论大陆岩石圈形成过程中的克拉通化阶段

流体控制着地球系统中质量和能量的传输。流体岩石反应过程在岩石圈中是十分普遍的现象。在流体流动体系中 ,流体在岩石裂隙中通过平流、扩散、水动力弥散和动力学弥散等方式进行输运并与岩石发生同位素交换反应。文章首先对封闭体系、“封闭”体系、开放体系以及缓冲体系中的同位素交换模型进行了简单讨论 ,然后在讨论氧同位素动力学交换机制的基础上 ,建立了平衡交换模型和动力学交换模型。结合流体流动的归一化速率、弥散系数和流体岩石的反应速率等变量 ,对流体岩石交换反应的流体运动方程中的Peclet数和Damk¨ohler数进行了讨论 ,并详细解释了它们在流体岩石交换反应过程中的物理意义和地质用途。     

Lu-Hf同位素体系及其岩石学应用

Lu-Hf是近几年来发展极为迅速的一门同位素定年和地球化学示踪技术。本文对这一同位素体系的发展历史、岩石学应用和存在的问题进行了全面的评述,对目前常见的样品溶解、质谱测定和激光剥蚀技术进行了全面介绍。虽然Lu-Hf同位素的发展历史可划分为TIMS、hot-SIMS、MC-ICPMS三个阶段,但MC-ICPMS仪器的出现,使Hf同位素发展速度明显加快。在介绍了Lu-Hf同位素的基本地球化学行为和基本原理之后,本文对这一同位素体系在岩石学上的应用作了全面的介绍,内容包括含石榴石和磷灰石岩石的同位素定年、早期大陆地壳形成与演化、不同端元地幔的性质及成因、岩浆作用过程的Hf同位素鉴别、区域地球动力学演化、变质作用过程中的Hf同位素变化等。最后对Lu的衰变常数、测定标准(JMC475溶液和固体锆石/斜锆石标准)的Hf同位素组成及Hf同位素的封闭温度等问题进行了讨论。     

大别山超高压榴辉岩和花岗片麻岩中锆石Lu-Hf同位素研究

对大别山超高压榴辉岩和花岗片麻岩进行了锆石Lu-Hf同位素分析,结果为原岩来源提供了制约,表明扬子陆块在Rodinia超大陆裂解时的裂谷岩浆活动中发生了显著的陆壳生长。对这些锆石的不同区域进行的U-Pb和Lu-Hf同位素分析和比较表明,不同成因的锆石在~(206)Pb/~(238)U年龄、初始Hf同位素组成、Th/U及Lu/Hf比值等方面具有明显的差异。与年龄较老的岩浆核部和幔部相比,年轻的变质增生边具有低的Th/U和Lu/Hf比值但高的ε_(Hf)(t)值。不同成因锆石的Th/U和Lu/Hf比值存在着正相关性,表明变质作用对锆石的U-Th-Pb和Lu-Hf同位素体系有着相似的影响。高级变质作用有时能够引起岩浆锆石增生边~(176)Hf/~(177)Hf比值的显著升高,导致变质新生颗粒或增生边类似于新生地壳的高ε_(Hf)(t)值假象。对榴辉岩和片麻岩锆石核部的分析发现,镁铁质和长英质原岩在大约750Ma左右形成一个双峰式火山岩套,另外包含少量的年龄约为2.15Ga的陆壳。初始Hf同位素组成可分成两组:第一组具有正的ε_(Hf)(t)值,为5.9±0.9～12.9±0.7;第二组ε_(Hf)(t)值在零左右,为-4.3±0.5-2.3±0.3。正的ε_(Hf)(t)值与较年轻的模式年龄相对应,负的ε_(Hf)(t)值与古元古代模式年龄相对应。前者表明,在扬子陆块北缘裂谷岩浆作用将亏损地幔物质加入到大陆地壳中,同时在新元古代中期的裂谷构造带中存在同时期的壳-幔相互作用。因此,在扬子陆块北缘新元古代中期裂谷岩浆活动中,既有新生地壳生长和即时再造,也有古老地壳再造。     

