同位素地球化学5 (2).ppt

第6章 同位素地球化学Part Part ⅤⅤ2018/8/101第5章 同位素地球化学PartⅤ6.36.3 稳定同位素地球化学稳定同位素地球化学v6.3.1 稳定同位素基础及分馏机理v6.3.2 氢、氧同位素地球化学v6.3.3 硫同位素地球化学v6.3.4 碳同位素地球化学Date2第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.36.3.3 硫同位素地球化学硫同位素地球化学u6.3.3.1 自然界中硫同位素的分馏作用u6.3.3.2 自然体系中硫同位素组成u6.3.3.3 硫同位素地质温度计u6.3.3.4 硫同位素在成矿作用中的示踪意义Date3第5章 同位素地球化学PartⅤØ32S——95.02%Ø33S ——0.75%Ø34S—— 4.21%Ø36S ——0.02%Ø硫同位素组成表示： Øδ 34S （‰）= [(34S / 32S)样品/ (34S / 32S)PDB－1]×1000 硫稳定同位素种类硫稳定同位素种类Date4第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.3.1 自然界中硫同位素的 分馏作用自然界硫分馏显著Date5第5章 同位素地球化学PartⅤDate6第5章 同位素地球化学PartⅤØ① 化学动力学分馏—氧化和还原 反应中产生的同位素分馏。

ØH234S+32SO42－→ H232S+34SO42－（α=1.075） Ø分馏系数与温度呈反相关硫同位素分馏机制Date7第5章 同位素地球化学PartⅤDate8第5章 同位素地球化学PartⅤØ生物成因硫化物的δ 34S （‰）一般小 于0，负值越高生物成因可能性越大 ②② 生物动力分馏生物动力分馏Date9第5章 同位素地球化学PartⅤ生物成因硫化物硫同位素组成特点生物成因硫化物硫同位素组成特点♣① 还原成因硫化氢或硫化物中富32S ，富集程度超过原始的硫酸盐，因而 δ 34S 小于0； ♣② 硫化氢或硫化物的32S富集程度与 还原程度有关Date10第5章 同位素地球化学PartⅤ③③ 热力学平衡分馏热力学平衡分馏Ø平衡共生条件下，不同价态硫同位素分馏 特征为： Øδ34S值S2－＜HS－＜S0＜SO2＜SO42－Date11第5章 同位素地球化学PartⅤ在平衡状态下， δ34S硫酸盐＞＞ δ34S硫化物Ø1）硫酸盐34S值： Ø铅矾＜重晶石＜天青石＜石膏； v2）硫化物δ 34S 值： v辉铋矿＜辉锑矿＜辉铜矿＜方铅矿＜斑铜矿＜黄铜矿＜闪锌矿＜黄铁矿＜辉钼矿Date12第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.3.26.3.3.2 自然体系中硫同位素组成自然体系中硫同位素组成Ø1. 大气圈、水圈和生物圈硫同位素组成 Ø2. 各类地球岩石硫同位素组成Date13第5章 同位素地球化学PartⅤ1. 1.大气圈、水圈和生物圈硫同位素组成大气圈、水圈和生物圈硫同位素组成①大气硫存在形式：气溶胶中硫酸盐和气态H2S、SO2。

②大气硫来源A 天然来源火山喷发H2S、SO2 (δ 34S =－10‰~10‰)；海水蒸发盐δ 34S =20‰)；生物成因的H2S和有机硫δ 34S =－30‰~10‰)； B 人工污染金属硫化物矿石冶炼；石膏粉尘Date14第5章 同位素地球化学PartⅤ③水圈发生复杂的氧化-还原作用水中 溶解的SO42－被细菌还原成H2S， δ 34S 值可降低0~50‰；④生物体中的硫主要赋存在蛋白质中，生 物体通过还原硫酸盐形成有机硫无论是淡水植物还是海洋生物，δ 34S 值都低于溶解的硫酸盐Date15第5章 同位素地球化学PartⅤ2. 2. 各类地球岩石硫同位素组成各类地球岩石硫同位素组成Ø①岩浆岩：v1)基性-超基性岩vδ 34S值与陨石硫相似，变化范围小，为－1~2‰v2)酸性岩浆岩vδ 34S值= －10 ‰ ~10‰，变化大，但总均值接近0v3)中酸性火山喷出岩vδ 34S值变化范围比对应的深成岩大，且一般为正值 Date16第5章 同位素地球化学PartⅤDate17第5章 同位素地球化学PartⅤ2. . 各类地球岩石硫同位素组成各类地球岩石硫同位素组成Ø② 沉积岩：v开放系统中：硫酸盐和硫化氢的δ34S值稳定。

