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同位素地質學

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利用放射性同位素的衰變規律,穩定同位素的丰度變化,來研究地殼發展和地質體形成的歷史,以及在不同地質作用下地球物質的遷移過程的這一學科稱為同位素地質學。同位素地質學的一個重要用途是用以確定地層、岩石的形成時間。 同位素地質學是地球科學、物理學、化學和技術科學相互交叉發展起來的一門新興學科,是地質學的一個新的分支。半個世紀以來,同位素地質學獲得了迅速發展,滲透到地質學、地球化學的各個方面,對解決一系列重大基礎地學問題發揮了關鍵性的作用。它是地球科學定量化的重要標誌,是「數字地球」的重要組成部分。

1研究

中國地質科學院,從1958年起就開始建立同位素地質實驗室,是國內最早建立同位素地質實驗室的單位之一。經過長期努力,在中國地質科學院地質研究所和礦床地質研究所分別建立了完整的同位素地質年代學實驗室和穩定同位素地球化學實驗室。這兩個實驗室在同位素實驗技術和方法的建立和改進,在同位素地質基本理論的研究和重大地質基礎問題的研究方面,做出了許多重要的貢獻,在國內地學界有重大的影響。
在技術方法和基礎理論方面  
建立和發展以離子探針質譜和激光探針質譜為代表的的原位微區同位素地質年代學和同位素地球化學測試技術,趕上國際研究發展趨勢。
1) 建立和發展鈾系不平衡法、10Be法、36Cl法等年青年代學測試方法和技術,以滿足環境、海洋和新構造等研究領域的需要。
2) 建立和發展過渡族元素同位素地球化學實驗體系,開拓同位素地球化學研究的新領域。
3) 進一步發展稀有氣體同位素地球化學的測試技術,提高其理論研究水平。
4) 進一步發展微量、快速和微區氣體穩定同位素測試技術。建立硒、氯等穩定同位素測試新方法。
5) 大力推進同位素分餾機制的研究。特別是同位素動力學分餾和與質量無關的同位素分餾的研究,爭取在穩定同位素地球化學基本理論研究方面取得重要突破。
6) 保持和發展已有的釤-釹、銣-鍶,鈾--釷-鉛,建立鋯-鉿同位素年代學和示蹤的實驗體系。
7) 同位素地質年代學和同位素地球化學標準方法的建立和參考物質的研製與標定。
8) 同位素絕對比值的測量和原子量標定。
預期目標
1) 充分利用離子探針的技術優勢,進行國內外合作,對地球早期演化和大陸動力學與地幔動力學的重大理論問題進行研究,重點為原始陸殼的形成時代、性質、增生速率和再循環過程,中國主要造山帶的形成演化歷史及動力學研究。
2) 建立過渡族元素同位素的理論體系,開拓這些新的同位素體系在地球系統科學中應用領域。Cu、Fe、Zn 、Mo、Cr等過渡族元素同位素地球化學是一個嶄新的研究領域,是地球化學的一個新的生長的和研究牽引。儘管這方面的研究在國際上只有短短4年的歷史,初步成果表明,這些新的同位素體系在地球化學、環境科學、生物圈與地圈的相互作用、太陽系與地球物質的早期演化、成礦作用等方面有著巨大的潛力。即將建成的多接受等離子體質譜實驗室具有從事這方面研究的國際先進設備,同時實驗室固定人員朱祥坤是該研究領域的主要創始人之一。通過5年左右的努力,使該實驗室在這一領域的研究處於國際領先地位。
3) 硅同位素體系在環境與生物地球化學中的應用。硅同位素理論體系研究及其應用是地球化學研究的國際前沿之一。我室在這方面的研究起步較早,在國際上具有重要影響。硅同位素不僅在成礦作用方面具有較大的應用價值,而且在生物地球化學和環境研究中具有重大潛力。我們將保持這一優勢領域,加大對硅同位素分餾機理和硅同位素體系在環境與生物地球化學中的應用的研究力度,使硅同位素地球化學的理論與應用研究上升到一個新的高度。
4) 同位素體系在環境和(古)海洋研究中的應用:同位素年代學與地球化學示蹤體系在環境和(古)海洋研究領域有著重要的應用,但中國在這方面的研究起步較晚,與國際先進水平有較大差距。實驗室將加大這方面的研究力度,充分發揮我室同位素年代學與同位素示蹤體系配套齊全配套的優勢,對黃土、石筍、深海沉積物、Mn-殼與Mn-結核等樣品進行同位素年代學與同位素地球化學綜合研究。力爭在5年內將該實驗室初步建成為中國的同位素環境地球化學與同位素海洋地球化學研究基地。
5) 建立硒、氯等穩定同位素測試新方法和鋯-鉿同位素放射同位素實驗體系。進一步發展微量、快速的氣體穩定同位素測試技術。進一步發展稀有氣體同位素地球化學的測試技術,提高其理論研究水平。
6) 進一步推動同位素地質年代學和同位素地球化學標準方法的建立和參考物質的研製與標定。
7) 進行硅同位素絕對比值的測量和硅原子量標定。
8) 大力推進同位素分餾機制的研究。特別是硅的生物動力學同位素分餾和與質量無關的硫同位素分餾的研究,爭取在穩定同位素地球化學基本理論研究方面取得重要突破。
9) 繼續開展超大型礦床與大型礦集區的同位素研究。
10) 建立與健全同位素地質年代學與同位素地球化學資料庫。

