氢氧同位素分馏机理及其在地学中的应用

同位素地球化学在油气领域上的应用同位素地球化学是研究地球上同位素的分布、变化和地球化学过程的一门学科。

在油气领域，同位素地球化学的应用主要体现在以下几个方面。

同位素地球化学可以用于研究油气的形成和演化过程。

通过分析油气中的同位素组成，可以确定油气的来源和成因。

例如，通过测定油气中的碳同位素比值，可以判断油气是来自海相还是陆相沉积环境，从而指导勘探工作。

同时，同位素地球化学还可以揭示油气的演化过程。

例如，通过测定油气中的氢同位素比值，可以判断油气的成熟度和演化过程，为油气勘探和开发提供重要依据。

同位素地球化学可以用于判别油气的来源和成因。

不同地质环境和沉积条件下形成的油气具有不同的同位素特征。

通过测定油气中的同位素组成，可以确定油气的来源和成因。

例如，通过测定油气中的氮同位素比值，可以判别油气的有机质来源，如海洋生物还是陆地植物。

同时，同位素地球化学还可以用于判别油气的类型和成分。

例如，通过测定油气中的氧同位素比值，可以判别油气中是否存在生物碳酸盐的组分，从而判断油气的类型和成分。

第三，同位素地球化学可以用于研究油气的运移和储集过程。

油气在地下储层中的运移和储集过程受到地质构造、岩石孔隙结构和流体作用等因素的影响。

通过测定油气中的同位素组成，可以揭示油气的运移和储集过程。

例如，通过测定油气中的氦同位素比值，可以确定油气的来源和运移路径，为油气勘探和开发提供重要依据。

同时，同位素地球化学还可以揭示油气在地下储层中的运移和储集机制。

例如，通过测定油气中的硫同位素比值，可以判断油气中硫化氢的来源和生成机制，从而揭示油气在地下储层中的运移和储集过程。

同位素地球化学还可以用于研究油气的污染和环境影响。

随着油气勘探和开发的不断深入，油气的污染和环境影响问题日益突出。

通过测定油气中的同位素组成，可以揭示油气的污染来源和迁移路径，为油气污染防治提供科学依据。

例如，通过测定地下水和土壤中的同位素组成，可以判断是否存在油气污染，从而指导油气污染防治工作。

现代同位素地球化学第三讲氢氧同位素地球化学3.1 概况3.2 δD 和δ18O 在自然界的分布3.3 δD 和δ18O在地学研究中的应用3.1 概况•H=99.985%; D=0.015%; T=1x10-15%;•H和D之间有最大的质量差（100%）和最大的同位素分馏(700‰)；•水/岩反应中，δD一般不发生变化；•16O=99.72%; 17O=0.038%; 18O=0.2%;•分析精度要求：δD：±1‰；δ18O：±0.1‰l自然界中氢、氧同位素的分馏主要是平衡交换过程引起的。

动力过程，如植物的光合作用，呼吸作用等也能引起较小的同位素分馏。

l蒸发过程也会造成氢、氧同位素的分馏。

蒸发时，较轻的同位素组分（1H和16O）总是优先富集在汽相中，富集的顺序取决于温度。

3.2 δD 和δ18O 在自然界的分布3.2.1 天外物质l陨石中δ18O 相差不大: 无球粒陨石和铁陨3.7~4.4‰, 普通球粒陨石、顽火球粒陨石和顽火无球粒陨石5.3~6.3‰;l月岩全岩δ18O 为5.67~6.3‰, 均较低, 原因: 温度高; 无沉积岩;l月岩δD很低: -68 ~ -917‰l月岩中单矿物: 3.9~7.15‰; 石英>斜长石>辉石>橄榄石>钛铁矿, 18O已达平衡;l月岩共生矿物间δ18O相差很小, 表明: 温度很高; 缺少流体;l月壤δ18O相对较高: 5.72~7.34‰3.2.2 天然水l1.海水:seawaterl2. 大气降水: meteoric watersl3.岩浆水(magmatic water):water-dominated hydrothermal fluids that separate from magmas l4. 同生水(建造水)(connate water, formation water, basinal fluid): connate waters trapped in pore spaces in sedimentsl5. 变质水(metamorphic water): fluidsassociated with metamorphic processes•同生水或沉积热卤水：指与沉积岩同时沉积且封闭于地层孔隙或层间的水。

火山地质与矿产第22卷第4号2001年VOLCANOLOGY&MINERAL RESOURCES Vol.22No.4文章编号:1003-9414(2001)04-0244-08氢氧同位素交换动力学及其地质意义¹钱雅倩,郭吉保,邱永泉(南京地质矿产研究所,江苏南京210016)(国土资源部同位素地质开放实验室,北京100037)(南京大学内生矿床成矿作用国家重点开放实验室,江苏南京210008)摘要:氢氧同位素交换动力学是同位素地球化学学科的前沿。

