青藏高原地热区稀有碱金属资源物源的卤素同位素示踪
发布时间：2022-01-01 15:39
自然界地质流体及水体中的阴离子主要为卤素元素,其同位素组成(δ37Cl、δ81Br等)及地球化学指标可以指示流体来源、水岩反应以及岩浆活动。为了确定青藏高原地区热泉水中大量赋存的稀有碱金属资源（Li、Rb、Cs等）的来源和演化,本文选取了位于青藏高原雅鲁藏布江-班公湖缝合带内的搭格架、色米、卡乌三个具极高的溴背景异常的地热区作为研究区域,利用卤素同位素指标示踪稀有碱金属资源物源。本文建立了新的离子交换流程将氯、溴元素从复杂基体水样中有效分离提纯,并相继解决氯和溴等挥发分在化学前处理过程逃逸丢失并引起同位素分馏、可溶性硅及其它阴离子引入基体效应、同质异位离子干扰等难题,改进并建立了地热水中挥发分元素（Cl-Br）同位素高精度测定方法。通过结合多种同位素指标(δ11B-δ37Cl-δ81Br)以及其他地球化学指标（Cl/Br、Na/Cl、HCO3-/Cl-）特征研究表明,认为研究区内地热水化学组分受到沉积岩蒸发岩岩层...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
淋滤过程中的氯同位素分馏效应
南京大学硕士学位论文9通过理论计算证明氯同位素分馏与氯键合的阳离子价态有关，认为比起+1价阳离子化合物37Cl更倾向于富集在+2价阳离子化合物中。并推测从NaCl到KCl,再到RbCl随着共沉淀的阳离子半径的增大，M-Cl化学键变得越来越弱，使得析出相中富集37Cl的能力减弱。从理论角度解释了从钠盐相沉淀向钾盐相沉淀过渡时，δ37Cl突然降低变为负值的实验现象。图2-3沉淀过程中的氯同位素分馏效应（据Eggenkamp，1994）在蒸发沉淀过程中，Br-常以Cl-类质同象的形式进入氯化盐类矿物晶格中沉淀下来，并产生溴同位素分馏效应。但由于溴在固液相间分配系数小于1（BraitschandHerrmann,1963;Kühn,1968;Siemann,2000;程怀德，2008），Br-进入固相氯化物中的数量并不多，而是大部分保留在卤水当中。因此氯化盐相比，溴化盐的分馏系数十分微小，且溴的分馏效应几乎仅发生在与氯的共沉淀过程中。随着蒸发沉淀作用的进行Br在残余卤水中的浓度不断上升。因而晚期结晶矿物（光卤石、水氯镁石）中的Br含量高于早期结晶矿物（石盐）中的Br含量（程怀德，2008）。2.2.5.火山作用自火山系统采集的样品中具有极端的δ37Cl值，如在火山喷气口处气体样品中测得为+9.5‰（Eggenkamp,1994）、+12‰（Sharpetal.,2010a）的δ37Cl值。这一过程主要由挥发分HCl气体和流体中Cl-之间的分馏控制。Schauble等人（2003）通过理论计算得出，60℃时，HCl气体和液体中Cl-之间的氯同位素分馏值为+1.7‰。Sharp等人（2010a）通过实验证明，50℃时火山系统内Δ37ClHCl(g)-
第二章卤素同位素地球化学研究进展10Cl-为+1.6‰，这一实验结果与理论计算值一致。同时Sharp提出在开放型系统发生瑞利分馏时，轻同位素35Cl首先以H35Cl气体逃逸，残留熔体中δ37Cl值升高（图2-4），导致在喷气口的样品常发生较大的同位素分馏（Sharpetal.,2010a）。图2-4火山作用过程中的氯同位素分馏效应2.2.6.蛇纹石化作用蛇纹石化作用是重要的水岩作用之一，是在中、低温条件下，热液交代基性岩、超基性岩或镁质碳酸盐岩，使得岩石中的含镁矿物（橄榄石、斜方辉石、白云石等）转化为蛇纹石的水热蚀变作用。蛇纹石化过程中，岩石吸收了大量的水而改变了原有结构。氯离子通过蛇纹石化作用进入到了蛇纹岩中，蛇纹岩中的氯含量受热液成分、温度等因素的影响（黄瑞芳等，2014）。由于热液流体的影响，导致氯同位素在蛇纹石化水岩作用过程中发生分馏效应。蛇纹岩中氯同位素组成受到蛇纹石化流体的同位素组成、水岩相互作用过程中的温度和水岩比等因素影响（Barnesetal.,2013）。