利用地下流体氦同位素比值估算大陆壳幔热流比例

地下流体中的氦同位素 3He来自地幔的排气作用 ,4He则是铀、钍衰变的产物 .由于铀、钍元素在大陆地壳中富集 ,4He通量与地壳热流呈正相关关系 ;同时 3He通量与地幔热流之间呈正相关 .所以地下流体的氦同位素比值 （3He / 4 He）与大陆壳幔热流比值 （qc/qm）呈反相关关系 .根据欧亚大陆和加拿大地盾的地下流体氦同位素比值数据和相应的壳幔热流比值数据 ,统计出 qc/ qm 与 3He / 4 He之间的回归关系 :qc/ qm =0 81 5- 0 30 0ln（3He / 4 He） ;此处 3He/ 4 He的单位是RA（大气的 3He/ 4 He比值 ） .有了地表热流值和壳幔热流比值即可得到地壳热流和地幔热流 .利用该公式以及热流值估算了中国主要盆地的壳幔热流值 ;根据这些数值得出的热岩石圈厚度和地壳平均生热率结果与地震学研究成果一致 .氦同位素比值是区分大陆热流中地壳热流值和地幔热流值的有用参数 .     

金顶超大型铅锌矿床氦、氩同位素地球化学

对金顶超大型铅 锌矿床成矿阶段形成的黄铁矿中流体包裹体的氦、氩同位素的研究结果表明 ,成矿流体的40 Ar/ 3 6Ar≈ 30 1 .7～ 385 .7,3 He/ 4 He≈ 0 .0 3～ 0 .0 6Ra,成矿流体属于饱和空气的表生水 .在此基础上 ,对氦、氩、硫、铅同位素耦合关系的研究进一步确定出该矿床成矿流体的形成演化过程为 :饱和空气的大气成因地下水下渗增温→通过水 岩作用从盆地地层中获取硫和氯以及放射成因的氦和氩→浸取盆地底部幔源火成岩中的铅和锌→含矿流体回返上升成矿 .由于这一过程的结果 ,而使成矿流体留下了地壳放射成因氦、(叠加有部分放射成因40 Ar的 )大气氩、地壳成因硫和幔源铅的同位素组成特征 .     

大西洋中脊TAG热液区硫化物中流体包裹体的He-Ne-Ar同位素组成

对大西洋中脊TAG (Trans-Atlantic Geotraverse)热液区硫化物中流体包裹体的He, Ne和Ar同位素组成进行了测定, 流体包裹体的3He/4He比值为2.2～13.3 Ra, 均值为7.2 Ra, 与该区喷口热液流体(3He/4He=7.5～8.2 Ra)和MORB(3He/4He=6～11 Ra)相比, 其变化范围明显较大. 20Ne/22Ne比值为10.2～11.4, 明显高于大气值(9.8). 而40Ar/36Ar比值的变化范围从287到359, 接近大气值(295.5). 这些结果表明, 热液硫化物中流体包裹体的稀有气体是地幔和海水端员混合的产物, 热液流体捕获的地幔源稀有气体中有部分可能来自下地幔, 且流体包裹体中的He主要来自上地幔, Ne和Ar主要来自海水.     

西藏日喀则地区蛇绿岩的氦同位素研究

测定了日喀则地区蛇绿岩组合岩石的稀有气体同位素组成。白朗的玄武岩具有比较均一的He同位素组成 ,3He/ 4He平均值为 5 35 9Ra;变橄岩的He同位素比值范围为 1 10 4～ 3 384Ra,平均为 2 383Ra;从东部的仁布和大竹到西部的下鲁和白朗 ,辉绿岩的3He/ 4He由低变高。采于吉定的新鲜辉绿岩平均高达 31 5 7Ra,该值接近于在夏威夷发现的高比值。分步加热法结果显示高R值的He是在低温步释放的 ,根据这种高R值的He可以推测雅鲁藏布江蛇绿岩的成因环境有地幔柱的作用 ,该构造带很可能出现过裂谷洋盆或未能发育成熟的深大裂谷带     

