地幔和大洋玄武岩的钒同位素研究

钒(Ⅴ)是一个变价元素,其赋存状态和地球化学性质对环境的氧化还原条件非常敏感,因此Ⅴ同位素可以作为一个新的地球化学示踪剂来制约高温地质过程氧化还原条件的变化。随着多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)的发展,Ⅴ同位素的分析精度不断提高,高温地质过程的Ⅴ同位素分馏能够被分辨出来,使得Ⅴ同位素的高温地球化学研究得以开展。本文对地幔和大洋玄武岩的Ⅴ同位素组成进行了总结,综述了Ⅴ同位素在蚀变过程、部分熔融和分离结晶重要地质过程的分馏行为,对比了硅酸盐全地球与陨石之间Ⅴ同位素组成的差异,并探讨了高温Ⅴ同位素地球化学未来的发展方向。     

西秦岭新生代高钾质玄武岩流体组成及其地幔动力学意义

西秦岭新生代高钾质玄武岩是认识大陆碰撞俯冲体制下地幔流体组成及深部动力学的岩石探针。本文采用分步加热质谱法测定了西秦岭高钾质玄武岩中斑晶及基质的流体化学组成和碳同位素组成,结果表明流体组分在200~400℃、400~800℃和800~1200℃阶段性释出,以H₂O为主,其次为CO₂和SO₂,并含有相对较高的He含量。从橄榄石斑晶到斜长石斑晶和基质H₂O和CO₂逐步升高。橄榄石斑晶流体挥发份主要释气峰温度(900~1200℃)明显高于中国东部地幔捕虏体及其它地区超镁铁质岩体中的橄榄石,流体组份以SO₂和CO₂等氧化性组份为主,其CO₂的δ¹³C值(-26.21‰~-20.85‰,平均-23.32‰)和CH₄的δ¹³C值(-42.35‰~-38.17‰,平均-40.03‰)低于基质的δ¹³C_CO2值(-16.43‰~-11.67‰,平均-13.22‰)和δ¹³C_CH4值(-44.22‰~-34.03‰,平均-39.70‰)。基质中CO₂和CH₄碳同位素组成具有机质热裂解特征。原始岩浆的流体挥发份主要为SO₂、N₂和CO₂,可能起源于较深的混杂地幔源区、演化于高f_O2的环境。流体挥发份化学和同位素组成表明高钾质玄武岩浆挥发份中存在地幔和地壳来源组分,幔源岩浆上升演化过程中可能加入了大量的H₂O和CO₂等,可能存在碳酸岩岩浆的混合或岩浆穿透区域碳酸盐地层的混染;其中的再循环壳源组分可能为古特提斯洋闭合俯冲或其后华北克拉通与扬子克拉通碰撞相关的再循环壳源沉积物脱出的流体组分。     

湖南万古金矿床地幔流体成矿的氦同位素证据

从湖南万古金矿区采集４件石英样品进行了氦同位素测定，获得了＾３Ｈｅ／＾４Ｈｅ值２３１×１０＾－６－１４６０×１０＾－６的数据，该数据反映了在万古金矿床形成时富＾３Ｈｅ流体与成矿作用。而这种富＾３Ｈｅ流体可能是受构造活动影响，由地幔岩石减压部分脱气造成动力学分馏而形成。     

雅鲁藏布江蛇绿岩中地幔柱型岩浆作用——来自氦、氩同位素的证据

雅鲁藏布江蛇绿岩的氦、氩同位素组成分别是：蛇绿岩中变质橄榄岩的^3He/^4He比值为1．104-3．384Ra,平均为2．383Ra;玄武岩的He同位素组成比较均一,^3He/^4He平均值为5．359 Ra;辉绿岩的^3He／^4He比值变化较大,为1—5Ra。由于各岩石样品有不同程度的蚀变,造成放射性成因He的加入,因此大多数样品He同位素组成比低于亏损地幔大洋中脊玄武岩的值(MORB≈8Ra),不能真实反映源区特征。而采自吉定的辉绿岩样品^3He/^4He比值平均高达31．57Ra,与夏威夷发现的热点地幔源区的样品比值接近;分步加热法进一步测试,其高比值的He是在低温区段释放的。这种高^3He/^4He比值He的捕获,表明雅鲁藏布江蛇绿岩形成时存在地幔柱型富集地幔岩浆作用。     

