氢(氘、氚)的非对称同位素替代分子与低能氦原子(E=0.1eV)碰撞分波截面研究和计算

当入射氦原子能量E =0 .1eV时 ,用密耦方程 (CloseCouplingEquation)研究和计算了氢的非对称同位素替代分子HD、TD、DT—He碰撞。首先考虑了非对称同位素替代时质心偏移量对势能函数的影响 ,得到在新质心坐标系中势能函数表达式 ,并计算了E =0 .1eV时弹性碰撞 0 0 - 0 0分波及非弹性碰撞激发 0 0- 0 1、0 0 - 0 2、0 0 - 0 3、0 0 - 0

不同能量的氦原子与氢的非对称同位素替代分子碰撞分波截面理论计算

用密耦方程(Closecouplingequation)研究和计算了氦与氢的非对称同位素替代分子HD碰撞.当入射氦原子能量分别为0.05、0.15eV和0.25eV时,考虑到非对称同位素替代时质心偏移量对势能函数的影响,计算了弹性碰撞激发00 00分波和非弹性碰撞激发00 01、00 02分波截面.

氖原子与氢的非对称同位素替代分子碰撞转动激发研究

采用Tang Toennies势模型,考虑到非对称同位素替代的质心偏移量对势函数的影响,当入射氖原子的能量分别为0 05eV,0 15eV,0 25eV时,用密耦方程计算氖原子与氢的非对称替代分子HD碰撞的微分截面.

氢的非对称同位素替代分子与不同能量氦原子碰撞微分截面的理论计算

作者用密耦方程 (closecouplingequation)研究和计算了氦与氢的非对称同位素替代分子HD碰撞 .当入射氦原子能量分别为 0 .0 5eV ,0 .1 5eV和 0 .2 5eV时 ,考虑到非对称同位素替代时质心偏移量对势能函数的影响 ,计算了 0 0 0 0弹性碰撞和 0 0 0 1 ,0 0 0 2非弹性碰撞的微分截面 .

非对称同位素替代分子HD、HT和DT分子与氦原子(E=0.1eV)碰撞角分布计算

当入射氦原子能量E =0 .1eV时 ,用密耦方程 (CloseCouplingEquation)计算非对称同位素替代分子HD、DH -He碰撞的弹性和非弹性散射的角分布。

用同位素替代方法识别化合物ABPO_5(A=Ca,Sr,Ba)的内振动模

用同位素替代方法识别化合物ＡＢＰＯ５（Ａ＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）的内振动模张昊施颖朱恪刘玉龙刘竟青赵铁男梁敬魁（中国科学院物理研究所北京１０００８０）ＶｉｂｒａｔｉｏｎａｌＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＳｔｕｄｉｅｓｏｆＩｎｔｅｒｎａｌＭｏｄｅｓｏｆＳｔｉｌｗ...

H+LiH及其同位素替代D+LiD反应的动力学研究

基于两个LiHH体系基态势能面,采用准经典轨线的方法对H+LiH→H2+Li及其同位素替代D+LiD→D2+Li反应进行了动力学研究,计算了基态反应几率、积分反应截面、产物矢量相关性质P(r)、极化微分反应截面以及不同振转态对积分反应截面的影响。通过对结果分析比较发现,Yuan-PES势能面具有小势垒,而Li-PES不存在势垒或势阱。基于Yuan-PES的积分反应截面略高于基于Li-PES的积分反应截面,此外还研究了振动激发对产物分子的转动角动量的取向特征和定向特征的影响,以及同位素替代对其的影响;H+LiH反应的前向散射趋势较D+LiD反应更明显,且Yuan-PES的前向散射程度更高。该研究丰富了该体系动力学性质,对以后该体系的实验研究具有一定的参考意义。

