深部物质运动的气体地球化学特征

根据氦同位素地球化学资料讨论了中国东部和云南腾冲地区上地幔的脱气。尽管地球脱气作用主要发生在地球形成时的十亿年间，但是后期的脱气作用仍是影响大气圈演化的主要因素。在两种力学性质不同的构造带──中国东部大陆裂谷和位于欧亚板块与印度板块缝合带的腾冲火山区，采集了天然气样，并分析了气体组分和氦同位素组成，较高的３Ｈｅ／４Ｈｅ值和地质、地球物理资料表明天然气和温泉气中的氦相当一部分是来自上地幔。来自上地幔的氦和其他气体自第三纪以来不断在气藏中聚集或向大气中逃逸。伴有源于上地幔的岩浆活动的地幔脱气是深部物质运动的具体表现形式，它对新生代气候演变可能有直接影响。     

中国东部幔源气体同位素地球化学

中国东部地幔岩包体及其单矿物中发育有大量的流体包裹体，采用阶段加热真空热爆的 方法脱出幔源包裹体中的气体，测试了气体的碳、氧、氦、氮等同位素组成。ＣＯ２的σ１３℃普遍较低， 主峰值为（－１８～－２２）×１０－3 ，多数样品在高温下的 σ１３℃普遍小于低温下的对应值。氧同位素变 化也很大，从－３．４×１０－３至２５．５×１０－３（ＳＭＯＷ），并呈现多峰的特征。σ１８Ｏ与σ１Ｃ３具有很好的相 关性，可能受控于同种分馏机制。Ｃ、Ｏ同位素组成特征表明，中国东部大陆地幔具有很大的化学不 均一性，可能是由地幔碳的多样性、源区的不均一性或地幔交代作用所致。氧同位素的变化可能是 结晶作用、去气作用或地壳物质混染所至。４Ｈｅ含量变化范围为（０．２４～２５．００）×１０－８，３Ｈｅ／４Ｈｅ变 化范围为（０．４６～１２．８０）×１０－６，４０Ａｒ含量从０．９７×１０－６到３４．１８×１０－６，４０Ａｒ／３６Ａｒ变化范围为 ２５０．５８～１２０２。３Ｈｅ／４Ｈｅ的变化反映了亏损地幔和富集地幔的存在。不同地区４０Ａｒ／３６Ａｒ的巨大差 异显示了地幔脱气程度的不同，也说明在地幔演化中Ａｒ、Ｈｅ同位素地球化学行为的差异。     

天然气研究中的稀有气体地球化学应用模式

在对天然气稀有气体地球化学特征进行系统研究的基础上，建立了有关氦、氩同位素组成的横“人”字型的成因模式并提出两种成因类型:Ａ、壳－幔复合型；Ｂ、壳源型。同时，还论述了稀有气体的年代积累效应与气源对比，进行了大、中型气区天然气地球化学综合研究。     

氦气的天然气地质意义

氦气具有的不易液化、稳定性好、扩散性强等特点,使它既能在天然气藏中富集,又能垂向运移至地表。氦有大气氦、壳源氦和幔源氦3种来源。3He主要来源于地幔;4He主要来源于地壳,通常以R/Ra来表示氦的来源。氦气具有丰富的天然气地质意义：地表氦气浓度异常有一定油气指示意义;氦气的同位素分布特征值（R/Ra）还具有指示油气构造环境、指示断裂带及旁证CO2气藏的成因等地质意义。     

世界首例沉积壳层幔源工业储集的发现

七、八十年代地学研究的热点和前沿领域之一是关于地幔的研究,氦是地幔挥发分的重要组成。其同位素3He/4He的丰度比是判识含氦地质体来源于幔、壳和大气的重要指标,其相应的表征值为1.1×10-5,10-6和1.4×10-6,在研究我国东部含油气区的工业气井天然气组分和同位素组成时,发现一批沿郯庐大断裂两侧分布的工业气井,其氦浓度为0.05～0.1％,达到了氦气资源所要求的品位.其3He/4He比值达3.7×10-6～6.36×104,由于工业气井中大气氦的组分可忽略不计,可用壳-幔二元混合模式计算氦气中幔源氦所占份额,结果表明幔源氦达33.7～57.3％,从而在我国领土上第一次发现了幔源氦在沉积壳层形成工业储集。为了解这一发现在国际上的意义位置,请中科院兰州文献情报中心科技文献检索室进行了国际联机检索,证明从1967年到1991年3月（从可能出现有关文献及1990年我所论文发表分别作了相应时间的前后延伸）国际上无有关报导,证明这一发现在世界范围也是首次。此项发现对我们更深入认识地球、地幔形成演化,对于进一步了解幔源挥发份的脱气、运移乃至成藏有重大理论意义,从而对指导有关矿产的勘查也具有实践意义。     

