金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环SCIEI北大核心CSCD

俯冲带挥发分的循环不仅深刻影响着地球各圈层之间的相互作用,而且在成矿金属元素迁移-富集以及全球气候变化等重要地质和环境过程中扮演着重要的角色。近年来,金属稳定同位素示踪俯冲带挥发分循环受到了广泛关注,取得了众多进展,但大多针对单个挥发性元素开展某个特定金属同位素的示踪研究。本文根据不同金属元素的地球化学性质差异及其与多种挥发分之间的结合形式,系统归纳了金属稳定同位素在示踪俯冲带不同挥发分循环方面的特点。整体上讲,镁和锌同位素体系示踪俯冲带碳循环最为有效;锂、镁、钾、钡、钼等金属同位素体系在示踪俯冲带水(流体)循环方面则具有各自的特点;锌同位素在示踪俯冲带硫循环方面有巨大潜力;铬同位素示踪俯冲带氯循环有独特优势;铁、铬、铜等变价金属同位素体系对挥发分的氧化还原状态较为敏感,有望示踪俯冲带氧循环。这些同位素体系对理解俯冲带挥发分循环提供了全新的视角,有望成为未来地球系统科学的重要研究方向。     

地球深部流体中的有机质与金刚石生长北大核心CSCD

金刚石代表了地球深部微量的碳存在,其成因对于理解行星演化的动力学机制、挥发分循环以及氧化还原状态演变等具有重要意义。在俯冲带环境,金刚石的形成和挥发分的循环密切相关。地球内部的碳通量主要受变质脱碳作用和碳酸盐溶解作用形成的相对氧化的水质流体的调节和控制。在深部C-H-O流体中,碳由随流体迁移到最终饱和形成金刚石的过程主要受碳在流体中溶解度的控制,而后者则受高温高压条件、pH值、氧化还原环境、溶质结构和岩石中缓冲矿物组合等多种因素的影响。     

陆内穿地壳岩浆系统及其去气作用和环境效应SCIEI北大核心CSCD

岩浆作用是联系地球深部与表层碳储库的桥梁,是全球碳循环的重要一环。揭示岩浆作用与碳循环之间的关系对理解地球系统演化过程中的环境效应和气候变化有重要意义。本文综述了前人在岩浆系统研究的重要进展,介绍了陆内穿地壳岩浆系统,梳理了从幔源岩浆底侵和地壳熔融,到岩浆上升、累积、混合、分异直至喷出等物理化学过程,构建了地壳岩浆活动的统一框架。岩浆过程同时控制着挥发分行为,岩浆自身的去气作用将地球深部挥发分带到地表,而接触热变质作用可改造围岩并将其中的碳脱出。基于穿地壳岩浆系统,本文系统阐述了岩浆挥发分的来源、组成、行为,及其释放到大气中对气候与环境产生的潜在影响。尤其是针对中国华南地区分布的大量陆内中生代的侵入岩和火山岩,结合同期广泛分布的巨厚碳酸盐岩,介绍和展望了陆内岩浆系统和去气作用的联系及环境效应,提出该时期的岩浆活动及其与碳酸盐岩的反应很可能对局部乃至全球的气候造成了显著的影响,该领域有较大研究潜力。     

地壳内的岩浆动力学过程及其资源与环境效应SCIEI北大核心CSCD

岩浆是将地球内部物质传送到表层系统的主要载体,并造成显著的资源聚集和环境效应。岩浆动力学是研究岩浆的迁移、储存、演化、就位以及喷发过程,侧重物理机制。这些岩浆过程主要发生在岩浆通道系统中,包括岩浆储库和岩浆管道。本文对目前国际岩浆动力学领域一些热点和前沿进行了介绍,这包括从岩浆房到岩浆储库概念的转变、岩浆储库的生长和动力学演化过程、岩浆过程的时间尺度以及岩浆中晶体的生长。然后阐述了岩浆中挥发分的种类和溶解度、获取天然岩浆挥发分含量的方法、一些典型镁铁质岩浆中的挥发分含量、岩浆去气的化学和物理机制,并简要梳理了热液金属矿床的形成过程和岩浆挥发分进入地表圈层系统引发的环境气候效应。最后列举了一些岩浆动力学有关的重要科学问题并建议了进一步的研究方向。     

