用金属铬法分析微量水和有机质氢同位素组成

本文介绍一种用金属铬作还原剂分析微量水和有机分子中氢同位素组成的技术方法。该分析方法是利用金属铬在高温条件下的还原性，将微量水和有机分子中的氢转变成H2气的分析技术。金属铬还原法的流程简单、安全可靠、操作便捷，其分析精密度可达±2‰。

硅同位素标准物质的研制

本文所研制的硅同位素标准物质为：ＧＴＢ１，选用震旦亚界长城系常州沟组石英砂岩中的石英；ＧＴＢ２，选用上海试剂一厂生产的高纯二氧化硅试剂。２个标准物质均按国家计量技术规范统一标准物质〈ＪＪＧ１００６８６〉的规定，用ＳｉＦ４法进行了均匀性检验及定值分析工作。结果表明其硅同位素组成均匀，定值准确，并获得了ＧＴＢ１标准物质的δ３０ＳｉＮＢＳ２８（‰）为－０．０２±０．１０，ＧＴＢ２标准物质的δ３０ＳｉＮＢＳ２８（‰）为－２．６８±０．１０。经两年多的稳定性检查，硅同位素值无变化。

硫酸盐的氧同位素测量方法

硫酸盐不仅是常见矿物，还是自然界少数几个具有氧同位素非质量分馏效应的矿物之一。硫酸盐矿物的氧同位素组成，特别是硫酸盐的氧同位素非质量分馏效应，可以为研究其形成过程和条件提供大碹有用信息，揭示一些元素浓度甚至单个同位素比值测量无法获得的特殊作用过程。但由于硫酸盐的氧同位素分析技术难度大，这一方法在国内尚未建立起来。论文介绍了BrF5法测量硫酸盐氧同位素组成的实验装置、分析流程和测量结果。该方法是目前唯一可以同时测量硫酸盐^17O／^16O和^18O／^16O比值的方法。对BaSO4国际氧同位素标准样品NBS-127和一种BaSO4化学试剂进行了多次重复测量。测量的NBS-127国际标样的δ^18Ov-SMOW=（9．20±0．11）‰，与标准值完全一致；BaSO4化学试剂的δ^18Ov-SMOW=（14．64±0．13）‰。分析精度（标准偏差）达到0．13％。（1σ），优于国外（0．15～0．29）‰（1σ）的水平。

磷酸盐中氧同位素测量技术研究

生物残骸(或化石)磷酸盐中氧同位素组成对古气候环境变化响应灵敏,它清晰地记录了古生物的生存环境,是研究古气候环境的理想载体。利用现代分析测试技术,提取古生物残骸中保存的氧同位素信息,是目前国内外重建古气候、研究古环境的重要领域之一。本文介绍了国土资源部同位素实验室在国内首次建立的磷酸盐氧同位素测量装置和方法,阐述了生物残骸(或化石)磷酸盐样品的化学制备流程。该测量技术流程简单、操作便捷,其分析精密度可达±0.1‰～0.2‰。

攀西大陆槽稀土矿床深源成矿流体的稳定同位素证据

通过对大陆槽矿床的成矿流体稳定同位素研究表明 ,矿体石英中流体包裹体的δD、δ18O和δ13 C值分别为 - 87‰、+6 .0‰和 - 8.4‰ ,矿石 (氟碳铈矿 )的δ13 C为 - 8.0‰ ,矿体萤石中流体包裹体的δD和δ18O分别为 - 99‰和 - 11.6‰。研究表明 ,矿床的成矿流体应为少量大气降水混合的深源成矿流体 ,流体包体中和矿石中的碳则可能源自较深的壳幔混熔源区。

