大别—苏鲁地区超高压变质榴辉岩的氦同位素地球化学研究

大别—苏鲁地区榴辉岩的~3He/~4He比值大部分位于0.056～0.67 Ra之间,在~3He-~4He图上位于陆壳氦与地幔氦的混合部位。碧溪岭榴辉岩的~3He/~4He比值相对较高,为5.6Ra,具幔源岩石的特点。榴辉岩的~3He含量变化较小,大部分位于1.04×10~(-12)～4.94×10~(-12)cm~3STP/g的范围之内,~4He含量变化相对较大,0.28×10~(-6)～30.47×10~(-6)cm~3STP/g;~3He/~4He值较高的样品,~4He含量相对较低;~3He/~4He值较低的样品,~4He含量相对较高。这表明榴辉岩中放射性成因~4He的积累对其~3He/~4He值有重要的影响;榴辉岩形成时的初始~3He/~4He比值较测量值应更高一些,可能更接近地幔氦的分布范围;榴辉     

粤北诸广南部铀矿田流体包裹体的氦氩同位素组成及成矿流体来源示踪

粤北诸广南部铀矿田是我国重要的花岗岩型铀矿产地之一,有关诸广南部花岗岩型铀矿田的成因,多年来一直存在较大的争议。本文以诸广南部铀矿田典型铀矿床成矿期萤石、方解石和黄铁矿中流体包裹体为测试对象,研究了成矿流体的He、Ar同位素地球化学。研究表明,萤石流体包裹体的~3He/~4He比值为0. 021～0. 186Ra,~(40) Ar/~(36)比值为298. 4～2515. 7;方解石流体包裹体的3He/4He比值为0. 027～0. 209Ra,~(40) Ar/~(36)比值为295. 9～327. 2;黄铁矿流体包裹体的3He/4He比值为0. 021～1. 543Ra,~(40) Ar/~(36)比值为326. 9～1735. 1; He-Ar同位素系统显示成矿流体的3He/4He比值略高于地壳氦同位素特征值(0. 01～0. 05Ra),但低于幔源氦同位素特征值(6～9Ra),~(40) Ar/~(36)比值接近或高于大气氩的同位素组成(~(40) Ar/~(36)=295. 5),成矿流体为壳-幔混合来源。结合H-O、He-Ar、C和Sr等多元同位素证据表明,成矿流体由两个端元组成:一是含有一定放射性成因Ar的大气降水的地壳流体,二是含幔源He的地幔流体。进一步研究表明,受NNW向断裂控制的棉花坑、书楼丘、长排等铀矿床受地幔流体影响比较大,而受NE向断裂控制的蕉坪、东坑、烟筒岭铀矿床受大气降水影响比较大。     

辽河盆地黄沙坨油田原油中氦同位素的来源及其地质意义

辽河盆地黄沙坨油田原油样品中氦、氖和氩稀有气体同位素值的测试研究结果显示：①黄沙坨油田原油中稀有气体3He/4He(Rc)分布于2.61×10?6~3.50×10?6, 平均3.06×10?6, 具有幔源氦混入的特征, 幔源氦的侵入份额为20.13%~30.24%, 表明该区具有切割至上地幔的深大断裂;②据3He/4He计算, 辽河盆地黄沙坨油田大地热流值分布于75.3~77.3 mWm?2之间, 平均76.4 mWm?2, 与我国中部、西部盆地相比该地区具有较高的大地热流值, 对有机质的成熟与成烃较有利;③上述研究结果表明原油氦同位素的研究与天然气中氦同位素的研究相似, 可为大地构造背景、大地热流、油气来源和演化判识等方面的研究提供有益的科学 信息。     

下地幔的氦化合物—FeO2He

氦(He)元素是地球上的稀有元素之一,宇宙中其含量仅次于氢,但由于其化学惰性不能像氢元素一样与其他元素反应生成稳定的化合物,因此只有少量的地球形成初期保留下来的原始氦气存在于大气中。然而,科学家们发现有氦气从地幔俯冲带喷发出来(比如洛杉矶金施,Newport-Inglewood断层带)。因此推测地幔中可能存在氦的化合物。尽管如此,科学工作者一直未发现含有He元素的矿物,甚至在地幔温度压力下也未合成相关的含有氦元素的化合物。     