马厂箐铜矿床黄铁矿流体包裹体He-Ar同位素体系

对马厂箐斑岩型铜矿黄铁矿中流体包裹体的氦、氩同位素研究表明,在~3He/~(36)Ar-~(40)Ar/~(36)Ar和~(40)Ar/~4He-Rc/Ra空间,流体包裹体的氦.氩同位素组成呈明显的正相关.由这种相关性确定出,成矿流体为地壳和地幔两个端元流体的混合物.其中,前者为富含地壳氦但具空气氩同位素组成特征、贫硫和碳等挥发份的大气成因低温地下水,后者为由形成马厂箐富碱斑岩体之壳慢混合岩浆分异出的富含硫和碳等挥发份的高温岩浆流体.     

东部油气区天然气中幔源挥发份的地球化学——Ⅰ.氦资源的新类型:沉积壳层幔源氦的工业储集

讨论了世界首例幔源氦在沉积壳层的工业储集.通常氦资源均由沉积壳层中铀、钍的α衰变形成的~4He经储聚而形成工业氦气藏,因而具有很低的~3He/~4He值,一般在10~(-8)量级.中国东部油气区的一些气井,氦的浓度达到或超过了0.05%～0.1%,如松辽盆地的万金塔气田、苏北盆地的黄桥气田和三水盆地的一批气井,从而构成了工业氦气井(藏).研究表明,其~3He/~4He值达(3.7～7.2)×10~(-6)的量级,即在这些气井氦的总浓度中幔源氦的贡献达33.5%～65.4%.这样,就形成了壳-幔二元复合或以幔源为主的氦气藏,成为氦资源的一种新的类型,其成藏主要与超壳深断裂分布区相关.     

大别山榴辉岩的氦、氩同位素组成及其岩石成因

论述了石榴石和绿辉石的氦、氩同位素地球化学特征,并讨论了大别山榴辉岩的成因。测得3 He/4He 值为(1-19 ～4-63) ×10 - 7 ,40Ar/36Ar 值为1209 ～4416 ,4 He/40Ar 值分布在0-07 ～1-39 范围内,3 He/36 Ar 值的变化范围为(0-59 ～2-85) ×10 - 4 。大别山榴辉岩中保留了原始的稀有气体同位素, 但是退变质作用使氦同位素优先丢失。氦、氩同位素地球化学资料表明,榴辉岩可能形成于亏损的地幔或者是一种亏损型“地幔岩”中     

哀牢山金矿带金成矿流体He和Ar同位素地球化学

根据矿物流体包裹体He和Ar同位素组成的测定结果 ,在分析成矿后各种后生作用对流体包裹体初始He和Ar同位素组成的影响的基础上 ,讨论了哀牢山金矿带中镇沅、墨江和大坪三个金矿床成矿流体的成因 .结果表明 ,流体包裹体中因氦扩散丢失而引起的氦同位素分镏以及后生叠加的He和Ar均可忽略不计 ;该金矿带的成矿流体 ,是富含地壳放射成因氦的饱和空气雨水与富含幔源氦的深源流体两端元混合的结果 .     

