硅同位素研究简介

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1、硅同位素地球化学研究丁悌平国土资源部同位素地质开放实验室中国地质科学院矿产资源研究所硅同位素及其丰度28Si92.22968(44)%29Si4.68316(32)%30Si3.08716(32)%研究背景硅是地球的主要组成元素之一。在各种地质作用中均占重要地位。对其三种同位素28Si、29Si和30Si的天然丰度变化，早已引起人们的注意。天然硅同位素组成变化很小，分析难度大，研究进展十分缓慢。八十年代前，国外只在陨石和月岩的研究中取得了一些成果，在地球研究方面未取得实质性进展。研究的历史1924--JaegerandDijkst

2、ra用化学法测定硅原子量；1953—ReynoldandVerhoogen首次用BaSiF6制备SiF4，在质谱上测定矿物与岩石的硅同位素组成；1954—Allenby用HF法制备SiF4，在质谱上测定矿物与岩石的硅同位素组成；1970—EpsteinandTaylor用4F2+HF法制备SiF4，在质谱上测定月球岩石的硅同位素组成；1978—Clayton等用BrF5法制备SiF4，在质谱上测定陨石的硅同位素组成；1982—Douthitt发表132个地球样品的硅同位素组成1983—1987：Hunke，Clayton，Mcke

3、egan，Zinner等用离子探针质谱研究陨石中SiC的硅同位素组成硅同位素地球化学研究的重要进展改进硅同位素测量方法，将分析精度从国外的0.15-0.3‰提高到0.03-0.1‰。分析两千余个地球样品，对自然界硅同位素变化做了全面清晰的描述。对硅同位素分馏机制,特别是硅同位素动力分馏作了开拓性研究。开辟了硅同位素地质应用的多种途径，特别在岩石和矿床研究方面取得了一系列重要进展。硅同位素测量方法常规SiF4法：1—4mgSi（±0.1‰)BaSiF6BaF2+SiF4SiO2+HF+2F2O2+HF+SiF4SiO2+2BrF

4、5O2+2BrF3+SiF4激发探针法：30—100mgSi（±0.1‰)SiO2+2BrF5O2+2BrF3+SiF4离子探针质谱法：30—100ngSi(±5-7‰)Si硅同位素组成表示方法d30Si=[(30Si/28Si)SA/(30Si/28Si)ST-1]×103d29Si=[(29Si/28Si)SA/(29Si/28Si)ST-1]×103硅同位素参考物质参考物质d30SiNBS-28（‰）NBS-280Rosequartz-0.28IRMM-017-1.3IRMM-0180.0NBS9900.5GBW4402

5、1-0.02GBW44022-2.68自然界硅同位素变化概况硅同位素在地质研究中的应用区分粘土成因恢复硅质岩原岩追溯脉石英硅质来源研究硅的地球化学循环和历史演化地表圈层硅同位素研究的新进展对水圈、生物圈和岩石圈一批重要含硅物质的硅同位素组成做了比较深入的研究,得到许多新的认识。长江水硅同位素研究发现长江水中夹带的泥沙的d30Si值为-0.7—0.0,与风化粘土和石英砂混合物相似；长江溶解硅的d30Si值高达0.7—3.4；证实了在岩石风化过程中会产生硅同位素动力分馏，使粘土富集28Si，而溶解硅富集30Si”的论点。水溶硅的硅

6、同位素组成随着流经地域岩土的变化而波动，从上游往下游d30Si值逐渐增高。由此推论近岸海水硅同位素组成应为正值，可为浅海放射虫与硅藻提供相对富集30Si的原料。青岛近海d30Si值高达2.0，证实这一推论。放射虫硅同位素研究对太平洋CC区三个钻孔岩心中沉积物内的放射虫壳体进行了系统的硅同位素研究。发现除一个样品的d30Si值为-0.1,一个样品的d30Si值为2.5外，其它71个样品的d30Si值均在0与1.2之间变化，反映其生长环境的变迁。将硅同位素研究与氧同位素研究两方面结合，可能有广阔的应用前景。水稻硅同位素研究对北京、湖南

7、、江苏和浙江的水稻做了详细的硅同位素研究。观测到的d30Si值为-1.0--1.8，随地点和采样部位不同而变化。同一植株中，从茎到叶、壳，d30Si值有依次增高的趋势，显示生物动力学同位素分馏的影响。竹子硅同位素研究对北京、湖南、山东、浙江等地的竹子做了系统的化学和硅同位素研究。观测到的d30Si值变化范围达4.0(由-2.2到1.8)，随地点和采样部位不同而变化。与水稻一样，在竹子中，也发现由竹竿到竹枝、竹叶，d30Si值有依次增高的趋势，反映显著的生物动力学同位素分馏。海底烟囱硅质沉淀物的硅同位素研究对马里亚拉海槽和冲绳海槽海

8、底烟囱硅质沉淀物做了系统的硅同位素研究。发现其d30Si值变化于0—-3.1之间，与热泉硅华及含铁石英岩的情况十分一致。反映氧化硅从溶液中沉淀时的化学动力学同位素分馏。结果对研究沉淀物形成温度和沉淀速度有重要参考价值，对研究古代海底喷气矿床尤有意义