李　雪,周　倫,藺　潔,高旭波，

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.四川地質(zhì)工程勘察院環(huán)境工程中心，四川 成都 610072；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074)

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鋰同位素在水環(huán)境領(lǐng)域的研究進(jìn)展

李雪1,周倫2,藺潔3,高旭波1，3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.四川地質(zhì)工程勘察院環(huán)境工程中心，四川 成都 610072；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074)

摘要：近年來有關(guān)鋰同位素的研究及其應(yīng)用已成為水環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。鋰的兩個(gè)穩(wěn)定同位素(6Li和7Li)之間相對(duì)質(zhì)量差較大，容易產(chǎn)生明顯的同位素分餾，研究表明溫度是控制鋰同位素分餾的關(guān)鍵因素，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)以及配位數(shù)差異也會(huì)對(duì)鋰同位素分餾產(chǎn)生重大影響。自然界中鋰同位素的組成變化很大，δ7Li值在-40‰～+50‰之間變動(dòng)，不同地質(zhì)體的δ7Li值的明顯差異使鋰同位素的應(yīng)用范圍更加廣泛。鋰元素較高的化學(xué)活動(dòng)性決定了它能夠積極地參與各種水環(huán)境演化過程，并被作為新的示蹤工具應(yīng)用于環(huán)境水體污染、水循環(huán)以及鹵水形成與演化等領(lǐng)域。概述了鋰同位素作為良好的示蹤工具在水環(huán)境領(lǐng)域取得的最新研究成果，以期為拓展鋰同位素在環(huán)境地質(zhì)方面的應(yīng)用研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鋰同位素；分餾；水環(huán)境；示蹤

鋰是最輕的堿金屬元素，原子量為6.941，在自然界中主要以+1價(jià)陽離子形式存在，具有高度環(huán)境活動(dòng)性，在地球上含量較少但分布廣泛。鋰元素的這些特性使得鋰同位素的精確檢測(cè)和廣泛應(yīng)用受到極大的制約。

環(huán)境中鋰同位素研究及其應(yīng)用是一個(gè)新興的且迅速發(fā)展的研究領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代是鋰同位素研究的起步階段，眾多研究者開始嘗試建立多種鋰同位素測(cè)試方法，但由于天然地質(zhì)環(huán)境樣品中鋰含量較低，因此測(cè)試樣品需求量大，同時(shí)也存在明顯的基質(zhì)效應(yīng)，此外分析時(shí)間較長(zhǎng)以及測(cè)試精度不高等因素也嚴(yán)重阻礙了鋰同位素的研究和廣泛應(yīng)用。熱電離質(zhì)譜測(cè)定方法(TIMS)的問世，大大提高了鋰同位素的測(cè)試精度(可達(dá)0.3‰)，而多接收杯電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)分析方法的出現(xiàn)更是進(jìn)一步提高了鋰同位素的測(cè)試精度，縮短了測(cè)試時(shí)間，同時(shí)對(duì)測(cè)試樣品的需求量也大幅降低，鋰同位素研究的重心也開始由建立測(cè)試方法階段進(jìn)入廣泛的實(shí)際環(huán)境地質(zhì)問題的解決階段。作為非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素體系之一，鋰元素活躍的環(huán)境地球化學(xué)性質(zhì)使其在隕石與宇宙化學(xué)、海洋環(huán)境、陸殼風(fēng)化作用、殼幔演化以及熱液成礦作用等領(lǐng)域的研究成果日益豐富，而作為一種良好的環(huán)境示蹤劑，鋰同位素在水環(huán)境領(lǐng)域的研究應(yīng)用也逐漸得到發(fā)展，特別是在環(huán)境水體污染、水循環(huán)以及鹵水形成與演化等領(lǐng)域。本文主要總結(jié)了鋰同位素在水環(huán)境領(lǐng)域中的最新研究進(jìn)展，以期為拓展鋰同位素在環(huán)境地質(zhì)方面的應(yīng)用研究提供借鑒。

1鋰同位素分餾機(jī)理

自然界中的鋰有6Li(約7.5%)和7Li(約92.5%)兩種穩(wěn)定同位素，兩者相對(duì)質(zhì)量差為16.7%，因此在很多環(huán)境和地質(zhì)演化過程中鋰會(huì)產(chǎn)生顯著的同位素分餾。研究表明，地球表生環(huán)境中鋰同位素組成變化高達(dá)35‰[1]，不同環(huán)境樣品的鋰同位素組成變化甚至可達(dá)100‰[2-3]。

研究鋰同位素分餾機(jī)理對(duì)解釋自然界中鋰的分布以及拓展鋰同位素的實(shí)際應(yīng)用意義重大。但目前關(guān)于鋰同位素分餾機(jī)理的研究認(rèn)識(shí)尚未形成完整體系，對(duì)分餾機(jī)理的認(rèn)識(shí)不足嚴(yán)重影響了鋰同位素?cái)?shù)據(jù)的合理解譯。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋰同位素分餾機(jī)理的研究取得了一些重要成果。大量研究表明，溫度是鋰同位素分餾的一個(gè)關(guān)鍵控制因素。如Chan等[4]的研究表明在海水與玄武巖的反應(yīng)中，350℃時(shí)該反應(yīng)的分餾系數(shù)δ7Lisolution-altered rock為4‰，而在160℃時(shí)上升為9‰，更低的溫度下(2℃時(shí))則高達(dá)19‰；Rachael等[5]的研究表明在海水與玄武巖的反應(yīng)中，分餾系數(shù)與溫度存在顯著的相關(guān)性，并通過試驗(yàn)研究確認(rèn)其相關(guān)關(guān)系為δ7Lisolution-altered rock=7 600/T[K]-8.39；Millot等[6]進(jìn)一步將該公式修正為δ7Lisolution-altered rock=7 847/T[K]-8.093(R2=0.93)。與此同時(shí)，其他研究者開展的類似試驗(yàn)也證明了溫度對(duì)鋰同位素分餾的顯著影響作用，如Wunder等[7]在壓強(qiáng)為2.0 GPa和溫度為500～900℃的試驗(yàn)條件下，將單斜輝石和含Cl-、OH-離子的溶液進(jìn)行反應(yīng)，研究其中的鋰同位素分餾行為,結(jié)果表明在不同溫度的反應(yīng)中，7Li更傾向于進(jìn)入液相，且這種鋰同位素在固液兩相之間的交換發(fā)生得非常迅速，并依照試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到如下關(guān)系式：δ7LiCpx-fluid=-4.61×(1 000/T[K])+2.48(R2=0.86)(δ7LiCpx-fluid指單斜輝石相對(duì)液體的鋰同位素比值的變化),見圖1。這一研究結(jié)果與其他研究證明了隨著溫度的降低，鋰同位素分餾程度增大。這一結(jié)論也為Zack等[8]對(duì)俯沖帶物質(zhì)相互作用過程中的鋰同位素分餾現(xiàn)象證實(shí)：低溫系統(tǒng)中容易產(chǎn)生更大的鋰同位素分餾。