火山喷发形式与挥发分含量

火山喷发是由地球深部物质发生部分熔融产生的岩浆上涌至地表所形成的一种地质现象,是地球内部能量释放的主要途径之一。有些火山喷发极为猛烈,产生的大量火山灰能够在长达几个月的时间内影响当地气候环境,甚至可以在一瞬间掩埋整座城市;而有些火山喷发时只有大量的熔岩从火山口中静静地溢出,人们甚至可以在不远处进行观赏。火山喷发具有何种程度的破坏力取决于其喷发形式,而挥发分含量是影响喷发形式的重要因素之一。本文简述了几种常见的喷发形式及其相互之间可能存在的转化关系,着重论述了挥发分含量在其中所起到的作用,同时介绍了几种可能的去气模型及常见的测量岩浆挥发分含量的方法。其中使用单斜辉石斑晶来反演大陆玄武岩原始岩浆水含量的方法预计会在未来的研究中得到普及。     

地球环境演化的阶段性及其形成机制探讨

地球环境（大气圈、水圈）的演化具有明显的阶段性。撞击作用与地内核转变能是地球环境（大气圈、水圈）演化的根本机制。地球吸积形成期，原地球捕获太阳星云大气形成的原始大气经太阳风驱赶和星子撞击而逃逸，早期大规模的撞击过程又可能使地球上折矿物脱去挥发分，形成地球次生大气的一部分，也可使其次生大气部分脱离地球，地球形成期曾经历过撞击生气与气体逃逸的多次旋回，撞击作用决定其环境条件；地球形成之后，撞击作用仍起     

天然气中的幔源稀有气体

天然气为地球内流体的重要组成部分，天然气中幔源稀有气体是源于地球深部的地幔挥发分。文章以气体地球化学国家重点实验室有关研究为主，简要综述了此一领域的研究。氦的同位素３Ｈｅ／４Ｈｅ是幔源物质的重要判识指标，天然气中３Ｈｅ／４Ｈｅ值大于１．４×１０－６时，表明有相当数量的幔源挥发分加入到天然气中，它是地球构造活动性强，地幔挥发分可以沿一定断裂体系进入沉积壳层的指示。在一定程度上氩同位素４０Ａｒ／３６Ａｒ及氖同位素２０Ｎｅ／２２Ｎｅ值也可指示构造环境的特征。天然气中稀有气体研究反映了我国东部含油气区具有最活跃的构造环境，中部最稳定，西部次稳定。在东部活跃的构造背景下，造成了幔源挥发分较普遍地加入到沉积壳层天然气中，形成了中国东部发现的世界首例壳－幔复合型氦资源，形成了一批与幔源挥发分成藏有关的二氧化碳资源。东部地区也成为幔源甲烷可能富集成藏的重要区域。     