东昆仑大格勒地区碱性杂岩体中辉石岩的年代学、地球化学、Sr-Nd同位素特征及其地质意义

近年团队在东昆仑大格勒地区发现了Nb、P矿化碱性杂岩体,并对杂岩体的岩石组合、岩石学特征及含矿性开展了研究,初步圈定了Nb、P矿化体,显示东昆仑具有寻找与碱性岩-碳酸岩型稀有稀土矿潜力。对碱性岩的形成时代、地球化学组成、矿物成分以及形成环境等方面的研究,不仅对重建东昆仑古构造环境具有重要的意义,还可推动东昆仑稀有金属成矿规律研究与找矿突破。本文在野外地质调查的基础上,选取杂岩体中重要的含矿辉石岩为研究对象,开展了单矿物电子探针原位分析、磷灰石和榍石U-Pb年代学、岩石地球化学及Sr-Nd同位素研究。结果显示,东昆仑大格勒地区辉石岩的形成时代为418 Ma。辉石岩主要矿物中存在似长石(霞石)、碱性暗色矿物(富铁黑云母),单斜辉石为透辉石,角闪石为钙质角闪石(铁韭闪石),黑云母为铁质黑云母和镁质黑云母。岩石地球化学特征显示辉石岩具有富K(K_(2)O>Na_(2)O)、CaO含量高、轻稀土元素强烈富集、富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素,不亏损Nb、Ta元素,亏损Zr、U、Ti等高场强元素的特征。全岩的(87Sr/86Sr)i为0.704058~0.704278,ε_(Nd)(t)为-0.4~-0.2。矿物组成、元素和同位素地球化学特征均指示大格勒辉石岩为钾质碱性岩,具有与OIB相似的特征,岩浆源区为EMⅠ型地幔端元。岩石的形成过程为母岩浆在相对较深的地幔源区经历了1%~3%较低程度的部分熔融作用,在上侵过程中经历了较强的分离结晶作用和微弱的同化混染作用,其形成时代为该地区岩浆活动最强烈的时期,可能与碰撞后软流圈地幔的上涌和岩石圈的强烈伸展相关。

东昆仑大格勒地区富铌橄榄岩矿物学、地球化学及Sr-Nd同位素特征

东昆仑大格勒地区碳酸岩-碱性杂岩富铌稀土矿化的发现,对青海省优质稀有稀土矿产的勘查及综合研究具有重要启示。本文以大格勒杂岩体中蛇纹石化富铌橄榄岩为研究对象,开展了矿物学、岩石地球化学和Sr-Nd同位素研究。矿物学分析显示,富铌橄榄岩中铌矿物主要为铌易解石(Nb_(2)O_(5)=50.33%~52.50%)、铌钙矿(Nb_(2)O_(5)=48.20%~50.27%)、褐铈铌矿(Nb_(2)O_(5)=42.80%~43.45%)、Stefanweissite矿(Nb_(2)O_(5)=33.14%~34.78%),次为钛铁矿(Nb_(2)O_(5)=3.45%~4.89%)。样品具低SiO_(2)(20.16%~29.20%)和K_(2)O+Na_(2)O(0.02%~2.47%)含量,高Mg O(22.88%~27.69%)含量和Mg^(#)值(74~82),稀土元素总量较高(∑REE=772~1807μg/g),稀土元素配分模式强烈富集LREE、亏损HREE,Eu异常不明显(δEu=0.87~1.17)。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示,样品富集Nb、Ta、Th、U、Sr、Pb,Nb含量高,为981~1753μg/g,平均1378μg/g,可能与晚阶段碳酸岩侵入流体交代作用有关。样品的(87Sr/86Sr)i值为0.70378~0.70396,ε_(Nd)(t)值为-0.49~0.31,岩浆源区可能为EMⅠ型地幔端元。综合区域构造背景,大格勒岩体中富铌橄榄岩的形成可能与该地区拉张环境下岩石圈的强烈伸展和软流圈地幔的上涌相关。

胶东盘子涧金矿床成矿流体特征--来自包裹体、H-O同位素证据

盘子涧金矿床地处华北板块胶辽隆起区,栖霞—蓬莱金成矿带上。金矿的形成主要与区内控矿断裂——盘子涧断裂和中生代岩浆岩有关。为研究该矿床成矿流体性质及演化,并控讨矿床成因,对该矿床不同阶段的包裹体进行岩相学、显微测温、包裹体激光拉曼及H—O同位素分析研究。盘子涧金矿床成矿热液期可划分为4个成矿阶段,从早到晚分别是黄铁矿—石英阶段(Ⅰ阶段)、石英—黄铁矿(绢云母)阶段(Ⅱ阶段)、金—石英—多金属硫化物阶段(Ⅲ阶段)和石英—碳酸盐阶段(Ⅳ阶段)。其中Ⅱ、III阶段为主成矿阶段。不同成矿阶段的流体包裹体有3种类型,分别是富液气液两相盐水包裹体、含CO_(2)三相包裹体和纯液相包裹体。显微测温结果显示,成矿流体的完全均一温度介于142~348℃,主要集中于200~300℃,盐度介于4.44%~10.98%NaCl_(eqv)。石英的δD_(V-SMOW)值为-74.6‰~-68.5‰,δ^(18)O_(V-SMOW)值为+11.65‰~+13.92‰。显示成矿流体为中低温、低盐度的CO_(2)—H_(2)O—NaCl体系,来源于地幔,以岩浆热液为主,并伴有部分大气降水加入。矿床成因类型属石英脉型金矿。