延边小西南岔富金铜矿床的成矿机理研究: 矿物流体包裹体的稀有气体同位素地球化学证据

小西南岔富金铜矿床是中国东部陆缘重要金铜矿床之一. 该矿床由北山和南山两个矿段组成, 北山矿段由细脉浸染状硫化物蚀变岩和数条胶黄铁矿为主的硫化物石英细脉组成, 南山矿段由磁黄铁矿为主的硫化物石英脉及纯硫化物脉构成; 它们矿石矿物的流体包裹体稀有气体的同位素实验得出: ³He/⁴He, ²⁰Ne/²²Ne和⁴⁰Ar/³⁶Ar比值变化分别在0.08~4.45 Ra, 8.8~10.2和306~430之间, 且南山矿段矿物流体包裹体具有较高的³He/⁴He, ²⁰Ne/²²Ne比值, 北山矿段的矿物流体包裹体持有较低³He/⁴He比值. 从其成矿流体起源与演化以及与矿化阶段的对应关系、成矿时代角度分析, 该矿床的初始热流体应是来自有地幔柱型地幔/软流圈流体参与的洋壳部分熔融产生的熔体, 并与伊泽奈崎(Izanagi ocaneic plate)板块向古亚洲大陆俯冲的大陆边缘环境相对应(123~102 Ma); 北山矿段细脉浸染型矿体是高温含矿流体上升、沸腾的前缘流体与年轻地壳流体发生强烈混合作用后的混合流体交代、结晶作用形成, 胶黄铁矿为主的硫化物石英脉是随后的高温含矿流体充填作用形成; 南山矿段磁黄铁矿为主的硫化物石英脉是中温含矿流体以充填方式为主沉淀结晶形成, 纯硫化物脉是再度上升的中温含矿流体沸腾后的富矿流体充填、沉淀结晶作用形成. 其成矿的动力学过程初步概括为: (1) 伊泽奈崎板块俯冲去气、脱水或部分熔融作用形成含流体、矿质的埃达克质岩浆; (2) 熔体与流体分离形成埃达克质岩浆和含矿热流体; (3) 含矿流体先后上升、并经二次沸腾作用最终形成细脉浸染状与脉状共生的富金铜矿床.     

中国大陆含油气盆地的氦同位素组成及大地热流密度

根据天然气中氦同位素组成,讨论了中国大陆主要含油气盆地氦同位素地球化学特征与大地热流密度。不同地区425个~3He/~4He 值表明中国含油气盆地天然气的氦同位素组成变化范围较大,为4.0×10~(-9)-7.21×10~(-6),在统计直方图上呈现三个峰值:1.5×10~(-8),3.0×10~(-7)和1.5×10~(-6)。中国东部大陆裂谷系中、新生代盆地内天然气的~3He/~4He 值分布范围为1.02×10~(-7)-7.21×10~(-6),50%以上大于大气的值(1.4×10~(-6));其他地区含油气盆地天然气的~3He/~4He 值分布范围为4.0×10~(-9)-7.01×10~(-7),全部小于大气的~3He/~4He 值。根据天然气中~3He/~4He 值计算的大地热流密度值分布在30-82mW/m~2 之间。利用~3He/~4He 值计算的大地热流密度值与用其他方法测得的值相一致,在中国大陆水平方向上呈现"东高西低"的变化趋势。     

黄骅坳陷含油储层包裹体中幔源氦的发现及其地质意义

测试了黄骅坳陷孔西潜山带奥陶系碳酸盐岩含油储层包裹体氦同位素值, 并通过与鄂尔多斯盆地和塔里木盆地碳酸盐岩包裹体氦同位素对比, 探讨了氦的来源和地质意义. 研究表明, 孔西潜山带孔古3井和孔古7井储层包裹体均不同程度地具有幔源氦的介入, 其中, 孔古7井储层包裹体³He/⁴He和R/R_a平均值分别高达2.54×10^-6(3)和1.82(3), 幔源氦份额平均高达23.0%(3); 孔西潜山带幔源氦侵入时期应为晚三叠世或早第三纪. 孔西潜山带幔源氦的发现表明, 该区存在深部壳幔相互作用和深大断裂活动, 大地热流值较高, 具有幔源无机成因气成藏的可能性. 含油储层幔源氦的发现为研究幔源物质活动及其相关地质问题提供了新的途径.     