新疆准噶尔北缘索尔库都克铜钼矿氦-氩同位素组成及地质意义

索尔库都克铜钼矿床位于准噶尔北缘,矿体呈似层状、透镜状、脉状产于中泥盆世北塔山组安山岩和矽卡岩中。采用稀有气体同位素质谱法,对矿床中绿帘石矽卡岩、安山岩和矿石3种产状的黄铁矿中流体包裹体氦和氩同位素组成进行测试分析。测试结果显示,黄铁矿中流体包裹体的4He含量为(0.882 1~13.341 0)×10-8cm3STP/g,3He/4He为0.88~1.76 Ra(Ra为大气中的3He/4He,Ra=1.4×10-6),幔源He占13.27%~26.93%,表明成矿流体中氦主要来源于地壳。40Ar含量为(4.237 6~13.970)×10-8cm3STP/g,40Ar/36Ar为301.07~331.55,40Ar*含量占1.71%~10.87%,表明成矿流体中Ar主要来源于大气降水。3种产状的黄铁矿中氦、氩同位素组成及特点相似,结合矿床流体包裹体和稳定同位素研究,认为成矿流体来源于壳-幔相互作用的岩浆流体和大气降水,矿床的形成与安山岩和矽卡岩关系密切,暗示矿床成因为矽卡岩型。     

最热的地幔柱才能携带具有原始~3He/~4He同位素特征的物质

<正>来自热点(hot spot,如夏威夷和冰岛)的火山熔岩往往携带原始的、异常高的~3He/~4He值信号。高~3He/~4He值的物质通常被认为来自于地球深部,在由地幔柱造成的热点地区,深部来源的地幔柱将高~3He/~4He的物质携带到了浅部。这个长期被接受的解释存在的一个问题是:在有些地幔柱存在的热点地区,火山岩的3He/4He值都是低的,甚至低于源自上地幔的大洋中脊玄武岩(MORB)。     

大别山超高压变质榴辉岩的氦同位素组成及对其形成环境的制约

大别山地区榴辉岩全岩的3He/4 He值分布在0 .0 13×10 - 6 ～0 .76 0×10 - 6 之间,平均0 .2 0 0×10 - 6 ,榴辉岩中石榴子石单矿物的3He/4 He值与其全岩的3He/4 He值基本一致。在3He—4 He分布图上榴辉岩的氦同位素数据点远离地幔氦的分布范围,而位于大气氦与地壳氦的过渡部位。采用真空压碎方法对榴辉岩中石榴子石和绿辉石的氦同位素组成进行了分析,也未找到地幔氦的明显踪迹。结合大别—苏鲁地区榴辉岩中极低的δ1 8O值、εNd(0 )值等地球化学特征,提出大别—苏鲁地区超高压变质榴辉岩可能是在地壳中形成的,并未曾俯冲至10 0多千米的地幔深度。榴辉岩的3He/4 He值与围岩类型密切相关,榴辉岩的δ1 8O值与围岩的δ1 8O值同步变化,以及含柯石英大理岩、片麻岩和硬玉石英岩等非基性超高压变质岩和脉状榴辉岩的发现,均证明榴辉岩与其围岩一起经历了超高压变质过程,榴辉岩及其围岩在变质过程中未发生明显的位移,即榴辉岩是原地成因的。     

黑龙江三道湾子金矿Au-Ag-Te系列矿物特征及其成矿流体

本文采用光学显微镜、扫描电镜和电子探针对黑龙江省三道湾子金矿中Au-Ag-Te系列矿物碲银矿、碲金银矿、针碲金银矿、斜方碲金矿和碲金矿进行了详细的矿物学研究,本次研究还发现Au2Te的存在。碲化物矿物多呈粒状或脉状分布于石英或硫化物矿物的裂隙中。Au-Ag-Te系列矿物中,Au含量与Ag含量呈负相关性,与Te含量呈弱的负相关性。结合Au-Ag-Te成分共生图解及镜下特征对金银碲化物矿物共生组合进行分析表明Te优先与Ag结合形成碲银矿或碲金银矿,只有成矿流体中Ag被大量消耗后,Te才与Au结合形成针碲金银矿、斜方碲金矿、碲金矿,最后当成矿流体中Te也被大量消耗后,Au才会形成自然金。氦、氩同位素研究表明石英—黄铁矿阶段流体包裹体中3He/4He值为0.01～0.03Ra,金银碲化物阶段3He/4He值为0.08～1.04Ra,指示金银碲化物阶段有大量地幔物质参与。     