2.3氯溴同位素组成在自然界中的分布氯、溴元素在各大型地质储库（大洋、地幔、蒸发岩、沉积物、孔隙水、大陆壳及洋壳）中均有分布，普遍存在于各种流体相中。氯的平衡分馏系数虽然较小，但由于动力学过程作用，使得在火山气体及地外物质当中可以观察到较大的氯同位素分馏效应。地球上δ37Cl值的变化范围为-14‰~+16‰，δ37Cl在月球上的变化范围为-4‰~+81.1‰，火星陨石中δ37Cl的变化范围为-5.6‰~+8.6‰。δ81Br在自然界的变化范围很小，为-1.5‰~+3.5‰。通过对自然界中各储库氯溴同位素组成的深入认识，可以进一步增强氯溴同位素在各类地质环境问题中的应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳定氯同位素地球化学研究进展[J]. 刘茜,王奕菁,魏海珍. 地学前缘. 2020(03)
[2]高温地热系统中粘土矿物形成对Na-K和K-Mg地球化学温标准确性的影响[J]. 李洁祥,郭清海,余正艳. 地球科学. 2017(01)
[3]西藏搭格架地热区天然水的水化学组成与稳定碳同位素特征[J]. 王尊波,沈立成,梁作兵,江泽利,廖昱. 中国岩溶. 2015(03)
[4]西藏高温地热田地球化学特征及地热温标应用[J]. 孙红丽,马峰,蔺文静,刘昭,王贵玲,男达瓦. 地质科技情报. 2015(03)
[5]滇藏地热带地热水硼同位素地球化学过程及其物源示踪[J]. 吕苑苑,郑绵平,赵平,许荣华. 中国科学:地球科学. 2014(09)
[6]盐湖卤水蒸发过程中的稳定氯同位素分馏[J]. 罗重光,肖应凯,马海州,马云麒,张艳灵,贺茂勇. 科学通报. 2012(14)
[7]Gas Bench Ⅱ-IRMS测定地下水中溴同位素新技术[J]. 杨杰,马腾,刘玲,刘存富,单慧媚,陈柳竹. 地球科学与环境学报. 2011(04)
[8]青藏高原盐湖水化学及其矿物组合特征[J]. 郑绵平,刘喜方. 地质学报. 2010(11)
[9]胶东大庄子构造角砾岩型金矿床地质地球化学特征及成矿流体来源探讨[J]. 邹为雷,李光明,张连昌. 矿床地质. 2010(03)
[10]蒸发岩序列中氯化物盐的氯同位素分馏效应及应用——兼论塔里木盆地、柴达木盆地古代岩盐的沉积阶段[J]. 谭红兵,马海州,张西营,许建新,肖应凯. 岩石学报. 2009(04)
本文编号：3562427
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
淋滤过程中的氯同位素分馏效应
南京大学硕士学位论文9通过理论计算证明氯同位素分馏与氯键合的阳离子价态有关，认为比起+1价阳离子化合物37Cl更倾向于富集在+2价阳离子化合物中。并推测从NaCl到KCl,再到RbCl随着共沉淀的阳离子半径的增大，M-Cl化学键变得越来越弱，使得析出相中富集37Cl的能力减弱。从理论角度解释了从钠盐相沉淀向钾盐相沉淀过渡时，δ37Cl突然降低变为负值的实验现象。图2-3沉淀过程中的氯同位素分馏效应（据Eggenkamp，1994）在蒸发沉淀过程中，Br-常以Cl-类质同象的形式进入氯化盐类矿物晶格中沉淀下来，并产生溴同位素分馏效应。但由于溴在固液相间分配系数小于1（BraitschandHerrmann,1963;Kühn,1968;Siemann,2000;程怀德，2008），Br-进入固相氯化物中的数量并不多，而是大部分保留在卤水当中。因此氯化盐相比，溴化盐的分馏系数十分微小，且溴的分馏效应几乎仅发生在与氯的共沉淀过程中。随着蒸发沉淀作用的进行Br在残余卤水中的浓度不断上升。因而晚期结晶矿物（光卤石、水氯镁石）中的Br含量高于早期结晶矿物（石盐）中的Br含量（程怀德，2008）。2.2.5.火山作用自火山系统采集的样品中具有极端的δ37Cl值，如在火山喷气口处气体样品中测得为+9.5‰（Eggenkamp,1994）、+12‰（Sharpetal.,2010a）的δ37Cl值。这一过程主要由挥发分HCl气体和流体中Cl-之间的分馏控制。Schauble等人（2003）通过理论计算得出，60℃时，HCl气体和液体中Cl-之间的氯同位素分馏值为+1.7‰。Sharp等人（2010a）通过实验证明，50℃时火山系统内Δ37ClHCl(g)-