东天山金窝子石英脉金矿床成矿流体和成矿物质的来源

对东天山金窝子石英脉金矿床的3号脉和210号脉的主成矿阶段的石英、黄铁矿和闪锌矿的包裹体流体做了气体组分和H,O同位素组成测定。主成矿阶段的石英与硫化物交替沉淀,并且硫化物的沉淀总体较石英晚。石英和闪锌矿中的流体包裹体以原生为主。黄铁矿包裹体水的H,O同位素组成反映了成矿流体的2个主要来源,一个是去气后的隐伏岩体,一个是~(18)O/~(16)O组成受围岩缓冲控制的地下水。石英包裹体水的H,O同位素组成主要反映了地下水。硫化物包裹体流体的大部分气体组分都比石英者高。气体组分之间的线性关系指示富气体岩浆流体与大气降水来源的地下水的混合趋势。硫化物和石英包裹体流体分别含有较多的岩浆流体和地下水,因而记录了成矿流体成分的脉动式变化,说明岩浆流体是脉动式输入到地下水的。黄铁矿和方铅矿的硫、铅同位素组成表明,硫主要来自于岩浆,金属物质来源于从地幔到全壳的各种贮库。     

东天山金窝子石英脉金矿床成矿流体和成矿物质的来源

对东天山金窝子石英脉金矿床的3号脉和210号脉的主成矿阶段的石英、黄铁矿和闪锌矿的包裹体流体做了气体组分和H,O同位素组成测定.主成矿阶段的石英与硫化物交替沉淀,并且硫化物的沉淀总体较石英晚.石英和闪锌矿中的流体包裹体以原生为主.黄铁矿包裹体水的H,O同位素组成反映了成矿流体的2个主要来源,一个是去气后的隐伏岩体,一个是~(18)O/~(16)O组成受围岩缓冲控制的地下水,石英包裹体水的H、O同位素组成主要反映了地下水.硫化物包裹体流体的大部分气体组分都比石英者高.气体组分之间的线性关系指示富气体岩浆流体与大气降水来源的地下水的混合趋势.硫化物和石英包裹体流体分别含有较多的岩浆流体和地下水,因而记录了成矿流体成分的脉动式变化,说明岩浆流体是脉动式输入到地下水的.黄铁矿和方铅矿的硫、铅同位素组成表明,硫主要来自于岩浆,金属物质来源于从地幔到全壳的各种贮库     

滇西北金顶和白秧坪矿床: 地质和He, Ne, Xe同位素组成及成矿时代

金顶及其外围新发现的白秧坪矿床令人关注, 它们产在兰坪中新生代陆相碎屑沉积盆地内, 这易使人把它们与以沉积岩为主岩铅锌矿床对比. 但盆地处在大陆地壳强烈运动背景下, 能够有效沟通下地壳和上地幔, 矿体受构造控制, 没有同生沉积成矿事实, 也许代表了以沉积岩为主岩铅锌矿床新类型. 大规模成矿主阶段流体的惰性气体同位素组成及演化显示成矿流体中混有2%~32%的地幔He(³He/⁴He = 0.19~1.97 Ra), 50.1%的地幔Ne(²⁰Ne/²²Ne=10.45~10.83, ²¹Ne/²²Ne = 0.03)以及显著的地幔Xe (¹²⁹Xe/¹³⁰Xe = 5.84~6.86, ¹³⁴Xe/¹³⁰Xe = 2.26~2.71), 地幔流体具有重要成矿意义. Re-Os法和⁴⁰Ar-³⁹Ar法测定成矿时代是67~60 Ma, 晚于矿化主岩, 与喜马拉雅期幔源和壳幔源碱性岩浆活动开始的时间一致. 地幔流体或随岩浆活动或沿穿壳断裂系统上至地壳并与大气成因盆地卤水混合是大规模成矿基本方式.     