新疆阿尔泰南缘克因布拉克铜锌矿床成矿流体的氦-氩同位素示踪

克因布拉克铜锌矿床赋存于二长花岗岩外接触带的上志留—下泥盆统康布铁堡组黑云石英片岩、变质石英砂岩中,矿体呈似层状、透镜状及脉状。本文对铜锌矿石中的黄铁矿流体包裹体氦和氩同位素组成进行了研究。黄铁矿中流体包裹体的4He含量为0.241×10-7~5.288×10-7cm3STP/g,Rc/Ra值为0.95~1.89,幔源He的含量为14.1%~28.8%,表明成矿流体中氦主要来源于地壳,存在幔源氦的加入。40Ar含量为4.345×10-8~7.752×10-8cm3STP/g,40Ar/36Ar比值变化于302.10~436.96,40Ar*含量为2.2%~32.4%,表明成矿流体中存在含有放射性成因氩的大气降水加入。结合矿床地质特征及氢、氧、碳、硫同位素特征,认为成矿流体来源于高温深源壳幔混合成因的岩浆流体,具大气氩同位素组成特征的低温大气降水。     

内蒙古白乃庙铜-金-钼矿床成矿机制——来自流体包裹体和He-Ar同位素的证据

白乃庙铜-金-钼矿是华北板块北缘中段一个重要矿床,其矿化特征既显示斑岩型蚀变特征,同时又表现出明显的后期造山作用改造的特点。本次研究通过系统的流体包裹体显微测温、激光拉曼和气液相色谱分析揭示其成矿流体为中—低温、中低盐度的CO_2(CO)-H_2O-CH_4(C_2H_2+C_2H_4)-NaCl-CaCl_2体系,流体混合作用和CO_2逃逸为成矿主要因素。富还原性流体的存在可能促使气相流体携带大量的Cu、Au等成矿元素迁移至较远点的白乃庙群地层,沿着片理或裂隙沉淀成矿。对不同成矿阶段矿石中黄铁矿的He-Ar同位素组成测试结果显示白乃庙矿床黄铁矿流体包裹体的~3He/~4He比值在0.06~0.71Ra之间,~(40)Ar/~(36)Ar比值为375.5~1436.3,指示成矿体系由不同性质和组成的两个端元流体混合而成,即混入了类似于MORB型地幔端元的高温高盐度流体和富含地壳放射成因氦但具有空气氩同位素组成特征的低温大气降水。白乃庙矿床属受后期造山作用改造的斑岩型铜-金-钼矿床,形成于古亚洲洋板块持续向南俯冲背景。     

云南兰坪盆地西缘脉状铜矿床富CO_2流体来源的He和Ar同位素证据

兰坪盆地西缘广泛发育大量沉积岩容矿脉状铜矿床,这些脉状铜矿床的成矿流体以普遍存在大量富CO2流体包裹体为特征,这在整个兰坪盆地是十分罕见的,显著区别于盆地流体成矿系统主导成矿的Pb-Zn矿床。为探明这种富CO2流体的来源,本文首次报道了盆地西缘2个代表性脉状铜矿床(连城、金满)主成矿阶段形成的黄铜矿、黄铁矿的He和Ar同位素组成的研究结果。结果表明,2个矿床不同样品流体包裹体中3He/4He比值变化较小,介于0.01~0.07 Ra之间,明显区别于幔源氦的3He/4He特征值(6~9 Ra),而与壳源氦的3He/4He特征值(0.01~0.05 Ra)极其一致;40Ar/36Ar比值变化较大,介于305~1142之间,明显高于大气中的40Ar/36Ar比值(295.5)。结合矿床地质、流体包裹体及H、O同位素地球化学特征,认为兰坪盆地西缘脉状铜矿床中富CO2的成矿流体以混有少量饱和大气水的地壳流体为主,没有明显的幔源流体参与。     

德国大陆地壳的幔源流体

对德国地质特征不同的地区,一系列化学特征各异的地下水所携带的He、C和Sr同位素的详细研究,查明来自莱茵河地块、莱茵地堑和黑森林区的样品中的~3He/~4He比值(R)是大气层中该值(R_a=1.4×10~(-6))的0.09~5.8倍。最高的C(R/R_a)值产生于东艾菲尔地区(5km×25km)的一个狭长地带现存的氦100%的是幔源的。最低的C     

