同位素地球化學(xué)研究進展

同位素地球化學(xué)研究進展同位素地球化學(xué)研究進展PAGE21概述同位素研究是地質(zhì)學(xué)的重要研究手段之一，可以視之為科學(xué)研究史上的革命，它的發(fā)展極大地加速了許多科學(xué)研究進程。同位素地質(zhì)應(yīng)用是同位素地球化學(xué)的重要組成部分。隨著放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，同位素的分析逐漸被建立為獨立的研究領(lǐng)域。作為獨特的示蹤劑和形成環(huán)境與條件的指標(biāo)，同位素組成已廣泛的應(yīng)用到隕石、月巖、火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖、大氣、生物以及各種礦床等領(lǐng)域的研究。通過研究同位素在地質(zhì)體的分布及在各種地質(zhì)條件下的運動規(guī)律來研究礦物、巖石和礦床等各個領(lǐng)域，成為解決眾多地質(zhì)地球化學(xué)問題的強有力手段。地球的歷史是一個由大量地質(zhì)事件構(gòu)成的漫長的時間序列，它具有災(zāi)變和漸變相間的特點。我們在認(rèn)識這一復(fù)雜的過程時，主要依據(jù)能保留事件蹤跡的證據(jù)。同位素的遷移活動寓于地質(zhì)作用之中，地質(zhì)事件對地球的影響有可能跨越后期作用而被保存下來，因此同位素組成上的變異常常能提供最接近事實的證據(jù)，并且相關(guān)研究也用一系列顯著成績證實了這點。1.1同位素地球化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀同位素的豐度和分布的研究正經(jīng)歷著飛躍性的發(fā)展。在不到一百年的時間里，已經(jīng)取得了非凡的成果，解決了一系列重要的問題，如南非南德斯金礦的成因問題。此外，隨著大量的數(shù)據(jù)和文章的面世，理論基礎(chǔ)的不斷完善，實驗技術(shù)的不斷發(fā)展，同位素地球化學(xué)迄今為止仍在快速的發(fā)展著，并不斷與其他學(xué)科相互滲透形成新的學(xué)科分支，如宇宙同位素地球化學(xué)、環(huán)境同位素地球化學(xué)等。因此，同位素地球化學(xué)已非局限于研究地球及其地質(zhì)現(xiàn)象，而是擴展到了太陽系的其他星體和其他科學(xué)領(lǐng)域。顯然，地質(zhì)學(xué)已到了一個新的時期，即同位素地質(zhì)學(xué)時期。1.2同位素概念1913年，Soddy提出了同位素概念，即原子內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的一類原子即為同位素。一個原子可以有一種或多種同位素。有的元素僅有穩(wěn)定同位素（如O、S），穩(wěn)定同位素的原子核是穩(wěn)定的，目前還未發(fā)現(xiàn)他們能自發(fā)衰變形成其他的同位素。有的僅有放射性同位素（如U、Th）。放射性同位素原子核是不穩(wěn)定的，他們能自發(fā)的衰變形成其他的同位素，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的放射成因同位素。有的同位素既有穩(wěn)定穩(wěn)定同位素，也有放射性同位素（如Rb）。1.3自然界同位素成分變化自然界同位素組成呈現(xiàn)一定程度的變化。引起同位素成分變化的主要過程有兩類，一類是放射性同位素衰變；另一類是由各種化學(xué)核物理過程引起的同位素的分餾，如氫、氧、硫等同位素的組成變化主要是由同位素分餾引起的。自然界的同位素分餾分為兩種，一種是同位素?zé)崃W(xué)分餾，主要研究化學(xué)平衡和相平衡過程中的同位素效應(yīng)，包括同位素交換和蒸汽壓不同引起的分餾；另一種是同位素動力學(xué)分餾，主要研究內(nèi)容為擴散速度和化學(xué)反應(yīng)速度方面的同位素效應(yīng)。其他如溶解與結(jié)晶、吸附與解吸等物理作用過程中引起的同位素分餾一般較小。1.4同位素地球化學(xué)在地質(zhì)上的應(yīng)用同位素在地球化學(xué)上的地質(zhì)應(yīng)用主要有以下幾種：同位素地質(zhì)測年：放射性同位素衰變成為穩(wěn)定子體，由母體衰減和子體積累可以測定地質(zhì)體系的形成時代，所以放射性同位素被視為地質(zhì)時鐘。地質(zhì)過程的物理化學(xué)條件和環(huán)境指示：通過對同位素組成的變化可以指示地質(zhì)過程中圍巖的氧化還原環(huán)境等理化條件，能夠用來測定地球化學(xué)過程中的某些強度因子，最重要的非測溫莫屬，即所謂的地質(zhì)溫度計。