磷酸盐中的氧同位素测定

本文介绍了一种测定磷酸盐中氧同位素组成的方法。该方法的流程简单、操作便捷 ,其分析精度可达± 0 .2‰

和田玉、玛纳斯碧玉及岫岩老玉(透闪石玉)的硅、氧同位素组成

新疆和田玉是世界上最重要的透闪石玉矿产资源之一 ,和田也是我国最重要的玉产地。对新疆和田玉、天山玛纳斯碧玉和辽宁岫岩老玉的硅、氧同位素对比研究表明 ,和田玉δ1 8O值为+ 2 .3‰～ + 6 .5‰、δ30 Si为 - 0 .1‰～ + 0 .3‰ ;天山玛纳斯碧玉δ1 8O值为 + 9.4‰、δ30 Si为- 0 .5‰ ;辽宁岫岩老玉δ1 8O值为 + 8.7‰～ + 12 .4‰、δ30 Si为 + 0 .1‰～ + 0 .3‰ ,所有玉石矿的δ1 8O和δ30 Si值均低于含矿围岩。由此认为新疆和田玉和辽宁岫岩老玉矿床属于岩浆热液交代型成因矿床 。

前寒武纪条带状铁矿硅同位素特征及其地质意义

前寒武纪条带状铁矿是世界上最重要的铁矿资源。虽然近年来对其开展了大量氧、碳、锶、钕同位素及稀土和微量元素研究并对其成因提供了大量证据,但其硅同位素研究资料极少。本文对前寒武纪条带状铁矿硅同位素的对比研究表明,我国冀东迁安铁矿磁铁石英岩δ30Si值为-0.8‰～-1.4‰,辽宁弓长岭铁矿磁铁石英岩为-0.9‰～-2.2‰,加拿大苏必利尔铁矿的石英δ30Si值为-1.6‰,明显低于含矿围岩。文章认为该类型铁矿是前寒武纪海底火山-沉积环境中热水化学沉积产物。

碳还原法分析硫酸盐的氧同位素组成

硫酸盐矿物是自然界最常见矿物,也是自然界少数具有氧同位素非质量分馏效应的矿物之一。硫酸盐矿物的氧同位素组成可以为研究其形成过程和生成条件提供大量信息。目前,在国内外分析硫酸盐氧同位素的3种方法中,碳还原方法乃是分析硫酸盐中氧同位素组成的最精准方法。本次研究建立了分析硫酸盐中氧同位素组成的碳还原方法,介绍了硫酸钡的分析流程,分析了硫酸盐氧同位素国际标样NBS-127、实验室工作标准化学试剂硫酸钡S04-1、S04-2等样品的氧同位素组成。研究表明,该测试技术流程简单、操作便捷、分析精密度为±0.2‰(1σ),达到国际同类实验的先进水平。

前寒武纪条带状硅铁建造的形成机制与地球早期的大气和海洋

前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是地球早期特有的化学沉积建造类型,记录了当时大气和海洋的化学成分、氧化还原状态及演化。本文系统测定了华北地台条带状硅铁建造的硫硅氧同位素组成。不同时代和不同类型条带状硅铁建造中石英的硅同位素组成非常相似,强烈亏损30Si,δ30SiNBS-28大部分位于-2.0‰～-0.3‰之间,平均-0.8‰;硅铁建造中石英的δ18OV-SMOW相对较高,8.1‰～21.5‰,平均13.9‰;二者均与现代海底黑烟囱、泉华及热水沉积硅质岩的硅氧同位素组成相似。在同一样品中,磁铁矿条带中石英的δ30SiNBS-28普遍低于相邻硅质条带中石英的值,而δ18OV-SMOW刚好相反,反映了硅铁建造沉积时的初始特征。BIFs中硫化物的δ34SV-CDT变化范围很大,-22.0‰～+11.8‰,但大部分集中分布在0值附近。Δ33S=-0.89‰～+1.2‰,显示出了明显的硫同位素非质量分馏特征,说明当时大气氧浓度很低。与火山活动关系密切的Algoma型硅铁建造的Δ33S多为负值,而远离火山活动中心的Superior型硅铁建造的Δ33S多为正值。提出无论是Algoma型,还是Superior型BIFs都是由海底热液喷气作用形成的。富含溶解硅和铁的热水溶液喷发到在海底以后,由于温度突然下降,硅酸H4SiO4在海水中达到过饱和状态,导致SiO2首先沉淀,形成硅质层;随着热水溶液与海水的不断混合,温度不断降低,Eh值不断升高,Fe2+逐渐被氧化生成Fe3+随后沉淀,形成富铁层。一套硅铁韵律层代表了一次大的海底喷气活动;海底热液喷气的周期性活动形成了规律性的硅铁韵律层。BIFs的广泛分布和硫同位素非质量分馏效应的普遍存在,表明当时大气氧水平很低,可能不足现在氧水平的1‰;火山和海底喷气活动非常强烈,海水温度较高,呈酸性,pH值在3.0～5.5之间;海洋中可溶解硅H4SiO4和Fe2+的浓度很高;而可溶硫酸盐的浓度极低,<1mM。早元古代(1.8Ga)以后海洋硫酸盐浓度升高,由富铁海洋转化为富硫酸盐的海洋,是造成BIFs消失的根本原因。大规模火山喷发和海底喷气活动对海洋的成分和氧化还原状态影响很大,使海洋的氧化时间较大气至少推迟了6亿年。