圖1　不同溫度下鋰輝石在0.1 mol/L LiCl和LiOH溶液　　　中的鋰同位素分餾[7]Fig.1　Plot of experimentally determined lithium isotope　　　fractionation versus reciprocal temperature between　　　spodumene and 0.1 mol/L LiCl-fliud and between　　　spodumene and 0.1 mol/L LiOH- fliud[7]

擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)是影響鋰同位素分餾的另一個(gè)重要因素。在水-巖相互作用、殼-幔相互作用過程中，7Li總是比6Li優(yōu)先進(jìn)入流體相從而產(chǎn)生分餾。造成鋰的兩個(gè)穩(wěn)定同位素遷移行為差異的原因在于擴(kuò)散系數(shù)不同。由于擴(kuò)散系數(shù)與質(zhì)量存在一定的反相關(guān)關(guān)系，因而6Li比7Li的擴(kuò)散系數(shù)更大，這也是7Li總是先于6Li進(jìn)入液相或流體相的原因。Teng等[9]曾對(duì)礦物與流體之間相互作用時(shí)鋰同位素的行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)富含鋰的偉晶巖和圍巖之間的鋰同位素分餾高達(dá)30‰，他認(rèn)為造成這一現(xiàn)象的原因在于6Li與7Li之間擴(kuò)散系數(shù)的差異。而水-巖相互作用過程中6Li與7Li擴(kuò)散系數(shù)的差異則是引起表生帶鋰同位素分餾的主要原因之一。

除溫度與擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)之外，控制鋰同位素分餾的因素還有共存相之間配位數(shù)的差異[10]。配位數(shù)是指化合物中心原子周圍的配位原子個(gè)數(shù)，鋰在不同固相中的配位數(shù)是不同的，如鋰在云母中是六配位數(shù)，而在十字石中是四配位數(shù)，較高的配位點(diǎn)更易于被輕同位素占據(jù)。Wunder等[11]在對(duì)云母、十字石與溶液反應(yīng)時(shí)的鋰同位素分餾進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)在壓強(qiáng)為2.0 GPa、溫度為300～500℃的試驗(yàn)條件下，云母與水溶液反應(yīng)時(shí)7Li傾向于優(yōu)先進(jìn)入液相，而在十字石與水溶液反應(yīng)中7Li則傾向于進(jìn)入十字石中,從而得出鋰在云母和十字石中配位數(shù)差異可以導(dǎo)致分餾現(xiàn)象的發(fā)生這一結(jié)論；Jahn等[12]在利用分子動(dòng)力學(xué)模擬來解釋高溫高壓下鋰與溶液反應(yīng)時(shí)溶劑的結(jié)構(gòu)變化以及鋰的配位數(shù)變化時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋰的配位數(shù)與壓力相關(guān)，在模擬給定的條件下，壓力越大，配位數(shù)越大，并指出十字石中鋰的配位數(shù)低于液相中鋰的配位數(shù)，這一結(jié)論與Wunder等的試驗(yàn)結(jié)果比較一致。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋰同位素測(cè)試方法的研究已經(jīng)日趨成熟，但對(duì)鋰同位素分餾機(jī)理尚有諸多未清晰之處，如對(duì)于近地表過程中產(chǎn)生的鋰同位素分餾現(xiàn)象，現(xiàn)普遍認(rèn)為是水-巖相互作用過程中6Li 和7Li的擴(kuò)散行為不同所致，但是利用擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)作用僅能解釋部分地幔橄欖巖中的鋰同位素分餾現(xiàn)象，對(duì)于礦物間較大的鋰同位素分餾(>10%)以及礦物內(nèi)部復(fù)雜的同位素不平衡現(xiàn)象，單純的擴(kuò)散機(jī)制并不能給出合理解釋。此外，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生分餾在不同地質(zhì)環(huán)境下的影響程度尚且不知，擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)分餾會(huì)控制整個(gè)體系的鋰同位素分配情況還是影響較小，影響的尺度范圍到底多大也都是未知數(shù)。為更好地將鋰同位素應(yīng)用于實(shí)際問題解決中，加強(qiáng)鋰同位素分餾機(jī)理的研究非常必要。

2天然地質(zhì)環(huán)境樣品中鋰同位素組成

TIMS測(cè)試方法提高了天然地質(zhì)環(huán)境樣品中鋰同位素的測(cè)試精度，也掀起了鋰同位素研究的熱潮，各種地質(zhì)環(huán)境樣品中鋰同位素組成數(shù)據(jù)得以迅速積累。2004年Tomascak[27]根據(jù)公開發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)總結(jié)了各主要儲(chǔ)庫(kù)的鋰同位素?cái)?shù)值范圍；此后，國(guó)內(nèi)外眾多研究者對(duì)各地質(zhì)環(huán)境樣品中鋰同位素組成數(shù)據(jù)進(jìn)行了補(bǔ)充。本次研究在前人成果的基礎(chǔ)上，添加了最新的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，見圖2。

圖2　天然地質(zhì)環(huán)境樣品中鋰同位素組成(引自湯艷杰等，有修改)[13]Fig.2　Range of Li isotopic composition of geological samples in nature(modified after Tang et al.[13])數(shù)據(jù)來源：海水[14-15]；河流水[3,16-17]；洋島玄武巖[18-20]；低溫蝕變玄武巖[21-22]；高溫蝕變玄武巖[22-23]；新鮮玄武巖[23]；花崗巖[9,24-25]；黃土、頁巖[25]；大陸上地殼[25]；海洋沉積物[26]；其他[13,27]

2.1巖石中鋰同位素組成

不同巖性的巖石鋰含量及其同位素組成不盡相同，表1列出了全球部分巖石和相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)巖石樣品中鋰同位素含量及其同位素組成數(shù)據(jù)。