地球化學(xué)示蹤：同位素組成的變化不僅可以用來指示地質(zhì)體的物質(zhì)來源和地質(zhì)體經(jīng)歷的地球化學(xué)過程，而且還可以指示成礦流體的來源。2同位素地球化學(xué)的應(yīng)用2.1同位素地質(zhì)測溫根據(jù)地質(zhì)體系中共存物相之間的同位素的分餾大小，應(yīng)用已知的同位素分餾系數(shù)，即可計算物相之間的同位素“平衡”溫度。計算公式為：式中Δ為兩個共生礦物的同位素分餾，A和C可以查表獲得，通過上式即可獲得共生礦物之間的同位素溫度ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>沈渭洲</Author><Year>1987</Year><RecNum>88</RecNum><record><rec-number>88</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vvx2ra95gwfsx6e99x6pexwcw90ffzav5xrz">88</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>沈渭洲</author></authors></contributors><titles><title>穩(wěn)定同位素地質(zhì)</title><secondary-title>北京:原子能出版社</secondary-title></titles><periodical><full-title>北京:原子能出版社</full-title></periodical><pages>162-164</pages><dates><year>1987</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。同位素地質(zhì)溫度計的應(yīng)用前提條件是共存物相之間達(dá)到并保持同位素平衡。當(dāng)根據(jù)共存物相的同位素組成確定某一地質(zhì)體的形成溫度時，首先要判斷所計算的同位素平衡溫度溫度是否可靠，因此需要進行同位素平衡檢查。同位素平衡溫度T越低，兩相之間的同位素分餾越大，因此對溫度的變化越靈敏；同位素分餾系數(shù)方程中的參數(shù)A越大，指示兩物之間同位素分餾越大，因此對溫度變化越靈敏。同位素地質(zhì)測定結(jié)果值的大小和意義取決于該同位素元素在礦物中的擴散性質(zhì)。由于礦物的擴散系數(shù)時溫度的函數(shù)，當(dāng)一個體系處于高溫下時，穩(wěn)定同位素可以在各礦物之間擴散并很快達(dá)到平衡。隨溫度降低，擴散系數(shù)減小，礦物之間的擴散逐漸減慢，到一定溫度時，擴散完全停止。這種隨地質(zhì)體系冷卻同位素交換終止時溫度，稱為“封閉溫度”。Donson（1973）提出了計算同位素封閉溫度的公式：式中T為封閉溫度（絕對溫標(biāo)），Q為擴散活化能（單位是kJ/mol），D0為擴散方程的指前因子（單位是cm2/s），A為固體幾何形狀參數(shù)（柱狀27，片狀8.7，球狀55），a為有效擴散半徑（單位是cm），dT/dt為冷卻速率（單位是K/s），R為氣體常數(shù)（8.3144J/（mol·K））。封閉溫度的概念對巖石和礦床的同位素測定結(jié)果和冷卻速率有重要的意義。例如對同意礦物而言，氧同位素交換的封閉的溫度比氫同位素的高，因此會出現(xiàn)礦物氧同位素組成保存了高溫記錄，而氫同位素組成則反映低溫條件這種現(xiàn)象。在應(yīng)用封閉溫度概念解釋同位素地質(zhì)測溫的結(jié)果時，要滿足Dodson(1973)公式的前提條件，由此得出的推論才有科學(xué)意義。例如，常見的造巖礦物中長石的氧擴散速率最快，因此含大量長石的巖石就基本滿足于無限的儲庫進行氧同位素交換的條件ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>鄭永飛</Author><Year>2000</Year><RecNum>89</RecNum><record><rec-number>89</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vvx2ra95gwfsx6e99x6pexwcw90ffzav5xrz">89</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>鄭永飛</author><author>陳江峰</author></authors></contributors><titles><title>穩(wěn)定同位素地球化學(xué)</title></titles><dates><year>2000</year></dates><publisher>科學(xué)出版社</publisher><isbn>7030082028</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]。