它使同位素地球化学的研究由静态向动态、定性向定量、封闭体系向开放体系发展;为各种天然地质过程的研究定量提供有关的时间、温度、作用机制、演化途径及地质体的冷却史等重要信息。

本文概述了氢氧同位素交换动力学参数、同位素交换动力学模式、在地学研究中的应用及实验测试新技术等。

关键词:氢氧同位素;动力学参数;动力学模式;地质意义中图分类号:P59文献标识码:A1概况当前国内外对稳定同位素地球化学的研究已取得了大量有意义的成果,对地球科学的发展起了积极的推动作用。

但以往的研究主要基于同位素平衡分馏理论,研究的前提条件大多假设地质体中共生矿物组合间已达到同位素平衡,矿物的形成温度即为同位素交换的封闭温度。

但随着研究工作的深入,发现自然界有相当多的地质体中同位素交换并非都达到了平衡,非平衡现象时有发生,甚至还有倒转现象出现。

不少矿物的同位素交换封闭温度远低于其形成温度,同位素交换不平衡是十分常见的。

对于此类地质体必须借助于同位素交换动力学理论才能作出合理解释。

许多天然地质体的形成都经历了复杂多变的演化发展过程(包括成岩成矿过程等),大多伴有性质、来源和同位素组成不同的流体(水)参与,并且发生流体(水)和岩石(矿物)间的氢氧同位素交换,引起同位素动力分馏,此乃地质过程中保存下来的十分有用的原始地质记录。

无疑开展氢氧同位素交换动力学的研究,可为深入了解各种天然地质过程,定量提供有关的时间参数、瞬时温度、作用机制、演化途径等重要信息,也可为动态研究地质过程中不同阶段(期、次)、不同性质流体的来源及其参与时间、温度、流体的流速、流量和环流途径,地质体的冷却史和同位素动力分馏与成矿作用的关系等¹收稿日期:2001-06-23基金项目:国家自然科学基金项目(40073003)、国土资源部科技司自由探索项目(2000437)资助。

同位素分馏特征同位素分馏是指在自然界或实验中，同一元素不同同位素在物理或化学过程中发生分离的现象。

这种分馏现象是由于同一元素的不同同位素具有不同的质量，从而在物理或化学反应中表现出不同的性质和行为。

同位素分馏在地质学、化学、生物学等领域都有重要的应用，对于研究地球演化、环境变化以及生物过程等具有重要意义。

同位素分馏可以发生在自然界中的各种物理和化学过程中。

其中最常见的是地球上的重力分馏和化学反应分馏。

重力分馏是指在地球上的重力场中，不同同位素由于质量差异而发生分离。

例如，地球大气层中气体的分馏就是由于不同同位素的质量差异而引起的。

在地球大气层中，较轻的同位素会相对富集在高处，而较重的同位素则相对富集在低处。

这种分馏现象对于研究大气层的物质循环、气候变化等具有重要意义。

化学反应分馏是指在化学反应中，不同同位素由于化学反应速率的差异而发生分离。

化学反应速率的差异与同位素的电子结构和化学键强度等因素有关。

在化学反应中，速率较快的同位素会相对富集在反应产物中，而速率较慢的同位素则相对富集在反应物中。

这种分馏现象对于研究化学反应动力学、同位素地球化学等具有重要意义。

同位素分馏在地质学上有着广泛的应用。

通过分析地球中不同同位素的比例，可以了解地球的演化历史、地壳运动、岩石形成等过程。

例如，通过分析岩石中铅同位素的比例，可以确定岩石的年龄和形成过程；通过分析大气中氧同位素的比例，可以了解过去气候变化的情况。

同位素分馏还可以用于研究地下水资源的形成和演化过程，以及地下水与地表水的相互作用。

在化学和生物学领域，同位素分馏也有着重要的应用。

通过研究同位素的分馏过程，可以了解化学反应的机理和动力学。

例如，通过研究碳同位素的分馏过程，可以了解生物体内碳的代谢和循环过程。

同位素分馏还可以用于研究生物体的食物链和生态系统的结构与功能。

通过研究不同生物体中同位素的比例，可以了解食物链中能量和物质的传递过程，以及生态系统中的能量流动和物质循环。

２０１２年４月Ａｐｒｉｌ２０１２岩　矿　测　试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３１，Ｎｏ．２２２５～２２８收稿日期：２０１１－０８－２８；接受日期：２０１１－１２－０７基金项目：中国地质调查局地质矿产调查评价项目（水［２０１０］矿评０３ ０７ ０２）；中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务费项目（２０１００１２）作者简介：杨会，硕士研究生，研究方向为同位素地球化学。

