地幔流体的稳定同位素地球化学综述

地幔流体的稳定同位素地球化学综述

王先彬　吴茂炳张铭杰

(中国科学院兰州地质研究所,兰州,730000)

摘　要　总结了20年来国内外学者对地幔流体研究的成果和认识。主要包括地幔流体的性质和组成;

地幔

流体中同位素的含量、组成和赋存形式;同位素分馏和地幔脱气等作用对地幔组分的影响等。在不同地区和不同构造环境条件的地幔流体中,各种组分含量和同位素组成变化可以很大,从一个侧面指示地幔组分的不均一性,反映了不同地幔物质的形成历程不同或来自不同的地幔源区。此外,还讨论了目前存在的几个疑点。

关键词　地幔流体　稳定同位素地球化学　同位素分馏　地幔脱气作用　地幔源

第一作者简介　王先彬　男　1941年出生　研究员　主要从事稀有气体地球化学、非生物成因天然气及同位素地球化学等领域的研究工作

随着高精度探测技术的出现和地球科学知识的积累,人们对地球的认识进入到更深的层次。从传统的地壳到壳-幔作用,近几年来又深入到核-幔边界以至对地核的认识[1],使得对地球深部物质的研究与深部地球物理和地球化学进一步结合成为可能,并为提出全面统一的地球演化动力理论和模式准备了条件。地幔流体的研究是了解地球深部的重要手段之一。本文就地幔流体中稳定同位素方面的近期研究进展作一综述。

1　地幔流体的性质

作为地球内部的一种重要介质流体,是研究地球深部地质作用、了解深部物质的物理化学环境乃至地球发展演化的重要组分,其重要性愈来愈被更多的人所认识,是近20年来地学研究的热点。

流体,在地球科学研究中,常常是挥发组分的液相、气相及其超临界相以及硅酸盐熔体的统称,但在许多情况下不包括硅酸盐熔体。因此,地幔流体是指在地幔条件下(物相、温度、压力和氧逸度等)处于平衡并稳定共存的挥发组分[2],其形成温度大约在900℃至1400℃之间,其化学组成不均一,受多种因素控制,一般地以C、H、O、N和S(CHONS)为主要化学组分并以含较高的氢为特征,且含微量的稀有气体、F、P、Cl等。地幔挥发

1999年11月2日收稿,12月8日改回。份具有与地幔高p-t条件相适应的物理化学特性(如高的气体密度等),其地球化学性质以易溶于硅酸盐熔体(特别是富碱硅酸盐熔体)为特征,促进低熔点并且饱和挥发份的高钾原始岩浆和地幔交代熔体的形成,同时对于微量元素有高的溶解度(如大离子半径亲石元素、高价阳离子和稀土元素等),并且具有使溶质及各种微量元素产生再沉淀作用(如地幔交代作用导致地幔富集事件)。地幔流体的性质决定了它是地球内部能量和质量传输最活跃的组分,它控制着地幔岩浆作用、交代作用以及地幔变质变形等地质、地球化学作用的发生和发展,是对地球形成、发展和演化起重要作用的组分,具有重要的研究意义。

2　地幔流体的稳定同位素地球化学研究进展

自R oedder(1965)观察到全球碱性玄武岩的超镁铁质捕虏体中均找到CO2包裹体以来,地幔流体的研究工作陆续展开。许多学者采用各种测试方法(如电子探针、离子探针、激光拉曼探针、质谱计等)对认为是来自地幔的岩石矿物样品(如金刚石、金伯利岩、碳酸岩、大洋玄武岩、地幔包体等)进行了包裹体挥发组分及熔体主要元素的测定,发现不同地区、不同环境条件的地幔流体中各组分的含量变化很大,从一个侧面指示了地幔组分的不均一性。

96

2000年第28卷第3期Vol.28,No.3,2000

地　质　地　球　化　学

GEOLO GY2GEOCHEMISTR Y

2.1　地幔流体中碳的赋存形式及其同位素组成

地幔是地球碳的主要源区之一,它的同位素组成及分布能够提供碳的地球化学循环的限制,并为我们认识地幔提供广泛的信息。地幔的碳同位素组成是通过来自地幔深部的各类含碳物质的碳同位素测定获得的,主要有金伯利岩中的金刚石、碳酸岩、地幔包体中的CO2流体包裹体和石墨、洋中脊溢出的CO2等。地幔中CO2含量甚低,但分布较广泛。Tracy等(1987)[3]发现1180～1530℃、3GPa压力下,碳在橄榄石熔体中的溶解量大于100×10-6(重量)[3],这为碳在地幔中的普遍存在提供了实验依据。

金伯利岩中的金刚石和碳酸岩中的碳酸盐是地幔碳同位素测定的直接样品。G alimov (1985)[4]总结了前苏联数百个碳同位素数据,发现大部分金刚石的δ13C(PDB)值在-2‰至-9‰之间,但范围却宽达-34.2‰～+2.4‰。Deines(1992)[5]对比了前苏联和南非大陆金伯利岩中金刚石的δ13C值,认为两者没有明显的不同,它们的主众数同为-55‰,加权平均值都为-7‰。Boyd等(1994)[6,7]研究了非洲南部、澳大利亚和北美等地的八面体金刚石,分出高碳和低碳两类,其δ13C值分别为-6.4‰～-2.9‰和-19.4‰～-9.5‰,δ13C值与δ15N值呈反相关关系;而且,组成外壳膜的纤维状立方金刚石含有大量的亚微米级包裹体,有高的δ13C值(-7.5‰～-4.1‰),而其包裹的金刚石晶核的δ13C值低(-21.1‰～-1.9‰),反映出二者的成因不同。碳酸岩是侵入杂岩体中岩浆成因的碳酸盐岩石,常与超基性岩、碱性超基性岩和碱性岩共生,其成因复杂,可能混染地壳物质。Deines(1992)[5]认为,只有其碳酸盐的δ18O与地幔硅酸盐矿物达到氧同位素平衡的碳酸岩才最可能保存地幔碳同位素组成;根据δ18O值挑选出符合条件的30个来自世界各地的相应数据,他认为碳酸岩的δ13C 值为高斯分布,平均为- 5.4‰,标准偏差为±0.2‰。

越来越多的研究结果证实,地幔岩中CO2流体包裹体普遍存在,而且其主要组分为CO2,并含少量或微量的CH4、CO和COS等碳的化合物[8]。Nadeau等(1990)[9]研究了北美西北部的上地幔包体中流体包裹体的碳同位素:用分阶段加热法加热至1000～1450℃抽提流体包裹体的总气体,发现不同类型地幔岩包体中流体包裹体的碳浓度变化于(0.1～66)×10-6范围,δ13C值在-10‰至-4‰之间。其中方辉橄榄岩总碳含量最高,含碳(18～66)×10-6,δ13C值为-5‰～-4‰。这些数据与富碳的幔源物质(碳酸岩、绝大多数金刚石)一致。Pineau等(1990)[10]同样采用分步加热法研究了夏威夷Hualalai火山岩中超镁铁质地幔包体的碳同位素变化,并认为不同温度下提取的CO2反映了地幔包体中不同形式的含碳物质,其中,低于800℃时提取的CO2的δ13C值明显较低(约-25‰),而高于800℃时提取的CO2被认为是来自地幔矿物的,其δ13C值在-2‰至-10‰之间。然而,世界上其它地区的研究也有与此不同的结果:高温段和低温段提取的CO2的δ13C值变化不很明显,而且其δ13C值明显较低,变化范围较大[11,12](可能与不同的实验系统有关)。

玄武岩是地幔部分熔融的产物。由于地幔部分熔融、熔浆上升和喷发可能产生碳的同位素分馏和污染,玄武岩的碳同位素只能间接提供地幔的碳同位素信息。Exley等(1986)[13]系统测定了各大洋的洋中脊玄武岩玻璃以及热点地区玄武岩玻璃中碳的丰度和碳同位素组成。他们用分段加热法在高于600℃的条件下提取原生碳,结果显示,洋中脊玄武岩玻璃中碳的丰度范围为(52～169)×10-6,其平均δ13C值为-6.6‰;热点地区夏威夷Loihi海底山的样品其碳的含量为(17～110)×10-6,并显示其碳含量与样品的深度相关,说明这些玄武岩已部分脱气。研究结果表明, Loihi拉斑玄武岩的δ13C值平均为-5.6‰,碱性玄武岩δ13C值平均为-7.1‰。由于低于600℃提取的CO2一般比高于600℃提取的CO2相对贫13C,因此以前多认为低温段的CO