2.2同位素地質(zhì)測年在解決復(fù)雜地質(zhì)作用問題的應(yīng)用中，同位素的測年不單局限于地質(zhì)體的年齡，充分應(yīng)用同位素信息還可以追溯復(fù)雜地質(zhì)過程的多期歷史，以致推測成巖成礦以前階段的演化。這對研究前寒武紀(jì)地質(zhì)構(gòu)造史，地球形成初期的物質(zhì)演化，以及研究隕石、月巖、星體演化等具有重要的意義。因為在漫長的地質(zhì)歷史事件是復(fù)雜的且?guī)r石的物質(zhì)來源是多變的，所以根據(jù)實際情況，地質(zhì)測年通常有以下幾種方法：模式年齡法：因為在巖石形成時，大多數(shù)都會有初始D0，可以根據(jù)地質(zhì)產(chǎn)狀，扣除初始的D0是一種簡單的方法。但該法已經(jīng)假定了一個初始的D0值，在同一產(chǎn)狀的巖石的初始D0實際上是有差別的，該法忽略了這種不同，因而是有誤差的，因此引入了等時線法。等時線法：應(yīng)用等時線法實測研究對象的初始D0比值，計算年齡可以大大提高測定精度，同時求得地質(zhì)體的初始D0是一個重要的地球化學(xué)參數(shù)，可以用于推測成巖以前演化階段的地質(zhì)環(huán)境。D和N可以有樣品實測，D0和t是未知的，可以設(shè)想如果在某一地體空間不同部位采集多個樣品，則各個樣品所包含的t和D0是相同的，而D和N值可能存在差別，因此對采用同一地質(zhì)體的一組樣品，可將D=D0+N(eλt－1)式構(gòu)成一組Y=A+BX的直線方程。A為D0是直線截距，B為N是直線斜率。在地質(zhì)體中測五個以上的一組樣品，作圖得一直線，線性越好，結(jié)果越佳。利用EXCEL等工具軟件可以擬和得出A和D0的值。最常用的是以上兩種，其實在實際中，還有U—Pb諧和曲線法是利用238U與235U，以及206Pb與207Pb有相同的丟失性質(zhì)的設(shè)想，實測的樣品的曲線和諧和曲線有兩個交點，上交點就代表結(jié)晶年齡，下交點代表巖石變質(zhì)年齡。此外有時還使用Pb—Pb等時線法等。下面將重點介紹Re—Os測年。Re—Os同位素體系為金屬礦床形成時代和殼幔地質(zhì)研究開辟了新的途徑。它是確定金屬礦床成礦年齡的最直接最有效的方法。Re—Os法測定成礦年齡的對象是輝鉬礦等金屬礦物ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Suzuki</Author><Year>1993</Year><RecNum>90</RecNum><record><rec-number>90</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vvx2ra95gwfsx6e99x6pexwcw90ffzav5xrz">90</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Suzuki,K.</author><author>Shimizu,H.</author><author>Masuda,A.</author></authors></contributors><titles><title>ReliableRe-Osageformolybdenite</title><secondary-title>GeochimicaetCosmochimicaActa</secondary-title></titles><periodical><full-title>GeochimicaetCosmochimicaActa</full-title></periodical><pages>1625-1628</pages><volume>57</volume><number>7</number><dates><year>1993</year></dates><publisher>Elsevier</publisher><isbn>0016-7037</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]。