氧同位素 氮、氧同位素
与碳同位素主要受不同碳来源的流体混合控制不同,氧同位素则主要受到了不同氧来源的流体混合效应和温度分馏效应共同控制,并以温度分馏效应控制为主(张理刚,1985;黄思静等,2009a)。在一定物理化学状态下,矿物—水相互作用过程中的氧同位素可以达到分馏平衡,或者说,在一定温度(控制氧同位素分馏的最主要物理化学状态参数)条件下,矿物—水之间达到了同位素平衡,它们之间的氧同位素分馏系数是一定值,也就是说,一般情况下矿物—水之间的氧同位素分馏系数是温度的函数(张理刚,1985),随着温度的升高,氧同位素分馏系数逐渐减小。
根据上述原理,人们可以知道:矿物的氧同位素组成主要是由矿物—水系统的温度所控制,当系统温度升高时,从水中沉淀的矿物会更倾向于富集轻氧(16O),矿物的氧同位素组成相应偏负,也就是说,在相同氧同位素组成的流体中,低温条件下沉淀的矿物具有相对正的氧同位素值(δ18O),而高温条件下沉淀的矿物具有相对负的氧同位素值(δ18O)。当然,如果矿物—水反应的封闭系统遭到破坏,其外部流体(不论富16O,还是富18O)的侵位混合作用也会直接影响到水及相应沉淀矿物的氧同位素组成,使得后期沉淀矿物的氧同位素组成显著不同于前期沉淀矿物的氧同位素组成,或相对偏正、或相对偏负。事实上,单就矿物的氧同位素组成而言,人们很难在实际应用中确定这些氧同位素组成是受到了矿物—水系统温度的控制,还是受到了外部流体的侵位混合作用?其可用性需要其他地球化学证据的进一步支持。
川东北地区三叠系飞仙关组不同类型白云岩(白云石)的δ18O平均值为-4.77‰(PDB);从总体上看,所有不同类型白云岩(白云石)的δ18O值都不同程度地高于同层位灰岩的δ18O值(表6.4;图6.13,图6.14),但这并不能说明它们之间存在直接的关联。对于白云岩而言,它们更多的是记录了白云化流体的δ18O值,而对于灰岩而言,它们更多的是记录了灰岩成岩过程中水—岩相互作用后成岩流体的δ18O值,这两种流体之间可能存在直接关联,但也可能不存在直接关联。对于分布在不同空间位置的白云岩和灰岩而言,它们分别记录的δ18O值显然更可能不存在直接的关联,同时当前的白云岩或者灰岩的δ18O值也并不是它们各自对应沉淀流体的δ18O值,它们与各自对应沉淀流体之间都存在着不同的水—岩之间的氧同位素分馏作用关系,而且这些氧同位素分馏作用十分复杂且不能直接简单获得,即白云岩或者灰岩的δ18O值不能简单地等同于它们各自对应沉淀流体的δ18O值,因而白云岩与灰岩之间的δ18O值不能简单地直接对比。当然,对于一些直接共生的方解石和白云石矿物对而言,由于它们与沉淀流体之间的氧同位素分馏作用关系是相对明确的,同时如果沉淀流体的氧同位素组成是已知的话,那么氧同位素组成交换平衡的方解石和白云石共生矿物对之间的氧同位素差值是确定的,换言之,它们的氧同位素组成(或氧同位素差值)所反演的沉淀流体氧同位素组成也是确定的。尽管川东北地区三叠系飞仙关组不同类型白云岩(白云石)与灰岩之间的δ18O值存在氧同位素差值(△δ18O;表6.4;图6.13,图6.14),但由于飞仙关组海相灰岩的氧同位素与大气淡水(或其他流体)的氧同位素已经发生了交换,这些灰岩所记录的氧同位素组成信息已经不是原有的海水信息,且白云岩与灰岩之间的空间分布差异较大(图3.3),因而这些白云岩与灰岩之间的δ18O值可能并不存在直接的关联意义。
图6.13 川东北地区三叠系飞仙关组不同层段不同类型白云岩(白云石)和同期灰岩的氧同位素组成直方图
图6.14 川东北地区三叠系飞仙关组不同层段不同类型白云岩(白云石)与同期灰岩之间的氧同位素组成差值直方图