表1　全球部分巖石和相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)巖石樣品中

大陸上地殼鋰同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)主要包括頁巖、黃土和花崗巖等，其中頁巖和黃土屬于大陸地殼沉積物。相對(duì)地幔而言，大陸上地殼的δ7Li值為0±2‰[25]，富集輕鋰同位素，這充分反映了風(fēng)化作用的影響。如取自不同地區(qū)的頁巖鋰同位素δ7Li值均較小，澳大利亞頁巖δ7Li值為-3.2‰～+3.9‰[25]，美國(guó)西部頁巖的δ7Li值為+4.5‰～+8.0‰[32-33]；而來自北美、中國(guó)、歐洲和新西蘭等地的黃土也呈現(xiàn)同樣的低鋰含量、輕鋰同位素δ7Li值富集現(xiàn)象，鋰含量為29±16 μg/g，δ7Li值范圍為-3.1‰～+4.8‰[25]。相比而言，陸殼花崗巖的鋰同位素δ7Li值范圍則擴(kuò)大為-10‰～+19‰。如澳大利亞東南部花崗巖的δ7Li值為-2.5‰～+2.7‰[25]，澳大利亞東部花崗巖的δ7Li值為-1.4‰～+8.0‰[25,34]；中國(guó)東北及華北地區(qū)花崗巖的δ7Li值為-3.2‰～+6.9‰[9]；內(nèi)華達(dá)山及加利福尼亞地區(qū)的花崗巖的δ7Li值為0.0‰～4.0‰[35]；加拿大地盾區(qū)花崗巖較富集重鋰同位素，δ7Li值為+7.3‰～+11.3‰[36]；北卡羅萊納州花崗巖富集輕鋰同位素，δ7Li值為-10‰～+12‰[37]；南達(dá)科塔州花崗巖的δ7Li值為-3.1‰～+19‰[26]。

目前已報(bào)道的海相沉積物鋰同位素?cái)?shù)據(jù)主要集中于海洋碎屑沉積物和碳酸鹽巖。其中，海洋碎屑沉積物的鋰同位素δ7Li值變化范圍為-1.0‰～+5.6‰[18]；而新生代海相碳酸鹽則呈現(xiàn)較低的鋰含量(0.32～4 μg/g)，輕鋰同位素富集，δ7Li值為-40‰～+12‰[38]。

玄武巖是地幔組成的代表物質(zhì)，上地幔(一般超過1 000℃)一般不會(huì)發(fā)生明顯的鋰同位素分餾，作為上地幔的代表物質(zhì)，大洋中脊玄武巖(MORB)的鋰同位素組成較為均一，鋰含量和δ7Li值分別為5.4～6.0 μg/g和+1.5‰～+5.6‰[23];下地幔玄武巖受混入作用影響，會(huì)呈現(xiàn)一定的分餾現(xiàn)象，下地幔洋島玄武巖(OIB)的鋰含量和δ7Li值分別為6.57～12.5 μg/g和+3‰～+10‰，顯著高于上地幔大洋中脊玄武巖[19-20]。

2.2天然水體中鋰同位素組成

本文對(duì)全球部分天然水體中已發(fā)表的鋰含量及其同位素組成數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，詳見表2。

由于較長(zhǎng)的滯留時(shí)間，海水中的鋰含量約為0.18 μg/g，鋰同位素δ7Li值為+29.3%～+33.3‰[15]，較為均一。不同海域的鋰同位素δ7Li值相差較小，如太平洋海水δ7Li值為+31.13‰，地中海海水δ7Li值為+31.12‰，北大西洋海水δ7Li值為+31.17‰[14]。常用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海水樣品中，NASS-5的δ7Li值為+29.5‰～+31.8‰[39]，IAPSO的δ7Li值為+30.88‰[40]。

湖泊中的鋰含量及其同位素組成變化較大，這主要決定于其區(qū)域環(huán)境、成因和形成環(huán)境等的差異。如內(nèi)陸青海大柴達(dá)木湖鹵水中的鋰含量為117～227 mg/L，δ7Li平均值為+22.2‰[41]；加拿大耶洛奈夫鹵水中的鋰含量為40～4 350 μg/g，δ7Li值為+33.2‰～+41.8‰[42]；以色列Heletz-Kokhav油田鹵水中的鋰含量為1.0～2.3 μg/g，δ7Li值為+18.2‰～+30.8‰[43]；美國(guó)內(nèi)達(dá)華普拉亞斯鹵水中的鋰含量為50～1 020 μg/g，δ7Li值為-1‰～+8‰[44]。

表2　全球部分天然水體中鋰含量及其同位素組成

注：“*”表示Li濃度單位為μmol/L。

河水中的鋰含量及其同位素δ7Li值變化范圍也很大，介于海水和巖石之間，鋰含量范圍為0.001～23 μg/g，δ7Li值為+6‰～+43‰[16,45-46]，因此河流中鋰同位素組成是海水和巖石鋰同位素組成變化的橋梁。河流中鋰含量及其同位素組成一方面可以反映該河流流域的巖性，另一方面可以反映風(fēng)化過程中鋰同位素的分餾程度。在風(fēng)化作用的過程中，6Li易于保留在固相中，7Li傾向于進(jìn)入流體當(dāng)中，從而造成地表巖石的鋰同位素組成較輕，河流的鋰同位素組成較重。Huh等[3]在研究世界主要河流的鋰同位素組成時(shí)發(fā)現(xiàn)，河水流經(jīng)不同巖性區(qū)域時(shí)其鋰同位素組成不一，反映了巖性及風(fēng)化作用強(qiáng)弱對(duì)河流鋰同位素組成具有一定的影響作用。Wang等[47]在研究長(zhǎng)江及其各支流中鋰同位素組成時(shí)發(fā)現(xiàn)，上游河段受蒸發(fā)巖溶解影響，富集輕鋰同位素，δ7Li值約為+7.6‰；吳江和漢江以碳酸巖為主，富集重鋰同位素，δ7Li值約為+25‰。Liu等[48]在研究哥倫比亞河中鋰同位素組成時(shí)，評(píng)估了季節(jié)變化對(duì)河流鋰同位素組成變化的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)河流鋰同位素組成存在顯著的季節(jié)性差異，夏季δ7Li值為+10‰～+30‰，冬季δ7Li值為+9‰～+22‰。此外，沉積環(huán)境不同也可使河流δ7Li值產(chǎn)生較大差異，如長(zhǎng)江流域干流與各支流的鋰同位素組成呈現(xiàn)不均一變化，δ7Li值變化范圍較大，其值在+7.6‰～+42.1‰之間。