松辽盆地海力锦铀矿床黄铁矿微量元素、硫同位素特征及其对成矿流体性质的指示

海力锦铀矿床控矿灰色砂岩垂向上具有“两红夹一灰”特征,铀矿体呈多层板状,与传统的层间氧化带砂岩型铀矿明显不同。文章通过对赋矿灰色砂岩中黄铁矿微区微量元素和硫同位素特征研究,反演海力锦铀矿床成矿流体性质及来源,主要获得了以下几点认识:(1)海力锦铀矿床含矿层黄铁矿赋存形式包括胶状、草莓状,铀矿物常与草莓状或胶状黄铁矿共伴生于有机质胞腔内或矿物粒间孔隙。(2)黄铁矿微量元素特征显示,As、Mo、Sb等亲硫性元素从核部到边部含量增高,Mo、Ni、Zn、Cu、Ba等元素与U具有较好的正相关性,这些元素在大气降水中难以沉淀和富集,往往富集于深部还原性流体中。硫同位素δ34SV-CDT值显示从核部到边部明显降低的特征,表明黄铁矿形成环境发生了较大改变,指示海力锦铀矿床成矿流体可能为深部具有一定温度的还原性流体。(3)松辽盆地西南部深部发育厚度大且面积广的富铀烃源岩,海力锦铀矿床东南部F1断裂为沟通深部富铀烃源岩和含矿层的深大断裂,据此认为海力锦铀矿床成矿流体可能来自深部还原性流体(富铀烃源岩),控矿灰色砂岩为还原性流体对原生氧化沉积建造的还原改造。

中国大气田烷烃气碳同位素组成的若干特征

勘探开发大气田是一个国家快速发展天然气工业的重要途径。1991年至2020年,中国新探明大气田68个,促进2020年产气1925×10^(8)m^(3),成为世界第4产气大国。基于中国70个大气田的1696个气样组分和烷烃气碳同位素组成数据,获得中国大气田烷烃气碳同位素组成特征:①δ^(13)C_(1)、δ^(13)C_(2)、δ^(13)C_(3)和δ^(13)C_(4)的最轻值和平均值,随分子中碳数逐增而变重,而δ^(13)C_(1)、δ^(13)C_(2)、δ^(13)C_(3)和δ^(13)C_(4)的最重值,随分子中碳数逐增而变轻。②中国大气田δ^(13)C_(1)值的分布区间为−71.2‰~−11.4‰,其中生物气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−71.2‰~−56.4‰;油型气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−54.4‰~−21.6‰;煤成气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−49.3‰~−18.9‰;无机成因气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−35.6‰~−11.4‰;根据这些数据编制了中国大气田的δ^(13)C_(1)值尺图。③中国天然气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−107.1‰~−8.9‰,其中生物气δ^(13)C_(1)值为−107.1‰~−55.1‰;油型气δ^(13)C^(1)值为−54.4‰~−21.6‰;煤成气δ^(13)C_(1)值为−49.3‰~−13.3‰;无机成因气δ13C1值为−36.2‰~−8.9‰;根据上述数据编制了中国天然气的δ^(13)C_(1)值尺图。

基于氡同位素示踪的洞庭湖区枯水期湖水与地下水交互作用研究

洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(222 Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄222 Rn通量为455.09 Bq/(m^(2)·d),占总输入222 Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10^(8)m^(3)/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明:风速、地下水和湖水222 Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、径、排特征的有效方法。研究成果一定程度上提供了洞庭湖区水量均衡的更多认识,可为洞庭湖区地下水资源评价和管理提供参考。

Cu、Sn、Ag同位素在古金属制品溯源研究中的应用

近年来,随着同位素分析方法的不断突破和新一代多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测试技术的广泛应用,Cu、Sn、Ag等非传统同位素在古代金属制品溯源研究中显示出较好的应用前景。本文综述了近20年来Cu、Sn、Ag同位素在古代金属制品应用研究的相关进展,并展望了其应用前景:①由于不同矿床之间Cu、Sn、Ag同位素存较大重叠,这些同位素均难以作为独立的证据追溯金属制品的地质来源;②Cu同位素在原生矿石与表生矿石之间存在较大的分馏,是示踪铜矿石类型的可靠方法,Ag同位素也具推断银矿石类型的潜力;③将Cu、Sn、Ag同位素与Pb同位素、微量元素相结合,并采用合理的统计方法,开展综合溯源研究将是今后应用非传统同位素进行古代金属制品溯源研究的发展方向。