全球溢流玄武岩同位素体系

全球大陆与大洋溢流玄武岩在地球化学上表现为从岛弧至板内构造环境。在同位素体系上表现为复杂的端元组分混合，不是亏损软流圈上地幔与岩石圈的相互作用（Anderson模式）完全能解释的。以往揭示的地幔“端元”(EM1、EM2、HIMU等）实际上只与溢流玄武岩才有密切的联系，而与一般的OIB没有关系。如果溢流玄武岩与地幔柱相联系，在同位素体系上必须要有大量原始-略亏损下地幔岩浆组分加人（Morgan模式）的证据。然而全球极大部分溢流玄武岩省并不能提供这一方面的证据，而东区峨眉山玄武岩恰恰提供了这一方面的重要证据。 (1)溢流玄武岩中许多拉斑质岩石相似于岛弧玄武岩，具有Nb-Ta负异常，同位素体系上表现出亏损上地幔与俯冲沉积物的混合，具有强的Nd-Sr同位素二元混合特征；如Columbia [εNd (t)变化在+7~-17.7], Pamna [εNd (t)变化在+3.4~-9.8], Karoo[εNd (t）变化在+8~-11]、Siberia [εNd (t）变化在+4~-10］和西区峨眉山玄武岩[εNd (t）变化在+6.8~-4.81。大陆溢流玄武岩常产于大陆边缘环境，并有时代上相近的早期MORB-IAB火山作用相伴随，如峨眉山溢流玄武岩的周边存在早二叠的MORB-IAB火山岩。 (2)与地幔柱头加热引起的岩石圈减压熔融有关的岩浆作用，其同位素体系虽具有壳幔混合特征，但不具有明显的二元混合关系，同时常具有多端元混合和明显的下地壳组分加入，存在Nd-Sr同位素相关落在下地壳范围的数据；具有低206Pb/204Pb(< 17)、低87Sr/86Sr(< 0.7045)的麻粒岩相下地壳特征的玄武岩；εNd (t)值与岩石的Mg＃呈反相关。如Deccan、North Atlantic、Columbia、Siberia、Parana、Keweenaw和峨眉山玄武岩省等。 (3)地球物理资料表明上、下地幔之间存在刚性层，由存留的榴辉岩相俯冲板片和来原始下地幔的分异产物构成。EMl、EM2与HIMU的同位素信息与过渡带有着密切的联系。规模最大的Ontong Java、Manihiki与Kerguelen等大洋溢流玄武岩省和东区峨眉山玄武岩省具有这一方面的典型特征。过渡带成分的加人对由MORB-OIB产生的DUPAL异常分区（太平洋省与印度洋-特提斯省）将产生扰动，如Ontong Java-Manihik分布的中西太平洋地区。 (4)由于俯冲蚀变洋壳对Sr同位素体系扰动很大，而Pb同位素的原始地幔值不很明确，因此Nd同位素体系具有重要指示意义。极大部分的溢流玄武岩省的地慢端元均表现为εNd (t)近于+8的强亏损地幔，因此应是来自上地幔软流圈的岩浆。以原始-略亏损地幔为端元的溢流玄武岩省只有Parana、Keweenaw和东区峨眉山玄武岩。特别是东区峨眉山玄武岩省在102°E至107°E约20×104 km2范围内，从苦橄岩、高镁玄武岩到钒钦层状岩体，从拉斑至安山质的低钦与高钦玄武岩系列（Mg＃变化在82~32）的大量数据表明具有十分稳定的原始-略亏损地幔εNd (t)值（0~+3), Pb同位素组成吻合于NHRL。苦橄岩与高镁玄武岩则具有平坦的REE和HFSE蜘网图。因此东区峨眉山玄武岩岩浆具有大量原始-略亏损下地幔组分的加入，为地幔柱的存在提供了重要证据。     

喀喇昆仑岔路口地区玄武岩地幔柱信息

研究区以基性火山熔岩为主,主要岩性为玄武岩,局部发育苦橄岩、科马提岩,科马提岩具微观鬣刺结构.以TiO2=2.8为界,将玄武岩分为高钛玄武岩和低钛玄武岩,空间分布具明显分带性.岩石具与峨眉山玄武岩一致的近似平坦或轻稀土富集的稀土元素分布型式,相容性元素V,Co,Cr,Ni明显亏损,不相容元素和LREE富集.不相容元素在...     

新疆库鲁克塔格地区基性岩墙群氦氩同位素组成及其地质意义

新疆库鲁克塔格阔克苏地区基性岩墙群由一系列北西向延伸的辉绿岩岩墙组成.测得辉绿岩3He/4He值为2.03×10-7~7.1×10-7,明显大于放射性成因的3He/4He值,远远小于地幔的3He/4He值.40Ar/36Ar值变化范围为803~ 1 214,表现出明显的相对于空气的40Ar过剩,40Ar/36Ar初始值为507.辉绿岩He、Ar同位素特征是原始地幔和放射性成因源或地壳源的混合结果,它可能与塔里木、天山构造带发育的早二叠世裂谷作用有关.同时也暗示,上述地区的裂谷作用可能受到更深层次的构造活动的控制.     