地下水和泉水的鋰含量通常比較低，鋰同位素δ7Li值變化范圍較大。法國(guó)巴黎盆地三疊紀(jì)含水層地下水中鋰同位素δ7Li值為+6.7‰～+10.9‰[49]；法國(guó)金盾盆地含水層地下水中鋰含量為0.6～233 μg/L，δ7Li值為+6.5‰～+28.6‰[50];澳大利亞達(dá)令河流域沖積含水層地下水中的鋰含量為0.4～29.4 μmol/L，δ7Li值為+5.8‰～+16.2‰[51]；美國(guó)紐約斯塔頓島弗萊雪吉爾斯垃圾填埋場(chǎng)區(qū)含水層地下水中的鋰含量為1.8～94.3 μg/L，δ7Li值為+27.7‰[52]。泉水通常來源于地下水，因而泉水中的鋰含量及其同位素組成會(huì)與地下水中的鋰含量及其同位素δ7Li值相近，如Mono泉水中的鋰含量為12～145 μg/L，δ7Li值為+7.4‰～+30.6‰[35]；大柴達(dá)木湖泉水中的鋰含量為2～80 μg/L，δ7Li值為+6.7‰～+19.9‰[41]。

雨水和雪水中的鋰含量及其同位素δ7Li值的變化可分為兩種情況：①來源于海水的降雨：雨水中鋰同位素δ7Li值常與海水較為接近，其變幅不大，如大柴達(dá)木湖區(qū)雨水中鋰含量為1 μg/L，δ7Li值為+29.4‰[41]；②有多種補(bǔ)給來源的降雨:雨水中鋰含量及其同位素δ7Li值變幅均較大，如夏威夷地區(qū)雨水中的鋰含量約為0.075 μg/L，δ7Li值為+14.3‰[1]；大柴達(dá)木湖地區(qū)雪水中的鋰含量為8.0 μg/L，δ7Li值為+13.3‰[41]；法國(guó)全區(qū)雨水中的鋰含量為0.004～0.292 μmol/L，δ7Li值為+3.2‰～+95.6‰。若將法國(guó)分為四個(gè)典型的代表區(qū)：Brest、Dax、Orléans 和 Clermont-Ferrand，前三個(gè)區(qū)域與大西洋的距離從5 km到大于400 km，鋰同位素δ7Li值的變化范圍依次為+15.1‰～+28.6‰、+17.2‰～+34.1‰、+9.2‰～+22.9‰和+3.2‰～+95.6‰。其中，Brest地距離大西洋最近，雨水中的鋰來源于海水的比例最大，可高達(dá)45%；而距離大西洋越遠(yuǎn)，海水的貢獻(xiàn)比例越低，如處于內(nèi)陸的Clermont-Ferrand區(qū)鋰同位素δ7Li值變幅最大，幾乎不受海水影響，該區(qū)域雨水中的鋰主要來源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)、地殼等[64]。

3水環(huán)境鋰同位素應(yīng)用進(jìn)展

3.1示蹤水體物源

鋰同位素能夠作為一種有效示蹤劑可應(yīng)用于示蹤水體中物質(zhì)組分或污染物的來源。這一示蹤方法的有效性通常來說取決于兩個(gè)方面：一方面物源/污染源與天然水體之間存在顯著的鋰含量差異；另一方面物源或污染源的鋰同位素組成特征能夠區(qū)別于其他水體。在人類活動(dòng)作用下，大量的鋰被帶入環(huán)境水體中，油氣田排水、垃圾滲濾液、生活污水等均呈現(xiàn)出較天然背景水體更高的鋰含量。如G?bler等[66]發(fā)現(xiàn)流經(jīng)德國(guó)哈爾茨山脈北部河漫灘平原的地表水和地下水均受到污水處理廠廢水的影響，鋰含量大幅上升，上游河水的鋰背景含量?jī)H為29 μg/L，而在流經(jīng)污水處理廠之后河流中鋰含量高達(dá)1 880 μg/L，說明污水處理廠是一個(gè)鋰含量極高的污染源；Macpherson等[67]發(fā)現(xiàn)常規(guī)和非常規(guī)天然氣/頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的壓裂廢水中鋰含量大幅上升，最高可達(dá)40 mmol/L,其鋰同位素δ7Li值為+4.2‰～+16.6‰；Millot[68]調(diào)查了法國(guó)Orléans附近一個(gè)小型盆地，發(fā)現(xiàn)背景河水中δ7Li值為-0.5‰±1，而流經(jīng)污水處理廠的河水中δ7Li值則升高為+4‰。

污染水體或污染源也會(huì)呈現(xiàn)出與背景水體不同的鋰同位素特征，從而為示蹤污染物來源提供了良好的識(shí)別條件。如Hogan等[52]對(duì)美國(guó)紐約斯塔頓島Freshkills垃圾填埋場(chǎng)的研究表明，依鋰同位素等組成差異可將該區(qū)識(shí)別為四種不同終端水體：淡水、海水、垃圾滲濾液和過渡區(qū)地下水，因此可以綜合利用鋰同位素等組成特征示蹤該處地下水溶質(zhì)來源；Gellenbeck等[69]在研究亞利桑那州地下水污染物來源的源解析時(shí)發(fā)現(xiàn)，地下水和養(yǎng)殖場(chǎng)垃圾滲濾液中鋰同位素δ7Li值分別約為-21‰和+19‰，差異顯著。因此，鋰同位素可以作為識(shí)別地下水污染物來源的有力判據(jù)。