不同构造环境基性岩浆作用碳组成及其环境意义

地球内部的碳储量远高于地球表层系统,基性岩浆作用使地球深部的含碳挥发分排放到地球表层系统中,导致大气圈中CO_2和CH_4等组分含量及地表温度升高。本文总结了不同构造环境基性岩浆作用形成岩石中含碳挥发分的含量及其意义,认为大洋和大陆环境的玄武岩及基性岩浆侵入体中含碳挥发分均以CO_2为主,CH_4等烃类气体的含量较低。大洋玄武岩CO_2含量从洋岛玄武岩(210mm~3·STP/g,STP-标准温度压力条件,下同)、洋中脊玄武岩(263)、弧后盆地玄武岩(1060)到岛弧玄武岩(1246)逐步升高。大陆玄武岩的CO_2含量变化较大,西伯利亚二叠纪大火成岩省苦橄岩中CO_2(276.98)低于准噶尔盆地二叠纪玄武岩(643.99)。西秦岭造山带玄武岩CO_2含量为237.27mm~3·STP/g,而腾冲新生代玄武岩CO_2含量只有11.97mm~3·STP/g;华北-华南克拉通新生代玄武岩CO_2含量较低(140~202.8mm~3·STP/g)。镁铁质-超镁铁质侵入体CO_2含量为105~384mm~3·STP/g,含碳挥发分的组成与氧化还原条件有关,大规模基性岩浆作用排放大量的CO_2到地球表层环境系统,诱发了环境变化。     

俯冲带硫的地球化学行为及硫循环SCIEI北大核心CSCD

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着硫(S)在地球内部圈层及表层的循环,影响着大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的稳定性以及地球的宜居性。厘清S在俯冲带中的地球化学行为和循环特征对理解地球各储库的氧化还原状态、岩浆作用与演化、成矿物质聚集、以及地球大气成分等具有重要意义。本文首先总结了进入俯冲带之前的大洋岩石圈的S结构模型,对S在大洋板片中的分布状态和地球化学特征进行了系统归纳。随后,系统阐述了俯冲带高压-超高压变质岩记录的板片变质及脱水过程中硫的地球化学行为。岩石学研究表明俯冲板片中的S多以硫化物相存在,硫酸盐矿物在弧前深度就已被释放或分解。相较于熔体,俯冲带流体中S的溶解度更高,是运移硫的更有效方式。DEW模型计算结果显示,流体中S含量总体较低,但在俯冲板片~90km处其含量有一个峰值(浓度0.5%~1.0%)。岩相学证据、地球化学测试结果、磷灰石S近边吸收结构(S-XANES)特征以及模拟结果都显示俯冲深部流体中S多以HS^(-)及H_(2)S形式存在,不含大量的SO_(4)^(2-)及硫酸盐;中f_(S_(2))流体有利于S迁移出俯冲板片,从而促进俯冲带大规模S循环,而高f_(S_(2))流体在流-岩交换过程沿流体通道发生S的锁固作用而不利于俯冲带S循环。质量平衡计算显示全球俯冲带S输入通量为4.65×10^(13)g/yr,弧下深度板片S输出通量为2.91×10^(12)g/yr,板片-岛弧S循环效率仅6.3%。俯冲板片在弧下深度可能存在一个短暂高效的S释放窗口,释放流体的δ^(34)S值为-2.1±3.0‰。基于高压-超高压变质岩中硫化物的研究,初步厘清了俯冲板片中S的地球化学行为,首次从板片角度全面、定量地限定了俯冲带的脱硫通量、效率、种型和同位素特征,提出俯冲带循环的S不是岛弧岩浆的氧化剂,与岛弧环境的正δ^(34)S值也无直接因果联系,对解析俯冲带S循环和理解地球长期的S循环具有重要意义。最后,本文还展望了俯冲带S循环的未来发展方向,应在俯冲带流体氧化还原性质(硫酸盐的命运)、俯冲沉积物对S循环的制约、俯冲带环境下多硫同位素的分馏效应、S循环与其它挥发分(如C等)循环之间的耦合关系、地球历史上深部S循环等方向做出探索,更深入地理解俯冲带及全球S循环过程。     

