Calvin循環)酶3C－磷酸甘油酸影響植物碳同位素分餾的內在因素此循環長，所以分餾大，13C=-23~-38‰C3植物占90%，包括藻類，自養細菌，和絕大多數種植植物如小麥，水稻和堅果等羧化過程動力學分餾，陸地植物(-29.4‰)，細菌(-20‰)第104頁，課件共134頁，創作于2023年2月C4(HatchandSlack)循環分餾為-2.0to-2.5‰此循環是短循環，分餾小，13C=-12~-14‰，C4植物包括熱帶地區的草和相關農作物如玉米和甘蔗第105頁，課件共134頁，創作于2023年2月CAM循環介于C3和C4循環二者之間。許多體內有過剩水的植物，如仙人掌等具此循環，其13C虧損程度介于C3和C4植物之間。植物的部分、組織、組成間的同位素組成差異。第106頁，課件共134頁，創作于2023年2月影響植物碳同位素組成的外部因素C的來源；呼吸的影響；大氣CO2同位素組成變異；溫度效應。第107頁，課件共134頁，創作于2023年2月陸地C3植物平均13C=-27‰,C4植物平均13C=-13‰；海洋植物(均為C3植物)利用溶解的重碳酸鹽而不是大氣CO2，海水重碳酸鹽比大氣CO2的13C值大8.5‰，因此海洋植物13C值比陸地C3植物高約7.5‰；由于C的來源變化大，因此海洋植物的13C值具有較大的變化范圍；海洋藻青菌對C同位素分餾比真正的海洋植物小，因此其13C值高約2~3‰。第108頁，課件共134頁，創作于2023年2月化石燃料煤石油天然氣食品質量控制方面的應用第109頁，課件共134頁，創作于2023年2月巖石圈的碳同位素沉積巖石灰巖前寒武紀沉積巖火成巖隕石火成碳酸巖和金伯利巖第110頁，課件共134頁，創作于2023年2月Carbonisotoperatiosinmantle(red)andmantle-derivedmaterials(gray).AfterMattey(1987).第111頁，課件共134頁，創作于2023年2月N同位素第112頁，課件共134頁，創作于2023年2月第三章、N同位素植物分類：可直接利用N2vs.只能利用氨或硝酸鹽；前者包括豆類和海洋藻青菌；豆類(C3植物)15N=+1‰，現代非豆類植物15N=+3‰；史前非豆類植物15N=+9‰，化學肥料的使用；15N變化范圍為±4or5‰；海洋植物15N=+7±5‰,海洋藻青菌15N=-1±3‰。第113頁，課件共134頁，創作于2023年2月植物C-N同位素組成第114頁，課件共134頁，創作于2023年2月動物組織與食物C同位素關系DeNiroandEpstein(1978)動物組織13C值比食物高約1‰，12CO2優先被呼吸；陸地食物鏈通常不超過三級，因此最大的C同位素分餾為3‰；海洋食物鏈可達7級，因此頂級掠食者與初級食物之間的13C值差異可達7‰。第115頁，課件共134頁，創作于2023年2月動物組織與食物N同位素關系DeNiroandEpstein(1981)動物組織15N值比食物高約3~4‰第116頁，課件共134頁，創作于2023年2月SchoeningerandDeNiro(1984)骨膠原質的C和N同位素組成與動物體類似；埋藏后，骨中的磷灰石可與大氣降水進行同位素交換；骨膠原質和牙釉質保持初始同位素組成；骨膠原質和牙的C和N同位素組成可以用于重建化石動物的食物。第117頁，課件共134頁，創作于2023年2月穩定同位素考古骨膠原質，牙齒，瓷器上的谷物和蔬菜炭化斑同位素組成古人類食物。第118頁，課件共134頁，創作于2023年2月第119頁，課件共134頁，創作于2023年2月第四章、S同位素地球化學32S(95.02%)，33S(0.75%)，34S(4.21%)，36S(0.02%)自然界總的變化范圍-65~120‰第120頁，課件共134頁，創作于2023年2月由于S是多價態元素，所以分餾大。同時由于不同價態和礦物間34S的差異，在利用硫化物34S測定，進行成礦物質來源示蹤時，千萬不能用礦物的34S來代替成礦熱液的總硫的34S∑。大本（Ohmoto)模式：硫化物的34S=f(34S∑,fo2,pH,T,I)第121頁，課件共134頁，創作于2023年2月熱液系統硫同位素及示蹤一、高溫熱液中硫同位素當T>400oC時，含S物種主要是H2S和SO2,此時，34S熱液=34SH2S+Δ34SH2SSO2×R/（1+R）R為SO2/H2S摩爾比關鍵要確定R第122頁，課件共134頁，創作于2023年2月假如成礦熱液來自巖漿系統，此時，34S熱液與34S熔體的關系是：34S熱液=34S熔體-Δ34SH2SHS-+

Δ34SH2SSO2

R/（1+R）由此可見，也不能簡單用34S熱液與巖體34S類比，進而判別成礦物質和熱液來自巖體圖8.3，但當磁鐵礦-磁黃鐵礦-石英-橄欖石共生時，此時34S熱液≈34S熔體≈34SH2S第123頁，課件共134頁，創作于2023年2月二、中低溫熱液中硫同位素當T<350oC時，含S物種不再是簡單的H2S和SO2，

S物種可有三類：H2S、HS-、硫酸鹽，由于H2S與HS-間的硫同位素分餾很小，忽略不計，因此：34SH2S=34S∑

-

Δ34SH2SSO4-×R′/（1+R′）R′為∑SO4-/∑H2S的摩爾比同樣，從圖8.6可以看出，低溫熱液礦床中，當磁鐵礦-磁黃鐵礦共生時，34SH2S與34S流體相同。第124頁，課件共134頁，創作于2023年2月三、不同氧逸度下，34S流體（或34S∑）的定性判別：1、高氧逸度下（重晶石-赤鐵礦-磁鐵礦-磁黃鐵礦組合），重晶石（BaSO4）的34S與34S∑相當；2、中等氧逸度下，黃鐵礦的34S與34S∑相當；3、低氧逸度下（石墨-磁黃鐵礦），磁黃鐵礦的34S與34S∑相當；第125頁，課件共134頁，創作于2023年2月第五章、同位素體系定量模式一、分離結晶瑞利過程，δB=δ0+

103

（αA-B－1）㏑f……殘留分數為f時殘留相的δ的計算公式，巖漿分離結晶就有：δ18O巖漿=δ18O巖漿i+

103

（α礦物-巖漿－1）㏑f巖漿結晶溫度下，α很小，α－1≈㏑α，所以，δ18O巖漿=δ18O巖漿i+

103㏑α·㏑fδ18O礦物=δ18O巖漿i+

103㏑α·（1+㏑f）第1