辽宁鞍本地区沉积变质型富铁矿的成因:Fe、Si、O、S同位素证据

辽宁鞍本地区是我国最重要的鞍山式沉积变质型(BIF)铁矿矿集区,弓长岭铁矿是我国唯一的由鞍山式贫铁矿经后期热液改造形成的大型磁铁富矿。本文在前人工作基础上,对比研究了鞍本地区贫铁矿、富铁矿和蚀变围岩的铁、硅、氧、硫同位素组成特征和空间变化规律,结合磁铁富矿的地质特征,对成矿流体的性质、来源、成矿作用和富矿成矿机制提出了新的认识。指出鞍本地区富铁矿的成矿作用与辽东地区古元古代造山运动结束后(1.85Ga)地壳抬升引发的非造山岩浆侵入和热液活动有关,成矿溶液由大气降水演化形成,而非变质热液或混合岩化热液;成矿溶液淋滤了辽河群蒸发盐地层中富13 C碳酸盐、富34 S石膏、CH4等成矿物质,成矿溶液具偏酸性弱还原特征;铁质活化再富集是鞍本地区富铁矿形成的重要机制,成矿溶液与贫铁矿及围岩反应使铁质以Fe2+形式活化迁移。温度降低、氧逸度升高或与大气降水混合是溶液中Fe2+氧化形成磁铁矿沉淀的主要原因;在Fe2+被氧化形成磁铁矿的同时,成矿溶液中的CH4被氧化形成石墨,与磁铁矿一起沉淀下来,形成含石墨磁铁富矿;溶液中SO42-被还原形成富34S黄铁矿。

白云鄂博矿区赋矿“白云质大理岩”成因的稳定同位素证据

内蒙古白云鄂博铁、稀土、铌矿床是举世闻名的超大型稀土矿床。其矿床地质特征和成矿地质环境十分独特 ,在国内外引起广泛注意。关于矿床的成因争论很多 ,其中 ,赋矿“白云质大理岩”的成因最为人们所关注 ,成为争论的焦点。本文在前人工作的基础上补充了S、C、O同位素研究。综合现有资料得出 :“白云质大理岩”的高REE和Nb含量 ,REE分布型式 ,低87Sr/ 86Sr初始比值和接近岩浆岩的Si同位素组成 ,为其岩浆成因提供了证据。“白云质大理岩”中碳酸盐和硅酸盐矿物的高δ18O值及全岩和重晶石硫的δ3 4 S值表明 ,岩石与海水发生过明显的交换作用 ,进一步为岩石的海底火山成因提供了证据。“白云质大理岩”中碳酸盐矿物的δ13 C值也可以用碳酸岩受到海水碳酸盐混染加以解释。由此看来 ,“白云质大理岩”

Algoma型和Superior型硅铁建造地球化学对比研究

前寒武纪条带状硅铁建造(BIFs)是世界上最重要的铁矿资源类型和地球早期特有的化学沉积建造类型,广泛分布于太古代-古元古代(3.2～1.8Ga),记录了地球早期岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的状态及演化。前人根据BIFs的岩石组合和构造地质环境将其划分为Algoma型和Superior型。本文对比研究了Algoma型和Superior型BIFs的硅、氧、铁和多硫同位素特征。不同时代和不同类型BIFs的硅氧同位素组成非常相似,强烈亏损30Si,δ30SiNBS-28为较大的负值。二者的铁同位素和硫同位素非质量分馏效应明显不同。Algoma型BIF的Δ33S多为负值,而Superior型BIF的Δ33S多为正值;Algoma型BIF富集重铁同位素,δ56FeIRMM-144多为高正值,而Superior型BIF相对富集轻铁同位素,δ56FeIRMM-144多为负值或小正值。研究提出无论是Algoma型,还是Superior型BIFs都是由地球早期的海底火山热液喷气作用形成的,二者属于同一成矿系统,相对而言,Algoma型BIF与火山活动关系更密切,距离同期火山活动中心更近,多形成于深水盆地,环境更加还原。

