分解，吸收其中的H与CO2结合成有机化合 物分子。实测活的生物体、有机体、生物碳 酸盐都具有高的18O。
2H216O+C18O2 → 2(HC18OH)n+16O2




自然界中由于以上氧同位素的分馏作用， 使得在不同地质体中，氧同位素成分有明 显变化，一般规律 : 有机体和CO2中 18O / 16O ：2.1×10－3，最 高 地表水（H2O） 18O / 16O ：1.98× 10－3 ， 最低 岩浆岩、变质岩以及高温形成的碳酸盐岩 居中18O / 16O ：2.01~2.04× 10－3 沉积岩中比较富18O。
2、沉积岩
①沉积岩中的氢氧同位素组成受两个主要
反应控制： 1）水-岩同位素平衡，低温水-岩同位素反 应分馏强烈； 2）生物分馏，生物沉积岩中出现地壳中 最高的δ18O和δD值。
2、沉积岩
②各种沉积岩的特点：

1）碎屑沉积岩— δ18O岩浆岩（5~10‰）＜δ18O＜ δ18O黏土 矿物（20~30‰）

如果已知石英和方解石的δ 18O值，就可 以获得二者平衡沉淀温度。
外部测温法（反用）


可用来计算水介质的氢、氧同位素组成。 其条件是，当某矿物的氢、氧同位素组成 及其形成温度是可知时，便可根据有关方 程，计算出介质水的氢、氧同位素组成： 1000 lnα矿物—水=δ18O矿—δ18O水 =(α/T2)+b
1000lnα=A×106/T2+B 1000lnαA-B≈δA-δB=A×106/T2+B
1）外部测温法—矿物-水测温； 2）内部测温法—共生矿物法
外部测温法—矿物-水测温
外 部 测 温 注 意 点
内部测温法—共生矿物法
举 例


以石英、方解石共生矿物对为例：
1000 lnα石英-水=3.38×106T－2－3.40 1000 lnα方解石-水=2.78×106T－2－3.40 则石英—方解石氧同位素温度计为： 1000 lnα石-方=(3.38－2.78)· (106T－2)+[－3.40－ （－3.40）
第5章 同位素地球化学
Part Ⅴ
5.3 稳定同位素地球化学


5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4
稳定同位素基础及分馏机理 氢、氧同位素地球化学 硫同位素地球化学 碳同位素地球化学
5.3.2
氢、氧同位素地球化学
5.3.2.1 5.3.2.2 5.3.2.3 5.3.2.4


这一规律示踪的地球化学信息： 斑岩铜钼矿床钾化带蚀变以岩浆水作用为 主导，而围岩中青盘岩化蚀变当地围岩中 的大气降水起到了重要的作用； 斑岩矿床成矿蚀变流体是多源的。
作业
0
○老湾矿床 ◆凉亭矿床 △黄竹园矿点 ①演化大气降水② 演化岩浆水 大气降水线
200℃
0.001 （W/R比值） 海水 250℃ ① 300℃ 350 ① ② 400℃ ② ② 原始 岩浆水
4、变质水
δD=－140‰~ － 20‰； δ18O=－16‰~+25‰ 高温变质水与岩石达到同位素交换平衡， 因此，变质热液的同位素组成指示变质环 境、原岩性质和流体来源。

5、原生水及岩浆水☆
来自地幔的与铁、镁超基性岩平衡的水称 为原生水； δD=－85‰~ －50‰； δ18O=5‰~+9‰ 岩浆水指的是高温硅酸盐熔体所含的水及 其分异作用形成的水 ： δD=－80‰~ －50‰； δ18O=6‰~+10‰
1、蒸发-凝聚分馏
氢有两种稳定同位素（H、D），
氧有三种同位素（16O、17O、18O）。
水可能有九种同位素分子组合： H216O HD16O D216O H217O HD17O D217O H218O HD18O D218O
实验测试25℃时液相（l）和气相（v）间
氢氧同位素分馏系数为：
αl-v= (18O / 16O)l/ (18O / 16O)v=1.0029 αl-v= (D/H)l/ (D/H)v =1.017
由于水分子经过反复多次蒸发~凝聚过程，
使得内陆及高纬度两极地区的蒸气相（雨、 雪）中集中了最轻的水（ δ18O 、δD趋向更 大负值）； 大洋及赤道地区出现重水（δ18O、δD趋向 更大正值）。 这就是“氢氧同位素的纬度效应”
④古气候示踪
5.3.3
5.3.3.1 5.3.3.2 5.3.3.3 5.3.3.4

硫同位素地球化学
自然界中硫同位素的分馏作用 自然体系中硫同位素组成 硫同位素地质温度计 硫同位素在成矿作用中的示踪意义
硫稳定同位素种类
32S——95.02% 33S ——0.75% 34S—— 4.21% 36S ——0.02%



Sheappard对南北美洲环西太平洋斑岩成矿 带氧、氢同位素组成的研究，从北到南采集 两种类型的蚀变矿物，测定其氢、氧同位素 组成： 1) 钾化带蚀变黑云母： δ18O，δD稳定，不 随纬度而变化； 2) 青盘岩化带（泥化带）绢云母：δ18O， δD随纬度而变化，具明显“纬度效应”。