v封闭系统中：硫酸盐δ 34S值渐大，还 原形成的硫化氢δ34S值渐大Date18第5章 同位素地球化学PartⅤDate19第5章 同位素地球化学PartⅤØδ 34S= －20 ‰ ~20‰v组成与变质岩原岩、变质作用过程 中的W/R反应和同位素交换，以及 变质脱气等有关③③ 变变 质质 岩岩Date20第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.3.3 6.3.3.3 硫同位素地质温度计硫同位素地质温度计* *Ø1.原理、前提及公式： Ø1000lnα=δa－δb=A×106/T2 Ø2.共生矿物对硫同位素平衡标志 Ø硫化物δ 34S值：辉铋矿＜辉锑矿＜辉铜矿 ＜方铅矿＜斑铜矿＜黄铜矿＜闪锌矿＜黄 铁矿＜辉钼矿 Ø3. 常用的硫同位素地温计Date21第5章 同位素地球化学PartⅤDate22第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.3.4 硫同位素应用Ø1. 判断成岩成矿物质来源 Ø2. 硫同位素地层学Date23第5章 同位素地球化学PartⅤDate24第5章 同位素地球化学PartⅤDate25第5章 同位素地球化学PartⅤDate26第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.4 碳同位素地球化学Date27第5章 同位素地球化学PartⅤ稳定同位素 12C（98.892%）v13C（1.108% ）v 14C是放射性同位素Ø碳同位素组成表示：vδ13C(‰)= [(13C/12C)样品/(13C/12C)PDB－1]×1000碳同位素种类碳同位素种类Date28第5章 同位素地球化学PartⅤu主要为含碳矿物，如方解石、白云石 、大理石、菱铁矿、菱镁矿等全岩样品 ；u现在发展到包裹体中的甲烷、二氧化 碳，以及石油、天然气和有机物中的含 碳组分。

适合碳同位素测定样品适合碳同位素测定样品Date29第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.4.1 6.3.4.1 碳同位素分馏碳同位素分馏Date30第5章 同位素地球化学PartⅤØ使12C富集在植物中 Ø植物乃至整个生物界及有机成因的煤、 石油和天然气等都富集12C，平均δ13C= －25‰，而与其平衡的大气的δ13C=－ 7‰ 1 1 光合作用光合作用Date31第5章 同位素地球化学PartⅤu 13CO2+H12CO3－= 12CO2+H13CO3－ vα=1.014q13CO2+12CO32－ = 12CO2+13CO32－ vα=1.0122 碳同位素交换反应Date32第5章 同位素地球化学PartⅤØ碳是变价元素，不同价态化合物中，13C倾向于富集在高价化合物中›δ13C：vCH4＜C＜CO＜CO2＜ CO32－ Ø3. 氧化还原反应Date33第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.4.26.3.4.2 自然体系中的碳同位素组成自然体系中的碳同位素组成Ø碳是变价元素 Øδ13C值变化范围很大 Ø最重的碳出现在碳酸盐中，最轻的碳出 现在生物成因的甲烷中。

Date34第5章 同位素地球化学PartⅤDate35第5章 同位素地球化学PartⅤv① 陨石 v碳存在形式：碳、碳化物、金属相中 的固体溶液、碳酸岩和有机化合物； v碳组成范围很宽，δ13C=－27‰~70‰ ， v陨石中总碳δ13C=－5‰~17‰1. 1.陨石和月岩陨石和月岩Date36第5章 同位素地球化学PartⅤØ存在形式：CO/CO2/金属碳化物v月岩碳同位素特点②② 月月 岩岩Date37第5章 同位素地球化学PartⅤØ碳形式：u①氧化态-碳酸根离子、碳酸盐和CO2包裹体， δ13C= －10‰~5‰ ；u②还原态-石墨、金刚石、碳质薄墨和烃类有机 物等， δ13C= －50‰~ － 10‰ u金刚石集中在δ13C= －5‰~ － 7‰ 2. 2. 火成岩火成岩Date38第5章 同位素地球化学PartⅤØ寒武纪到第三纪的海相碳酸盐δ13C接近 于0随着地质时代的不同在剖面上可能 存在突变点 Ø淡水碳酸盐δ13C值较小，平均为－ 4.93+2.57 ‰ Ø沉积岩中的有机碳δ13C值同样很低，为 －15‰~ － 40‰3.沉积岩Date39第5章 同位素地球化学PartⅤDate40第5章 同位素地球化学PartⅤu①煤的δ13C值：v（ －22‰~ － 28‰ ）/－ 25‰，接近陆生植物 。