就川东北地区三叠系飞仙关组不同类型白云岩(白云石)而言,根据δ18O值的大小可以分为三类:结晶白云岩和孔洞白云石具有相对较小的δ18O值,微晶白云岩具有相对中等的δ18O值,原始结构保存的粒屑白云岩具有相对较大的δ18O值(表6.4;图6.13),这三类白云岩(白云石)很可能对应着不同的形成环境和白云化流体来源。根据前面第5章的有关内容可以发现:无论是氧同位素内部计温法,还是氧同位素外部计温法,上述三类白云岩(白云石)对应着三个较为明显不同的温度区间——结晶白云岩和孔洞白云石分布在较高的温度区间,原始结构保存的粒屑白云岩分布在较低的温度区间,而微晶白云岩则在上述两个温度区间的过渡区(图5.5,图5.9),但由于微晶白云岩可能受到了后期白云石重结晶作用过程中氧同位素再平衡作用的影响,微晶白云岩的氧同位素计算温度偏高,其白云化流体的温度应该等同或接近地表温度,因而从总体上看,川东北地区三叠系飞仙关组结晶白云岩和孔洞白云石更可能与相对深埋的高温白云化流体来源有关,原始结构保存的粒屑白云岩、微晶白云岩则更可能与近地表的相对低温白云化流体来源有关。
同时,根据氧同位素的分馏机理:当矿物—水之间达到了氧同位素平衡,一般情况下矿物—水之间的氧同位素分馏系数是温度的函数(张理刚,1985),当氧同位素平衡系统中温度和矿物的氧同位素组成可以确定,那么就可以知道系统中流体的氧同位素组成,进而可以推断矿物沉淀流体的来源。当然,这一问题需要在矿物氧同位素组成—流体氧同位素组成—温度三维坐标图加以考虑(图6.15)。当白云石从流体中沉淀出来并在同位素上达到平衡时,白云石—流体之间的氧同位素分馏系数(α)是温度的函数,它们之间的关系是确定的。当然,由于白云石(白云岩)成因问题一直悬而未决,低温条件下白云石与沉淀流体之间的关系往往都是前人通过理论计算和高温实验外推得到,因而它们之间的关系仍然存在一定的不明确性,前人公布的白云石—水之间的氧同位素分馏方程也仍然存在一定的差异(详细见第5章有关内容)。目前,前人在通过氧同位素分馏方程反演白云石沉淀流体的氧同位素组成时,多选用Land(1983)提出的白云石—水之间的氧同位素分馏方程(方程(6.6)),因而本书也以这个氧同位素分馏方程为例,反演川东北地区三叠系飞仙关组白云化流体的氧同位素组成,进而推断其白云化流体的来源。
川东北地区三叠系飞仙关组白云岩的形成机制
式中:α白云石-水为白云石—水之间的氧同位素分馏系数;T为开尔文温度,Ko
当知道了白云石的氧同位素组成(δ18O白云石)和沉淀温度(T),那么就可以通过上面关系式(方程(6.6))反算白云化流体的氧同位素组成(δ18O流体),其中白云石的氧同位素组成可以通过白云石经纯磷酸溶解后CO2的气体质谱分析获得,沉淀温度则可由白云石矿物中流体包裹体均一化温度加以代替(可以大致等价于沉淀温度)。根据川东北地区三叠系飞仙关组不同类型白云岩(白云石)的δ18O值和流体包裹体均一化温度(或氧同位素计算温度)数据及其分布范围,将这些数据投在与白云化流体氧同位素平衡的白云石氧同位素组成—沉淀温度的关系曲线图上,那么就可以获得上述不同类型白云岩(白云石)所对应的白云化流体δ18O值,进而可以推断这些白云化流体的性质和来源。
结果如图6.15所示,显示川东北地区三叠系飞仙关组2段结晶白云岩所对应的白云化流体δ18O值都大致分布在4‰～8‰(SMOW)之间,且都分布在海水线(假定三叠纪全球海水δ18O=0‰(SMOW);Korte et al.,2005;Carmichael et al.,2008)以上。穆曙光等(1994)曾报道的川东北地区三叠系飞仙关组结晶白云岩(细晶白云石;图6.15中实心三角形)对应的白云化流体δ18O值也主要出现在4‰～8‰(SMOW)之间,与本书的川东北地区三叠系飞仙关组2段结晶白云岩对应的白云化流体δ18O值有着很好的一致性,进一步说明了本书推断的可靠性。
