地幔柱中原始惰性气体的特性

惰性气体在解译地球的分异过程时是重要的示踪剂。它们证明了经强烈去气的浅地幔以及去气较轻的深部地幔的存在 ,而这二者间通过地幔柱相联。二者均包含不能由大气或地壳次生的原生Ｈｅ和太阳Ｎｅ。它们还获得了不同程度的放射成因、核成因及裂变成因同位素（４Ｈｅ ,２１Ｎｅ ,４０Ａｒ ,１２９Ｘｅ ,１３１ ,１３２ ,１３４ ,１３６Ｘｅ） ,这些同位素形成于早期地幔大量去气之后。浅地幔作为洋中脊玄武岩（ＭＯＲＢ）的源区 ,其元素及同位素组成已较好地建立 ,而关于深地幔柱惰性气体的特性仍存争论。夏威夷与冰岛地幔柱玄武岩中均包含大…     

大洋地幔化学组成不均一性成因研究回顾及展望

认识地幔组成不均一性及其成因对于揭示固体地球的演化规律具有重要意义。简要论述了全球典型大洋玄武岩(洋岛/海山玄武岩(OIB)、洋中脊玄武岩(MORB))源区组成不均一性的化学特征及成因,并分析了国内外对地幔组成不均一性的认识不足之处和原因。30多年以来,玄武岩地球化学研究主要围绕地幔组成端元成分差异性及其成因,包括HIMU(‘μ’=~(238)U/~(204)Pb)、EMI和EMII及FOZO(同位素组成介于HIMU和MORB之间)富集端元,以及DMM亏损地幔端元(包括印度洋型(Indian-type MORB)和太平洋型(Pacific-type MORB)。富集地幔端元通常被认为与板块构造导致的地球化学循环有关,然而,这些端元的成因存在多解性。尽管过去常将亏损地幔作为一个地幔端元,但全球主要地幔库的亏损端元之间的同位素差别也是长期演化的结果,地幔亏损端元组成差异的研究也是至关重要的。地幔端元成因的多解性主要是由于对板块构造导致物质循环的关键环节了解不够,以及对地球早期熔融导致的上地幔亏损过程的认识不足。在总结研究现状和科学问题的基础上,本文指出地幔不均一性成因研究的潜力方向和方法:(1)深化对玄武质洋壳深部地幔压力下的物理化学相变研究,认识再循环洋壳重返浅部地幔的基本理论前提;(2)利用年轻的大陆裂张海盆玄武岩,有效检验大陆富集物质是否拆离进入地幔软流圈;(3)碳酸岩熔体来源及其对碱性玄武岩富集端元组成的贡献;(4)板块俯冲进入地幔过程中化学分异过程。     

科拉半岛碳酸盐中的重氮——深地幔的一个可能指

为了理解古今地幔动力学及地幔与地壳的相互作用,必须确定地幔的结构和组成。一些学者认为,在大部分的地球历史时期内,部分地幔已经从地幔对流圈中分离出来,而仅在地幔柱中保存有原始成分。支持这种观点的证据主要来自于稀有气体,因为地幔柱衍生的岩浆其放射成因同位素与原生同位素的比率通常低于洋中脊玄武岩（ＭＯＲＢｓ）。不同意见来自于地球物理、实验及地球化学证据,这些证据认为,部分俯冲板块沉入６７０ｋｍ深的地震不连续面以下,意味着地球存在全球性扰动。浅地幔的Ｎ同位素组成相对于空气组成的千分比偏差（以δ１５Ｎ表示）大约为…     

夏威夷地幔柱动力学

长期以来夏威夷群岛已成为地球动力学理论的发源地,在夏威夷发现的“热点”导致了深部热地幔柱理论的诞生,该理论认为流体地幔是夏威夷大洋火山岛及其它大洋岛弧形成的根源。海洋岛屿玄武岩和洋中脊玄武岩之间的化学与同位素差异一直被地球化学家用来约束地幔对流及地球化学演化模型,Ｂｉｌｃｈｅｒｔ－Ｔｏｆｔ等人展示的铪（Ｈｆ）同位素资料显示夏威夷熔岩中存在古深海沉积物,除自身意义外,该发现说明夏威夷地幔柱的地球化学和地震资料联合分析有助于解决长期困扰地学家的最重要的问题：地幔对流是否成层？成层地幔对流学说最初起源…     