“三江”古特提斯地幔热柱——洋中脊玄武岩证据

“三江”特提斯巨型造山带由４条板块缝合带和夹于其间的微陆块和弧地体构成。在古特提斯洋闭合而成的澜沧江和金沙江缝合带内，均发育典型的蛇绿岩－蛇绿混杂岩和洋岛玄武岩（ＯＩＢ）组合。ＯＩＢ集中产出于大洋的特定区段（２２０－２４０Ｎ──澜沧江洋；２４０－２７０Ｎ──金沙江洋），形成于洋壳（ＭＯＲＢ）顶部，并被浅水碳酸盐岩覆盖，ＯＩＢ主要岩石类型为苦橄玄武岩、夏威夷岩和钾质粗面玄武岩，三者具特定的空间配置与时间演变规律。根据三江地区ＯＩＢ时空展布规律、岩石组合特点、岩石地球化学特征、源岩化学估算及热幔柱实验成果，提出早古生代时期的澜沧江洋和金沙江洋岩石围下方分别出现地幔热拉，其直径约２００－２５０ｋｍ，具特定的不同于周围地幔的热－化学结构。地幔热柱的尾柱区高热物质熔融，产生苦橄质或苦橄玄武质熔浆，地幔热拉上涌，其冠形头部与周围地幔“混杂”而具化学分带，该区物质熔融，产生富Ｎａ和富Ｋ质ＯＩＢ。     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体的稀有气体同位素组成及其演化意义

通过对宽甸新生代碱性玄武岩、地幔包体及辉石巨晶的稀有气体同位素组成的分析，认为不同岩性稀有气体含量的差异反映了岩浆作用过程中轻、重稀有气体的分馏特性，较轻的稀有气体(He、Ne)比较重的稀有气体(Kr、xe)具有更高的活动性和不相容性；该地区上地幔源区具有典型的MORB型源区特征，以辉石巨晶为代表；地幔包体的^3He／^4He值较低，可能是地幔流体交代作用造成的；大陆碱性玄武岩具有与大洋玄武岩截然不同的He同位素组成，反映了大陆区地幔岩浆上升过程中受到了陆壳物质混染。地幔源区^40Ar／^36Ar值为350左右，二辉橄榄岩和碱性火山岩的^40Ar／^36Ar值比大气略高，可能有大气组分的混合。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象，是核成因造成的。     

海南岛晚新生代石山组橄榄玄武岩的地幔源区组成及动力学机制

南海北部边缘新生代玄武岩广泛分布,分布于海南岛北部的全新世早期石山组玄武岩,岩石组成为碱性橄榄玄武岩,其中可见较大颗粒的橄榄石斑晶,橄榄石斑晶具有较高的Fo值(82.8～83.5)和Ni含量(0.14%～0.20%)。橄榄玄武岩的微量元素及同位素组成与洋岛玄武岩(OIB)高度吻合,富集大离子亲石元素Rb、Ba和轻稀土元素,同时富集高场强元素Nb、Ta、Zr和Hf。矿物组成及主微量元素特征指示其源区为含石榴子石辉石岩源区,经历了较低程度的部分熔融(约5%)。此外,石山组橄榄玄武岩具有基本一致的Sr-Nd-Pb同位素组成,表明岩浆在上升过程中没有明显的地壳物质的混染,但是相比正常洋中脊玄武岩(MORB),石山组橄榄玄武岩具有较高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值,较低的ε_Nd(t)值,以及较高的²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb(15.639～15.643)和²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb(38.977～38.996)比值,说明其源区为亏损地幔(DM)和富集地幔端元(...     

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。     

桂东南马山沿灵山断裂出露的印支期洋岛玄武岩及其区域构造意义

桂东南沿灵山断裂出露的马山印支期玄武岩的常量元素特征指示它属洋岛碱性玄武岩,微量元素含量显示出大洋板内玄武岩的特点。稀土元素配分型式表现为一组近于平行的向右缓倾曲线,(La/Yb)N=11.69,(Ce/Yb)N=8.64,(Ce/Sm)N=2.41,稀土总量随全碱含量增大有升高的趋势,表明它是亚速尔型洋岛。这首次为桂东南及毗邻的粤西南地区属古特提斯造山带、灵山断裂是古特提斯分支洋盆闭合后的缝合线提供了来自洋盆内地质记录的证据。结合粤桂交界区的最近研究成果提出了研究灵山洋演化的工作模式。     

大洋多金属结核同位素地球化学研究

本文对DY85-1航次采自东太平洋海盆“CC”区不同地貌区、不同类型的大洋多金属结核进行了O、C、H、Si等同位素综合研究。结果表明,O同位素变化能反映结核的生成环境、生长速率、物质来源及成矿机理;Si同位素组成特征能帮助推测结核核心物质的来源;C同位素的研究表明,多金属结核成矿作用是在古海洋水变冷的总趋势下进行的;δ13C、δ18O和δD的规律变化,反映了海洋水变冷的周期性和渐变性。     