辽东地区赛马碱性杂岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成及其对构造背景的制约

通过LA-ICP-MS测得辽宁赛马地区浅肉红色霞霓正长岩中的锆石U-Pb年龄为225.8±1.9 Ma,赛马碱性杂岩的侵位时代为晚三叠世。地球化学分析表明,霞霓正长岩SiO_(2)含量为55.87%~60.88%,Na_(2)O为0.41%~5.32%,Al_(2)O_(3)为17.81%~19.53%,K_(2)O为9.46%~11.91%,MgO为0.46%~1.36%,里特曼指数为7.54~17.01;稀土元素总量较高,高于300×10^(-6),强烈富集轻稀土元素,(La/Yb)N值大于10,个别达到100以上;亏损Nb、Ta、P等高场强元素,富集Rb、Th等大离子亲石元素,总体表现出富碱性岩石特征。锆石ε_(Hf)(t)值为-13.37~-9.30,对应的两阶段Hf模式年龄T_(DM2)为2102~1855 Ma。通过岩石成因分析和构造环境判别,赛马碱性杂岩可能形成于由俯冲挤压向陆内伸展、拉张转换的动力背景下的下地壳(或上地幔)部分熔融。赛马碱性杂岩侵位时代(225.8±1.9 Ma)可能代表了华北克拉通北缘岩石圈开始伸展减薄的时间,也是郯庐断裂形成的时间。

矿物微-纳尺度硫同位素分析及在东营凹陷油气成藏的应用示范

黄铁矿等硫化物离子探针硫同位素分析已经广泛应用在成矿机理、古环境重建、大气环境硫源示踪及行星演化等研究中。纳米离子探针(CAMECA Nano SIMS 50L)的使用将硫化物硫同位素分析空间分辨率提升到微纳尺度(1μm~100nm),实现了分辨率1~2μm、精度0.5‰(1SD)的硫同位素点分析方法,分辨率100nm、精度1‰的硫同位素图像分析方法。为了进一步优化分析流程拓展纳米离子探针硫同位素的应用,本文系统比较了纳米离子探针微纳尺度硫同位素点分析方法、图像分析方法的各自特点及分析流程;并以东营凹陷北带沙四段黄铁矿为研究对象,联合采用了纳米离子探针硫同位素点分析和硫同位素图像分析手段,对黄铁矿微细结构进行分析,从而揭示了储层中黄铁矿成因及其油气成藏的指示意义。

天然气中硫化氢含量及硫同位素联测方法

我国含硫化氢天然气勘探潜力巨大,硫化氢成因、来源、形成机制为石油工作者所关注。硫化氢含量及硫同位素是两项常用且重要的判识指标。因硫化氢的强毒性,国内很多实验室较少检测或取消了此类检测项目。通过前处理流程优选硫化氢转化试剂,同时通过改进同位素质谱仪配套设备——调试硫同位素法拉第杯离子束聚焦等参数,安装特制色谱柱、特氟龙管路、硫反应管等,搭建了硫化氢含量及硫同位素联测技术平台;其次将高纯二氧化硫标准气替换为低浓度、低压力、小体积的工作标准气,通过系统条件实验探索(稳定性,标样分析等),确定最优实验条件;最后将反应生成的固体沉淀物送入质谱仪中进行硫同位素组成信息的检测,通过与标准纯含硫物质同位素组成的信号对比,计算出待测气体中硫化氢含量。用该方法对鄂尔多斯盆地大牛地气田、富县气田、鄂西渝东红星地区部分含硫化氢天然气进行硫化氢含量和硫同位素测试,所测结果稳定、精度良好,同时与外部实验室比对结果吻合。与传统方法比,该方法一次进样可得到硫含量和硫同位素数值;优选醋酸银试剂一步化学法一次性转化,减少同位素分馏;另一方面将硫化氢转化为固态硫化银,与标准物质硫化银硫同位素直接对比,同位素溯源结果更具可靠性;以低浓度、低压力、小体积的二氧化硫作为工作标准气,降低了实验室安全风险和仪器损害,满足环保安全需求。