西北印度洋中脊玄武岩源区地幔特征

利用全球岩石地球化学数据库(Pet DB)中有关卡尔斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)及南中印度洋脊(SCIR)玄武岩的微量元素及同位素组成数据,分析了玄武岩的元素地球化学特征及其沿脊轴的变化,旨在探讨玄武岩源区地幔的(不)均一性及岩浆作用过程的差异。初步研究结果表明:CR、NCIR及SCIR玄武岩组成相近,仅在个别脊段表现有微量稀土元素和同位素组成上的差异,玄武岩整体与N-MORB组成特征相近,与先前通常认为的典型印度洋中脊玄武岩不同。玄武质岩浆主要源自尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,岩浆源区主要由两个地幔端元构成,即以亏损型地幔(DMM)为主(69%),其次为富集型地幔(EMⅡ,27%)。富集组分可能源自古老陆壳物质的混染。自CR经NCIR到SCIR整个印度洋中脊西北分支玄武岩的Sr、Nd及Pb同位素组成表现出均一性,表明岩浆源区地幔组成相近。在SCIR 19°S附近脊段岩浆源区地幔存在有不均一性,有EMⅡ型地幔端元混入的迹象。在CR 3.5°N附近脊段,玄武岩明显富集K、Ba、La及U等微量元素,但由于缺少同位素数据,源区地幔特征有待进一步研究。在上述研究成果的基础上,提出了该区大比例尺的调查填图及密集采样和精细室内分析是CR深入研究的基础,同时加强Sr、Nd、Pb及Re、Os、Be等同位素分析测试,可提供揭示CR地幔不均一性的可靠依据,而厘清印度洋型地幔对CR的影响程度则有助于深入认识地幔不均一性的成因及地幔动力学过程。     

铁锰结壳的铪（Hf）同位素地层学

海水的放射成因同位素组成随时间的变化具有提供大陆风化作用、洋底热液活动、大洋环流的变化以及其与构造和气候事件有关系的信息的潜力。所有主要洋盆中铁锰结壳的Ｓｒ、Ｎｄ和Ｐｂ同位素记录已用来研究海水的长期变化。由于分析困难 ,直到现在Ｈｆ同位素也没有引起人们的关注。在此 ,我们提供了挖掘自中太平洋海山的两个铁锰结壳的第一个高分辨率和精确的Ｈｆ同位素剖面 ,试图限定Ｈｆ同位素在中太平洋深水中的演化。目前海水中的Ｈｆ同位素组成还不得不直接测定 ,但是可以预料 ,由于以下原因Ｈｆ比Ｎｄ同位素组成更加易变。第一 ,由地幔…     

热液环境下非生物成因甲烷的形成和同位素分馏

甲烷是最丰富的天然气,主要通过微生物对有机化合物的吸收（微生物成因）和对有机物的热分解（生热成因）而形成。虽然对地球深处地幔甲烷的生成仍有争论,但根据从贫沉积物的洋中脊流出的高温流体、具陆地超铁镁岩区域的渗流、前寒武纪地盾的流体以及地幔和火成岩的流体包裹体的报道提出了地壳中甲烷的无机（非生物成因）成因说。几种地球化学指示剂已用来区分不同成因的甲烷,主要是微生物成因和热生成甲烷。应用于测年的主要标准包括ＣＨ４／（Ｃ２Ｈ６ Ｃ３Ｈ８）比值和甲烷的碳（Ｃ）和氢（Ｈ）同位素成分。然而,极少有什么指示剂或者标…     

使命莫霍:大洋岩石圈的形成与演化

大洋岩石圈的形成与演化主要是地球化学变异和物理变化的过程,板块构造每100～200 Ma可以完全更新大洋盆地.而岩石圈则是地球的地幔到地壳、地壳到海洋与大气的物质和能量传递与转换形成的产物,独立的阳光与演变的洋壳提供了生命在独特的海底和次海底的类似地球早期生态系统的生长环境.洋壳的形成到重新俯冲到地幔,始终伴随着海水的相互作用,海水与其他物质最终经循环又重新进入了地幔.     

板块俯冲和岩浆过程中碳循环及深部碳储库

地球内部可能存储了地球上大部分的碳,地球的整个地质演化历史都伴随着碳循环。岩浆过程是重要的CO_2释放途径,引起地表碳的增加。板块俯冲起动之后,俯冲带成为地表碳重返地球内部的基本途径。板块俯冲和岩浆过程构成了地表过程和地球内部之间的碳循环,在地质历史时期影响着地表的碳总量,对于宜居地球环境和一些重要矿产资源的形成具有重大意义。然而,相对地表过程的碳循环而言,国际上对深部碳循环的研究程度和取得的认识远远不足。对于地球深部碳的富集机制、赋存部位,以及碳在地球内部各圈层之间的交换规律,还存在很大争议。本文对与深部碳循环密切相关的深部碳储库、岩浆中的碳组成及其对岩浆成因的影响,以及板块俯冲过程中碳行为进行了总结。结果表明,无论是洋中脊玄武岩或洋岛玄武岩,其源区CO_2组成都存在高度不均一性;与地幔柱有关的深源板内火山岩相对洋中脊具有异常高的CO_2组成,显示深部地幔比上地幔或软流圈更富集碳。地球的地幔转换带(410～660 km)、大陆岩石圈,甚至下地幔可能是重要的碳储库。碳酸岩熔体与岩石圈橄榄岩存在化学不平衡,长期的碳酸岩熔体交代作用可能导致大陆岩石圈是个重要碳储库;地幔转换带的高压还原环境可能使得来自上涌地幔或俯冲板片中的碳以金刚石形式存储。地幔转换带或更深的碳在上涌减压过程中通过氧化还原熔融可以转化为CO_2,对地幔初始熔融和板内火山岩的成因(尤其是碱性火山岩)可能具有至关重要的作用。综合认为,导致地球内部富集碳的地质作用最可能是长期板块俯冲,但是目前国内外对与板块俯冲过程相关的碳行为和碳通量估算还存在很大的不足,未来有必要针对岩浆过程的CO_2活动行为、俯冲板块中碳的转化行为以及脱碳规律重点开展研究。     