特提斯洋壳在青藏隆升中所起的作用

地幔对流使特提斯洋壳显示为刚性的整体性,并以“抽屉式”插入到青藏陆壳之下,使之第一次隆升,之后受四川盆地,鄂尔多斯盆地和柴达木盆地刚性地块的阻抗,发生强烈的褶,断,叠作用,使青藏陆壳第二次隆升,同时,莫霍面下沉,褶断,从而形成了今天整个青藏高原的地质特征和地理形态。     

大兴安岭北段早石炭世洋岛型玄武岩的确立及成因意义

大兴安岭北段根河地区早石炭世发育一套细碎屑岩及海相中-基性火山岩石组合,归属为莫尔根河组.其中基性火山岩为细碧岩、变玄武岩,岩石富Na2 O、K2O、TiO2,w(Fe2 O3)/w(FeO)=0.8(平均),属碱性系列.LREE富集,Eu无异常.Ti、Y、Yb略低于MORB外,其它元素高于MORB,具大洋板内玄武岩特征.w(87Sr)/w(86Sr)初始值为0.704 3,εNd(t)=3.00,表明岩浆源于富集地幔.本区莫尔根河组基性火山岩石形成的构造环境为地幔柱成因的夏威夷型洋岛环境.     

Helium Isotope Geochemistry of Ultrahigh-Pressure Metamorphic Eclogites From the Dabie-Sulu Terrane in East China

The 3He/4He ratios of most eclogites from the Dabie-Sulu terrane range from 0.056 to 0.67 Ra; the data points fall into the mixing part of the crust and the mantle in the 3He-4He diagram. The 3He/4He ratios of eclogites are obviously correlated with the types of their surrounding rocks. The helium isotope composition of the eclogites from the Bixiling complex possesses characters of mantle-derived rocks with the 3He/4He ratio being 5.6 Ra. The 4He concentration of the eclogites exhibits visible inverse correlation with the δ18O value of the quartz in the eclogites from the Sulu area. The δ18O values of the eclogites change synchronously with those of the country rocks. Those results suggest that protoliths of the eclogites were basic-ultrabasic rock bodies or veins intruding into the continental crust in the early stage; strong exchange and hybridization between the basic-ultrabasic rocks and continental rocks and the atmospheric water during the intrusion led to abrupt increase of the 3He/4He ratios,     

冲绳海槽玄武岩中单斜辉石的特征及其意义

冲绳海槽海底玄武岩中存在着三种不同世代的单斜辉石,即斑晶,微晶和基质辉石,它们的平均粒径分别约为400μm,30μm和5μm。斑晶辉石在电子探针下可见到明显的核部与边部之分;微晶辉石无明显的环带构造;基质辉石粒径细小但数量较大。这三个世代的辉石在成分上差异较为明显,从斑晶辉石的核部→边部和微晶辉石→基质辉石,成分从富铁向富镁,钙方向演化,这与封闭体系的辉石成分演化趋势正好相反,辉石的形态和成分特征反映出该玄武岩浆存在岩浆混合的特征,它们也可反演该地幔岩浆的活动过程;源自上地幔的拉斑玄武岩浆,在从源区向浅部岩浆房上升,运移过程中,受到携带相对富铁单斜辉石的较酸性岩浆的注入,混合;在浅部岩浆房中,混合岩浆结晶形成斑晶的边部和微晶辉石;基质辉石则是岩浆喷出洋底后淬冷结晶的结果,冲 槽玄武岩中三个世代的单斜辉石较好的完整记录了地幔岩浆后系列活动过程。     

玄武岩热解氢同位素在线分析

利用岩石热脱气单体碳／氢同位素组成分析装置,通过高温热解、分步加热的方法,对山东蓬莱第四纪碱性玄武岩全岩流体组分中氢同位素进行了同位素质谱分析,得到了流体组分中热解H2及CH4的δD值。在15个样品中,热解H2及CH4的δD值变化相对较小,说明热解H2和烃的来源比较单一。     

Influences of Lower-Mantle Properties on the Formation of Asthenosphere in Oceanic Upper Mantle

Asthenosphere is a venerable concept based on geological intuition of Reginald Daly nearly 100 years ago.There have been various explanations for the existence of the asthenosphere.The concept of a plume-fed asthenosphere has been around for a few years due to the ideas put forth by Yamamoto et al..Using a two-dimensional Cartesian code based on finite-volume method,we have investigated the influences of lower-mantle physical properties on the formation of a low-viscosity zone in the oceanic upper mantle in...