Sr同位素及其在地学研究中的应用
摘要：Sr的同位素是非常有意义的地球化学指标，具有广泛的应用。包括Rb-Sr 法定年与其他的元素结合应用于岩浆岩的划分地层年代的确定,恢复古气候环境等。本文主要对Sr同位素特征及其在Rb-Sr定年中的应用做一定的探讨和总结，并对Sr同位素在其他地学研究中的应用做一些简单介绍。
关键词:Sr同位素Rb-Sr测年Rb/Sr比值
前言
自然界中Sr有四个同位素包括84Sr、86Sr、87Sr和88Sr，其中87Sr 可以由87Rb通过衰变得到，因此最初用途是Rb-Sr法定年之后随着地球化学的发展Sr元素的用途逐渐扩展，现在其用途已是十分广泛。自40年代初Rb-Sr衰变开始被用于地质年龄测定以来,Rb-Sr同位素已在地球科学的各个领域获得了广泛的应用。尤其是近年来,随着 Rb-Sr同位素地球化学理论和测试技术的进一步成熟和完善,Sr 同位素作为研究风化系统中环境、水文、生物地球化学物质循环问题的有力工具。
一、Sr同位素
锶的原子序数是38，原子量为 87.62 ，位于元素周期表第五周期第ⅡA 族，属碱土金属元素。锶的离子半径（1.13?）稍大于钙的离子半径（0.99?），因而锶可以类质同象的方式分散在含钙的矿物
中，如斜长石、磷灰石和钙质碳酸盐（尤其是文石），但锶很少替换富钙辉石（如透辉石、普通辉石等）中的钙。由于锶和钾的离子半径相差不大，所以Sr2+也能被捕获在含钾矿物中K+ 的位置上。Sr有四种同位素：84Sr-0.56%,86Sr-9.86%,87Sr-7.02%,88Sr-82.56%。其中，87Sr 和87Rb通过β－衰变形成的放射性成因Sr同位素。
在1906年，由 N. R. Campbell 和 A. Wood 首先发现铷的天然放射性。 1937年， O. F. Hahn 和 J. Mattauch 确定这种放射性是由87Rb引起的。O. F. Hahn 和 E. Walling 在1935年对应用87Rb 衰变成87Sr来确定含铷矿物年龄的可能性进行了讨论，并在1943年应用这种方法测定了第一个年龄值。不过，早期的测定对象仅限于富铷的矿物如锂云母、铯榴石等。自五十年代以来，由于同位素化学分离技术的改进，固体同位素质谱计和质谱同位素稀释法的应用，以及全岩 Rb－Sr 等时线法的应用和不断完善，因而锶同位素在地质科学领域内的应用获得了飞速的发展。 Rb-Sr 等时线法不仅适用于测定各种地质体的同位素年龄，而且更为重要的是，在年龄测定过程中，所获得的初始87Sr /86Sr是一个十分重要的地球化学参数。在解决诸如地球的演化、地壳的形成机理、岩浆作用、岩石与矿石的成因以及成岩成矿物质来源等许多重大地质问题上，初始87Sr /86Sr具有十分重要的意义。
二、Rb-Sr法测年原理及其应用
2.1 Rb-Sr测年原理
铷有两个天然同位素：85Rb 和87Rb ，它们的平均同位素丰度分别为 72.17%和 27.83%。85Rb 是稳定同位素，87Rb 是放射性同位素。87Rb 通过β衰变形成稳定的放射成因87Sr 。
87Rb →87Sr +β-+ ν
+Q (1) 式中，β-——负β粒子；
ν
——反中微子； Q ——衰变能， 0.275MeV 。
目前所采用的87Rb 的衰变常数为 1.42×10-11a-1。
自然界的Rb 有两种同位素：85Rb-稳定同位素，其丰度为72.15%；87Rb-为放射性同位素，丰度为27.85%。自然界的Sr 有四种同位素：84
Sr-0.56%,86Sr-9.86%,87Sr-7.02%,88Sr-82.56%。其中，8７Sr 和87Rb 通过β－衰变形成的放射性成因Sr 同位素。其衰变规律如下：
)1()()()(8687086878687
-+=t s s e Sr Rb Sr Sr Sr Sr λ (2) 式中:
(87Sr/86Sr)s 是样品现今的比值,可由质谱直接测定;
(87Rb/86Sr) s 为样品现今的87Rb 和86Sr 同位素元子数比,分别通过同位素稀释法计算获得;
(87Sr/86Sr) 0为样品形成时的初始锶同位素比值；
λ为87Rb 的衰变常数；
t 是样品年龄，即矿物和岩石形成以来所经历的时间。
(2)式就是Rb-Sr 法计算各种地质体年龄的公式。
实际上,由于组成岩石或矿物的物质来源不同,在岩石或矿物结
晶时混入的初始87Sr/86Sr比值,不一定等于0.712,当样品具有较复杂的历史如遭受变质作用或普通Sr的同位素组成出现异常时,仍按假定初始比值的办法处理,将会导致错误的结果。为了避免因初始锶同位素比值的估计引起的误差,最好的办法是用等时线法计算年龄和求得87Sr/86Sr初始比值。
一组化学成分不同的同源岩石或矿物,如果自结晶以来,Rb和 Sr 始终保持着封闭的化学体系而没有与外界发生交换。它们又是同时形成的,具有相同的年龄和不同的Rb/ Sr比值,但由于Sr 同位素的均一化作用,而有着相同的型87 Sr/86Sr 初始比值。在这些条件下, 方程式 (2)是斜率一截距形式的一次线性方程:
y=mx+b
其中:y=87Sr/86Sr ,m=eλt-1, x=87Rb/86Sr, b=87Sr/86Sr
一组同源同时形成的岩石或矿物样品, 87Sr/86Sr-87Rb/86Sr座标图上将构成一条直线。这条直线就叫等时线。直线上的各点代表一组具有相同年龄t和相同初始87Rb/86Sr比值的同源样品系统，其斜率
m=eλt-1。由图解法或最小二乘法求出斜率后,可按下式计算出这组同源岩石或矿物的年龄：
t=1/λ ln(m+1)
2.2适合 Rb-Sr定年的对象
Rb-Sr定年方法被应用于火成岩定年、陨石年代学、变质岩定年、沉积岩定年中，但是对不同的岩石进行定年过程中，其假设的条件测定的对象和对数据的解释是各不相同的。
具有简单地质历史的同源岩浆火成岩系列,应用全岩 Rb-Sr 等
时线法可以得到满意的同位素年龄结果。但由于沉积岩中铷-锶的赋存、演变复杂以及陆源碎屑物中继承放射成因锶的存在,沉积岩全岩Rb-Sr年龄测定困难还不少，至今仍是探索的课题。国外许多学者应用全岩Rb-Sr 法成功地测定了前寒武纪页岩、粉砂岩、砂岩、硬砂岩、板岩、千枚岩和片岩等岩石的同位素地质年龄。
由于 Rb与K 以及Sr与 Ca具有地球化学一致性,因此人们在选择Rb-Sr法测定的对象时,往往寻找含 K矿物,因此一般适用K-Ar 法测定的对象也适用于Rb-Sr年龄测定。
1．云母类矿物如果没有受过后期变动,火成岩中的黑云母和白云母对R b、Sr有较好的保存性,因此经常被用于Rb-Sr同位素年龄测定。如果岩体受过后期变动,那么黑云母比白云母更容易受到影响,更易造成R b、Sr的得失。
2.长石类矿物 ( 钾长石、微斜长石、斜长石等 ) 这类矿
物中放射成因87Sr保存能力很好。但有时也会出现Rb /Sr比值异常, 因此给年龄测定工作带来困难。
3.闪石和辉石类矿物类矿物中Rb/Sr 比值较低,世界上得到这类矿物的年龄数据也很少,但可以直接从辉石中测定87S r/86Sr的初始比值,作为研究岩石形成机理的示踪剂。
4.沉积岩中的自生矿物海绿石国外一些学者认为海绿石中的Rb/Sr比值较适合作年龄分析，但又认为海绿石的Rb-Sr年龄往往比可作比较的火成岩的云母 Rb-Sr年龄偏低。
以上各类单矿物均可用于Rb-Sr年龄测定,所需样品量一般
3-5克,纯度达9 %以上。
三、Sr同位素在其他地学研究中的应用
3.1黄土沉积中 Rb/Sr比值的古环境指示意义