2

有污染。Deines(1992)[5]在总结玄武岩的碳同位素数据时指出,大部分高温提取的CO2的δ13C值落在-4‰至-9‰之间,也有低达-25‰～-30‰的数据,经细心清洗的样品在低温下也很贫13C,这不应是污染造成的,而是玄武岩固有的碳。因此,玄武岩的碳同位素组成分布几乎与金刚石、地幔包体相同。已知的火山排出的CO2的δ13C值也在0‰至-31‰之间,其中大部分在-4‰至-5‰之间。

然而,不同学者对这种碳同位素组成变化的解释不一样,地幔去气假说有时是成功的。Javoy

07地质地球化学 2000年

等(1991)[14]和Pineau等(1994)[15]用分步加热法和破碎法系统地研究了大西洋中脊多孔玄武岩玻璃后发现,至少存在三种类型的碳:以CO2气体为主的气泡、熔解于玄武玻璃中的碳和在气泡壁或裂隙中的沉淀碳。气泡中CO2占95%,其δ13C =-3.68‰(PDB),且其稀有气体同位素具有典型MORB值,认为是脱气程度很低的上地幔气;沉淀在气泡壁或裂隙中的碳含量为40×10-6,其δ13C=-16±4‰;熔解于玄武玻璃中的碳的含量为(57～94)×10-6,其δ13C=- 5.6‰～-11.8‰。由此可以认为,形成洋底玄武玻璃的岩浆在深部岩浆房中脱气90%以上,可使原来的δ13C值为-4‰的富碳岩浆的δ13C值降至-6‰～-8‰。Macpherson等(1994)[16]对Central Lau Basin扩张中心玄武玻璃的碳含量及其同位素进行了测定和模拟:实测得出的碳含量为(9～217)×10-6,其δ13C=-16.4‰～-88‰,经模拟得出原始岩浆的碳含量为(410～440)×10-6,其δ13C=-7.7‰,喷发脱气时气体与熔体之间的碳同位素分馏为2.3‰。

储雪蕾(1996)[17]的总结认为,近年来对金刚石、金伯利岩、碳酸岩、大洋玄武岩和地幔包体等地幔样品的碳同位素研究发现,地幔碳同位素δ13C值主要集中分布在-5‰附近,并在-15‰～-25‰区段有另一较弱的分布;目前地幔碳的物相转变、沉积碳的俯冲混入和地幔去气等假说都很难解释这种碳同位素分布,原始地幔可能是碳同位素不均一的。

2.2　氢的赋存形式及其同位素组成

Martin等(1972)[18]发现,幔源橄榄石和辉石中有羟基(OH-)存在。而后大量的矿物显微红外光谱和显微拉曼光谱揭示,地幔矿物几乎都含有羟基[19,20]。地幔矿物中羟基含量为(n～1000)×10-6,地幔岩石中羟基含量为(28～565)×10-6。橄榄石和辉石中OH-含量与矿物生长的环境密切相关,也与矿物的成分和结构(如矿物晶体的点缺陷)有关[21,22]。Skogby等(1990)[23]用红外光谱法测量了世界各地辉石的OH-含量,发现几乎所有的辉石都含有OH-,其含量与其产出的地质背景有关,幔源辉石的结构OH-含量最高。

Bai等(1992)[22]研究了氢进入橄榄石结构的机理,认为至少存在二种方式:①氢进入晶格内不带电荷的中性空位,并与间隙O2-结合形成OH-;②氢进入两个负电荷的金属空位形成H+。Freund等(1986)[24]认为,OH-在橄榄石中占据

八面体和四面体两种空位缺陷。在加热过程中矿物中的结构水一般在600～1000℃时释出,但OH-最终释出的是水还是氢气则与矿物的结构和化学成分有关。

陈丰的(1994)[25]用显微拉曼光谱法测出辽宁金刚石有分子氢谱峰,而后又在湖南金刚石中发现三颗金刚石含分子氢[26]。张铭杰等(1998)①对地幔包体中橄榄石、斜方辉石和单斜辉石在不同粒度、温度下进行释氢实验,发现橄榄石细粒在高温下有大量的H2释出,因而认为橄榄石中可能存在大量的超显微包裹体,早期结晶的地幔包体矿物比晚期矿物有更高含量的H2。由此可见,氢在地球深部广泛存在,有多种赋存形式,而且可能是地球深部流体的源泉[27]。

至于氢同位素的组成,中国东部二辉橄榄岩在1200℃时释放出的H2O的δD值为-31.1‰～-96.4‰(SMOW),平均-67.0‰;而1200℃时释放出的H2的δD值平均为-55.4‰(-33.8‰～-86.4‰)①。Sheppard等(1970)[28]根据对地幔来源的金云母的分析,认为岩浆或地幔来源的水的δD值为-48±20‰。Boettcher等(1980)[29]测得地幔来源的金伯利岩及其捕虏体中的水的δD值为-58‰～-79‰,而Taylor(1979)认为含水地幔的δD值为-50‰～-80‰。Pineau等(1994)[15]报道了大西洋中脊玄武玻璃的气泡中含有(4100～5300)×10-6的水,其δD=-64±2‰。由此可见,地幔流体中氢同位素的分布范围较宽。

2.3　氧、硫、氮的同位素特征

地幔的氧和硫同位素的变化范围较小。Kyser(1986)[30]总结了地幔包体、镁铁质熔岩和深成橄榄岩的δ18O值(相对于SMOW)分布后发现,这些δ18O值分布范围相似,因而认为地幔的δ18O值在5‰至7‰之间。Eiler等(1997)[31]测得洋岛玄武岩橄榄石斑晶的δ18O值为5.0‰～5.4‰。Ohmoto(1986)[32]给出的原生水的δ18O 值也在这个范围,对于硫同位素,他认为尽管在漫长的地质历史时期硫同位素已经局部不均一化,而地幔岩的δ34S值(相对于CD T)几乎还在-3‰～+2‰范围内,因而可以认为地幔的氧和硫同位

17

第3期 王先彬等:地幔流体的稳定同位素地球化学综述

①张铭杰,中国东部新生代碱性玄武岩及

幔源包体中的流体组成和稳定同位素地球化学特

征(中国科学院兰州地质研究所博士学位论文),

1998。

素是均一的。然而,例外的情况也有。大西洋中

脊富集气泡的玄武玻璃其δ18O =9.29‰～

20.89‰[15]

。另外,Eldridge 等(1991)[33]系统地研究了南非8个金伯利岩管中金刚石的硫化物包

裹体,其

δ34S 值在-11‰至14‰之间,发现金伯利岩管中金刚石的

δ34S 值落在0‰附近,硫化物的Ni 含量的质量分数均大于8%,这类金刚石属于超镁铁岩族的;而其它金伯利岩中金刚石的δ34S 值为-11‰～+14‰,这些硫化物的Ni 含量都低于8%,为榴辉岩族金刚石,认为形成于受混染的地幔。因此,对于所观测到的地幔样品中硫和氧的同位素变化,一般可以用结晶分异、去气作用或地壳物质的混染来解释。

上地幔流体中的氮同位素组成大多比较一致,但有一定的变化范围。Nadeau 等(1990)[9]研究北美板块西北缘的上地幔包体时发现,在一个极富流体包裹体的方辉橄榄岩样品的挥发份中含

有8×10-6的N 2,其δ15N 值为-5‰(A TM )。火山气中N 2的δ15N 值在不同地区的变化不大:Poas 地区

δ15N 值为-6.4‰,在Krafla 和冰岛地区分别为- 4.2‰和- 5.1‰,大西洋区为

-2.6‰。金刚石是唯一常见的一种晶格中含有高浓度氮的地幔矿物,其含量达n ×10-4。Javoy 等(1984)测定扎伊尔Mbuji Mayi 地区的金刚石

包裹体中N 2的δ15N 值为+6.0‰～-11.2‰,平均为-5.15‰。Boyd 等(1994)[6,7]的研究发现,

有高δ13C 值的金刚石,其

δ15N 值低。如δ13C =-6.4‰～-2.9‰的金刚石,其

δ15N =-12.3‰～+5.9‰(众数约为-4‰

);而δ13C =-19.4‰～-9.5‰的金刚石,其δ15N =- 3.0‰～

+16.4‰(众数约为+5‰

)。同时,纤维状金刚石外壳膜比其内部晶核贫15N ,前者的δ15N =-8.7‰～- 1.7‰,后者的δ15N =- 3.4‰～+13.4‰。至于玄武岩,大西洋中脊多孔玄武岩