太平洋三海区热液烟囱物的地球化学标型特征研究

以成因矿物学的理论和方法，运用电子探针、中子活化、常规化学分析和稳定同位素分析等多种地球化学实验测试技术，较系统地研究了太平洋三区四地热液烟囱物的地球化学组成和变化，揭示了研究区不同热液喷发类型中的地球化学标型特征。高温热液类型的硫化物，由高温热液矿物组成，除本身富合Fe，Zn，Cu，Pb等金属元素外，氧同位素换算温度也表现最高或中高；中低温热液类型的烟囱物，金属元素合量较低，氧同位素换算温度也表现较低。由此论证了不同标型特征的热液矿物地球化学特征与热液喷发环境之间相互依存的紧密关系。     

高纬度北大西洋地幔放射成因同位素成分

高纬度北大西洋地幔放射成因同位素成分ＤｉｅｔｅｒＦ．Ｍｅｒｔｚ等冰岛熔岩以及周围上地幔熔岩的成因一直令人争执不休。为解释冰岛上观察到的同位素趋势，有人提供了一个丰富的地幔羽源与衰竭的洋中脊玄武岩（ＭＯＲＢ）源或衰竭的地幔羽源的混合过程。在本文中，冰岛...     

西太平洋板内玄武岩的同位素地球化学特征

西太平洋板内玄武岩主要是南太平洋中生代板内岩浆作用的产物。对西太平洋板内玄武岩和南太平洋板内玄武岩的对比研究有助于进一步揭示南太平洋超级地幔柱的性质及其时空演化规律。本文收集整理了西太平洋板内玄武岩的Sr,Nd,Pb同位素数据,并与南太平洋板内玄武岩对比。得到如下认识:(1)西太平洋板内玄武岩同位素组成极不均一,覆盖了所有的富集地幔端元,但主要表现为HIMU和EM-1两端元的混合特征;(2)与南太平洋板内玄武岩相比,西太平洋板内玄武岩的同位素组成的极端程度相对偏低,可能是其地幔源区各组分间混合更均匀的结果;(3)自约120 Ma以来,由于HIMU组分在西太平洋板内玄武岩中持续存在,而EM-1和EM-2型组分表现为断续出现,这可能暗示HIMU端元与两种富集端元在深部地幔中所处的空间不同。     

印度洋南部凯尔盖朗群岛底下古次大陆：岩石圈地幔的锇同位素证据

当印度从澳大利亚一南极洲分离出来,凯尔盖朗热点地慢流开始活动至今至少已有115Mi,也许长达130Ma之久。凯尔盖朗地幔柱被认为对包括东经九十度海岭、布罗肯海岭和海洋的第二大高原凯尔盖朗高原在内的印度洋盆地的广泛热点火山作用起了重要作用。此外,凯尔盖朗地幔柱亦形成了南半球喷发的玄武岩特征、DUPAC同位素异常。这种地馒柱与印度洋岩石圈的相互作用对整个印度洋盆地地球化学和构造演化有潜在的影响。凯尔盖朗高原和凯尔盖朗群岛成因的一种见解是它们的岩石围基底含有冈瓦纳古陆分裂出残留下的大陆碎块。凯尔盖朗高原南部玄武岩…     

太平洋撞击事件

环状的太平洋暗示着它与地球上别的狭窄的扩张分裂型大洋有不同的成因和演化历史.太平洋是由于一次巨大规模的撞击事件撞破岩石圈后、上部塑性地幔的玄武岩浆从坑底溢出而形成的.从洋底分布的玄武岩年龄上限和滨太平洋地区的构造热历史研究表明了这一灾难性事件发生在二叠纪与三叠纪之间.这一撞击事件形成了具明显微量元素异常的P—T界线粘土层,并与地史上最大的一次生物绝灭(约96%以上生物种灭亡),以及地磁场的重大倒转,古气温和大气成份的突然性变化,地球的剧烈性膨胀,海水的大规模损失,地球自转速度加快等一系列突然事件相重合.     