在黄土高原随着风化程度增强风化产物中Rb/Sr比值明显增加,其Rb/Sr比的大小和风化程度呈正相关关系,因此陈骏等认为,Rb/Sr 比可以作为地表岩石和沉积物风化成壤的指标建立黄土-古土壤序列中Rb/Sr比分布与夏季风场强度变化有内在联系,使之成为重建黄土高原夏季风变迁的又一替代性指标。
3.2 Sr同位素在封闭、半封闭湖水中，对环境的指示意义
湖泊，尤其是封闭式和半封闭式湖泊，是气候和环境演化的敏感指示器，也是气候与环境变迁的忠实记录者，湖泊沉积物具有连续性、敏感性和高分辨率特点，这为研究古气候在恢复和各种重塑短时间尺度的气候和环境演化序列上，具有其他自然历史记录无法替代的优势。
测量出生物壳体中87Sr/86Sr的比值，将此比值和海水河水中87Sr/86Sr比值对比，可以判读出此生物壳体生活的湖水是否是封闭湖或是半封闭湖。对于封闭湖，其Sr的含量明显高于同期海水中Sr的含量。
3.3 Sr 同位素对古盐度研究的意义
由于Sr同位素不会因为化学和生物作用而发生分馏,因此在水体中与碳酸钙矿物共沉淀的Sr也不会产生同位素分馏作用。如果碳酸钙矿物沉积后没有遭受后生成岩作用，其将保持并记录了沉淀时水体的87Sr/86Sr比值。我们利用生物壳体和碳酸盐岩Sr同位素组成来重建古盐度，以恢复和重建古沉积环境。在自然界中，特定矿物风化释放的Sr具有自己特征的87Sr/86Sr比值，各水体流经地质体时，便带出了特征的Sr ，造成不同水体具有了不同的87Sr/86Sr比值，即地表水与海水具有不同端元的87Sr/86Sr比值。因此，利用87Sr/86Sr盐度的关系图可以灵敏地解析出沉积水体的何种端元占主导和所占的比例来判别沉积古环境，以及定量求出盐度及变化。
四．结语
Sr 同位素体系的探讨已成为近代地球科学的一个重要研究领域。其中,依据87Rb衰变原理测定地质体年龄的方法得到了广泛的应用。五十年代以来,由于稳定同位素稀释技术的引入及方法理论的提高,Rb一Sr法有了飞跃发展。目前,它的适用范围已扩大到大部分变质岩、岩浆岩以及某些沉积岩、火山岩的矿物和全岩,而锶同位素的研究已在岩石成因、岩浆起源、地球物质演化、陨石及月球研究等有关领域中取得了一系列成果。
Sr同位素组成不仅是反映岩石或矿物年龄的一项指标,而且还是研究岩浆岩岩石成因的指示剂。Sr同位素在地质学上具有多方面的应用。随着测量手段的进步，相信其在未来具有更加广阔的应用空
间。
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[9]韩吟文，马振东. 地球化学
恩《地球化学》练习题 第一章太阳系和地球系统的元素丰度（答案） 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法。 2.简述太阳系元素丰度的基本特征。 3.说说陨石的分类及相成分的研究意义. 4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？ 5.讨论陨石的研究意义。 6.地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？ 7.阐述地球化学组成的研究方法论。 8.地球的化学组成的基本特征有哪些？ 9.讨论地壳元素丰度的研究方法。 10.简介地壳元素丰度特征。 11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？ 13.概述区域地壳元素丰度的研究意义。 14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法。 15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？ 16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律。 第二章元素结合规律与赋存形式（答案） 1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律。 3.阐述类质同像的地球化学意义。 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法。 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义。 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异，为什么？ 第三章自然界体系中元素的地球化学迁移（答案） 1.举例说明元素地球化学迁移的定义。 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志。 4.元素地球化学迁移的研究方法。 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义。 7.简述元素迁移形式的研究方法。 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？ 9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？ 10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响。 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？ 12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。 13.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？ 14.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？ 15.讨论相律及其应用。
地球化学的学科特点
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地球化学的学科特点 ●是地球科学的一部分：以地球、地壳及地质作用体系为研究对象。 ●研究的重点/方向:地球系统物质运动(含地质运动）中物质的运动规律。通过研究和 分析元素和同位素在地质体系中的行为和演变,应用地球化学的基本原理来示踪地 质体系运动的规律,例如:岩浆形成的深度、来源、矿床形成环境等等。 ●理论基础:化学类学科——无机化学、有机化学、物理化学、热力学、解析化学等, 此外还有物理性和数学等。 ●学科分支众多：海洋地球化学、生物地球化学、环境地球化学、区域地球化学、 个别元素地球化学、成岩成矿地球化学、同位素地球化学和地球化学热力学。 ●应用性强:比如环境地球化学是环境科学的核心(酸雨、臭氧空洞的形成、全球变暖 和温室效应),应用地球化学的方法和手段找矿。 ●年轻的发展中的科学(约100年的发展历史) 地球化学的基本问题 （1）地球系统中元素和同位素的组成（aｂuｎdａｎcｅand ｄistｒｉbution）问题（2）元素的共生组合和赋存状态问题 元素的共生组合：具有相同或相似迁移历史和分配规律的各种元素在地质体中有规律的组合。 （3）元素的迁移和循环 地球化学的迁移:元素的重新组合常伴随元素的空间位移及元素在系统不同部分状态的转化,该迁移涉及体系的物理化学条件和迁移介质特性等制约关系变化的动态过程。 （4）地球的历史和演化 通过元素或同位素的变异来揭示地质作用过程的特征，称为微量元素或同位素“示踪”。 ?X-射线荧光光谱（ＸRF) ?电感耦合等离子体发射光谱（ＩCＰ-AEＳ） 丰度：指化学元素在地球化学系统（太阳、行星、陨石、地球、地圈、地壳)中的平均分布量。 分布:元素的分布指的是元素在一个化学体系中(太阳、陨石、地球、地壳、某地区等）的整体总含量。 分配:元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域或区段中的含量 分布是整体,分配是局部,两者是一个相对的概念,既有联系又有区别。 太阳系元素丰度具有以下规律: (1)．H和He是丰度最高的两种元素,这两种元素几乎占了太阳中全部原子数目的98％ (2）.原子序数较低的元素区间，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原子序数较大的区间(Ｚ＞4５)各元素丰度值很相近 (3).原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素。具有偶数质子数(Ｐ)或偶数中子数(Ｎ）的核素丰度总是高于具有奇数P或N的核素，这一规律称为Oddo －Ｈarkins(奥多--哈根斯)法则,亦即奇偶规律。 （４）.质量数为４的倍数（即α粒子质量的倍数)的核素或同位素具有较高丰度。此外还有人指出，原子序数(Ｚ）或中子数(N)为“幻数”（2、８、2０、50、82和1２6等)的核素或同位素丰度最大。例如，４He（Ｚ=2,N=2）、16Ｏ(Ｚ=8，N=8）、40Ｃa(Z=2０，N=20）和140Cｅ（Z=58,N=82）等都具有较高的丰度
地球化学的学科特点 ●是地球科学的一部分：以地球、地壳及地质作用体系为研究对象。 ●研究的重点/方向：地球系统物质运动（含地质运动）中物质的运动规律。通过研 究和分析元素和同位素在地质体系中的行为和演变，应用地球化学的基本原理来 示踪地质体系运动的规律，例如：岩浆形成的深度、来源、矿床形成环境等等。 ●理论基础：化学类学科——无机化学、有机化学、物理化学、热力学、解析化学 等，此外还有物理性和数学等。 ●学科分支众多：海洋地球化学、生物地球化学、环境地球化学、区域地球化学、 个别元素地球化学、成岩成矿地球化学、同位素地球化学和地球化学热力学。 ●应用性强：比如环境地球化学是环境科学的核心（酸雨、臭氧空洞的形成、全球 变暖和温室效应），应用地球化学的方法和手段找矿。 ●年轻的发展中的科学（约100年的发展历史） 地球化学的基本问题 （1）地球系统中元素和同位素的组成（abundance and distribution）问题 （2）元素的共生组合和赋存状态问题 元素的共生组合：具有相同或相似迁移历史和分配规律的各种元素在地质体中有规律的组合。 （3）元素的迁移和循环 地球化学的迁移：元素的重新组合常伴随元素的空间位移及元素在系统不同部分状态的转化，该迁移涉及体系的物理化学条件和迁移介质特性等制约关系变化的动态过程。 （4）地球的历史和演化 通过元素或同位素的变异来揭示地质作用过程的特征，称为微量元素或同位素“示踪”。 ?X-射线荧光光谱（XRF） ?电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES） 丰度：指化学元素在地球化学系统（太阳、行星、陨石、地球、地圈、地壳）中的平均分布量。 分布：元素的分布指的是元素在一个化学体系中（太阳、陨石、地球、地壳、某地区等）的整体总含量。 分配：元素的分配指的是元素在各地球化学体系内各个区域或区段中的含量 分布是整体，分配是局部，两者是一个相对的概念，既有联系又有区别。 太阳系元素丰度具有以下规律： （1）.H和He是丰度最高的两种元素，这两种元素几乎占了太阳中全部原子数目的98％（2）.原子序数较低的元素区间，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原子序数较大的区间（Z＞45）各元素丰度值很相近 （3）.原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素。具有偶数质子数（P）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数P或N的核素，这一规律称为Oddo －Harkins（奥多--哈根斯）法则，亦即奇偶规律。 （4）.质量数为4的倍数（即α粒子质量的倍数）的核素或同位素具有较高丰度。此外还有人指出，原子序数（Z）或中子数（N）为“幻数”（2、8、20、50、82和126等）的核素或同位素丰度最大。例如，4He（Z=2，N＝2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）和140Ce（Z=58，N=82）等都具有较高的丰度 （5）.Li、Be和B具有很低的丰度，属于强亏损的元素。 （6）.而O和Fe呈现明显的峰，为过剩元素。 太阳系元素丰度与元素原子结构及元素形成的整个过程之间存在着某种关系
同位素地球化学论文 近年来，随着同位素样片制备技术的改进和高精度质谱的问世，大大地提高了同位素测试结果的精度和准确性，使同位素地球化学的理论和方法进一步成熟和完善，研究领域不断拓宽。 同位素地球化学研究内容 同位素地球化学是根据自然界的核衰变、裂变及其他核反应过程所引起的同位素变异，以及物理、化学和生物过程引起的同位素分馏，研究天体、地球以及各种地质体的形成时间、物质来源与演化历史。 同位素地质年代学已建立了一整套同位素年龄测定方法，为地球与天体的演化提供了重要的时间座标。比如已经测得太阳系各行星形成的年龄为45～46亿年，太阳系元素的年龄为50～58亿年等等。 另外在矿产资源研究中，同位素地球化学可以提供成岩、成矿作用的多方面信息，为探索某些地质体和矿床的形成机制和物质来源提供依据。 ①自然界同位素的起源、演化和衰亡历史。 ②同位素在宇宙体、地球及其各圈层中的分布分配、不同地质体中的丰度及其在地质过程中活化与迁移、富集与亏损、衰变与增长的规律；同位素组成变异的原因；并据此探讨地质作用的演化历史和物质来源。 ③利用放射性同位素的衰变定律建立一套有效的同位素计时方法，测定不同天体事件的年龄，并作出合理的解释，为地球和太阳系的演化确定时间坐标。 根据同位素的性质，同位素地球化学研究领域主要分稳定同位素地球化学和同位素年代学两个方面。稳定同位素地球化学主要研究自然界中稳定同位素的丰度及其变化。同位素年代学随研究领域的深入，又分为同位素地质年代学和宇宙年代学。同位素地质年代学主要研究地球及其地质体的年龄和演化历史。宇宙年代学则主要研究天体的年龄和演化历史。 自然界同位素成分变化
