同位素地球化学复习题

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

1. 热电离质谱仪 (MAT260，261，262，Triton，GV354)

2. 气体质谱仪(MAT251，252，253，Delta Plus， GV Isoprime 等) 3. 惰性气体质谱仪，如 MM1200、MI1201-IG、 GV5400 4. MC-ICP-MS (LA-MC-ICP-MS)：如Neptune 、Nu Plasma 5. SHRIMP ： SHRIMP II离子探针质谱 本章重点

? 同位素分析结果的表达方式

? 稳定同位素（C、H、O、S)的国际标准 ? 同位素分馏基本理论 – 热力学分馏 – 动力学分馏

? 分馏系数α及其与δ值之间的关系 ? 同位素相对富集系数（△）及其加和性 ? 同位素地质温度计 3.1 同位素分析结果的表达方式 δ‰=(R样-R标)/R标×1000 =(R样/R标-1) ×1000 δ‰=(R样-R标)/R标×1000 =(R样/R标-1) ×1000

3.3 分馏系数α及其与δ值之 间的关系 1. 定义：αA-B= RA/RB 2. 1000lnα≈△A-B＝δA－δB

3.4 同位素相对富集系数（△）及其加和性

? 某同位素在A-B-C三种矿物中有δA>δB>δC，则 △A-C= △A-B + △B-C △B-C= △A-C -△A-B △A-B= △A-C - △B-C 3.5 同位素地质温度计 ? 同位素分馏方程 1000lnα=A×106/T2+B ? 同位素馏分曲线

注意：分馏方程中T 为绝对温度(OK) 3.5 同位素地质温度计

1000lnα石英-水=3.38×106/T2 - 3.40 1000lnα石英-方解石=0.6×106/T2 1000lnαPy-Gn=1.03×106/T2 1000 lnαPy-Sp=0.3×106/T2 4. 本章重点

1. 氢-氧同位素的纬度效应、大陆效应、高度效应、季节效应

2. 海水的氢-氧同位素组成是多少？引起海水的δ18O和δD微小变化的原因有哪些？ 3. 海底火山是怎样影响局部海水同位素组成的？ 4. 大气降水来源的热泉水的氢氧同位素组成特征？ 5. 岩浆水、初生水的概念与氢氧同位素组成特征

6. 火成岩的氢氧同位素组成特征、演化规律及其与矿物序列的关系？ 7.影响火成岩氢氧同位素组成特征的因素有哪些？

8． Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)是利用碳氧同位素来判别碳酸盐岩的沉积环境的判别方程，临界值是120。你能判断Z>120是属于海相还是属于淡水相吗？

4.9 成矿温度、成矿液体的氧同位素值 已知 1000lnα石英-水=3.38×106/T2-3.40 1000lnα方解石-水=2.78×106/T2-3.40 计算成矿温度、成矿液体的氧同位素值。 4.10 如何获得成矿热液的氢-氧同位素组成 流体包裹体直接测定法 二、同位素平衡温度计算法

即根据矿物-水的平衡分馏方程由矿物的氢氧同位素组成计算成矿溶液的氢氧同位素组成 4.11 甲烷碳同位素组成与母岩成熟度的关系?

由于有机母质上的CH2D官能团内C-C键的亲和力要比CH3官能团内C-C键的强，所以只有在热力增强的条件下才可使C-CH2D键断开，这使得甲烷在成熟度增加时氘的浓度也会相对富集

4.12 在甲烷同系物烷类气中，热解成因的烃类气分子的δD值随其碳数的增加而变化的规律是什? 在甲烷同系物烷类气中，热解成因的烃类气分子的δD值随其碳数的增加而增大，即： δDCH4<δDC2H6<δDC3H8< δDC4H10

5.1 稳定碳同位素的比值是哪两个同位素 R=13C/12C

δ13C＝（R样品/R标准-1）×1000 国际标准：PDB

5. 3 是氧化型的碳富集13C还是还原型碳富集13C （氧化型的） 5.4 大气中的CO2的δ13C平均值是多少，海相碳酸盐岩的δ13C大约是多少 5.5 海相碳酸盐和淡水碳酸盐哪个更富集13C

海相和非海相碳酸盐岩的碳同位素组成的这种差异要能主要是由沉积环境的不同所引起。在非海相碳酸盐形成过程中，土壤中的有机质不断进入沉积盆地，使沉积盆地12C浓度相对增加。

5.6 变质作用会使碳酸盐岩的碳同位素组成更富集12C还是13C？

在变质反应过程中，释放出的CO2优先富集13C，从而使形成的碳酸盐矿物相对富12C。据估计，CO2中13C比方解石中高6‰左右。

5.7 解读“δ13C等值线以及方解石和石墨的稳定场与热液物理化学条件的关系” 图(即 log fO2-pH 相图)

5.8 控制海水碳同位素组成的主要因素是什么？说明理由。

? 有机碳库与无机碳库的相对比例：由于有机质优先富集12C，生物的大量绝灭将导致沉积物中有机质埋藏率的增加，从而使海洋沉积物中δ13C的值降低，相反，当生物出现复苏和大规模繁盛时，较轻的12C加入到有机质中，海洋沉积物中有机碳δ13C的值将会升高。

? 构造运动将深部贫13C的“毒化”水带至表层水，两种海水混合后以无机碳酸盐的形式沉淀下来

? 海平面下降，导致陆地和大陆架大面积暴露，有机碳的氧化强度增加

? 冰川作用，导致海平面升降，改变海洋和大陆架的生态环境，使生物发生集群绝灭 5. 10 海相有机碳和陆相有机碳哪个更富集12C？

? 海相沉积有机碳的δ13C值为-20‰左右，淡水沉积有机碳的平均δ13C值为-25 ‰左右，有的甚至低达-30‰。

5. 12 什么是原油碳同位素类型曲线？有什么意义？

? 原油中所含的分子具有完全不同的结构，其中最重要的类型有饱和烃、芳烃、非烃和沥青质，它们的同位素组成差异明显。由原油中这些组分的碳同位素组成按一定顺序排列构成的曲线叫原油类型曲线。

5. 14 在天然气中，甲烷及其同系物的同位素组成与成熟度的关系是什么？ ? 甲烷的δ13C值都随有机母质热成熟度的增加而增大。

5.1有机成因的甲烷同系物碳同位素变化规律是什么？无机成因的天然气又是什么规律？ 油型 气： δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4 煤型 气： δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4 无机成因：δ13C1>δ13C2>δ13C3>δ13C4

5. 16 油型气与煤型气中甲烷同系物的碳同位素的区别？ （答案同上）