授课教师:
何明友，博士后、博士生导师，教授，中国科学院研究员。曾任：成都理工大学应用技术学院院长、继续教育学院院长，兼任成都理工大学广播影视学院副院长；成都市政协委员；成都市人大代表；四川省高级职称评审委员会委员兼化学学科组组长。现任：成都市人民政府参事；中国矿物岩石地球化学学会矿床地球化学专业委员会委员；《矿物岩石地球化学通报》编委。地球化学专业、矿床地球化学专业。研究领域：资源与勘查工程，资源勘查工程，环境工程。研究方向：矿床形成的源→运→聚地质过程及其地球化学机理，环境质量评价，环境污染及其治理。迄今为止，主持和参加的科研项目35项，其中有国家“攀登计划”、国家“973” 项目，部、省级自然科学项目及横向科研项目。已撰写的科研成果论著28部，专著2部，已发表的学术论文120余篇。
代表著：
1.Constraints on the Differential Enrichment of Au and As During Hydrothermal Miner-alization, Southwest Guizhuo, China. Chinese Jouranl of Geochemistry.1996,16(1): 75-79.
2.Physicochemical conditions of differential mineralization of Au and As in gold deposits, Southwest Guizhou Province, China. Chinese Jouranl of Geochemistry.1996, 15(2):189-192. 3.《若尔盖铀成矿带构造-岩浆活化成因模式》，成都理工学院，博士学位论文.1993.12. 4.《云南老王寨金矿田形成的地球化学机理》，中国科学院地球化学研究所, 博士后科学研究论文.1996.10.
Email：hmy@cdut.edu.cn
同位素地球化学 Isotopic Geochemistry
（for Master Students） （2015-09～10-16）
目录：
第1章 同位素的基本概念 1.1绪言 1.2同位素定义
1
1.3同位素分馏类 1.4同位素物理化学性质 1.5同位素丰度及其变化 第2章 同位素组成变化及其机理 2.1同位素分馏 2.2放射性衰变 第3章 氢氧同位素 3.1概述
3.2氢氧同位素在自然界中的分布 3.3火成岩中氢氧同位素组成的影响因素 3.4氢氧同位素组成与成矿溶液来源 第4章 碳同位素 4.1概述
4.2碳同位素在自然界中的分布
4.3碳同位素组成在矿床成因研究中的应用 第5章 硫同位素 5.1概述
5.2硫同位素在自然界中的分布
5.3硫同位素组成在矿床成因研究中的应用 第6章 锶同位素 6.1概述
6.2地球中锶同位素的演化
6.3锶同位素组成在岩石成因研究中的应用 6.4锶同位素组成在矿床成因研究中的应用 第7章 钕同位素 7.1概述
7.2钕同位素的演化
7.3钕同位素组成在岩石成因研究中的应用 第8章 铅同位素 8.1概述
8.2铅同位素的演化
8.3铅同位素组成在岩、矿成因研究中的应用第9章 同位素在地质研究中应重视的问题
2
学习方法：课堂讲授与自学相结合，以自学为主。
参考文献
1.赵伦山，张本仁，1988．地球化学
2.郑永飞，陈江峰，2000，稳定同位素地球化学．北京：科学出版社 3.朱炳泉，1998，同位素体系与理论与方法．北京：科学出版社 4.沈渭洲，1997，同位素地球化学教程．北京：原子能出版社 5.韩吟文，马振东，2004，地球化学．北京：地质出版社 6.卢武长，1986，稳定同位素地球化学．成都地质学院 7.尹观等，2009, 同位素地球化学．北京：地质出版社
1 同位素的基本概念
1.1绪言
单就同位素而言，同位素其实是《物理学》和《化学》两大门类学科的研究内容。同位素是物理学家和化学家在研究元素的物理性质和化学性质过程中发现的。我们所说的“同位素地球化学”，则指的是同位素在地球化学研究领域中的应用。
同位素：同位素可分为稳定同位素和放射性同位素。
稳定同位素的特点是元素的原子核是稳定的。稳定同位素由于元素的地球化学特性不同，在同位素丰度的变化和演化机理上存在着很大的差别。在地质地球化学过程中，只要物理化学条件发生变化，就会导致不同物质组分或不同物相中轻重同位素原子或分子分配上发生差异，通常称之同位素分馏馏。同位素分馏馏的结果是造成自然界物质中轻质量数元素（如氢、碳、氧等）的同位素丰度发生变化。而放射性同位素的原子核是不稳定的。由于元素的原子核是不稳定的，会
3
