地质流体稳定同位素示踪..docVIP

硕士研究生《地质流体稳定同位素示踪》试题 一、 名词解释（2×5分） 1、同位素效应 由同位素质量差所引起的物理和化学性质上的差异。 2、同位素分馏 指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或两相中的现象，是同位素效应的表现。 3、同位素分馏系数 在同位素分馏达到平衡的条件下，两种物质中某元素的相对同位素之比值称为同位素分馏系数。αA-B=RA/RB 4、瑞利分馏 分离前不同物相之间保持着热力学平衡并处于封闭状态，但分离后一相物质不断离开体系，不再与另一相保持平衡。这种在开放体系中进行的过程称之为瑞利过程，在瑞利过程中发生的同位素分馏称之为瑞利分馏。 5、等时线 isochron，是指构成单独热液体系的不同岩石所遵循的全部轨线族上所有时间相等位置点的连线。 二、 简答题（10×3分） 1、简述αA-B、δA 、δB 和△A-B的含义和数学表达式，推导三者数学关系。 答：（1）含义和数学表达式： ① αA-B表示在热力学平衡条件下，A、B两物质之间的同位素分馏系数，αA-B=RA/RB； ② δA表示A物质的同位素比值相对于某标准的该同位素比值的千分差；δB表示B物质的同位素比值相对于某标准的该同位素比值的千分差。 δA(‰)=[(RA/RSt)-1]×1000，δB(‰)=[(RB/RSt)-1]×1000，其中RSt为某一标准的同位素比值。 ③ △A-B表示某同位素在A、B物相中的同位素分馏值，△A-B=δA-δB。 （2）三者数学关系的推导： αA-B=RA/RB=(RA/RSt)/(RB/RSt)= (δA/1000+1)/(δB/1000+1)= (δA+1000)/(δB+1000)； 等式两侧取对数得，lnαA-B=ln[ (δA+1000)/(δB+1000)]；lnαA-B=ln(δA+1000)-ln(δB+1000)； 利用泰勒式: ln(δA+1000)=ln1000+ln(δA/1000+1)=ln1000+δA/1000-(δA/1000)2/2+(δA/1000)3/3-(δA/1000)4/4+…+（-1）n-1(δA/1000)n/n+(-1)n(δA/1000)n+1/(n+1)(1+θ(δA/1000))n+1 , (0θ1); 利用极限定理，ln(δA+1000)≈ln1000+δA/1000； 同理可得，ln(δB+1000) ≈ln1000+δB/1000； 故而，lnαA-B=ln(δA+1000)-ln(δB+1000) ≈ ln1000+δA/1000-(ln1000+δB/1000)=10-3(δA-δB)； 即：103 lnαA-B=δA-δB=△A-B。 2、简述几种检测同位素分馏平衡的常用方法。 答：(1) 共生顺序判别法 在热力学同位素平衡条件下，共生矿物之间的重同位素富集顺序有规律地升高或降低，结果表现出为矿物之间的同位素组成呈规律性的变化，从而构成了矿物同位素组成的共生顺序。如果共生矿物的同位素组成与平衡顺序相反，指示它们之间或者处于同位素不平衡状态，或者是不同阶段的产物，或者是不同温度下形成的。 常见矿物的稳定同位素组成共生顺序有： ①氢同位素（D）：高温（500℃）：锂云母白云母金云母角闪石黑云母黝帘石； 低温（400℃）：蛇纹石高岭石绿帘石伊利石/蒙脱石勃姆石水镁石针铁矿。 ②氧同位素（18O）：石英方解石碱性长石高岭土白榴石电气石硬玉蓝晶石多硅白云母钙长石白云母绿帘石蛇纹石绿泥石顽火辉石透闪石透辉石普通角闪石金云母黑云母硅灰石榍石锆石石榴子石橄榄石金红石磁铁矿钛铁矿赤铁矿晶质铀矿刚玉尖晶石。 ③碳同位素（13C）：白云石方解石CO2石墨CH4。 ④硫同位素（34S）：硫酸盐辉钼矿黄铁矿闪锌矿≈磁黄铁矿黄铜矿斑铜矿方铅矿辉铜矿辉锑矿辉铋矿辉银矿。 (2) 等温线法 这种方法基于同位素分馏方程表达式:△1-2-C1-2=A1-2×106/T2。通常选一种最富集重同位素的矿物作为参考矿物（Re），这种矿物与矿物集合体中的其他矿物（Mi）依次配对，以（δRe-δMi）-CRe-Mi为Y轴、ARe-Mi为X轴作图。如果这些共存矿物处于相同温度下的同位素平衡状态，可得到斜率为106/T2的一条直线，并且此直线通过原点，平衡温度由斜率106/T2计算得到；如果不为106/T2斜率的直线，则表示同位素不平衡。对于多种矿物对可根据拟合的直线斜率由Ｋ＝106/T2计算出T。 对于扩散控制的同位素交换来说，快速冷却的体系，具有不同同位素扩散速率的矿物在冷却过程中必须具有几乎一致的扩散封闭温度才能得到一条直线；缓慢冷却的体系，有不同同位素速率矿物构成的等温线有时会给出较低的表面温度，这