地球岩石中稀有气体研究进展

简要回顾了90年代以前在地球岩石稀有气体研究领域取得的成果,总结了90年代以来该领域的最新成就,最后指出了存在的问题。     

稀有气体同位素地球化学研究进展

火山玻璃及地幔包体中的稀有气体是地内信息的有效示踪剂,对其研究对追溯岩浆起源、探讨地幔特征与结构等具有重要意义.在此对稀有气体同位素地球化学研究现状、稀有气体在不同构造环境中的表现及其在岩浆起源、成因、地幔结构等方面的探讨,以及对稀有气体在油气、金属矿体、地表水体、测年、地震等灾害中的研究与应用情况进行简述.     

稀有气体同位素示踪成矿古流体研究进展

稀有气体(特别是He、Ar)是一种研究成矿古流体来源的灵敏示踪剂。地球不同圈层的稀有气体同位素具有不同的特征同位素比值。测试样品流体包裹体中的稀有气体同位素值,从测试值中排除掉包裹体形成后各种后生过程对流体初始同位素组成的影响。把得到的结果与前人研究总结的特征值进行比较分析,可以示踪成矿流体来源,从而探讨各种矿床的成矿机制与成矿作用。归纳了近年来用稀有气体同位素来示踪成矿流体的研究进展,概括了其在不同类型矿床中的应用现状,并指出当前该方法存在的问题及发展趋势。     

罗布泊地下卤水中幔源稀有气体及其意义

采集于塔里木盆地东部罗布泊地区的地下卤水中稀有气体具有高于大气的值,显示出有高3He/4He值源区流体的贡献。这揭示了该区域深部存在壳-幔流体相互作用,深部地幔流体可能沿活动构造断裂带(比如阿尔金断裂带)上涌。其卤水释出气的4He/20Ne比值在0.572～2.105,略高于大气值至7倍于大气值,这表明罗布泊的地下卤水对大气是比较开放的,即受到近地表流体或大气的混染。同时,采集于塔里木盆地北缘库车盆地(又叫库车坳陷)的2件样品具有远低于大气的R值,其4He/20Ne比值为585.3～84.8,是大气值的数百倍,说明该区地下卤水源自于构造稳定的深部地壳,近地表流体对卤水的改造不明显而没有强烈地改变其R值。样品的40Ar/36Ar比值均接近于大气值(295.5),这揭示了近地表流体参与了源区卤水的运移与改造,只是库车盆地地下卤水受到近地表流体改造的程度较低。如果扣除大气(来自浅层流体)的混染,那么罗布泊地下卤水的R值将会比实际检测到的值更高,这进一步揭示了地幔流体参与了罗布泊地下卤水的形成演化。中国西北地区具有地壳厚、盆地长期稳定的特点,因此地幔流体活动不易出露于地表,但地幔流体所携带的地幔物源和热源会通过断裂带而影响地壳流体的特征。     

地下水中稀有气体古温度恢复研究进展

地下水中稀有气体的古温度恢复在研究古气候和地下水的补给环境上发挥了较大作用。首先论述了该方法的基本原理及理论和应用两个方面的研究进展;然后分析该方法存在的问题;最后对该方法进行展望。     

稀有气体同位素示踪成矿古流体研究进展

稀有气体（特别是He、Ar）是一种研究成矿古流体来源的灵敏示踪剂。地球不同圈层的稀有气体同位素具有不同的特征同位素比值。测试样品流体包裹体中的稀有气体同位素值，从测试值中排除掉包裹体形成后各种后生过程对流体初始同位素组成的影响。把得到的结果与前人研究总结的特征值进行比较分析，可以示踪成矿流体来源，从而探讨各种矿床的成矿机制与成矿作用。归纳了近年来用稀有气体同位素来示踪成矿流体的研究进展，概括了其在不同类型矿床中的应用现状，并指出当前该方法存在的问题及发展趋势。     