水文地球化学研究现状、基本模型与进展 摘要：1938 年, “水文地球化学”术语提出, 至今水文地球化学作为一门 独立的学科得到长足的发展, 其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究, 以及人类开发资源和保护生态的需要, 水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域, 并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开, 在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果( 沈照理, 1985) 。水文地球化学在利用地下水化学成分资料, 特别是在查明地下水 的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20 世纪60 年代后, 水文地球化学向更深更广的领域延伸, 更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用( 任福弘, 1993) 。 1981 年, Stumm W 等出版了5水化学) ) ) 天然水化学平衡导论6 专著, 较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992 年, C P 克拉依诺夫等著5水文地球化学6分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分, 全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题, 以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等, 概括了20 世纪80 年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解答( 谭凯旋, 1998) , 逐渐构架起更为严密的科学体系。 1 应用水文地球化学学科的研究现状 1. 1 油田水研究 水文地球化学的研究在对油气资源的勘查和预测以及提高勘探成效和采收率等方面作出了重要的贡献。早期油田水地球化学的研究只是对单个盆地或单个坳陷, 甚至单个凹陷进行研究, 并且对于找油标志存在不同见解。此时油田水化学成分分类主要沿用B A 苏林于1946 年形成的分类。1965 年, E C加费里连科在其所著5根据地下水化学组分和同位素成分确定含油气性的水文地球化学指标6中系统论述了油气田水文地球化学特征及寻找油气田的水文地球化学方法。1975 年, A G Collins 在其5油田水地球化学6中论述了油田水中有机及无机组分形成的地球化学作用( 汪蕴璞, 1987) 。1994 年, 汪蕴璞等对中国典型盆地油田水进行了系统和完整的研究, 总结了中国油田水化学成分的形成分布和成藏规律性, 特别是总结了陆相油田水地球化学理论, 对油田水中宏量组分、微量组分、同位素等开展了研究, 并对油田水成分进行种类计算, 从水化学的整体上研究其聚散、共生规律和综合评价找油标志和形成机理。同时还开展了模拟实验、化学动力学和热力学计算, 从定量上探索油田水化学组分的地球化学行为和形成机理。 1. 2 洋底矿藏研究
第十讲 地质常用主要稳定同位素简介 18O Full atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.
内容提要 ●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素
10.1. 传统稳定同位素基本特征 ?只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素，才能应用于地质研究用途，这些元素的质量范围多<40； ?多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集； ?生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。
10.2. 氢(hydrogen) ?直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成： 1H：99.9844% 2H(D)：0.0156% ?在SMOW中D/H=155.8 10-6 ?氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。
10.2.1 氢同位素基本特征 ?与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间； ?1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围； ?从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以H O、OH-， 2 H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用； ?氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。
同位素地球化学复习题 1.1同位素地球化学的基本任务 1)研究自然界同位素的起源、演化和衰亡历史； 2)研究同位素在宇宙体、地球和各地质体中的分布分配、不同地质体中的丰度及典型地质过程中活化与迁移、富集与亏损、衰变与增长的规律；阐明同位素组成变异的原因。据此来探讨地质作用的演化历史及物质来源； 3)利用放射性同位素的衰变定律建立一套行之有效的同位素计时方法，测定不同天体事件和地质事件的年龄，并作出合理的解释，为地球和太阳系的演化确定时标。 4 )研究同位素分馏与温度的关系，建立同位素温度计，为地质体的形成与演化研究提供温标。 1.2 同位素地球化学的一些基本概念 核素同位素同量异位素稳定同位素放射性同位素重稳定同位素轻稳定同位素 2.1 质谱仪的基本结构 四个部分：进样系统离子源质量分析器离子接收器 2.2 衡量质谱仪的技术标准有哪些 质量数范围分辨率灵敏度精密度与准确度 2.3 固体质谱分析为什么要进行化学分离 具相同质量的原子和分子离子的干扰; 主要元素基体中微量元素的稀释; 低的离子化效率; 不稳定发射。 2.5 同位素稀释法是用于元素含量分析还是用于同位素比值分析？元素含量分析 2.6 氢气的制取方法？(有哪些还原剂) U－还原法Zn －还原法Mg －还原法Cr －还原法 2.7 氧同位素的制样方法有哪些？ 1. 大量水样氧同位素制样方法？ 2. 硅酸盐氧同位素的BrF5法制样原理？ 3. 碳酸盐样品的磷酸盐制样法(McCrea法) 2.8 水中溶解碳的提取与制样McCrea法 2.9 硫化物硫同位素直接制样法 2.10硫酸盐的硫同位素制样法(直接还原法) 把硫酸盐、氧化铜、石英粉按一定比例混合（置于石英管中）在真空条件下加热到1120 ℃左右时，硫酸盐被还原而转变成二氧化硫。 2.11 了解下列质谱仪
《水文地球化学》教学大纲 Hydrogeochemistry－Course Outline 第一部分大纲说明 一、课程的性质、目的与任务 《水文地球化学》是水文与水资源工程专业本科生必修的一门主要专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握水文地球化学的基本原理和学会初步运用化学原理解决天然水的地球化学问题和人类对天然水的影响问题的方法与手段，为学习后续课程和专业技术工作打下基础。 二、与其它课程的联系 学习本课程应具备普通地质学、综合地质学、工程化学和水文地质学的基础。后续课程为水质分析实验、铀水文地球化学、环境水文地质学和水文地质勘察。 三、课程的特点 1．对基本概念、基本规律与常见的应用方法的理解并重。 2．对基本理论与常见水文地球化学问题的定量计算方法的掌握并重。 3. 采用英文教材，中、英语混合授课。 四、教学总体要求 1．掌握水文地球化学的基本概念、基本规律与研究方法。 2．掌握控制地下水与地表水化学成分的主要作用：酸碱反应与碳酸盐系统；矿物风化与矿物表面过程；氧化－还原反应；有机水文地球化学作用等。 3．通过理论讲述、研究实例分析与习题课，使学生理解天然水中常见的化学组份与同位素组成，掌握最基本的地球化学模拟方法与整理水化学数据的能力。 五、本课程的学时分配表 编 号教学内容课堂讲 课学时 习题课 学时 实验课 学时 自学 学时 1 引言及化学背景 （Introduction and Chemical Background） 6 2 酸碱反应与碳酸盐系统 (Acid-Base Reactions and the Carbonate System) 4 2 3 矿物风化与矿物表面过程 Mineral weathering and mineral surface processes 6