Ｅ ｍａｉｌ：ｈｙ５３０２２＠１６３．ｃｏｍ。

文章编号：０２５４５３５７（２０１２）０２０２２５０４不同检测方法对氢氧同位素分馏的影响杨　会，王　华，应启和，林　宇，涂林玲（中国地质科学院岩溶地质研究所，广西桂林　５４１００４）摘要：氢氧同位素的检测方法由最初的离线双路进样同位素比质谱法（Ｄｕａｌ－ｉｎｌｅｔＩＲＭＳ），发展到自动化程度较高的连续流水平衡法（Ｇａｓｂｅｎｃｈ－ＩＲＭＳ）检测方法以及现阶段正在研究使用的热转换元素分析同位素比质谱法（ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ）。

为了探讨不同检测方法对氢氧同位素分馏的影响以及各方法的优缺点，文章应用Ｄｕａｌ－ｉｎｌｅｔＩＲＭＳ、ＧａｓｂｅｎｃｈⅡ－ＩＲＭＳ、ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ三种检测方法对四种不同水样的氢氧同位素进行检测，并用国际标准和国家标准对检测结果进行校正。

结果表明，Ｄｕａｌ－ｉｎｌｅｔＩＲＭＳ法检测氢同位素的精密度高，重现性好；Ｇａｓｂｅｎｃｈ－ＩＲＭＳ法检测氢同位素的结果重现性较差；Ｄｕａｌ－ｉｎｌｅｔＩＲＭＳ和Ｇａｓｂｅｎｃｈ－ＩＲＭＳ法检测氧同位素要比ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ法的精密度高，重现性好。

用ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ法检测氢氧同位素，分别用国际标准和国家标准校正，δＤ值的最大绝对偏差为１．１３‰，δ１８Ｏ值的最大绝对偏差为０．２７‰。

测定不同水样的氢氧同位素时，连续流ＧａｓｂｅｎｃｈⅡ－ＩＲＭＳ测定氧同位素较有优势，而ＴＣ／ＥＡ－ＩＲＭＳ测定氢同位素比较有优势。

植物氢氧同位素测定
植物氢氧同位素测定是一种分析植物体内水分子中氢和氧同位素的方法。

这一过程首先需从植物组织中选取代表性样品，随后进行适当的样品处理，如干燥、研磨等步骤，以便进行后续的同位素分析。

通过特定的仪器和实验条件，可以测定出植物组织中氢和氧的同位素比率。

这些数据不仅揭示了植物利用水分的过程，还反映了环境条件如气候、土壤类型等信息。

该方法在生态学、环境科学和地球科学等领域具有广泛的应用价值，为深入理解植物与环境之间的关系提供了有力手段。

第22卷　第9期2007年9月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.22　N o.9S e p.，2007文章编号：1001-8166（2007）09-0960-09古高程计：氢氧同位素的新应用杨红梅，王成善（中国地质大学地球科学与资源学院，北京　100083）摘　要：定量恢复高大地形的古高程是地质学家一直以来追求的目标，将自生矿物中氢氧同位素用作古高程计的历史不长，这种方法还有很大的应用潜力，可用到比新生代更古老的时期。

根据与气团上升和水汽凝结的热动力学性质相关的瑞利平衡分馏原理，建立了这种古高程计的热动力模型，这个模型应用简便，适用于纬度小于35°的地区。

区域性经验关系的方法误差较小，但也有计算繁琐、适用区域有限的不足。

以上两种方法的计算精度均有待于提高。

研究中使用方解石作为样品最普遍，在方解石、高岭石、蒙脱石和针铁石等矿物中，究竟使用哪种推算古高程产生的误差更小，还需进一步研究。

关　键　词：古高程计；氢同位素；氧同位素中图分类号：P597 文献标识码：A 近年来，高大地形对全球气候长期变化及海洋化学元素组成的影响，日益受到地球科学工作者的重视［1～11］。

地史时期上，地表起伏的状态能为地壳、岩石圈和上地幔动力学的研究提供第一手资料［12～17］，因此如何重建地形单元的海拔演化历史成为科学工作者关注的焦点；用定量的方法精确刻画高大地形的古海拔的演变，更是地质学家梦寐以求的目标。

最近几年国外对古高程计的研究进展迅速，特别是2006年有几项研究成果先后在N a t u r e、S c i e n c e等著名刊物上发表［18，19］。

而目前我国在此领域还基本是一片空白。

本文将介绍国际上用自生矿物的氢氧同位素作为古高程计的研究动态和进展，及其原理和计算方法，以期推动我国在此方面的研究进展。

1　研究历史回顾从20世纪90年代开始，国际上一批科学家先后尝试用不同的地质记录作为古高程计，进行定量分析。