地幔柱稀有气体同位素示踪研究的进展及其意义

利用地幔柱、上地幔和地壳在稀有气体同位素组成方面的明显差异,国际上在对地幔柱进行示踪和判识方面已取得了良好的效果。地幔柱的3He/4He值大于8～8.5Ra(Ra=1.4×10-6),且高于上地幔和地壳值;地幔柱的20Ne/22Ne值大于等于10.8,与上地幔值接近,但地幔柱的21Ne/22Ne值低于上地幔值;地幔柱的40Ar/36Ar值一般明显低于上地幔值;地幔柱的129Xe/130Xe和136Xe/130Xe值普遍高于上地幔和地壳值,且高于上地幔值约10%以上。中国东部新生代地幔岩的3He/4He值总体在上地幔3He/4He端员值(8±1Ra)的上下变化,与地幔柱的3He/4He值差异较大。大火成岩省(LIP)的形成与深部地幔柱的活动有关,峨眉山玄武岩是中国目前唯一被学术界普遍认可的LIP。开展包括峨眉山玄武岩在内的有关地幔柱稀有气体同位素示踪方面的研究,对于深化中国地幔柱领域的研究和推动大陆动力学研究的进程具有重要意义。     

琼东南盆地深水区浅表层水合物稀有气体地球化学特征及意义

琼东南盆地深水区具备形成天然气水合物藏的地质条件,是我国海洋天然气水合物两个勘探开发先导示范区之一。本文选取深水区浅表层水合物为研究对象,基于天然气地球化学、稀有气体地球化学分析,开展了其与深部常规天然气藏的对比研究。结果表明:本次研究的浅表层气体碳同位素与深部常规天然气碳同位素的特征类似,气源主要为深部热成因气,生物气的贡献不明显,气体的成因类型为煤型气,推测气源岩为崖城组煤系烃源岩。轻稀有气体Ar同位素组成显示,气源岩和第三系相关;样品中³He/⁴He值偏高,指示了部分幔源气的贡献。因此,在富生烃凹陷背景下,讨论深部热成因气对水合物成藏具有重要意义,深部热成因气藏与浅层水合物藏在垂向上可以形成立体的天然气藏,为未来的“多气可采”提供理论支持,也有助于提高深水区天然气水合物矿藏开发的经济性。     

新疆阿希低硫型金矿稀有气体同位素地球化学及其成矿意义

阿希是一个赋存在新疆西天山古生代陆相火山岩中的大型低硫型(冰长石-绢云母型)浅成低温热液金矿床.本文利用高真空惰性气体同位素质谱仪测定了阿希金矿黄铁矿中流体包裹体的稀有气体同位素组成,结果显示其~3He/~4He 比值为0.0218～0.138R_a,平均为0.044R_a;~(40)Ar/~(36)Ar 为317.7～866.0,平均为467.3,略高于大气中~(40)Ar/~(36)Ar 比值(295.5);~(20)Ne/~(22)Ne 和~(21)Ne/~(22)Ne 的比值分别为8.08～13.00和0.028～0.063,~(82)Kr/~(84)kr、~(83)Kr/~(84)kr、~(86)Kr/~(84) Kr 的比值分别为0.159～0.278、0.171～0.238、0.280～0.348,~(129)Xe/~(132)Xe 和~(134)XP/~(132)Xe 分别为0.96～1.017、0.401～0.443。流体包裹体~3He/~4He 显示成矿流体来自壳源,不舍幔源 He;流体中除壳源放射性成因~(40)Ar~*外,有大气 Ar 的参与,放射性成因~(40)Ar~*的含量为7.0%～65.9%,平均为29.0%,大气~(40)Ar 的贡献为43.0～93 0%,平均为71.0%,稀有气体同位素组成反映出阿希金矿成矿流体为循环的大气降水。F~(84)Ke 和 F~(129)Xe 值显示流体在成矿作用过程中曾发生过沸腾作用。     

对脉金采样设计及取样方法的探讨

通过对我省部分脉金矿山采取选矿试验样品存在的问题进行剖析和探讨,力求用较少的取样重量,得到有代表性的选矿试样,从而提高选矿试样的代表性。     

惰性气体同位素确定地热流体循环深度

地热系统惰性气体同位素地球化学是地热成因研究的重要手段。许多惰性气体同位素都可用于地热系统的研究中,主要目的为揭示热田的热源性质、深-浅层地热流体的内在联系和循环深度等。本文从惰性气体理化特点、样品采集、测试技术及数据等若干方面介绍了惰性气体研究方法,重点探讨了在自由气和溶解气两种形态下,热泉、喷气孔、热水井不同环境下的惰性气体采样方法,还介绍了成熟的惰性气体同位素的测试方法,即利用磁偏转静态真空质谱计分析测试方法,最后基于世界各地典型地热系统的惰性气体测试数据,讨论地热系统的气体来源判别,不同气源的混合比例计算等,进而确定地热流体循环深度。     