苏鲁造山带白垩系青山群流纹岩石泡构造的矿物学与地球化学特征：对石泡流纹岩成因的指示意义

石泡构造是酸性火山岩中的一种特殊原生构造,常见于流纹岩中。石泡构造成因的研究对认识流纹质岩浆性质和喷发环境都具有重要意义。然而,关于形成石泡构造的岩浆性质、形成机理及其影响因素的研究仍比较薄弱。本文以苏鲁造山带白垩系青山群流纹岩石泡构造为研究对象,通过矿物学、岩石学、地球化学等方法,对石泡构造的发育规律、石泡和石泡间胶结熔浆的矿物组成、元素变化进行了系统研究。结果表明,石泡构造流纹岩主要发育于溢流相上部亚相,石泡可划分为实心型和空心型两类。地球化学特征显示石泡流纹岩与流纹构造流纹岩属同源岩浆,石泡流纹岩经历了更高程度的分异作用。石泡构造流纹岩胶结熔浆中水含量高于下部流纹构造流纹岩的玻璃质,导致溢流相上部亚相挥发分逸出趋势相对明显,受限于富硅岩浆的高黏度,挥发分未能顺利逸出,在逸出点猝冷形成石泡壁,受瞬时应力作用和过冷程度影响,形成形态多样的空腔。随着结晶温度下降,空腔内部残余岩浆依次冷凝结晶形成玉髓或石英。石泡构造的形成意味着岩浆作用过程或者喷发环境水的加入,对于研究酸性岩浆的演化和火山喷发机制具有重要意义。     

国际地球化学研究现状与发展前沿——国际地球化学大会Goldschmidt 2011印象

对国际地球化学大会Goldschmidt 2011的基本情况、5个大会主题报告和23个分会报告作了较详细介绍与评述。这5个大会主题报告是:地幔中的挥发组分对板内岩浆作用的影响,地球深部挥发组分的循环:从远古到现代,利用地球化学信息研究末次冰川消退及其对河流的影响,外星大气:一个由热到可居住的世界,深海中的微生物群落与甲烷氧化作用。23个分会报告包括:宇宙化学,行星形成;早期地球:从地核到大气;地球深部动力学及其演化;从地幔至地壳:洋脊与板内岩浆活动;大陆壳的形成及演化;循环:俯冲,地幔楔与弧火山作用;地球环境演化;从纳米到大陆尺度界面与界面过程;火山与自然灾害地球化学;地球资源:能源;地球资源:矿;气候变化;大气气溶胶的源、汇及影响;风化、气候、构造与地表过程;海洋大气:过去与现在;人类活动产生的地球化学影响;生物地球化学:从微生物到宏观与循环;分析技术前沿;计算地球化学前沿;矿物学与矿物物理学前沿;水文地球化学与全球水资源可持续发展;一般主题;特别议题。文章重点阐述了国际地球化学目前的研究现状、热点领域、未来发展方向三个方面。对生物地球化学的研究现状与发展趋势作了专题评述。     

俯冲板片的脱碳机制及通量估算:问题与进展SCIEI北大核心CSCD

地球98%以上的碳赋存在地球深部地幔和地核中。地球深部储库(地幔和地核)中的碳以各类岩浆作用释放到地表,而地球表层系统(大气圈、水圈、生物圈)中的碳又可以伴随板块俯冲作用进入地球深部地幔。然而俯冲过程中不同的脱碳机制会将俯冲板片中部分乃至全部碳带出板片,而后经由岛弧岩浆作用、流体扩散作用等途径返回地表。因此,板片俯冲过程中的脱碳机制及其通量深刻地影响了地质时间尺度中地表系统的二氧化碳浓度,进而改变地球的宜居性。本文总结了目前主流观点认可的五种俯冲板片脱碳机制:变质反应脱碳、流体溶解脱碳、熔融脱碳、底辟脱碳和氧化还原脱碳。另一方面,目前对于俯冲板片各种脱碳机制对应的脱碳效率还有很大的争议,因此本文进一步梳理了板片俯冲过程中不同脱碳机制相关的通量估算的研究进展与存在的问题,建议将来综合多种方法对比研究俯冲带碳循环问题,以期在俯冲带深部碳循环过程和通量方面取得突破性进展。     