川东北地区三叠系飞仙关组白云岩的形成机制
图6.15与白云化流体氧同位素平衡的白云石氧同位素组成与沉淀温度关系图|等值线:与白云石氧同位素平衡的白云化流体氧同位素组成,由方程(6.6)计算获得;有实心菱形数据点的曲线代表三叠纪全球海水的δ18O值,假定为0‰(SMOW;Korte et al.,2005;Camichael et al.,2008);有空心菱形数据点的曲线代表大气淡水的δ18O值,取西太平洋15个现代雨水的δ18O平均值(-8.35‰,SMOW;任建国等,2000);实心圆圈、实心矩形、实心三角形数据点分别对应穆曙光等(1994)的飞仙关组微(泥)晶、粉晶、细晶白云石;实心正方形数据点对应本书飞仙关组2段结晶白云岩;虚线包围的多边形阴影区对应本书飞仙关组不同类型白云岩(白云石)δ18O值和氧同位素计算温度主要分布范围(详细见第5章内容)在图6.15中,尽管本书只有几个同时获得白云岩(白云石)δ18O值和流体包裹体均一化温度的样品数据点,但这些数据反演获得的白云化流体δ18O值与目前川东北地区三叠系飞仙关组的上覆地层——嘉陵江组和雷口坡组卤水的δ18O值十分吻合(图5.8,图6.15);同时在氧同位素温度计算结果范围内,川东北地区三叠系飞仙关组大多数结晶白云岩(孔洞白云石)所对应的白云化流体的δ18O值也很可能分布在海水线以上,因而可以认为这些结晶白云岩(孔洞白云石)的白云化流体很可能与同期蒸发海水、囚禁蒸发海水、蒸发盐再溶卤水等海源流体有直接关系。
与此同时,由于原始结构保存的粒屑白云岩(包括含灰鲕粒白云岩)可能形成于小于60℃的温度区间内(表5.5,表5.8;图5.5,图5.7,图5.11,图5.12),那么它们也就有可能分布在海水线附近(图6.15)。穆曙光等(1994)分析的川东北地区三叠系飞仙关组粉晶白云石流体包裹体均一化温度(这是已有研究中对这些细结构白云石流体包裹体均一化温度的唯一报道,包括后面的微(泥)晶白云石)对应的δ18O值也分布在海水线附近(图6.15)。由于本书部分微晶白云岩可能受到后期白云石重结晶作用过程中氧同位素再平衡作用的影响,因而部分微晶白云岩的氧同位素计算温度稍高、位于结晶白云岩温度区间和粒屑白云岩温度区间之间的过渡区(表5.5,表5.8;图5.5,图5.7,图5.11,图5.12),但根据其他微晶白云岩的氧同位素计算温度和穆曙光等(1994)曾分析的川东北地区三叠系飞仙关组微(泥)晶白云石流体包裹体均一化温度,微晶白云岩的数据基本投在图6.15中海水线与大气淡水线之间,其较小的流体δ18O值可能与富δ16O大气淡水的混合作用有关。
氧一共有多少个同位素，它们分别是什么？~
氧的同位素已知的有十二种,包括氧13至氧24,其中氧16、氧17和氧18三种属于稳定型,其他已知的同位素都带有放射性,其半衰期全部均少于三分钟。
用途
生物呼吸
应用于冶金和化工中
在生物圈的氮循环中，固氮作用是最重要的过程之一，它使大气氮进入到生物圈中。这一过程的氮同位素分馏作用非常小。Amarger(1977)发现细菌固氮过程中，形成的新鲜有机物比大气氮贫15N约1‰。一般认为，植物固氮作用形成的有机物中δ15N值比大气氮略低一些。
对活体生物中的氧同位素研究很少，有人测定植物纤维素δ18O值的变化范围大致在14‰～33‰之间。
同位素是指质量不同而什么相同的原子
答：同位素是指质量不同而质子数相同的原子。同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同数目的质子，但中子数目却不同。例如：氕、氘和氚，它们原子核中都有1个质子，但是它们的原子核中却分别有0个中子、1个中子及2个中子，所以它们互为同位素。其中，氕的相对原子质量为1.007947，氘的相对原子质量为2...