Re、Os分別為親銅元素和親鐵元，可以進入金屬硫化物晶格中，所以可直接測定礦石礦物的年齡。對中條山銅礦峪斑巖銅礦中的含輝鉬礦硫化物采用ICP—MS同位素稀釋法進行Re—Os同位素年齡測定。首次獲得2個Re—Os同位素等時線年齡，其值分別為(2947±28)×106a與(2108±32)×106a。說明銅礦峪斑巖銅礦的形成不是一個單一的成礦過程，而是一個多期的復(fù)合成礦過程，為確定銅礦峪斑巖銅礦的成礦年齡及建立該礦床的成礦演化模式奠定了重要基礎(chǔ)。此外，一些學(xué)者正研究利用載金礦物黃鐵礦測定成礦時代。同時，由于Re、Os的元素相容性不同，導(dǎo)致不同地球化學(xué)儲源庫具有不同的Os同位素特征，特別是地殼和地幔具有截然不同的Os同位素特征，據(jù)此可以用來研究殼幔地球化學(xué)演化、殼幔相互作用、地幔柱的起源、討論不同類型礦質(zhì)和巖漿的來源ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吳福元</Author><Year>1999</Year><RecNum>92</RecNum><record><rec-number>92</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="vvx2ra95gwfsx6e99x6pexwcw90ffzav5xrz">92</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>吳福元</author><author>孫德有</author></authors></contributors><titles><title>Re—Os同位素體系理論及其應(yīng)用</title><secondary-title>地質(zhì)科技情報</secondary-title></titles><periodical><full-title>地質(zhì)科技情報</full-title></periodical><pages>43-46</pages><volume>18</volume><number>003</number><dates><year>1999</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]。Os同位素的示蹤研究表明，巖石圈地幔在大陸溢流玄武巖(CFB)的形成過程中起著重要的作用，地幔柱的起源與核幔邊界的地質(zhì)演化有關(guān)。2.3古氣候示蹤在第四紀(jì)古氣候研究方面，同位素也同樣發(fā)揮著重要的作用，從1947年Urey將同位素概念納入植物系統(tǒng)之后，由于同位素技術(shù)的先進性(已成為研究古氣候不可或缺的重要手段)和植物材料的優(yōu)越性(同時具有多種可測同位素及強連續(xù)性，高分辨率和準(zhǔn)確的定年)，由此關(guān)于植物(主要為樹輪)同位素分析越來越為科學(xué)家所重視，并被廣泛的應(yīng)用于古氣候、古大氣成分、人類活動情況、河流水位的變化等多個領(lǐng)域。樹木生長層與周圍的大氣保持同位素平衡，然而每一層停止生長后即停止與外界的同位素的交換而保持原有的同位素記錄。大氣降水量和大氣中的CO2對樹木生長來說是物料條件，高的降水量和CO2可以為樹木提供更多H2O和CO2來進行光合作用，這時如果有適宜的溫度和充足的光照，樹木生長將加快加劇，產(chǎn)生寬的年輪，而同樣的條件也有利于光合作用過程中碳同位素的分餾，大量的CO2進入到樹木體內(nèi)，12C優(yōu)先進入有機碳架，余下富13C的CO2將通過樹木在這條件下加劇了的呼吸作用而被排出樹木體外，與大氣中CO2快速混合，這使得樹木碳同位素組成貧13C，造成空氣中CO2的濃度和δ13C呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。由此可知在干旱少雨和大氣CO2含量低年平均氣溫低的地區(qū)樹木年輪中測定δ13C的相對較低。因此可以用樹輪的δ13C可以大概預(yù)測當(dāng)時的氣候在當(dāng)代，也可以用此法監(jiān)測大氣中的CO2濃度。深海中的有孔蟲、淺海珊瑚、淡水介形蟲、溶洞鐘乳石、地表黃土、高山和極地冰蓋，鹽湖沉積物的碳—氧和氫—氧同位素研究，近十多萬年來冰期—間冰期的交替歷史建立了許多標(biāo)準(zhǔn)剖面。2.4確定礦床成因礦床學(xué)者了解礦床以及礦床形成的學(xué)問是通過非常謹(jǐn)慎的觀察獲得的，從而使所提出的假設(shè)得以建筑在進行綜合觀察的能力和地質(zhì)學(xué)以及其它基礎(chǔ)科學(xué)基本知識的基礎(chǔ)上，在這種科學(xué)的研究的方式下,新的事實一定會不斷地被揭露出來。