华北东部新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体的流体及稀有气体组成研究

应用热爆裂质谱测量和高温熔融样品释气技术分别测定了山旺、栖霞和鹤壁新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体中的橄榄石颗粒的流体和稀有气体组成.结果表明,鹤壁方辉橄榄岩具低于大气的3He/4He比值0.778Ra和大气成因的Ne、Ar、Kr、Xe组成.三个地区饱满地幔样品均以还原性流体为主,CO2/He、N2/3He、N2/Ar比值分别为（0.62～4144）×109、（2631～64482）×109、269～73467.这些还原型流体偏离典型的幔源流体组成而表现出明显的碳和氮元素过剩,具有大气-地幔-壳源组份混合的特点,反映了大气和富含有机质的壳源组份在新生岩石圈上地幔中的影响.同时,这些饱满地幔样品的Ne、Ar、Kr、Xe具有大气属性,反映了大气型稀有气体在上地幔源区的广泛混染.其中,山旺和栖霞的3He/4He比值分别为（2.91～3.07）Ra、（1.79～4.01）Ra,均高于大气低于MORB,具有交代富集地幔的特点,而鹤壁则具有类似MORB的3He/4He比值（7.03～7.05）Ra.这样的流体和稀有气体组成差别显示华北东部新生岩石圈地幔具亏损MORB型的特点并含壳源组份,且其东缘所含壳源组份比例高于中部,说明华北东部新生岩石圈地幔中有俯冲洋壳组份的记录.     

页岩气藏数值模拟模型研究进展

以页岩油气为代表的低品位油气资源勘探与开发不断取得重大突破,已经成为中国重要的接替性资源。开展页岩气渗流机理和数值模拟模型研究有助于实现页岩气藏开发的动态变化过程,为认识页岩气渗流规律、优化数学模型、产能评价和预测奠定技术基础。围绕页岩气多尺度多流态多重介质下的运移机理,系统地阐述了页岩气数值模拟模型的研究进展,页岩气数值模拟模型可分为等效连续介质模型、离散裂缝网络模型和混合模型,总结了这3类数值模拟模型的优缺点。等效连续介质模型原理简单,追求宏观尺度的等效,忽略了储层内部真实流态,适用于裂缝发育程度低的均质页岩气藏;离散裂缝网络模型准确反映复杂裂缝网络的渗流特征,可以描述高度离散裂缝的形态规律,适用于勘探程度高且裂缝高度发育的页岩气藏;混合模拟模型结合两者的优点,能够准确反映复杂裂缝网络和流体运移规律,在满足计算精度的同时又节约了大量的计算资源,随着计算处理能力的增强,混合模拟模型是今后的发展趋势。最后分析了页岩气藏数值模拟模型中存在的问题,并指出了发展方向。     

Genesis of the Jinding Zn-Pb deposit,northwest Yunnan Province,China: Constraints from rare earth elements and noble gas isotopes

The giant sediment-hosted Jinding zinc-lead deposit is located in the Lanping Basin, northwestern Yunnan Province, China. The genesis of the deposit has long been debated and the sources of the ore-forming fluids and metals are controversial. This study presents rare earth element (REE) and noble gas isotope data that constrain the origins of the ore fluids and the heat source driving the hydrothermal circulation. The early-stage sulfides are enriched in light REEs and have high ∑REE values (30.8–94.8 ppm) and weakly negative Eu (δEu 0.85–0.89) and Ce anomalies (δCe 0.84–0.95), suggesting that the fluids were likely derived from dissolution of Upper Triassic marine carbonates with input of REEs from aluminosilicate rocks in the basin. In contrast, the late-stage sulfides have irregular REE patterns, generally low ∑REE values (0.24–10.8 ppm) and positive Eu (δEu 1.22–10.9) and weakly negative Ce anomalies (δCe 0.53–0.90), which suggest that the ore-forming fluids interacted with evaporite minerals. The ³He/⁴He (0.01–0.04 R_a) and ⁴⁰Ar/³⁶Ar values (301–340) of the ore-forming fluids indicate crustal and atmospheric origins for these noble gases. These findings are in agreement with the published fluid inclusion microthermometry data and the results of H, O, C, S, Pb and Sr isotope studies. Our data, in combination with published results, support a two-stage hydrothermal mineralization model, involving early-stage basinal brines and late-stage meteoric water that acquired metals and heat from crustal sources.     