天然气中N2来源及其地球化学特征分析

天然气中Ｎ２来源很多,其地球化学特征也各不相同：①大气源Ｎ２：Ｎ２／Ａｒ≤８４,且δ＾１５ＮＮ２≈０‰（ＡＴＭ）;②地壳超深部和上地幔来源的原生Ｎ２：δ＾１５ＮＮ２≈－２‰－＋１‰,且伴生Ａｒ的＾４０Ａｒ／＾３６Ａｒ〉２０００和Ｈｅ／＾４Ｈｅ〉１０＾－６;③微生物反硝化作用生成的Ｎ２：δ＾１５ＮＮ２〈－１０‰和地下水中的ＮＯ＾３－及ＮＯ＾２－浓度异常高;④未成熟沉积有机质经微生物氨化作用形成的Ｎ２     

氦同位素地质研究进展

综述了氦同位素研究在地球物质的循环、地震预报，环境监测、年代学、矿床成因、地质流体及大地构造等方面的进展。近来不断发现具有接近于幔源氦同位素比值的地质注以体、天然气及火成岩等，它们起源于地壳深部及地幔，对应的构造活动（包括地震）可能涉及到幔源深度。异常的氦同位素组成还可用于监测核试验、环境污染等新领域。并概念了我国氦同位素的研究在天然气的起源、火山喷气等方面取得重要进展。     

富集地幔^40Ar／^36Ar比率的再评价

地幔的＾４０Ａｒ／＾３６Ａｒ比率含有重要的有关地球早期脱气程度的信息。许多研究者认为在亏损地幔，比如通过大洋中脊玄武岩（ＭＯＲＢ）采集的样品中＾４０Ａｒ／＾３６Ａｒ比率高达２８０００。然而，富集地幔中的＾４０Ａｒ／＾３６Ａｒ比率存在着激烈的争论。我们使用＾４Ｈｅ／＾４０Ａｒ－＾３６Ａｒ／＾４０Ａｒ和＾４Ｈｅ／＾４０Ａｒ－＾３Ｈｅ／＾４０Ａｒ图重新考察了ＭＯＲＢ和热点火山中Ｈｅ、Ａｒ惰性气体数据。在     

济阳坳陷天然气氦同位素特征及二氧化碳成因与第三纪岩浆活动的关系

济阳坳是渤海湾盆地的一部分，位于我国东部超壳断裂，郯庐断裂带内，主要为中，新生代形成的沉积坳陷。在第三纪的喜山期岩浆活动较强烈，因此，坳陷内第三纪火成岩分布广泛。对于坳陷内的天然气氦同位素研究表明，济阳坳陷天然气中氦同位素组成，Ｒ／Ｒａ值分布范围０．１１－３．０６。说明一些天然气中具有明显的幔源氦加入，将天然气中氦同位素组成与基地质背景结合可知，天然气中氦同位素组成与坳陷内第三纪火成岩分布有十分密     

稀有气体在深部地质研究中的意义

幔源物质中的稀有气体蕴藏着丰富的地球深部过程信息。它们可对地幔结构、地幔脱气历史、大陆地幔不均一性、幔源岩浆演化和CO2天然气成因等研究提供独特的示踪作用。结合中国东部地幔捕虏体的资料,综述了稀有气体在这些方面的研究进展。研究表明,MORB源和OIB源玄武岩稀有气体组成差异强烈支持地幔双层结构的存在,地幔脱气过程主要受溶解度控制脱气模式(SCD)控制;同时,中国东部地幔存在不均一性可以在稀有气体方面得到印证;郯庐断裂可能为东部幔源无机CO2的脱出提供了良好的通道。     

地热流体气相成分对构造环境的指示作用

综述了地热流体中气体及其同位素组成对构造环境指示作用研究的若干新进展。把已有研究方法划分为：①ｗ３Ｈｅ／ｗ４Ｈｅ单组分比值法；②双组分对比法；③多组分综合图解法。根据对贝加尔裂谷带和秦巴地区某些地下热水氦同位素特征的研究，提出陆内下地壳深大断裂的地下热水ｗ３Ｈｅ／ｗ４Ｈｅ值为大气ｗ３Ｈｅ／ｗ４Ｈｅ值的０．３～０．５倍，并认为这些地热流体是介于典型壳源型和消减带型之间的一种过渡类型     