玻璃气泡含N 2量为12×10-6,其δ15N =

-3.54‰。中国东北地区玄武岩包裹体中N 2的含量较低,为2～10μL STP/g ,其δ15N 值为-20‰～-2.6‰,分布范围较宽①。

3　讨论

3.1　地幔的碳同位素

源于地幔深处的样品其碳同位素δ13C 值主

要集中分布在-5‰附近,变化于-2‰至-10‰之间,并在-14‰～-24‰区段有另一较弱的分

布[17]。地幔碳同位素的这种变化是地幔地质作用的综合结果,主要包括:不同深度和位置处压力、温度和氧逸度不同造成的碳的物相变化及其同位素效应;地表沉积碳俯冲到地幔深处;地幔去气过程和地幔原始含碳物质的可能不均一。目前对Deines (1992)关于地幔深部还有一个贫13C 的碳源区这一假说还很难评论,有待进一步研究。3.2　地幔中氢的赋存形式及形成机理

地幔流体中氢的赋存形式极为多样,它可存在于不同类型的气液包裹体、浆胞及矿物裂隙、矿

物结构(OH -)及结构通道(H °

)中和早期结晶矿物的超显微包裹体中。而在地球深部条件下氢的赋存状态可能有:被某些金属所吸附或熔解的氢,与金属形成氢化物和固体氢等三种形式[27]。自从对地幔矿物中普遍存在微量OH -得到共识以来,人们对其形成机理进行了研究。Bai 等(1992)[22]对氢在橄榄石中的溶解度进行了定量实验。Skogby 等(1994)[21]进行了使OH -结合进入到由人工合成的单斜辉石中去的实验,认为氢是以下列还原-氢化反应加入到单斜辉石中去的:Me 3++O 2-+1/2H 2=Me 2++OH -(式中Me 为Fe 或Mn )。这些研究为更全面地认识氢在地幔中的行为和作用打下了基础。3.3　不同实验方法结果的理论解释问题

对同一样品用不同的方法所测的结果不同或所测的组分不全等现象在地幔流体实验研究中是常见的。如在测定中国东部地幔岩包体中流体组分时,用显微热台测定单一气液包裹体仅显示有CO 2或高纯CO 2存在,激光拉曼光谱测定结果以CO 2、H 2O 、CH 4等为主[34],而用热爆裂法测定的

结果表明其包裹体含有H 2、CH 4、CO 、CO 2和H 2O

等,且随着加热温度的不同,各组分的相对含量也明显不同②。另外,对澳大利亚维多利亚地幔包体中单个流体包裹体用热台和激光拉曼光谱测定的结果仅显示有CO 2存在,但经样品破碎后用热27地质地球化学 2000年

①

②张铭杰,中国东部新生代碱性玄武岩及

幔源包体中的流体组成和稳定同位素地球化学特

征(中国科学院兰州地质研究所博士学位论文),1998。

张成君,中国东北地区中新生代岩浆岩

包裹体流体组份及同位素组成(中国科学院兰州地质研究所博士学位论文),1997。

爆质谱法检测到He 、N 2、Ar 、H 2S 、CO 和SO 2等气体组分。因此,如何合理、有效地解释所测的结果对于正确了解地幔流体组分具有重要意义。张铭杰(1998)认为,热解法高温加热是对高温下地幔流体平衡态的恢复,高温段释出的挥发份应是地幔流体的真实组分。

3.4　地幔流体的时空演化及全球性地幔源区

对比问题

地幔流体在岩石圈演化过程中发挥着重要作用。在地球深部物质研究和深部地球物理研究

的基础上,全面系统地研究从地幔不同深度和位置所取得样品的流体组分及其同位素地球化学性质,是研究总结地幔流体形成和演化乃至全球对比的关键。因此,总体规划全球性的地幔流体研究的方向和目标,重点研究关键性的地球化学问题,就显得十分重要。同时,抓住几个地质研究程度高并且地幔岩浆演化产物发育较齐全的关键地区进行地幔流体方面的研究,建立地幔流体演化模式,是地幔流体演化研究的突破口,有利于全球性的地幔源区对比。

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et Cosmochimica Acta,1997,61(11):2281～2293.

[32]Ohmoto H.Stable isotope geochemistry of ore deposits.Reviews In Minerology,1986,Vol.16.

[33]Eldridge C.S.,Compston W.,William I.S.et al.Isotope evidence for the involvement of recycled sediments in diamond

formation.N ature,1991,353:649～652.

[34]夏林圻,浙江西垄地区上地幔流体性质的研究。科学通报,1990,35(11):844～847。

STAB LE ISOTOPE GEOCHEMISTR Y OF MANT LE FL UIDS

Wang Xianbin　Wu Maobing

(Lanzhou Institute of G eology,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou730000)

Zhang Mingjie

(Department of G eology,Lanzhou University,Lanzhou730000)

Abstract

Much progress has been made in research on mantle fluids during the last two decades by researchers both at home and abroad using various analytical techniques.This paper presents the advances in this as2 pect,such as the nature and composition of mantle fluids,the isotope contents and compositions of the flu2 ids,and the influences of isotope fractionation and mantle degassing on mantle composition.Isotope hetero2 geneities of the samples from the mantle have been recognized in different regions and tectonic settings. This might refer to the heterogeneity of mantle source.Some uncertainties involved in the study are also mentioned.

K ey w ords:mantle fluids;stable isotope geochemistry;isotope fractionation;mantle degassing;man2 tle source

流体地球化学 报告

《流体地球化学》 题目：地幔流体及其成矿作用 读书报告 教师：张成江教授 指导老师：何明有教授 姓名: 张建军 学号： 2011050169 学院：核自学院 专业：核能与核技术工程 2011年12月15日

地幔流体及其成矿作用 1 地幔流体组成和特点 地幔流体是指赋存于地球内部由原始气体元素(He3、A r36等)、挥发分(幔 源CO 2、S、H2O等) 所组成的气体、稀溶液及具挥发分的富碱的硅酸盐熔体。 现代火山喷气、玄武岩圈闭气体、地幔镁铁质和超镁铁质包体成分分析及金刚石 包裹体分析表明, 地幔流体是以C2H2O 为主的体系, 并且含有一定的金属氧化 物〔6〕, 其流体种类受地幔氧逸度f O 2 及深度的制约〔7〕, 当f O 2 在Q FW —MW (氧缓冲反应限定的范围) 时, 流体种类以CO 22H2O 为主; 接近IW 时以CH42H2O为主。W yllie〔8〕用微量CO 2、H2O 和橄榄岩(假定地幔中CO 2?(CO 2+ H2O ) = 018) 进行的成岩试验表明, H2O、CO 2 含量在深度上是分层的, 以地 盾区地热曲线、固相线位置、矿物稳定组合区间三者之间关系, 推测120 km 深 度以下时金云母、白云石、橄榄石与富H2O 气相共存; 较浅处(约90 km ) 时, 随 着角闪石等含水矿物形成, 大量的H2O 被消耗, 气相中CO 2 与H2O 含量比值 随之增大, 形成上地幔中相对富CO 2 的区域; 在260～120 km 之间则为碳酸盐、金云母、C2H2O 挥发分溶解于熔体中, 无独立的H2O 和CO 2 相存在。Sh iano 等〔9〕在研究Kerguelen 地区超镁铁质捕虏体时发现了富硅质熔体、富碳酸盐 的熔体和富CO 2 流体包裹体共生, 显示是地幔深部均一的熔融相在到达上地幔 温压条件时形成不混溶的三相, 并充填于橄榄岩形成的裂隙中。这同样证明了 C2H2O 随深度变化的推断。包裹体一直被作为了解深部流体的重要窗口, 然而 已有的资料表明地幔流体包裹体在随寄主岩上升过程中已发生了次生变化, 并 且显示出几乎所有的捕虏体中多为纯CO 2 包裹体,缺少甚至没有H2O 的成分。 对此认为主要由4 种原因引起: ①在硅酸盐熔体中H2O 的溶解度比CO 2 更大, 熔融时H2O 比CO 2 优先进入熔体中, 形成相对富集的CO 2 相; ②氢的扩散作 用引起在低f O 2 时流体主要成分是CH4, 在达到一定温度和压力时H 发生迁移, 留下相对较富的CO 2; ③与围岩发生水岩反应再平衡的结果,H2O 比CO 2 更易 与含氧的硅酸盐发生反应, 剩下相对较富的CO 2; ④变形过程中H2O 比CO 2 更 易进入位错而被泄漏掉。因此, 多数地幔包体中的流体包裹体在被寄主岩从深 部带到地表过程中已发生了次生变化, 其成分已有所改变。由于我们对地幔流 体还缺乏详细研究和了解, 大多数地幔流体性质仍是有待研究的前沿课题。 2 地幔流体的来源及成矿作用 按照目前的了解, 地幔流体主要以两种方式形成: 一种由地核及下地幔脱 气作用; 另一种为洋壳俯冲作用带入大量富含挥发分物质的再循环〔1, 3, 4〕。 稀有气体的He2A r 同位素体系研究表明地幔流体主要有3 种源区〔10〕: ①地 幔柱型源区; ②洋中脊玄武岩型源区; ③岛弧型源区。其中最值得一提的是地 幔柱源区, 推测地幔柱构造起源于地幔深部热边界层, 具有800～ 1 200km 直 径的头部和100～200 km 的尾部〔11, 12〕, 由地幔深部穿越不同的上覆圈层 直抵地表, 且因直接来自富集地幔, 含有大量挥发分和不相容元素, 其成矿意 义值得重视。流体在上地幔的富集是地幔流体成矿的基础, 前已述及流体是由 深部地幔或地核脱气作用和再循环物质脱水作用形成, 形成的流体可能在上地 幔顶部附近富集, 特别是在软流圈上隆引起减压变薄时, 溶解于地幔橄榄岩高 压围岩矿物相中的挥发分出溶, 形成细小的早期流体包裹体, 并在地幔蠕变过 程中往有利的部位运移〔13〕, 从而促进流体的更进一步富集。聚集的挥发分