花岗岩成因研究的若干问题

花岗岩是大陆地壳的重要组成,是地质学研究的重要课题。本文对当前花岗岩研究中的几个重要问题进行了讨论,内容包括:(1)花岗岩的成因分类,(2)花岗岩浆起源的温度与压力条件,(3)结晶分异作用与花岗岩成分变化,(4)花岗岩成因与壳幔演化,(5)花岗岩形成的构造环境等。通过分析认为,高分异花岗岩成因类型的确定是比较困难的,在有些情况甚至不可能准确分类。花岗岩的锆饱和温度和锆石钛温度计可对花岗岩浆形成的温度提供重要信息,但花岗岩浆起源的压力条件确定相对困难。花岗岩主要形成于俯冲带或碰撞造山带后造山的拉张构造背景中,在这两种情况下,挥发份和热的加入可使地壳发生部分熔融而形成花岗岩。本文还对我国近年来花岗岩研究的进展情况做了概要性叙述,并就我国东部中生代花岗岩研究的近期突破问题进行了分析。     

皖南蓝田组碳酸盐岩碳和氧同位素地球化学研究

为了认识新元古代雪球地球事件之后地球表面气候和环境的变化,前人对华南震旦系地层中的陡山沱组和灯影组灰岩进行了大量的古生物地层学和稳定同位素地球化学研究,特别对碳同位素漂移与冰期之间的对应关系提出了很多假说和模型.本文就出露在皖南地区的震旦系蓝田组灰岩进行了方解石和白云石的碳氧同位素分析,分析结果为其沉积环境研究提供了重要的地球化学依据.     

苏鲁造山带东北端超高压变质花岗岩中低δ18O值锆石的发现

大别-苏鲁造山带是扬子陆块与华北陆块之间在三叠纪时期俯冲碰撞所形成的超高压变质带.     

氢氧化物族矿物的氧同位素分馏

应用增量方法计算了氢氧化物族矿物的氧同位素分馏,得到常见氢氧化物的18O富集顺序为：褐铁矿＞三水铝石＞针铁矿＞水镁石＞硬水铝石。氢氧化物与其对应的氧化物相比显著地富集18O。三价阳离子的氢氧化物和氧化物的18O富集顺序为：M（OH）3＞MO（OH）＞M2O3。Al（OH）3同质多象变体之间也存在一定的分馏。对于石英-氢氧化物、方解石-氢氧化物和氢氧化物-水体系,本文计算提供了在0-1200℃温度范围内三组内部一致的分馏系数方程。这些理论校准与合成实验结果和／或地表温度下的天然样品相吻合,特别针铁矿、勃姆石和硬水铝石与水之间的氧同位素分馏关系能够满足地质测温的要求。因此,对氢氧化物-水体系的氧同位素分析可望提供表生环境下可靠的地质温度计。     

13X分子筛活化及其对氧气转移时吸附/解吸过程中氧同位素分馏效应的研究

在激光BrF5法分析硅酸盐和氧化物矿物的真空提取流程中,通常采用氧气作为工作气体来测定样品的氧同位素组成。这需要使用分子筛吸附并转移氧气到质谱进样系统,而分子筛的活化对于有效吸附和解吸氧气至关重要,否则会引起分析过程中的氧同位素分馏。通过采用13X分子筛进行多组实验分析,笔者发现用不同活化程度或中毒失活分子筛沸石转移时可能存在氧同位素分馏。在低温下分子筛是不能够活化的(或活化不完全),吸附能力很低,所测定的δ18O值是波动的。在200℃马弗炉中预加热24h,然后迅速转移到温度为100℃、真空度为10-3Pa系统中加热12h的分子筛,对氧气吸附能力很强,氧同位素分析的绝对误差为±0.05‰(1σ),能够满足地球化学氧同位素分析的要求。如果分子筛受BrF5污染,其吸附能力大为降低,测定的δ18O值呈下降趋势,氧同位素分馏高达0.7‰。如果分子筛受水汽污染,质谱接受电压不断地降低,存在解吸温度下的再吸附过程,测定δ18O值呈上升趋势。因此,分子筛在使用前要在适当条件下的活化,在发现污染或测量值发生波动变化时要及时更换,否则难以保证氧同位素分析数据的可靠性。     

