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同位素地球化学
同位素地球化学是以同位素的分布特征为研究对象，研究地球内部和表面形成过程和变化的一门重要的地学分支。它利用稳定同位素的比值来研究地球的演化及其在时空尺度上的变化。
同位素地球化学既是一门独立的学科，也是地球科学中的多学科交叉学科。它将地球科学、核物理学、化学和生物学等多学科有机地结合在一起，研究地球中某种物质的原始成分，以及它们在地球内部、大气中等不同环境中的运动、改变和转化过程，以及由此引起的地球演化过程。
同位素地球化学的研究方法有多种，其中最重要的是测量和分析地球表面、地壳、地幔和地球内部的同位素比例。它的研究重点是地球作为一个整体的演化过程，以及地球内部物质的原始成分、流动性和转化过程，以及它们如何影响地球表面和大气环境的演变。
一般而言，同位素地球化学的研究不仅要研究地球表面和内部的同位素含量，还要研究其分布特征。通常情况下，同位素的分布特征受到地壳、地幔和地球内核的影响，它们的分布特征各不相同。在同位素地球化学的研究中，要根据地球的特定环境对同位素的分布特征进行分析，可以深入地理解地球的演化过程、结构特征以及其影响因素。
在实际应用中，同位素地球化学已经成为地质勘查、矿物开采、矿产评价以及环境保护等领域的重要手段之一。人们可以利用同位素地球化学的结果，对潜在的矿产资源进行定量评估，进而提高地质勘查的准确性和效率。此外，同位素地球化学还可以用来研究地表微生物的活动、空气污染的源头和扩散趋势，以及地表水的污染特征等。
总之，同位素地球化学是地球科学研究的一个重要分支，它结合了多学科的知识，为地质勘查、矿产开发、环境保护和其他领域的实践活动提供了有效的技术支持。
第８９卷增刊 地质 学 报 ＡＣＴＡ ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬ ＳＩＮＩＣＡ ２０１５年ｌＯ月 Ｖｏ１．８９ Ｓｕｐｐ ０ｃｔ一２０１５
Ｖ同位素地球化学
黄方¨，吴非¨，于慧敏¨，李雪芳 ，刘耘
１）中国科学技术大学，地球和空间科学学院，合肥，２３００２６
２）中科院地球化学研究所，矿床地球化学国家重点实验室，５５００８１
钒是一个重要的第一行过渡族金属元素，由于 其独特的多价态性质，且在地球的各个圈层广泛分
布，因此钒元素的丰度变化被广泛用来研究和氧化
还原反应相关的地球化学过程。随着基于多接收电 感耦合等离子体质谱仪（ＭＣ—ＩＣＰ—ＭＳ）的同位素分
析技术的发展，钒同位素地球化学的研究也取得初
步进展。目前的观测已经初步确定硅酸盐地球的钒
同位素组成及其和陨石钒同位素组成的差异，这个 差异可能为我们了解地球的物质来源和形成过程
提供了新的制约。高温岩石样品的测量发现钒同位
素在岩浆分离结晶过程中存在显著分馏，因此钒同 位素为研究高温岩浆过程的物理化学条件特别是
氧化还原状态提供了有潜力的新工具（黄方，吴非，
２０１５；Ｈｕａｎｇ ｅｔ ａ１．，２０１５）。 钒同位素分析方法难度很大，主要体现在质谱 测量和化学提纯方面。但是近年来，中国科学技术
大学金属稳定同位素实验室在钒同位素地球化学 领域也取得了可喜的突破。目前已经建成了高精度
的钒同位素分析方法，大大简化了化学流程，提高
收稿日期：２０１５—０９—２８；改回日期：２０１５．０９—２８；责任编辑：刘志强。 作者简介：黄方，男。Ｅｍａｉｌ：￣ｕａｎｇ＠ｕｓｔｃ．ｅｄｕ．ｅｎ。 了提纯的效率和数据的质量，６ ５１Ｖ的分析精度达
到０．１‰（２ｓｄ）（Ｗｕ ｅｔ ａ１．，２０１５ａ），我们观察到洋中 脊玄武岩和英安岩的钒同位素受到矿物分离结晶
的影响。此外，通过第一性原理计算，我们预测钒
同位素由于价态不一样，以及在针铁矿表面的吸
附，可以在低温地球化学过程中发生显著的分馏。 因此，钒同位素在环境和生物地球化学领域也有望
铅同位素地球化学
铅同位素地球化学
lead isotope geochemistry
研究自然物质中铅同位素的丰度、变异规律及其地质意义。自然界铅由204Pb、206Pb、207Pb和208Pb4个稳定同位素组成,它们的丰度分别为1.4％、24.1％、22.1％和52.4%。204Pb是非放射成因的,206Pb、207Pb、208Pb是由238U和235U 和232Th 3个天然放射性同位素经过一系列α、β衰变后最终形成的稳定同位素。这 3个衰变系列可分别用下列简化式来表示：
238U→8α+6β-+206Pb
235U→7α+4β-+207Pb
232Th→6α+4β-+208Pb
铅同位素地球化学主要用于研究含放射性元素极低的矿物或岩石中的铅同位素组成。这些铅同位素组成自矿物或岩石形成之后不再发生变化，即不再有放射成因铅的加入，如方铅矿、白铅矿、长石、云母等及其所形成的矿石和岩石中的铅均属此类，把此类铅叫做普通铅。根据普通铅的演化历史和源区性质可分为单阶段铅和多阶段铅。
单阶段铅是指封闭体系中铅同位素组成保持恒定。如果一组样品是同源的，那么，它们的铅同位素比值如206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb等应该也是相同的。多阶段铅是指开放体系中普通铅同位素组成的变化。这种铅曾与具有不同U/Pb、Th/Pb比值的体系伴生过,而且铅在这些体系中存在的时间也各异，因此，铅同位素比值就会发生相应的变化。为追索这种铅的复杂历史，已建立了多种数学模式。
通过铅同位素地球化学研究，不仅可以确定成矿时代（见区域成矿学）或模式年龄（按照某种理论模式确立的公式计算年龄），而且还可判断成矿物质来源、矿床成因等。例如根据铅同位素组成及其特点，认为成矿物质的最初来源可分为幔源、壳源和混合来源。207Pb／204Pb比值或μ值(238U/204Pb)高的铅来自上地壳，低μ值的铅来自下地壳或上地幔。造山带（岛弧）铅被认为是地壳铅与地幔铅混合的结果。再如，矿床是单成因还是多成因、成矿物质是单一来源还是多种来源等问题均可利用铅同位素比值来判断。
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 AZ XN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AX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。