附表一地球化学专业研究方向及主要研究内容介绍

地球化学专业博士研究生培养方案 一、培养目标 1.掌握马克思列宁主义、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系，热爱祖国，遵纪守法，品行端正，诚实守信，实事求是，具有较强的事业心和良好的学风，追求新知、勇于创新，积极为国家现代化建设服务。 2.掌握本学科坚实的基础理论和系统的专门知识；具有独立从事科学研究和教学工作、组织解决重大实际问题的能力，并在科学研究或专门技术上做出创造性的成果。 3.至少掌握一门外国语，能熟练阅读外文资料，具备用外文撰写学术论文和进行国际学术交流的能力。 二、研究方向 地球化学专业是地质学一级学科（学科代码：0709）下设的二级学科（学科代码：070902），设以下4个研究方向。 1.化学地球动力学 综合地质、地球化学方法，研究不同地质时期岩石的地质、地球化学特征，阐明岩石形成与板块构造和岩石圈构造演化的关系。 2.岩石地球化学 采用地球化学和实验地球化学方法，研究元素和同位素在岩浆作用、变质作用、沉积作用和表生作用中的存在相态和元素分配理论，示踪地质作用的发生发展过程，阐明岩石成因及其形成环境。 3.资源环境地球化学 研究元素在地球各圈层中的时空分布规律和迁移与沉淀、分散与富集的物理化学条件，揭示区域成矿规律，探索元素地球化学过程与自然环境质量和生态效应关系。 4.行星岩石与地球化学 通过陨石和航天器对类地行星直接或间接分析获得的数据资料进行研究，研究类地行星——月球、火星等星球的岩石以及元素、同位素等物质组成，揭示类地行星的形成与演化。 三、学习年限 1.全日制脱产博士生的基础学制为3年。 2.在职博士生的基础学制为4年。 3.对于提前达到培养目标、完成学业并做出创造性成果的博士研究生，经本人申请，导师同意，学院审批后报研究生院批准，允许提前答辩并申请学位；由于客观原因不能按时完成学业者，由博士研究生本人提出申请，导师同意，学院审批，报研究生院批准，可延长学习年限，但延长时间一般不得超过2年。未提出延长报告或申请延长期满仍未完成博士论文答辩者，均按结业处理。具体事宜详见“吉林大学关于研究生提前或延期进行学位论文答辩的暂行规定”。 四、课程设置（附表）

环境地球化学知识点

概念题 绪论（1/6） 环境问题由于人类活动或自然活动作用于人们周围的环境所引起的环境质量变化，以及这种变化反过来对人类生产、生活和健康产生的影响。 环境容量人类生存和自然环境在不致受害的前提下，环境可能容纳污染物质的最大负荷量。 环境要素构成人类环境整体的各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本因素。 环境背景值在未受人类活动干扰的情况下，各环境要素（大气、水、土壤、生物、光、热等）的物质组成或能量分布的正常值。 环境质量在一具体环境内，环境的某些要素或总体对人类或社会经济发展的适宜程度。 环境质量评价按照一定的评价标准和评价方法对一定区域范围内的环境质量进行说明、评定和预测。 第一章岩石圈环境地球化学（0/0） 第二章土壤环境地球化学（1/9） 土壤覆盖在地球陆地表面和浅水水域底部，具有肥力，能够生长植物的疏松物质表层。 土壤圈覆盖于地球陆地表面和浅水域底部土壤所构成的一种连续体或覆盖层及其相关的生态环境系统。 成土过程地壳表面的岩石风化体及其搬运的沉积体，受其所处环境因素的作用，形成具有一定剖面形态和肥力特征的土壤的历程。 土壤酸度土壤酸性表现的强弱程度，以pH表示。 植物营养植物体从外界环境中吸取其生长发育所需的养分，用以维持其生命活动。 土壤污染进入土壤的污染物积累到一定程度，引起土壤质量下降、性质恶化的现象。 土壤净化污染物在土壤中，通过挥发、扩散、吸附、分解等作用，使土壤污染物浓度逐渐降低，毒性减少的过程。 土壤质量评价单一环境要素的环境现状评价，是根据一定目的和原则，按照一定的方法和标准，对土壤是否污染及污染程度进行调查、评估的工作。

土壤中微量元素动植物体内含量很少、需要量很少的必需元素。 第三章水圈环境地球化学（2/11） 水圈地球表面或接近地球表面各类水体的总称。 水资源世界上一切水体，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、土壤水、地下水及大气中的水分，都是人类宝贵的财富，即水资源。（广义）在一定时期内，能被人类直接或间接开发利用的那一部分动态水体。（狭义） 水矿化度天然水中各种元素的离子、分子与化合物（不包括游离状态的气体）的总量。 水硬度水中钙和镁含量。 化学需氧量（COD）水样在一定条件下，氧化1L水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L表示。 高锰酸钾指数法（COD Mn）在一定条件下，以高锰酸钾为氧化剂，氧化水样中的还原性物质，所消耗的量以氧的mg/L来表示。 重铬酸钾指数法（COD Cr）在一定条件下，以重铬酸钾为氧化剂，氧化水样中的还原性物质，所消耗的量以氧的mg/L来表示。 生化需氧量（BOD）在有溶解氧的条件下，好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。 水体污染进入水体中的污染物含量超过了水体的自净能力，就会导致水体的物理、化学及生物特性的改变和水质的恶化，从而影响水的有效利用，危害人类健康的现象。 水体自净污染物质进入天然水体后，通过一系列物理、化学和生物因素的共同作用，使水中污染物质的浓度降低的现象。 水环境质量评价按照评价目标，选择相应的水质参数、水质标准和评价方法，对水体的质量利用价值及水的处理要求作出评定。 第四章大气圈环境地球化学（1/11） 大气圈包围在地球最外面的圈层，是由气体和气溶胶颗粒物组成的复杂的流体系统。 同温层从对流层顶以上到25km以下气温不变或微有上升的圈层。 逆温层从25km以上到50-55km，温度随高度升高而升高的圈层。 臭氧层地球上空10-50km臭氧比较集中的大气层, 其最高浓度在20-25km处。

水文学的现状及未来

水文学的现状及未来 芮孝芳梁霄 (河海大学水文与水资源学院，江苏南京210098 ) 摘要：水文学已发展成为具有众多分支学科的博大精深的学科体系。分析了水文现象的复杂性及还原论的缺陷，探讨了水文学发展的动力，总结了现行水文学的理论基础及局限性，指出了流域水文模型的发展中可能的误区。最后，对水文学必须从“线性”向“非线性”拓展作了初步讨论。 关键词：水文现象；水文学方法；还原论；非线性流域；水文模型 1 水文现象的复杂性与还原论的缺陷 水文现象是大气过程与下垫面条件共同作用的产物[1]。相同时空分布的降雨降落在不同下垫面条件的流域，以及不同时空分布的降雨降落在相同下垫面条件的流域，都会形成不同的洪水过程和不同的时间序列。根据现有的认识水平，水文现象的复杂性主要表现为： ·水文现象的时空变化既有确定性表现，又有不确定性表现，而且许多水文现象不确定性方面的表现更为强烈。 ·水文现象的确定性表现既有周期性表现，又有非周期性表现。非周期性表现又有因果性和趋势性之分。 ·水文现象的不确定性表现可能有随机性、灰性、模糊性、突变性、混沌性等不同形式。随机性又有纯随机性、平稳随机性和非平稳随机性之分。 ·水文现象时空跨度很大，时空变异性大多数表现十分强烈。 ·不同尺度的水文现象之间非相似性表现十分强烈。 ·水文现象与天气现象比较，更易受到人类活动的影响。 可见水文现象已经够复杂了！但由于受到人类认识自然能力的限制，我认为水文现象的复杂性可能还没有被充分揭示出来。正因为水文现象如此复杂，所以当人们用“还原论”[2]讨论水文的规律时，有时就会碰壁。

