蒸发岩序列中氯化物盐的氯同位素分馏效应及应用——兼论塔里木盆地、柴达木盆地古代岩盐的沉积阶段

卤水蒸发析盐到晚期阶段,才有可能析出溶解度极大的钾盐类矿物,因此在一个成盐盆地要找到钾盐矿床,除判断物源特征外,还必须找到最晚沉积阶段的区域和层位。本文通过对实验室配制溶液和盐湖卤水蒸发析出的不同氯化物矿物、钾盐矿床沉积序列不同阶段盐类矿物对比分析,讨论了氯同位素的分馏规律。结果表明,不同蒸发浓缩阶段的氯化物盐,氯同位素发生显著分馏。一般钾盐沉积层位的石盐δ^(37)Cl值小于0,钾石盐及其以后沉积的氯化物δ^(37)Cl值小于-0.5‰,特别是钾石盐以后析出的氯化物更为偏负,光卤石一般小于-1.00‰,而钾盐沉积阶段之前早期沉积石盐的δ^(37)Cl值显著偏正。因此,δ^(37)Cl值是判断岩盐沉积阶段的有效指标。基于此,对塔里木库车盆地第三纪、莎车盆地白垩-第三纪部分代表性盐矿点以及柴达木盆地西部不同构造单元、不同层位第三纪岩盐沉积做了氯同位素分析。初步结果表明塔里木莎车盆地晚白垩世岩盐的沉积阶段明显晚于库车盆地第三纪沉积,特别是莎车盆地喀什次级凹陷δ^(37)Cl值最低,大部分样品小于-0.5‰,推测该区成盐古卤水已浓缩到晚期或接近晚期钾盐沉积阶段,应是今后一重点开展钾盐找矿的区域。柴达木盆地油墩子、南翼山地区中新统、上新统蒸发岩沉积序列δ^(37)Cl值普遍偏正,推测当时卤水浓缩演化可能只达到石盐沉积阶段,浓缩到后期阶段的富K^+、Mg^(2+)盐溶液随西部隆起迁移到柴达木盆地南部地区,因此认为第三纪地层虽然石盐沉积层位多,厚度大,但找到大规模钾盐矿床的可能性不大。

昆特依盐湖氯同位素特征及古气候意义

于1994－1996年，采用高精度正热电离质谱测定氯同位素（δ37Cl）的方法，对青海柴达木盆地昆特依盐湖区的盐湖卤水、湖底盐类矿物、油田水以及该地区的盐类沉积物钻孔剖面的δ37Cl值进行了初步研究。结果表明，该地区的δ37Cl值（卤水）变化范围在-2．05‰—1．04‰，盐湖卤水的δ37Cl值较低，这与卤水的相对密度及pH值有关；盐类沉积钻孔剖面的δ37Cl值呈现自下而上逐渐降低的趋势，这一变化与该地区的古气候变化有关。盐类沉积的δ37Cl值研究将会对高原干旱、蒸发环境条件下湖相沉积古气候演化的研究提供一种新的手段。

氯化物型钾盐矿床氯同位素地球化学的初步研究

根据国内外许多钾盐矿床大量样品测定的结果，通常石盐（岩）的３７Ｃｌ／３５Ｃｌ比值和δ３７Ｃｌ值高于钾石盐（岩），而钾石盐（岩）又高于光卤石（岩），说明这些蒸发岩是在不同水体、不同浓缩阶段形成的，是氯同位素分馏作用长期进行的结果。这些蒸发岩的氯同位素组成与其Ｂｒ、Ｋ、Ｍｇ含量变化有密切关系。今后在我国找钾过程中，应把氯同位素组成及其Ｂｒ、Ｋ、Ｍｇ含量结合起来，作为找钾标志考虑。