同位素的质量怎么算?是相对原子质量吗?
答：同位素的相对原子质量约等于该同位素的质量数。相对原子质量=中子数+质子数 具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素。同位素为同一元素的不同原子，其原子具有相同数目的质子，但中子数目却不同。例如：氕、氘和氚，它们原子核中都有1个质子，但是它们的原子核中却分别有0个中子、1...
同位素组成及其表示法
答：同位素组成是指物质中某一元素的各种同位素的相对含量。某一元素的各种同位素在不同地质体中的含量很不相同。同位素的组成主要有以下三种表示法。(1)同位素丰度 同位素丰度指的是某元素的各种同位素所占的原子百分比，是一种相对丰度。一般在低原子序数的元素中，只有一种同位素(多为轻同位素)的丰度最大，...
什么是同位素?它有什么用途?
答：同位素可分为稳定同位素和放射性同位素两种类型。稳定同位素是指具有相同原子序数的同位素，在自然界中相对稳定存在，并且不会发生自发性的核衰变。这些同位素的核结构相对较稳定，不会放出粒子或辐射。稳定同位素在地球上广泛存在，其相对丰度可以通过质谱仪等仪器进行精确测量，并用于地质学、天文学、生物学等...
同位素是什么意思?
答：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。例如：氢有三种同位素，H氕、D氘（又叫重氢）、T氚（又叫超重氢）；碳有多种同位素，12C、13C和 14C（有放射性）等。
同位素有哪些例子?
答：同位素的例子如下。1、例子：氢有三种同位素，H氕、D氘（又叫重氢）、T氚（又叫超重氢）。2、氕（1H）通常称为氢，它是氢的主要稳定同位素，其天然丰度为99.985%，按原子百分数计，它是宇宙中最多的元素，在地球上的含量仅次于氧，它主要分布于水及各种碳氢化合物中，在空气中的含量仅为5X10－5%...
什么是同素异形体,什么是同位素
答：所谓同位素，是指具有相似结构和性质的一种元素；而同素异形体，是指由相同元素组成的不同物质。同位素本质上是元素，同素异形体本质上是物质。则，n60和n2是同素异形体。
请问:核素与同位素的区别是什么?
答：核素就是具有一定质子数和一定中子数的原子。也就是一个原子就是一个核素。如C-12 C-13 Cl-35 O-17等。同位素是指质子数相同中子数不同的一类原子。如：氕氘氚 Cl-35 和Cl-37 它们互为同位素.区别: 同位素是一类原子, 而核素只是一个原子.联系: 它们都是原子....
核素和同位素的区别举例
答：核素和同位素的区别举例如下：核素就是具有一定质子数和一定中子数的原子，也就是一个原子就是一个核素.如C-12，C-13；Cl-35，O-17等；同位素是指质子数相同中子数不同的一类原子，如：氕氘氚，Cl-35，和Cl-37，它们互为同位素。区别:同位素是一类原子,而核素只是一个原子 核素 是指原子核具有...
同位素技术的基本原理
答：每一种元素，原子核中的质子数是一定的，此质子数即为该元素的原子序数。原子的质量数（原子量）以其核中质子数及中子数的总和表示。某一种元素，具有原子序数相同而原子量不同（由中子数不同引起）的几种原子，这便是该元素的同位素。自然界的元素有多种同位素，例如氧有3种天然同位素，即16O、17...