2開放實驗室

1990年,原地質礦產部將兩個研究所的同位素地質學實驗室聯合組成了地質礦產部同位素地質開放實驗室。實驗室含釤-釹法、鈾-鉛法、氬-氬法、鉀-氬法、銣-鍶法、錸-鋨法、鈾系不平衡法等年代學實驗室,氧、硫、氫、碳、硅、硼等穩定同位素實驗室和惰性氣體同位素實驗室。
實驗室主要從事同位素同位素地質學(包含同位素地質年代學與同位素地球化學)基礎理論、測試技術和在解決重大地質問題和資源、環境、生態問題方面的應用研究。
開放實驗室組建以來,實行對國內外開放,吸引了國內外同位素地質學及相關科學領域的優秀人才,共同對國際上關心的重大基礎地質問題,與國家經濟發展有密切關係的地學問題,以及環境保護、災害防治有關的問題,開展同位素地質學研究,取得了一系列重要成果。
對中國早前寒武紀的研究,在中國發現了最老的岩石和鋯石,建立了中國早前寒武紀的年代學格架、地殼演化模式,為中國早前寒武紀研究奠定重要了基礎,為國內外地學界所矚目。
對中國主要造山帶演化歷史的研究,也取得重要成果。其中,對秦嶺造山帶的同位素地質年代學研究,為秦嶺造山帶形成時間、演化歷史、構造機制和動力學研究提供了堅實的基礎,得到了國內地學界的高度評價。
在礦床同位素地質學研究方面,也做出了重要貢獻。對國內的許多特大型礦床和大型礦產堆積區的地質年代學和同位素地質學研究,闡明礦床的物質來源、形成條件和富集規律,為礦產資源的找尋和評價提供了重要的依據。
開放實驗室在發展同位素地質分析技術方面的工作,十分引人矚目。實驗室在國內最先建立了毫克量級鋯石鈾-鉛法、單顆粒鋯石蒸發-沉積法、釤-釹法、六氟化硫硫同位素分析法、硅同位素分析法等方法,研製了釤-釹、硫、硅、碳、氧等多種同位素國家一級標準物質。實驗方法的齊全和實驗技術的精細方面均處於國內領先地位,並帶動了國內的同位素技術的發展。實驗室多次參與國際對比測量,實驗工作在國際同位素地質學界有相當的信譽。
實驗室在同位素基本理論研究方面,也做了一系列開拓性的工作。對氫同位素分餾的平衡和動力學研究、礦物間和礦物內的氧同位素分餾研究、礦物間硫同位素分餾研究、以及硅同位素動力分餾研究等方面的研究成果,受到了普遍的重視。在水-岩交換作用體系的同位素研究方面,也取得了重要的成果。
實驗室在國際上首次建立了硅同位素的地球化學體系,在硅同位素地質應用方面取得突破,在國內外產生了重要的影響。
在開展以上方面的研究的同時,造就和培養了一批在國內外有一定影響的同位素地質學家和後繼人才。
此外,實驗室為國內外許多科研、教學和生產單位提供了大量準確可靠的分析數據,培訓了許多同位素研究與實驗人才。
實驗室在國內外同位素地質學術交流方面的表現十分活躍,在國內一直起著主導作用。
程裕淇、塗光熾、張青蓮、宋叔和與陳毓川五位院士,為實驗室顧問。在實驗室外籍顧問中,W. Compston 教授曾任國際地質科學聯合會委員,是國際上第一台用於鋯石微區年齡分析的高靈敏度離子探針質譜計(SHRIMP)的發明人之一,在同位素地質年代學方面具有很高的望。Sakai教授為國際地球化學宇宙化學學會的主席,在穩定同位素地球化學研究方面成績卓著,很有影響。江博明教授為法籍華裔科學家,在同位素地質年代學領域十分活躍,影響很大,他長期與實驗室合作。
經過十年的努力,已將同位素地質開放實驗室建成為設備先進、方法齊全、人員素質優秀、科研成果顯著,在國內居於領先地位,在國際上有相當影響的同位素地質學重要實驗研究基地,具備了成為國家開放實驗室的基本條件。