金属稳定同位素示踪地球增氧事件

早期贫氧地球如何演化至现今富氧地球是理解地球宜居性形成与演化的关键,但重建地质历史时期地球大气与海洋氧含量仍是地球科学领域的重大挑战.金属稳定同位素的高精度测试分析为示踪地球大气与海洋氧化历史提供了新的研究手段.以Mo、U、Tl、Cr四种氧化还原敏感金属稳定同位素体系为例,详细介绍了氧化还原敏感金属稳定同位素地球化学行为及分馏机理.在此基础上,系统回顾了金属稳定同位素在研究产氧光合作用的起源、大氧化事件（Great Oxidation Event,GOE）、中元古代大气和海洋氧化还原状态、新元古代氧化事件（NOE）等重大科学问题中的研究进展.金属稳定同位素在重建地球表层圈层氧化过程具有广阔的应用前景,对认识地球宜居性的演化历史以及探索其未来发展趋势具有深远意义.      

金星探测研究进展与未来展望

金星探测是解答太阳系类地行星形成演化,地球宜居性的形成和未来发展,以及外太阳系宜居星球搜索策略的关键.由于金星恶劣的环境条件、对探测技术的多重挑战和相对高昂的探测成本,金星探测和研究程度远不及月球和火星.自20 世纪90 年代后期,金星探测任务相对匮乏.本文梳理了国际上金星探测研究进展、关键科学问题及技术需求,提出了未来金星的探测目标和探测方式建议.目前,对金星大气和气候研究程度最高,包括大气结构和大气化学,能量平衡和热结构,云层和霾层,大气环流和动力学以及气候演化等.高层大气的物理化学和太阳风与金星的相互作用方面也有重要进展.金星地表和内部的研究则相对滞后,研究涵盖金星表面形貌特征,撞击和重塑历史,火山和构造活动,地表物质组成,地表和大气相互作用等,但受限于数据的空间覆盖率和较低的分辨率和精度,诸多重大问题尚未解答,迫切需要新的探测数据.除探测任务外,金星研究还依赖于地基观测、实验室模拟和数值模拟研究.地面模拟设施对支持金星探测任务研发和金星基础科学研究尤为重要.未来十年是中国开展金星探测的契机和研发相关技术的关键时期.本文可为对金星探测、行星科学、太阳系探测感兴趣的科学家和工程人员提供参考.     

Understanding mafic-felsic magma interactions in a subvolcanic magma chamber using rapakivi feldspar: A case study from the Bathani volcano-sedimentary sequence,eastern India

The Ghansura Rhyolite Dome of the Bathani volcano-sedimentary sequence in eastern India originated from a subvolcanic felsic magma chamber that was intruded by volatile-rich basaltic magma during its evolution leading to the formation of a porphyritic andesite. The porphyritic andesite consists of rapakivi feldspars, which are characterized by phenocrysts of alkali feldspar mantled by plagioclase rims. Results presented in this work suggest that intimate mixing of the mafic and felsic magmas produced a homogeneous hybrid magma of intermediate composition. The mixing of the hot volatile-rich mafic magma with the relatively colder felsic magma halted undercooling in the subvolcanic felsic system and produced a hybrid magma rich in volatiles. Under such conditions, selective crystals in the hybrid magma underwent textural coarsening or Ostwald ripening. Rapid crystallization of anhydrous phases, like feldspars, increased the melt water content in the hybrid magma. Eventually, volatile saturation in the hybrid magma was reached that led to the sudden release of volatiles. The sudden release of volatiles or devolatilization event led to resorption of alkali feldspar phenocrysts and stabilizing plagioclase, some of which precipitated around the resorbed phenocrysts to produce rapakivi feldspars.     