硫同位素地球化学特征分析 1硫同位素特征 1.1样品及测试方法本次共采集9件硫化物样品，分别挑选单矿物进 行S同位素测试，样品采自野马泉矿区、尕林格矿区、卡而却卡矿区 的矽卡岩及原生矿石。硫同位素分析方法及步骤如下：选取具代表性 样品，经手工进行逐级破碎、过筛，在双目镜下挑选粒度0.2～0.4mm，纯度>98%，2g以上的单矿物。单矿物的挑选在廊坊科大完成的。最后 选500mg以上的样品送核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，仪器型号为Deltavplus，检测方法和依据为DZ/T0184.14-1997《硫化 物中硫同位素组成的测定》。 1.2测试结果根据野马泉矿区的9个硫同位素样，共9个分析结果 （表1），可以看出δ34S的值为1.5‰～4.9‰，其中集中于3.3‰～4.9‰，变化范围窄，平均值为3.73‰。黄铁矿、黄铜矿的δ34S的特征如图2所示。其中6件黄铁矿的δ34S变化范围为1.5‰～4.9‰， 平均值为3.8‰；3件黄铜矿的δ34S变化范围为2.4‰～4.3‰，平均值为3.6‰。黄铁矿δ34S的平均值略大于黄铜矿，符合矿物与H2S之间硫同位素的平衡分馏系数。因此各硫化物晶出过程中矿区中的硫化 物34S的分配已处于平衡状态。 2讨论 2.1硫同位素特征硫同位素是矿床成因和成矿物理化学条件的指示剂，金属矿床中硫的来源主要有原生硫、地壳硫和混合硫（王奎仁等，1989）主要有3个储存库，即幔源硫(δ34S=0±3‰)、海水硫 (δ34S=20‰)和沉积物中还原硫。野马泉矿区硫同位素特征如图2所示，δ34S值为1.5‰～4.9‰，集中于3.3‰～4.9‰，变化范围窄， 全是正值，偏重硫同位素。说明硫同位素均一化水准高，而硫来源比 较稳定。根据硫化物的δ34S平均值估计成矿热液的δ34S值为 3.73‰。地幔δ34S值通常为-2‰～2‰的范围内(Thode等，1961)， 大洋岛弧玄武岩硫化物δ34S值在-0.9‰～2.9‰范围内(Seal，2006)，
矿物岩石地球化学通报 ·综 述· Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ，Ｐｅｔｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙＶｏｌ．３２Ｎｏ．１，Ｊａｎ．，２０１３ 收稿日期：２０１１－１２－０１收到，２０１２－０３－ ０５改回基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（ＫＺＣＸ２－ＥＷ－ １０２）；中国科学院地球化学研究所领域前沿项目第一作者简介：范百龄（１９８６－），男，博士研究生，主要从事同位素地球化学方面的研究．Ｅ－ｍａｉ：ｆｂｌ８６０７２６＠１２６．ｃｏｍ．通讯作者：赵志琦（１９７１－），博士，研究员，研究方向：水岩作用过程的硼、锂同位素地球化学研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｚｈｉｑｉ＠ｖｉｐ．ｓｋｌｅｇ ．ｃｎ．地表及海洋环境的镁同位素地球化学研究进展 范百龄１， ２ ，陶发祥１，赵志琦１１．中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵阳５５０００２；２．中国科学院大学，北京１０００３９摘 要：镁（Ｍｇ）是主要造岩元素，其地球丰度仅次于铁和氧。Ｍｇ几乎参与了地表所有圈层间的物理、化学和生物作用。随着多接收器等离子质谱等分析方法的改进和完善，Ｍｇ同位素显示出更加广阔的应用前景。同时，Ｍｇ独特的地球化学特征，使其在地表及海洋地球化学领域的应用日益广泛。本文主要就近几十年来Ｍｇ同位素在地表及海洋地球化学领域的研究现状、存在的问题以及发展趋势进行系统的总结与探讨。虽然，目前对Ｍｇ同位素的研究还处于早期阶段，但许多研究成果显示，Ｍｇ同位素具有很大潜力成为环境变化的新的指示工具。关 键 词：进展；Ｍｇ同位素； 地球化学；海洋和地表过程中图分类号：Ｐ５９５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－２８０２（２０１３）０１－０１１４－ ０７Ａｄｖａｎｃｅ ｏｆ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｉｓｏｔｏｐ ｅ ｉｎ Ｍａｒｉｎｅａｎｄ Ｅａｒｔｈ Ｓｕｒｆａｃｅ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓＦＡＮ Ｂａｉ－ｌｉｎｇ１， ２，ＴＡＯ Ｆａ－ｘｉａｎｇ１， ＺＨＡＯ Ｚｈｉ－ｑｉ １ １．Ｓｔａｔｅ ｋｅｙ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５０００２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ，ｗｈｏｓｅ Ｅａｒｔｈ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｐｌａｃｅ ｏｎｌｙ ａｆｔｅｒ ｏｘｙｇｅｎ ａｎｄ ｉｒｏｎ，ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｊｏｒｒｏｃｋ－ｆｏｒｍｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｔａｋｅｓ ａ ｐａｒｔ ｉｎ，ａｌｍｏｓｔ，ａｌｌ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ，ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｐｈｅｒｅｓ．Ｇｉｖｅｎ ｒａｐｉｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｏｆ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ－ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ－ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（ＭＣ－ＩＣＰＭＳ），Ｍｇ ｉｓｏｔｏｐｅ ｗｉｌｌ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ａ ｂｒｏａｄ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅａｒｆｕｔｕｒｅ．Ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，Ｍｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇ ｗｉｄｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ ｉｎ Ｍａｒｉｎｅ ａｎｄ Ｅａｒｔｈ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｍｇ ｓｔａｂｌｅ ｉｓｏ－ｔｏｐｅ ｓｔｕｄｉｅｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｒｅｇａｒｄｌｅｓｓ ｏｆ ｉｔｓ ｅａｒｌｙｓｔａｇｅ，ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｈａｖｅ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ Ｍｇ ｉｓｏｔｏｐｅｓ ａｒｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｈａｎｇｅｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｄｖａｎｃｅｓ；Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｉｓｏｔｏｐｅｓ；ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；Ｍａｒｉｎｅ ａｎｄ Ｅａｒｔｈ Ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ 作为生物营养元素的镁（Ｍｇ ），是地球上的常量元素，其地球丰度（１．６×１０５ ｍｇ／ｋｇ ）仅次于铁和氧，Ｍｇ的克拉克值在２．４×１０４ ｍｇ／ｋｇ（陆壳）～４．３×１０４ ｍｇ／ｋｇ（洋壳）之间［１］。自然界Ｍｇ主要以硅酸 盐形式存在，主要矿物有橄榄石、辉石、角闪石，云母等，也是白云岩的主要组成元素，并广泛参与生命活 动。Ｍｇ有三种稳定同位素：２４ Ｍｇ、２５ Ｍｇ、２６ Ｍｇ ，相对丰度分别为７８．９９％、１０．００％、１１．０１％ ［２，３］ ，三者 的质量差达４％～８％，是相对质量差仅次于Ｌｉ的 第二大非传统稳定同位素，低温地球化学过程会产 生明显的同位素分馏［ ４，５］ 。目前报道的地球样品Ｍｇ同位素组成的变化范围约６． ５‰（图１），天然样品的Ｍｇ同位素组成与其所经历的地球化学过程密切相关，受不同分馏机理的控制。Ｍｇ同位素作为 新的化学示踪剂， 已被用来探索宇宙事件［６～８］ ，示踪古海洋环境［９，１０］，研究风化作用［１１～１３］ 、石笋的形
水文地球化学习题 第一章 第二章水溶液的物理化学基础 1．常规水质分析给出的某个水样的分析结果如下（浓度单位：mg/L）： Ca2+=93.9；Mg2+=22.9；Na+=19.1；HCO3-=334；SO42-=85.0；Cl-=9.0；pH=7.2。求： （1）各离子的体积摩尔浓度（M）、质量摩尔浓度（m）和毫克当量浓度（meq/L）。 （2）该水样的离子强度是多少？ （3）利用扩展的Debye-Huckel方程计算Ca2+和HCO3-的活度系数。 2．假定CO32-的活度为a CO32- =0.34?10-5，碳酸钙离解的平衡常数为4.27?10-9，第1题中的水样25℃时CaCO3饱和指数是多少？CaCO3在该水样中的饱和状态如何？ 3．假定某个水样的离子活度等于浓度，其NO3-，HS-，SO42-和NH4＋都等于10-4M。反应式如下： H+ + NO3- + HS- = SO42- + NH4＋ 问：25℃和pH为8时，该水样中硝酸盐能否氧化硫化物？ 4．A、B两个水样实测值如下（mg/L）： 组分Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-NO3- A水样706 51 881 310 204 4 5．请判断下列分析结果（mg/L）的可靠性，并说明原因。 组分Na+K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-CO32-pH A水样50 6 60 18 71 96 183 6 6.5 B水样10 20 70 13 36 48 214 4 8.8 6．某水样分析结果如下： 离子Na+Ca2+Mg2+SO42-Cl-CO32-HCO3-含量(mg/l) 8748 156 228 928 6720 336 1.320 试计算Ca2+的活度(25℃)。 4344 含量（mg/l）117 7 109 24 171 238 183 48 试问： （1）离子强度是多少？ （2）根据扩展的Debye-Huckel方程计算，Ca2+和SO42－的活度系数？ （3）石膏的饱和指数与饱和率是多少？ （4）使该水样淡化或浓集多少倍才能使之与石膏处于平衡状态？ 8．已知温度为298.15K（25℃），压力为105Pa（1atm）时，∑S=10-1mol/l。试作硫体系的Eh-pH图（或pE-pH图）。 9．简述水分子的结构。 10．试用水分子结构理论解释水的物理化学性质。 11．温、压条件对水的物理、化学性质的影响及其地球化学意义。 12．分别简述气、固、液体的溶解特点。
第四章同位素水文地球化学 环境同位素水文地球化学是一门具有良好的前景、发展迅速的新兴学科，也是水文地球化学的一个重要分支。目前，地下水资源可持续利用中的重要问题是地下水补给的更新能力及地下水污染程度的评价。用环境同位素技术研究地下水补给和可更新性，追踪地下水的污染是当前国内外较为新颖的方法之一。目前世界上许多国家已将同位素方法列为地下水资源调查中的常规方法。近年来，国内外环境同位素的研究从理论到实践都有较快的发展。除了应用氢氧稳定同位素确定地下水的起源与形成条件，应用氚、14C测定地下水年龄，追踪地下水运动，确定含水层参数等常规方法外；在应用3H-3He、CFCs示踪干旱、半干旱地区浅层地下水的补给，应用14C、36Cl确定深层地下水的年龄，追溯地下水的入渗史，应用34S研究地下水中硫酸盐的来源，分析地下水的迁移过程，应用11B/10B研究卤水成因等方面都有重要进展。 4.1 同位素基本理论 4.1.1 地下水中的同位素及分类 我们知道，原子是由原子核与其周围的电子组成的，通常用A Z X N来表示某一原子。这里，X为原子符号，Z为原子核中的质子数目，N为原子核中的中子数目，A为原子核的质量数，它等于原子核中的质子数与中子数之和，即： A=Z+N( 4-1-1 ) 为简便起见，也常用A X表示某一原子。 元素是原子核中质子数相同的一类原子的总称。同一元素由于其原子核中中子数不同可存在几种原子质量不同的原子，其中每一种原子称为一种核素，如C原子有12C、13C、14C等核素，氧原子有16O、17O、18O等核素。某元素的不同几种核素称为该元素的同位素(蔡炳新等，2002)，或者说同位素指的是在门捷列耶夫周期表中占有同一位置，其原子核中的质子数相同而中子数不同的某一元素的不同原子。同位素可分为稳定同位素和放射性同位素两类，稳定同位素是指迄今为止尚未发现有放射性衰变（即自发地放出粒子或射线）的同位素；反之，则称为放射性同位素。 地下水中的同位素一方面包括水自身的氢、氧同位素，另一方面还包括水中溶质的同位素。