对地幔热流和3He相关性的解释

地幔的热液主要通过海底的喷气孔喷入到海洋中。20世纪70年代科学家发现这些热液中含有高的3He/4He比值，约为大气的3He/4He比值（Ra)的8倍，和洋中脊玄武岩（MORBs）的3He/4He比值类似。而且，其热流量与原始热液中的3He含量成线性正比关系。例如，Jenkins(1978)等曾观测到加拉帕戈斯裂谷海低热气喷气孔中3He的浓度与温度之间明显的相关性，求得3He/heat=1.57×10-17 mol/J。另外从21°N东太平洋山脊喷气孔的350℃热水中的3He含量为饱和水中的2200倍，但求得的3He/heat比值同加拉帕戈斯裂谷的值相近似。这表明3He/heat比值在不同地区和不同的温度范围内大致保持恒定。热量和3He的相关性表明，喷出的氦和流出的热量可能属于同一来源。 依据现在的观点，认为3He是原始的，即地球生成时就存在于地球内部。地球内部的热能是在地球生成后期或生成后产生的，归因于放射性核素238U,235U,232Th和40K衰变。但是从放射性衰变看不出3He与热流的直接关联。 此外，在大洋的玄武岩和喷出的火山岩等来自地幔的岩石中，除了含有较稳定的高3He/4 He比值（约8Ra）外，地幔原始水中氖有低δD值，约为-80。即水的D/H比值较标准的大洋水（SMOW）的D/H比值低约80‰。目前将这低的δD值看作地球生成时地幔中的原始水成分。 根据上述事实，笔者认为地球内部可能存在核聚变，即D(d,p)T(β)3He或P(d,γ)3He反应。通过核聚变可以使热液能量与3He成正比关系，高的3He/4He比值，以及低的δD值三者相互统一起来。通过对地球内部核聚变可能性进行初步探索，计算了由P-d反应产生的热量，结果总热流量为3. 8×107 MW。这一数据支持Jenidns等和Sclater等估算的从地幔流人海洋热流量分别为6.5×106 MW和4.2×106 MW，也表明笔者的数据是合理的。另外，对假设P(d,γ)3He的反应率作了计算，其值为5.8×10-19 /D·sec。 是什么核反应机制促使地球内部可能发生这种核聚变？笔者认为，地幔中的核聚变是在某种条件下促使氢分子中的两原子间发生，很可能主要是P-d反应，目前正在研究中。     

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。     

河北汉诺坝新生代玄武岩中幔源包体和高压巨晶的氦同位素地球化学研究

对该地区新生代玄武岩中幔源包体和高压巨晶的氦同位素进行了初步研究。幔源包体中橄榄石的3 He 4 He值为 (0 .15～ 7.4)× 10 - 6,较MORB值明显偏低 ,甚至低于大气的值 ,说明该地区曾发生过强烈的地幔交代作用。高压巨晶辉石和石榴子石的氦同位素组成与此明显不同 ,其3 He 4 He值为 (5 .7～ 2 4.3)× 10 - 6。提出幔源包体和高压巨晶不是同源的 ,二者可能与寄主玄武岩均无必然成因联系。在汉诺坝地区一件石榴子石巨晶中还发现了异常高的3 He 4 He值。     

柴达木盆地北缘富氦天然气的发现——兼议成藏地质条件

在柴达木盆地北缘全吉山、团鱼山地区的煤炭钻孔和泥页岩解吸气中发现了体积分数较高的氦气显示。对2个地区的6件样品进行甲烷C同位素和He同位素分析,其中2个样品的δ13C1值分别为-38.4‰和-39.9‰,属于有机成因。4个样品的3He/4He同位素测试结果在0.03×10-6~1.3×10-6之间,表明氦气来源以壳源氦为主,个别样品有少量幔源氦加入。通过区域背景资料和物探资料分析认为,柴北缘壳源成因的氦可能主要来源于基底富U、Th花岗岩体的放射性衰变,而柴北缘的山前深大断裂则可为氦的运移提供良好通道。氦气产生后,在垂向运移过程中结合其他烃类或非烃类气体,在侏罗系、古近系—新近系良好的储盖条件下,有可能形成独特的富氦天然气富集。     

论兰坪盆地白秧坪铜(钴)矿床成因的氦氩同位素证据

对兰坪盆地白秧坪铜钴矿床围岩及流体包裹体的研究揭示,蚀变围岩中存在锂元素的高浓集异常,相对于上地壳值(20×10-6)平均富集系数为14.55;在成矿早阶段(主成矿阶段)的流体包裹体中,Li+的含量占阳离子总量的20%以上;在假定锂的丰度同地壳一致的前提下,前人依据白秧坪铜钴矿床矿物流体包裹体中He和Ar同位素值,得出成矿流体中有幔源氦加入的结论。但由于核反应6Li(n,α)3He的存在,其3He/4He值异常于正常地壳值的原因是由于矿区存在锂的元素高浓集。故笔者认为,尚无确切证据推断白秧坪铜钴矿床成矿流体中及成矿过程中有幔源氦的参与。     