实验地球化学的发展历史和研究展望

实验地球化学主要通过高温高压实验模拟,对元素和同位素在地球内部条件下的行为、性质和效应进行研究,从而对成岩成矿、岩浆演化、流体交代、壳?幔?核分异等地质现象和过程进行制约. 实验地球化学的最初诞生,主要是针对传统地球化学、岩石学和矿床学研究中遇到的难以解决问题进行正演辅助. 实验地球化学的发展,与高温高压实验设备和现代分析技术的成熟和完善密切相关. 近半个世纪以来,实验地球化学的不断成长壮大,极大促进了传统地球化学乃至整个地球科学相关领域的发展. 在未来的10到20年内,实验地球化学有望在以下3个方面进一步加强和取得重要科研成果:（1）深部地球和早期地球;（2）挥发分和地球宜居性;（3）行星形成演化实验模拟.      

熔体包裹体挥发分应用的研究进展

挥发分(例如H2O、CO2、F、Cl和S)是地幔的重要组成部分,虽然它们在地幔中的含量很低,但是在地幔熔融和熔体演化、地幔不均一、地幔流变学、地幔地震特性和电导率等研究方面具有重要作用。对矿物熔体包裹体和玻璃挥发分的研究已经成为当前的研究热点。其中,熔体包裹体研究凭借其独特的优势成为研究地幔和岩浆挥发分组成的重要手段。熔体包裹体直接捕获了矿物形成时岩浆中的成分,且由于寄主矿物的存在使得熔体包裹体能够保持独立演化而不受外界环境影响,因此能够较为完整地保存岩浆中的挥发分信息。同时,研究熔体包裹体中的挥发分是恢复岩浆喷发前挥发分含量最直接的途径。如果通过现代分析方法(如扫描电镜、电子探针和离子探针等)对熔体包裹体进行详细的岩相学观察以及对后期可能影响熔体包裹体原始挥发组分的作用(地壳混染、岩浆去气、扩散和水化作用)进行评估,并结合实验研究熔体包裹体被捕获后发生的变化而对数据进行矫正,那熔体包裹体对研究岩浆体系中的挥发分将大有可为。基于此,本文系统介绍了熔体包裹体挥发分研究的现状及主要研究内容,主要包括熔体包裹体挥发分的测试方法、挥发分在岩浆中的溶解度、判断挥发分数据可靠性和挥发分研究的经典应用等4个方面。     

铀钍的地球化学及对地壳演化和生物进化的影响

本文论述了在含挥发份和贫挥发份条件下Ｕ、Ｔｈ的迁移行为及其对地球和行星演化的影响,并阐述了造成地球独特地质演化历史的原因。提出了Ｕ、Ｔｈ在地球中的迁移模式以及该模式对地壳形成、演化的控制作用和对生物发展演化的可能影响。     

交代岩石圈地幔与金成矿作用

交代岩石圈地幔与大型金矿床之间的成因联系受到越来越多的关注.研究成矿金属在地幔源区的富集程度和幔源岩浆中的金含量,以及金从地幔源区释放、迁移并大规模富集成矿的机制和过程可以帮助我们更好地认识交代岩石圈地幔对金富集成矿的重要作用.金是高度亲铜元素,同时还具有流体活动性,在地幔岩浆作用、岩浆热液演化和富集成矿等诸多过程中的行为较为复杂.主要从金的地球化学行为出发,通过梳理金在各类地幔岩石和幔源岩浆中的分布,以及岩浆热液中金的主要行为及其受控因素,探讨交代岩石圈地幔对巨量金成矿的关键控制机制.主要认识包括:（1）交代岩石圈地幔可能是形成大规模热液型金矿床的重要源区,但金在源区的异常富集可能并不是成矿的必要条件;（2）地幔交代组分（特别是挥发分）有助于金从地幔源区中有效释放、并通过跨岩石圈尺度的深大断裂迁移富集;（3）富挥发分的岩浆热液中金的富集沉淀过程远比一个富金的地幔源区对大规模金成矿作用的贡献更大.因此,深刻理解岩石圈地幔长期演化过程中金在地幔交代和岩浆-热液演化过程中的行为与富集机制是解析大型金矿床成因的关键.