新疆吐-哈地区硝酸盐矿床的氧同位素非质量效应

随着分析测试技术的提高以及同位素分馏理论的进步,氧同位素非质量分馏的应用范围已经从太空拓展到地球,逐渐发展成为研究行星和地球早期演化、地球表面各圈层相互作用的重要途径和手段。硝酸盐和硫酸盐是地球上少数几个具有明显氧同位素非质量分馏效应的矿物。本文测定了新疆吐-哈地区硝酸盐矿床中硝酸盐和硫酸盐矿物的氧同位素组成,结果显示,硝酸盐的氧同位素存在明显的非质量分馏效应,△17O高达14‰,δ18O高达40‰。为该超大型硝酸盐矿床的大气沉积成因提供了可靠依据。

湖北峡东地区“盖帽碳酸盐岩”中燧石条带的地球化学特征及其古环境意义

湖北峡东地区新元古代陡山沱组一段的"盖帽碳酸盐岩"中发育有保存良好,与白云岩界线截然,顺层产出的燧石条带。利用硅酸盐的BrF5硅氧同位素分析方法对燧石条带进行测试,得到较高的硅同位素(δ^(30)Si_(NBS-28)为0.4‰~1.7‰)和氧同位素(δ~18O_(V-SMOW)为24.0‰~26.6‰)组成。燧石条带可能为温暖的滨海相化学沉积产物,氧同位素测温得到的沉积海水温度为35.4~47.7℃。燧石条带的Al/(Fe+Mn+Al)为0.43~0.50,Si/Al比值为257~269,表明燧石条带形成过程中有少量的陆源物质参与,而较低的∑REE(2.19×10^(-6)~3.59×10^(-6)),Ce正异常(1.20~1.24)和U/Th比值(3.75~14.45)上则明显带有热水沉积的特征。燧石条带的硅质可能主要来自远源火山热液活动,在温暖的滨海环境达到硅质饱和而形成的化学沉积,同时验证了早期研究者认为的"雪球事件"冰后期环境温度曾一度极为温暖的猜想。

植物中硅矿化作用的硅同位素示踪研究

项目首次对田地生长的水稻与竹子和室内栽培水稻中氧化硅的含量、形态、分布及硅同位素组成进行了系统研究。研究发现水稻中的氧化硅含量有由根到茎、叶、稻壳逐渐增高的趋势,但在米粒中含量急剧降低。竹子中的氧化硅含量也显由杆到枝、叶逐渐增高的趋势。在竹子和水稻的根部,氧化硅都集中在内皮层;而在其地上部分(竿、枝、叶、壳),氧化硅主要出现于外皮层。在单株水稻和竹子中都发现不同器官间存在显著的、系统的硅同位素分馏。水稻的δ30Si显示有由根到茎降低,而后向叶、壳和米逐渐增高的趋势。竹子的δ30Si也显由根到竿降低,而后向枝、叶增高的趋势。这种硅同位素变化可能是由植株内体液中的溶解硅在竿、枝、叶、壳相继沉淀出氧化硅时,产生瑞利过程的硅同位素分馏的结果。研究得出竹子和水稻中溶解硅与沉淀硅间的硅同位素分馏系数分别为0.9981和0.9996。研究发现水稻根和竹根从土壤溶液中吸取硅时,也存在硅同位素动力分馏。竹子与水稻吸收硅与土壤可溶硅之间的硅同位素分馏系数分别为0.9988和0.9989。研究得出:1)水稻与竹子由外界吸收的含硅化合物主要为正硅酸;2)被动吸收是其吸收硅的重要形式;3)蒸发作用是硅在这些植物中迁移和沉淀的主要机制。研究结果为理解植物中硅吸收、搬运和沉淀硅的方式与机制和探讨植物在硅、碳生物地球化学循环方面的作用提供了可靠的证据。