还原论认为，通过将事物分解成越来越精细的组成部分就能最终对其做出彻底的理解。将这种“还原论”用于分析河道中洪水波运动可以说相当成功，用于分析降雨径流形成也基本成功，而用于分析水文循环时空变化和径流长期演变就碰壁了。因为水文循环是一个由多路径、多尺度构成的及其复杂的系统，企图用还原论对其做出彻底的理解几乎是不可能的，因此，有必要另辟蹊径来解决此类问题。此时遇到的最大挑战就是，应该用什么样的数学物理工具来恰如其分、完整地描述如此复杂的系统呢？ 2水文学的分支及发展动力 地球系统是由四大圈层构成的。研究大气圈的是为大气科学，研究岩石圈的是为地质科学，研究生物圈的是为生物科学，研究水圈的是为由水文学和海洋学组成的水科学。作为一种独立学科，水文学也许是一个后字辈，但在近半个世界里却得到了快速发展，已经与其他学科交叉形成了庞大的学科体系和众多的分支学科[3]。按研究水体分（图1），有流域水文学、河流水文学、湖泊水库水文学、地下水水文学、河口水文学、湿地水文学、冰川水文学和全球水文学等。按服务于经济社会分（图2），有工程水文学、桥涵水文学、城市水文学、农业水文学、森林水文学、水资源水文学、环境水文学等。按交叉学科或研究方法分（图3），有物理水文学、动力水文学、系统水文学、随机水文学、确定性水文学、计算水文学、数字水文学、气象水文学、地理水文学、地貌水文学、生态水文学、水文测量学、水文信息学和同位素水文学等。 图1 水文学按照研究水体的分类

地幔流体的稳定同位素地球化学综述

地幔流体的稳定同位素地球化学综述 王先彬　吴茂炳张铭杰 (中国科学院兰州地质研究所,兰州,730000) 摘　要　总结了20年来国内外学者对地幔流体研究的成果和认识。主要包括地幔流体的性质和组成; 地幔 流体中同位素的含量、组成和赋存形式;同位素分馏和地幔脱气等作用对地幔组分的影响等。在不同地区和不同构造环境条件的地幔流体中,各种组分含量和同位素组成变化可以很大,从一个侧面指示地幔组分的不均一性,反映了不同地幔物质的形成历程不同或来自不同的地幔源区。此外,还讨论了目前存在的几个疑点。 关键词　地幔流体　稳定同位素地球化学　同位素分馏　地幔脱气作用　地幔源 第一作者简介　王先彬　男　1941年出生　研究员　主要从事稀有气体地球化学、非生物成因天然气及同位素地球化学等领域的研究工作 随着高精度探测技术的出现和地球科学知识的积累,人们对地球的认识进入到更深的层次。从传统的地壳到壳-幔作用,近几年来又深入到核-幔边界以至对地核的认识[1],使得对地球深部物质的研究与深部地球物理和地球化学进一步结合成为可能,并为提出全面统一的地球演化动力理论和模式准备了条件。地幔流体的研究是了解地球深部的重要手段之一。本文就地幔流体中稳定同位素方面的近期研究进展作一综述。 1　地幔流体的性质 作为地球内部的一种重要介质流体,是研究地球深部地质作用、了解深部物质的物理化学环境乃至地球发展演化的重要组分,其重要性愈来愈被更多的人所认识,是近20年来地学研究的热点。 流体,在地球科学研究中,常常是挥发组分的液相、气相及其超临界相以及硅酸盐熔体的统称,但在许多情况下不包括硅酸盐熔体。因此,地幔流体是指在地幔条件下(物相、温度、压力和氧逸度等)处于平衡并稳定共存的挥发组分[2],其形成温度大约在900℃至1400℃之间,其化学组成不均一,受多种因素控制,一般地以C、H、O、N和S(CHONS)为主要化学组分并以含较高的氢为特征,且含微量的稀有气体、F、P、Cl等。地幔挥发 1999年11月2日收稿,12月8日改回。份具有与地幔高p-t条件相适应的物理化学特性(如高的气体密度等),其地球化学性质以易溶于硅酸盐熔体(特别是富碱硅酸盐熔体)为特征,促进低熔点并且饱和挥发份的高钾原始岩浆和地幔交代熔体的形成,同时对于微量元素有高的溶解度(如大离子半径亲石元素、高价阳离子和稀土元素等),并且具有使溶质及各种微量元素产生再沉淀作用(如地幔交代作用导致地幔富集事件)。地幔流体的性质决定了它是地球内部能量和质量传输最活跃的组分,它控制着地幔岩浆作用、交代作用以及地幔变质变形等地质、地球化学作用的发生和发展,是对地球形成、发展和演化起重要作用的组分,具有重要的研究意义。 2　地幔流体的稳定同位素地球化学研究进展 自R oedder(1965)观察到全球碱性玄武岩的超镁铁质捕虏体中均找到CO2包裹体以来,地幔流体的研究工作陆续展开。许多学者采用各种测试方法(如电子探针、离子探针、激光拉曼探针、质谱计等)对认为是来自地幔的岩石矿物样品(如金刚石、金伯利岩、碳酸岩、大洋玄武岩、地幔包体等)进行了包裹体挥发组分及熔体主要元素的测定,发现不同地区、不同环境条件的地幔流体中各组分的含量变化很大,从一个侧面指示了地幔组分的不均一性。 96 2000年第28卷第3期Vol.28,No.3,2000 地　质　地　球　化　学 GEOLO GY2GEOCHEMISTR Y

环境地球化学

长江三角洲第一硬黏土与古环境 摘要：硬黏土形成在沿海和陆架相互作用的地带，受陆海交互作用的影响, 对气候及海平面变化尤为敏感，包含了复杂的古环境信息。本文从土壤形态和土壤剖面两个方面对硬黏土进行了描述，并进一步说明硬黏土是一种古土壤，同时以长江三角洲第一硬黏土为例，说明了它所蕴含的古气候信息及其与海平面的关系。 关键词：硬黏土古环境 硬黏土形成在沿海和陆架相互作用的地带，受陆海交互作用的影响, 对气候及海平面变化尤为敏感，包含了复杂的古环境信息。长江三角洲晚第四纪地层中普遍发育若干层厚度不等的暗绿色、黄绿色或黄褐色的硬质黏土层,在工程地质上俗称“硬质黏土”或“老黏土”。按其年代由新到老依次为第一、第二、第三……硬质黏土层。目前对第一硬黏土层研究较详。第一硬黏土是古土壤。 1硬黏土概述 1.1土壤形态 从颜色上看，硬黏土大致可以分为两类，一类是分上、下两层的暗绿色硬黏土层和黄褐色硬质黏土层；另一类为单一的黄褐色硬质黏土层。这跟海水的影响程度有关；硬黏土质地以细粉砂为主，其次是粗粉砂和黏土；呈块状构造；土壤中含有新生体。 1.2土壤剖面 第一硬黏土层分布在长江三角洲南北两翼，埋深3-25m，西部浅，东部深，总体上具有自西向东的自然坡度。西部硬黏土层的厚度最大，平均7．2 m，向东变薄，至上海市区平均为2．9 m。——这可能和暴露时间长短有关系。 上部含较多植物根屑, 具团粒结构, 中、下部淀积层内黏粒胶膜及铁锰质结核发育, 底部逐渐过渡到保留有原生沉积构造的母质层。 硬黏土与上下地层的关系：三角洲前缘古土壤层上覆滨浅海泥质沉积, 后缘上覆湖沼相泥质沉积,与上覆层呈突变接触关系。下伏黄色滨海、河流相粉细砂或黏土质粉砂, 呈渐变接触关系。 1.3硬黏土是古土壤 古土壤指过去气候与地貌环境相对稳定环境下形成的土壤，其发育或由于形成土壤的气候或地形环境的变化而中断，或在后来的地质过程中被其他沉积物掩埋。探讨并证明硬黏土是古土壤主要看硬黏土是否是经历了明显的成土改造。古土壤特征比较明显的层位在硬土层的上部：

