稳定同位素原理及在矿床学上的应用.ppt

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1、稳定同位素原理及在矿床学研究中的应用------以氢氧同位素为例曹晓峰2008.111§1、同位素应用原理§2、同位素测试仪器§3、同位素样品采集及加工§4、同位素的应用及注意事项2放射性同位素——原子核不稳定，能自发地衰变成其它的同位素，目前发现的有1200多种。稳定同位素——原子核稳定不能自发地进行某种核蜕变的同位素。不同的同位素具有不同的丰度值称同位素丰度§1.1基本概念3轻同位素（C，H，O，S，N），其同位素组成的变化主要由同位素分馏作用引起放射性成因的Sr、Nd、Pb等同位素组成的变化则主要由母体同位素的放射性衰变引起。4同位素效应——

2、同位素质量差所引起的物理和化学性质的差异。同位素分馏——在一系统中，元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象，用分馏系数又称分离系数α表示。αA-B=RA/RB;RA,RB分别表示两种物质中的同位素比值。5同位素组成值:样品的同位素比值相对于标准样品同位素比值的千分偏差（‰）=（（R样/R标）-1）×1000R样：样品的同位素比值;R标：标准样品的同位素比值0表明样品较标准样品含较重的同位素0表明样品较标准样品含较轻的同位素=0表明样品与标准样品同位素比值一致千分分馏（1000lnα）和同位素分馏值Δ：相对富集系数值——指

3、两物质间的同位素组成差别1000lnα≈ΔA-B=δA—δB6从严格意义上讲，在周期表中所有元素的不同种同位素由于其质量上存在差别，在自然界的各种物理，化学和生物的反应和过程中都会发生同位素分馏，这些反应和过程包括：蒸发作用，扩散作用，吸附作用，化学反应，生物化学反应等等。§1.2同位素分馏78影响同位素分馏的因素（1）同位素质量的影响，是发生同位素分馏的根本原因，差异大，分馏大；（2）化学键性质的影响：一般重同位素优先富集于较强的化学键中。（3）反应温度的影响：温度越高，分馏效应减小，温度足够时→1（高温）（低温）9（1）同位素分馏程度与相对质量

4、差有关：17O/18O≈0.510平衡交换反应：受温度控制：能斯特定律LnK=-（ΔH/RT）+B反应平衡常数：K11瑞利分馏：12§1、同位素应用原理§2、同位素测试仪器§3、同位素样品采集及加工§4、同位素的应用及注意事项13基本原理：带电粒子在磁场中偏转，不同质量数粒子偏转半径不同，从而区分不同的同位素丰度比。——基本方程偏转半径：R——离子轨道曲半径m——原子质量单位U——加速电压B——磁场强度e——电荷（带电荷离子，e=1，e=2……）14离子源信号接收器扇型磁场质谱仪原理示意图15§2.2仪器结构激光探针质谱工作室16气相色谱/热转

5、换/同位素比值质谱计GC/TC/IRMS17§1、同位素应用原理§2、同位素测试仪器§3、同位素样品采集及加工§4、同位素的应用及注意事项181、根据研究对象和目的，选择有效的研究方法：例：研究火成岩成因，最好选用H、O、Sr、Pb等，选择S、C效果就不佳，S、C同位素研究成矿的物理、化学环境却很有效，H、O研究成矿来源，热液蚀变，S、O地质测温，效果较好。§3.1样品选择（采集）的基本原则192、根据研究对象、目的和研究方法，采集有效的样品例如，研究蚀变作用，抗交换能力差的长石，黑云母能灵敏地反映蚀变的情况，抗交换能力的矿物（石英、磁铁矿、白云

6、母）往往能提供蚀变前的原始同位素特征。做地质测温时，石英—长石，不如石英—磁铁矿好，黄铁矿—方铅矿，不如闪锌矿—方铅矿。20§3.2注意事项1、系统性和代表性具体地说就是详细研究地质情况的基础上，采集岩石或矿物样品要分清原生还是次生的，是早期的还是晚期的，以及他们是那个阶段，那个世代形成的矿物。另外还要注意不同地质位置的矿物，岩石样品不能混合，那怕是同种矿物也不能混合，同样不同相带，不同层位和不同构造位置的样品要分开。2、严防污染：由于同位素组成变化较小，如有污染将影响地质分析，如做包裹体测定时，云母类、角闪石类不能做包体的氢同位素分析。做包裹体的

7、氧同位素不能选含氧主矿物。3、区别对待：如作地质测温时，要确保是共生矿物，对做原生包体要去掉次生包体。5、要有足够的数量。21§3.2样品处理根据不同的目的选用不同的矿物：示踪流体来源用H、O同位素，选用蚀变矿物如石英，方解石和石榴石。示踪成矿物质来源用S，Sr，Pb同位素，选用成矿物质如方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和黄铁矿等。送样要求：对于H、O同位素,单矿物>5g,0.25~0.5mm(35~65目)；对于S同位素，单矿物>1g;222324252627§1、同位素应用原理§2、同位素测试仪器§3、同位素样品采集及加工§4、同位素的应用及注意事项28

8、§4.1同位素标准为了使同位素资料便于对比，同时消除样品分析过程中有可能的系统误差，必须将样品的同位素组成与某一相应标准物