宁芜矿集区多阶段火山作用岩浆源区的转变:来自侵入岩锆石Hf-O同位素特征的记录

宁芜玢岩型铁矿矿集区是中国东部重要的铁矿矿集区之一。宁芜矿集区在早白垩世135~126 Ma间连续发育了成分和源区相似的4组火山作用旋回,并伴随有两大类侵入岩发育:一类为辉石闪长玢岩-闪长玢岩,与玢岩型铁矿床的形成密切相关,主要发育于大王山火山旋回晚期(约131 Ma);另一类为花岗岩类侵入岩,形成于铁矿化之后,成岩时代与姑山和娘娘山火山旋回相近(130~126 Ma)。两类侵入岩源区的差异与联系目前尚未揭露。本次研究通过对两类侵入岩锆石年代学、Hf-O同位素特征的研究,区分了不同侵入岩源区差异。结果表明,与成矿母岩同旋回侵入岩锆石的δ^(18)O集中于6.0‰~6.5‰,εHf(t)集中于-6.0~-5.0;成矿后形成的花岗岩类侵入岩锆石的δ18O集中于7.0‰至8.0‰,ε_(Hf)(t)分布于-8.7~-1.2。结合前人研究,区内岩浆活动存在有富集地幔、太古代地壳和新元古代地壳3个岩浆源区,4个火山作用旋回的岩浆源区在130 Ma左右发生了改变。130 Ma之前的龙王山和大王山火山旋回的岩浆岩源区主要为受太古代地壳混染的富集地幔,而130 Ma之后的姑山和娘娘山火山作用旋回的岩浆岩源区主要为受新元古代地壳混染的富集地幔。多阶段火山作用中只有大王山旋回的闪长玢岩与玢岩型铁矿的形成有关。相比较其他火山旋回,大王山旋回具有更高的富集地幔组分以及更少的新元古代地壳的混染。因而,岩浆中较高比例的富集地幔含量是控制玢岩型铁矿形成的关键因素之一。

基于氡同位素的平原湖荡枯水期湖水地下水补排通量

水是人类生存之源,而湖荡被称为地球之“肾”,是河湖水系连接的关键缓冲节点,与人类生存和发展息息相关。长三角平原水系众多,河流纵横,天然湖泊与人工沟渠遍布,平原湖荡湖水与周边地下水的水力联系较为频繁,而地下水对湖泊水均衡贡献尚不明确,对平原湖荡地下水赋存和运移规律的认识不足。本研究以苏州吴江区元荡湖为研究对象,选取氡同位素作为湖水和地下水水力交换过程的示踪剂,建立氡箱模型,揭示元荡湖不同区段与地下水的水力联系过程和补给关系,并通过水位动态验证分析湖水—地下水交互关系。枯水期元荡湖水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,其中以湖泊西侧较为明显,地下水入流补给的氡为7.137×10^(6)Bq/d,输入量源项占比为90%,地下水流入量为4540.801 m^(3)/d,地下水每日流入量对元荡湖水量的贡献率为2.551%。参数敏感性分析结果表明,风速与地下水^(222)Rn活度为特别敏感参数,取值差异较大时会导致计算误差急剧增大,改善测点布置和提高模型参数精度能有效提高模型计算结果的准确性和可靠程度。借助氡同位素示踪方法,建立湖泊氡箱模型,是研究平原湖荡内地下水补、径、排特征的有效方法。本研究在一定程度上加深了对平原湖荡区域水量均衡的认识,有助于了解平原湖荡水均衡和水循环机制,为平原湖荡水资源开发利用与环境保护提供数据支撑。

毛乌素沙地包气带气态水同位素特征及其运移规律

为揭示包气带气态水在大气、土壤和地下水之间交换对内部水与能量传递的响应,该研究应用原位监测、同位素示踪与数值分析相结合的方法,对毛乌素沙地包气带气态水时空变化特征与运移规律进行分析。结果表明,受大气水汽来源和局地循环影响,降水δD_(L)和δ^(18)OL值均表现出春夏富集、秋冬贫化。各深度土壤气态水δ^(18)O_(a)与液态水δ^(18)OL值呈显著正相关(P<0.01),但在季节上,春夏季为极显著线性正相关(P<0.01),而秋冬季则无显著相关性(P=0.12)。表层水汽通量的增大伴随δ^(18)O_(a)富集,而水汽密度夏季的增大和冬季的减小均表现出表层δ^(18)O_(a)富集,夏季蒸发比冬季冻结更能引起表层土壤δ^(18)O_(a)富集。受包气带温度梯度驱动影响,夏季土壤深部气态水接受浅层水汽补给,冬季浅层接受中深层水汽的补给,而春、秋季剖面分别存在温度聚合和发散零通量面,使得补给关系复杂。该研究明确了土壤δ^(18)O_(a)的变化受水汽迁移模式、大气蒸发能力和土壤冻融的共同控制,表层δ^(18)O_(a)的富集在冬季受蒸发与向上的水汽传输共同影响,而夏季主要受土壤水的昼夜蒸发与凝结循环作用所致,该结果为厘清土壤水汽迁移机制以及进一步阐明包气带水循环过程提供科学依据。