稳定氯同位素地球化学研究进展

地球卤素元素含量相对稀少,相对而言氯为最常见的卤素元素。氯是一种挥发性元素,具有强烈的亲水性。自然界氯两个稳定同位素^35Cl和^37Cl,其相对丰度分别为75.76%和24.24%。文章综述了氯在各个地质储库的特征、稳定氯同位素分馏的控制因素以及氯同位素的地质应用三大方面的研究进展。地球主要储库中蒸发岩、海水、岩浆岩、沉积物、变质岩、地幔的氯同位素组成分别为-0.5‰^+0.8‰、0.00±0.05‰、-1.12‰^+0.79‰、-3.0‰^+2.0‰、-3.6‰~0、-1.9‰^+7.2‰。地外(月球、火星及其他小行星4-Vesta)氯同位素组成变化范围分别为-4‰^+81.1‰、-5.6‰^+8.6‰、-3.8‰^+7.7‰。相对地球上氯同位素δ^37Cl的变化范围(-14‰^+16‰),月球和火星δ^37Cl的变化范围可达-5.6‰^+81‰,表明挥发分氯在地内和地外迁移循环过程中有显著不同同位素分馏主控机制。已经探明氯同位素分馏受控于物理过程(如扩散、离子过滤、沉淀溶解作用、火山作用)和化学作用(如水岩作用、变质作用,尤其是蛇纹石化作用)等。扩散作用、淋滤作用和火山作用富集重同位素,沉淀作用结晶盐δ^37Cl先减小后上升,而蛇纹石化过程中多种因素共同影响。与其他指标结合,氯同位素地球化学可用于有效指示钾盐矿床远景区,评估示踪地下水的来源和演化路径、示踪污染物源区和量化生物修复、探究矿化流体来源、指示行星演化岩浆海洋脱气等过程。

柴达木盆地氯同位素组成特征

采用正热电离高精度测定Ｃｌ同位素的方法对我国柴达木盆地水体及盐类沉积的Ｃｌ同位素组成进行了精确测定，结果表明，柴达木盆地Ｃｌ同位素组成存在着明显的变化。各种水体的平均δ３７Ｃｌ值顺序为：河水（０．９４‰）＞咸水湖水（－０．２‰）＞油田水（－０．６２‰）＞盐湖卤水（－０．９７‰）。卤水具有最低的δ３７Ｃｌ值，这是盐湖卤水蒸发析盐的结果。盐湖卤水与共存盐类矿物间的分馏系数为１．０００１－１．００２１。来自马海盐湖地区钻孔盐类沉积垂直剖面的δ３７Ｃｌ值为０．００‰－１．０５‰。盐湖卤水的δ３７Ｃｌ值与卤水的水化学类型、ｐＨ值、密度、Ｃｌ的浓度以及Ｃｌ的物质来源有关，因此，盐湖卤水的Ｃｌ同位素组成研究将成为盐湖形成演化环境和盐湖物质来源研究方面新的重要手段。

贵阳地表水-地下水的硫和氯同位素组成特征及其污染物示踪意义

喀斯特地表水和地下水的交换活跃,地下水系统容易受到地表污染物的污染。为了解喀斯特城市地表水—地下水系统污染特征和污染物质来源,对贵阳市地表水、地下水、雨水和城市排污污水的硫同位素和氯同位素组成变化进行了研究。贵阳市不同类型水体的δ37Cl值在-4.07‰～+2.03‰之间变化,δ34SSO4值变化为-20.4‰～+20.9‰。大气输入物质和城市排污污水的δ37Cl、δ34S及Cl-/SO42-比值与地表水和地下水的不同,稳定硫和氯同位素的结合研究为示踪地下水污染物来源提供了有效研究手段。贵阳市地下水中的Cl-和SO24-至少有4种来源,人为活动通过城市排污和大气输入向地下水系统大量输入了硫酸盐和氯离子。

氯代挥发性有机物(VOCs)氯同位素测试技术及其在地下水污染中的应用研究进展

在有机氯污染的研究中,氯同位素(37C l)的应用能够在原子水平上识别污染源并研究污染机理,为更加有效地研究地下水的有机污染提供了有利的工具。综述了8种氯代VOCs氯同位素的测试方法与技术,论述了氯代VOCs氯同位素在识别地下水污染源、监测有机污染物的降解过程、检验防治措施的修复效果、鉴别氯代VOCs的生产厂商、示踪氯代VOCs在土壤和水体中的迁移和混合过程等方面的应用,认为应尽快在国内研制先进的测试流程,开展有机氯同位素分馏机理的研究,加强应用C和C l同位素技术对氯代VOCs污染和检测修复效果的研究。