云南腾冲地区现代地热流体活动类型

腾冲地区存在两类地热流体活动。其中热海- 热水塘地区、马鞍山火山口附近的地热流体活动属火山区地热流体活动,其热源或气体挥发组分的物质来源与近代火山喷发活动或现代幔源岩浆侵入活动直接有关。区内其它地热流体活动多属构造活动成因。在腾冲地区,地热流体逸出He 的3 He/4 He≥1-2 Ra 可作为区别这两类地热流体的可靠指标     

中国火山温泉气体地球化学特征及其在火山监测中的应用

中国火山温泉主要分布在吉林长白山、云南腾冲和黑龙江五大连池等火山区。这些火山虽然处于休眠状态,但大面积的温泉分布指示着岩浆房存在的可能性。本文总结了前人研究成果,分析了中国主要火山区温泉气体地球化学特征,并探讨了温泉气体在火山监测中的应用。长白山、腾冲和五大连池火山区温泉气体地球化学性质类似,都以CO₂为主要气体,含量在80%以上,最高可达99%以上,其它气体组分包括CH₄、N₂、O₂、SO₂、H₂S、He和H₂等。长白山火山温泉气体中氦同位素比值（3He/4He）最高,约为4—6R_A,CO₂中碳同位素比值（δ13C）为-7.9‰—-1.3‰,CH₄中碳同位素为-48.0‰—-28.7‰;腾冲火山温泉气体氦同位素比值为3—5.5R_A,CO₂中的碳同位素为-6.49‰—-2.07‰,CH₄中碳同位素为-23.5‰—-9.3‰;五大连池火山温泉气体氦同位素比值约为3R_A,CO₂中的碳同位素比值为-9.6‰—-3.1‰,CH₄中碳同位素为-47.2‰—-44.4‰。3个火山区的温泉气体均显示地幔来源的岩浆气体特征,并在上升运移过程中受地壳或古俯冲物质的影响。     

藏北羌塘地区新生代火山作用与岩石圈构造演化

自印度大陆与欧亚大陆碰撞以来, 藏北羌塘地块依次发育有碱性玄武岩系列、高钾钙碱性系列、钾玄岩系列和过碱性钾质-超钾质系列火山活动. 研究表明岩浆源区经历了由早期尖晶 石橄榄岩地幔向晚期石榴石橄榄岩富集地幔(EM2)的转变. 高钾钙碱性系列和钾玄岩系列安粗质岩石具有高Mg#值和极高的Cr, Ni, Co丰度, 指示岩浆可能来自于拉萨地块大陆岩石圈的俯冲作用. 藏北过碱性超钾质系列的La/Rb, Zr/Rb, K/La, K/Nb, Rb/Nb和Pb/La值小于岛弧火山岩, 大于和类似于洋岛玄武岩, 指示岩浆源区具有软流圈流体交代古俯冲地幔楔的属性. 而藏南超钾质火山岩和藏东超钾质煌斑岩的上述元素比值类似于和大于岛弧火山岩, 暗示源区地幔存在俯冲陆壳释放的流(熔)体的交代作用. 上述成因标志支持印度大陆岩石圈俯冲到高原中部, 欧亚岩石圈地幔向南俯冲到羌塘之下的结论. 文中进一步提出陆内俯冲与藏北、藏东区域大型走滑构造的脉动滑移效应导致高原腹地软流圈脉动上涌, 岩石圈脉动减薄产生钾质-超钾质岩浆脉动旋回的成因机制.     

大西洋中脊TAG热浪区硫化物中流体包裹体的He-Ne-Ar同位素组成

对大西洋中脊ＴＡＧ（Ｔｒａｎｓ－Ａｔｌａｎｔｉｃ Ｇｅｏｔｒａｖｅｒｓｅ）热液区硫化物中流体包裹体的 Ｈｅ, Ｎｅ和 Ａｒ同位素组成进行了测定,流体包裹体的~3Ｈｅ／~4Ｈｅ比值为 ２．２～１３．３ Ｒａ,均值 为７．２Ｒａ,与该区喷口热液流体（~３Ｈｅ／~４Ｈｅ＝７．５～８．２Ｒａ）和ＭＯＲＢ（~３Ｈｅ／~４Ｈｅ＝６～１１Ｒａ）相比, 其变化范围明显较大．~（２０）Ｎｅ／~（２２）Ｎｅ比值为 １０．２～１１．４,明显高于大气值（９．８）．而~（４０）Ａｒ／~（３６）Ａｒ比 值的变化范围从２８７到 ３５９,接近大气值（２９５．５）．这些结果表明,热液硫化物中流体包 裹体的稀有气体是地幔和海水端员混合的产物,热液流体捕获的地慢源稀有气体中有 部分可能来自下地幔,且流体包裹体中的Ｈｅ主要来自上地慢,Ｎｅ和Ａｒ主要来自海水．     