水文地球化学

水文地球化学研究现状、基本模型与进展 摘要：1938 年, “水文地球化学”术语提出, 至今水文地球化学作为一门 独立的学科得到长足的发展, 其服务领域不断扩大。当今水文地球化学研究的理论已经广泛地应用在油田水、海洋水、地热水、地下水质与地方病以及地下水微生物等诸多领域的研究。其研究方法也日臻完善。随着化学热力学和化学动力学方法及同位素方法的深入研究, 以及人类开发资源和保护生态的需要, 水文地球化学必将在多学科的交叉和渗透中拓展研究领域, 并在基础理论及定量化研究方面取得新的进展。 早期的水文地球化学工作主要围绕查明区域水文地质条件而展开, 在地下水的勘探开发利用方面取得了可喜的成果( 沈照理, 1985) 。水文地球化学在利用地下水化学成分资料, 特别是在查明地下水 的补给、迳流与排泄条件及阐明地下水成因与资源的性质上卓有成效。20 世纪60 年代后, 水文地球化学向更深更广的领域延伸, 更多地是注重地下水在地壳层中所起的地球化学作用( 任福弘, 1993) 。 1981 年, Stumm W 等出版了5水化学) ) ) 天然水化学平衡导论6 专著, 较系统地提供了定量处理天然水环境中各种化学过程的方法。1992 年, C P 克拉依诺夫等著5水文地球化学6分为理论水文地球化学及应用水文地球化学两部分, 全面论述了地下水地球化学成分的形成、迁移及化学热力学引入水文地球化学研究的理论问题, 以及水文地球化学在饮用水、矿水、地下热水、工业原料水、找矿、地震预报、防止地下水污染、水文地球化学预测及模拟中的应用等, 概括了20 世纪80 年代末期水文地球化学的研究水平。特别是近二十年来计算机科学的飞速发展使得水文地球化学研究中的一些非线性问题得到解答( 谭凯旋, 1998) , 逐渐构架起更为严密的科学体系。 1 应用水文地球化学学科的研究现状 1. 1 油田水研究 水文地球化学的研究在对油气资源的勘查和预测以及提高勘探成效和采收率等方面作出了重要的贡献。早期油田水地球化学的研究只是对单个盆地或单个坳陷, 甚至单个凹陷进行研究, 并且对于找油标志存在不同见解。此时油田水化学成分分类主要沿用B A 苏林于1946 年形成的分类。1965 年, E C加费里连科在其所著5根据地下水化学组分和同位素成分确定含油气性的水文地球化学指标6中系统论述了油气田水文地球化学特征及寻找油气田的水文地球化学方法。1975 年, A G Collins 在其5油田水地球化学6中论述了油田水中有机及无机组分形成的地球化学作用( 汪蕴璞, 1987) 。1994 年, 汪蕴璞等对中国典型盆地油田水进行了系统和完整的研究, 总结了中国油田水化学成分的形成分布和成藏规律性, 特别是总结了陆相油田水地球化学理论, 对油田水中宏量组分、微量组分、同位素等开展了研究, 并对油田水成分进行种类计算, 从水化学的整体上研究其聚散、共生规律和综合评价找油标志和形成机理。同时还开展了模拟实验、化学动力学和热力学计算, 从定量上探索油田水化学组分的地球化学行为和形成机理。 1. 2 洋底矿藏研究

2017年同位素水文与生态环境应用研讨会

2017年同位素水文与生态环境应用研讨会 同位素是水循环与水系统研究的重要手段之一。近年来，随着同位素测试技术与模拟方法的不断发展，环境同位素的应用范围正在日益扩大，逐渐成为环境科学、水文学、水文地质学、生态学、地理学、海洋学等多个研究领域的现代研究方法之一。稳定同位素可在降水-地表水-地下水相互作用、环境溶质运移、生物地球化学循环过程等方面起到示踪的作用；放射性同位素（3H、85Kr、39Ar、14C、81Kr、36Cl等）在冰芯、地下水、海洋洋流等水体的定年上可发挥重要作用。 为此，我们拟于4月9日-11日在北京举办“2017年同位素水文与生态环境应用研讨会”，目的是交流与研讨环境同位素分析测试的新技术和数据解释的新方法，以及在水文和生态环境领域的应用新进展。本次活动分为研讨会和培训班两部分日程。欢迎从事相关领域的科研、教学和生产应用的学者和研究生们参加研讨和培训。 一、主办单位 IAHS-CNC同位素水文学分会 中国科学院地质与地球物理研究所 中国科学院页岩气与地质工程重点实验室 二、承办单位 原生态有限公司 三、协办单位 钡科瑞（北京）检测技术有限公司 北京普瑞亿科科技有限公司 四、时间、地点 时间：2017年4月9日-11日 会议地点：中国科学院地质与地球物理研究所 注册地点：9日14:00-18:00，宾馆（待定） 10日8:00-9:00，中国科学院地质与地球物理研究所 参会须知 1、本次会议收取1000元会议费/人次。住宿及交通费用由参会人员自行承担，会议协助预订酒店。 2、请每位参会者填写回执（见附件1），并于3月24日之前发到

附件一： 2017同位素水文与生态环境应用研讨会参会回执

《水文地球化学》教学大纲

《水文地球化学》教学大纲 Hydrogeochemistry－Course Outline 第一部分大纲说明 一、课程的性质、目的与任务 《水文地球化学》是水文与水资源工程专业本科生必修的一门主要专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握水文地球化学的基本原理和学会初步运用化学原理解决天然水的地球化学问题和人类对天然水的影响问题的方法与手段，为学习后续课程和专业技术工作打下基础。 二、与其它课程的联系 学习本课程应具备普通地质学、综合地质学、工程化学和水文地质学的基础。后续课程为水质分析实验、铀水文地球化学、环境水文地质学和水文地质勘察。 三、课程的特点 1．对基本概念、基本规律与常见的应用方法的理解并重。 2．对基本理论与常见水文地球化学问题的定量计算方法的掌握并重。 3. 采用英文教材，中、英语混合授课。 四、教学总体要求 1．掌握水文地球化学的基本概念、基本规律与研究方法。 2．掌握控制地下水与地表水化学成分的主要作用：酸碱反应与碳酸盐系统；矿物风化与矿物表面过程；氧化－还原反应；有机水文地球化学作用等。 3．通过理论讲述、研究实例分析与习题课，使学生理解天然水中常见的化学组份与同位素组成，掌握最基本的地球化学模拟方法与整理水化学数据的能力。 五、本课程的学时分配表 编 号教学内容课堂讲 课学时 习题课 学时 实验课 学时 自学 学时 1 引言及化学背景 （Introduction and Chemical Background） 6 2 酸碱反应与碳酸盐系统 (Acid-Base Reactions and the Carbonate System) 4 2 3 矿物风化与矿物表面过程 Mineral weathering and mineral surface processes 6

环境地球化学考试复习重点

1. 环境背景值:指在不受污染的情况下，环境要素的平均化学成分。 2. 地球化学障：元素迁移过程中，物理-化学条件的急剧改变所引起的元素沉淀。 3. 等电pH值：当矿物颗粒不能带电荷时的PH值。 4. 生物地球化学循环：生物体所需要的营养元素在生物圈内不断地运转，他们沿着特定的途径，从非生物环境到生物有机体内，再从生物体回到非生物环境中去，从而构成元素的循环，这种循环叫做"生物地球化学循环", 5. 弥散现象:在多空的介质中，当两种流体相接触，某种物质从含量较高的物体中箱含量较低的物体迁移，是两种流体分界面处形成过度混合带，混合带不断扩大，趋向于成为均质的混合物质，这种现象称为弥散现象。 6.地下水的自净过程：污染物进入地下水，通过同周围的介质发生物理化学和生物化学等一系列的反应，使污染物质的组成发生变化，最终被净化，是地下水部分或完全恢复到原来的状态，这样的过程，称为地下水的自净过程。 7.浓缩作用：当水蒸发时，其中含盐分的量不减，则其浓度相对增大，这种作用称为浓缩作用 8.CO2的温室效应：二氧化碳可以让太阳辐射的可见光部分透过，但是能吸收地球在13-17um之间的再辐射，组织了热量向外层空间的散逸，保持了大气的温度，这就是所谓的CO2的温室效应。 9.化学需氧量（COD）：在一定条件下，用一定的强氧化剂处理水样对所消耗的氧化剂量。 10.光化学烟雾：排入大气中的CO、NO等一次性污染物在光的作用下形成二次污染物，这两种的混合物所形成的烟雾污染现象。 11.混合作用：当两种或数种成分或矿化不同的地下水相遇时，新形成的地下水在成分与矿化度上与混合前不同，这种作用称为.混合作用。 12. 酸雨：是指PH值小于5.65的雨雪或其他形式的降水 13..生物半衰期：有毒物质降到最初摄入量一半所需要的时间 14. 溶质径流：地壳风化产物受水流溶蚀和冲刷并以真溶液和胶体溶液状态随水流前一的行为称为溶质径流。 1. 生命起源的前提条件有哪些？(8分) (1)在大气圈-水圈体系中必须没有游离的氧 (2)必须存在有对产生有机分子所必须的元素和催化剂 2. 在土壤样品采集中，一般采取哪几种方式? (8分) 答：（1）对角线法适用于污水灌溉或被废水污染的田块，由进水口倒出水口引对角线，按均匀间隔取3-5个点，并根据田块形状做适当修改。 （2）梅花形发适宜于面积较小、平坦、土质均匀的田块，取5-10个点。 （3）棋盘形法适宜于中等面积、平坦、形状完整，但土质较不均匀的田块，取10个以上的点。 （4）蛇形法适宜于面积大、地不太平坦、形状不规整的田块。 还可根据作物生长情况，结合土质、灌溉、施肥、施药等情况，划分为不同地段分别采样。 3. 地下水污染的主要途径是什么?(9分) （1）通过包气带渗入。这种途径是污染液从各种污染源地通过包气带想地下水面的渗透。这种污染途径的集体污染源包括：废水坑、污水池、沉淀池、污水渗坑、化粪池等；（2）从地表水体侧向渗入。由于大量未经处理的生活污水和工业废水排入河流，使许多河流收到

