同位素地质学基础ppt课件.ppt

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1、同位素地质学基础第一章同位素的基本概念和理论基础同位素地球化学在解决地学领域问题的独到之处：1）计时作用：每一对放射性同位素都是一只时钟，自地球形成以来它们时时刻刻地，不受干扰地走动着，这样可以测定各种地质体的年龄，尤其是对隐生宙的前寒武纪地层及复杂地质体。2）示踪作用：同位素成分的变化受到作用环境和作用本身的影响，为此，可利用同位素成分的变异来指示地质体形成的环境条件、机制，并能示踪物质来源。3）测温作用：由于某些矿物同位素成分变化与其形成的温度有关，为此可用来设计各种矿物对的同位素温度计，来测定成岩成矿温度。另外亦可用来进行资源勘查、环境监测、地质灾害防治等。

2、同位素是指原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子，它们具有基本相同的化学性质，并在化学元素周期表中占据同一位置。例如，H元素：1H、D、3HO元素：16O、17O、18OC元素：12C、13C、14CS元素：32S、33S、34S、36SSr元素：88Sr、87Sr、86Sr、84SrNd元素：142Nd、143Nd、146Nd、148Nd、150NdPb元素：204Pb、206Pb、207Pb、208PbU元素：235U*、238U*Rb元素：85Rb、87Rb*Sm元素：144Sm、150Sm、152Sm、154Sm、147Sm*、148Sm*、149Sm*

3、（注：“*”为放射性同位素）一、基本概念按其原子核的稳定性可以分为两大类同位素：1.放射性同位素(radioactiveisotope)：其核能自发地衰变为其它核的同位素，称为放射性同位素。2.稳定同位素(stableisotope)：到目前为止，还没有发现它们能够衰变成其它核的同位素，称为稳定同位素。需要注意的是：核素的稳定性是相对的，它取决于现阶段的实验技术对放射性元素半衰期的检出范围，目前一般认为，凡是原子存在的时间大于1017a的就称稳定同位素，反之则称为放射性同位素。稳定同位素中部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物，称为放射成因同位素(radio

4、genicisotope)，如87Sr是由放射性同位素87Rb衰变而来的；另一部分是天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定。如氢同位素（1H和2H）、氧同位素（16O和18O）、碳同位素（12C和13C）等。自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有260余种。（一）稳定同位素1．同位素丰度（isotopeabundance）：指自然界存在的某一元素中各同位素所占的原子百分比。表1某些元素的同位素相对丰度（一）稳定同位素2．同位素比值（isotoperatio）：指某一种元素的两种同位素丰度之比。用R表示，例：SMOW的D/H=155.75×10-6；18

5、O/16O=1997×10-6；迪亚布洛峡谷铁陨石的陨硫铁34S/32S=0.0450045等。3．δ值：样品中两种稳定同位素的比值相对于某种标准对应比值的千分差值：δ(‰)=×1000例如：硫同位素以迪亚布洛峡谷铁陨石中陨硫铁的硫等标准(CDT)，这个标准硫的34S/32S=0.0450045。它的同位素组成相当于整个地球的平均同位素组成。δ＞0表示34S比标准样品是富集了；δ＜0表示34S比标准样品是贫化了。定义δ值的目的在于：①因为自然界的稳定同位素组成的变化很微，用δ值可以明显表示变化的差异；②便于全世界范围内数据大小的对比。被选作标准的样品应具备同位素成

6、分均匀、数量大、地质产状有特殊意义及便于采样和同位素成分测定等特点，目前世界通用的同位素标准样品见下表。同位素组成表示方法：同位素组成指的是样品中某一种元素的各种同位素的相对含量。它可用丰度表示，也可用比值R或δ值表示。如：87Sr/86Srδ13C、δ18O、δD、δ34S4.同位素效应由于同一元素不同的同位素分子及其化合物具有不同的质量，因此当一种元素的某一种同位素被另一种质量不同的同位素替换后，就会引起物理性质和化学性质上的差异，这种差异称同位素效应(isotopeeffect)。同位素质量的相对差别越大，所产生的物理性质和化学性质上的同位素效应也就越明显。

7、相对而言，氢的同位素效应最为明显。因为1H和2D的相对质量差约100%，而12C和13C的相对质量差约8.5%，160和180的相对质量差约12.5%。5.同位素分馏和同位素分馏系数(α)：（1）同位素分馏：是指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象。例如：同一热液体系中，共存的硫化物和硫酸盐，二者的同位素组分不一致，前者富32S、后者富34S。又如：在蒸发过程中，蒸汽相富H、16O，液相中相对富D和18O。分馏是由于同位素在物理及化学性质上的轻微差异产生的，因此分馏的大小与同位素质量差成正比。例如，氢的两个同位素（1H和2H）的相对质

8、量差是所有