稳定氯同位素及其应用地球化学研究

稳定氯同位素的分馏作用有限,同位素比值变化小,测定精度要求高。在很长一段时期内,人们一直未能发现自然界稳定氯同位素组成的变化。随着测定技术的不断发展,氯同位素的分馏效应逐渐得到证实,并引起了人们的广泛关注。国内外学者已将氯同位素应用于海水、地表河流水、地下水、盐湖、古代蒸发岩(盐)和热液矿床等方面的地球化学研究中,对水体演化和矿床成因进行了较为深入的探讨和分析,并取得了一定的研究进展。这些研究工作充分表明氯同位素在水体演化和成矿理论研究以及矿产勘查等方面有着独特优势,尤其在我国开展蒸发岩(盐)氯同位素地球化学研究具有很大的发展潜力和广阔的应用前景。但氯同位素的应用地球化学研究目前尚处于发展时期,更深入的研究还有待于测定方法的进一步完善以及对不同地球化学体系氯同位素的系统测定和研究。

硼、氯同位素测定方法及地球化学研究进展

近十年来，由于高精度硼、氯同位素测定方法的建立，硼、氯同位素地球化学在研究的深度和广度上都得到了快速发展。硼、氯同位素地球化学的研究已在海洋、盐湖、地下水、蒸发岩、热液矿床、环境等方面开展，并显示出在解决一些地学问题方面所具有的良好前景。该文简要概述了目前国内外硼、氯同位素测定方法和在地球科学的一些领域应用方面取得的成果和进展。

马海盐湖区卤水和盐类矿物的氯同位素特征及意义

采用以Ｃｓ２Ｃｌ＋为发射离子的高精度正热电离质谱方法，对柴达木盆地马海盐湖区卤水和共存的盐类沉积、河水、钻孔盐类沉积中的氯同位素组成进行了精确的测定．该地区盐湖卤水氯同位素组成表明，在相同的蒸发沉积环境地质条件下，地表卤水δ３７Ｃｌ变化范围为－１．５５‰到０．５３‰。盐类沉积垂直剖面的δ３７Ｃｌ值变化范围在０．００‰。到１．０５‰。在此基础上，初步研究了利用卤水及盐类矿物氯同位素组成变化追踪盐湖补给水来源及盐湖古气候变化．

柴达木盆地盐湖卤水硼、氯同位素的水化学特性探讨

通过对柴达木盆地盐湖硼、氯同位素组成和相应的水化学参数关系的讨论，揭示了盐湖卤水中硼、氯同位素组成变化与盐湖卤水演化之间的关系。盐湖卤水的硼同位素组成主要是与盐湖补给水的硼同位素组成和 Ｃａ 离子含量有关，氯同位素组成是受卤水的蒸发程度所控制。硼、氯同位素之间存在负相关关系。

基于GasBench-IRMS的挥发性氯代烃碳氯同位素指纹特征分析

挥发性氯代烃(VCHs)是一种有毒工业原料。近年来,我国地下水VCHs污染日趋严重,而寻找地下水中VCHs的污染源是其污染防治的难点和关键。为了查明国内VCHs的碳、氯同位素组成特征,为地下水VCHs污染源解析提供二维同位素信息,利用一种单体碳、氯稳定同位素分析新技术,对国内3个厂商生产的4种VCHs试剂(TCE、PCE、DCM、CT)进行了测试,并与国外数据进行了对比。结果显示,国内VCHs试剂的δ13CPDB值在-51.09‰^-24.62‰之间,δ37ClSMOC值在-1.23‰~6.73‰之间。生产原料、生产工艺的差异使得不同厂商生产的VCHs试剂具有不同的碳、氯同位素组成,即"同位素指纹"特征,与单一同位素相比,二维同位素能够更好地表征这种特征,可为地下水中VCHs的来源解析提供更加可靠的依据。

盐湖中盐类矿物沉积过程中氯同位素效应的初步研究

采用Ｃｓ２Ｃｌ＋离子正热电离质谱测定氯同位素的方法，初步研究了盐湖卤水中盐类矿物结晶过程中的氯同位素分馏．研究结果表明，在自然条件下，盐类矿物自盐湖卤水中结晶时，３７Ｃｌ优先进入固相，这是造成盐湖卤水中氯同位素组成变化的重要因素．但在实验室条件下，盐类矿物自盐湖卤水中快速结晶时，则有相反的氯同位素分馏发生，即３５Ｃｌ优先进入固相，本文初步讨论了这种绝然相反的氯同位素分馏的机理．

