穩(wěn)定同位素對(duì)成礦物質(zhì)來源的指示作用

　　摘要：穩(wěn)定同位素在地學(xué)中的應(yīng)用日益廣泛，本文以氫氧和硫同位素為例就其中應(yīng)用最廣的地質(zhì)流體示蹤做一些簡(jiǎn)單總結(jié)。
　　關(guān)鍵詞：穩(wěn)定同位素；氫氧同位素；硫同位素；地質(zhì)流體示蹤
　　
　　1 引言
　　元素中不發(fā)生或極不易發(fā)生放射性衰變的同位素稱為穩(wěn)定同位素。穩(wěn)定同位素這一概念是相對(duì)，它主要取決于其半衰期的長(zhǎng)短，人們一般把原子半衰期大于1015的同位素稱為穩(wěn)定同位素。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)約300種穩(wěn)定同位素和1200種不穩(wěn)定同位素[1]。
　　目前，穩(wěn)定同位素應(yīng)用正向地學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，已涉及水圈、古海洋、古環(huán)境、氣候?qū)W、冰川學(xué)、天體化學(xué)和第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域并已取得一系列重大成果。本文就利用穩(wěn)定同位素來確定成礦物質(zhì)來源方面做些簡(jiǎn)單的總結(jié)。
　　
　　2地質(zhì)流體示蹤
　　由同位素質(zhì)量差所引起的物理和化學(xué)性質(zhì)上的差異，稱為同位素效應(yīng)。正是由于自然界存在同位素效應(yīng)，造成了地質(zhì)過程中，兩相或多相共存時(shí)，不同相中同位素比值差異——使同位素示蹤即判斷成礦物質(zhì)來源成為可能。
　　2.1 氫氧同位素
　　據(jù)Taylo等(1984)研究，幔源巖漿(M)的δ18O‰約為5.5~5.7；又據(jù)吳利仁(1985)，我國(guó)幔殼混源巖漿(Mc)與殼源巖漿(C)的δ18O‰的分界值約在10‰處[2]，因此，可以用δ18O‰值把我國(guó)巖漿物質(zhì)來源分為如下三種：幔源型(M)：δ18O‰小于5.5‰；幔殼混源型(Mc)：δ18O‰為5.5‰~10‰；殼源型(Ｍ)：δ18O‰大于10‰。所以測(cè)得礦區(qū)某單礦物如石英的δ18OV-SMOW可以判別出該區(qū)巖漿的來源。
　　另?yè)?jù)研究表明，不同成因的水具有不同的δD和δ18O值。一般認(rèn)為，巖漿水的δD和δ18O分別為－5‰~－80‰和6‰~10‰；變質(zhì)水的δD和δ18O分別為－20‰~－70‰和5‰~25‰ [3]；而大氣降水由于受緯度效應(yīng)的影響，其δD和δ18O值變化范圍較大，一般分別為－300‰~131‰和－54‰~31‰[4]。在大陸高緯度地區(qū)的大氣降水δD和δ18O可分別低達(dá)－20‰~－25‰，δD數(shù)值為－150‰~－250‰[5]。根據(jù)所測(cè)定礦區(qū)的具體礦石(如石英中流體包裹體)中流體的δD、δ18O值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，在δD-δ18O圖上進(jìn)行投影(圖1)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值所落入的區(qū)域，進(jìn)而確定具體礦床的成礦流體來源。這種方法簡(jiǎn)單易用，為迅速判斷成礦流體的來源、深入了解成礦作用機(jī)制、查明礦床成因提供有效的證據(jù)。
　　2.2 硫同位素
　　硫同位素之間相對(duì)質(zhì)量相差較大，在自然過程中它們的分餾效應(yīng)較明顯，如圖2所示。根據(jù)礦床中硫同位素的組成，分析礦床中硫的來源，進(jìn)而可探討礦床的成因。在熱液礦床(也包括其他類型礦床)中硫的來源是多種多樣的，大致可分為三類：①地幔硫，地幔是許多重要成礦物質(zhì)的源區(qū)，雖然目前還無(wú)法直接測(cè)定地幔硫同位素組成，但可根據(jù)隕石以及各種來源于地幔的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖石的研究認(rèn)為，其δ34S值接近0，并且變化范圍較小；②地殼硫，在沉積作用、變質(zhì)作用和巖漿作用及表生作用過程中，地殼物質(zhì)的硫同位素發(fā)生了很大變化，各種地殼巖石的硫同位素組成變化很大；③混合硫，地幔來源的巖漿在上升侵位過程中混染了地殼物質(zhì)，各種硫源的同位素相互混合。如果混染了海水或海相硫酸鹽的硫，混合硫便以富34S為特征；如果混染了生物成因的硫，混合硫便以富32S為特征；如果混合了接近隕石的硫，則混合硫的34S值接近0。因此，由熱液礦床中硫化物的δ34S值所獲得的成礦溶液總硫的同位素組成對(duì)分析硫的來源有重要意義[6]。
　　
　　3 小結(jié)與展望
　　本文主要討論了同位素在地質(zhì)研究中的應(yīng)用最廣的方面——地質(zhì)流體示蹤。實(shí)際上對(duì)隕石和星際物質(zhì)的研究、對(duì)石油和天然氣的地質(zhì)勘查研究、對(duì)水資源的地質(zhì)勘查研究和對(duì)環(huán)境地質(zhì)的研究等諸多方面，穩(wěn)定同位素都扮演著十分重要有時(shí)甚至是至關(guān)重要的角色。
　　自然界的同位素變化既有規(guī)律性也有復(fù)雜性，常常是“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”。巖石和礦床地球化學(xué)研究猶如“瞎子摸象”，能否采集到具有充分代表性的樣品進(jìn)行地球化學(xué)分析至關(guān)重要。我們對(duì)控制自然界同位素變化原理的理解仍然是有限的，同位素地球化學(xué)研究的方向之一就是不斷地發(fā)展和完善這些原理[7]。我們完全有理由相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)定同位素在地學(xué)研究中的應(yīng)用必將取得更大的成果和突破。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] Jochen Hoefs.Stable Isotope Geochemistry(6th Edition)