硅同位素动力学分馏的实验研究及地质应用

由于硅在自然界中没有化学价态变化，主要呈硅氧四面体形式存在，因此硅同位素的热力学分馏很小，由此产生的硅同位素变化不大。溶液中ＳｉＯ＿２沉淀过程的同位素动力学分馏是引起自然界硅同位素明显变化的主要原因。本文实验测定了溶液中ＳｉＯ＿２沉淀过程的硅同位素动力学分馏系数α；并结合所测定的硅同位素动力学分馏系数对现代海底黑烟囱、太古代条带状磁铁石英岩、风化成因粘土矿物的δ￣（３０）Ｓｉ值明显偏低；浅海碳酸盐台地中硅质岩的δ￣（３０）Ｓｉ值明显偏高的现象做了理论上的解释。

矿浆型铁矿的氧同位素判别标志:以宁芜玢岩铁矿为例

自然界是否存在矿浆型铁矿以及如何判别矿浆型铁矿是地质学家争论探索了几十年的问题。大量地质现象和实验研究证实,中酸性岩浆在高氧逸度、富磷等挥发分和助熔剂的条件下,硅酸盐熔体与铁氧化物熔体之间可以发生液态不混熔,熔离出富铁氧化物熔体或富铁岩浆。但有些学者认为实验无法直接一次性熔离出高品位铁矿浆,因此不存在矿浆型铁矿。实际上,高品位富铁矿浆可能是经过多次熔离富集形成的,而非一次简单熔离完成;磁铁矿中钛含量偏低,可能与矿浆型铁矿遭受后期热液改造、钛大量丢失有关,最典型的例子莫过于智利拉科铁矿。长江中下游玢岩铁矿是我国重要铁矿资源类型,其中是否发育矿浆型铁矿也一直存在激烈争论。为了避免不必要的争议,本文将铁矿浆限定为由岩浆熔离形成的铁氧化物浓度>30%的富铁熔体,由铁矿浆演化形成的铁矿床称为矿浆型铁矿。根据宁芜成矿岩体中锆石的钛温度计确定了岩浆的温度,根据锆石的氧同位素组成及磁铁矿与锆石之间的氧同位素分馏方程,计算出岩浆温度下直接从熔体中熔离出来的磁铁矿的δ^(18)O_(Mt)值为4.2‰。据此建立了宁芜玢岩铁矿中矿浆型铁矿的氧同位素判别标志,如果矿体中磁铁矿的δ^(18)O_(Mt)≥4.0‰,则为矿浆型铁矿,否则为热液型或浆-液过渡型铁矿。判别结果表明,钟姑山矿田矿浆型和热液型矿体同时存在,梅山铁矿介于矿浆型-热液型之间,而凹山矿田铁矿则为热液型,与野外观测及前人研究结果一致。

低^(18)O碱性花岗岩成因讨论——以内蒙巴尔哲碱性花岗岩为例

巴尔哲花岗岩是一个罕见的亏损18O的碱性花岗岩体 ,其中的石英、长石、钠闪石、锆石以及全岩的氧同位素含量都是国内碱性花岗岩中最低的。根据其氧同位素资料 ,结合岩体地质地球化学特征 ,讨论了该岩体以及我国东部低18O碱性花岗岩的成因 ,认为用岩石与大气降水间同位素交换和开放体系下的岩浆去气作用解释该类岩石成因较为合理 ,但也有缺陷 。

八家子铅锌矿床氢、氧、碳和硅稳定同位素研究

本文通过对八家子矿床的氢、氧、碳和硅稳定同位素研究,揭示了矿床成矿热液的来源及演化问题。研究表明,成矿热液早期以岩浆热液为主,随着成矿过程的进行加入的大气降水比重越来越大,到晚期可能主要以大气降水为主。热液中碳和硅质的来源早期也是以岩浆来源为主,在成矿过程中演变为岩浆来源和地层来源两者的混合。