3.2示蹤鹵水來源與演化

作為鹽湖鹵水的顯著成分之一，加上鋰本身所具有的特殊的性質(zhì)，將鋰同位素用于判別鹵水來源與演化具有一定的優(yōu)勢(shì)。

海水具有較為穩(wěn)定的鋰同位素組成，因此即使是位于地球上不同區(qū)域之間的海水也在鋰同位素組成上呈現(xiàn)相似的特征，這為采用鋰同位素識(shí)別其是否海相來源提供了可能。如Bottomley等[42]為了識(shí)別加拿大西北部耶洛奈夫(Yellowknife)鹵水的來源，對(duì)該處的鹵水進(jìn)行了大量的鋰含量及其同位素監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：該處鹵水鋰含量變化范圍較大，為40～4 350 μg/L，而δ7Li值的變化范圍則相對(duì)較窄，只在+33.2‰～+41.8‰之間波動(dòng)，均值為+36.4‰，這一結(jié)果與現(xiàn)代海水中的δ7Li值(+33.4‰)比較接近，結(jié)合鋰、鍶同位素以及Li/Br比值等方法，最終判斷該處鹵水應(yīng)該起源于海水，其較高的鋰同位素組成是由于次生蝕變礦物的吸附作用而引起的鋰同位素分餾所致。

除海相起源之外，陸源起源的鹵水通常會(huì)受深部熱液作用影響。如我國(guó)的大柴達(dá)木湖鹵水的平均δ7Li值為+22.2‰，低于海水的δ7Li值(+33.2‰)，推斷出大柴達(dá)木湖鹵水起源并非海相成因及，進(jìn)一步的研究表明，大柴達(dá)木湖周圍水系的鋰同位素δ7Li值的變化范圍為-6.2‰～+16.8‰，結(jié)合鹵水與周邊區(qū)域不同水體的δ7Li值變化特征，綜合運(yùn)用Li/Cl比值以及硼同位素示蹤方法，最終判別該處鹵水的可能來源為雨水和深部水體的混合作用[41]；美國(guó)內(nèi)華達(dá)普拉亞斯富鋰的鹵水δ7Li值為-1‰～+8‰，明顯低于海水(+31.5‰)、河水(+6‰～+43‰)、地下咸水(+7‰～+31‰)，卻與大陸上地殼(-5‰～+5‰)及大陸熱液流體(+1‰～+17‰)的δ7Li值相近，結(jié)合溫度影響下產(chǎn)生的分餾效應(yīng)等因素，推斷該研究區(qū)鹵水中的鋰主要來源于高溫水-巖相互作用，并受熱液活動(dòng)影響[44]。此外，部分鹵水也不受熱液活動(dòng)影響，如Risachaer等[70]在研究玻利維亞和北智利鹵水起源與演化時(shí)，發(fā)現(xiàn)鹵水中的鋰含量與降雨及熱液中的鋰含量并無相關(guān)關(guān)系，并指出其鹵水中的鋰主要來源于火山巖的風(fēng)化。

3.3示蹤水體循環(huán)

如前所述，不同水體的鋰含量及其同位素組成δ7Li值具有顯著差異(見表2)，因此可以通過鋰同位素組成和含量差異來示蹤水體循環(huán)演化過程。如Tomascak等[35]利用鋰同位素作為示蹤劑對(duì)加利福尼亞莫諾盆地一個(gè)封閉的堿性湖泊進(jìn)行了補(bǔ)給水源預(yù)算，證明了鋰同位素對(duì)水體循環(huán)的有效性；同時(shí)研究人員在掌握湖水容量、溪水及泉水流量的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)主要補(bǔ)給水源溪流和泉水中的鋰同位素組成(溪水δ7Li值為+13.4‰、泉水δ7Li值為+30.6‰、溫泉水δ7Li值為+8.4%)，并利用鋰同位平衡計(jì)算得到，該湖泊中75%以上的湖水來自溪水補(bǔ)給，湖水中鋰的滯留時(shí)間大約為28 ka。

此后，Négrel等[71]以法國(guó)中央高地泥炭沼澤地區(qū)作為研究區(qū)，開展地下水循環(huán)過程中的鋰同位素分布調(diào)查，通過測(cè)定研究區(qū)廢水、雨水、泉水、地表水、地下水以及研究區(qū)相應(yīng)的巖石樣品中的鋰含量及其同位素組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：雨水、泉水及地表水中的鋰含量均較低，地下水中鋰含量則高達(dá)28 μmol/L；研究區(qū)各樣品中的δ7Li值變化范圍是從溪水的+12‰到地下水的+1 226‰，溪水中的δ7Li值與地表水中的鋰同位素組成基本一致，而地下水中的δ7Li值則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出所測(cè)得的自然界中的鋰同位素δ7Li值，如具有代表性的三個(gè)不同地區(qū)泉水中的δ7Li值分別為+60.5‰(S1)、+47.1‰(S5)及+15.1‰(S6)，河水中的δ7Li值在+12‰～+13.1‰之間變動(dòng)，廢水中的δ7Li值為+80.9‰，雨水中的δ7Li值為+25.4‰等。經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，地下水中的鋰含量與Na缺少關(guān)聯(lián)，卻與Ca、Mg存在一定的相關(guān)性，經(jīng)過對(duì)該地區(qū)的泥炭以及經(jīng)常使用的改良劑樣品測(cè)試發(fā)現(xiàn)，地下水中富集如此高的δ7Li值與農(nóng)業(yè)中常使用的一種Ca改良劑有關(guān)，該改良劑的δ7Li值高達(dá)+344 000‰，且對(duì)地下水的鋰同位素組成存在潛在的控制作用。此外，在研究期間，利用δ7Li值的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，泉水S6是河水的主要水源，地表水中的δ7Li值恒定不變，而泥炭地地下水并不會(huì)供給地下水循環(huán)，因此推斷出該地下水系統(tǒng)是一個(gè)停滯系統(tǒng)。

認(rèn)識(shí)到鋰同位素在水文地質(zhì)學(xué)中具有的獨(dú)特的應(yīng)用前景，Négrel等[50]在隨后進(jìn)行的法國(guó)西南部第三系砂質(zhì)含水層水文調(diào)查的同時(shí)還對(duì)地下水中的鋰同位素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：研究區(qū)地下水中鋰含量變化很大，從0.6 μg/L 到253 μg/L，鋰同位素組成δ7Li值的變化范圍為+6.5‰～+28.6‰；經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)地下水的鋰含量及其同位素組成主要是受水-巖相互作用的控制。

