地质应用中的氢同位素研究

研究氢同位素在天然物质中的丰度、变异规律和地质意义。天然氢有两个稳定的同位素1H和2H(D)，它们的丰度分别为99.985％和0.015％。氢的同位素组成δD表示,δD标准采用SMOW(见稳定同位素地球化学)。天然物质中的天然物质。δD值的分布如图所示。从图中可以看出，地球物质中的大气水（雨水）。δD变化最大，由-500变化～+50‰；而月球物质δD变化范围较大，由-917变化～+303‰。δD之所以变化范围大，主要是因为1H和2H的相对质量差异最大，为100‰，因此，同位素分馏更为明显。

在天然矿物中，氢只存在于一些含水矿物中，如云母、闪石等。氢在水圈和生物圈中分布广泛，甚至可以到达地幔的深度。实验研究表明，温度为4000～在800℃条件下，含水矿物D由高到低的顺序是：白云母＞金云母＞角闪石＞黑云母。根据实验和计算，Al-OH(羟基)键矿物显著富D，而Mg-OH键矿物含D比Al-OH键矿物少6‰，Fe-D比Al-OH键矿物含量少70‰。也就是说，含羟基(OH)矿物间氢同位素的分馏作用也是Al、Mg、Fe含量函数。一些含水矿物与水之间的氢同位素交换速度按以下顺序增加：白云母亲＜角闪石＜黑云母≤硬水铝石＜黝帘石＜绿帘石＜水铝石。当粘土矿物颗粒小于44微米时，在100微米～蒙脱石在200℃温度之间的交换速度比伊利石和高岭石高3～5倍。当温度低于100℃时，粘土矿物与水的氢同位素交换速度很低，甚至难以进行模拟实验。这些情况表明，氢同位素的分馏受到矿物成分、结构、颗粒大小等因素的影响。

在地质应用中，氢同位素经常与氧同位素数据相结合，以确定成矿热液的来源和矿床的成因，可以提供重要的信息。氢同位素在地质温度测量中的应用正在探索中。