海洋环境中锇同位素研究及意义

近年来海洋环境中锇同位素研究已取得了长足的进展。在海水的锇和锇同位素组成及演化研究、运用锇同位素示踪和定年技术研究大洋玄武岩成因、大陆岩石圈地幔的演化等方面已取得了不少成果。随着锇同位素资料的不断积累和分析技术的不断完善,将为解决海洋环境中的地学难题提供有力的依据。     

中国科学院南海海洋研究所边缘海地质与古环境开放实验室

边缘海地质与古环境开放实验室于 1 998年经中国科学院南海海洋研究所批准成立 ,旨在解决有关边缘海形成演化的地球动力学及其环境效应的重大、关键、基础性问题 ,开拓和发展新理论、新方法和新技术 ,推动海洋科学的发展和应用 ,为培养和造就高质量、高层次海洋科技人才服务。开放室聘请了由金庆焕、秦蕴珊、汪品先等院士组成的学术委员会 ;启动了开放室科学研究基金 ,近年拟重点资助范围为 :(1 )特提斯、太平洋构造域中新生代地质过程与边缘海形成演化的关系 ;　　 (2 )边缘海形成演化历史及成因模式 ;　　 (3)边缘海地壳和地幔的组成、结…     

大西洋中脊玄武岩岩浆源区性质、潜在温度及其指示意义

洋中脊玄武岩（MORB）的微量元素成分和同位素比值具有变化范围大的特点，这些变化很难简单地用地幔部分熔融和结晶分异等岩浆演化过程来解释。传统观点认为洋中脊玄武岩的地球化学成分的多样性是由其下部地幔成分的大尺度不均一性决定的。这种地幔不均一性则是外来物质的加入造成的，如再循环的地壳物质、下大陆岩石圈、交代的岩石圈和外地核等成分加入到上地幔中。在本研究中，我们对大西洋洋中脊的玄武岩展开研究工作，评估了玄武岩源区的温压条件并综合对比了微量元素和同位素比值。靠近地幔柱的洋中脊玄武岩的地球化学和同位素成分具有较大的变化。地幔柱对洋中脊地区的影响范围可以达到1400公里，但并不是每个地幔柱都能够影响其周围1400km范围内的所有洋中脊脊段。未受地幔柱影响的洋中脊玄武岩成分和地幔潜在温度均没有异常表现。我们认为上述现象是由于地幔柱柱头形状不同造成的。地幔柱的流动形状可以分为管状和饼状两种，饼状地幔柱影响其周围的地幔是没有方向性的，而管状地幔柱对其周围地幔的影响在方向上具有选择性。沿着大西洋中脊的玄武岩的元素和同位素比值变化较大，暗示其源区具有较高的不均一性。我们认为该地区地幔不均一性主要是由于上地幔中加入了俯冲板片和拆沉下地壳造成的。另外，地幔柱的活动也不容忽视，它们影响了其周围部分洋脊段的成分变化。     

太平洋、印度洋中脊型地幔在两个时间段的位置——来自澳大利亚新生代玄武岩Pb、Sr和Nd同位素证据

弄清不同化学成分的软流圈库及其分布有利于了解大规模地幔对流模式及全球范围地幔化学域如Ｄｕｐａｌ异常（主要位于印度洋的一种地幔域,为Ｐｂ、Ｓｒ同位素异常的大洋玄武岩）、印度洋中脊玄武岩（ＭＯＲＢ）型地幔和冈瓦纳岩石圈地幔等的成因和物源。印度洋ＭＯＲＢ在...     

名词解释

地壳(Crust)地球的最外层,其表层为薄而不连续的沉积岩和大洋沉积层。一般大陆地壳由轻的物质组成,厚约30—60公里;大洋地壳由的物质组成,厚度在5—6公里以内。 地幔(Mantle) 地球的主体,介于地壳与核之间,深度约从40公里至3,480(通常算至2,900)里,由致密的铁镁质硅酸盐类组成。在深处,由于渡、压力的增大,物质出现相变,相变把地幔划分几个性质不同的同心层。     

山东荣成榴辉岩和石榴石橄榄岩的岩石学矿物化学及其成因

用电子探针分析了山东荣成榴辉岩和石榴石橄榄岩中的石榴石和单斜辉石的化学组成。利用石榴石成分—成因判别图解并结合矿物地质温度计估算结果,判断荣成榴辉岩和石榴石橄榄岩为地幔来源,部分榴辉岩经历了后期壳内角闪岩相退变质作用。最后讨论了它们的成因意义和动力学演化。