u②石油 δ13C值：v（ －35‰~ － 18‰ ）/ － 28‰ ，4. 化石燃料/有机体系Date41第5章 同位素地球化学PartⅤ§ 有机成因CH4 的δ13C值较低（ －110‰~ － 50‰ ），有机同源的甲烷系列物的δ13C值随 C数增多而增大vδ13C1＜ δ13C2 ＜ δ13C3 ＜ δ13C4u无机甲烷δ13C值为－40‰~ － 3.2‰ 甲烷 同源烃类的δ13C值与C数增加趋势与有机相 反③ 天然气分为无机和有机成因Date42第5章 同位素地球化学PartⅤv湖水：δ13C= －8‰~ －16‰ v河水：δ13C= －10‰ v海水：δ13C= 0‰ v植物：›δ13C水生植物 ＞δ13C陆生植物（-34~-24 ‰ ）›δ13C海水植物 ＞δ13C淡水植物›δ13C沙漠植物 ≈δ13C海洋植物（ -23~-6 ‰ ）›海洋动物的碳酸盐介壳的δ13C≈0 ‰5. 5. 水圈、生物圈水圈、生物圈Date43第5章 同位素地球化学PartⅤ6.3.5.36.3.5.3 碳同位素地球化学示踪碳同位素地球化学示踪Ø1. 地幔去气vδ13CCO2＞δ13C碳酸盐＞δ13C金刚石＞δ13CCH4 Ø2. 成矿流体来源 Ø3. 确定原油形成环境 Ø4. 地层学 Ø5. 地-气交换过程中的碳同位素示踪Date44第5章 同位素地球化学PartⅤDate45第5章 同位素地球化学PartⅤDate46第5章 同位素地球化学PartⅤ自自 学学 思思 考考 题题v1. 硫和碳同位素组成及表示v2. 硫和碳同位素分馏机理v3. 不同地质体的硫和碳同位素组成v4. 硫和碳同位素应用：地质温度计、成 岩成矿物质来源示踪、地层学等 Date47第5章 同位素地球化学PartⅤu同位素地质年代学是以放射性同位素衰变定律为基础 建立的同位素计时方法，用于测定各种地质体和地质 事件的年龄。

u前提：体系的同位素封闭性，没有后期的地质作用的 影响而发生同位素母/子体带入或带出；用来测年的放 射性母体的半衰期与所测地质体年龄大体相当，并且 衰变常数和母子体同位素的相对丰度已知；研究体系 中母子体同位素比值能精确测定u自然界放射性母体-子体元素的地球化学分异和放射性 母体衰变造成的同位素成分变化，可以用来示踪地质 体的物质来源、演化及其过程，这是放射性同位素地 球化学研究的主要内容小 结Date48第5章 同位素地球化学PartⅤu本章介绍了地质学最常用的K-Ar、Ar-Ar、Rb-Sr、 Sm-Nd、U-Th-Pb法同位素定年体系与示踪方法u由于40K的半衰期较短，往往适合较年轻的火成岩定年 ；uRb-Sr法比较适合中酸性火成岩定年；基性-超基性火 成岩中Rb含量低，一般难于用该法定年，常常使用Sm -Nd法定年；单颗粒锆石uU-Pb法，往往是确定锆石火成岩的十分有效的方法u对于变质岩而言，由于K-Ar体系易于受变质作用重置 ，因此所得年龄往往代表最后一次热事件的年龄；绿片 岩相以上的变质岩Rb-Sr年龄也可以反映变质年龄； Sm-Nd体系不易破坏，麻粒。