长江中下游中生代安山质火山岩记录的新元古代大洋板片-地幔相互作用

大陆弧安山岩的形成是大洋板片向大陆边缘之下俯冲的结果,但是在具体形成机制上存在很大争议.针对这个问题,对长江中下游地区中生代安山质火山岩及其伴生的玄武质和英安质火山岩进行了系统的岩石地球化学研究,结果对大陆弧安山质火成岩的成因提出了新的机制.分析表明,这些岩石形成于早白垩世,它们不仅表现出典型的岛弧型微量元素分布特征,而且具有高度富集的Sr-Nd-Hf同位素和高的放射成因Pb以及高的氧同位素组成.通过全岩和矿物地球化学成分变化检查发现,地壳混染和岩浆混合作用对其成分的富集特征贡献有限,而其岩浆源区含有丰富的俯冲地壳衍生物质才是其成分富集的根本原因.虽然这些火山岩的喷发年龄为中生代,但是其岩浆源区形成于新元古代早期的华夏洋壳俯冲对扬子克拉通边缘之下地幔楔的交代作用.大陆弧安山岩地幔源区中含有大量俯冲洋壳沉积物部分熔融产生的含水熔体,显著区别于大洋弧玄武岩的地幔源区,其中只含有少量俯冲洋壳来源的富水溶液和含水熔体.正是这些含水熔体交代上覆地幔楔橄榄岩,形成了不同程度富集的超镁铁质-镁铁质地幔源区.在早白垩纪时期,古太平洋俯冲过程的远弧后拉张导致中国东部岩石圈发生部分熔融,其中超镁铁质地幔源区熔融形成玄武质火山岩,镁铁质地幔源区则熔融形成安山质火山岩.因此,大陆弧安山岩成因与大洋弧玄武岩一样,可分为源区形成和源区熔融两个阶段,其中第一阶段对应于俯冲带壳幔相互作用.      

高灵敏度元素分析仪-连续流同位素质谱法对硅酸盐岩中碳及碳同位素组成的精确测定

硅酸盐岩中含有微量的碳,对其精确地分析可以示踪流体的来源和形成过程。元素分析仪-同位素质谱方法(EA-IRMS)是一种使用样品量小、快速的分析方法,本文将EA-IRMS技术应用于硅酸盐岩中微量碳同位素组成的测定,基于一系列条件实验,确认了硅酸盐岩中微量碳分析的EA-IRMS连续流方法的关键条件参数。标准物质选择和归一化处理使用以下方法:(1)选择较宽碳同位素组成范围且合理的碳同位素分布的标准物质,以高纯石英粉末与之混合来模拟天然样品中的基质。(2)利用与样品类似含量的3个标准物质的测量值和标准真值建立校准曲线,对天然样品的测量值进行标准化,从而实现了对硅酸盐岩中低至600!g/g微量碳含量和同位素组成的精确测定。用国家标准物质GBW04416作为未知样品检验了不同含量下拟合的线性方程,在碳含量不低于600!g/g时,标准偏差分别约为0.02‰、0.04‰、0.05‰、-0.07‰、0.11‰;在MERCK+USGS24混合物中,测量的δ13C值在标准误差范围内与理论值是一致的。因此,对于碳含量不低于600!g/g的30 mg硅酸盐岩样品,本方法能够获得高精准度的碳同位素分析结果。根据不同碳含量的标准混合物的峰面积(峰强度)和相对应的含量所建立的线性曲线获得样品的碳含量,碳含量的分析误差在10%以内。