第二章卤素同位素地球化学研究进展10Cl-为+1.6‰，这一实验结果与理论计算值一致。同时Sharp提出在开放型系统发生瑞利分馏时，轻同位素35Cl首先以H35Cl气体逃逸，残留熔体中δ37Cl值升高（图2-4），导致在喷气口的样品常发生较大的同位素分馏（Sharpetal.,2010a）。图2-4火山作用过程中的氯同位素分馏效应2.2.6.蛇纹石化作用蛇纹石化作用是重要的水岩作用之一，是在中、低温条件下，热液交代基性岩、超基性岩或镁质碳酸盐岩，使得岩石中的含镁矿物（橄榄石、斜方辉石、白云石等）转化为蛇纹石的水热蚀变作用。蛇纹石化过程中，岩石吸收了大量的水而改变了原有结构。氯离子通过蛇纹石化作用进入到了蛇纹岩中，蛇纹岩中的氯含量受热液成分、温度等因素的影响（黄瑞芳等，2014）。由于热液流体的影响，导致氯同位素在蛇纹石化水岩作用过程中发生分馏效应。蛇纹岩中氯同位素组成受到蛇纹石化流体的同位素组成、水岩相互作用过程中的温度和水岩比等因素影响（Barnesetal.,2013）。2.3氯溴同位素组成在自然界中的分布氯、溴元素在各大型地质储库（大洋、地幔、蒸发岩、沉积物、孔隙水、大陆壳及洋壳）中均有分布，普遍存在于各种流体相中。氯的平衡分馏系数虽然较小，但由于动力学过程作用，使得在火山气体及地外物质当中可以观察到较大的氯同位素分馏效应。地球上δ37Cl值的变化范围为-14‰~+16‰，δ37Cl在月球上的变化范围为-4‰~+81.1‰，火星陨石中δ37Cl的变化范围为-5.6‰~+8.6‰。δ81Br在自然界的变化范围很小，为-1.5‰~+3.5‰。通过对自然界中各储库氯溴同位素组成的深入认识，可以进一步增强氯溴同位素在各类地质环境问题中的应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳定氯同位素地球化学研究进展[J]. 刘茜,王奕菁,魏海珍. 地学前缘. 2020(03)
[2]高温地热系统中粘土矿物形成对Na-K和K-Mg地球化学温标准确性的影响[J]. 李洁祥,郭清海,余正艳. 地球科学. 2017(01)
[3]西藏搭格架地热区天然水的水化学组成与稳定碳同位素特征[J]. 王尊波,沈立成,梁作兵,江泽利,廖昱. 中国岩溶. 2015(03)
[4]西藏高温地热田地球化学特征及地热温标应用[J]. 孙红丽,马峰,蔺文静,刘昭,王贵玲,男达瓦. 地质科技情报. 2015(03)
[5]滇藏地热带地热水硼同位素地球化学过程及其物源示踪[J]. 吕苑苑,郑绵平,赵平,许荣华. 中国科学:地球科学. 2014(09)
[6]盐湖卤水蒸发过程中的稳定氯同位素分馏[J]. 罗重光,肖应凯,马海州,马云麒,张艳灵,贺茂勇. 科学通报. 2012(14)
[7]Gas Bench Ⅱ-IRMS测定地下水中溴同位素新技术[J]. 杨杰,马腾,刘玲,刘存富,单慧媚,陈柳竹. 地球科学与环境学报. 2011(04)
[8]青藏高原盐湖水化学及其矿物组合特征[J]. 郑绵平,刘喜方. 地质学报. 2010(11)
[9]胶东大庄子构造角砾岩型金矿床地质地球化学特征及成矿流体来源探讨[J]. 邹为雷,李光明,张连昌. 矿床地质. 2010(03)
[10]蒸发岩序列中氯化物盐的氯同位素分馏效应及应用——兼论塔里木盆地、柴达木盆地古代岩盐的沉积阶段[J]. 谭红兵,马海州,张西营,许建新,肖应凯. 岩石学报. 2009(04)
本文编号：3562427
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