Millot等[64]也指出鋰是一個(gè)潛在的良好的示蹤劑，為了更好地探討法國(guó)地表水及地下水的補(bǔ)給水源的水文地球化學(xué)特征，他還研究了法國(guó)區(qū)域內(nèi)五個(gè)代表區(qū)雨水中的鋰、硼含量及其同位素組成的起源和時(shí)空特征，并指出鋰同位素在水文應(yīng)用領(lǐng)域的無限潛能。Meredith等[51]在研究干旱地區(qū)澳大利亞達(dá)令河流域地下水系統(tǒng)中鋰、硼和鍶同位素的特征時(shí)，發(fā)現(xiàn)依據(jù)鋰、硼、鍶同位素測(cè)試分析結(jié)果可以為分析當(dāng)?shù)氐叵滤到y(tǒng)補(bǔ)給和循環(huán)提供一種有效手段，并指出利用多種微量元素作為示蹤方法對(duì)解決干旱半干旱地區(qū)地下水系統(tǒng)中的復(fù)雜的地球化學(xué)問題至關(guān)重要。

4結(jié)論與展望

結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，鋰同位素作為一個(gè)良好的示蹤工具，現(xiàn)已受到越來越多研究者的關(guān)注。各研究者嘗試著將鋰同位素示蹤應(yīng)用到環(huán)境水體污染和水循環(huán)等眾多領(lǐng)域之中，極大地促進(jìn)了鋰同位素在地質(zhì)環(huán)境領(lǐng)域的研究廣度和深度。鋰同位素的應(yīng)用將會(huì)成為環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域研究的一種全新手段，意識(shí)到鋰同位素應(yīng)用的無限潛力，相信會(huì)有更多的研究者加入到鋰同位素的研究行列。

盡管對(duì)鋰同位素的應(yīng)用研究正在如火如荼地開展，但仍存在很多不足之處：鋰同位素分餾機(jī)制的不健全，還無法解釋清楚目前所發(fā)現(xiàn)的自然界鋰同位素分餾特征，同時(shí)不能定量地評(píng)價(jià)所發(fā)生的分餾效應(yīng)的大??；雖然目前已經(jīng)將鋰同位素作為環(huán)境示蹤劑的一種，但應(yīng)用的局限性在于大多數(shù)情況下只能利用不同物源鋰同位素組成差異性來區(qū)分不同污染源或者水源。

相比國(guó)外迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，國(guó)內(nèi)目前對(duì)鋰同位素的示蹤研究工作尚處于起步階段，相關(guān)成果依然比較匱乏，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根源在于鋰同位素測(cè)試技術(shù)精度要求高，進(jìn)行鋰同位素分析及其設(shè)備需要巨大的經(jīng)濟(jì)投入，國(guó)內(nèi)目前能滿足鋰同位素分析測(cè)試條件的實(shí)驗(yàn)室少之又少，因此首先建立長(zhǎng)足的具有高精度的鋰同位素分析方法是我國(guó)開展鋰同位素應(yīng)用工作的重中之重。在建立起完整的測(cè)試方法之后，開展不同地質(zhì)環(huán)境樣品中鋰同位素測(cè)試，健全環(huán)境樣品鋰同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，并深入研究鋰同位素的分餾機(jī)理，對(duì)于深入開展水環(huán)境中鋰同位素研究和應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] Pistiner J S,Henderson G M.Lithium-isotope fractionation during continental weathering processes[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2003,214(1/2):327-339.

[2] Moriguti T,Nakamura E.High-yield lithium separation and the precise isotopic analysis for natural rock and aqueous samples[J].ChemicalGeology,1998,145(1/2):91-104.

[3] Huh Y,Chan L,Zhang L H,et al.Lithium and its isotopes in major world rivers:Implications for weathering and the oceanic budget[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,1998,62(12):2039-2051.

[4] Chan L H,Gieskes J M,You C F,et al.Lithium isotope geochemistry of sediments and hydrothermal fluids of the Guaymas Basin,Gulf of California[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,1994,58(20):4443-4454.

[5] Rachael H,Rudnicki M D,Palmer M R.The alkali element and boron geochemistry of the Escanaba Trough sediment-hosted hydrothermal system[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,1999,171:157-169.

[6] Millot R,Scaillet B,Sanjuan B.Lithium isotopes in island arc geothermal systems:Guadeloupe,Martinique(French West Indies) and experimental approach[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2010,74(6):1852-1871.

[7]Wunder B,Meixner A,Romer R L,et al.Temperature-dependent isotopic fractionation of lithium between clinopyroxene and high-pressure hydrous fluids[J].ContributionstoMineralogyandPetrology,2006,151(1):112-120.

[8] Zack T,Tomascak P B,Mcdonough W F,et al.Evidence for Li isotope fractionation during subduction[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2002,661(15A):A867.

[9] Teng F,Rudnick R L,Mcdonough W F,et al.Lithium isotopic systematics of A-type granites and their mafic enclaves:Further constraints on the Li isotopic composition of the continental crust[J].ChemicalGeology,2009,262(3/4):370-379.

[10]Oi T,Nomura M,Musashi M,et al.Boron isotopic compositions of some boron minerals[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,1989,53(12):3189-3195.

[11]Wunder B,Meixner A,Romer R L,et al.Lithium isotope fractionation between Li-bearing staurolite,Li-mica and aqueous fluids:An experimental study[J].ChemicalGeology,2007,238(3/4):277-290.

[12]Jahn S,Wunder B.Lithium speciation in aqueous fluids at highPandTstudied byabinitiomolecular dynamics and consequences for Li-isotope fractionation between minerals and fluids[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2009,73(18):5428-5434.

[13]湯艷杰，張宏福，英基豐.鋰同位素分餾機(jī)制討論[J].地球科學(xué)(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)),2009(1):43-55.

[14]Jeffcoate A B,Elliott T,Thomas A,et al.Precise/small sample size determinations of lithium isotopic compositions of geological reference materials and modern seawater by MC-ICP-MS[J].GeostandardsandGeoanalyticalResearch,2004,28(1):161-172.

[15]Misra S,Froelich P N.Measurement of lithium isotope ratios by quadrupole-ICP-MS:Application to seawater and natural carbonates[J].JournalofAnalyticalAtomicSpectrometry,2009,24(11):1524.

[16]Gaillardet J,Viers J,Dupré B.Trace elements in river waters[J].TreatiseonGeochemistry,2003,5:225-272.

[17]Misra S,Froelich P N.Lithium isotope history of Cenozoic seawater:Changes in silicate weathering and reverse weathering[J].Science,2012,335(6070):818-823.

[18]Chan L,Frey F A.Lithium isotope geochemistry of the Hawaiian plume:Results from the Hawaii Scientific Drilling Project and Koolau Volcano[J].Geochemistry,Geophysics,Geosystems,2003,4(3):8707,doi:10.1029/2002GC000365.