天然气中氦同位素分布及构造环境

通过采集天然气样３３４个，测量了它们的氦同位素组成。３Ｈｅ／４Ｈｅ值分布在０５６×１０－８～７２１×１０－６范围。３Ｈｅ／４Ｈｅ值分布与天然气储层时代无明显的相关性，而在空间展布上有较明显的规律。东部含油气区３Ｈｅ／４Ｈｅ值主要分布于１０－７～１０－６范围，西部含油气区在１０－７～１０－８的范围，中部地区分布在０５６×１０－９～０５６×１０－８范围，３Ｈｅ／４Ｈｅ值的分布与我国构造环境大的格局有很好的相关性。３Ｈｅ／４Ｈｅ的高值区构造环境活动性强，低值区具有最稳定的大地构造属性，西部地区３Ｈｅ／４Ｈｅ值介于东部和中部，具有次稳定的构造环境。     

地下水补给,循环和混合作用的氦同位素证据：以石羊河,黑河…

石羊河、黑河流域地下水氦同位素组成的研究表明,大部分样品的＾３Ｈｅ／＾４Ｈｅ具有大气降水特征,部分地区地下水＾４Ｈｅ同位素的过剩是基岩裂隙水和卤水的混合作用所致,祁连山前深大断裂带附近地下水的氦同位素具有明显的幔源氦特征,说明该断层的活动仍未停止。     

含油气盆地油气同位素地球化学研究概述①

以气体地球化学国家重点实验室工作为主,简要概述了对我国含油气的同位素地球化学研究。1. 烃气的同位素地球化学:讨论了天然气成因新模式与气藏烃气同位素组成的关系,低演化阶段天然气同位素分馏的二阶段模式,云南中小盆地天然气低演化系列同位素特征及用储层解析气作油气源对比。2. 稀有气体同位素地球化学:阐述了3He/4He值与中国构造分区, 幔源氦的复合成藏和幔源甲烷问题以及气源对比等。3. 液态烃同位素地球化学:简述了轻烃碳氢同位素特征及氢同位素作为判别古沉积介质盐度的指标,概述了未熟-低熟油同位素特征及在自然剖面上油和源岩抽提物碳同位素分馏特征及其机理。     

稀有气体同位素地球化学应用前景

稀有气体有4个源区,包括大气、地下水、地壳和地幔;其中地幔稀有气体又可分为上地幔和下地幔2个源区。不同源区的稀有气体在同位素组成上截然不同,因而可以利用稀有气体同位素进行有关地质和地球化学过程的示踪。稀有气体同位素组成不仅对查明成矿流体的性质和来源及矿床成因具有重要作用,而且还可以为正确理解大规模成矿作用的地球动力学背景和全面弄清大型一超大型矿集区的时空分布规律提供重要线索。     

中国西南地区CO2释放点的He同位素分布不均一性及大地构造成因

在印度板块向欧亚大陆俯冲碰撞过程中,产生一系列深大断裂带,形成大量CO2释放脱气点。这些点除了释放大量的CO2、N2、H2S气体以外,还会附带释放CH4、He等各种各样的气体。释放出来的氦为惰性元素,是判识幔源气体最灵敏的地球化学示踪指标,He同位素随形成的构造部位不同而不均匀地分布,且与不同的大地构造成因关系密切。藏中及藏北区块在大地构造位置上属于班公湖-怒江断裂带发生了明显的地幔脱气作用,显示其与地幔相连通而且深度达到上地幔,为一条岩石圈深断裂带;但样品中幔源氦约占总氦的1.4%~1.7%,反映该断裂带深部的开放性程度较低,而闭合性程度相对较高,由此反映了该区处于强烈挤压的构造环境和地壳增厚的地质背景。在滇西南地区(重点在腾冲热海地区)地热流体逸出气体中含有大量幔源岩浆挥发组份,表明该区地壳浅部存在幔源岩浆侵入活动。该区怒江断裂带发生着明显的地幔脱气作用,显示该断裂带与地幔相连通且深度达到上地幔,为一条岩石圈深断裂带;同时所有样品中的幔源氦平均约占总氦的26.2%,最高可达48.8%以上。反映该裂谷带代表伸展性构造环境,且是地幔脱气作用最强烈的构造区之一,是俯冲碰撞的中心地带。而在滇中地区—小江断裂带却是另一番景象,该区样品中的幔源氦平均约占总氦的2.27%,最高也才8.9%。反映此区为印度板块向欧亚大陆以NNE方向碰撞影响到的最东缘。小江断裂带局限在地壳范围内,故而氦同位素显示出在此断裂带以西则明显存在幔源来源,而往东则幔源氦极微。氦同位素在自西至东由藏西到藏南(藏南西与藏南东)至滇西到滇中,R/Ra值由较低到较高再到较低到最高再降低的平面分布规律。川西—鲜水河断裂带则因特殊的构造部位,是中国“地质百慕大”;样品中幔源氦平均约占总氦的8.1%,平均值高于西藏各分区以及云南除滇西南以外的各区,但又远远小于滇西南—腾冲地区。说明鲜水河断裂带,部分地贯穿整个岩石圈,并有切割上地幔之趋势。     