②生物动力分馏
生物成因硫化物的δ 34S （‰）一般
小于0，负值越高生物成因可能性 越大。
③热力学平衡分馏
平衡共生条件下，不同价态硫同位素分
馏特征为：
δ34S值S2－＜S2－＜S0＜SO2＜SO42－
在平衡状态下，硫酸盐δ34S值大于硫化物 1）硫酸盐34S值：铅矾＜重晶石＜天青石＜
5.3.2.2

各种自然产状水的氢氧 同位素组成
1、大气降水☆ 2、温泉和地热水 3、封存水（包括深成热卤水、油田卤水） 4、变质水 5、原生水及岩浆水☆
大气降水线 δD=8δ18O+10
1、大气降水☆


大气降水氢氧同位素组成：
δD=－350‰~+100‰； δ18O=－50‰~+5‰ δD 和δ18O一般小于0
③岩石氧同位素组成与地球动力学意义
大别-苏鲁超高压变质带中的榴辉岩
（石榴子石+绿辉石） δ18O=－10.4‰~7.4‰。

这表明超高压变质岩的原岩是近地表火山岩并 与大气降水进行过强烈的水-岩作用，从而揭 示了榴辉岩的原岩在俯冲到地幔深度后其氧同 位素组成并没有受上地幔氧同位素组成（约为 5.7‰）的影响而被保存下来，反映超高压变 质作用形成的榴辉岩在地幔中存留的时间很短 和有限的壳幔相互作用，表明榴辉岩形成后的 快速折返。
3、矿物晶格的化学键对氧同位素的选择
最富: Si—O—Si 键矿物18O； 其次: Si—O—Al ，Si—O—Mg， Si—O—Fe; 最贫: 含（OH） 的矿物 18O .
4、生物同位素分馏
植物光合作用的结果使18O在植物体中
富集，放出O2富含16O：
光合作用的实质是水的去氢作用，植物将水

自然界氢氧同位素的分馏 各种自然产状水的氢氧同位素组成 岩石中的氢氧同位素组成 氢氧同位素地球化学应用
氢同位素：
1H(氕) 2H(氘，D) 3H(氚，T)，
3T是宇宙成因放射性同位素。 氢同位素组成表示： δD（‰）=[(D/H)样品/ (D/H)SMOW－1]×1000
氧稳定同位素
2
氢氧同位素示踪
①确定成矿流体的来源☆ ②确定岩石成因☆ ③岩石氧同位素组成与地球动力学意义 ④古气候示踪
①确定成矿流体的来源

矿床学研究中一个重要的问题是成矿溶液 的来源及其在成矿过程中的演化特征，而 水是成矿流体的基本组分，因此研究成矿 溶液中水的来源是揭示矿床成因的关键。 形成金属矿床的成矿溶液可来自于热卤水、 同生水、大气降水、变质水和岩浆水等， 而成矿溶液中水的氢氧同位素组成是研究 不同成因水的重要示踪剂。
石膏；
2）硫化物δ 34S值：辉铋矿＜辉锑矿＜辉铜
矿＜方铅矿＜斑铜矿＜黄铜矿＜闪锌矿＜黄 铁矿＜辉钼矿.
5.3.3.2 自然体系中硫同位素组成

1.大气圈、水圈和生物圈硫同位素组成 2.各类地球岩石硫同位素组成☆
1.大气圈、水圈和生物圈硫同位素组成
①大气硫存在形式：气溶胶中硫酸盐和气态H2S、 SO2。 ②大气硫来源 A天然来源 火山喷发H2S、SO2 (δ 34S =－10‰~10‰)； 海水蒸发盐δ 34S =20‰)；
生物成因的H2S和有机硫δ 34S =－30‰~10‰)；
B人工污染：金属硫化物矿石冶炼；石膏粉尘。
②确定岩石的成因
例如对花岗岩研究来说，来自于陆壳碎屑物
质部分熔融形成的S型花岗岩，其δ18O值一般 大于10，而来自陆壳火成物质部分熔融形成的 I型花岗岩一般δ18O小于10，由幔源岩浆分异 形成的M型花岗岩，其δ18O值较低。
根据花岗岩的δ18O值判断其物 质来源：
I型δ18O＜10（8~9） S型δ18O ＞10
蒸 发 凝 聚 分 馏
δD=8 δ 18O +10
2、水-岩同位素平衡
1/2Si16O2+H218O→1/2Si18O2+H216O
(25℃，α=1.0492) 其结果是岩石中富集了18O，水中富集了16O。 由于大部分岩石中氢的含量很低，因此，在
水~岩交换反应中氢同位素成分变化不大。

大气降水同位素组成影响因素（看书）：
①大陆效应 ②纬度效应 ③高度效应 ④季节效应

2、温泉和地热水


大气降水深循环加热的水 δD与当地纬度有关 δ18O变化大
3、封存水 大气降水和海水深循环后长期封存（不 流动）的产物，以高温和高矿化度为特征。 δD=－120‰~ － 25‰； δ18O=－16‰~+25‰