[19]Ryan J G,Kyle P R.Lithium abundance and lithium isotope variations in mantle sources:Insights from intraplate volcanic rocks from Ross Island and Marie Byrd Land(Antarctica) and other oceanic islands[J].ChemicalGeology,2004,212(1/2):125-142.

[20]Nishio Y,Nakai S,Kogiso T,et al.Lithium,strontium,and neodymium isotopic compositions of oceanic island basalts in the Polynesian region:constraints on a Polynesian HIMU origin[J].GeochemicalJournal,2005,39(1):91-103.

[21]Zack T,Tomascak P B,Rudnick R L,et al.Extremely light Li in orogenic eclogites:The role of isotope fractionation during dehydration in subducted oceanic crust[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2003,208(3/4):279-290.

[22]Chan L H,Leeman W P,You C F.Lithium isotopic composition of Central American volcanic arc lavas:Implications for modification of subarc mantle by slab-derived fluids:Correction[J].ChemicalGeology,2002,182(2/3/4):293-300.

[23] Tomascak P B,Langmuir C H,le Roux P J,et al.Lithium isotopes in global mid-ocean ridge basalts[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2008,72(6):1626-1637.

[24]Teng F Z,Mcdonough W F,Rudnick R L,et al.Lithium isotopic composition and concentration of the upper continental crust[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2004,68(20):4167-4178.

[25]Teng F,Mcdonough W F,Rudnick R L,et al.Lithium isotopic systematics of granites and pegmatites from the Black Hills,South Dakota[J].AmericanMineralogist,2006,91(10):1488-1498.

[26]Chan L H,Leeman W P,Plank T.Lithium isotopic composition of marine sediments[J].Geochemistry,Geophysics,Geosystems,2006,7(6):Q06005,doi:10.1029/2005GC001202.

[27]Tomascak P B.Developments in the understanding and application of lithium isotopes in the earth and planetary sciences[J].ReviewsinMineralogyandGeochemistry,2004,55(1):153-195.

[28]Bouman C,Elliott T,Vroon P Z.Lithium inputs to subduction zones[J].ChemicalGeology,2004,212(1/2):59-79.

[29]Nishio Y,Nakai S I.Accurate and precise lithium isotopic determinations of igneous rock samples using multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry[J].AnalyticaChimicaActa,2002,456(2):271-281.

[30]Tomascak P B,Carlson R W,Shirey S B.Accurate and precise determination of Li isotopic compositions by multi-collector sector ICP-MS[J].ChemicalGeology,1999,158(1/2):145-154.

[31]Hoefs J,Sywall M.Lithium isotope composition of quaternary and tertiary biogene carbonates and a global lithium isotope balance[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,1997,61(13):2679-2690.

[32]James R H,Palmer M R.The lithium isotope composition of international rock standards[J].ChemicalGeology,2000,166(3/4):319-326.

[33]Sturchio N C,Chan L H.Lithium isotope geochemistry of the Yellowstone hydrothermal system[J].SpecialPublication-SocietyofEconomicGeologists,2003,10:171-180.

[34]Bryant C J,Chappell B W,Bennett V C,et al.Li isotopic variations in Eastern Australian granites[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2003,67(8):A47.

[35]Tomascak P B,Hemming N G,Hemming S R.The lithium isotopic composition of waters of the Mono Basin,California[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2003,67(4):601-611.

[36]Bottomley D J,Chan L H,Katz A,et al.Lithium isotope geochemistry and origin of Canadian Shield brines[J].Groundwater,2003,41(6):847-856.

[37]Vocke R D,Beary E S,Walker R J.High precision lithium isotope ratio measurements of samples from a variety of natural sources[C]//V.M.GoldschmidtConferenceProgramwithAbstracts[S.l.]:Geochemical Society,1990.

[38]Hoefs J,Sywall M.Lithium isotope composition of quaternary and tertiary biogene carbonates and a global lithium isotope balance[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,1997,61(13):2679-2690.

[39]Choi M S,Shin H S,Kil Y W.Precise determination of lithium isotopes in seawater using MC-ICP-MS[J].MicrochemicalJournal,2010,95(2):274-278.

[40]Huang K,You C,Liu Y,et al.Low-memory,small sample size,accurate and high-precision determinations of lithium isotopic ratios in natural materials by MC-ICP-MS[J].JournalofAnalyticalAtomicSpectrometry,2010,25(7):1019.

[41]肖應(yīng)凱，祁海平，王蘊(yùn)慧，等.青海大柴達(dá)木湖鹵水、沉積物和水源水中的鋰同位素組成[J].地球化學(xué),1994(4):329-338.

[42]Bottomley D J,Katz A,Chan L H,et al.The origin and evolution of Canadian Shield brines:Evaporation or freezing of seawater? New lithium isotope and geochemical evidence from the Slave craton[J].ChemicalGeology,1999,155(3/4):295-320.

[43]Chan L H,Starinsky A,Katz A.The behavior of lithium and its isotopes in oilfield brines:Evidence from the Heletz—Kokhav field,Israel[J].GeohimicaetCosmochimicaActa,2002,66(4):615-623.

[44]Araoka D,Kawahata H,Takagi T,et al.Lithium and strontium isotopic systematics in playas in Nevada,USA:Constraints on the origin of lithium[J].MineraliumDeposita,2014,49(3):371-379.

[45]Gaillardet J,Viers J,Dupré B.Trace elements in river waters[C]//TreatiseonGeochemistry.Amsterdam:Elsevier,2003:225-272.

[46]Misra S,Froelich P N.Lithium isotope history of Cenozoic seawater:Changes in silicate weathering and reverse weathering[J].Science,2012,335(6070):818-823.

[47]Wang Q,Chetelat B,Zhao Z,et al.Behavior of lithium isotopes in the Changjiang River system:Sources effects and response to weathering and erosion[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2015,151:117-132.

[48]Liu X M,Wanner C,Rudnick R L,et al.Processes controllingδ7Li in rivers illuminated by study of streams and groundwaters draining basalts[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2015,409:212-224.

[49]Millot R,Guerrot C,Innocent C,et al.Chemical,multi-isotopic(Li-B-Sr-U-H-O) and thermal characterization of Triassic formation waters from the Paris Basin[J].ChemicalGeology,2011,283(3/4):226-241.