CCSD岩芯中部分石英脉的氦、氩同位素初步研究

对中国大陆科学钻探(CCSD)1700m-2300m岩芯中部分超高压变质岩中的石英脉进行了氦、氩同位素组成的初步研究,结果显示石英脉的3He／4He比值为0．37×10-6-0．98×10-6,40Ar／36Ar为498-3260,4He／40Ar为0．17-2．12, 3He／36Ar为0．81×10-4-39．38×10-4。分析结果与前人对大别-苏鲁的榴辉岩全岩和单矿物的氦、氩同位素分析结果相一致,在He-Ar相关图解上均位于地壳和地幔氦、氩同位素组成的过渡部位,表明石英脉的成矿流体中不仅有壳源稀有气体,还有幔源稀有气体。石英脉是榴辉岩的早期退变质脉,它不仅可以继承围岩超高压变质岩的氢氧稳定同位素特征,还可以继承并保存围岩的稀有气体同位素特征。     

含油气盆地油气同位素地球化学研究概述

以气体地球化学国家重点实验室工作为主，简要概述了对我国含油气的同位素地球化学研究。1．烃气的同位素地球化学：讨论了天然气成因新模式与气藏烃气同位素组成的关系，低演化阶段天然气同位素分馏的二阶段模式，云南中小盆地天然气低演化系列同位素特征及用储层解析气作油气源对比。2．稀有气体同位素地球化学：阐述了^3He/^4He值与中国构造分区，幔源氮的复合成藏和幔源甲烷问题以及气源对比等。3．液态烃同位素地球化学：简述了轻烃碳氢同位素特征及氢同位素作为判别古沉积介质盐度的指标，概述了未熟一低熟油同位素特征及在自然剖面上油和源油抽提物碳同位素分馏特征及其机理。     

地幔流体组成

地幔流体是当今地球科学研究中的前沿领域之一 ,具有重要的研究价值。文中总结了地幔流体组成研究的手段、实验方法及近年来的进展 ,探讨了目前存在的问题 ,认为当前需进一步工作的领域有 :(1)确定适宜于地幔流体组成测定的实验方法 ,以便进行全球数据对比 ;(2 )开展不同类型地幔源区中地幔流体稀有气体同位素体系与PbSrNdHfOs同位素体系的对比性研究 ;(3)对不同构造单元中的地幔流体进行研究 ,建立不同端员地幔源区的地幔流体组成和稳定同位素制约因素 ;(4 )研究壳幔相互作用过程中的地幔流体 ,确定地幔流体中再循环地壳组分的鉴别标志 ;(5)在全球范围内探讨地质历史时期地幔流体的组成、性质、运移及演化规律 ;(6 )开展幔源H2 及烃类的研究 ,为非生物成因天然气理论及勘探提供依据。     

地幔地球化学研究进展:微量元素和同位素特征

系统介绍了近年来地幔同位素地球化学的研究进展,概述了Ｓｒ－Ｎｄ－Ｈｆ－Ｐｂ、Ｏｓ、Ｈｅ－Ａｒ和Ｎｅ同位素在的岩石示踪和成因鉴别上所取得的成果,指出同位素在地幔岩石研究的重要作用,简要总结了全球及区域地幔成分的主要研究手段和某些全球均一化比值的意义;并提出了分析技术的落后和基础理论的停滞是影响同位素和微量元素在地幔研究中应用和发展的主要因素。