氧同位素地球化學

氧同位素地球化學

正文

研究天然物質中氧同位素的豐度、變異規律及其地質意義。自然界氧有3個穩定同位素16O、17O和18O，它們的豐度分別為99.762％、0.038％和0.200％。氧同位素組成以δ18O表示，標準採用SMOW（見穩定同位素地球化學）。天然含氧物質中δ18O的分布如圖所示。大氣水的δ18O變化範圍最大,為+10～-55‰,極地粒雪的δ18O最低；大氣二氧化碳的δ18O 最高,可達+41‰。所以天然物質中δ18O的變化幅度約100‰。

氧同位素地球化學

含氧礦物在自然界分布相當廣泛。主要造岩礦物的δ18O變化具有明顯的順序性，與岩漿結晶分異順序一致，即由孤立島狀四面體的橄欖石到鏈狀輝石、層狀雲母和架狀的長石、石英，δ18O依次增高，這主要與礦物的晶體化學性質有關。根據同位素分餾理論，矽酸鹽礦物中陽離子與氧的結合鍵愈短，鍵力愈強,振動頻率愈高,則18O愈富。石英中Si—O鍵在矽酸鹽結構中是最強的;此外，與溫度有關，因為超基性、基性原始岩漿處於很高溫度狀態，同位素分餾作用減弱，隨岩漿溫度的降低，同位素分餾作用增強，岩漿中18O含量相對增高。因此，從超基性岩到酸性岩δ18O明顯增高，其變化範圍為 5～13‰。對於非正常火成岩，則須考慮岩漿或固結岩石與周圍物質間的相互作用。
沉積岩的δ18O變化範圍大，為10～36‰。其中砂岩的δ18O最低，為10～16‰；頁岩其次，為14～19‰；石灰岩最高，為22～36‰。
變質岩的δ18O一般介於火成岩和沉積岩之間,為6～25‰。變質岩的氧同位素組成可提供有關原岩性質、變質溫度、變質流體的來源和同位素交換程度等方面的信息。
氧同位素的地質套用最廣泛，包括：①氧同位素地質溫度計。套用實驗的方法，首先測定礦物與水的分餾數據，再計算礦物與礦物之間的分餾數據，得出分餾係數與溫度的關係式。氧同位素地質溫度計中石英－磁鐵礦礦物對是最靈敏的,因為石英的 18O/16O比值大,磁鐵礦的比值較小，所以石英－磁鐵礦之間具有最大的分餾係數和溫度係數(指溫度每變化 1℃時分餾係數的改變數)。②古海洋溫度計。通過測定生物化石碳酸鈣殼層與水之間的氧同位素組成來確定古海洋的溫度。③判斷成礦熱液的來源和礦床成因及岩石成因等。

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