[50]Négrel P,Millot R,Guerrot C,et al.Heterogeneities and interconnections in groundwaters:Coupled B,Li and stable-isotope variations in a large aquifer system(Eocene Sand aquifer,Southwestern France)[J].ChemicalGeology,2012,296/297:83-95.

[51]Meredith K,Moriguti T,Tomascak P,et al.The lithium,boron and strontium isotopic systematics of groundwaters from an arid aquifer system:Implications for recharge and weathering processes[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2013,112:20-31.

[52]Hogan J F,Blum J D.Boron and lithium isotopes as groundwater tracers:A study at the Fresh Kills Landfill,Staten Island,New York,USA[J].AppliedGeochemistry,2003,18(4):615-627.

[53]You C F,Chan L H.Precise determination of lithium isotopic composition in low concentration natural samples[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,1996,60(5):909-915.

[54]Sahoo S K,Masuda A.Precise determination of lithium isotopic composition by thermal ionization mass spectrometry in natural samples such as seawater[J].AnalyticaChimicaActa,1998,370(2/3):215-220.

[55]Falkner K K,Church M,Measures C I,et al.Minor and trace element chemistry of Lake Baikal,its tributaries,and surrounding hot springs[J].LimnologyandOceanography,1997,42(2):329-345.

[56]Dellinger M,Gaillardet J,Bouchez J,et al.Riverine Li isotope fractionation in the Amazon River basin controlled by the weathering regimes[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2015,164:71-93.

[57]Kisakürek B,James R H,Harris N B.Li andδ7Li in Himalayan rivers:Proxies for silicate weathering?[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2005,237(3):387-401.

[58]Vigier N,Gislason S R,Burton K W,et al.The relationship between riverine lithium isotope composition and silicate weathering rates in Iceland[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2009,287(3/4):434-441.

[59]Vigier N,Burton K W,Gislason S R,et al.Constraints on basalt erosion from Li isotopes and U-series nuclides measured in Iceland rivers[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2002,66(15A):806.

[60]Millot R,Vigier N,Gaillardet J.Behaviour of lithium and its isotopes during weathering in the Mackenzie Basin,Canada[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2010,74(14):3897-3912.

[61]Wimpenny J,James R H,Burton K W,et al.Glacial effects on weathering processes:New insights from the elemental and lithium isotopic composition of West Greenland rivers[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2010,290(3/4):427-437.

[62]Huh Y,Chan L H,Edmond J M.Lithium isotopes as a probe of weathering processes:Orinoco River[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2001,194(1/2):189-199.

[63]von Strandmann P A E P,Porcelli D,James R H,et al.Chemical weathering processes in the Great Artesian Basin:Evidence from lithium and silicon isotopes[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2014,406:24-36.

[64]Millot R,Petelet-Giraud E,Guerrot C,et al.Multi-isotopic composition(δ7Li-δ11B-δD-δ18O) of rainwaters in France:Origin and spatio-temporal characterization[J].AppliedGeochemistry,2010,25(10):1510-1524.

[65]Godfrey L V,Chan L H,Alonso R N,et al.The role of climate in the accumulation of lithium-rich brine in the Central Andes[J].AppliedGeochemistry,2013,38:92-102.

[66]G?bler H E,Bahr A.Boron isotope ratio measurements with a double-focusing magnetic sector ICP mass spectrometer for tracing anthropogenic input into surface and ground water[J].ChemicalGeology,1999,156(1/2/3/4):323-330.

[67]Macpherson G L,Capo R C,Stewart B W,et al.Temperature-dependent Li isotope ratios in Appalachian Plateau and Gulf Coast Sedimentary Basin saline water[J].Geofluids,2014,14(4):419-429.

[68]Millot R.TracingWasteWaterwithLiIsotopes[Z].AGU Fall 2015,Abstract 66062,2015.

[69]Gellenbeck D J,Bullen T D.Isotopic characterization of strontium and lithium in potential sources of ground-water contamination in central Arizona[J].EOSTrans.,Am.Geophys.Union,1991,72:178.

[70]Risacher F,Fritz B.Origin of salts and brine evolution of Bolivian and Chilean salars[J].AquaticGeochemistry,2009,15(1/2):123-157.

[71]Négrel P,Millot R,Brenot A,et al.Lithium isotopes as tracers of groundwater circulation in a peat land[J].ChemicalGeology,2010,276(1/2):119-127.

Research Advancement on Lithium Isotopes in Water Environment

LI Xue1,ZHOU Lun2,LIN Jie3,GAO Xubo1,3

(1.SchoolofEnvironmentalStudies,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China;2.EnvironmentalEngineeringCenter,GeologicalEngineeringInvestigationInstituteofSichuan,Chengdu610072,China;3.StateKeyLaboratoryofGeologicalProcessesandMineralResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

Abstract:Recently research on Lithium(Li) and its application has become one of the most promising topics in the water ervironmental research fields.Li has two stable isotopes with mass of 6 and 7,respectively.The relative mass difference between these two isotopes is considerable at 17%,resulting in a significant mass-dependant fractionation during geochemical processes.Temperature is the key factor that leads to the Li isotopic fractionation.Besides,diffusion-driven fractionation and the differences among coordination numbers also influence Li isotopic fractionation.The compositions of Li isotopes in nature show considerable variation,δ7Li varying from -40‰ to +50‰ which contributes to its wide application.The different lithium-isotope compositions of different geological materials make lithium-isotope a widely used tracer.The high chemical activity of Li not only promotes its participation in the evolution process of water environment,but also makes it a good tool in tracing water pollution,water recycling processes and the origin and evolution of brines.The main purpose of this paper is to synthetically summarize current development of Li isotope as a tracer in the water environment,and to provide reference for extending the research of Lithium isotopes application in environmental geology.

Key words:Lithium isotopes;fractionation;water environment;tracer

文章編號(hào)：1671-1556(2016)03-0001-09

收稿日期：2015-10-20修回日期：2016-04-07

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372251)；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013CFB440)

作者簡(jiǎn)介：李雪(1989—)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈叵滤廴?。E-mail:xuel_2013@163.com

中圖分類號(hào)：X142；P597+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2016.03.001

通訊作者：高旭波(1975—)，男，副教授，主要研究方向?yàn)榈叵滤瘜W(xué)。E-mail:xubo.gao.cug@gmail.com