近年來，不少學(xué)者已經(jīng)提出：作為深入了解礦物成因一種輔助手段，同位素在這方面的意義已日益明顯。熱液成礦作用涉及各種地質(zhì)地球化學(xué)過程，例如CO2去氣作用，流體混合作用，熱液/圍巖相互作用和次生熱液蝕變作用，而熱液礦物的穩(wěn)定同位素組成決定于其沉淀時刻的溫度和溶液成分。因此，應(yīng)用已知的溶液中不同含碳物種與方解石之間在熱液條件下的碳氧同位素分餾系數(shù)，能夠?qū)⑸鲜鲞^程對熱液方解石碳氧同位素組成變化的影響進行定量模式化。不同地質(zhì)條件和成礦環(huán)境下某些同位素組成會有明顯的差異，所以確定成礦流體的來源，可以測定樣品的氫氧組成與前人已總結(jié)出的流體來源的氫氧數(shù)據(jù)作一個比較，得出大致的結(jié)論，要進一步探討成礦流體的來源，就可以考慮成礦熱液與圍巖的水—巖反應(yīng)模式。2.5石油和天然氣的地質(zhì)勘探研究過去在石油天然氣方面的同位素研究主要是了解不同環(huán)境下油氣在穩(wěn)定同位素組成的差別，不同組分之間的穩(wěn)定同位素的分餾，起源穩(wěn)定同位素組成與成熟度的關(guān)系等基本問題。近年來更多地出現(xiàn)將同位素直接用于汽油普查的研究成果。加拿大的Krouse等用碳同位素方法監(jiān)測油砂原地處理過程，為油砂合理開發(fā)提供了一種簡便監(jiān)測手段。英國的Clayton對石油裂解氣化時的碳同位素分餾進行研究，發(fā)現(xiàn)氫是決定裂變速度的關(guān)鍵因素。Johansen和Raheim則用87Sr/86Sr比值的變化研究油田中成巖反應(yīng)機制和物質(zhì)遷移形式，甚至進行儲油氣區(qū)水動力系統(tǒng)的填圖。Faure也用鍶同位素組成研究油層中鹵水的混合稀釋過程。3非傳統(tǒng)同位素研究的最新進展自從放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),人們開始了大量的研究，越來越多的同位素被人們所認(rèn)識。尤其是進入到80年代，質(zhì)譜儀的測試技術(shù)的進步，特別是新一代多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP—MS)應(yīng)用在同位素地球化學(xué)中，測定精確度越來越高，很多微小的同位素差異都可以被測試出來，大大的開拓了同位素的研究領(lǐng)域。而在早已為人熟知的穩(wěn)定同位素地球化學(xué)中，除了C、N、O、H外，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了Si、Li、B、Ga、Mg和過渡元素Fe、Cu、Mg等非傳統(tǒng)性同位素，這幾種元素已經(jīng)在宇宙化學(xué)、礦床學(xué),海洋學(xué)等研究領(lǐng)域顯示出優(yōu)越性，隨著研究工作的近一步深入和測試技術(shù)的進步，非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素等有望在地球和行星科學(xué)中取得更廣泛的應(yīng)用，成為具有巨大前景的一種新的地球化學(xué)研究手段。3.1Si同位素研究及應(yīng)用盡管硅同位素的質(zhì)量相差較大，但由于Si同位素之間的相互分餾較小和緩慢，小于7‰，所以長期以來一直是把它做為穩(wěn)定同位素。硅在溶液中主要呈單分子硅酸形式存在，硅在溶液中的沉淀實際是硅酸的聚合過程，是一個化學(xué)過程，為不可逆反應(yīng)。Si同位素可以有效示蹤成礦物質(zhì)來源，特別是用來研究熱水沉積礦床的成因。從動力學(xué)角度看，化學(xué)反應(yīng)中輕同位素δ28Si優(yōu)先進入Si—O四面體沉淀，所以30Si在熱泉中沉積有很低的負(fù)值，所以可以近一步說明BIF和硅華是典型的熱水沉積。3.2Li同位素研究及應(yīng)用鋰同位素示蹤是近幾年發(fā)展起新興的穩(wěn)定的同位素地球化學(xué)方法。由于鋰同位素質(zhì)量分餾大，在自然界的地質(zhì)體里含量又少，所以精確測定地質(zhì)樣品中的鋰同位素組成很困難。直到上世紀(jì)90年代建立了鋰同位素高精度的分析方法，才使得鋰同位素進入實際的應(yīng)用階段。目前，鋰同位素地質(zhì)應(yīng)用才剛剛起步，主要集中在太陽系核聚合過程、熱液活動和洋殼蝕變、殼幔物質(zhì)循環(huán)過程以及示蹤鹵水起源和演化等方面。