同位素地球化学研究进展
1 概述 同位素研究是地质学的重要研究手段之一，可以视之为科学研究史上的革命，它的发展极大地加速了许多科学研究进程。同位素地质应用是同位素地球化学的重要组成部分。随着放射性现象的发现，同位素的分析逐渐被建立为独立的研究领域。作为独特的示踪剂和形成环境与条件的指标，同位素组成已广泛的应用到陨石、月岩、火成岩、沉积岩、变质岩、大气、生物以及各种矿床等领域的研究。通过研究同位素在地质体的分布及在各种地质条件下的运动规律来研究矿物、岩石和矿床等各个领域，成为解决众多地质地球化学问题的强有力手段。 地球的历史是一个由大量地质事件构成的漫长的时间序列，它具有灾变和渐变相间的特点。我们在认识这一复杂的过程时，主要依据能保留事件踪迹的证据。同位素的迁移活动寓于地质作用之中，地质事件对地球的影响有可能跨越后期作用而被保存下来，因此同位素组成上的变异常常能提供最接近事实的证据，并且相关研究也用一系列显著成绩证实了这点。 1.1 同位素地球化学的发展现状 同位素的丰度和分布的研究正经历着飞跃性的发展。在不到一百年的时间里，已经取得了非凡的成果，解决了一系列重要的问题，如南非南德斯金矿的成因问题。此外，随着大量的数据和文章的面世，理论基础的不断完善，实验技术的不断发展，同位素地球化学迄今为止仍在快速的发展着，并不断与其他学科相互渗透形成新的学科分支，如宇宙同位素地球化学、环境同位素地球化学等。因此，同位素地球化学已非局限于研究地球及其地质现象，而是扩展到了太阳系的其他星体和其他科学领域。显然，地质学已到了一个新的时期，即同位素地质学时期。 1.2 同位素概念 1913年，Soddy提出了同位素概念，即原子内质子数相同而中子数不同的一类原子即为同位素。一个原子可以有一种或多种同位素。有的元素仅有稳定同位素（如O、S），稳定同位素的原子核是稳定的，目前还未发现他们能自发衰变形成其他的同位素。有的仅有放射性同位素（如U、Th）。放射性同位素原子核是不稳定的，他们能自发的衰变形成其他的同位素，最终转变为稳定的放射成因同
本文由国土资源部地质调查项目“全国水资源评价”和“鄂尔多斯自留盆地地下水赋存运移规律的研究”项目资助。改回日期:2001212217;责任编辑:宫月萱。 第一作者:叶思源,女,1963年生,在读博士生,副研究员,从事矿水、地热水及水文地球化学研究。 水文地球化学研究现状与进展 叶思源1) 孙继朝2) 姜春永3) (1)中国矿业大学,北京,100083;2)中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北正定,050803; 3)山东地质工程勘查院,山东济南,250014) 摘 要 1938年,“水文地球化学”术语提出,至今水文地球化学作为一门独立的学科得到长足的发展,其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究,以及人类开发资源和保护生态的需要,水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域,并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。关键词 水文地球化学 研究现状 进展 Current Situ ation and Advances in H ydrogeochemical R esearches YE Siyuan 1) SUN Jichao 2) J IAN G Chunyong 3 ) (1)Chi na U niversity of Mi ni ng and Technology ,Beiji ng ,100083;2)Instit ute of Hydrogeology and Envi ronmental Geology ,CA GS , Zhengdi ng ,Hebei ,050803;3)S handong Instit ute of Geological Engi neeri ng S urvey ,Ji nan ,S handong ,240014) Abstract Hydrogeochemistry ,as an independent discipline ,has made substantial development since the term “hydrogeochemistry ”was created in 1938.At present hydrogeochemical theories have been applied to various fields such as oil field water ,ocean water ,geothermal water ,groundwater quality ,endemic diseases and groundwater microorganism ,and related research methods have also become mature.With the further development of chemical thermodynamics ,kinetics method and isotope method ,hydrogeochemistry will surely extend its research fields in the course of multi 2discipline interaction and make new progress in basic theory and quantifica 2tion research ,so as to meet the demand of human exploration and exploitation as well as ecological protection.K ey w ords hydrogeochemistry current state of research advance 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开,在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果(沈照理,1985)。水文地球化学在利用地下水化学成分资料,特别是在查明地下水的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20世纪60年代后,水文地球化学向更深更广的领域延伸,更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用(任福弘,1993)。1981年,Stumm W 等出版了《水化学———天然水化 学平衡导论》专著,较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992年,C P 克拉 依诺夫等著《水文地球化学》分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分,全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题,以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等,概括了20世纪80年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解 答(谭凯旋,1998),逐渐构架起更为严密的科学体系。 第23卷 第5期2002210/4772482 地 球 学 报ACTA GEOSCIEN TIA SIN ICA Vol.23 No.5 Oct.2002/4772482