自发衰变，通过释放出一些基本粒子和能量，衰变成另一种新元素，最终衰变成稳定的同位素原子。一般而言，放射性成因的稳定同位素，通常质量数较大，如锶、钕、铅等，在自然界的各种化合物中，以阳离子的形式存在，化合物比较单一。目前尚未发现放射性元素的同位素存在受环境条件改变而引起的同位素分馏馏。这些放射性元素的同位素丰度变化，主要是自然物质在其形成和演化过程中，如地壳、地幔的演化，岩浆的结晶分异等，造成放射性母体元素分布的不均一，以及放射性成因的子体同位素积累数量不同。不过，在地质地球化学过程中的混合作用，可以造成这些放射性元素的同位素丰度变化。简而言之，与稳定同位素不一样，放射性同位素丰度变化，只受控于放射性母体元素的分布及其子体同位素的积累。
关于稳定同位素 ：稳定同位素地质是最近几十年来才迅速发展和逐渐完善起来的分支学科。其主要研究内容是稳定同位素在地质体中的分布及在各种地质条件下的运动规律，以及如何运用这些规律研究矿物、岩石和矿床的成因等地质问题。其研究内容涉及矿物学、岩石学、矿床学与地球化学等各个领域，已成为研究自然界中各种地质作用的一种强有力的工具。但与其他学科相比，稳定同位素地质毕竟还是一门很年轻的学科，在实验方法、理论基础和地质应用上都有待于进下步的完善和提高。此外，稳定同位素地质只是地质科学的一个分支，只有和其他学科密切配合才能充分发挥其在地质研究中的独特作用。
虽然克鲁克斯W. Crookes(1886)。索迪F. Soddy(1910)等对同位素的概念作过论述，汤姆森J.J. Thomson在1912年发现了稳定同位素，但对同位素的研究工作，是在德蒙普斯特A.J. Dempster（1918)和阿斯顿F.W. Aston(1919)分别研究成功质谱计之后才正式开始的。人们在研究放射性元素铀和钍的衰变过程中，发现铅的原子量是变化的，从而推测其它元素的同位素组成在时间和空间上也会发生一定的变化。霍尔姆斯A. Holmes首先提出利用元素的稳定同位素组成来研究地质问题。在1932年，他建议利用钙同位素组成的变化来研究岩石的成因。随后在1937和1938年，他又根据铅同位素组成的变化来探讨铅矿石的成因，从而开创了稳定同位素的地质研究工作。
三十年代所开展的稳定同位素研究工作除了解决实验室对元素同位素丰度的分析测试技术外，主要在于查明自然界中各种元素同位素组成的一般特征和阐
4
明同位素分馏馏作用产生的机理。研究的对象仅限于铅、氢、氧和碳等少数几个元素的同位素。由于当时解释分析数据没有联系所研究对象的地质特征，因而得出的结论常常与实际情况不吻合，研究工作进展缓慢。在实践过程中，随着经验的积累，研究人员逐渐注意将解释分析数据与实际地质特征相结合。特别是尼尔A.O.Nier在1939年研究成功了同位素比值质谱计，提高了同位素比值的测量精度。此后，尤里H.C.Urey(1947)发表的《同位素物质热力学性质》奠定了同位素分馏馏的理论基础。这样，稳定同位素在地质学中的应用才取得重大突破。不过，稳定同位素的地质研究进展主要还是体现在最近的三、四十年。随着质谱仪器的该进和更新，仪器灵敏度的越来越高、化学分离技术的完善以及超净化实验室的建立才获得了迅速的发展，成为一门新兴的学科。
我国稳定同位素的研究工作可追溯至三十年代。当时主要研究稳定同位素的性质和分布。稳定同位素的地质研究工作是从五十年代末和六十年代初才开始的，但所研究的同位素仅限于硫和铅。进入八十年代，随着引进国外新技术，国内陆续建立了一批具有先进水平的同位素地质实验室。研究成果不断发表，全国性的同位素地球化学学术讨论会不间断召开，并出版了不少专著、教材。
关于放射性同位素：一般而言，在地质科学领域内，研究最多和在地质上应用最广泛的同位素是氢，氧、碳、硫、锶、钕和铅这七种元素的同位素。氢、氧、碳和硫的同位素通常称之为轻稳定同位素。而锶、钕和铅(206Pb，207Pb，208Pb)的同位素为放射成因的稳定同位素。就稳定同位素与放射性同位素在地质上的应用而言，放射性同位素在地质上的应用晚于稳定同位素。放射性同位素在地质上的应用是在Rb–Sr、Sm–Nd、U–Pb同位素地质年代学研究的基础上发展起来的。
这两类同位素在形成机理和同位素组成变化机理方面存在明显的区别，在地质应用上也有很多不同之处。但在研究成岩、成矿过程等这一些主要地质作用方面，这两类同位素又是密切地联系在一起的，两者已日益成为不可缺少的有效工具。对它们的综合应用，实践证明，两者结合能够避免应用单一同位素所带来的局限性，使人们对地质作用的认识更深入、更全面、更符合客观实际。因此，本课程将氢，氧、碳、硫、锶、钕和铅这七种元素的同位素放在一起讲解。以便于对稳定同位素与放射性同位素的共性及应用有一个较完整的了解。
5