3書籍:同位素地質學

書名:同位素地質學
作者:(芬)蘭卡瑪(K. Rankama)著
ISBN號:
價格:出版地:北京
出版社:地質出版社
出版時間:1960.5
頁數:401頁
開本:18開
目錄:
前言
第一章 緒論
第二章 同位素基本知識
第一節 同位素的定義
第二節 同位素的分類
一、放射性同位素
二、穩定同位素
第三節 同位素的物理性質和化學性質
第四節 同位素標準
一、穩定同位素標準  
二、放射成因穩定同位素標準
小結
第三章 元素同位素組成的變化機理
第一節 同位素分餾
一、同位素分餾係數
二、同位素熱力學分餾
三、同位素動力學分餾
第二節 放射性衰變
一、放射性衰變類型
二、放射性衰變規律
三、放射性衰變系列
小結
第四章 同位素地質年齡測定基礎
第一節 基本原理
第二節 鉀-氬法
一、鉀和氬的地球化學
二、K-Ar法基本原
三、K-Ar等時線法
四、40Ar/39Ar法
五 K-Ar年齡的影響因素
六、適合於K-Ar年齡測定的樣品
第三節 鈾、釷-鉛法
一、鈾、釷和鉛的地球化學
二、U,Th-Pb法基本原理
三、不一致年齡及其處理方法
四、單顆粒鋯石年齡測定
五、普通鉛年齡測定
六、適合於U,Th-Pb年齡測定的樣品
第四節 銣-鍶法
一、銣和鍶的地球化學
二、Rb-Sr法基本原理
三、岩石或礦物的Rb-Sr年齡測定
四、適合於Rb-Sr年齡測定的樣品
第五節 釤-釹法
一、釤和釹的地球化學
二、Sm-Nd法基本原理
三、Sm-Nd模式年齡
四、Sm-Nd等時線年齡
五、岩石或礦物的Sm-Nd年齡測定
六、適合於Sm-Nd年齡測定的樣品
第六節 某些新的年齡測定方法
一、Lu-Hf法
二、Re-Os法
三、La-Ce法
第七節 地質年代學研究中應注意的問題
一、樣品採集
二、年齡數據的可靠性
三、年齡數據涵
小結
第五章 同位素地質測溫
第六章 火成岩的同位素組成
第七章 沉積岩的同位素組成
第八章 變質岩的同位素組成
第九章 礦床的同位素組成

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