以氟利昂-11为介质离心分离碳和氯同位素

为同时获得高丰度的碳-12和氯-35同位素,以氟利昂-11(CCl_3F)作为分离介质,采用气体离心法分离同位素。使用国产离心机开展碳和氯同位素的单机分离,采用质谱法分析分离性能。通过对生产高丰度碳-12和氯-35同位素的级联理论计算表明,使用总级数为24级、供料级为第3级的取料端有回流的矩形级联可以同时获得丰度大于99%的碳-12和氯-35同位素。实验结果和级联计算为高丰度碳-12和氯-35同位素的制备提供依据,该方法理论上也可用于高丰度碳-13和氯-37同位素的制备。

氯化物型钾盐矿床氯同位素地球化学研究

根据国内外许多钾盐矿床大量样品测定的结果：通常石盐（岩）的37Cl／35Cl比值和δ37Cl（％）值高于钾石盐（岩）；钾石盐高于光卤石（岩）。例如：西班牙Catalonia盆地钾盐矿床，其石盐岩为0．31958—0．31941和＋1．002─＋0．470‰，钾石盐岩为0．31913和─0．407‰，光卤石岩为0．31887和─1．221‰，等等。这说明了这些蒸发岩是在水体浓缩的不同阶段形成的，是氯同位素分馏作用长期不断进行的结果。其氯同位素组成与Br、K和Mg含量有着密切关系。困而在我国找钾过程中，可将氯同位素组成及Br、K、Mg含量结合起来作为找钾标志考虑。

海洋的稳定氯同位素组成

用Cs2Cl+正热电高质谱法，测定了海洋中不同区域表层海水样品的稳定氯同位素组成。结果表明海洋中的δ37Cl值并非均匀一致，尤其在高经度地区变化明显。δ37Cl值的变化与海水的盐度和所处的经度有一定机关性。建议使用一个统一确定的海水样品做为稳定氯同位素地球化学研究的氯同位素标准参考物质。

高精度测定稳定氯同位素的制样方法

以Ｔａｖｌｏｒ和Ｇｒｉｍｓｒｕｄ（１９６９）提出的３７Ｃｌ测量的制样原理为基础，介绍了不同地质样品的化学处理方法，研究了ＣＨ３Ｉ的纯化技术，将ＡｇＣｌ转化为ＣＨ３Ｃｌ的过程以及用气相色谱（ＧＣ）法分离ＣＨ３Ｃｌ和ＣＨ３Ｉ的技术。文中详述的制样方法可用来查明近地表地下水和岩石系统中δ３７Ｃｌ的天然变化。

氯同位素测量方法及其地质应用研究新进展

氯有两个稳定同位素^35Cl和^37Cl，在自然界中的丰度分别为75．53％和24．47％．氯同位素的分析方法主要包括气体同位素质谱法和热电离质谱法，目前的分析精度可达0．2‰．氯同位素组成用δ^37Cl表示，它在自然界的变化可达15‰以上（-8．0‰～7．5‰）。氯是上地壳流体中主要的阴离子，在矿物岩石和矿床的形成过程中起着重要的作用，因此研究自然界中氯的分布和运移对于地球科学各个研究领域而言有着重要的意义．目前，氯同位索在大气气溶胶、洋中脊玄武岩、壳幔物质循环过程、热液成矿作用及示踪卤水起源和演化等方面的研究中取得了许多新的重要进展．

氯同位素地质应用研究

氯有两个稳定同位素^35Cl和^37Cl，在自然界中的丰度分别为24．23％和75．77％。自然界中氯同位素的组成变化很小，氯同位素组成的表示方法一般用δ^37Cl值表示：

稳定氯同位素在地球科学研究中的进展

本世纪初到八十年代中期由于氯同位素的测试精度很低（＞１．０‰）导致氯同位素地球科学研究未获得任何进展。１９８４年Ｋａｕｆｍａｎｎ等人建立测试精度高达±０．２４‰的方法，并且首次发现了氯同位素在自然界的变异。在此以后氯同位素的测试精度不断提高，各国学者相继对海水、温泉、火山湖水、油田卤水、地下水盐湖、冰雪、环太平洋的斑岩铜矿和美国密西西比型铅锌矿床造岩矿物和造矿矿物流质包裹体中氯同位素进行了测定并对其中氯同位素的分布规律做了比较深入的研究。在此基础上对各类水体及矿床的成因与物质来源进行了有益的探索，另外还以自然界氯同位素产生分馏的原因及机理做了初步的研究。