鋰同位素大的質(zhì)量分餾和在不同的地質(zhì)體存在著截然不同的δ6Li值，所以鋰同位素有著很廣泛的應(yīng)用前景。目前，鋰同位素在研究星云形成過程和宇宙事件，洋殼蝕變和海底熱液活動，殼—幔物質(zhì)循環(huán)和板塊俯沖作用過程，判斷鹵水起源和演化等方面的研究中成效顯著。目前建立的鋰同位素高精度的測試方法主要有以下三種：熱電離質(zhì)譜法（TIMS）；等離子體質(zhì)譜法(ICP—MS)；離子探針法(Ionprobe)。3.3B、Cl同位素研究及應(yīng)用硼、氯都是海洋和鹽鹵水及相關(guān)體系中的相對富集元素，硼、氯各有兩種穩(wěn)定同位素分別為10B和11B以及35Cl和37Cl。在很多含鹽度較高的環(huán)境下是硼、氯相對富集的場所，硼、氯和鹽度成正相關(guān)的關(guān)系，所以較多的應(yīng)用與高鹽度的環(huán)境有關(guān)的示蹤。自然界硼同位素組成變化很大，不同地球化學(xué)庫中不但硼同位素組成不同，而且硼的濃度相差很大，而且它雖然是一種微量元素，但它在自然界分布很廣，如海洋等含鹽度較高的場所，還有在火成巖和變質(zhì)巖中電氣石石一種十分常見的礦物。硼在天然樣品中被氧所束縛，以B(OH)4－或B(OH)3形式存在，硼不參加氧化還原化學(xué)反應(yīng)，在自然界，硼同位素的分餾由樣品中硼所處的結(jié)構(gòu)比例所決定。在蒸發(fā)作用、離子交換、氣相或液相擴散、吸附作用的過程中都會由于硼同位素在不同結(jié)構(gòu)相中的相對富集程度而產(chǎn)生分餾。10B在B(OH)4－中相對富集，11B在B(OH)3結(jié)構(gòu)中相對富集。海水中B主要是三次配位B(OH)3和四次B(OH)4－存在，前者為后者的4倍。11B優(yōu)先進入B(OH)3，而10B優(yōu)先進入B(OH)4－，礦物中B主要以四次配位B(OH)4－，流體中以三次配位B(OH)3為主；B(OH)4－較B(OH）3優(yōu)先進入珊瑚等生物體，同時pH值也控制碳酸鹽的B含量和δ11B組成。所以可以用珊瑚中的δ11B組成來檢驗海水的pH值。同時無污染的δ11B較高，如果下降很快，可能是受到農(nóng)藥等的污染。所以也可應(yīng)用于環(huán)境的監(jiān)控。自然界氯同位素的分餾主要是由于37Cl和35Cl的質(zhì)量差所引起的。硼、氯在地球化學(xué)中表現(xiàn)為不相溶元素，硼、氯均不參與在地質(zhì)體的演化過程中，更多的是隨著水體的遷移而在海洋、湖泊等沉積環(huán)境條件下相對富集，或與其流經(jīng)的圍巖發(fā)生交換和沉積作用，伴隨著上述過程的進行，硼、氯同位素組成發(fā)生變化并記錄了地質(zhì)體演化條件的變化，因而對硼、氯同位素地球化學(xué)研究在探討地下水、熱液蝕變或交換、表生湖、海相沉積環(huán)境等方面顯示出特殊的作用。3.4過渡金屬同位素研究及應(yīng)用近年來過渡族金屬元素(Cu，Zn和Fe)同位素地球化學(xué)有了長足進步，成為國際地學(xué)領(lǐng)域的一個前沿研究方向。Cu同位素在自然界中的變化最大，δ65Cu值為－3.70‰~+2.05‰；Zn和Fe同位素變化比Cu同位素變化小，δ66Zn值為－0.64‰~+1.16‰，而δ56Fe值為－1.62‰~+0.91‰。自然界中各種無機過程(從高溫到低溫)和生物有機過程均能使Cu、Zn和Fe同位素發(fā)生分餾。Cu、Zn和Fe在自然界中廣泛分布于各類礦物、巖石、流體和生物體中，并廣泛參與成巖成礦作用、熱液活動和生命活動過程。因此，這些過渡族金屬元素同位素已在隕石和宇宙化學(xué)、礦床學(xué)、海洋學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域的研究中取得了顯著成效，并將成為地球科學(xué)中具有巨大應(yīng)用前景的一種新的地球化學(xué)手段。例如Fe在具重要價值的海底Fe—Mn結(jié)殼和BIF帶中就是一個重要的研究方法之一。同時由于過渡族金屬元素在生物體中均十分活潑，因此它們的同位素組成變化有可能用于示蹤生物圈和地圈之間的相互作用和用于示蹤這些元素進入生物體的途徑和在生物生長過程中的作用。4同位素地球化學(xué)的研究前景自然界同位素變化既有規(guī)律性也有其復(fù)雜性，能否能采集到具有充分代表性的樣品進行地球化學(xué)分析至關(guān)重要；對控制自然界同位素變化原理的理解仍然是有限的，礦床同位素地球化學(xué)研究的方向之一就是不斷發(fā)展和完善這些原理。近年來，同位素地質(zhì)應(yīng)用