中国地质大学《地球化学》练习题及答案 中国地质大学《地球化学》练习题绪论 1. 概述地球化学学科的特点。2. 简要说明地球化学研究的基本问题。3. 简述地球化学学科的研究思路和研究方法。4. 地球化学与化学、地球科学其它学科在研究目标和研究方法方面的异同。第一章太阳系和地球系统的元素丰度 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法 2.简述太阳系元素丰度的基本特征.3.说说陨石的分类及相成分的研究意义.4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？5.讨论陨石的研究意义.6. 地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？7. 阐述地球化学组成的研究方法论.8. 地球的化学组成的基本特征有哪些？9. 讨论地壳元素丰度的研究方法.10.简介地壳元素丰度特征.11. 地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？13.概述区域地壳元素丰度的研究意义.14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法.15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律. 第二章元素结合规律与赋存形式1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律. 3.阐述类质同像的地球化学意义. 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法. 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义. 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成住宅土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标，但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异。为什么？ 第三章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移 1.举例说明元素地球化学迁移的定义. 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志. 4.元素地球化学迁移的研究方法. 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义. 7.简述元素迁移形式的研究方法. 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响. 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。 第四章地球化学热力学和地球化学动力学 1.自然界中地球化学热力学体系基本特点是什么？ 2.自然体系中哪些特征可作为体系达到平衡态的证据与标志？ 3.讨论相律及其应用。 4.编制相图的原理和方法。 6.简述化学反应制动原理的宏观解释7.简述热力学在地球化学中的应用。8.简述地球化学热力学与地球化学动力学的异同。9. 简述水溶液中元素的迁移方式。第五章微量元素地球化学 1.什么是微量元素地球化学？其研究意义是什么？ 2.了解微量元素地球化学的研究思路及研究方法。 3.什么叫微量元素、什么是主量（常量）元素？微量元素的主要存在形式有哪些？ 4.阐述能斯特分配定律、能斯特分配系数的概念及其研究意义。 5.稀土元素的主要特点是什么？其在地球化学体系中行为差异主要表现有哪些方面？。 6.讨论稀土元素的研究意义。7.你认为岩浆作用过程中决定元素浓集成矿的主要机制和决定因素是什么？8 根据微量元素的特点,说明那些元素适合于研究沉积岩物源区特征,为什么? 第六章同位素地球化学 1. 同位素地球化学在解决地学领域问题中有何独到之处？ 2. 何谓稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素。 3. 选择同位素标准样品的条件。 5. 造成稳定同位素组成变化的原因是什么？ 6. 放射性同位素年龄测定公式，各符号的含义。
《地球化学》练习题 绪论 1.概述地球化学学科的特点。 2.简要说明地球化学研究的基本问题。 3.简述地球化学学科的研究思路和研究方法。 4. 地球化学与化学、地球科学其它学科在研究目标和研究方法方面的异同。 第一章太阳系和地球系统的元素丰度 1.概说太阳成份的研究思路和研究方法 2.简述太阳系元素丰度的基本特征. 3.说说陨石的分类及相成分的研究意义. 4.月球的结构和化学成分与地球相比有何异同？ 5.讨论陨石的研究意义. 6. 地球的结构对于研究和了解地球的总体成分有什么作用？ 7. 阐述地球化学组成的研究方法论. 8. 地球的化学组成的基本特征有哪些？ 9. 讨论地壳元素丰度的研究方法. 10.简介地壳元素丰度特征. 11.地壳元素丰度特征与太阳系、地球对比说明什么问题？ 12.地壳元素丰度值（克拉克值）有何研究意义？ 13.概述区域地壳元素丰度的研究意义. 14.简要说明区域地壳元素丰度的研究方法.
15.岩浆岩中各岩类元素含量变化规律如何？ 16.简述沉积岩中不同岩类中元素含量变化规律. 第二章元素结合规律与赋存形式 1.亲氧元素和亲硫元素地球化学性质的主要差异是什么？ 2.简述类质同像的基本规律. 3.阐述类质同像的地球化学意义. 4.简述地壳中元素的赋存形式及其研究方法. 5.举例说明元素存在形式研究对环境、找矿或农业问题的意义. 6.英国某村由于受开采ZnCO3矿的影响，造成住宅土壤、房尘及饮食摄入Cd明显高于其国标， 但与未受污染的邻村相比，在人体健康方面两村没有明显差异。为什么？ 第三章水-岩化学作用和水介质中元素的迁移 1.举例说明元素地球化学迁移的定义. 2.举例说明影响元素地球化学迁移过程的因素。 3.列举自然界元素迁移的标志. 4.元素地球化学迁移的研究方法. 5.水溶液中元素的迁移形式有那些？其中成矿元素的主要迁移形式又是什么？ 6.解释络离子的稳定性及其在地球化学迁移中的意义. 7.简述元素迁移形式的研究方法. 8.什么是共同离子效应？什么是盐效应？ 9.天然水的pH值范围是多少？对于研究元素在水介质中的迁移、沉淀有何意义？ 10.举例说明Eh、pH值对元素迁移的影响. 11.非标准电极电位E及环境的氧化还原电位Eh，在研究元素地球化学行为方面有什么作用？ 12.试述影响元素溶解与迁移的内部因素。