中条山地区铜矿壳源流体成矿：来自铜矿峪、胡家峪流体包裹体氦、氩同位素的证据

山西中条山地区是我国重要的铜成矿带,发育铜矿峪斑岩型铜矿和“胡(家峪) 篦(子沟)”型铜矿。本文对铜矿峪铜矿的黄铁矿和黄铜矿、胡家峪铜矿的黄铁矿开展了流体包裹体中的He、Ar同位素组成研究。铜矿峪黄铁矿、黄铜矿流体包裹体中的 4 He含量为46. 23×10 -8 ~1195. 75×10 -8 cm 3 STP/g, 3 He/ 4 He比值为0. 01~0. 06Ra, 40 Ar含量为1. 69×10 -8 ~74. 11×10 -8 cm 3 STP/g; 40 Ar/ 36 Ar为407~2327. 8。胡家峪黄铁矿流体包裹体中 4 He含量为314. 06×10 -8 ~3815. 87×10 -8 cm 3 STP/g; 3 He/ 4 He为0. 003~0. 014Ra , 40 Ar含量为25. 62×10 -8 ~761. 51×10 -8 cm 3 STP/g; 40 Ar/ 36 Ar 值为936. 1~4108. 6。中条山地区铜矿床 3 He/ 4 He值明显指示壳源He特征,铜矿峪、胡家峪样品中幔源He的含量介于0~0. 56%之间,幔源He对成矿的贡献可忽略不计。在成矿流体的 40 Ar/ 36 Ar- 3 He/ 4 He和 40 Ar*/ 4 He 3 He/ 4 He关系图解中所有样品均投点于壳源流体区域,显示Ar为地壳来源。因此,中条山地区大规模成矿作用以壳源流体成矿为主,并未发现幔源流体参与成矿的踪迹。     

中国大陆科学钻探主孔0～2000米流体剖面及流体地球化学研究

地下深部流体的来源与演化的研究已成为国际地球化学领域的探索前沿和研究热点之一，中国大陆科学钻探(CCSD)为开展深部流体地球化学研究提供了珍贵的样品，构建了探索地下流体的研究平台。中给出了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔He、Ar、N2、O2、H2、CH4、CO2流体地球化学剖面。CCSD主孔CH4浓度的变化与H2浓度的升降没有显相关性；CO2浓度的变化与钻井条件下的氧含量无显相关性；CO2浓度与CH4浓度的关系有三种情况：CO2浓度与CH4浓度不相关、CO2浓度与CH4浓度负相关、或CO2浓度与CH4浓度正相关；氦浓度的增加与CO2和CH4浓度的上升呈现一定的正相关。大气中N2、O2、Ar浓度太高，掩盖了井中N2、O2、Ar气体组分浓度变化，通常情况下N2、O2、Ar浓度变化难以作为深源气体的判据。CCSD流体与KTB流体中氧．氮关系基本一致，氧、氮线性相关(r=0.97)，表明这两种气体主要来源于大气。KTB中的CH4与乙烷、N2表现出非常强的线性关系，而在CCSD流体中CH4与乙烷、N2之间不存在线性相关性。两个地区间的流体成因、围岩相互作用机理等方面可能有所不同。在CCSD主孔中，目前已发现存在大量的CO2，及少量CO、CH4、C2H6、C3H8、C4H10和He、N2等气体。已确定300～2000米主孔出现多处来自于地下的气体异常，包括甲烷和C2～C4等烃类气体，一氧化碳与二氧化碳，稀有气体氦。根据流体各组分间相关性研究，可以判定异常中氧主要来源于大气，N2、Ar和CO2有一部分源于大气，一部分来源于地下。在流体显异常时，甲烷等烃类气体、氦、一氧化碳和绝大部分CO2来源于地下。出现显地下流体异常处，在岩石中存在裂隙、晶洞、破裂面、断层；它们作为流体迁移通道或存储空间，可能是流体存在的必要条件。某些CO2和He气异常与碳酸盐和铀矿石等围岩密切相关。     

五大连池火山区气体地球化学特征

根据泉(池)水中气体的组分和同位素组成,讨论了我国黑龙江省五大连池火山区气体的来源和运移。1997年8月从五大连池火山区泉(池)中采集了9个气、水样品,同年9月测定了游离气和水溶气的气体组分,氦同位素比值和二氧化碳的δ~(13)C值。气体以CO_2为主,多数样品的CO_2浓度大于80％。He和CH_4的浓度变比范围大,分别为(0.7～380)×10~(-6)和(4～180)×10~(-6)。~3He/~4He值分布在(1.05～3.2)Ra(Ra=1.4×10~(-6))。~4He/~(20)Ne值均大于大气中的值,分布在0.45～1011之间。CO_2的δ~(13)C值与地幔或岩浆CO_2的值一致,为-9.6％～-4.2％(PDB)。这些地球化学资料表明泉水为渗入地下的大