山东半岛第三纪基性火成岩He-Ar同位素与岩浆起源

应用高温熔融样品释气和静态同位素比值质谱技术, 测定了山东半岛济阳盆地及其周边山旺和栖霞第三纪基性火成岩的He-Ar同位素组成. 结果表明: 古近纪的盆地火山岩和辉绿岩⁴He丰度变化较大, 为(73.70~804.16)×10^−8 cm³ STP·g^−1, ³He/⁴He比值(0.374~2.959 Ra)低于MORB但明显高于大陆地壳值; 新近纪碱性玄武岩⁴He丰度为(42.34~286.72)×10-8 cm³ STP·g^−1, 具有“陆壳型”的3He/ 4He比值(0.013~0.074 Ra). 样品还有略高于大气的40Ar/36Ar比值(395.4~1428.3), 反映着大气型Ar的混染主要发生在地幔源区. 基性火成岩低的³He/⁴He比值主要与样品中放射性4He富集有关, 但富集的放射性⁴He主要还是继承了地幔源区的特点, 说明样品的He-Ar体系可解释为地幔源区MORB型、大气、富放射性⁴He组分的三端元混合, 由此揭示山东半岛第三纪基性火成岩所反映的地幔源区总体具有低于MORB的He同位素比值. 这样的He-Ar同位素特征表明华北东部新生代以碱性玄武岩为主的火成岩不是地幔柱活动产物, 而是叠加了不同程度富集地幔组分(EMI)的亏损软流圈地幔部分熔融的产物.     

中国不同类型断裂带的地幔脱气与深部地质构造特征

以氦同位素为主, 辅以CO₂/³He和CH₄/³He及⁴⁰Ar/³⁶Ar等指标, 结合地质构造等资料, 对中国大陆不同类型断裂带的地幔脱气及其深部地质构造特征进行了综合示踪研究. 据此识别并划分出4种具代表性的断裂带: (1) 伸展性构造环境中的岩石圈断裂, 地壳厚度小, 具低CH₄/³He-高R值和低CO₂/³He值-高R值体系, 以幔源流体为主, 地幔脱气作用最强, 以郯庐断裂带为代表; (2) 强烈挤压构造环境中的岩石圈断裂或俯冲带, 如班公湖-怒江断裂带, 地壳巨厚, R/Ra值为0.43~1.13, 幔源氦约占总氦的5%~14%, 地幔脱气作用较弱; (3) 造山带山前(盆缘)深断裂带, R值为10^-7量级, CH₄/3He值为10⁹~10¹⁰, CO₂/3He值为10⁶~10⁸, 具微弱的地幔脱气作用; (4)造山带内壳层断裂带, 如窑街F19等断裂带, 具有高CH₄/3He值-低R值(10^-8)和高CO₂/³He值-低R值体系, 无明显的地幔脱气作用. 研究表明: 大型深断裂带是地幔脱气的主要构造通道; 控制地幔脱气强度的主要因素为断裂深度、构造环境性质和地壳厚度; 地幔脱气作用强度可反映断裂带的深度及其深部构造状态, 而气体地球化学示踪则可成为其研究的新的途径; 地球深部热流体上侵活动可能是深大断裂带形成演化的动力源之一; 山前断裂带是深部构造活动方式和壳幔结构转换的部位, 对于认识造山带和盆地的形成机理有重要科学意义.