对于氢氧稳定同位素来说，蒸发和凝结是引起同 位素分馏的重要作用。一般来说，由于蒸发和凝 结所造成的同位素分馏，结果往往是，气相富集 较轻的同位素，而液相和固相富集较重的同位素。
中国地质大学（北京）
水与岩石同位素交换反应造成的分馏：
水资源与环境学院
岩石的δ18O值比水大，因此岩石与水发生同位素 交换的结果往往是，水富含18O，即水中δ18O增大。 这一现象常称为“氧-18漂移”。
1993 2.5
106
中国地质大学（北京）
三、千分偏差值(δ，‰)
水资源与环境学院
指样品的同位素比值(R样)相对于标准样品同位素比值(R标) 的千分偏差，即：
δ(‰)= R样 R标 1000 R标
δ值能直接反映出样品同位素组成相对于标准样品的变化方 向和程度。若δ>0，表明样品较标准样品富含重同位素； 若δ<0，表明样品较标准样品贫化重同位素；δ=0则表明样 品的重同位素含量与标准样品相同。
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
2.2 大气降水的氢氧稳定同位素组成
一、大气降水线（GMWL）
1961年Craig通过对全球降水样品同位素资料 的分析指出，雨水的δ2H和δ18O值之间存在着线 性关系，并得出了如下的相关关系式：
D 8 18O 10
被称为Craig公式 .
中国地质大学（北京）
例如：δ 18O = +10 ‰，表示样品中的18O 比标准样多10 ‰。
中国地质大学（北京）
四、氢、氧同位素标准
水资源与环境学院
氢、氧同位素国际标准样品是“标准平均海水” （SMOW，standard mean ocean water），
D
(158 2) 10 6
H SMOW
18O 16O
中国地质大学（北京）
2.1 基本概念
水资源与环境学院
一、同位素丰度
指某一元素的各种同位素在该元素中所占的百分含量，即 用百分值表示的某一元素各种同位素的原子数和该元素原 子总数之比。
例如：自然界中18O的平均同位素丰度是0.205%，它 表示在十万个氧原子中有205个18O原子；
又如：海水的氧同位素丰度为： 16O = 99.763%, 17O = 0.0375%，18O = 0.1995%。
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
第二章 地下水同位素组成特征
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
地下水中的同位素：
包括水自身的氢、氧同位素，以及水中溶质的 同位素。
氢：1H、2H、3H； 氧：16O、17O 、18O 稳定同位素：12C和13C、32S和34S、28Si和30Si、86Sr 和88Sr、54Fe和56Fe等； 放射性同位素 ：14C、36Cl、238U、234U、131I等
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
二、同位素比值 (R) 指物质（样品）中某元素的重同位素与常见轻同 位素含量(或丰度)之比，即：
R X* X
式中X*和X分别表示重同位素和常见轻同位素含量。
例如：海水氢、氧同位素的R值为：
RD
2H H
海水
Байду номын сангаас
158
2106
R18O
18 O 16 O 海水
水资源与环境学院
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
Plot of 34S of dissolved sulfate vs. chloride concentration in groundwater
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
Plot of isotope fractionation between dissolved sulfate and total reduced sulfur vs. chloride concentration in groundwater
SMOW
(1993.4 2.5) 106
实际上并不存在供实验室使用的SMOW标准，而是使用美 国标准局配置的1号蒸馏水（NBS－1），它与SMOW标 准之间的关系为：
D 1.050 D
H SMOW
H NSB1
18O 16O
SMOW
1.008
18O 16O
NSB
1
中国地质大学（北京）
同位素分馏系数的通常表示方法：
A
RA R标 R标
1000
B
RB R标 R标
1000
RA
( A
1000
1)
R标
RB
( B
1000
1)
R标
AB
RA RB
AB
A B
1000 1 1000 1
A B
1000 1000
水资源与环境学院
中国地质大学（北京）
七、氢氧稳定同位素分馏
水资源与环境学院
δ2H
δ18O
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
硫同位素分馏：
一般在硫化氢氧化为硫或硫酸盐的过程中、海水 结晶出石膏的过程、石膏溶解的过程中，都没有 明显的硫同位素分馏。而在生物还原硫酸盐的过 程中，可以产生比较明显的分馏，而且这一过程 进行的越缓慢，分馏越明显。其分馏的结果是产 生的硫化氢中富集轻的同位素，而在硫酸盐中富 集重的同位素。
AB
RA RB
1 8O水 汽
（1
8O/1
6O）水
（1 8 O /1 6O）汽
式中，RA为A物质的同位素比值，RB为B物质的同位素比值。 αA－B>1，说明A物质比B物质富含重同位素；αA－B<1，则说 明B物质比A物质富含重同位素；αA－B=1，说明A、B物质 中的重同位素含量相同。
中国地质大学（北京）
H2O水←→ H2O汽
同位素分馏的结果使得重同位素相对富集于一种
物质或物相中，而轻同位素则在另一种物质或物 相中富集。
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
同位素Rayleigh分馏
中国地质大学（北京）
六、同位素分馏系数
水资源与环境学院
通常用同位素分馏系数(α)来表示同一体系中两种物质(物相) 之间同位素分馏的程度，其定义式为：
水资源与环境学院
国际原子能机构（IAEA）推荐的氢氧同位素标准，采用海洋 蒸馏水，称为”维也纳标准平均海水”（VSMOW）。
D
(155 .76 0.05) 106
H VSMOW
18O 16O
VSMOW
(2005.2 0.45) 106
中国地质大学（北京）
水资源与环境学院
五、同位素分馏 同位素以不同比例分配于两种物质或物相中的现 象称为同位素的分馏。