稀有气体与轻稳定同位素气体地球化学的应用研究

稀有气体与CO2、CH4、N2等气体及其同位素的结合研究是近年迅速发展的研究体系。本文综述了2种体系的同位素指标以及CO2/3He、CH4/3He、N2/Ar等比值指标在地质领域的研究与应用情况,简述了N2、O2等气体与稀有气体在探索地球大气演化模式方面的概况。     

新疆坡北杂岩体西端镁铁-超镁铁质岩体成因的稀有气体同位素制约

新疆坡北镁铁-超镁铁质杂岩体由一个辉长岩体以及二十多个超镁铁质侵入体组成,其中坡一超镁铁质岩体稀有气体同位素组成揭示存在地幔柱的贡献。坡北杂岩体西端的坡一、坡四、坡十和坡十四等几个超镁铁质岩体的稀有气体同位素对比分析结果表明,岩浆矿物的³He/⁴He值（0.26~2.79Ra）分布于地壳与地幔值之间,较高的²⁰Ne/²²Ne和较低的²¹Ne/²²Ne值分布于Ne质量分馏线（MFL）和L-K线之间,⁴⁰Ar/³⁶Ar=295~598。³He/⁴He与⁴⁰Ar/³⁶Ar比值揭示坡北杂岩体西端不同超镁铁质岩体形成过程中地幔（柱）、地壳和大气组分的贡献不同,岩体成因也可能不同。其中,坡一岩体具有地幔柱作用的贡献,其他三个岩体的岩石圈地幔及地壳流体组分的贡献较大。岩浆地幔源区由深部地幔柱物质叠加俯冲流体交代的岩石圈地幔物质所组成,大气与地壳物质组分可能由俯冲再循环洋壳带入到岩浆地幔源区以及围岩物质的混入。     

青藏高原东缘缅萨洼金矿成矿流体地质地球化学特征

缅萨洼金矿位于中国中轴构造带的中南段,青藏高原的东缘,赋存于金河-箐河断裂带次级断裂羊坪子韧性剪切带中本文根据对该矿床硫化物流体包裹体的氦氩同位素、硫化物的硫同位素以及与硫化物共生的石英的流体包裹体特征、成分以及氢氧同位素组成的测定,讨论了缅萨洼金矿的成矿流体来源及其矿床成因。结果显示,该矿床硫化物流体包裹体中的3He/4He变化较小,为0.69-0.82,显示了地幔流体参与成矿作用的可能性。而4He的含量变化范围较大,一般在2.19-10.62×10-6cm3STP/g(方铅矿除外)与3He/4He相比,40Ar/36Ar的比值则变化较小,一般为251-509。而硫化物的δ34S同位素变化范围在-1.8-2.2‰,平均值为0.5‰,说明硫的地幔来源。与硫化物共生的石英的流体包裹体的类型主要有富液相的盐水溶液包裹体、富气相的盐水溶液包裹体、三相CO2包裹体、纯液相CO2包裹体以及有机流体包裹体。成矿流体的氢氧同位素则显示成矿流体来源于岩浆水(或地幔流体)与大气降水的混合流体,本文认为,缅萨洼金矿的成矿流体为地幔流体与大气降水的混合流体,是渐新世印度大陆与亚洲大陆碰撞之后,该地区大规模走滑与剪切作用过程中,局部伸展作用的产物。     

五大连池和宽甸地幔包体的惰性气体同位素特征——MORB型地幔和交代型地幔

黑龙江五大连池科洛和辽宁宽甸的碱性玄武岩中地幔包体的惰性气体同位素的地球化学特征研究表明,东北地区表现了地幔的不均匀性。五大连池地区的地幔包体中的^3He／^4He比为4．5～5．3RA,明显低于MORB的值,具有被交代的大陆富集地幔特征。氩同位素^40Ar/^36Ar比的变化在557～4005。结合玄武岩和地幔包体的矿物学特征和微量元素地球化学特征,显示五大连池地区的岩浆源区可能遭受过来自壳源物质或和古俯冲事件有关的富H2O—CO2流体的交代作用。辽宁宽甸黄椅山的样品^3He／^4He比为7．30～7.52RA,氩同位素^40Ar/^36Ar比的范围在1496～7677。宽甸黄椅山地区的则显示了具亏损地幔MORB的特点,反映了未经地壳组分改造的大陆地幔的特征。本文通过对两种不同类型的地幔岩的研究,认为东北地区大陆地幔存在MORB型亏损地幔和交代型地幔两种类型,反映了各自不同的演化机理。