环境地球化学答案

1、名词解释 Pm10：是指大气中直径小于或等于10微米的颗粒物称为PM10，又称为可吸入颗粒物或飘尘。 Pm2.5：PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。 大气颗粒粒径：指大气颗粒的直径，粒径小于10微米的颗粒可以长期飘浮在空中，称为飘尘，其中10～0.25微米的又称为云尘,小于0.1微米的称为浮尘。而粒径大于10微米的颗粒，则能较快地沉降，因此称为降尘。 环境容量：环境容量（environment capacity）是在人类生存和自然生态系统不致受害的前提下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量。或一个生态系统在维持生命机体的再生能力、适应能力和更新能力的前提下，承受有机体数量的最大限度。 生物吸附系数：是某元素在有机体（通常是植物）灰分中的含量与该元素在生长这种植物的土壤中的含量比例，它定量的反映了生物对环境中元素的吸收强度。 CO2温室效应：大气中的CO2浓度增加，允许太阳辐射能量穿透地球大气层，使地球表面变暖，当地球表面进行二次能量辐射时，温室气体CO2又将这些能量重新发射回地面，使地球发生可感觉到的温度升高，这就是CO2温室效应。 2、环境地球化学的特点及主要研究内容： 环境地球化学的重要任务之一就在于及时地研究现代环境化学变化的过程和趋势，在原来地球化学的基础上，更加深入地研究组成人类环境的各个系统的地球化学性质。人为散发的污染物在环境中不断发生空间位置的移动和存在形态的转化。这种迁移转化的结果，可以向着有利的方向发展，如污染物被稀释、扩散、分解，甚至消失；也可以向着不利的方向发展，如污染物在某些条件下积累起来，转变成为持久的次生污染物。污染物在环境中的存在形态可以通过各种化学作用不断发生变化，如溶解、沉淀、水解、络合与整合、氧化、还原、化学分解、光化学分解和生物化学分解等。

水文与水资源工程专业本科培养方案及教学计划

水文与水资源工程专业本科培养方案及教学计划 一、培养目标 本专业培养适应我国社会主义现代化建设实际需要，德智体美全面发展，具有坚实的数学、水力学、计算机、外语基础，系统地掌握水文学及水资源学科基本理论、基本知识、基本技能与方法，得到水文水资源科学研究与实践训练，能从事水文信息采集与分析、水文模拟与预报、水资源开发利用规划、水资源评价与管理、流域管理与水环境保护等方面工作的高级工程技术人才与管理人才。毕业生适宜在高校、科研机构、水利、水电、农林、能源交通、城市建设、环境保护等部门从事水文水资源领域教学、科研及工程规划、勘测设计和管理等工作，也可攻读水文学及水资源学科及相关学科的硕士、博士学位。 二、基本培养要求 （一）思想政治和德育方面 1.热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，努力学习马克思列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想，逐步树立辩证唯物主义和历史唯物主义世界观。 2.积极参加社会实践，受到必要的军事训练；走与工农群众、生产劳动相结合的道路；有为国家富强、民族昌盛而奋斗的志向和责任感，愿为社会主义现代化建设服务，为人民服务。 3.热爱科学事业，养成良好学风，理论联系实际，具有艰苦求实、善于合作和勇于创新的科学精神。 4.具有良好的思想品德修养和心理素质，遵纪守法。 （二）业务方面 1.系统地较好地掌握水文学及水资源学科基本理论、基本知识、基本技能与方法，受到良好的科学思维和科学实践的基本训练。 2.具有坚实的数学、水力学、计算机、外语、水文学及水资源学基础；能在水文信息采集与分析、水文模拟与预报、水资源开发利用规划、水资源评价与管理、流域管理与水环境保护等领域从事教学、科研及工程规划、勘测设计和管理等工作。 3.掌握一门外国语，能较熟练地阅读本专业外文文献资料。

从第32届国际地质大会看地球化学的现状与未来

收稿日期:2004-10-08;改回日期:2004-10-28;责任编辑:楼亚儿。 基金项目:国家自然科学基金项目(40173007,40234052);教育部重点科研项目(重点03032)。 作者简介:陈岳龙,男,教授,博士生导师,1962年出生,地球化学专业,从事同位素地质年代学、地球化学与环境地球化学 的研究工作。 从第32届国际地质大会看地球化学的现状与未来 陈岳龙1,唐金荣2,侯青叶3 (11中国地质大学地球科学与资源学院,北京　100083;21中国地质调查局发展研究中心,北京　100037; 31中国地质大学地球科学学院,湖北武汉　430074) 摘要:对2004年8月在意大利弗罗伦萨召开的第32届国际地质大会有关生命起源、地质灾 害监测、壳幔相互作用、人类采矿与生产活动、水2岩相互作用、地表过程、古气候与古环 境等方面的地球化学研究及稳定同位素、地球化学动力学、有机地球化学、地球化学分析技 术等方面的内容进行了较为系统的总结,并对地球化学的未来发展进行了展望。 关键词:第32届国际地质大会;地球化学;进展;发展趋势 中图分类号:P59 文献标识码:A 文章编号:1000-8527(2004)04-0463-24 0　引　言 第32届国际地质大会于2004年8月20日至8月28日在意大利弗罗伦萨召开,会议的主题是:从地中海地区走向全球地质复兴———地质学、自 然灾害和文化遗产。每天中午12点到12∶45安排的大会讲演主要围绕本次大会的主题,从第一天的有关地球内部呼吸———地幔挥发分、板块构造与气候至随后的比萨斜塔、火星与地球的生命、水与地质历史、与火山灾害一起生活、海洋油气、地质学对文化遗产的影响、全球温暖是否将欧洲带入冰冷期。分会报告分为专门讨论会(S pecific symposia )、主题讨论会(Topical symposia )与一般讨论会(G eneral symposia )。在专门讨论会中一共设了14个专题,也主要是围绕本次大会的主题,包括:地质学中的大科学、意大利深部地震探测(CROP )、文化遗产———国际途径与展望、深地质库(以废物地质处理为主)、审稿评价道德与地球科学的质量评估(主要是杂志编辑、审稿人、读者、管理者对地球科学成果的评价)、地中海地区的古地球演化与地质解剖、地质灾害———国际途径与展望、地中海地区从历史视角到新发展在沉积地质学中的主要发现、全球构造中的新概念、国际地质科学计划的进展、地质时代表———最新发展与全球对比、地中海、铀矿床———勘探、地质与环境问题、地下工程建筑与设计中工程地质与岩土工程间的沟通。 主题讨论会分为38个主题,由于各主题有不同的方向,因此共计有近140个讨论会,内容涉及到:增生楔与混杂岩,北极地质学,碳酸盐台地,地质历史上的灾变事件,变化———碳、水与全球环境系统,地球早期演化,造山带的抬升,地球物理勘查,能源与资源的未来,地理信息系统(GIS ),地质灾害———评估与减灾,世界地质图,地质与葡萄酒,大陆增长的地质学,文化遗产的地球科学,地质公园、地质旅游、地质遗址,地圈2生物圈相互作用,地质技术,地球科学历史,环境变化中的人类演化,地球科学信息的管理与应用,地质医学,矿物生长动力学与诱发应力,地质科学应用的新地球物理技术,大洋钻探计划(ODP ),蛇绿岩与海洋岩石圈,过去与现在的全球变化,古气候与古海洋学,泥炭与湖泊,前寒武纪与古生代造山,遥感,岩石蚀变,海平面变化,层序地层,超高压变质作用———从纳米尺度到板块尺度,城市地质,水管理。其中以地球化学作为主题的有:地球早期演化中的生命成因的第18卷　第4期 2004年12月现　代　地　质GEOSCIENCE Vol 118　No 14 Dec.2004

中科院地理所自然地理学考博水文学试题及参考答案整理4_水资源学与生态水文学

一、流域水文模型 简述流域水文模型的类型及其应用问题 水文模型的基本类型有哪些？各有哪些作用？ 论述流域水文模型的类型及其特征？ 二、流域产流 流域产流过程及其方式有哪些？ 我国南北方流域产流过程及其方式有哪些不同？ 三、径流形成 影响径流形成的主要因素有哪些？气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？ 试述河川径流中的基流分割主要方法及研究基流的意义。 径流形成的基本原理及其影响条件。 四、下渗 影响下渗的因素由哪些？ 五、蒸发能力 何为流域的蒸发能力？干旱与湿润地区的实际蒸发与蒸发能力之间有什么联系与区别？ 实际蒸发与蒸发能力之间有什么联系与区别,如何计算？ 六、水文循环 如何理解水资源可再生(可更新)性？其意义就是什么？ 试述水量转化及其在水资源评价中的应用。 试述流域水文循环过程及其科学问题。 论述流域水文循环与水量转化过程及其在水资源评价中的应用？

七、水文学科理论 您认为生态水文学的科学问题有哪些 水文学的基础理论问题 水文学与水资源学的关系 八、人类活动对水文影响 试述人类活动的水文效应及其研究方法？ 气候变化及人类活动如何影响流域径流形成？ 九、水资源特点及开发利用 论述中国水资源开发利用问题及其对策。 论述中国水资源的时空分布特点及其开发利用对策？ 十、区域水文 分析流域地下水的补给来源、地下水径流、地下水排泄,以及地下水动态的影响因素？ 如何理解湖泊、沼泽的水量平衡与调节作用？ 十一、新技术方法

一、试题 您认为生态水文学的科学问题有哪些 水文学的基础理论问题 水文学与水资源学的关系 水文学与水资源学的关系 水文学主要就是研究地球上水的起源、存在、分布、循环运动规律,水资源学主要研究水资源的形成、演化、运动规律及水资源的合理开发利用的基础理论。水文学与水资源学即有区别又有密切的联系。水文学就是水资源学的重要科学基础,水资源学就是水文学服务于人类社会的重要应用。 水文学就是水资源学的基础。从水文学与水资源学的发展过程瞧,水文学具有悠久的发展历史,而水资源学就是在水文学的基础上,为了研究与解决日益窋的水资源问题而逐步形成的一个知识体系。因此,可近似的认为,水资源学就是在水文学的基础上衍生出来的。从研究内容上瞧,水文学就是一门研究地球上各种水体的形成、运动规律以及相关问题的学科体系;水资源学主要研究水资源评价、配置、综合开发、利用、保护以及对水资源的规划与管理,按照水资源的定义,水资源就是指可被人类利用的淡水资源,世界上大量的水中只有一小部分可以划归为水资源的范畴,水资源学对水资源的研究就是建立在水文学对地球上各种水体的研究的基础之上的。 水资源学就是水文学服务于人类社会的重要应用。人们研究水文现象的一个重要目的就就是为了更好的利用水资源,来实现水资源的可持续利用。水资源的开发利用规划与管理等工作就是水文学服务于人类社会的重要应用内容。水文学中的水循环理论支撑水资源可再生性研究,就是水资源可持续利用的理论依据。在对水资源进行量化进程中,根据水文规律与水文学基本理论,利用数学工具建立模拟模型,就是水资源承载能力量化研究、优化配置量化研究的基础。由于人类对水资源的开发利用,使水循环过程成为自然循环与社会循环的集合,在水资源配置、水资源管理、水资源承载能力计算等模型中,要充分体现这种集合,需要把水文模拟模型作为基础模型嵌入到水资源模型中。 对水文学若干基础研究领域的展望 1、气候变化对水文循环时空分布的影响:全球气候变化将影响到大气、 海洋与陆地的相互作用过程。近20年来波及许多国家与地区的水危 机与洪涝灾害与此有相当密切的关系,这就是因为由此引起的地球 上太阳辐射分布的改变将影响到自然的蒸发、大气中的水汽输送与 降水时空分布。水文学应对这种被称为大尺度水文学的科学研究作 出贡献。 2、水文时间序列演变机理及影响因子:水文时间序列的长期演变既有确 定性的一面,又有不确定性的一面,目前无论从哪个方面分析,都至多 只能识别水文时间序列的局部特性,而不能识别其全部特性,因此水 文时间序列的长期演变规律至今无法在衫精度范围内予以提示。这

地质流体类型及其特征

地质流体类型及其特征 一地质流体 地质流体（geofluid）是指在一定地质条件下、通过一定地质作用（包括构造活动、岩浆作用、变质作用、沉积作用、成矿作用、地表作用等）而形成的天然流体。从地质流体的概念可以看出，地质流体是在一定的地质环境中地质作用的产物，因此，不同特征的地质流体记录了其形成地质环境条件，并代表了特定的地质作用事件和过程。所以，地质流体在研究地质历史时期地质作用中都起到重要的媒介作用。 实际上，地质流体是地质作用中不可缺少的介质，它几乎参与所有的地质作用。地质流体的成因与来源十分复杂，其运移和聚集与特定的地质构造环境条件和地质构造演化过程有着密切的联系（肖荣阁等，2001；陶于祥等，1994）。通过研究地质流体特征，可以反演地质历史时期地质作用事件及其地质环境特征。 二地质流体分类及其特征 前人从不同角度对地质流体进行了分类研究，包括根据来源、成因、成分和分布等对地质流体进行分类（J. Parnel，1994；肖荣阁等，2001；陶于祥等，1994）。综合前人对地质流体的各种分类可以看出，主要从两个大的方面进行分析，即依据地质流体来源和天然产出特征分类和地质流体构造分类。 1. 地质流体来源和天然产出特征分类： 一般地，根据流体来源和其天然产出地质特征，将地质流体分为以下几种类型： （1）大气降水：地表水蒸发再降落于地面的水，它直接参与了表层岩石的风化剥蚀、搬运及元素的分散、富集成矿等作用。 （2）海水：咸化度较高的卤水体系，聚集了自然界所有的元素； （3）成岩流体：沉积物在沉积成岩作用过程中产生的流体，包括地层水、沉积岩中有机质热演化形成的石油和天然气等。地层水包括渗入地层的地表水和建造水及其混合水，建造水是在封闭于沉积物中的沉积水并与沉积物发生反应。由于沉积盆地所处地理环境不同，建造水的成分类型有较大的差异。内陆盆地环境建造水是地表大气降水集中封闭于沉积物中并经过一定的水岩反应，滨海盆地环境建造水是封闭在沉积物中的海水。 （4）岩浆流体：来源于地球内部不同部位的岩浆流体以及岩浆上升过程中因分异或结晶释放的流体，前者地质表现形式为各种岩浆岩和火山岩，后者地质表现形式为各种脉岩和脉体等；根据来源深度不同，岩浆流体又可以分为地壳流体和地幔流体等类型。 （5）变质流体：变质过程中脱水-脱挥发份产生的流体。 （6）成矿流体：在成矿作用过程中形成的地质流体，是在特定地质环境中经过特定地质演化形成的具有特殊成分的地质流体，一般富含挥发份、卤索及不相容碱金属、碱上金属元索。 （7）热液流体：来自于特殊构造环境、温度较高的地质流体，热液流体温度一般介于180-400℃，热流体来源有其特殊的构造背景，正常沉积盆地中的成岩热液流体温度一般低于180℃，大洋中脊裂谷构造环境中的热液沉积物温度在200℃以上，陆缘海槽，弧后盆地裂谷环境中的热液沉积物多为中低温组合，温度在200℃以下。 热液流体是近年来成矿作用中非常受重视的一种地质流体，根据不同地质作用中形成的流体溶质成分及温度特征，成矿热液流体分为：高温硅钾卤水（卤水指盐度超过5%的液态流体）、中温碳酸盐型卤水及低温硫酸盐型卤水，不同温度热液流体对应地富有特殊的化学成分特征。 ①高温硅钾卤水：由于中高温型热液交代或热水沉积矿化和硅钾元素的特殊性质，使高温卤水中SiO2和K2O丰度较高。因此热水沉积成矿呈现富硅钾岩建造。 ②中温碳酸盐卤水：以碳酸盐型流体为主，富含Fe2+、Mn2+、Mg2+的碳酸盐化合物为特征，起源于建造水系统、天水淋滤及海源流体系统。因此在中低温或热水沉积中常伴有铁白云石、菱铁矿和石膏。 ③硫酸盐卤水：主要是Ba2+、Sr2+、Ca2+的硫酸盐化合物，在海陆相各环境中广泛存在。主要沉积物是硬石膏、石膏、天青石和重晶石。